心臓の自動能と刺激伝導系

心臓は厚さ数ミリから、場所によって10ミリほどの筋肉でできたこぶし大の袋で、1日に約10万回収縮と拡張を繰り返しています。心筋は他の臓器の筋肉と違って自動的に収縮を繰り返すしくみを持っています。心臓の活動は電気刺激によって引き起こされます。心臓には、一定のリズムを保つ電気的興奮の発生源があり、その刺激が正しく心臓を巡ることでリズミカルな収縮と弛緩を生み出しています。右心房上部、上大静脈が右心房に流入するあたりにある洞房結節（洞結節）がそのペースメーカーの役割を担っています。洞結節で発生した電気的興奮は刺激伝導系を通じて心房（上室）から心室に伝わり、心筋が収縮と弛緩を繰り返します。刺激伝導系は、洞結節（→左右の心房筋）⇒房室結節⇒ヒス束⇒左脚・右脚⇒プルキンエ線維（→左右の心室筋）として構成され、電気刺激が規則正しく伝えられます（図1）。

図1　心臓のしくみと刺激伝導系

右心房と左心房の間にはバッハマン束という心筋線維の束があって、洞結節で発生した電気的興奮はバッハマン束を通じて左心房にすばやく伝達され心房が収縮を起こします。
心房が収縮している間、心室は心房からの血液を受け取るために拡張していなければなりません。そのためには心室に電気刺激が伝わる時間差が必要であり、その役割を果たすのが房室結節です。洞結節で発生した電気的興奮は心房を収縮させ、房室結節に進みます。心房－心室間の刺激伝導系は房室結節⇒ヒス束を通過するルートが唯一の伝導路です。房室結節は、心房の電気刺激を集め、タメをつくってからヒス束が心室に伝導します。心房と心室のつなぎ役の房室結節とヒス束は房室接合部とも呼ばれています。房室結節は病理学者の田原淳（すなお）氏が発見したことから、かつて田原結節と呼ばれていました。
刺激伝導系はヒス束から心室に入ると、右脚と左脚に分かれます。さらに右脚は右心室心尖部で枝分かれし、左脚は左脚前枝、左脚後枝に分岐して、その先はプルキンエ線維が心室全体に広がっていきます。
電気的興奮の回数（心拍数）は洞結節より下位になるほど少なくなります。たとえば洞結節が約80回/分とすると、房室結節約60回/分、ヒス束約40回/分、プルキンエ線維約20～30回/分です。仮に洞結節の自動能にトラブルが起きて電気的興奮の回数が少なくなっても、下位の自動能がバックアップする補充調律という機能が心臓には備わっているため、心拍数が少なくなっても簡単に心臓が止まることはありません。

活動電位とイオンチャネル

洞結節の電気的興奮が正しく伝わるには刺激を受けた心筋細胞も興奮する必要があり、心筋細胞の細胞膜には興奮を繰り返すために活動電位のシステムが整っています。
活動電位はナトリウムイオン（Na^＋）、カリウムイオン（K^＋）、カルシウムイオン（Ca^＋＋）が細胞膜の小さな孔（イオンチャネル）を出たり入ったりすることで発生します。
心筋細胞が静止状態のとき細胞内は細胞外に比べてマイナスになっています。細胞内にはK^＋が多く、細胞外にはNa^＋、Ca^＋＋が多い状態で、細胞の内と外のイオン濃度差（電位差）は−90mVという分極の状態でバランスがとれています。細胞が興奮し電気刺激を発生するには、イオンが移動して細胞内がプラスの状態（脱分極）になる必要があります。心室細胞では、電気刺激によって閾値に達すると、Na^＋チャネルが開いてNa+が細胞内に入り電位が急激に上昇します［0相］。Na^＋チャネルはすぐ閉じて電位が少し下がります［1相］。それと同時にCa⁺⁺チャネルが開いてCa⁺⁺が細胞内に入り活動電位を保ちます［2相］。Ca⁺⁺の流入が終わると細胞内からK^＋が細胞外に出て電位は下降します［3相］（図2）。

図2　心室細胞の活動電位

提供　小林洋一氏

心臓の動きは、洞結節の細胞が分極状態から脱分極して始まります。洞結節は自発的に脱分極（活動電位）と再分極（静止電位）のサイクルを繰り返します。洞結節の規則正しい脱分極が電気刺激となって、心房全体を次々に脱分極させていきます。そして電気的興奮の広がりは筋肉を収縮させて心房内の血液を心室に送り出します。

電気的活動を表す心電図

心電図は心臓の電気的活動を波形としてとらえたもので、心房の興奮を表すP波、心室の興奮を表すQRS波、心室の再分極を表すT波、U波で構成されます。4つの波は心臓の収縮と拡張（心拍）の1回分を示し、正常な心電図では規則正しく、一定の間隔で繰り返されます。P波がスタートして次のスタートまでを結んだ基線より上向きに現れる波を陽性波、下向きに現れる波を陰性波といいます（図1）。
P波の始まりの1/3は右心房の興奮を、続く1/3は右心房と左心房の興奮を、終わりの1/3は左心房の興奮を表しています。右心房に負荷がかかるとP波の始まりの1/3に、左心房に負荷がかかるとP波の終わりの1/3に変化が現れ、不整脈としてP波の形が変わることがあります。QRS波は、心房から送られてきた電気刺激で心室（ヒス束⇒右脚・左脚）が興奮したときに生じる波形です。T波はQRS波の後に続くなだらかな山で、心室が興奮から醒めていく過程を表しています。また、T波の後にモニターでは確認できないほど小さなU波が現れることがあります。U波は再分極の終わりやプルキンエ線維の興奮で生じるといわれますが、明らかではありません。
Q波の終わりからT波の開始までのQT時間は、心室が興奮を開始してから興奮が終わるまでの時間で、QT時間の延長は心室細動が起こりやすいため注意が必要です。また、QRS波の終わりからT波が始まるまでのST部分は、正常であれば基線と一致しますが、電気的に不安定だと基線から上下にずれが生じます。心筋梗塞の特徴的な所見として重要なポイントになります。

不整脈の原因

洞結節の電気的興奮が刺激伝導系を正しく伝わらなかったり、電気的興奮が洞結節以外の場所から発生したりすると、収縮と弛緩のリズムに乱れが生じ、不整脈となって現れます。不整脈は心臓に負荷がかかると発生しますが、心臓に負荷がかかる要因には心疾患、心臓以外の疾患、加齢、ストレスなどがあります。
不整脈の原因となる疾患で最も多いのは狭心症や心筋梗塞をはじめとする冠動脈疾患です。虚血性心疾患のなかでは急性心筋梗塞と冠攣縮性狭心症が命に関わる危険な不整脈と関係していることが知られています。冠動脈疾患に次いで多いのが心筋症で、ほかに心筋炎、弁膜症、先天性心奇形なども不整脈の原因となります。日常の診療では原因となるような疾患や病態が見られない、特発性の不整脈も多く見られます。

自律神経の影響

気分がリラックスしているときや眠っているときは脈がゆっくりで、緊張したり運動したりすると脈が速くなるのは自律神経（交感神経、副交感神経）が調節を行っているからです。交感神経は血圧や体温を上げて、心臓の収縮力を強め心拍数を増やします。これに対して、副交感神経（迷走神経）は血圧や体温を下げて、心臓の収縮力を弱め心拍数を減らします。交感神経も副交感神経も心臓全体に分布していますが、とくに洞結節と房室結節では神経末端が多く見られます。交感神経末端からはアドレナリン、副交感神経末端からはアセチルコリンが放出され、興奮と抑制の相反する作用でバランスがとられています。
刺激伝導系への自律神経の作用を詳しくみると、交感神経は洞結節の刺激発生頻度を上げて心拍数を増やすのに対して、副交感神経は洞結節の刺激発生頻度を下げて心拍数を減らす働きをしています。このアドレナリンの作用をブロックするのがβ遮断薬で、アセチルコリンの作用をブロックするのがアトロピンです。β遮断薬は交感神経を抑えるので、結果的に副交感神経（迷走神経）が優位になり、逆に、アトロピンは副交感神経を抑えるので交感神経が優位になります。

不整脈の分類

不整脈は、不整脈が発生する部位によって、心房で起きる上室性不整脈と、心室で起きる心室性不整脈に分けることができます。また脈の数から、脈が遅くなる徐脈性不整脈（50回以下/分）、脈が速くなる頻脈性不整脈（100回以上/分）、脈がとぶ期外収縮の3つに大きく分けられます（表1）。

一般的に、脈が遅くなると、息切れ、立ちくらみ、めまい、失神などの症状が現れ、脈が速くなると、吐き気、動悸、冷や汗、めまいなどの症状が現れますが、不整脈は必ずしも自覚症状を伴うわけではありません。

徐脈性不整脈

洞不全症候群

洞不全症候群は、洞結節の自動能や洞房伝達能が低下することによって、めまいや失神などが起きる症候群です。ルーベンシュタイン分類によってⅠ型（洞性徐脈）、Ⅱ型（洞停止または洞房ブロック）、Ⅲ型（徐脈頻脈症候群）の3つのタイプに分類されます。心房粗動や心房細動、発作性上室性頻拍など上室の不整脈を合併する場合もありますが、比較的生命予後の良い不整脈です。

房室ブロック

房室ブロックは、心房から心室への刺激伝導系が障害されている状態です。心筋炎、心筋梗塞、特発性心筋症などでみられます。房室ブロックはその程度によって、１度房室ブロック（ほとんど症状がみられず、心電図で発見されることが多い）、2度房室ブロック（脈がときどき抜け、動悸を感じる）、3度房室ブロック（完全房室ブロックで、心房からの電気的興奮が心室に伝導されず、心房と心室は無関係に収縮する）の３段階に分けられます。

脚ブロック

脚ブロックは、ヒス束から右脚、左脚を通過する電気刺激が部分的、あるいは完全に遮断された伝導障害の1つです。右脚ブロックは、とくに基礎疾患のない人にも見られ、多くは治療の必要はありません。左脚ブロックは、高血圧やアテローム性動脈硬化による冠動脈疾患を合併して重症になる傾向があるため治療が必要となります。

頸動脈洞過敏症候群

頸動脈洞が圧迫されたり刺激を受けたりすると迷走神経が過剰に反応して循環障害を生じる症候群です。とくに高齢者では頸部を圧迫したり、首を回したりして頸動脈洞が刺激され、迷走神経反射が生じて失神を起こすことがあります。

頻脈性不整脈

上室頻拍

上室頻拍は心房の期外収縮をきっかけに生じる頻脈性不整脈で、突然発症し、突然治まるという特徴があります。脈拍はおよそ200回/分で、不快な動悸や息切れ、胸痛などがみられます。

心房粗動

心房粗動は心房内を電気的興奮が旋回する不整脈で、脈拍はおよそ300回/分です。心房細動と同様に、血栓塞栓症を合併する可能性があります。

心房細動

心房細動は期外収縮に次いで2番目に多い不整脈です。心房のさまざまな場所から電気的興奮が起こり、それが心房内を旋回することで不整脈が生じます。脈拍は300～500回/分程度で、心房は小刻みに震えます。
心房細動が起きると脈の乱れを感じて動悸や胸のつかえのほか、めまいやふらつきなどの症状が現れる一方で、ほとんど自覚症状がないまま健診時の心電図検査で初めて診断されるという場合もあります。
心房細動自体は良性で、直接生命を脅かすような病態ではありませんが、脳梗塞などの血栓塞栓症を合併するリスクがあります。心房細動を起こした心房内はけいれん状態になっているため血液を左心室に送りにくくなります。左心房には左心耳というくぼんだ部分があり、そこに入り込んだ血液は淀んで血栓を形成しやすくなります。左心耳でできた血栓は比較的大きく、それが血流に乗って脳に移動すると重症の脳梗塞を起こしやすいのです。また、心房細動が長く続くと心臓へのダメージが大きく、心不全を発症しやすくなります。

心室頻拍

心室期外収縮が3連発以上続く不整脈を心室頻拍といいます。心室頻拍は上室頻拍より重篤で、心室から血液を十分に送り出すことができなくなるために血圧が下がり、致命的な心室細動に移行する可能性があります。心室頻拍の1つである「トルサード・ド・ポアンツ」は、心電図のQT時間が延長している例で発生し、突然死を起こすこともある重症不整脈です。

心室細動

心室細動は心室が無秩序に電気的興奮を起こす状態になり、心臓がポンプの役目を果たすことができなくなります。血液が拍出されない心停止状態から数分で循環停止を起こし、呼吸停止に陥って、さらに脳をはじめ重要臓器に不可逆的な障害を来たして死に至ります。心臓突然死の多くは心室細動が原因で、心室細動が起きたときは直ちに除細動を行う必要があります。

早期興奮症候群

心房－心室間に房室結節以外の副伝導路が存在することがあります。副伝導路はいわば抜け道のようなもので、房室結節より電気刺激が速く伝わってしまいます。副伝導路がある疾患は早期興奮症候群と呼ばれます。副伝導路の代表格がケント束で、ケント束を有する疾患をWPW症候群といいます。心房に頻拍や粗動、細動などの不整脈が発生すると、頻繁に電気信号がケント束を通って心室に伝わり心室性頻脈や心室細動を引き起こすため、WPW症候群は心臓突然死のリスクをはらんでいます。

QT延長症候群

心電図でQ波の始まりからT波の終わりまで、すなわち心室の興奮の始まりから終わりまでの時間が異常に延長している不整脈をQT延長症候群といい、遺伝性のものと後天性のものがあります。突然脈が乱れて失神発作などを起こすこともあり（トルサード・ド・ポアンツ）、心室細動が出現し突然死の原因となる場合もあります。

ブルガダ症候群

ブルガダ症候群は、心電図の特徴的なST部分の上昇を示し、心室細動で突然死を起こす症候群です。発作が起きるまでは普通に日常生活を送っていた人に、突然命に関わる不整脈が発生します。患者は圧倒的に男性が多く、一部に遺伝子異常が関与していることが明らかになっています。日本人を含むアジア人に多く、いわゆるぽっくり病はブルガダ症候群と考えられています。近年注目されているJ波症候群もブルガダ症候群と似た疾患で、いわゆる器質的に異常のない特発性心室細動とは区別されます。

期外収縮

心室性期外収縮、上室性期外収縮

期外収縮は、期待されるタイミングより早い時期に電気的興奮が発生する不整脈で、日常的に最も多くみられる不整脈です。発生部位によって、心房内あるいは房室接合部から生じる上室性期外収縮（心房期外収縮、房室接合部期外収縮）、ヒス束より下部の心室から生じる心室性期外収縮の2種類に分類されます。興奮の発生部位が異なることから、心電図ではQRS波の幅で区別されます。
期外収縮は概して危険な不整脈ではありませんが、心筋梗塞、心筋症、弁膜症などの基礎心疾患があると比較的高頻度に発症します。基礎疾患のない健康な人でも、自律神経失調、睡眠不足、喫煙、アルコール多飲などによって期外収縮が誘発されます。
期外収縮は症状のない場合が多いのですが、症状が現れる場合は脈がとぶ感じや、胸部の不快感、胸の痛みとして感じられます。心臓が動いていても１回の拍動で十分に血液を送れず、脈として感じられないために脈がとぶように感じます。また、胸の痛みを感じると狭心症や心筋梗塞が心配になりますが、期外収縮の胸痛は狭心症や心筋梗塞のそれとは違って胸の狭い範囲で起こり、数十秒以内で治まるのが特徴です。

不整脈の治療

不整脈の治療法には主に薬物療法と非薬物療法があり、症状の重さや不整脈の種類、発作の頻度などによって治療法が選択されます。薬物療法が主流ですが、不整脈の種類によっては薬物療法よりカテーテルアブレーションや植え込み型除細動器（ICD）など非薬物療法が効果を発揮することがあります。

薬物療法

不整脈の薬物療法の主体は抗不整脈薬です。心臓の興奮はNa^＋、Ca^＋＋、K^＋の3種類のイオンと自律神経が主に関わっており、それらを標的にした薬剤が選択されます。現在日本では、抗不整脈薬はボーン・ウィリアムズ分類とシシリアン・ガンビット分類で分類されています。ボーン・ウィリアムズ分類では抗不整脈薬はⅠ（a、b、c）～Ⅳ群に分かれています。Ⅰ群は期外収縮や頻拍発作を抑えるNaチャネル抑制薬です。Ⅱ群は脈が速くなるのを抑え、期外収縮や頻拍発作が起こるのを防止するβ遮断薬です。Ⅲ群は活動電位時間を延長させて不整脈を予防するKチャネル遮断薬です。Ⅳ群は洞結節や房室結節などの興奮を抑制して、心拍が速くなるのを抑えるCaチャネル遮断薬です（表2）。

今日の治療薬2017をもとに作成

心室細動は、心室性期外収縮が引き金になって発症することがわかっています。心臓突然死の大半は心室細動が原因であり、したがって心室性期外収縮を抗不整脈薬で防ぐことができれば、突然死も予防できると考えられていました。
それを確認するために行われたCAST研究では、心筋梗塞の患者を、心筋梗塞後の心室性期外収縮に対して心室性期外収縮抑制効果のあるⅠ群薬を投与したグループと、プラセボを投与したグループに分けて突然死予防効果を比較しました。その結果、Ⅰ群薬を投与したグループよりプラセボを投与したグループのほうが生命予後は良好だったという衝撃的な結果が報告されました。
CAST研究の結果の評価をめぐって世界中で議論が繰り広げられ、①Ⅰ群薬は心筋梗塞のような重症な疾患を有する例に使用すると、かえって致命的な不整脈を誘発する副作用（催不整脈作用）がある、②Ⅰ群薬は心臓のポンプの力を弱める作用（陰性変力作用）がある、という統一見解が得られました。つまり、心疾患のある患者の突然死を予防し、生命予後を改善するにはⅠ群薬の実力には限界があることがわかったのです。
日本では、Ⅲ群薬ではアミオダロンが使用されています。アミオダロンはⅠ群薬より催不整脈作用や陰性変力作用が弱く、しかも突然死を予防する効果が強いことが、その後の大規模試験で明らかになりました。この結果を踏まえ、心疾患のある患者の心室細動と、それによる突然死を予防する目的で使用される抗不整脈薬は、Ⅲ群薬がⅠ群薬に取って代わったという経緯があります。近年になって開発が目覚ましいICDが突然死予防の強力な治療法として位置づけられるようになりましたが、ICDが適応にならない場合は、アミオダロンが重要な役割を果たしています。
このように突然死予防を目的とする抗不整脈薬の主流がⅠ群薬からⅢ群薬にシフトするのに伴って、ボーン・ウィリアムズ分類の見直しも必要になってきました。そして新しい分類法であるシシリアン・ガンビット分類が登場しました。抗不整脈薬のイオンチャネルや自律神経受容体に対する作用、心機能や心電図指標に対する効果などをまとめた、分類というより各薬剤の薬理作用の一覧表に近い体裁です。

心房細動の治療

心房細動の薬物治療にはレートコントロールとリズムコントロールの2つの方法があります。心房細動では一般的に心室の脈も速くなります。房室結節に働きかけて、心室に伝わる脈の数を減らして動悸などの症状を和らげるのがレートコントロールですが、心房細動自体は是正されません。一方、リズムコントロールは心房での異常な脈を停止させ、正常な脈に戻すことが狙いです。しかし、副作用や再発などの心配もあるため、現在は、より確実なリズムコントロールを得る目的でカテーテルアブレーション治療を検討する流れになっています。
心房細動の薬物治療ではワルファリンや直接作用型経口抗凝固薬（DOAC）などの抗凝固薬による抗血栓療法も重要です。抗凝固薬は出血の副作用があり、プロトロンビン時間国際標準比（PT-INR）などをチェックし抗凝固能をフォローしながら治療を進めていく必要があります。

非薬物療法

不整脈の非薬物療法には、ペースメーカー、ICD、手術、カテーテルアブレーションなどがあります。
心房細動は経過が長びくと心房が大きくなり、その結果さらに心房細動が起こりやすくなります。かつて心房細動の外科的治療は心房の筋肉を短冊状に切る方法で行われていました。細動を起こすにはある程度の面積が必要であることを逆手に取った治療法です。ちなみに小動物には心房細動が起こりにくいといわれています。

ペースメーカー

ペースメーカー療法は、洞不全症候群や房室ブロックなどの徐脈性不整脈に用いられます。最新のペースメーカーは、患者の運動量に対応して刺激の回数を自動的に変化させ、体が必要とする血液量を確保できるなど、より生理的な機能が備わっています。さらに超小型の心筋に埋め込むタイプのペースメーカーも開発され、現在治験が進められています。

ICD（植え込み型除細動器）

ICDは致死性不整脈（心室細動、心室頻拍）を自動的に感知し、抗頻拍ペーシングや電気ショックを行う治療器で、薬物治療、カテーテルアブレーション治療だけでは効果が不十分な場合や、致死性不整脈に対して使用されます。最新の完全皮下植え込み型除細動器（S-ICD）システムは、局所麻酔で前胸部の皮下に埋め込んで使いますが、心内に入れるリードがありません。

カテーテルアブレーション

頻脈性不整脈の治療の主流になりつつあるのがカテーテルアブレーションです。とくに心房性の頻脈性不整脈では高い治療効果が得られることから、最近では心房細動に対するカテーテルアブレーション治療を行う医療機関が増えています。カテーテルの先に取り付けられた電極を心臓の内壁に接触させながら心電図を計測し、副伝導路などの異常な箇所を「マッピング」して、そこを高周波電流で焼いて絶縁するという治療法です（図3）。

図3　カテーテルアブレーション

国立循環器病センターHPを参考に編集部で作成

カテーテルアブレーション治療には患部を凍傷させる凍結療法や、日本で開発された高周波ホットバルーン療法などもあります。
カテーテルアブレーション治療は一般的な治療となってきましたが、さまざまな不整脈に対する治療効果、治療後の経過などについては今後の研究が必要です。