秋山俊雄（ローチェスター大学内科心臓学 名誉教授）
1．はじめに立体角理論は，空間に存在する磁気源や電気源から離れた任意の点における磁力や電位変化の強度と方向を導き出すために，微積分学を用いて創案された理論であり，心電図波形の解釈にも応用できる．
前回は，心電図学における立体角理論確立へ至る歴史を振り返るとともに，心筋虚血に伴う心電図波形
変化が立体角理論によって説明可能であることを示す実験的証拠を紹介した．心筋虚血が小さな心内膜下虚血から大きな貫壁性虚血へと進展するとき，心電図の ST-T 波形にはどのような変化がもたらされるのであろうか？ 今回はこの疑問点を中心に，立体角理論による考察を進めながら，その有用性を支持する実験的証拠を提示したい．

2．立体角理論が心筋虚血の ST-T 波形異常の解析に応用できることを支持する証拠米国では冠動脈疾患が死因順位の第一位の座を占めて久しい．1960 年代後半からは米国衛生研究所（National Institute of Health）の指導のもと，冠動脈疾患の疫学，予防，診断，治療に関する多くの大規模研究が進められた．代表的な研究としては，それより前の 1948 年に創設され現在もなお継続中のフラミンガム研究（Framingham Study）や，Coronary Drug Project, Myocardial Infarction Research Unit
（MIRU）, Beta Blocker Heart Attack Trial（BHAT Study）などがあげられる．
また，それらの研究と並行して，比較的容易に施行できる心電図 ST マッピングが，急性心筋梗塞の¡Keywords ；立体角理論，心虚血・梗塞，心筋細胞膜電位，予後

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大きさを推定するための臨床検査に有用であることを示す多くの論文が発表された 1）〜 3）．しかしその一方で，立体角理論を応用した理論的な予測や，筆者らが行ったブタの冠動脈結紮実験からは，ST マッ
ピンググループの主張とは異なる結果が報告された 4）〜 6）．
a）定性的証明
1970 年代前半にシカゴ大学医学部の大学院生（MD. PhD 課程）であった Roger Holland は，心臓科主任
教授の Harry A. Fozzard が教鞭を執った心臓生理学の講義で立体角理論を学んだ．Holland は立体角理論に興味をもち，急性心筋虚血時の心電図波形変化を理論的に解析し，その実験的証明を試みた．
前回紹介したように，立体角理論では心電図の電位（V）を下記の式で表すことができる．
V ＝ K ΦΩ
この式は，心臓内に電位差が生じている境界面（その面に垂直な方向に起電力 electromotive force が発生）が存在するとき，その境界面より離れた観測点 P における電位を以下の 3 要素の積で表すことを意味している．
① Φ（ファイ）は起電力強度を表し，境界面で発生する電位差または電流密度に相当する．
② Ω（オメガ）は立体角を表し，観測点 P より電気的境界面を眺めたとき，それよって形成される半径 1の球体（P 点を中心とする）の表面積に相当する（単位はステラジアン，最大値は 4 π）．
③ K は導体の伝導率によって決まる定数で，心筋細胞内外の抵抗や心臓周辺の組織の抵抗を含む複雑な要素である．
［立体角の単位］
2 次元モデルでは，観測点Ｐを中心とする円周は 2πr であるため，円の半径が 1 の場合の円周は 2 πとなる．2 次元立体角の単位はラジアン（radian）であり，立体角の最大値は 2 πラジアン（360 °）となる．
3 次元モデルでは，観測点 P を中心とする球体の表面積は 4 πr 2 であり，半径 1 の球体の表面積は 4 πとなる．3 次元立体角の単位はステラジアン（steradian）であり，立体角の最大値は 4 πステラジアンとなる．
立体角理論式で，K とΦが一定であると仮定すれば，V はΩに比例するはずである．2 次元の貫壁性心筋虚血モデルを用いた Holland の理論的解析（図 1）では，前胸壁の誘導点から虚血境界面を眺める立体角
Ωは，虚血領域が極端に広がらない限り虚血の大きさに比例する．したがって，前胸壁誘導の ST 上昇
電位は虚血の大きさに比例して高くなるはずである．しかし，虚血領域が一定以上広がり，左右の虚血境界面が左室中心点（図 1 左 C 点）に作る角度が約 2 ラジアン（約 115 °）になると，立体角Ωはプラトーに達し，それ以上に大きくならない．これは，左右の虚血境界面が作る角度が 115 °度以上になると，前胸壁での ST 上昇電位はもはや増高しないということを意味している．

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図1
立体角理論によって予測される前胸壁誘導（P）での ST 上昇値と貫壁性心筋虚血の大きさの関係
左図は Holland が使用した 2 次元の貫壁性心筋虚血（斑点状ヵ所）のモデルを示す．このモデルでは左心室腔の半径は 2cm，左心室壁の厚さは 1cm，前胸壁誘導（P）より心外膜の路離は 5cm である．
心外膜より前胸壁誘導（P）よりながめたときの虚血の形は円形とされている．虚血領域の広さを，左右の虚血境界面が左室中心点（C）に作る角度θで表す（2 θが虚血の幅）．前胸壁誘導点から虚血境界面をながめる立体角は，2 次元モデルではΩ 2
により，3 次元モデルではΩ 3（斑点状ヵ所）によって示されている．2 次元モデルでの立体角Ω 2（ 立体角理論で予測される ST 上昇値に比例する）と虚血領域の広さの関係は右上図に，3 次元モデルでの関係は右下図に示されている．これらのグラフは著者（秋山）の計算に基づいている．
〔文献 4）より 2 次元モデルを引用〕

図2
2 次元貫壁性心筋虚血モデルにおける虚血領域の広さと，心外膜面上の誘導点から虚血境界面を眺めた立体角Ωの関係
図 1 と同様，虚血領域の広さは，左右の虚血境界面が左室中心点に作る角度θで表される．心外膜面上の誘導点から虚血境界面を眺める立体角Ω（立体角理論で予測される ST 上昇値に比例する）は，貫壁性心筋虚血領域が拡大するにつれて小さくなる．
〔文献 4）より引用改変〕

次に，Holland は，この 2 次元の貫壁性心筋虚血モデルを用いて，虚血領域の広さと心外膜面上の電位変化（ST 上昇）の関係を解析した 4）, 5）．その結果，貫壁性心筋虚血領域が広がるにつれて心外膜面上の誘導点から虚血境界面を眺める立体角Ωは小さくなる（したがって ST 上昇電位は低くなる）ことが予測された（図 2）4）．このように貫壁性心筋虚血が大きくなるにつれて，前胸壁での ST 上昇電位は高くなるが，一方で心外膜面での ST 上昇電位は低くなるという予測は，Holland が実施したブタを用いての貫壁性心筋虚血の実験結果と合致した 4）．

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図3

貫壁性心筋虚血の大小と前胸壁誘導点における立体角Ωとの関係

前胸壁誘導点（Vpre）を中心として描かれた球面の斑点状領域が立体角Ωである．虚血が大きい場合（下図）は小さい場合（上図）よりも立体角Ω（斑点状領域）が大きくなり，ST 上昇電
位がより高くなると予測される．

図4

貫壁性心筋虚血の大小と心外膜面上誘導点における立体角Ωとの関係

心筋虚血が大きくなり，虚血境界面が心外膜上の誘導点（Vepi）より遠ざかるにつれて，誘導点から虚血境界面を眺める立体角Ωは小さくなるため，ST 上昇電位も低くなることが予測される．

貫壁性心筋虚血の大小と立体角Ω（または ST 上昇電位）の関係が，前胸壁と心外膜面で異なることを
図 3 ・ 4 に示す．図 3 には，小さな貫壁性心筋虚血（左）と大きな貫壁性心筋虚血（右）発生時の，それぞれの前胸壁誘導における立体角Ωが示されている．この場合，小さな心筋虚血では立体角Ωは小さくなり〔したがって ST 上昇電位は低くなる（図 3 左）〕，大きな心筋虚血では立体角Ωは大きくなる〔したがって ST 上昇電位は高くなる（図 3 右）〕．この図からは，心筋虚血が一定以上大きくなると，虚血と非虚血の境界面の面積そのものは拡大するが，その境界面が前胸壁誘導点（P）から遠ざかってしまうため，立体角Ωは大きくならず，したがって ST 上昇電位も高くはならないことが予測できる．

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図5
ブタ冠動脈結紮実験のスプリットスクリーン TV 画像
貫壁性心筋虚血が発生しているブタの心表面心電図記録部位を正確に把握するため，スプリットスクリーンの TV 画像を収録した．矢印は開胸した前胸壁の両端を示す．左冠動脈前行枝を結紮した後，先端を生理食塩水で湿らせた綿で覆った単極電極（WICK）を虚血領域中央部の心外膜面上に置き，心表面心電図を記録した（スプリットスクリー
ンの下部）．
〔文献 6）より引用〕

一方，心電図の誘導点が貫壁性心筋虚血の心外膜面中央に位置する場合は（図 4），誘導点（P）から虚血境界面を眺める立体角は，小さな心筋虚血のほうが大きな心筋虚血よりも大きくなるために，ST 上
昇電位も高くなることが予測できる．小さな心筋虚血では，大きな心筋虚血よりも虚血境界面から誘導点までの距離が短いため，境界面の電流濃度は同じでも ST 上昇電位がより高くなる．
b）
定量的証明
Holland は立体角理論を駆使して心筋虚血時（2 次元貫壁性心筋虚血モデル）の STT 波形を理論的に予測したが，ブタ実験の心筋虚血の大きさは大と小の二つに限られていた 4）．したがって，Holland の研究
結果は立体角理論の定性的証明であったと考えられる．
3 次元の心筋虚血モデルに立体角理論を応用し，心外膜面で記録される ST 上昇電位の高さが，その部位で計測された虚血境界面への立体角Ωの大きさによって決まることの定量的な証拠を示したのは，ローチェスター大学の筆者の研究グループであった 6）．
この実験では，ブタ（全身麻酔下）心臓の異なった左冠動脈の枝を結紮し，大きさと形状の異なった左室前壁の貫壁性心筋虚血が作成された．先端を生理食塩水で湿らせた綿で覆った単極電極を使用し，冠動脈結紮後約 1 時間の時点（ST 上昇電位は安定）で，それぞれのブタの心外膜面上における多数点（虚血部位と非虚血部位を含む約 30 ヵ所）から迅速に（2 〜 3 分以内）心表面心電図を記録した．
各心表面心電図の記録部位を正確に把握するため，スプリットスクリーンのTV 画像を録画した（図 5）．
それらの心電図が記録された直後に蛍光色素 Thioflavin S 液を静脈内に注入し，直ちに心臓を摘出，氷結した．図 6 は，この氷結心臓を 3 mm 間隔で輪切りにし，紫外線撮影した写真である．明るい部分はThioflavinS で灌流された非虚血部心筋組織で，暗い部分は Thioflavin S で灌流されていない虚血部心筋組織である．

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図6
貫壁性心筋虚血を作成したブタ心室の連続輪切り
切片
貫壁性心筋虚血を作成したブタの心表面心電図を記録した後，蛍光色素（Thiofavin S）を静脈内に注入し，直ちに氷結切片（3 mm 厚）を作成した．1-10 は連続切片標本の紫外線撮影写真を示す．各切片の明るい部分はThioflavin S で灌流された非虚血心筋組織であり，暗い部分は Thioflavin S で灌流されていない虚血心筋組織を示す．貫壁性前壁心筋虚血が左室の心基部より心尖部まで及んでいることがわかる．
〔文献 6）より引用改変〕

このような輪切り切片の写真をもとに，ワックス
で各 3 mm 厚の輪切り切片模型を作り，それらを重ねあわせることで，虚血部分がくり抜かれた 3 次元の心臓模型を作製した（図 7）．この模型を用いて，
心表面心電図を記録したすべての位置で，その位置から虚血境界面を眺める立体角Ωを測定した．実際には，各心電図記録の場所より，虚血境界面の心外
膜点と心内膜点にはさまれた角度（d ω）を 30 °ごとに全周（360 °）にわたって測定し，計 12 個（360/30）の d
ωを合計して得られた値を立体角Ωの近似値とした．
5 頭のブタで同様の実験を行い，心電図が記録されたすべての位置で測定した立体角Ωと ST 上昇電位の関係を解析した．図 8 に代表的な解析結果を示す．このブタでは，立体角Ωと ST 上昇電位の間に
図7

立体角Ωの計測方法

図 6 に示すような連続切片写真をもとに，ワックスで各3 mm 厚の輪切り切片が作られ，それらを重ね合わせることで虚血部分が正確にくり抜かれたブタ心臓模型（ピンク）を作成した．この模型を使用して，各々の心表面心電図記
録部位（P点）
から虚血境界面を眺める立体角Ωを計測した．
実際には，P点から虚血境界面の心外膜点と心内膜点を結ぶ線に挟まれた角度（d ω）を 30 °ごとに全周にわたって計測し，計 12個（360/30）のdωを合計して得られた値を立体角Ωの近似値とした．
〔文献 6）より引用〕
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高い相関関係が認められた（相関係数 0.96, p ＜ 0.001）．
立体角理論式 V ＝ K ΦΩで K とΦが一定の場合，
電位 V は立体角Ωに比例するはずである．5 頭のブタの貫壁性心筋虚血（大きさや形状が異なる）では，
立体角Ωと ST 上昇電位の相関係数が，いずれも極めて高く（0.84 〜 0.97, p ＜ 0.001），虚血心の ST 上昇
電位が立体角理論で予測可能であることが判明した．
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Holland が 2 次元の心筋虚血モデルから提唱した立体角理論の有用性が，ローチェスター大学の研究グループによる 3 次元の心筋虚血実験で確認されたことになる 6）．
すでに述べたように，1960 年代後半には，多くの動物実験と臨床研究に基づき，心電図 ST マッ
ピングが急性心筋梗塞の大きさ（それは予後を左右する最も重要な要素であるが）の推定に有用であるとする報告が相次いだ 1）〜 3）．これらの研究の基
盤には，急性心筋梗塞が大きくなるにつれて，前
図 8 貫壁性心筋虚血が発生しているブタの心外膜
面 26 点で計測した立体角（横軸）と心電図 ST
上昇電位
（縦軸）
の関係
立体角Ωと ST 上昇電位の間に高い相関関係（相関係数 0.96,
p ＜ 0.001）が認められた．
〔文献 6）より引用〕

胸壁に位置する心電図誘導と同様に，心外膜面の心電図でも ST 上昇電位が高くなるという観察結果があった 1）〜 3）．しかし，立体角理論を応用した
1970 年代の研究成果は，それらの観察結果とは合致しないものであり，梗塞範囲の推定手法として．
の心電図 STマッピングの限界が確認された 4）〜6）

3．心内膜下虚血時の前胸壁誘導 ST-T 波形変化：立体角理論による説明
前回，貫壁性心筋虚血で記録される前壁誘導の ST 上昇は，TQ 部分の下降と純粋な ST 上昇という逆方向の二つの電位変化が加算された結果起こる現象であることを，立体角理論を用いて説明した．それでは，心内膜下虚血（または非 ST 上昇型急性心筋梗塞）で観察される前壁誘導の ST 下降と陰性 T 波は，
立体角理論ではどのように説明できるだろうか．
図 9 に，心内膜下虚血で，ST-T 部分（収縮期）と TQ 部分（拡張期）における虚血と非虚血の境界面に流れる電流の向きと，前胸壁の単極誘導（P 点）から虚血境界面を眺めた立体角Ωを模式的に示す．ST-T 部
分では，境界面の電流は P 点から遠ざかる方向に流れるため，Φは陰性となり，したがって K ΦΩも陰性となる．このため ST 部分は基線より下降することになる．この場合，非虚血部と虚血部の心筋細胞
活動電位の差は ST 部分よりも T 波部分の方が大きいため（図 9 の右上の矢印）T 波部分は ST 部分よりもさらに下降し，深い陰性 T 波となる．
一方，TQ 部分では，境界面電流は P 点に向かって流れるため，Φは陽性となり，したがって K ΦΩも陽性となる．このため，TQ 部分は基線よりも上昇する．ただし，ST-T 部分とは異なり，非虚血部と虚血部の心筋細胞活動電位（静止電位）の差は一定であるため，上昇した TQ 部分は水平を保つ．

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図9
心内膜下虚血時の前胸壁誘導 ST-T 部分と TQ 部分の電位変化：立体角理論による説明
左図は，虚血境界面で発生する電流（矢印）と前胸壁の誘導点（P）から境界面を眺めた立体角Ωを示す（Ωは，P を中心とする球の表面の一部（斑点状領域）として描かれている）．右上には非虚血部（N）と虚血部（I）の心筋細胞活動電位を示す．ST-T 部分（収縮期）では，境界面の電流は P 点より遠ざかる方向に流れるために，Φ
は陰性であり，したがって ST 部分は下降し，
T 波はより深く陰性となる．TQ 部分（拡張期）
では境界面の電流が P 点に向かって流れるため，Φは陽性であり，TQ 部分は上昇する．

このように，心内膜下虚血で記録される ST 下降と陰性 T 波も，貫壁性心筋虚血の場合と同様，二つの逆向きの電位変化が加算されたものと考えることができる．

4．心外膜炎や心外膜下虚血でみられる ST-T 波形変化は，立体角理論ではどのように説明できるか
心外膜炎で記録されるST上昇と陽性T波は，立体角理論ではどのように説明できるのだろうか．図10の心電図記録は，心外膜面に装着された電極に ICD の直流通電が加わり，一過性の心外膜炎が生じた時のST 上昇と T 波陽性化である．このモニター心電図では，ICD ショックの直前には陰性であった T 波が，ST 上昇に伴って陽性に変化したこと（pseudonormalization）に注目していただきたい．
図 11 は，図 10 の心電図変化を立体角理論で説明するための模式図である．心外膜下層の心筋細胞活
動電位は心外膜炎による傷害のため，正常部分に比べて振幅が小さく持続期間が短いことが想定される．
このため，心外膜下の傷害心筋と正常心筋の境界面で発生する電流は，ST-T 部分（収縮期）では前胸壁誘導の P 点に向かって流れるはずである．したがって，Φは陽性となり，K ΦΩも陽性となるため，ST部分は基線より上昇する．傷害心筋と正常心筋の電位差は ST 部分よりも T 波部分で大きいため，T 波
は ST 部分よりもさらに陽性に向かう（T 波増高）
．TQ 部分（拡張期）では，境界面の電流は P 点より遠ざかる方向に流れるため，TQ 部分は基線より下降する．

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図 10

心外膜面上の 2 枚の ICD 電極間の放電によって生じた一過性心外膜炎に起因する ST 上昇

上段の心電図では矢印の時点で誤作動の ICD ショックが起こり，一過性に ST 部分は高く上昇し，それまで陰性であった T 波は上向性となった．下段の心電図は上段の心電図の 26 分後に記録された．

図 11
心外膜炎または心外膜下虚血でみられる前胸壁誘導心電図の ST-T 波形変化：
立体角理論による説明
左図は，心外膜炎による傷害心筋（心外膜下の斑点領域）と正常心筋の境界面で発生する電流（矢印）および，前胸壁の誘導点（P）から眺める立体角Ωの関係を示す．右上には傷害部位（破線）と正常部位（実線）の心筋細胞活動電位を示す．ST-T 部分（収縮期）では，境界面の電流は P 点に向かって流れるために，Φ
は陽性であり，ST 部分は上昇し，T 波は高電位となる．TQ 部分（拡張期）では境界面の電流が P 点から遠ざかる方向に流れるため，Φ
は陰性であり，TQ 部分は下降する．

図 10 の場合，ICD 放電による一過性心外膜炎のため，心外膜下心筋細胞の活動電位振幅の減少と持続時間短縮が生じたと考えられるが，心外膜への癌転移や，ウィルス性心外膜炎，前胸壁の強打，心外膜下虚血などでも同様な変化が起こるものと推察される．
このように心外膜炎に伴う ST 上昇や陽性 T 波も，二つの逆向きの電位変化が加算された結果として説明できる．
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5．心筋虚血の形状・大きさと立体角理論によって予測される ST-T 波形

従来，貫壁性心筋梗塞では急性期に ST 上昇と T 波増高が現れ，陳旧期には異常 Q 波と陰性 T 波が出現すると考えられてきた．一方，心内膜下梗塞では急性期に ST 下降と陰性 T 波が現れ，陳旧期になっても異常 Q 波は出現しないと考えられていた 7）．近年では，急性心筋梗塞は ST 上昇型梗塞と非 ST 上昇
型梗塞に分離され，陳旧性心筋梗塞は Q 波梗塞と非 Q 波梗塞に分類されている 8）〜 11）．
ここでは，心筋虚血の形状や大きさが変化すると，前胸壁誘導の ST-T 波形がどのように変化するかについて，立体角理論を応用して考察を進める．
図 12 は，形状と大きさの異なる 4 種類の心筋虚血について，虚血部位直上の前胸壁に置かれた単極誘導 P 点から虚血境界面を眺めた立体角Ωと，予測される心電図 ST-T 波形変化を示す．図の A, B, C, D は4 人の異なった患者とみなしてもよい．非虚血部と虚血部の心筋細胞活動電位は図 9 に描かれたものと同様であることを想定している．虚血境界面の矢印は ST-T 部分（収縮期）で生ずる電流の向きを表し，
TQ 部分（拡張期）については逆向きの電流となる．パネル A では虚血領域が狭く，心内膜下に限局して図 12 心筋虚血の形状・大きさと立体角理論によって予測される STT 波形
A では虚血領域が狭く，心内膜下に限局している．B では，虚血領域が少し広がり，その頂点が心外膜面まで持ち上がっている．C では，虚血領域がさらに広がり，一部は貫壁性となっている（心外膜側から心内膜側に向かって虚血領域が大きくなる形状 endocardial
wedge shape を呈している）．D では虚血領域が最も広く，虚血境界面が心室壁に対して垂直となる角度にまで開かれている．P 点から虚血境界面を眺める立体角Ω（P を中心とする球面の斑点状領域）を想定すると，A, B, C では非虚血側を眺めることになるが，D では虚血側を眺めることになる．

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いる．パネル B では，虚血領域が少し広がり，その頂点が心外膜面まで持ち上がった状態を表している．
パネル C では，虚血領域がさらに広がり，一部は貫壁性となっている（心外膜側から心内膜側に向かって虚血領域が広がる形状 endocardial wedge shape を呈している）．パネル D では虚血領域が最も広く，
虚血境界面が心室壁に対して垂直となる角度にまで開かれている．P 点から虚血境界面を眺める立体角
Ωを想定すると，パネル A, B, C では非虚血側を眺めることになるが，パネル D では虚血側を眺めることになる．
患者 A の場合，虚血境界面の電流方向と P 点から眺める立体角Ωの関係は，図 9 の心内膜下虚血の場
合と同じであるため，ST 下降，陰性 T 波，そして TQ 上昇が起こることが予測される．患者 B の場合，
P 点より眺めた境界面電流の向きは患者 A の場合と同じであるが，立体角Ωが大きくなるため，ST 降下と陰性 T 波が一層顕著になる．
患者 C の場合は，虚血はすでに貫壁性になっているが，P 点より眺める虚血境界面は依然として非虚血側である．境界面電流は，ST-T 部分（収縮期）
では P 点から遠ざかる方向に流れるためΦは陰性であり，K ΦΩも陰性となる．このために，貫壁性心筋虚血であるにもかかわらず，ST 下降と陰性 T 波が予測される．ただしこの場合，立体角Ωは小さいため（薄いドーナツ型，図 12C），患者 A や B に比べて ST 下降の程度は小さく，陰性 T 波もそれほど深くないことが予測される．
患者 D の場合は，はじめて P 点より境界面の虚血側を眺めることになる．このため，境界面電流はST-T 部分では P 点に向かうように流れ，Φは陽性となり，K ΦΩも陽性となる．P 点が虚血境界面に対して形成する立体角Ωは大きな厚いドーナツ形であり，高電位の ST 上昇と高電位陽性 T 波が予測される．患者 C と患者 D は，いずれも貫壁性心筋虚血であるが，立体角理論では前者は P 点から虚血境界面の非虚血側だけを眺め，後者では虚血側だけを眺めることになり，両者の間で ST 部分と T 波の電位の向きが異なることになる．
患者 C から患者 D への移行状態を想定することも可能である．この場合，P 点での立体角Ωは一時的に 0 °となる．心電図上では，その瞬間まで徐々に減少していた ST 下降と陰性 T 波が消失することが予測される．その後は，立体角Ωが急に大きくなるため，ST 上昇と T 波増高が急激に発現するという興味深い予測が成り立つ．前胸壁誘導で ST 上昇と T 波増高が記録されるのか，もしくは ST 下降と陰性 T波が記録されるのかは，心筋虚血が貫壁性であるのか，心内膜下に限局するのかによるのではなく，その心電図誘導から虚血と非虚血の境界面のいずれが見えるのかによって左右されるということに注目すべきである．

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6．心筋虚血時の ST-T 波形について立体角理論から予測できること

ａ．異常 ST-T 波形はその原因如何にかかわらず，ST-T 部分（収縮期）の電位変化と TQ 部分（拡張期）の逆方向への電位変化が加算されたものである．医療現場で使用されている心電計は交流増幅器（ACcoupled）
を使用しているため，ST-T部分の電位変化とTQ部分の電位変化を識別することはできない．
ｂ．異常 ST-T 波形は心臓内に正常な活動電位部位と傷害された活動電位部位（振幅が小さく持続時間が短い）の境界面が存在するために起こる．心筋細胞の活動電位を小さくする原因としては，虚血，圧力，炎症，高カリウム血症，薬剤などがあげられる．
ｃ．心電図誘導に ST 上昇と T 波増高が記録されるのか，もしくは ST 下降と陰性 T 波が記録されるのかは，心筋虚血が貫壁性か心内膜下に限局するかによって左右されるのではない．それを左右するのは，心電図誘導から虚血と非虚血の境界面のどちらが見えるかである．傷害された小さな活動電位側（虚血心では虚血側がそれに相当する）が見えるときは ST 上昇と T 波増高が，正常な活動電位側が見えるときは ST 下降と陰性 T 波が記録される．
ｄ．貫壁性心筋虚血の直上の前胸壁誘導で記録される ST 上昇電位は，虚血領域が拡大するにつれて高くなる．ただし，貫壁性心筋虚血が非常に大きくなり，左室中心点より見て，その虚血部位の両端の境界面が成す角度が約 115 °以上になると ST 上昇電位はプラトーに達する．
ｅ．貫壁性心筋虚血において心外膜面上で記録される ST 上昇電位は，虚血領域が拡大するにつれて低くなる．この関係は，前胸壁で観察される ST 上昇電位の場合とは逆になる．
ｆ．ST 部分と T 波の電位は，境界面によって形成される立体角Ωの大きさに影響されるが，その他に境界面での電位差（または電流濃度），そして心臓内外の組織の抵抗値によっても影響を受ける．
ｇ．非虚血部と虚血部の心筋細胞活動電位の差は，ST 部分よりも T 波部分で大きくなるため，T 波はST 波よりも心電図基線から遠ざかる．

次回は，梗塞 Q 波の深さと幅はどのような電気物理学的要素によって左右されるのか，超急性期の貫壁性心筋梗塞や異型狭心症の際に出現する巨大 R 波について，立体角理論を応用しながら考察を進める．

〔文献〕1 ）Maroko PR, Kjekshus JK, Sobel BE, Watanabe T, Covell JW, Ross J Jr, Braunwald E : Factors influencing infarct size
following experimental coronary artery occlusions. Circulation, 1971 ; 43 : 67 〜 82
2 ）Maroko PR, Libby P, Bloor CM, Sobel BE, Braunwald E： Reduction by hyaluronidase of myocardial necrosis following
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Supplement「心室筋細胞内外の電位と電流の関係：心電図波形の極性を決める要因」
心電図は心筋細胞の外側における任意の点の電位変化であるが，その極性（陽性，陰性）はどのような要因で決まるのであろうか．円筒状の大きな心筋細胞を想定してこの問題を考えてみたい（円筒は，多くの心筋細胞がギャップ結合を介して電気的に結合した心筋線維とみなしてもよい）．図は，円筒状の細胞の右半分（網掛け箇所）が活動電位により脱分極し（+20 mV の興奮部位），その興奮が左半分の未興
奮部位（− 80 mV の静止状態）に伝播されるときの細胞内外の電位と電流の関係を表す．興奮部位と未興奮部位の境界面では，100 mV の電位差があるため，境界面を右から左に横切るように電流が発生する．
その結果，境界面の左側の未興奮部位の膜電位が持ちあげられて，興奮が未興奮部位へと伝播される．
境界面で発生する細胞内電流の源は，主に興奮部位の細胞膜を通って細胞内に急速に流入した Na イオンである．細胞外から細胞内へ電流が流入するには，どこかで細胞内から細胞外へ電流が流出しなければならない．その流出が起こる場所は境界面の隣の未興奮部位である．この流出した電流が細胞外電流となって左（未興奮部位）から右（興奮部位）に向かうことで，電気的な閉回路が形成される．
図において，細胞外電流の電流線に垂直に引かれた破線は，細胞外空間の電位分布である．未興奮部
位の外側の空間には陽性の電位，既興奮部位の外側の空間には陰性の電位が存在する．この閉回路に沿って電位変化を追うと，興奮部位，未興奮部位の細胞膜のいずれにおいても，あたかも電位差にさからって電流が流れているかのようにみえる．これは，脂質二重相で構成される細胞膜が容量の大きなコンデンサーとしてはたらき，電荷を放出する（電荷が細胞膜の内側と外側で集まったり，持ち去られたりする）ことで回路を形成するためである．
心筋細胞内外の電位と電流の間には，上述のような関係があるため，心電図の電極が置かれた位置（細胞外空間）からみて，境界面の細胞内電流が，その電極に向かって流れる場合は陽性の波形（細胞外図
興奮伝播の際の心室筋細胞内外の電位と電流の関係モデル化された円筒状の心室筋細胞の右半分は活動電位発生により脱分極が生じた直後の状態（興奮部位），左半分は未興奮部位である．細胞内外の実線矢印は細胞内と細胞外の電流の向きを示す．細胞外の電流線に垂直に引かれた破線は等電位線を表す．電流が閉回路に沿って流れていることを強調するため，細胞内外の最も内側の電流線を太く描いた．右上には心室筋活動電位波形を表示している．この図では，細胞外電位の観測点は電流源境界面に近い領域だけが表示してある．電流源境界面からさらに離れた観測点では，境界面を眺める立体角が小さくなり，その結果，細胞外電位も小さくなる．
JPN. J. ELECTROCARDIOLOGY Vol. 30 No. 4 2010325電位），遠ざかるように流れる場合は陰性の波形となる．この関係は，心筋が脱分極するときのみならず，再分極するときにも適用される．立体角理論式では，観測点 P から細胞内電位境界面を眺めたときに，境界面の電流が観測点に向かっているように流れていればΦ（起電力）は陽性であり，観測点から遠ざかるように流れていればΦ（起電力）は陰性と考えてよい．

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