心不全の病態

この記事は慢性心不全についてです。厳密に言えば、慢性心不全の既往歴のない急性心不全は、臨床現場ではあまり一般的ではないためです。このような疾患の例として、リウマチ性および非リウマチ性急性心筋炎が挙げられます。急性心不全は、慢性心不全の合併症として、場合によっては何らかの併発疾患を背景に発症することが多く、心不全の個々の症状が急速に進行し、重症化することで代償不全を示すのが特徴です。

心機能不全または心不全の初期段階では、末梢循環は組織の必要量を十分に満たしています。これは、心不全の早期、前臨床段階、つまり明らかな症状がまだ現れず、綿密な検査によってのみこの症候群の存在を確定できる段階で既に一次適応機構が活性化されていることによって促進されます。

心不全における適応メカニズム

心筋収縮機能が低下すると、十分な心拍出量を確保するための主要な適応メカニズムが起動します。

心拍出量とは、1 回の収縮期収縮時に心室から送り出される（駆出される）血液の量です。

適応メカニズムの実装には独自の臨床症状があり、慎重に検査すると、潜在的な慢性心不全によって引き起こされる病理学的状態が疑われることがあります。

したがって、心室容量負荷によって血行動態的に特徴付けられる病的な状態では、フランク・スターリング機構が活性化され、十分な心拍出量を維持します。拡張期に心筋の伸張が増加すると、収縮期にその緊張が増加します。

心室の拡張期終末圧の上昇は心拍出量の増加につながります。健常者においては、心室の身体活動への適応を促進し、心不全においては最も重要な代償因子の一つとなります。左心室の拡張期容積負荷の臨床例としては大動脈弁閉鎖不全症が挙げられます。大動脈弁閉鎖不全症では、拡張期に大動脈から左心室への血液の一部逆流と左心房から左心室への血流がほぼ同時に発生します。左心室に著しい拡張期（容積）負荷が生じ、それに応じて収縮期に張力が上昇し、十分な心拍出量が確保されます。これに伴って、面積の拡大と心尖拍動の増加が起こり、時間の経過とともに左側に「心臓のこぶ」が形成されます。

右室容量負荷の臨床例としては、大きな心室中隔欠損症が挙げられます。右室容量負荷の増大は、病的な心拍動を引き起こします。多くの場合、両胸骨の「心臓のこぶ」という形で胸郭変形が形成されます。

フランク・スターリング機構には一定の生理学的限界があります。心筋に変化がない状態で心拍出量の増加が起こるのは、心筋が146～150%まで過伸展した場合です。これよりも大きな負荷がかかると心拍出量の増加は起こらず、心不全の臨床徴候が現れます。

心不全におけるもう一つの一次適応メカニズムは、交感神経副腎系とそのエフェクターであるノルエピネフリン、アドレナリン、レニン・アンジオテンシン・アルドステロン系とそのエフェクターであるアンジオテンシンIIおよびアルドステロン、そしてナトリウム利尿因子系が活性化される際の、局所または組織神経ホルモンの過剰活性化です。この一次適応メカニズムは、心筋損傷を伴う病態において機能します。カテコラミン含有量が増加する臨床状態には、急性および慢性心筋炎、うっ血性心筋症などの一部の心筋症があります。カテコラミン含有量の増加の臨床的効果は、心臓の収縮回数の増加であり、これは一定期間まで心拍出量を適切なレベルに維持するのに役立ちます。しかし、頻脈は常に心筋の疲労と代償不全につながるため、心臓にとって好ましくない動作モードです。この症例における解決要因の一つは、拡張期短縮による冠血流の減少です（拡張期には冠血流が供給されます）。心不全の第I期には、心臓代償不全における適応メカニズムとしての頻脈が既に関与していることが指摘されています。リズムの上昇は、心筋による酸素消費量の増加も伴います。

この代償機構の疲弊は、心拍数が幼児では1分あたり180回、成人では1分あたり150回以上に増加すると起こります。心拍出量の減少に続いて心室容積が減少し、これは拡張期の大幅な短縮による心腔への充満量の減少と関連しています。したがって、心不全の進行に伴って交感神経-副腎系の活動が亢進することは、心筋疲労を増悪させる病理学的因子となります。このように、神経ホルモンの慢性的な過剰活性化は不可逆的な過程であり、片側または両側の循環器系における慢性心不全の臨床症状の発現につながります。

心筋肥大は、一次代償因子として、心室心筋の圧負荷を伴う病状に含まれます。ラプラスの法則によれば、圧負荷は心室の表面全体に均一に分布し、心筋内張力の増加を伴い、心筋肥大の主な誘因の1つとなります。この場合、心筋の弛緩速度は低下しますが、収縮速度は著しく低下しません。したがって、この一次適応メカニズムを使用する場合、頻脈は発生しません。このような状況の臨床例としては、大動脈弁狭窄症と動脈性高血圧（高血圧）があります。どちらの場合も、前者の場合は機械的障害、後者の場合は高血圧という障害を克服する必要性に応じて、同心円状の心筋肥大が形成されます。ほとんどの場合、肥大は左心室腔の減少と同心円状です。しかし、心筋量の増加は収縮力の増加を上回っているため、心筋重量あたりの心筋機能レベルは正常よりも低くなります。ある臨床段階における心筋肥大は、心拍出量の低下を防ぐ好ましい代償適応メカニズムと考えられていますが、心臓における酸素需要の増加につながります。しかし、その後、心筋肥大が増加し、心拍数の増加や心不全の他の臨床症状の発現につながります。

右心室がこのような肥大（例えば、肺動脈狭窄や原発性肺高血圧症）を示すことは稀です。これは、右心室のエネルギー能力が弱いためです。そのため、このような状況では、右心室腔の拡張が進行します。

心筋重量が増加すると、冠状動脈の血流が相対的に減少し、損傷した心筋の状態が著しく悪化することを忘れてはなりません。

しかしながら、臨床状況によっては、心筋肥大が比較的好ましい因子とみなされることに留意すべきです。例えば、心筋炎においては、心筋肥大は病態の結果として生じ、損傷性肥大と呼ばれます。この場合、心筋肥大によって心拍出量が比較的適切なレベルに維持されるため、心筋炎の生命予後は改善されます。

一次代償機構が消耗すると、心拍出量が減少し、うっ血が発生し、その結果、末梢循環障害が増加します。したがって、左心室の心拍出量が減少すると、左心室の拡張末期圧が上昇し、左心房の完全な排出が妨げられ、肺静脈と肺循環の圧力が上昇し、さらに逆行的に肺動脈の圧力も上昇します。肺循環の圧力上昇は、血流から間質腔へ、そして間質腔から肺胞腔へ体液の放出を招き、肺の肺活量の低下と低酸素症を伴います。さらに、肺胞腔内では血液の液体部分と気泡が混ざり合い、臨床的には様々な大きさの湿性喘鳴として聴診されます。この症状は湿性咳嗽を伴い、成人では多量の痰が絡み、時には血の混じった「心臓性喘息」を呈しますが、小児では湿性咳嗽のみで、咳嗽反射が十分に発現していないため、痰が排出されないことがほとんどです。低酸素症の悪化に伴い、乳酸とピルビン酸の含有量が増加し、酸塩基平衡がアシドーシスへと移行します。アシドーシスは肺血管の狭窄を招き、肺循環の圧力をさらに上昇させます。キタエフ反射の発現として左心房の圧力上昇を伴う肺血管の反射性痙攣も、肺循環の状態を悪化させます。

肺循環の血管内圧の上昇は小出血を引き起こし、同時に肺組織への赤血球の遊離を伴います。これはヘモジデリンの沈着と肺の褐色硬結の形成に寄与します。長期にわたる静脈うっ血と毛細血管痙攣は結合組織の増殖を引き起こし、不可逆的な硬化型肺高血圧症を発症させます。

乳酸には弱い催眠作用（麻薬作用）があり、これが眠気の増加につながります。代償不全性アシドーシスと酸素負債の発生に伴う予備アルカリ度の低下は、最初の臨床症状の一つである呼吸困難の出現につながります。この症状は夜間に最も顕著になります。なぜなら、この時間帯には大脳皮質による迷走神経への抑制作用が解除され、冠動脈の生理的狭窄が生じるためです。病的な状態では、これが心筋収縮力の低下をさらに悪化させます。

肺動脈圧の上昇は、収縮期における右心室の完全な空洞化を阻害し、右心室、ひいては右心房の血行動態（容積）負荷過多につながります。したがって、右心房圧の上昇に伴い、体循環の静脈（上大静脈、下大静脈）の圧力が逆行性に上昇し、機能状態の悪化や内臓の形態変化を引き起こします。心臓による静脈系からの交感神経支配を介した血液の「ポンプ機能」の障害による大静脈口の伸展は、反射的に頻脈を引き起こします。頻脈は徐々に代償反応から、「休息期」（拡張期）の短縮と心筋疲労の発生により、心臓の働きを妨げる反応へと変化していきます。右心室の機能が弱まると、肝臓は腫大します。これは、肝静脈が心臓の右側に近い下大静脈に開口するためです。うっ血は脾臓にもある程度影響を及ぼし、心不全では、肝臓が大きく密度の高い患者では脾臓が腫大することがあります。腎臓もうっ血性変化の影響を受けます。利尿作用が低下し（夜間の利尿が昼間よりも優位になることもあります）、尿の比重が上昇し、タンパク質や赤血球が含まれることがあります。

低酸素状態を背景に還元ヘモグロビン（灰赤色）の含有量が増加するため、皮膚は青みがかった色（チアノーゼ）になります。肺循環レベルの疾患では、重度のファロー四徴症のように、チアノーゼが著しく進行し、患者の皮膚はほぼ黒色になることがあります。

動脈血中の酸素ヘモグロビン含有量の減少によって起こる動脈性チアノーゼに加え、中枢性または末梢性チアノーゼ（鼻先、耳、唇、頬、手指、足指）があります。これは、組織による酸素の利用増加により血流が遅くなり、静脈血中の酸素ヘモグロビンが減少することで発生します。

門脈のうっ血は、胃腸の血管系に血流の停滞を引き起こし、下痢、便秘、心窩部重だるさといった様々な消化器疾患を引き起こします。また、吐き気や嘔吐を伴う場合もあります。これらの症状は、小児におけるうっ血性心不全の最初の兆候となることがよくあります。

右室不全の兆候として、浮腫と心室中隔浮腫が後期に出現します。浮腫症候群の原因は、以下の変化です。

• 腎臓の血流が減少する。
• 腎臓内血流の再分配。
• 容量性血管の緊張の増加。
• 尿細管等の受容体への直接刺激作用によりレニンの分泌を増加させる。

低酸素症による血管壁の透過性亢進も、末梢浮腫の発生に寄与します。一次代償機構の枯渇に伴う心拍出量の減少は、正常な動脈圧と重要臓器への十分な血液供給を確保することを目的とした二次代償機構の活性化に寄与します。

二次的な代償機構としては、血管運動緊張の亢進と循環血液量の増加も挙げられます。循環血液量の増加は、血液貯蔵庫からの血液排出と造血の増加の直接的な結果です。これらはいずれも、組織への酸素供給不足に対する代償反応、すなわち新たな酸素運搬体による血液の補充増加として現れる反応と捉えるべきです。

血液量の増加は、最初はプラスの役割しか果たしませんが、後に血液循環に余分な負担となり、心臓が弱ると、増加した血液量の循環はさらに遅くなります。全末梢抵抗の増加は、臨床的には拡張期動脈圧の上昇として反映され、これは収縮期動脈圧の低下（心拍出量の減少による）とともに、脈圧の大幅な低下をもたらします。脈圧の値が小さいことは、常に適応メカニズムの範囲が限られていることを示しています。外部および内部の原因が血行動態に重大な変化を引き起こす可能性があります。これらの変化の結果として血管壁の乱れが考えられます。これは血液のレオロジー特性の変化につながり、最終的には止血系の活性の増加によって引き起こされる重篤な合併症の1つである血栓塞栓症候群につながります。

心不全における水・電解質代謝の変化は、腎血行動態の異常によって生じます。心拍出量の減少に伴い、腎血流量と糸球体濾過量が減少します。神経ホルモンの慢性的な活性化を背景に、腎血管は狭窄します。

心拍出量が減少すると、臓器の血流が再分配されます。重要な臓器（脳、心臓）の血流は増加し、腎臓だけでなく皮膚の血流も減少します。

これらの複合疾患の結果として、アルドステロン排泄量の増加が挙げられます。アルドステロン排泄量の増加は、遠位尿細管におけるナトリウム再吸収の増加につながり、浮腫症候群の重症度を悪化させます。

心不全の後期における浮腫発現の原因の一つは肝機能障害であり、アルブミン合成の低下に伴い血漿の膠質浸透性（コロイド浸透圧）が低下します。心不全には、一次適応と二次適応の中間的、あるいは付加的な関連が数多く存在します。例えば、循環血液量の増加と体液貯留による静脈圧の上昇は、心室圧の上昇と心拍出量の増加につながります（フランク・スターリング機構）。しかし、血液量過多症の場合、この機構は機能せず、心臓負荷の増加（心不全の悪化）と体内のナトリウムと水分の貯留（浮腫の形成）につながります。

このように、説明した適応メカニズムはすべて、十分な心拍出量を維持することを目的としていますが、顕著な程度の代償不全により、「善意」が「悪循環」を引き起こし、臨床状況をさらに悪化させます。

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