StudyMed医師国家試験

ループが左に伸びたら収縮力アップ―圧容積曲線で見抜く薬剤の作用点

第104回医師国家試験 E問題 第29問

国試問題にチャレンジ

第104回 E問題 第29問

 心室圧―容積曲線を示す。  投与によってAからBに変化するのはどれか。

第104回 E問題 第29問の問題画像
  1. a.血管収縮薬
  2. b.血管拡張薬
  3. c.アドレナリン
  4. d.硫酸アトロピン
  5. e.乳酸加リンゲル液

対話形式の解説

ドクタードクター
今回は、心室の圧―容積曲線(圧容積ループ)の形の変化から、どんな薬を投与したかを読み解く問題だ。注目点は3つ。前負荷を表す拡張末期容積、後負荷を表す駆出期の圧、そして心収縮力を表す収縮末期圧容積関係(ESPVR)の傾き。この3つのうちどれが動いたかを見ればいい。まずはループの読み方から確認しようか。
医学生医学生
生理学の講義で習ったはずなんですが、どの角がどの時相なのか、あやふやです。
ドクタードクター
大丈夫、一緒に整理しよう。横軸が左室容積、縦軸が左室圧で、ループは反時計回りに回る。右下の角が拡張末期で、ここで僧帽弁が閉じる。右の縦線は容積一定で圧が上がる等容性収縮期、上辺は大動脈弁が開いて血液を送り出す駆出期、左上の角が収縮末期、左の縦線が等容性弛緩期、下辺が充満期だ。
医学生医学生
ということは、ループの横幅が拡張末期容積から収縮末期容積を引いたもの、つまり1回拍出量になるんですね。
ドクタードクター
その通り。そしてループの面積は1回の心仕事量にあたる。もう一つ大事なのが、左上の収縮末期点を結んだ直線、ESPVRだ。この傾きは前負荷や後負荷の影響を受けにくく、心筋そのものの収縮性を表す指標になる。では、今回のAからBへの変化はどう見える?
医学生医学生
右下の拡張末期点はほとんど動いていなくて、左上の収縮末期点が左へずれています。ループが横に広がった感じです。
ドクタードクター
よく見えているね。拡張末期容積が同じだから前負荷は変わっていない。一方でESPVRの傾きが急になり、収縮末期容積が減って1回拍出量も駆出率も増えている。前負荷はそのままで収縮力だけが強まった、つまり陽性変力作用の変化だ。
医学生医学生
収縮力を上げる薬となると、選択肢の中ではアドレナリンですね。
ドクタードクター
正解。アドレナリンは心筋のβ1受容体を刺激し、cAMPの増加を介して細胞内へのCa2+流入と利用を増やし、収縮力を高める。同じ前負荷からより多くの血液を絞り出せるから、収縮末期容積が減るわけだ。実際にはα1作用による血管収縮や心拍数増加も伴うけれど、ループ上でいちばん特徴的なのはESPVRの傾きの増大だね。
医学生医学生
血管収縮薬も血圧を上げるので、一瞬迷いました。
ドクタードクター
そこが引っかけどころ。血管収縮薬は末梢血管抵抗を上げて後負荷を増やす薬だ。収縮力は変わらないからESPVRの傾きは同じまま、駆出圧が上がって収縮末期点は同じ直線上を右上へ動く。結果として収縮末期容積は増え、1回拍出量はむしろ減る。今回とは逆向きの変化なんだ。
医学生医学生
血管拡張薬はその反対で、後負荷が下がるということですか。
ドクタードクター
動脈の拡張で後負荷が、静脈の拡張で静脈還流が減って前負荷も下がる。ループは全体として低圧側・小容量側に移り、拡張末期容積が減る。でも収縮力そのものは変わらないから、拡張末期点が同じままESPVRが急になるBの形にはならない。
医学生医学生
乳酸加リンゲル液は輸液なので、前負荷が増えるパターンですね。OSCEの前に循環の生理を復習したとき、Frank-Starlingの法則で1回拍出量が増えると覚えました。
ドクタードクター
その理解で合っている。細胞外液補充で静脈還流が増えれば拡張末期点が右へ移動し、Frank-Starling機序で1回拍出量が増える。ただESPVRは不変で、拡張末期容積が変わっていないBとは一致しない。
医学生医学生
アトロピンは心拍数を上げるので、心臓の働きは強まりそうに思えますが。
ドクタードクター
いい疑問だね。アトロピンはムスカリン受容体を遮断して、迷走神経の洞結節・房室結節への作用を外す薬だ。心室筋には副交感神経の支配が乏しいから、心室の収縮力は直接にはほとんど変わらない。むしろ心拍数が増えると拡張期が短くなって充満時間が減り、拡張末期容積はやや減る方向に働く。
医学生医学生
薬ごとに、前負荷・後負荷・収縮力のどれを動かすかを考えればループの変化が予測できるんですね。
ドクタードクター
まさにそれがこの分野の考え方だ。発展として、収縮力を上げる薬にはアドレナリンのほか、β1刺激が中心のドブタミン、PDE3阻害薬、ジギタリスなどがある。ノルアドレナリンはα1作用が強く血管収縮が前面に出るし、フェニレフリンはα1選択的で純粋な後負荷増大の例になる。逆に心筋梗塞や心筋症、β遮断薬ではESPVRの傾きが寝て収縮末期容積が増える。
医学生医学生
循環器内科の実習で、心不全の患者さんにドブタミンが使われていたのを思い出しました。
ドクタードクター
まさに収縮力を補う目的だね。ただ、強心薬は心筋酸素消費量を増やし不整脈も起こしやすいから、漫然と使わず血行動態を見ながら調整することが大切だ。肥大心のような拡張障害では、拡張末期圧容積関係が急峻になり、同じ容積でも拡張末期圧が高くなる点もあわせて覚えておこう。

まとめ

心室圧―容積曲線では、ループの横幅が1回拍出量、右下の拡張末期容積が前負荷、駆出期の圧が後負荷、収縮末期点を結ぶESPVRの傾きが心収縮力を表します。拡張末期容積が不変のままESPVRの傾きが急になり収縮末期容積が減る変化は、β1刺激による陽性変力作用を示し、アドレナリンなどのカテコラミン投与で生じます。輸液は前負荷を増やしてループを右へ広げ、血管収縮薬は後負荷を増やして収縮末期容積を増加させ、血管拡張薬は前・後負荷を下げてループを縮小させます。アトロピンは心拍数を上げますが心室収縮力を直接は高めません。前負荷・後負荷・収縮力の3要素に分けて考える習慣は、心不全治療やショック管理で薬剤を選ぶ際の基本的な判断軸になります。

解答・解説

正解はcです

心室圧―容積曲線の読み方

心室圧―容積曲線(圧容積ループ)は、横軸に左室容積、縦軸に左室圧をとり、1回の心周期を反時計回りのループとして描いたものである。 ・右下の角:拡張末期(僧帽弁閉鎖)。ここでの容積が拡張末期容積(EDV)で、前負荷を反映する。 ・右の縦線:等容性収縮期(容積一定のまま圧が上がる)。 ・上辺:駆出期(大動脈弁が開いて容積が減る)。 ・左上の角:収縮末期(大動脈弁閉鎖)。ここでの容積が収縮末期容積(ESV)。 ・左の縦線:等容性弛緩期。 ・下辺:充満期(僧帽弁が開いて容積が増える)。 ループの横幅(EDV−ESV)が1回拍出量、ループの面積が1回の心仕事量にあたる。また、左上の収縮末期点を結んだ直線を収縮末期圧容積関係(ESPVR)といい、その傾き(収縮末期エラスタンス、Ees)は前負荷・後負荷の影響を受けにくい心収縮力(心筋収縮性)の指標である。

図の変化の読み取り

AからBへの変化では、 ・右下の拡張末期点(EDV)はほぼ同じ → 前負荷は変わっていない。 ・ESPVRの直線の傾きが急になっている → 心収縮力が増大している。 ・収縮末期点が左へ移動し、ESVが減少 → ループの横幅(1回拍出量)が増え、駆出率も上昇している。 ・駆出期の圧はやや高くなっている。 つまり、前負荷はそのままで心収縮力だけが強まった変化(陽性変力作用)であり、β1受容体刺激作用をもつカテコラミンの投与で生じるパターンである。各選択肢については、前負荷(EDV)・後負荷(駆出圧)・収縮力(ESPVRの傾き)のどれを主に変えるかを考えると整理しやすい。

選択肢考察

  1. ×a.  血管収縮薬

    血管収縮薬(α1刺激薬など)は末梢血管抵抗を上げて後負荷を増大させる。ESPVRの傾き(収縮力)は変わらないため、駆出期の圧が上がるとループは上方へ伸び、収縮末期点は同じESPVR直線上を右上へ移動する。その結果ESVは増加し、1回拍出量は減少する。ESPVRの傾きが急になりESVが減るB曲線とは一致しない。

  2. ×b.  血管拡張薬

    血管拡張薬は動脈の拡張によって後負荷を、静脈の拡張によって前負荷(静脈還流)を下げる。ループは全体として低圧側・小容量側に移動し、EDVが減少する。収縮力そのものは変わらずESPVRの傾きは不変であり、拡張末期容積が同じまま傾きが急になるB曲線とは異なる。

  3. ○c.  アドレナリン

    アドレナリンは心筋のβ1受容体を刺激し、細胞内cAMPの増加を介してCa2+の流入・利用を増やし、心収縮力を高める(陽性変力作用)。収縮力が増すとESPVRの傾きが急になり、同じ前負荷(EDV)からより多くの血液を駆出できるためESVが減少し、1回拍出量と駆出率が増加する。これは図のAからBへの変化そのものである。なお実際にはα1作用による血管収縮や心拍数増加も伴うが、圧容積曲線上で最も特徴的な変化は収縮力増大である。

  4. ×d.  硫酸アトロピン

    アトロピンはムスカリン受容体拮抗薬で、迷走神経の洞結節・房室結節への作用を遮断して心拍数を増加させる。心室筋への副交感神経支配は乏しいため、心室の収縮力(ESPVRの傾き)は直接にはほとんど変化しない。心拍数が増えると拡張期が短縮して充満時間が減り、EDV(前負荷)はむしろやや減少する方向に働く。ESPVRの傾きが増すBへの変化とはならない。

  5. ×e.  乳酸加リンゲル液

    乳酸加リンゲル液は細胞外液補充液であり、投与により循環血液量と静脈還流が増えて前負荷が増大する。ループは拡張末期点が右へ移動してEDVが増加し、Frank-Starlingの法則により1回拍出量が増える。ESPVRの傾き(収縮力)は変わらず、EDVが変化していないB曲線とは一致しない。

圧容積ループの変化の整理

・前負荷増大(輸液など):EDV増加、ループが右へ広がる。ESPVRは不変。1回拍出量増加(Frank-Starlingの法則)。 ・前負荷減少(利尿薬、静脈拡張薬、出血など):EDV減少、ループが左へ縮む。 ・後負荷増大(血管収縮薬、高血圧、大動脈弁狭窄):駆出圧上昇、ESVが増加し1回拍出量減少。ESPVRは不変。 ・後負荷減少(動脈拡張薬):駆出圧低下、ESV減少、1回拍出量増加。 ・収縮力増大(カテコラミン、PDE3阻害薬、ジギタリスなど):ESPVRの傾き増大、ESV減少、1回拍出量・駆出率増加。 ・収縮力低下(心筋梗塞、心筋症、β遮断薬など):ESPVRの傾き減少、ESV増加。 ・拡張能低下(肥大心など):拡張末期圧容積関係(EDPVR)が急峻化し、同じEDVでも拡張末期圧が高くなる。

主な心血管作動薬の受容体作用

・アドレナリン:α1、β1、β2を刺激。陽性変力・変時作用。 ・ノルアドレナリン:主にα1とβ1。血管収縮作用が強い。 ・ドブタミン:主にβ1。収縮力増強が中心。 ・フェニレフリン:α1選択的で、純粋な後負荷増大の例。 ・アトロピン:ムスカリン受容体遮断。徐脈の治療に用いる。

用語

駆出率(EF)=1回拍出量÷EDV×100(%)。正常はおおむね55〜60%以上。

POINT

・圧容積ループの横幅=1回拍出量、面積=心仕事量。 ・ESPVRの傾き(Ees)は心収縮力の指標で、前負荷・後負荷の影響を受けにくい。 ・EDV不変でESPVRの傾きが増しESVが減少→収縮力増大(カテコラミン)。 ・輸液=前負荷増大(EDV増)、血管収縮薬=後負荷増大(ESV増)、血管拡張薬=前・後負荷減少。 ・アトロピンは心拍数を上げるが、心室収縮力を直接は高めない。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。