循環器系の生理学

恒常性

生物の外部環境の状態は、急速かつ劇的に変化する可能性があります。生物が生き残るためには、温度、pH、およびその他の要因の継続的な調節を含む、かなり一定の内部環境を維持する必要があります。このバランスの取れた状態はホメオスタシスとして知られており、生物が最適な内部状態を維持するプロセスを表します。ホメオスタシスを維持するために、生物は明確な機能を持つ構造を発達させてきました。生理学は、体内のさまざまなシステムの正常な機能とメカニズムの研究です。例えば、外部環境が理想的な内部温度よりも暖かくなると、生物は生理学的プロセスを活性化し、体が外部温度まで加熱されるのを防ぎます。人間や他の多くの動物は、特殊な細胞での異なる生理学的プロセスを通じて恒常性を獲得します。

ヒトの臓器系

支持機能を持つ1つ以上の細胞タイプが組織を形成し、組織が特殊な身体機能を持つ器官を構成します。臓器系は、2つ以上の臓器が連携して共通の機能を提供することで構成されています。脊椎動物の生理システムは、11の主要な臓器系で構成されています。すべての臓器系は相互接続されていますが、互いにある程度独立して機能しています。

体は、皮膚、髪の毛、爪、感覚受容体、およびさまざまな腺からなる外皮系によって覆われています。外皮器官は、内部構造を保護するだけでなく、外部環境の多くの特徴を感知し、体温を調節するのに役立ちます。内部的には、臓器は骨、軟骨、腱、靭帯で構成される骨格系によって保護され、支えられています。骨格系は、筋肉系を構成する筋肉への愛着も提供します。筋肉は、骨格を動かすことで体を動かしたり、収縮して中空の臓器を通じて物質を動かしたりすることができます。神経系は、脳、脊髄、末梢神経で構成されています。それは感覚刺激を解釈し、生物の行動を指示して、他のシステムと一緒に生理学的プロセスを制御します。内分泌系は、ホルモン分泌腺と、下垂体、甲状腺、膵臓、卵巣、精巣などの臓器で構成されています。それは他のシステムと共に成長、代謝および生殖を調節します。呼吸器系は、鼻腔、咽頭、喉頭、気管、気管支を空気が通過した後、肺の二酸化炭素を除去するため、ガス交換を制御して体に酸素を供給します。消化器系は、口腔と食道から取り込まれた食物を処理して分解し、直腸と肛門から排泄される前に胃、小腸、大腸を通って移動します。栄養素は小腸と大腸で吸収され、肝臓で処理されます。泌尿器系は、腎臓、膀胱、尿道を介して窒素老廃物を濃縮し、排出します。また、余分な水分を体から取り除きます。心臓血管系または循環器系は、心臓、血管、血液で構成されており、酸素と栄養素を組織に供給しながら、全身の二酸化炭素と老廃物を取り除きます。リンパ系は、白血球またはリンパ球(赤骨髄に収容されている)、胸腺、リンパ管、胸管、脾臓、リンパ節を介して体の免疫応答を維持しています。最後に、生殖器系は生物の生殖細胞を刺激します。男性では、精巣と陰茎が生殖器系を構成し、女性では子宮、卵巣、膣が生殖器系を構成します。

循環器系の生理学

単細胞生物や海綿動物などの基底多細胞動物の生理機能は、多くの場合単純です。例えば、微生物はサイズが小さく、体積に対する表面の比率が大きいため、細胞膜を横切って拡散することで微生物を調節することができます。同様に、海水はスポンジの細孔を循環し、栄養素や老廃物を細胞に運びます。より複雑な動物は、栄養素、老廃物、ホルモン、その他の分子を輸送するために全身に血液を移動させる循環系を開発しましたが、呼吸器系は循環器系と外部環境との間のガス交換を可能にします。

動物の循環器系は開いていても閉じていてもかまいません。開放循環系は通常、多くの無脊椎動物に存在し、1つ以上の単純な心臓、血管ネットワーク、および材料の交換を可能にする流体に内臓を直接浸す相互接続された空間で構成されています。脊椎動物は閉鎖循環系を持っており、血液は閉鎖した血管系内に閉じ込められ、組織に広く分岐して物質交換を確保します。 この閉鎖血管系は心臓に接続されており、静脈は組織から心臓に向かって血液を運び、動脈は心臓から体の他の部分に血液を運びます。人間のような4室の心臓は、血管の2つのループに関連付けられています。人間の場合、臓器からの酸素が枯渇した血液は右心房を通って心臓に入り、右心房が収縮して血液を右心室に押し込み、右心室が血液を肺に送ります。肺でのガス交換に続いて、酸素が豊富な血液は左心房に戻り、後で左心室に押し込まれます。この最後のチャンバーは他のチャンバーよりも筋肉質で、強い収縮により、血液を体の他の部分に送り出すことができます。

閉鎖循環系は血液の迅速な循環を可能にし、その結果、全身に物質を迅速かつ効率的に輸送するだけでなく、開放型システムよりも高い血圧を実現します。血圧は、血液が動脈に押し込まれるときに心室が収縮することによって生成されます。心臓の心室が弛緩すると、血圧は低下します。

血圧

人間では、循環器系の機能は、個人の血圧と対応する心拍数を測定することで評価できます。血圧は水銀柱ミリメートル(mmHg)で測定され、これは柱にかかる圧力によって柱内の水銀が上昇するミリメートル単位の高さです。心拍数は、1分あたりの拍数で測定されます。 心臓の収縮と弛緩の動きにより、血圧の測定値は収縮期と拡張期の2つの数値で構成されます。収縮期血圧は心室の収縮中に測定され、拡張期血圧は収縮間の安静時の動脈内の最小圧力です。一般に、収縮期血圧は90〜120 mmHg、拡張期血圧は60〜80 mmHgが健康であると考えられています。心拍数に関しては、毎分60〜100拍が成人にとって健康的であると考えられています。有酸素運動は心拍数を上昇させ、心臓をより効率的にポンプするように調整するため、アスリートは一般的に心拍数が低くなり、最終的には安静時心拍数が減少します¹。

長期間にわたる血圧レベルの上昇や高血圧は血管を損傷する可能性があり、心臓発作や脳卒中^{に関連しています2}。研究者たちは、収縮期血圧と拡張期血圧の心血管系への影響が異なることを発見し、心血管イベントの発生率が収縮期血圧と強く関連していることを発見しました。したがって、心血管イベントに苦しむ収縮期高血圧症の患者の数は、拡張期高血圧症の患者の数よりも多くなります³。遺伝的要因だけでなく、ライフスタイルや環境要因も高血圧や心血管疾患を引き起こす可能性があります。例えば、塩分を大量に摂取すると、体内に過剰な水分が滞留し、血圧が上昇し、血管が圧迫されます。血管が傷つくと怪我をしやすくなり、プラークの蓄積の表面を提供し、最終的には血管を硬化させ、血流の効率を低下させます。

血圧測定

血圧計は、血圧を測定するために使用されます。それらはポンプ(手動か自動)および圧力計に接続される膨脹可能な袖口で構成される。血圧計を使用する最も効率的な方法は、心臓と同じ高さにある上腕の上腕動脈にあります。血圧計は、金属製の円盤または共振器を介して内部の音を聞くために使用される音響医療機器である聴診器と組み合わせて使用されます。聴診器は、血圧計のすぐ下、個人の肘の内側のすぐ上に保持され、収縮期血圧と拡張期血圧の音を測定します。カフは200mmHgまで膨らませ、血管をつまむことで血流を止め、腕にかかる圧力が安全です。カフが収縮すると、血管が開き始め、血液が再び流れるようになります。収縮期血圧は最初に聞こえたノイズによって示され、拡張期血圧は最後に聞こえたノイズによって決定されます。これらの音はコロトコフ音と呼ばれ、心臓によって血液が強制的に血管に押し込まれる音である⁴。

呼吸器系

循環器系は呼吸器系と密接に連携して、二酸化炭素を除去しながら組織に酸素を供給します。さまざまな生物が、ガス交換のために異なる呼吸構造を発達させています。例えば、多くの水生動物はエラを介してガスを交換します。鰓の動きは簡単に観察でき、生物が鰓蓋または蓋を動かした回数を数えることにより、水生生物の呼吸数を計算するために使用できます。酸素分子は環境の暖かさや寒さによって異なる速度で輸送されるため、呼吸数は温度によって変化することがあります。水生環境では、水中で利用可能な溶存酸素の量は、温度が上昇すると減少します。酸素の減少は、水生生物が体全体に酸素を拡散する能力があるため、水生生物の呼吸数に影響を与えます。一方、陸生動物は肺などの内気構造を持っています。人間の場合、呼吸には、横隔膜を収縮させて空気を引き込むことによる吸入が含まれます。横隔膜が弛緩すると、空気は受動的に肺から放出されます。

喫煙は肺がんの主な原因であり、肺がんによる死亡の80〜90%を占めています。毎年、12万人以上のアメリカ人が喫煙関連肺がんで死亡しており、予防可能な死亡の大部分を占めています⁵。まとめると、ライフスタイルは循環器系と呼吸器系の両方の健康に貢献し、ライフスタイルの変更によってかなりの量の死亡を防ぐことができます。

参照

1. ウィルソン、MG、エリソン、GMおよびケーブル、NT。運動の心血管系の利点の背後にある基礎科学。Br Jスポーツメッド。 2016年、50(93-99)。
2. Psaty、BM、他。血圧レベルと心筋梗塞、脳卒中、および全死亡率のリスクとの関連:心血管健康研究。アーチインターンメッド。 2001年、第161巻、9(1183-92)。
3. カンネル、WB。心血管リスク因子としての収縮期血圧の上昇。Am. J. Cardiol. 2000年、第85巻、2(251-5)。
4. パーロフ、D、他。血圧計によるヒトの血圧測定。循環。 1993年、第88巻、5(2460-70)。
5. 米国保健社会福祉省. . 喫煙の健康への影響: 公衆衛生局長官の報告. 2004年。