ウィガース図作成ツール
大動脈圧・心室圧・心房圧、心室容積、心電図、心音を1本の時間軸にそろえた、ラベル付きの心周期のウィガース図を描きます。弁イベント版や左右心比較版も作れ、生理学の講義、試験対策、論文の図に向いています。
ウィガース図の例
表示した4つのプロンプトの実際の生成結果です。心電図と心音まで入れた左心系の完全なウィガース図、圧と容積だけでラベル6つの版、S1・S2と4つの弁イベント、左心と右心の圧の比較。クリックするとプロンプトが入力欄に読み込まれ、編集できます。
ウィガース図の読み方：4本の弁の線で区切られる7つの相
ラベル付きの図を、番号の付いた列ごとに左から右へ読みます。相の境界はどれも弁の開閉で、4つのパネルすべてを貫く破線で描かれています。
- 1
1〜2 心房収縮期 → 等容性収縮期
P波の後に心房が収縮し（a波）、QRSの後130 mLでS1とともに僧帽弁が閉じます。
- 2
3〜4 急速駆出期と緩徐駆出期
心室圧が大動脈圧に達すると大動脈弁が開き、容積は130 mLから50 mLへ減ります。
- 3
5 等容性弛緩期
重複切痕とS2で大動脈弁が閉じ、両弁閉鎖のまま容積一定で圧が下がります。
- 4
6〜7 急速充満期 → 緩徐充満期
心室圧が心房圧を下回ると僧帽弁が開き、心室に再び血液が満ちていきます。
弁が開閉する瞬間：4つの圧の交差点
左心系の各弁は、心室圧の曲線がその弁の反対側の圧曲線と交わった瞬間に動きます。
- 1
1と2：僧帽弁閉鎖、大動脈弁開放
心室圧が心房圧を超え（S1）、次に大動脈圧を超えます。その間はすべての弁が閉じています。
- 2
3と4：大動脈弁閉鎖、僧帽弁開放
切痕で大動脈圧を下回り（S2）、続いて心房圧を下回ると充満が始まります。
- 3
音が出るのは閉鎖だけ
S1とS2は線1と線3の上にあり、線2と線4の開放は健康な心臓では無音です。
ウィガース図とその他の心周期の図
1回の拍動は、時間に対する波形としても、相ごとの心臓の断面としても、圧と容積のループとしても描けます。授業や論文で使う形を指定してください。よく探されるのは次の版です。
ラベル付きのウィガース図
左心系の完全な図です。大動脈圧・左心室圧・左心房圧を0〜120 mmHgの1本の軸に、その下に左心室容積、さらに心電図と心音図を、毎分75拍で約0.8秒の時間に対して並べます。ラベル付きの版ではa波・c波・v波、重複切痕、拡張末期容積と収縮末期容積、P波・QRS・T波、S1とS2、4つの弁イベント、7つの相に名前を付けます。
心臓の断面で描く心周期の図
波形の代わりに心臓を描きます。相ごとに1枚の断面図で、血液の流れを矢印で示し、各弁を開か閉で描きます。最低4パネルが一般的で、心房収縮期、等容性収縮期、駆出期、弛緩と充満です。最初の授業向けの版で、圧とタイミングが重要になるとウィガース図に発展します。
心電図付きの心周期のグラフ
電気的な記録を機械的な記録の上にそろえ、各波がそれによって起こる事象のわずかに前に来ることを示します。P波は心房収縮に先行し、QRS波は心室圧の上昇と僧帽弁の閉鎖に先行し、T波は駆出期の後半、大動脈弁が閉じる前に現れます。各波から圧の曲線へ縦の補助線を引くよう指定できます。
心周期の各相のフローチャート
7つの相を輪の上の箱として並べ、それぞれに弁の状態を添えます。心房収縮期（僧帽弁開、大動脈弁閉）、等容性収縮期（両方閉）、急速・緩徐駆出期（大動脈弁開）、等容性弛緩期（両方閉）、急速充満期と緩徐充満期（僧帽弁開）。グラフの横に置く復習シートに便利で、4相の版では2つの駆出期と3つの充満期をまとめます。
大動脈弁狭窄症と閉鎖不全症のウィガース図
大動脈弁狭窄症：駆出期に左心室圧が大動脈圧を大きく上回り（約120 mmHgに対してピーク180 mmHg以上）、その差が弁をはさむ圧較差です。大動脈圧の立ち上がりは遅く、S1とS2の間に漸増漸減性の雑音が入ります。大動脈弁閉鎖不全症：拡張期に大動脈圧が大きく下がるため脈圧が広く、本来の等容性弛緩期にも心室容積が増え続けます。
僧帽弁狭窄症と閉鎖不全症のウィガース図
僧帽弁狭窄症：拡張期を通して左心房圧が左心室圧を上回り、12 mmHg未満ではなく20〜25 mmHg前後となり、心室の充満は遅く、僧帽弁開放音の後に拡張期ランブルが続きます。僧帽弁閉鎖不全症：収縮期に血液が心房へ逆流するためv波が高くなり、本当の等容性収縮期はなく、S1からS2まで雑音が続きます。
圧容積ループ（ウィガース図ではない）
同じ2本の波形から作る別の図です。左心室圧を時間ではなく左心室容積に対してプロットするため、1拍が反時計回りの閉じたループになります。4つの角が4つの弁イベント、幅が一回拍出量、面積が一回仕事量です。名前で指定してください。ウィガース図のプロンプトがループになることはありません。下の比較表で両者を並べています。
心周期上の心音
弁が閉じる線の上にS1とS2を置き、過剰心音を本来の位置に描きます。S3は急速充満期、僧帽弁が開いた直後で、小児や運動選手では正常、高齢では心不全の徴候です。S4はS1の直前、心房収縮期に、硬くなった心室へ心房が血液を押し込むときに生じます。吸気時に大動脈弁と肺動脈弁の閉鎖がずれるS2の分裂も加えられます。
ウィガース図で見る心周期の7相
Klabundeの7相区分を、P波から左から右へ読みます。弁の列は左心系のもので、右心系の三尖弁と肺動脈弁もほぼ同じ瞬間に動きます。
| 相 | 僧帽弁と大動脈弁 | 波形の動き |
|---|---|---|
| 1 心房収縮期 | 僧帽弁開、大動脈弁閉 | P波の後。心房圧にa波。心室容積は約130 mLまで満たされる |
| 2 等容性収縮期 | 両方閉 | QRSの後、S1とともに始まる。容積一定のまま心室圧が急上昇。c波 |
| 3 急速駆出期 | 僧帽弁閉、大動脈弁開 | 心室圧と大動脈圧がそろって約120 mmHgまで上昇。容積は急減 |
| 4 緩徐駆出期 | 僧帽弁閉、大動脈弁開 | 圧が下がり始める。容積は約50 mLへゆっくり減少。T波が現れる |
| 5 等容性弛緩期 | 両方閉 | S2と重複切痕で始まる。低い一定の容積で心室圧が急降下。v波がピーク |
| 6 急速充満期 | 僧帽弁開、大動脈弁閉 | 心室圧が心房圧を下回る。容積が急増。S3があればここ |
| 7 緩徐充満期（静止期） | 僧帽弁開、大動脈弁閉 | 圧と容積は横ばい。大動脈圧は次のP波まで80 mmHgへ下がり続ける |
7相で数えない授業もあります。 4相区分では心室充満期、等容性収縮期、駆出期、等容性弛緩期の4つとし、急速駆出期と緩徐駆出期をまとめたり、第7相を静止期（diastasis）と呼んだりします。毎分75拍では静止期が最も長い相で、心拍数が上がると最初に消えます。授業で使う区分を指定すれば、それに合わせてラベルを付けます。
ウィガース図とは？
ウィガース図は生理学で標準的に使われる心周期の図で、1回の拍動について大動脈圧・左心室圧・左心房圧、左心室容積、心電図、心音を、1本の時間軸に積み重ねた波形として描いたものです。 並べることで、各弁がなぜ開閉するのか（2本の圧曲線が交わるところ）と、その瞬間に容積・心電図・心音がどうなっているかがわかります。名前はアメリカの生理学者カール・J・ウィガースに由来します。
要点
- 心周期1回は、毎分75拍で約0.8秒です。 そのうち心室収縮期が約270 ms、心室拡張期が約430 msで、心拍数が上がると主に短くなるのは拡張期です。
- 弁は圧の曲線が交わるところで開閉します。 心室圧が心房圧を超えると僧帽弁が閉じ、大動脈圧を超えると大動脈弁が開き、逆向きの交差で大動脈弁が閉じて僧帽弁が開きます。
- 左心室には拡張末期に約130 mL、収縮末期に約50〜60 mLの血液があります。 その差の約70〜80 mLが一回拍出量で、拡張末期容積で割ると駆出率はおよそ55〜60%になります。
- S1は僧帽弁と三尖弁の閉鎖、S2は大動脈弁と肺動脈弁の閉鎖の音です。 2つの弁の開放は健康な心臓では無音なので、心音図には2つの音しか載りません。
- 心室充満の約70〜80%は受動的です。 心房が収縮する前に、開いた僧帽弁から血液が流れ込み、拡張期の終わりの心房収縮が残りの20〜30%を加えます。
ウィガース図と圧容積ループの違い
ウィガース図は圧・容積・心電図・心音を時間に対して描き、圧容積ループは左心室圧を左心室容積に対して描くため、時間が消えて1拍が閉じたループになります。 どちらも同じ4つの弁イベントを含み、ウィガース図では波形が交わる縦線、ループでは4つの角に当たります。
| ウィガース図 | 圧容積ループ | |
|---|---|---|
| 横軸 | 時間（1拍で約0.8秒） | 左心室容積（約50〜130 mL） |
| 縦軸 | 圧（mmHg）と、容積・心電図・心音のパネル | 左心室圧（mmHg） |
| 弁イベント | 圧の曲線が交わる位置の破線 | ループの4つの角 |
| 一回拍出量 | 容積曲線のEDVからESVへの低下 | ループの幅 |
| 各相の長さ | 時間軸から直接読める | 示されない（ループに時間目盛りはない） |
| 主な用途 | タイミング、弁の音、心電図の教育 | 収縮性、前負荷、後負荷、一回仕事量 |
一方から他方へ変換するには、ウィガース図の同じ瞬間の圧と容積を読み取り、その組を1点としてプロットします。 ループの縦の辺が2つの等容性の相、下の辺が充満期、丸い上部が駆出期です。
ウィガース図についての質問
ウィガース図はどう読む？
縦の断面として読みます。時間軸上の1点を選び、すべてのパネルを真下に見ていきます。 その瞬間、圧のパネルからどの部屋がより強く押しているか、つまりどの弁が開いているかがわかり、容積のパネルから心室が充満中か駆出中かどちらでもないか、心電図から直前に起きた電気的事象、心音の帯から弁が閉じたばかりかがわかります。左端のP波から始め、7つの相を右へたどります。
心周期の7相とは？
心房収縮期、等容性収縮期、急速駆出期、緩徐駆出期、等容性弛緩期、急速充満期、緩徐充満期（静止期）です。 第2〜4相が心室収縮期、第5〜7相と第1相が心室拡張期です。ウィガース図では、各相は弁イベントか容積曲線の傾きの変化で区切られます。
心周期の4相とは？
心室充満期、等容性収縮期、心室駆出期、等容性弛緩期です。 7相区分のうち心房収縮期・急速充満期・静止期を充満期に、2つの駆出期を1つにまとめたものです。4つの境界が4つの弁イベントなので、圧容積ループの角に対応する区分でもあります。
心周期の図とウィガース図は同じもの？
多くの場合は同じですが、いつもではありません。 生理学や医学で「心周期の図」といえば、圧・容積・心電図・心音の波形を積み重ねたウィガース図を指すのが普通です。中高の生物では、どの部屋が収縮しどの弁が開いているかを示す心臓断面の連続図を指すこともあります。このツールはどちらも描けるので、波形か心臓かを指定してください。
重複切痕は何によって生じる？
大動脈弁の閉鎖です。 心室が弛緩して圧が大動脈圧を下回ると、血液が一瞬心臓の方へ逆流して弁を閉じ、その反動で大動脈圧の曲線に小さなくぼみと隆起ができます。駆出の終わりを示し、S2と一致し、等容性弛緩期の始まりになります。
心房圧のa波・c波・v波とは？
a波は心房の収縮、c波は心室が収縮し始めるときに僧帽弁が心房側へ膨らむこと、v波は閉じた僧帽弁に対して肺静脈から心房が満ちていくことによる波です。 v波は僧帽弁が開く直前にピークとなり、その後は血液が心室へ流れ込んで心房圧が下がります。同じ3つの波は右心房と頸静脈波にも現れます。
なぜ等容性収縮と呼ぶの？
心室が両方の弁を閉じたまま収縮するので、容積が変わらないからです。 僧帽弁は閉じたばかりで大動脈弁はまだ開いておらず、圧は約50 msで約10 mmHgから約80 mmHgへ上がりますが、容積曲線は拡張末期容積で平らなままです。等容性弛緩はその逆で、大動脈弁が閉じた後の平らな区間です。
ウィガース図でS1とS2はどこにある？
S1は等容性収縮期の始まり、僧帽弁と三尖弁が閉じるところでQRS波の直後、S2は重複切痕、大動脈弁と肺動脈弁が閉じるところでT波の直後です。 S1からS2までが心室収縮期、S2から次のS1までが拡張期で、通常の心拍数では拡張期の方が長くなります。
心電図は心周期とどう対応する？
心電図の各波は、それが引き起こす機械的事象の直前に現れます。 P波（心房の脱分極）は心房収縮に、QRS波（心室の脱分極）は心室圧の上昇に先行し、T波（心室の再分極）は心室の弛緩と大動脈弁の閉鎖の前に来ます。
ウィガース図から一回拍出量・駆出率・心拍数を求めるには？
一回拍出量は容積曲線の拡張末期容積から収縮末期容積を引いた値で、例えば130 − 60 = 70 mL、駆出率は一回拍出量を拡張末期容積で割った値でここでは約54%、心拍数は60を1周期の秒数で割った値で、0.8秒なら毎分75拍です。 一回拍出量に心拍数を掛けると心拍出量で、この例では約5.25 L/分です。
大動脈弁狭窄症でウィガース図はどう変わる？
駆出期に左心室圧が大動脈圧をはるかに上回り、その差が弁の圧較差になります。 大動脈圧自体はゆっくり上がって遅れてピークに達し、駆出期が延び、心音の帯ではS1とS2の間に漸増漸減性の収縮期雑音が現れます。
出典
- 19.3 Cardiac Cycle, in OpenStax Anatomy and Physiology 2e — OpenStax
- Cardiac Cycle — Cardiovascular Physiology Concepts — Richard E. Klabunde
