心拍出量、心拍数、一回拍出量

心拍出量とは、心臓が1分間に送り出す血液量であり、心拍数と一回拍出量の積として定義されます。運動時には、心拍数の上昇と一回拍出量の増加に伴い、安静時と比較して数倍に増加することがあり、これは活動筋への酸素供給を担う中心的な駆動力となります。心拍数と一回拍出量がそれぞれどのように寄与し、どのようにその上限に達するかが、全身運動能力の中心的な限界を規定します。

Definition

心拍出量とは、心臓が1分間に拍出する血液量であり、心拍数に一回拍出量を乗じたものに等しいです。一回拍出量は1拍動あたりに拍出される血液量であり、心拍数は1分間あたりの拍動数です。

Scope

このトピックでは、心拍出量の定義、安静時から最大運動時における心拍数と一回拍出量の個別の挙動、それぞれを増加させるメカニズム、およびそれらの積が酸素供給をどのように決定するかについて扱います。これらは参照生理学として扱われ、検査閾値やトレーニング処方を提供するものではありません。

Core questions

• 安静時から最大運動時まで心拍出量はどの程度増加し、その上限は何によって設定されますか？
• 運動強度が増加するにつれて、心拍数と一回拍出量はそれぞれどのように変化しますか？
• 動的運動中に一回拍出量を増加させるメカニズムは何ですか？
• 中心的な心拍出量が最大酸素摂取量の主要な制限因子と見なされるのはなぜですか？

Key concepts

• 心拍出量＝心拍数×一回拍出量
• フランク・スターリング機構と静脈還流
• 駆出率と拡張末期容積
• 最大心拍数
• 一回拍出量プラトー
• 心拍出量と酸素摂取量を結びつけるフィックの原理

Mechanisms

運動開始時、副交感神経活動の抑制に続き交感神経活動の亢進が心拍数を増加させ、一方、筋ポンプ作用と静脈収縮が静脈還流を促進します。これにより、充満量の増加（フランク・スターリング機構）と収縮性の増加が相まって一回拍出量を上昇させます（Rowell, 1974）。一回拍出量は低強度から中等度強度で急激に増加した後、プラトーに達する傾向があるため、高強度における心拍出量のさらなる増加は主に心拍数に依存します（Åstrand et al., 1964）。最大心拍出量は、最大心拍数とほぼ最大の一回拍出量が一致したときに達成され、この中心的な酸素供給能力は最大酸素摂取量（maximal oxygen uptake）の主要な決定因子となります（Joyner & Casey, 2015）。

Clinical relevance

心拍出量、心拍数、一回拍出量の挙動は、運動負荷試験の解釈の基礎となり、ポンプ機能の低下が運動耐容能をどのように制限するかを説明するのに役立ちます。本項目は記述的な参照生理学であり、個別の診断、予後、または治療を導くことを意図したものではありません。

Evidence & guidelines

定量的な記述は、臨床ガイドラインからではなく、古典的な侵襲的生理学研究や統合的なレビューから得られています。Åstrandらは、サブ最大および最大運動時の心拍出量を測定し、Rowellのレビューはこれらのデータを循環制御のより広範な枠組みに統合しています。

History

色素希釈法とフィックの原理を用いた運動中の心拍出量の直接測定により、20世紀半ばには、心臓の拍出量が運動強度に応じてどのように変化するかが確立されました。Åstrandらの1964年の研究は、サブ最大および最大運動時の心拍出量に関するベンチマークとなる記述であり、その後のレビューはこれらの知見を循環の統合的制御の枠組みの中に位置づけました。

Debates

立位運動中、一回拍出量は本当にプラトーに達するのか？

一回拍出量が中等度強度でプラトーに達するのか、それとも最大努力に向かって上昇し続けるのかについては議論があり、その答えは姿勢、フィットネスレベル、測定方法によって異なります。立位での動的運動では、プラトーが一般的に観察されます。

Key figures

• Per-Olof Åstrand
• Bengt Saltin
• Loring Rowell
• Michael Joyner

Seminal works

• astrand-1964
• rowell-1974
• joyner-casey-2015

Frequently asked questions

心拍出量はどのように計算されますか？

心拍出量は心拍数に一回拍出量を乗じたものに等しいため、心臓がどれだけ速く拍動するか、そして1回の拍動でどれだけの血液を送り出すかの両方を反映します。

運動中の心拍出量の増加は、心拍数と一回拍出量のどちらが主導しますか？

両方が寄与しますが、一回拍出量は主に低強度で増加し、その後プラトーに達する傾向があるため、高強度での心拍出量の増加は主に心拍数の継続的な上昇に依存します。