血は赤いのに、静脈はなぜ青く見えるのか

手首の内側を見てください。薄い肌の下に、青い筋が何本か見えるはずです。これが静脈です。

でも、採血のときに注射器にたまる血は、暗い赤色です。青い血は出てきません。では、静脈が青く見えるのはなぜでしょう。

静脈がなぜ青く見えるのかという問いに、7人の研究者が1996年に答えを出しました。答えは、多くの人の予想と違っていました。静脈の上の肌は、青い光より赤い光のほうを多くはね返していることがあります。それなのに、私たちの目には青く見えるのです。

この記事では、まず静脈の血が本当は何色かを確かめます。次に、静脈が青く見えるしくみを、研究の結果から説明します。最後に、このしくみが病院でどう使われているかを紹介します。

01静脈の中の血は青くなく、暗い赤

「静脈の血は青くて、空気に触れると赤くなる」。こんな話を聞いたことがある人もいるでしょう。これは間違いです。

静脈は、体をめぐって酸素を使ったあとの血を、心臓へ戻す血管です。酸素を手ばなしたヘモグロビン（血を赤くしているタンパク質）は、赤い光をよく吸収します。そのため静脈の血は、動脈の血より暗い赤になります。暗くはなっても、赤は赤です。

1996年の論文も、要約（論文の最初につく短いまとめ）の書き出しで、「血は青くない」とはっきり書いています。そして、血は赤か暗い赤なのに、肌の中では青っぽく見えることがある、その理由を調べる、と続けています。

021996年、研究者はカメラで、肌がはね返す光を色ごとに測った

論文を書いたのは、アルウィン・キーンレ（Alwin Kienle）ら7人です。題名は「なぜ静脈は青く見えるのか？ 古い問いを新しく見る」。光学の雑誌「Applied Optics」に載りました。

研究チームは、CCDカメラ（デジタルカメラと同じしくみの光のセンサー）を使いました。肌に光を当てて、はね返ってくる光を、波長（光の色）ごとに撮影したのです。測ったものは2つあります。1つは、光を散らす材料（肌の代わり）の中にうめこんだ、血管の模型です。もう1つは、静脈がよく見える人の肌です。

さらに、光が肌の中でどう進むかを、コンピューターで計算しました。光を小さな粒の集まりと考えます。そして1粒ずつ、どこで曲がり、どこで吸収されるかを、くじ引きのように決めて追いかける方法です。

要約では、血管の色を決めるものが4つにまとめられています。

1. 肌が、光の色ごとに、光をどれだけ散らし、どれだけ吸収するか。
2. 血の中の酸素の量。
3. 血管の太さと、肌の表面からの深さ。
4. 人の目と脳が、色をどう受けとるか。

03静脈の上の肌は、赤い光のほうを多くはね返していることがあるのに、青く見える

この研究でいちばん意外な発見は、「静脈の上から、青い光がたくさん返ってくるわけではない」ということです。このことは、3番（血管の太さと深さ）と4番（目と脳の受けとり方）を合わせて考えると説明できます。

普通に考えると、静脈が青く見えるのは「静脈の上から青い光がたくさん返ってくるから」だと思いますよね。ところが、そうではありませんでした。キーンレがのちに書いた2019年の論文は、1996年の論文などを引いて、こう説明しています。静脈の上でも、はね返ってくる赤い光の量は、青い光の量より多いことがある、というのです。（この記事では、1996年の論文について、要約と2019年の論文の説明から分かることだけを書いています）

では、なぜ青く見えるのか。大事なのは、目と脳が、静脈の上の色を「周りの肌と比べて」決めていることです。

静脈のない肌は、赤い光を多くはね返します。そのため、肌は薄い赤っぽい色に見えます。静脈の上では、はね返ってくる赤い光も青い光も、静脈のない肌より減ります。でも、赤い光の減り方のほうが、青い光の減り方よりずっと大きいのです。

その結果、静脈の上では、周りの肌と比べて、赤い光に対する青い光の割合が大きくなります。私たちの目と脳は、色をそのまま測る機械ではありません。周りと比べて色を決めます。だから、赤みがぐっと減った静脈の上は、青っぽく見えるのです。

04赤い光は肌の深くまでもぐり、静脈の血に吸いこまれる

なぜ赤い光ばかりが減るのでしょう。理由は、光の色によって、肌にもぐれる深さが違うからです。

2021年の論文によると、波長200〜400nm（ナノメートル。1nmは100万分の1ミリ）の紫外線は肌のいちばん外側の表皮までしか届きません。400〜600nm（青や緑）は、その下の真皮まで。600〜700nm（赤）は、さらに下の皮下組織まで届きます。

青い光は、浅いところで散らされたり吸収されたりして、多くが静脈まで届きません。赤い光は深くまでもぐるので、静脈に出会う機会が多くなります。そして静脈の血は、赤い光もよく吸収します。だから、赤い光だけが静脈の上で大きく減るのです。

05浅くて細い血管は赤く、太くて深い静脈は青く見える

2019年、キーンレは仲間のクリスティアン・ツォラー（Christian Zoller）と、血管の見え方を絵にするソフトを発表しました。血管の深さや太さ、酸素の量を入れると、肌がどう見えるかを計算して描きます。

2人はこのソフトで、深さを0.2・0.5・0.8mm、血管の半径を0.1・0.5・0.9mmに変えて、9通りの絵を作りました。血の中の酸素の量（ヘモグロビンのうち、酸素と結びついているものの割合）は、静脈を60%、動脈を100%として計算しています。すると、静脈が青っぽく見えるには、ある程度の深さと太さが必要だと分かりました。

反対に、深さ0.1mmの浅いところにある細い血管は、酸素の量に関係なく赤っぽく見えました。浅い血管には、青い光の多くが届いて吸収されます。赤い光の多くは、細い血管を通りぬけて奥まで進み、そこではね返ってきます。だから、血管の上でも赤い光があまり減らず、赤っぽく見えるのです。

肌の表面近くの細い血管が赤く見えて、手首の静脈が青く見える。同じ血なのに色が違って見えるのは、血管の深さと太さが違うためです。

動脈はどうでしょう。計算では、動脈も条件によっては青っぽく見えました。ただ、同じ太さと深さなら、静脈より青さは弱くなります。酸素とたっぷり結びついたヘモグロビンは、赤い光をあまり吸収しないからです。

06光が肌の深くまでもぐる性質は、採血で静脈を見つける装置に使われている

赤より少し波長の長い光を、近赤外線と呼びます。目には見えませんが、肌のさらに深くまで届きます。酸素の少ないヘモグロビンは、この近赤外線をよく吸収します。

この性質を使って、採血のときに静脈を見つける装置が作られています。2021年の研究では、960nmの近赤外線を出すLEDを3つ使った装置を作り、242人で試しました。近赤外線で撮ると、静脈は明るい肌の上に暗い筋として写ります。

静脈が青く見えるしくみと、静脈を見つける装置のしくみは、もとになる性質が同じです。長い波長の光ほど肌の深くまでもぐり、静脈の血に吸いこまれる、という性質です。違うのは、その差を目で見るか、カメラで写すかです。

LECTURE

深掘り講義

ここから先は、もう一段深く。しくみ・史料・論争まで踏み込みます。

皮膚の中の光は、何度も向きを変えながら進む

皮膚は、光をまっすぐ通すガラスではありません。細胞や線維がつまっていて、光はぶつかるたびに向きを変えます。これを散乱と言います。途中で色素や血に出会うと、光は吸収されて消えます。皮膚から返ってくる光は、この散乱と吸収をくぐりぬけて、たまたま外へ出てきた光です。

2019年の論文によると、皮膚では青い光のほうが散乱も吸収も強く、赤い光のほうが弱い。そのため、赤い光ほど深くまで届きます。光の色ごとに「どのくらいの深さまで調べに行くか」が違う、と考えると分かりやすいでしょう。青い光は浅いところの情報を、赤い光は深いところの情報を運んでくるのです。

皮膚の中の光の進み方をコンピューターで計算するときには、光の粒を1つずつ追いかけます。どこで曲がるか、吸収されるかを、確率で決めてくり返します。これをモンテカルロ法と呼びます。1996年の論文も、この方法ではね返る光を計算しています。

機械で測った光の量と、人が感じる色は、一致しないことがある

静脈の上で、赤い光が青い光より多く返ってきていても、静脈は青く見える。これは、物理で測った光の量と、人が感じる色が一致しない例です。

2019年の論文は、ここで「ランドのレティネックス理論」を使っています。エドウィン・ランド（Edwin Land）らが1971年に発表した、色の見え方の理論です。レティネックス理論は、色はその場所の光だけでなく、周りとの関係で決まる、という考え方です。論文の説明では、静脈の上では「赤い光が青い光の何倍あるか」という値が、周りの皮膚より小さくなります。そのため、静脈は青っぽく見えます。

静脈の青さには、皮膚の中の細い線維が青い光を散らす働きも大きい、という説もある

実は、静脈が青く見える理由は、完全には決着していません。2018年、カナダのウォータールー大学のスペンサー・ファン・レーウェン（Spencer Van Leeuwen）とグラディミール・バラノスキー（Gladimir Baranoski）が、別の原因に注目しました。

2人が注目したのは、真皮の上のほうの層にあるコラーゲン線維です。とても細い線維は、空を青くするのと同じレイリー散乱（小さな粒が青い光を強く散らす現象）を起こします。2人はコンピューターの中の実験で、この散乱が、静脈の青さに大きく関わる可能性があると示しました。一方で、同じ層の細網線維という別の線維は、静脈の青さにあまり関わらないという結果でした。2人は論文の要約の書き出しで、「静脈の青さに、光のどのしくみが効いているかは、まだ突き止められていない」という意味のことを書いています。2人の研究は、この問題に取り組んだものでした。

キーンレらの2019年の論文も、この説が出てきたことに触れています。研究者の立場は2つあります。1つは、光の吸収と、光がもぐる深さで説明する立場。もう1つは、皮膚の線維による散乱も大きいとする立場です。どちらの立場も、静脈の血が赤いことは前提にしています。意見が分かれているのは、どの効果がどれだけ効いているかです。

用語ミニ整理

• 散乱：光が小さな粒にぶつかって向きを変えること
• 吸収：光が物質にとりこまれて消えること。静脈の血は赤い光も吸収する
• 侵達長（しんたつちょう）：光が組織のどのくらいの深さまで届くかの目安。赤い光ほど長い
• 酸素飽和度：ヘモグロビンのうち、酸素と結びついているものの割合

07まとめ

静脈の中の血は、青くありません。酸素が少ない、暗い赤の血です。静脈が青く見えるのは、赤い光が皮膚の深くまでもぐり、静脈に吸いこまれるからです。周りの皮膚と比べて赤だけがぐっと減るので、目と脳は「青っぽい」と判断します。

静脈の上の皮膚は、青より赤い光を多く返していることさえあります。それでも青く見える。手首の青い筋は、皮膚の中での光の進み方と、周りと比べて色を決める目と脳のしくみが作った色なのです。