心室肥大

心室肥大（VH）とは、心臓の心室（下部腔）の壁が厚くなる状態です。^{[ 1 ]}左心室肥大（LVH）の方が一般的ですが、右心室肥大（RVH）や両心室の同時肥大も起こり得ます。

心室肥大は、適応的なものと不適応的なものを含め、さまざまな原因で発生する可能性があります。例えば、妊娠中の血液量増加に対する生理的適応プロセスとして発生することもありますが、心筋梗塞後の心室リモデリングの結果として発生することもあります。重要なのは、病理的リモデリングと生理的リモデリングでは、心臓内の異なる細胞経路が関与し、異なる心臓の形態的特徴が生じるということです。

偏心性肥大のある人では、心臓への負荷増加に対する健康的な反応として、肥大が起こったという兆候がほとんど、あるいは全くない場合があります。一方、求心性肥大はさまざまな形で現れることがあります。最も一般的なのは、労作の有無にかかわらず胸痛があり、労作時の息切れ、全身倦怠感、失神、動悸などがみられます。^{[ 2 ]} 浮腫や労作なしの息切れなど、明らかな心不全の兆候はまれです。

心室は、肺（右心室）または体の他の部分（左心室）に血液を送り出す役割を担う心臓の腔です。心室肥大は、求心性肥大と遠心性肥大の 2 つのカテゴリーに分けられます。これらの適応は、サルコメアと呼ばれる心筋細胞の収縮単位が、運動や病理などのストレス要因にどのように反応するかに関係しています。求心性肥大は、心臓への圧力過負荷の結果であり、並列サルコメア形成（既存の単位と並列にサルコメア単位が追加されること）を引き起こします。遠心性肥大は容量過負荷に関連しており、サルコメアが直列に追加されることにつながります。^{[ 3 ]}

同心性肥大は、高血圧、先天性心疾患（ファロー四徴症など）、弁膜症（大動脈縮窄または狭窄） 、および直接肥大を引き起こす心筋の原発性欠損（肥大型心筋症）など、心臓に対するさまざまなストレス要因によって引き起こされます。これらの疾患状態の根本的な共通点は、心室が受ける圧力の増加です。たとえば、ファロー四徴症では、中隔の欠損により右心室が左心室の高圧にさらされます。その結果、右心室はこれらの圧力増加を補償するために肥大します。同様に、全身性高血圧では、左心室は血管系の高圧に打ち勝つためにさらに働かなければならず、壁ストレスの増加に対処するために壁が厚くなることで反応します。^{[ 4 ]}

同心性肥大は、心筋細胞の収縮単位であるサルコメアが平行に増殖することを特徴とします。その結果、心室のサイズがそれに応じて増加することなく、心筋の厚さが増加します。これは、心筋に血液を供給する血管がそれに応じて増殖しないため、心臓に虚血領域が生じることから、適応不良と言えます。最終的には、この反応は一定期間代償作用を発揮し、ストレス要因に対する心機能の改善を可能にする可能性があります。しかし、このタイプの肥大は、血液を効果的に送り出すことができない拡張した心室を引き起こし、心不全につながる可能性があります。^{[ 5 ]} この求心性肥大を誘発するストレス要因が軽減または除去されると（心臓の欠陥の場合は外科的に矯正するか、高血圧は食事と運動によって軽減される）、心臓は「逆リモデリング」を起こし、拡張した病理的表現型に進行するのではなく、より「正常」な状態に戻る可能性がある。この逆転は筋肉量にとどまらず、心臓結合組織の異常を修復することさえあるかもしれない。^{[ 4 ]}

偏心性肥大は一般的に健康的な、または生理的な肥大とみなされ、「アスリートの心臓」と呼ばれることが多い。これは、健康的な運動や妊娠に対する正常な反応であり^{[ 6 ]}、心臓の筋肉量とポンプ能力の増加をもたらす。これは、運動中に心臓への血液の戻りが増加した結果、または妊娠のように絶対血液量が実際に増加した結果のいずれかである「容量過負荷」に対する反応である。このポンプ能力の増加は、サルコメアが直列に追加されることによるものであり、これにより心臓はより大きな力で収縮することができる^{[ 7 ]} 。これは、収縮単位の要素がより多く関与するにつれて、サルコメアがより大きな力で収縮する能力を説明するフランク・スターリング機構によって説明される。この反応は劇的である可能性があり、トレーニングを受けたアスリートの心臓は、トレーニングを受けていない被験者よりも左心室の質量が最大60%大きい。ボート競技選手、自転車競技選手、クロスカントリースキーヤーは心臓が最も大きい傾向があり、平均的な成人の左心室壁厚1.1センチメートルに対し、平均左心室壁厚は1.3センチメートルです。偏心性肥大は「アスリートの心臓」と呼ばれますが、通常は有酸素運動で鍛えられた人にのみ見られます。例えば、ウェイトリフターは、心臓が容量過負荷ではなく、持続的な筋肉収縮によって動脈にかかる圧力の増加による血管抵抗の増大の結果として一時的な圧力過負荷に反応するため、求心性肥大により近いリモデリングを起こす傾向があります。

偏心性心肥大は、心臓への負荷増加に対する健全な反応として広く認識されているものの、リスクも伴います。例えば、左心室重量が著しく増加したアスリートでは、伝導異常や突然死のリスクも増加します。さらに、妊婦の中には、左心室の拡張とそれに伴う心機能の低下を特徴とする周産期心筋症を発症する人もいます。この進行は、基礎疾患である代謝異常（糖尿病）や高血圧によって部分的に引き起こされ、妊娠に対する心臓の不適応反応につながる可能性があるという指摘もあります。このように、病理的心肥大と生理的心肥大を明確に区別することは便利ですが、心臓の全体的な表現型だけでは説明できない、より広範な表現型が存在する可能性があります。

左室肥大（LVH）における病態の進行は複雑である。LVH患者では、心室性頻拍と上室性頻拍の両方を含む電気的異常がよくみられる。さらに、心筋の細胞構造と細胞外環境が変化し、特に胎児期の​​心臓で通常発現する遺伝子が誘導され、コラーゲンやその他の線維化タンパク質も増加する。LVHは、さまざまな方法で心臓の機能に影響を及ぼす可能性がある。拡張型表現型に進行する前に、流出路の機械的閉塞が発生し、心拍出量が減少することがある。さらに、心室の線維化が増加すると、適切な弛緩が起こらず、心臓の充満が阻害され、拡張機能障害や駆出率保持型心不全につながる可能性がある。

前述のセクションで説明したように、偏心性肥大は容量過負荷によって誘発され、求心性肥大は圧力過負荷によって誘発されると考えられています。これら2つの異なるタイプの心肥大の進行を調査するために、生体力学的アプローチが採用されています。 ^{[ 10 ] [ 11 ]}

連続体力学の枠組みでは、体積増加は変形勾配の乗法分解を用いてモデル化されることが多い。${\displaystyle \mathbf {F} }$弾性部品に${\displaystyle \mathbf {F} ^{e}}$そして成長部分$\displaystyle \mathbf {F} ^{g}}$[ ^{12 ]}ここ^で${\displaystyle \mathbf {F} =\mathbf {F} ^{e}\mathbf {F} ^{g}}$一般的な直交異方性成長の場合、成長テンソルは次のように表すことができます。

${\displaystyle \mathbf {F} ^{g}=\vartheta ^{f}\mathbf {f} _{0}\otimes \mathbf {f} _{0}+\vartheta ^{s}\mathbf {s} _{0}\otimes \mathbf {s} _{0}+\vartheta ^{n}\mathbf {n} _{0}\otimes \mathbf {n} _{0}}$、

どこ${\displaystyle \mathbf {f} _{0},\mathbf {s} _{0}}$そして${\displaystyle \mathbf {n} _{0}}$は通常、微細構造の正規直交ベクトルであり、${\displaystyle \mathbf {\vartheta } =[\vartheta ^{f},\vartheta ^{s},\vartheta ^{n}]}$これは成長乗数と呼ばれることが多く、特定の成長法則に従って成長を調整する。

偏心成長では、心筋細胞は細胞の長軸の方向に伸び、${\displaystyle \mathbf {f} _{0}}$したがって、偏心成長テンソルは次のように表すことができる。

${\displaystyle \mathbf {F} ^{g}=\mathbf {I} +[\vartheta ^{\parallel }-1]\mathbf {f} _{0}\otimes \mathbf {f} _{0}}$、

どこ${\displaystyle \mathbf {I} }$これは単位テンソルです。

一方、同心円状成長は、サルコメアの平行な沈着を誘発する。心筋細胞の成長は横方向であり、したがって同心円状成長テンソルは次のように表される。

${\displaystyle \mathbf {F} ^{g}=\mathbf {I} +[\vartheta ^{\perp }-1]\mathbf {s} _{0}\otimes \mathbf {s} _{0}}$、

どこ${\displaystyle \mathbf {s} _{0}}$は、心臓壁の接平面に垂直なベクトルである。

成長乗数を支配する成長法則については、さまざまな仮説が存在する。${\displaystyle \vartheta ^{\parallel }}$そして ${\displaystyle \vartheta ^{\perp }}$偏心成長は体積過負荷によって誘発されるという観察に基づき、歪み駆動成長法則が適用される。${\displaystyle \vartheta ^{\parallel }}$[ ^{10 ] [ 11 ]}圧力過負荷によって誘発される同心円状の成長については、応力駆動^{[ 10 ]}とひずみ駆動^{[ 11 ]の}両方の成長法則が計算有限要素法を用いて調査および検証されている。成長の連続体理論に基づく生体力学的モデルは、疾患の進行を予測するために使用でき、したがって、病的肥大の治療法の開発に役立つ可能性がある。

上述のほとんどの状況では、心室壁厚の増加は緩やかなプロセスです。しかし、場合によっては肥大が「劇的かつ急速」になることがあります。ビルマニシキヘビでは、大量の食事を摂取すると、48時間以内に代謝作業が7倍に増加し、心室質量が40%増加しますが、どちらも28日以内に正常に戻ります。^{[ 18 ]}

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