衛生管理者 労働生理 問10｜循環器・心拍出量と運動時の循環変化

誤りはエです。スターリングの法則（Frank-Starling法則）は「心室への静脈還流量（前負荷）が増加するほど、心室の収縮力が強まり、1回拍出量が増加する」という法則です。エは「収縮力が弱まり・1回拍出量が減少する」と正反対の記述になっており、誤りです。心臓は流れ込んでくる血液量が増えるほど（ゴムのように引き伸ばされるほど）より強く収縮して多くの血液を送り出す、という自己調節機構です。

その他の選択肢はすべて正しい内容です。安静時心拍出量が約4〜5L（ア）、運動時に4〜5倍まで増加（イ）、筋肉への血流増加と内臓血流の相対的減少（ウ）、スポーツ心臓の特徴（オ）はいずれも正確です。

各選択肢の正誤と根拠:

• ア（正）: 心拍出量（CO: Cardiac Output）= 1回拍出量（SV: Stroke Volume） × 心拍数（HR）。安静時の正常値: SV ≒ 70mL × HR ≒ 70拍/分 = 約4,900mL/分 ≒ 5L/分。
• イ（正）: 最大運動時の心拍出量は訓練されていない成人で20〜25L/分、持久系アスリートでは35L/分以上に達することもあります。心拍数200拍/分近くまで上がり、1回拍出量も安静時の約2倍（140mLほど）に増加します。
• ウ（正）: 運動時の血流再分配（循環の優先順位変化）は重要です。骨格筋への血流は安静時の約15〜20倍に増加します。その一方、内臓（肝臓・腎臓・消化管）への血流は相対的に減少します。心臓・脳への血流は維持されます。
• エ（誤）: Frank-Starling法則は「心室が拡張するほど（充満量が多いほど）収縮力が増す」という法則です。前負荷増加→心筋の初期長増大→クロスブリッジ形成の効率向上→収縮力増大→1回拍出量増大というメカニズムです。「収縮力が弱まる・1回拍出量が減少する」は正反対の誤りです。
• オ（正）: 持久的運動トレーニングによる心臓適応（スポーツ心臓）: 左心室容積の増大→1回拍出量増加→同じ心拍出量をより少ない心拍数で賄える→安静時心拍数低下（徐脈）。長期間の有酸素運動トレーニングの結果です。

【理論的背景】

心拍出量の決定因子は4つに整理できます: ①前負荷（Preload）、②後負荷（Afterload）、③収縮性（Contractility）、④心拍数（HR）。Frank-Starling法則は前負荷が収縮力に与える影響を説明する基本法則です。

Frank-Starling法則の分子メカニズム:

• 心筋細胞が伸展される（前負荷増加）→サルコメア（筋節）の初期長が増大
• ミオシンとアクチンのクロスブリッジ（架橋）形成が最適化される
• Ca²⁺感受性が増大（トロポニンCのCa²⁺結合性が上昇）
• 収縮力が増強→1回拍出量増大（より多くの血液を駆出）
• この機構により、静脈還流量が増えた（右心室入力が多い）とき、左心室から自動的に同量を駆出できる（左右の心拍出量を等しく保つ）

生理的限界: 過度の前負荷（心筋が極端に伸展される）では逆にクロスブリッジ形成が阻害され収縮力が低下します（スターリング曲線の下降脚）。心不全はこの状態に近い病態です。

【実務・条文構造】

運動時の循環変化の全体像（衛生管理者として知っておく生理）:

職場における過重労働・熱中症と循環:

• 高温環境での重労働: 熱放散のために皮膚血流が増加（交感神経による血管拡張）→筋肉への血流も増大→心臓への負担が二重に増大→循環器疾患リスク者は要注意
• 脱水: 静脈還流量（前負荷）低下→Frank-Starling機構でも補えなくなる→心拍出量低下→熱中症・ショック
• 過重労働で繰り返し交感神経過活動→慢性的な高血圧・心臓への後負荷増大→長期的心臓疾患リスク

【試験での位置づけ】

Frank-Starling法則問題では「前負荷（静脈還流量）が増加すると収縮力が増して1回拍出量が増加する」という正しい方向が問われます。エのように「収縮力が弱まる・1回拍出量が減少する」という逆の記述が典型的な誤りです。心拍出量の計算式（CO = SV × HR）・安静時の正常値（約5L/分）も頻出事項です。

【各選択肢の発展補足】

• ア: 心係数（Cardiac Index）= 心拍出量 ÷ 体表面積（BSA）。正常値は2.5〜4.0 L/分/m²。体格差を補正した指標で、心機能の評価に用いられます。
• イ: 最大酸素摂取量（VO₂max）はCO（心拍出量）と筋肉の酸素利用能力（動静脈酸素較差）の積です（フィックの法則）。VO₂max = CO × (CaO₂ - CvO₂)。持久的スポーツ選手はVO₂maxが高く、それは主として最大心拍出量が大きいことによります。
• ウ: 運動後に食事をしても消化吸収が悪いのは、内臓（消化管）への血流が運動中に減少し、運動後もしばらく回復に時間がかかるためです。運動直後の消化管血流低下は胃腸症状（吐き気・腹痛）の原因ともなります。
• オ: スポーツ心臓（アスリートの心臓）では心電図上の洞性徐脈・心室肥大所見が見られることがあり、一般人では病的所見（心臓病）と誤解されることがあります。安静時心拍数40〜50拍/分の持久系アスリートは珍しくありません。これは心臓の健全な適応（肥大・拡張）です。

【根拠】医学的事実（確立した生理学）。Frank-Starling法則・心拍出量の規定因子・運動時の循環変化は循環生理学の基礎概念として確立。

【補足】Frank-Starling法則=前負荷増加→収縮力増強・1回拍出量増加（逆ではない）。心拍出量≒5L/分（安静時）。運動時は筋肉への血流が増え、内臓血流が相対的に減少する。