【中学受験理科】人の体のしくみを図解で総まとめ—消化 吸収 血液循環 呼吸 骨と筋肉｜武蔵野個別指導塾

食べ物と血液の通り道を図でたどり、消化・吸収・呼吸の役割を整理します。血液循環の順序、呼吸の表と計算、骨と筋肉の動きを例題と練習で確かめ、器官どうしのつながりを説明する力を育てましょう。

よくあるのは、朝のホームルーム前の教室で理科のノートを開き、「朝ごはんは胃に入るのに、どうして足を動かす力になるのだろう」と考え、消化器官の名前を書いたところで止まるという場面です。口、胃、小腸と順番を言えても、その先で血液や肺がどう関係するかは、別々の暗記になりやすいところです。

人の体の問題では、器官の名前だけでなく、何がどこを通り、そこでどう変わるかが問われます。食べ物の通り道、血液の通り道、空気の通り道を同じ線で結ぶと、食べ物が心臓にそのまま入るような誤りも起こります。まずは3つの通り道を分け、その間で受け渡す物を確かめましょう。

消化と吸収から始め、血液循環、呼吸、骨と筋肉へ進むと、食事と体の動きがつながります。保護者の方も、お子さまが器官名を言えた後に「そこでは何が起きるの」と一つ問い返すと、理解の止まっている場所を見つけやすくなります。

この単元で身につけること

• 消化管の順番と、消化液のはたらきを区別します。食べ物が通る器官と、消化液をつくって送り出す器官は同じではありません。
• 消化と吸収の違いを説明します。養分を吸収しやすい物に変えることと、小腸の壁から体内へ取り入れることを分けて考えます。
• 心臓の4つの部屋と血液の流れを結びつけます。肺循環と体循環を矢印でたどり、動脈と静脈を流れる向きで判断します。
• 肺で酸素と二酸化炭素が受け渡される向きを説明します。吸う息と吐く息の表では、割合の増減を比べ、条件に応じて体積を計算します。
• 骨、関節、筋肉の役割を分けます。筋肉が縮んで骨を引くことで、関節を中心に体が動くしくみを言葉にします。

これまでに学んだ、動物が食べ物をとり、呼吸し、運動するという特徴を、人の体の中のしくみへと広げる単元です。「運ぶ物」「運ぶ道」「変化する場所」をそろえて見る習慣は、植物の水や養分の移動を考えるときにも役立ちます。

基本の考え方

食べ物の通り道と消化液を分ける

食べ物が通る道を消化管といいます。順番は、口→食道→胃→小腸→大腸→こう門です。食道や胃、腸の壁が動くことで、食べ物は先へ送られます。食べ物は単に重さで下へ落ちるのではありません。図1のように道を一本でたどり、消化液を送り込む道は横から加わる線として読みましょう。

図1は、器官の実際の大きさや位置を再現した図ではなく、つながりを表した模式図です。口からこう門までの太い線は食べ物の通り道です。肝臓、胆のう、すい臓の側から小腸へ向かう線は、消化液が届く道を示します。食べ物が肝臓やすい臓の中を通過するわけではありません。

消化とは、食べ物に含まれる養分を、体に吸収されやすい物に変えることです。歯でかみくだくことや胃で混ぜることによって、食べ物は細かくなり、消化液と触れやすくなります。消化液に含まれる消化酵素は、養分を分解するはたらきをします。かんで細かくなっただけの食べ物と、消化酵素によって別の物へ分解された養分を区別しましょう。

でんぷんは、口でだ液のはたらきを受けます。ただし、口の中だけですべてがブドウ糖になるのではありません。その後の消化も受け、最終的にブドウ糖になります。たんぱく質は胃や小腸での消化を経てアミノ酸に、脂肪は主に小腸で消化され、脂肪酸やモノグリセリドなどになります。小腸の壁にも、養分の消化を仕上げるはたらきがあります。

胆汁は、肝臓でつくられて胆のうに蓄えられ、小腸へ送られます。胆汁そのものには消化酵素が含まれません。脂肪を細かい粒にして、脂肪を分解する消化酵素がはたらきやすくします。「胆汁が脂肪を分解する」とだけ答えると、この違いが消えてしまいます。胆のうについては「つくる場所」ではなく「蓄える場所」と覚えます。

小腸で吸収した養分を血液につなぐ

吸収とは、消化された養分などを腸の壁から体内へ取り入れることです。小腸の内側には、ひだがあり、その表面に柔毛という小さな突起が多数あります。柔毛があると、同じ長さのなめらかな管に比べて、食べ物に接する面積が大きくなります。面積が大きいので、養分を効率よく吸収できます。

柔毛の中には毛細血管とリンパ管があります。ブドウ糖やアミノ酸は主に毛細血管へ入ります。そこから肝臓へ運ばれ、肝臓で一部が蓄えられたり、体で使いやすいように調節されたりします。肝臓は胆汁をつくるだけの器官ではなく、吸収された養分を扱う役割も持ちます。

脂肪の消化でできた物は、小腸の壁に取り込まれた後、その多くが再び脂肪につくり直され、主にリンパ管へ入ります。リンパ管は後で血管につながるため、脂肪由来の養分も血液によって全身へ運ばれます。「吸収された養分はすべて、最初から柔毛の毛細血管へ入る」とは限りません。養分の種類を確かめてから、最初に入る管を答えましょう。

水や無機養分は、でんぷんのように分解されなくても吸収できます。水は小腸でも吸収され、大腸でも吸収されます。大腸では、残った内容物から水などが吸収され、便が形づくられます。したがって、「小腸は養分だけ、大腸は水だけ」という区切り方は正確ではありません。

血液、肺、筋肉がはたらきをつなぐ

心臓は血液を送り出すポンプです。血液は、血しょうという液体の成分と、赤血球、白血球、血小板などからできています。赤血球は主に酸素を運び、白血球は体内に入った細菌などから体を守り、血小板は出血したときに血液を固めることに関係します。血しょうには、養分や不要な物などを運ぶはたらきがあります。

体の各部分では、血液から受け取った養分と酸素を使い、生きるために必要なエネルギーを取り出します。このとき二酸化炭素などができます。肺は酸素を血液へ渡し、血液から二酸化炭素を受け取る場所です。肺自体が酸素をつくるのではありません。空気に含まれる酸素を取り込むのであり、養分を吸収する小腸とは役割が異なります。

空気の通り道は、鼻や口→気管→気管支→肺の中の肺胞です。肺胞は小さな袋で、その周りを毛細血管が取り巻きます。肺胞が多数あることで、空気と血液が触れ合う面積が大きくなります。実際には薄い壁を隔てて気体が移動し、空気がそのまま血管の中を流れるわけではありません。

呼吸運動では、横隔膜やろっ骨を動かす筋肉がはたらきます。横隔膜が縮んで下がり、胸の内部が広がると、肺もふくらんで空気が入ります。静かに息を吐くときには横隔膜などが緩み、胸の内部が狭くなって肺から空気が出ます。「肺が筋肉のように自分で縮んで空気を吸う」と考えず、肺の周りの動きから説明しましょう。

骨は体を支え、脳や心臓、肺などを保護します。骨と骨のつなぎ目のうち、ひじやひざのように動く部分を関節といいます。骨を動かす筋肉は、けんを介して骨につながり、縮むと骨を引きます。ひじを曲げる筋肉と伸ばす筋肉は組になってはたらきます。筋肉は自分から縮んで引くことはできますが、自分から伸びて骨を押すのではありません。

例題で解き方を確かめる

例題1　消化管と消化液の道を見分ける

食べ物の通る順番として「口→食道→胃→肝臓→小腸→大腸→こう門」と書かれていました。誤っている器官を一つ取り除き、正しい順番を答えましょう。また、胆汁をつくる器官と、胆汁が脂肪の消化をどのように助けるかを答えましょう。

1. 図1で口からこう門までの線だけをたどります。食べ物が通る道と消化液が届く道を混ぜないためです。胃の次に来るのは小腸であり、食べ物は肝臓を通りません。
2. 肝臓から伸びる線が何を運ぶかを確かめます。この線は胆汁の道なので、肝臓は消化管の列から外しても、消化を助ける器官として残ります。
3. 胆汁のはたらきを「細かい粒にする」と書きます。消化酵素による分解と区別すると、脂肪の消化を助けるという関係を正確に表せます。

肝臓を消化管から外せた後に、「肝臓は消化に関係しない」と直してしまわないことが大事です。器官を正しい列に置き直す問題であり、はたらきを消す問題ではありません。

答え：口→食道→胃→小腸→大腸→こう門。胆汁をつくる器官は肝臓で、脂肪を細かい粒にして消化を助けます。

例題2　心臓から出た血液を一周たどる

右心室から出た血液が、肺と全身を通って再び右心室へ戻るまでの順番を答えましょう。さらに、肺動脈と肺静脈では、どちらに酸素を多く含む血液が流れるかを答えましょう。

図2のように、肺と心臓の間を回る道と、全身と心臓の間を回る道をつなぐと、一続きの循環になります。赤い線は酸素が比較的多い血液、紺の線は酸素が比較的少ない血液を表します。実際の血液が紺色という意味ではありません。全身の各器官へ向かう枝分かれは省略しています。

1. 出発点を右心室に決め、矢印に沿って肺へ進みます。心室は血液を心臓の外へ送り出す部屋なので、右心室→肺動脈→肺となります。
2. 肺から心臓へ戻る道を追います。肺で酸素を受け取った血液は、肺静脈→左心房→左心室と進みます。心房は心臓へ戻った血液を受け入れる部屋です。
3. 左心室から全身を通る道を追います。左心室→大動脈→全身の毛細血管→大静脈→右心房→右心室とつなげば、出発点に戻れます。
4. 血管の名前と酸素の量を別々に判断します。心臓から出る血管が動脈、心臓へ戻る血管が静脈なので、肺では肺静脈のほうが酸素を多く含む血液を運びます。

右心室から肺を通って左心房に至る道が肺循環、左心室から全身を通って右心房に至る道が体循環です。心臓の左右は、その人自身の左右です。正面から見た体の図では、見る人の左側に右心房や右心室が描かれるため、紙面の左右だけで部屋名を決めないようにします。図2は流れを優先して部屋を配置した模式図です。

心臓の弁は、血液が逆向きに流れるのを防ぎます。左心室の壁が右心室より厚いのは、肺だけでなく全身へ血液を送り出すため、より強い力が必要だからです。図の部屋名を覚えるときにも、受け入れる部屋か、送り出す部屋かを添えると混同を減らせます。

答え：右心室→肺動脈→肺→肺静脈→左心房→左心室→大動脈→全身の毛細血管→大静脈→右心房→右心室。酸素を多く含む血液が流れるのは肺静脈です。

例題3　吸う息と吐く息の表から計算する

次の表の割合を使います。1回に吸う息と吐く息の体積をどちらも500 cm3とすると、体に取り込まれた酸素は何cm3ですか。また、吐く息で増えた二酸化炭素は何cm3ですか。ここでは水蒸気の影響を除き、体積と割合は問題に示した値で計算します。

1. 酸素の割合は、吸う息から吐く息を引きます。取り込まれた酸素は、入った量のうち外へ戻らなかった分だからです。21−16＝5で、全体の5％に当たります。
2. 500 cm3の5％を求めます。1％は500÷100＝5 cm3なので、5％は5×5＝25 cm3です。21％のすべてを取り込んだと考えないようにします。
3. 二酸化炭素は、吐く息から吸う息を引きます。体から加わった分を求めるため、4−0.04＝3.96で、500÷100×3.96＝19.8 cm3です。

吐く息にも酸素は残り、最も多い成分は窒素です。「吐く息は二酸化炭素」という言い方は、割合を読み違える原因になります。また、取り込む酸素と出す二酸化炭素の体積は、いつも同じとは限りません。覚えた関係に表を合わせず、与えられた数値から別々に求めます。

答え：取り込まれた酸素は25 cm3、増えた二酸化炭素は19.8 cm3です。

例題4　ひじが曲がる理由を記述する

上腕の前側にある筋肉をA、後ろ側にある筋肉をBとします。ひじを曲げるとき、AとBがどのようにはたらき、なぜ前腕の骨が動くのかを説明しましょう。荷物を持たず、ゆっくり曲げる基本的な動きとして考えます。

1. 動きの中心をひじの関節に決めます。骨全体が曲がるのではなく、骨と骨のつなぎ目で向きが変わるからです。
2. 曲げる側の筋肉Aに注目します。筋肉は縮むと両端の距離が短くなり、けんを介してつながる骨を引きます。
3. 反対側の筋肉Bも書き添えます。基本的な説明では、Aが縮む一方、Bは緩んで引き伸ばされます。「Bが伸びて骨を押す」とは書きません。

ひじを伸ばすときは、主にBが縮んで骨を引き、Aが緩んで引き伸ばされます。曲げる動きも伸ばす動きも、筋肉が引くことで起こる点は共通です。問題が求めているのは筋肉の位置だけでなく、筋肉の変化と骨の動きの因果関係です。

答え：Aが縮み、Bが緩んで引き伸ばされ、Aがけんを介して前腕の骨を引くため、ひじの関節を中心に腕が曲がります。

つまずきやすいところと直し方

誤り1　消化と吸収を同じ言葉で説明する

誤った書き方は「小腸では、でんぷんを血液の中でブドウ糖にするので吸収できる」です。どこが違うかというと、消化が進む場所と、吸収された後の行き先が逆になっています。でんぷんをそのまま血液に入れてから分解するのではありません。

正しい書き方は「でんぷんは消化されてブドウ糖になり、小腸の柔毛から吸収されて毛細血管に入る」です。直すときには、「何が変わるか」と「どこへ入るか」を2本の短い矢印に分けます。前者が消化、後者が吸収です。柔毛の役割まで問われたら、突起が多いことで表面積が大きくなり、養分を効率よく吸収できると続けます。

誤り2　動脈には必ず酸素が多いと思う

誤った書き方は「肺動脈は動脈なので、肺へ酸素を届ける血液が流れる」です。どこが違うかというと、血管名を酸素の量で決めています。動脈と静脈は流れる向きによる名前であり、酸素の多い動脈血と、酸素の少ない静脈血という血液の呼び方とは分ける必要があります。

正しい書き方は「肺動脈は心臓から肺へ向かい、酸素が比較的少ない静脈血が流れる」です。肺静脈には酸素を多く含む動脈血が流れます。図3のように、肺胞では酸素が空気の側から血液へ移るため、肺を出た血液のほうが酸素を多く含みます。

図3では、二酸化炭素の矢印は血液から肺胞の空気へ向かいます。この二酸化炭素が、気管支や気管を通って吐く息に含まれます。血液が肺胞の中へ流れ出すという意味ではなく、薄い壁を隔てた気体の移動です。図2と図3を合わせて読むと、なぜ肺動脈と肺静脈で酸素の量が変わるかを説明できます。

誤り3　息を吸うと横隔膜が上がると思う

誤った書き方は「横隔膜が上がって肺を押すと、空気が肺に入る」です。どこが違うかというと、胸の内部の広さの変化と空気の向きが逆です。押して狭くすることを、空気を取り込む動きに結びつけてしまっています。

正しい書き方は「横隔膜が縮んで下がり、胸の内部が広がると、肺もふくらんで空気が入る」です。「横隔膜の動き→胸の広さ→空気の向き」の順に書けば、途中の理由が抜けません。逆に静かに息を吐くときは、横隔膜が緩んで上がり、胸の内部が狭くなります。筋肉が縮むことと、空気の入る場所が狭くなることを同じ意味にしないのが直す手がかりです。

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練習問題

練習1　柔毛の役割

小腸の内側には柔毛が多数あります。柔毛があると養分を吸収しやすい理由を「面積」という語を使って答えましょう。また、ブドウ糖と、脂肪の消化でできて吸収された物の多くについて、それぞれ柔毛内で最初に運ばれる管の名前を答えましょう。

練習2　肺と全身を通る順番

左心室から出発して再び左心室へ戻る道を考えます。「全身の毛細血管、右心室、左心房、肺、右心房」を通る順に並べましょう。また、肺から左心房へ血液を運ぶ血管の名前と、そこを流れる血液が酸素を多く含むかどうかを答えましょう。

練習3　呼吸の回数と酸素の量

吸う息と吐く息の体積を1回につきどちらも400 cm3とし、酸素の割合を吸う息で21％、吐く息で16％とします。毎回同じ量を呼吸し、1分間に15回呼吸するとき、1分間に取り込む酸素は何cm3ですか。水蒸気の影響は考えません。

練習4　ひじを伸ばす筋肉

例題4と同じように、上腕の前側の筋肉をA、後ろ側の筋肉をBとします。ひじを伸ばすとき、「Aが自分で長く伸びて骨を押す」と説明するのはなぜ誤りですか。主に縮む筋肉の記号と、筋肉が骨に及ぼすはたらきを使って答えましょう。

答えと解説

練習1の答えは、「食べ物に接する面積が大きくなり、養分を効率よく吸収できるから」です。ブドウ糖は毛細血管へ入ります。脂肪の消化でできた物の多くは、小腸の壁で再び脂肪につくり直され、リンパ管へ入ります。「突起が養分を押し込むから」ではなく、表面積に注目します。

練習2の答えは、「全身の毛細血管→右心房→右心室→肺→左心房」です。肺から左心房へ戻る血管は肺静脈で、酸素を多く含む血液が流れます。左心房の次に左心室へ進むと一周です。全身を通った血液が、肺へ行く前に心臓へ戻る点も確かめましょう。

練習3の答えは300 cm3です。1回で取り込む酸素は400÷100×（21−16）＝20 cm3です。15回分では20×15＝300 cm3となります。400×15＝6000 cm3は1分間に吸う空気全体の体積であり、取り込む酸素だけの体積ではありません。

練習4の答えは、「筋肉は自分から伸びて骨を押すのではなく、主にBが縮んで骨を引くことでひじを伸ばすから」です。Aは緩んで引き伸ばされます。「腕を伸ばす」と「筋肉が縮む」は同時に起こり得るため、腕全体の見た目と個々の筋肉の動きを区別します。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

人の体で学ぶ物の移動は、食物連鎖で養分が生物から生物へ受け渡される学習につながります。また、呼吸の表から必要な割合だけを取り出す考え方は、気体や水溶液の計算にも使います。ひじの関節を中心に筋肉が骨を引く動きは、てこを学ぶ際に、力を加える場所と動く場所を考える入口になります。

家庭では、保護者の方がそばで見守り、各5分ほどで次の2つを確かめられます。一つ目は、紙に「口、小腸、心臓、肺、筋肉」と書き、「食べ物の道はどこまでか」「酸素はどこから来るか」を別々の矢印で結ぶ方法です。ブドウ糖と酸素が、異なる場所から血液へ入り、筋肉へ届くと説明できるかを聞いてみましょう。

二つ目は、座った姿勢で、荷物を持たずに片方のひじをゆっくり曲げ伸ばしし、反対の手で上腕の前側と後ろ側に軽く触れる方法です。硬くなる場所の違いを確かめ、どちらの筋肉が縮んでいるかを言葉にします。強い力を入れたり、関節を無理に曲げたりする必要はありません。痛みがあれば動きをやめます。

個別指導で血液循環の順番が崩れる場合は、心臓の部屋名を増やして覚える前に、「心臓へ戻る」「心臓から出る」の2方向まで戻って確かめます。消化と吸収が混ざる場合は、「物が変わる」と「壁を越えて入る」を別々に説明できるところからつなぎ直します。

まとめ

朝ごはんが足を動かすことにつながるまでには、養分を吸収できる形にする段階、体内へ取り入れる段階、酸素とともに運ぶ段階があります。その先で筋肉が縮み、骨を引くと、関節を中心に体が動きます。説明の途中で止まったら、器官名を一から唱え直すより、「今、何がどこへ移ったか」を一つ前の矢印に戻って確かめましょう。

「小腸で吸収したブドウ糖と、肺で取り込んだ酸素が血液で筋肉へ届く」とつながったとき、器官の一覧は体のしくみの説明に変わります。