循環器系は、体内の輸送ネットワークです。心臓が血管を通して血液を送り出すことで、組織は酸素・栄養素・ホルモン・免疫細胞を受け取れます。一方で、二酸化炭素やそのほかの老廃物は運び去られます。ヒトでは、これは2つのつながった回路からなるループで、1つは心臓と肺の間、もう1つは心臓と体のほかの部分の間をめぐります。
1つだけ覚えるなら、これを覚えてください。血液は常に心臓から出て、組織または肺を通り、再び心臓へ戻っています。
循環器系のはたらき
循環器系は、体がいくつもの仕事を同時にこなすのを助けています。
- 組織へ酸素を届ける
- 消化で得た栄養素を細胞へ運ぶ
- ホルモンやそのほかの情報伝達分子を運ぶ
- 免疫細胞や血液凝固に関わる成分を運ぶ
- 二酸化炭素や一部の代謝老廃物を取り除く
このため、このテーマは解剖図だけの話ではありません。循環器系は、肺、消化器系、腎臓、免疫系、そして体内のあらゆる活動中の組織をつないでいます。
主な構成要素：心臓・血管・血液
心臓
心臓は筋肉でできたポンプです。右側は血液を肺へ送り、左側は血液を体のほかの部分へ送ります。
入門レベルでは、すぐにすべての部屋を暗記することよりも、この分かれ方を理解することのほうが重要です。右心系は肺循環を担当します。左心系は体循環を担当します。
血管
血液は主に3種類の血管を通って流れます。
- 動脈は血液を心臓から遠ざける方向へ運ぶ
- 静脈は血液を心臓へ向かう方向へ運ぶ
- 毛細血管は、血液と組織の間で物質が移動する小さな交換用の血管である
よくある誤解は、動脈は常に酸素の多い血液を運び、静脈は常に酸素の少ない血液を運ぶと考えることです。このパターンは体循環ではよく当てはまりますが、本質的な特徴は心臓に対する方向です。肺循環では、肺動脈は酸素の少ない血液を肺へ運び、肺静脈は酸素の多い血液を心臓へ戻します。
血液
血液そのものが輸送媒体です。血漿は溶けた物質を運び、赤血球は主に酸素を運び、白血球は防御に関わり、血小板は血液凝固を助けます。
問題が移動・交換・供給についてであれば、実際に運んでいるのはたいてい血液です。
肺循環と体循環
循環器系はしばしば二重循環のシステムとして説明されます。
肺循環では、血液は心臓から肺へ行き、再び心臓へ戻ります。ここで血液は二酸化炭素を放出し、酸素を受け取ります。
体循環では、血液は心臓から体の組織へ送られ、その後戻ってきます。ここで酸素と栄養素が細胞に届けられ、老廃物が細胞から運び去られる過程が始まります。
この2つのループ構造により、1つのループしかない系よりも、酸素の多い血液と少ない血液をよりよく分けて保つことができます。
具体例：1個の赤血球の通り道
活動したあとの脚の筋肉から戻ってくる赤血球を想像してみましょう。
その赤血球は静脈に入り、以前より酸素が少なく二酸化炭素が多い状態で心臓の右側へ戻ります。次に心臓は、それを肺動脈を通して肺へ送り出します。肺の毛細血管ではガス交換が起こり、二酸化炭素は血液から出ていき、酸素が血液に入ります。
その後、赤血球は肺静脈を通って心臓の左側へ戻ります。そこから心臓は、それを大動脈へ送り出し、さらに体循環の動脈へ流します。やがて再び脚の毛細血管に達し、そこで酸素は細胞呼吸に必要な組織細胞へ拡散できます。
この例は、循環の全体の論理を示しています。体 → 右心 → 肺 → 左心 → 体、という流れです。
なぜ毛細血管が重要なのか
学生は、イメージしやすいため心臓に注目しがちです。しかし、組織との実際の交換は主に心臓や大きな動脈で起こるわけではありません。起こるのは毛細血管です。
毛細血管の壁は薄く、酸素、二酸化炭素、栄養素、その他いくつかの物質が血液と周囲の組織の間を移動しやすくなっています。毛細血管がなければ、この系は血液を動かすことはできても、受け渡しや回収は効率よく行えません。
動脈・静脈・物質交換についてのよくある間違い
循環器系を酸素だけのシステムだと考える
酸素の輸送は中心的ですが、この系は栄養素、ホルモン、免疫細胞、熱、老廃物も運びます。
動脈と静脈を取り違える
動脈は、血液を心臓から遠ざけることで定義されます。静脈は、血液を心臓へ向かわせることで定義されます。酸素量だけでは区別できません。
肺が循環の一部であることを忘れる
血液は心臓からそのまま体へ行くだけでは役に立ち続けられません。ガス交換を続けるために、肺を通って循環し続ける必要があります。
すべての交換が大きな血管で起こると思い込む
大きな血管の主な役割は血液を運ぶことです。組織との大部分の交換は毛細血管レベルで起こります。
生物学で循環器系が登場する場面
循環器系は、生物学や医学のさまざまな場面に現れます。運動で呼吸数や心拍数が変わる理由、血管の閉塞が危険な理由、失血が全身に影響する理由、血液中に投与された薬が離れた組織まで届く仕組みを説明するのに役立ちます。
また、呼吸、消化、恒常性、免疫、血液学といったテーマにも自然につながります。体のある系が何かを離れた場所へ送る必要があるなら、答えの一部にはたいてい循環器系が含まれます。
似たたどり方の問題に挑戦してみよう
今度は体の組織ではなく肺から始めて、血球の旅を自分でたどってみましょう。肺 → 左心 → 体 → 右心 → 肺という経路を追えれば、循環の基本的な考え方はしっかりつかめているはずです。