動脈の特性とコンプライアンス

動脈は硬い管ではありません。その壁は弾性線維、平滑筋、コラーゲンを組み合わせており、これにより大動脈は心臓の拍動ごとに伸展し、拍動間に収縮します。このコンプライアンスは、より細い動脈の抵抗とともに、動脈圧波形を形成し、心臓の拍動性駆出を組織へのより安定した血流に変換します。動脈コンプライアンス、および加齢や疾患によるその喪失（動脈硬化）は、血管生理学における中心的な概念です。

Definition

動脈コンプライアンスとは、特定の圧力変化によって生じる動脈血量の変化であり、末梢抵抗とともに動脈圧波形を決定します。動脈スティフネスは、その逆の特性であり、拡張に対する壁の抵抗を指します。

Scope

このトピックでは、動脈壁の機械的および機能的特性、すなわちコンプライアンスとエラスタンス、弾性動脈のWindkessel緩衝作用、小筋性動脈の抵抗作用、脈波挙動、およびこれらの特性が加齢とともにどのように変化するかについて扱います。臨床的な高血圧管理や動脈疾患の治療については扱いません。

Core questions

• 弾性動脈は心周期全体でどのようにエネルギーを貯蔵し、放出するのでしょうか？
• 動脈コンプライアンスは何によって決定され、どのように測定されるのでしょうか？
• 弾性伝導動脈と小抵抗動脈は機能においてどのように異なるのでしょうか？
• 動脈スティフネスはなぜ加齢とともに増加し、それが圧力にどのような影響を与えるのでしょうか？

Key concepts

• コンプライアンスとエラスタンス
• 弾性（伝導）動脈と筋性（抵抗）動脈
• 脈圧と脈波伝播速度
• 圧力波反射
• 加齢に伴う動脈硬化
• 壁の組成：エラスチン、コラーゲン、平滑筋

Key theories

動脈Windkessel

弾性のある大動脈は、収縮期駆出中に満たされ、拡張期に排出される圧力貯蔵庫（Windkessel）として機能します。動脈コンプライアンスと末梢抵抗が協調して、拡張期の圧力減衰と脈圧の大きさを決定します。

Mechanisms

収縮期には、心臓は末梢を介して排出されるよりも速く血液を駆出するため、弾性のある中心動脈は拡張し、一回拍出量の一部を貯蔵します。拡張期におけるこれらの動脈の収縮は、前方への血流と圧力を維持します（Windkessel機能；Westerhof et al., 2008）。コンプライアンスは壁の組成に依存します。エラスチンは低圧での拡張を可能にし、コラーゲンの動員は高圧での過度の拡張を制限し、壁に非線形の圧力-容量関係を与えます。より細い筋性動脈と細動脈は、コンプライアンスへの寄与は比較的小さいですが、コンプライアンスとともに圧力波形を形成する抵抗の大部分を提供します（Mulvany & Aalkjaer, 1990）。加齢とともに、エラスチンが断片化し、コラーゲンやその他の壁の変化が蓄積し、大動脈が硬化し、脈波伝播速度が上昇し、脈圧が増加します（Lakatta & Levy, 2003）。

Clinical relevance

主に脈波伝播速度によって定量化される動脈スティフネスは、血管老化の広く用いられるマーカーであり、その測定は専門家コンセンサスによって標準化されています（Laurent et al., 2006）。この項目では、基礎となる生理学とこれらの測定値の意味について説明しますが、臨床的ガイダンスではなく、個々の診断や治療を指示するものではありません。

Evidence & guidelines

専門家コンセンサス文書は、動脈スティフネスの定義、測定、報告を標準化し、頸動脈-大腿動脈脈波伝播速度を参照指標としています（Laurent et al., 2006）。生理学的根拠は、Windkesselの枠組み（Westerhof et al., 2008）と、大動脈および小動脈の構造研究（Mulvany & Aalkjaer, 1990; Lakatta & Levy, 2003）に基づいています。

History

弾性動脈が拍動性血流を緩衝するという考えは、19世紀のWindkessel（「空気室」）の類推に遡り、後にコンプライアンスと抵抗を圧力波形に関連付ける集中定数数学モデルで表現されました（Westerhof et al., 2008）。20世紀の構造生理学は、弾性伝導動脈と筋性抵抗動脈を区別し（Mulvany & Aalkjaer, 1990）、加齢研究は動脈硬化が心血管リスクの主要な相関因子であることを確立しました（Lakatta & Levy, 2003）。

Key figures

• Nico Westerhof
• Stephane Laurent
• Michael J. Mulvany
• Edward G. Lakatta

Seminal works

• westerhof-2008
• mulvany-aalkjaer-1990
• lakatta-levy-2003

Frequently asked questions

動脈コンプライアンスと動脈スティフネスの違いは何ですか？

これらは同じ壁の特性の逆の記述です。コンプライアンスは、特定の圧力上昇に対して動脈がどれだけ拡張するかを示し、スティフネスはその拡張にどれだけ抵抗するかを示します。

動脈スティフネスは血圧にどのように影響しますか？

硬化した大動脈は収縮期に一回拍出量の貯蔵量が少なくなるため、収縮期血圧が上昇し、拡張期血圧が低下し、脈圧が拡大します。