心臓弁

心臓弁（心臓弁）は、血液が心臓の各腔を一方向に流れるようにする生物学的な一方向弁です。哺乳類の心臓には通常4つの弁があります。これらの弁が連携して、心臓を通る血液の流れの方向を決定します。心臓弁は、両側の血圧の差によって開閉します。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

哺乳類の心臓には、上部の心房と下部の心室を隔てる2つの房室弁があります。左心房には僧帽弁、右心房には三尖弁があります。また、心臓から出る動脈の入り口には2つの半月弁があります。これらは、大動脈にある大動脈弁と、肺動脈にある肺動脈弁です。

心臓には、冠状静脈洞弁と下大静脈弁も存在するが、ここではそれらについては触れない。

心臓弁と心腔は心内膜で覆われています。心臓弁は心房と心室、または心室と血管を隔てています。心臓弁は心臓骨格の線維輪の周囲に位置しています。弁には、アヒルのくちばし弁やフラッター弁に似た、弁尖または弁尖と呼ばれる弁面があり、血液の流れを可能にするために押し開かれ、その後閉じて密閉し、逆流を防ぎます。僧帽弁には2つの弁尖がありますが、他の弁には3つの弁尖があります。弁尖の先端には結節​​があり、密閉性を高めています。

肺動脈弁には左、右、前尖があります。^{[ 4 ]}大動脈弁には左、右、後尖があります。^{[ 5 ]}三尖弁には前尖、後尖、中隔尖があり、僧帽弁には前尖と後尖しかありません。

人間の心臓の弁は2つのグループに分けられます。^{[ 6 ]}

• 心室から心房への血液の逆流を防ぐための 2つの房室弁：
  • 三尖弁（右房室弁）は、右心房と右心室の間にある弁である。
  • 僧帽弁（二尖弁）は、左心房と左心室の間にある弁である。
• 血液が心室に逆流するのを防ぐための 2つの半月弁：
  • 肺動脈弁は、右心室と肺動脈幹の間の開口部に位置する。
  • 大動脈弁は、左心室と大動脈の開口部に位置する。

房室弁

房室弁は僧帽弁と三尖弁からなり、心房と心室の間に位置し、収縮期に心室から心房への逆流を防ぎます。これらの弁は腱索によって心室壁に固定されており、反転するのを防いでいます。

腱索は乳頭筋に付着しており、張力によって弁をよりしっかりと保持します。乳頭筋と腱索は合わせて弁下装置と呼ばれます。弁下装置の機能は、弁が閉じるときに心房に脱出しないようにすることです。^{[ 7 ]}ただし、弁下装置は弁の開閉には影響を与えません。弁の開閉は完全に弁を挟んだ圧力勾配によって引き起こされます。しかし、弁尖の自由縁への腱索の特殊な付着により、腱索の厚さの違いに応じて収縮期の応力が腱索間で分担されます。^{[ 8 ]}

房室弁が閉じる音は「ルブ」という第一心音（S1）として聞こえます。喉頭蓋弁が閉じる音は「ダブ」という第二心音（S2）として聞こえます。

僧帽弁は、 2つの弁尖（または弁尖）を持つことから、二尖弁とも呼ばれます。僧帽弁という名前は、司教のミトラ（一種の帽子）に似ていることに由来します。心臓の左側に位置し、左心房から左心室へ血液が流れるのを助けます。

拡張期には、正常に機能する僧帽弁は、左心房に血液が満たされる（前負荷）ことで左心房圧が上昇し、開きます。心房圧が左心室圧を上回ると、僧帽弁が開きます。弁が開くことで、血液が左心室へ受動的に流れ込みます。拡張期は心房収縮で終わり、左心房から左心室へ送られた血液の最後の30%が送り出されます。この血液量は拡張終期容積（EDV）と呼ばれ、心房収縮の終わりに僧帽弁が閉じて血液の逆流を防ぎます。

三尖弁は3つの弁尖（または弁輪）からなり、心臓の右側に位置しています。右心房と右心室の間にあり、両者間の血液の逆流を防ぐ役割を果たしています。

一般的に、心臓弁の動きはナビエ・ストークス方程式を用いて決定され、その境界条件として血圧、心膜液、および外部負荷が制約条件として用いられます。心臓弁の動きは、左心室および右心室から大動脈および肺への血液駆出の流体力学を決定する際のナビエ・ストークス方程式の境界条件として使用されます。

開弁時の圧力と流量の関係

圧力低下、${\displaystyle {\Delta }p}$心臓弁が開いている場合、弁を通過する流量Qと関係する。

${\displaystyle a{{\partial }Q \over {\partial }t}+bQ^{2}={\Delta }p}$

もし：

• 流入エネルギーは保存される
• ビラの背後にある停滞地域
• 流出運動量は保存される
• 平坦な速度プロファイル

自由度が1つのバルブ

通常、大動脈弁と僧帽弁は、弁の研究において単一の自由度を持つものとして扱われます。これらの関係は、弁が単一の自由度を持つ構造であるという考えに基づいています。これらの関係はオイラー方程式に基づいています。

この場合の大動脈弁の式：

$\displaystyle {\rho }\left({{\partial }u \over {\partial }t}+{u{\partial }u \over {\partial }x}\right)+{{\partial }p \over {\partial }x}=0}$

${\displaystyle {{\partial }A \over {\partial }t}+{{\partial } \over {\partial }x}(Au)=0}$

${\displaystyle A(x,t)=A_{0}\left(1-[1-{\Lambda }(t)]{x \over {L}}\right)^{2}}$

${\displaystyle \int _{0}^{L}p(x,t){{\partial }A \over {\partial }x}\,dx=[A_{0}-A(L,t)]\,p(L,t)}$

どこ：

u = 軸方向速度

p = 圧力

A = バルブの断面積

L = バルブの軸方向長さ

Λ( t ) = 自由度1;

$\displaystyle \Lambda ^{2}(t)={A(L,t) \over A_{0}}}$

房室弁

弁膜症は、弁の機能不全を指す一般的な用語であり、主に2つの形態があります。1つは逆流（または不全、または弁不全）で、機能不全の弁が血液を逆方向に流してしまう状態です^{[ 10 ]} 。もう1つは狭窄で、弁が狭くなっている状態です^{[ 11 ] 。}

逆流は、弁が不十分になり機能不全を起こし、血液の一部が逆方向に流れるときに発生します。この不十分さは、大動脈弁閉鎖不全、僧帽弁閉鎖不全、肺動脈弁閉鎖不全、三尖弁閉鎖不全のように、どの弁にも影響を与える可能性があります。弁膜症のもう 1 つの形態は狭窄で、弁が狭くなります。これは、弁が厚くなることによって発生し、僧帽弁狭窄、三尖弁狭窄、肺動脈弁狭窄、大動脈弁狭窄のように、どの心臓弁にも影響を与える可能性があります。僧帽弁狭窄は、リウマチ熱の一般的な合併症です。弁の炎症は、通常は細菌感染である感染性心内膜炎によって引き起こされますが、他の微生物によって引き起こされる場合もあります。細菌は、損傷した弁に付着しやすくなります。^{[ 12 ]}炎症反応を引き起こさない別のタイプの心内膜炎は、非細菌性血栓性心内膜炎です。これは、以前は損傷を受けていなかった弁によく見られます。^{[ 12 ]}主要な弁膜症は僧帽弁逸脱症で、これは弁の粘液腫変性と呼ばれる結合組織の弱化です。これにより、収縮期に肥厚した僧帽弁尖が左心房に変位します。^{[ 11 ]}

心臓弁の疾患は、大動脈弁逆流症などの先天性のものもあれば、感染性心内膜炎などの後天性のものもあります。さまざまな形態が、心血管疾患、結合組織疾患、高血圧と関連しています。疾患の症状は、罹患した弁、疾患の種類、および疾患の重症度によって異なります。たとえば、大動脈弁狭窄症や大動脈弁逆流症などの大動脈弁の弁疾患は息切れを引き起こす可能性がありますが、三尖弁の弁疾患は肝機能障害や黄疸につながる可能性があります。感染性心内膜炎などの感染性原因による心臓弁疾患の場合、罹患者は発熱や、爪の線状出血、ジェーンウェイ病変、オスラー結節、ロス斑などの特徴的な兆候を示すことがあります。弁膜症の特に恐れられている合併症は、乱流による塞栓症の発生と心不全の発症である。^{[ 11 ]}

弁膜症は超音波検査の一種である心エコー検査によって診断されます。損傷または欠陥のある心臓弁は修復するか、人工心臓弁に置き換えることができます。感染性の原因の場合は、抗生物質による治療が必要になる場合もあります。^{[ 11 ]}

心臓弁は、500年以上前にレオナルド・ダ・ヴィンチによって初めて記録されました。 ^{[ 15 ]}ダ・ヴィンチは、牛、豚、人間の解剖を行い、解剖を研究することによってこれを実現しました。ダ・ヴィンチはまた、小さな金属トレーサーを使用して心臓内の血液の動きを分析することにより、豚で生体研究を行いました。ダ・ヴィンチは雄牛の心臓のワックス鋳型を作成し、雄牛の心臓のガラス模型を作成して、心臓と心臓弁を通過する血液の水力学的特性を研究しました。これは、人間の循環を模倣する循環モデルを作成するために行われました。ダ・ヴィンチは乱流と血流を視覚化するために種子を使用しました。^{[ 16 ]}

医学的に証明され採用された最初の人工心臓弁は、マイルズ・「ローウェル」・エドワーズによって発明されたスター・エドワーズ弁でした。この弁は1960年に初めて患者に移植され、2007年にエドワーズの会社であるエドワーズ・ライフサイエンスによって新しいリング設計に置き換えられるまで、世界中で使用され続けました。^{[ 17 ]}人工心臓弁の種類には、心膜心臓弁とビョーク・シャイリー弁があります。

この記事には、グレイ解剖学第20版（1918年）からのパブリックドメインのテキストが含まれています。

• マウントサイナイ病院における僧帽弁修復術 – 「僧帽弁の解剖学」
• 3Dアニメーションで回転可能な心臓弁（JavaScriptとFlash Playerを含むリッチメディアが必要）
• 経カテーテル僧帽弁留置術：テンダイン