高校生物基礎 肝臓と腎臓—体液の成分が調節される過程を順に説明する｜武蔵野個別指導塾

原尿から血液へ戻る量を差し引き、尿素の生成と排出を担う器官を図で結び付けて考えましょう。

よくあるのは、定期テスト前の高校生が、腎臓でできた原尿はそのまま尿になると考える場面です。原尿の中には、体外へ出す物質だけでなく、体に必要な水やグルコースも含まれます。原尿ができた後に何が血液へ戻るのかを追うと、肝臓でつくられた尿素が排出される道筋も整理できます。肝臓の代謝と腎臓のろ過・再吸収を扱い、腎機能のクリアランス計算には立ち入りません。

問題文で見分けたい3つの型

1つ目は、器官と役割を対応させる型です。肝臓は有害なアンモニアを尿素に変え、腎臓は血液から原尿をつくってその成分を調節します。「尿素をつくる」と「尿素を含む尿を排出する」は、動詞と場所を分けて読むと混同しにくくなります。肝臓の役割は尿素の生成に限らず、栄養分の代謝や貯蔵にも及びます。

2つ目は、血液、原尿、尿の資料を比較する型です。同じ物質がどの段階にあるかを追い、ろ過で原尿に入った後、再吸収によって血液へ戻るかどうかを考えます。濃度と量を比べる際は、資料が何を表すかに注意します。液の量が変わると、物質の濃度と物質そのものの量は同じ変化をするとは限りません。

3つ目は、過程と理由を短い文章にする型です。たとえば「原尿がそのまま尿にならない理由」を問われたら、尿細管で水や必要な物質が血液へ再吸収されるという過程を示します。「腎臓で調節する」とだけ書くより、何がどちらへ移るかまで記すと判断の根拠が伝わります。

肝臓で変え、腎臓で選び直す

食物から得た栄養分などは血液によって肝臓に運ばれます。肝臓はグルコースをグリコーゲンとして蓄えたり、必要に応じてグリコーゲンを分解してグルコースを血液中へ出したりします。また、アミノ酸の分解などに伴って生じるアンモニアは有害なので、肝臓で毒性の低い尿素に変えられます。尿素は血液に運ばれ、腎臓から尿中へ排出されます。

腎臓の基本的なつくりとして、糸球体とボーマンのう、そこから続く尿細管を押さえます。糸球体は毛細血管が集まった部分です。血液の成分のうち、水や小さな分子などが糸球体からボーマンのうへこし出されます。この過程がろ過で、こし出された液が原尿です。血球や多くの血しょうタンパク質は通常、原尿へほとんど出ません。

原尿は尿細管を通る間に、水やグルコース、無機塩類などの一部または大部分が周囲の毛細血管へ戻されます。これが再吸収です。戻る割合は物質によって異なり、尿素も一部は再吸収されます。再吸収されずに残った成分を含む液は、集合管を経て尿として排出されます。必要な物質が再吸収されることと、不要な物質を排出することの両方が体液の成分の調節につながります。

図1のように、肝臓から腎臓へは血液が物質を運びます。図の矢印は物質の移動と、腎臓内での液の進行を表す模式図で、器官の位置や大きさを実際の比率で描いたものではありません。

図1で原尿から血液に向かう矢印が再吸収です。血液から原尿へ向かうろ過とは向きが逆です。尿素の生成場所と排出に関わる器官を別に言えるか、図を見ながら確かめてください。

基本例題：原尿に入った量を追う

次の資料は、ろ過と再吸収を考えるための自作の数値です。ある時間に腎臓でできた原尿に、水が100 mL、物質Aが10 mg、物質Bが8 mg含まれていました。その後、原尿に入った量のうち、水は90 mL、Aは10 mg、Bは3 mgが再吸収されました。この資料では、それ以外の出入りはないものとします。尿中に残る水、A、Bの量をそれぞれ整数で求め、単位も付けてください。さらに、原尿がそのまま尿にならない理由を、再吸収の向きを用いて説明してください。

図2のように、原尿に入った量から、血液へ戻った量を引けば、条件により尿に残る量を求められます。まず水については、原尿の100 mLから再吸収された90 mLを引きます。100 − 90 = 10なので、尿中に残る水は10 mLです。水の単位はmLで、物質の量の単位とは分けます。

次にAは10 − 10 = 0で、尿中には0 mgです。原尿に入ったこと自体と、最後に尿へ残ることは同じではありません。Aはこの資料では入った分が血液へ戻ったため、尿中には残りません。Bは8 − 3 = 5なので、尿中には5 mg残ります。図2の各行も、左の原尿から中央の再吸収を引いて右の尿を読むように対応しています。

説明の答えは「原尿中の水や物質の一部が尿細管から血液へ再吸収されるので、原尿の成分の量と尿に残る量が異なるため」です。向きを血液から尿細管へと逆に書くと、ろ過と混同した説明になります。この資料は物質AやBの名前を指定していないので、数値だけから特定の物質と決める必要はありません。

求めた答えを元の条件へ戻して点検します。尿の水10 mLに血液へ戻った90 mLを足すと、初めの100 mLです。Aは0 mgと10 mgで10 mg、Bは5 mgと3 mgで8 mgに戻ります。いずれも問題で示された原尿中の量と一致するので、引き算の対応を確かめられます。

もし水を100 mLと答えたなら、原尿の量をそのまま尿に移しており、再吸収を見落としています。もしBを3 mgと答えたなら、血液に戻る量を尿に残る量として読んでいます。資料の見出しに「戻る」と「残る」を書き添え、どちらを求めるのかを先に囲むと修正できます。

条件をそろえて濃度を読む

次も自作資料です。ある時間にできた原尿60 mLに物質Cが12 mg含まれ、その後、水が45 mL、Cが6 mg再吸収されました。再吸収以外の出入りはないとします。尿中に残ったCの量を整数のmgで、尿のCの濃度を分数のmg/mLで求めてください。また、原尿と尿のどちらでCの濃度が高いか答え、その理由を量と液量に触れて説明してください。

まず、尿に残るCは12 − 6 = 6 mgです。液量は60 − 45 = 15 mLです。どちらも同じ時間にできた原尿を出発点にし、同じ期間に再吸収された量を引いています。ここで求めた6 mgは濃度ではなく、尿に含まれるCの量です。

尿の濃度は、物質の量をその液の体積で割ります。したがって6 ÷ 15 = 2/5 mg/mLです。一方、原尿の濃度は12 ÷ 60 = 1/5 mg/mLです。同じ単位で比較すると、2/5は1/5より大きいので、Cの濃度は尿の方が高くなります。Cの量は12 mgから6 mgに減っていますが、水が多く再吸収されて液量が60 mLから15 mLへさらに小さくなるためです。

逆算すると、尿の15 mLと戻った45 mLは60 mL、尿中の6 mgと戻った6 mgは12 mgです。また、尿の濃度2/5 mg/mLに15 mLを掛けると6 mgに戻ります。量が減ったから濃度も必ず低くなる、という判断ではこの条件に合いません。濃度を比べるときは分子に物質の量、分母にその液量を置き直します。

ただし、この結論はこの資料の条件によるものです。別の物質や別の再吸収量でも必ず濃度が高くなると決めることはできません。液量または物質量が示されない場合、残された値を勝手に補わず、濃度を決めるための情報が足りないと判断します。

間違いを矢印と条件から直す

誤答「再吸収は、血液から原尿に水をこし出すことです」。原因は、ろ過と再吸収の向きを入れ替えたことです。修正すると、ろ過は糸球体の血液からボーマンのうへ、再吸収は尿細管の中から周囲の血液へ向かいます。図3はこの2つの移動の向きを示す模式図です。

図3の2本の矢印を、出発点と到着点を声に出しながらたどります。どちらも「血液」と「液」の間の移動ですが、出発点が違います。「こし出す」という操作か、「戻す」という操作かを区別してから名称を選びます。

誤答「尿素は腎臓でアンモニアからつくられる」。原因は、尿素を尿に排出する腎臓と、尿素をつくる肝臓を一緒に覚えたことです。肝臓でアンモニアが尿素に変えられ、血液で腎臓へ運ばれると並べ直します。尿中に尿素があることは、尿素の生成場所が腎臓である証拠にはなりません。

誤答「尿にグルコースが見られなければ、原尿にも入らなかった」。原因は、途中で血液へ戻る過程を飛ばしたことです。通常、グルコースはろ過されて原尿に入り、そのほとんどが再吸収されます。最終的に尿で見えないという結果から、原尿に入らなかったと直ちには決められません。与えられた資料に途中の情報があるかを確認し、ない場合はその限界も残します。

自分でたどる4問

以下はすべて自作の資料です。計算問題では、示された再吸収以外の出入りはないものとし、量は整数、濃度は約分した分数で答え、単位を付けてください。記述問題は指定された語を使って答えます。

問1

肝臓でアンモニアが別の物質に変えられ、その物質が血液で腎臓に運ばれる場面を考えます。できる物質の名称と、アンモニアをその物質に変える器官の名称をそれぞれ答えてください。また、腎臓がその物質を体外へ出す経路を「尿」という語を使って1文で答えてください。

問2

ある時間にできた原尿80 mLには、物質Dが9 mg含まれていました。その後、水が70 mL、Dが4 mg再吸収されました。尿に残る水とDの量をそれぞれ求めてください。さらに、原尿がそのまま尿になるという説明がこの資料と合うかを、「再吸収」という語を使って答えてください。

問3

別の時間にできた原尿40 mLには、物質Eが12 mg含まれていました。その後、水が30 mL、Eが8 mg再吸収されました。尿に残るEの量と尿のEの濃度を求め、原尿のEの濃度と比べて高いか低いか答えてください。理由には、物質の量と液量の両方を含めてください。

問4

ある液には血球がほとんど見られず、グルコースが含まれています。この情報だけで、その液を必ず原尿と決めてよいでしょうか。「再吸収」と「情報」という語を使って理由を答えてください。ただし、この設問は健康状態や診断についての判断を求めるものではありません。

答えと考え方

問1の答え

物質は尿素、器官は肝臓です。経路は「尿素は腎臓でつくられる尿に含まれ、体外へ排出されます」と書けます。アンモニアから尿素への変化を肝臓に置き、排出に関わる腎臓へ血液で運ぶという順序に戻すと、条件に合います。腎臓で尿素を生成するとした答えは、生成と排出の役割を取り違えています。

問2の答え

水は80 − 70 = 10 mL、Dは9 − 4 = 5 mgです。10 mLと70 mLを合わせると80 mL、5 mgと4 mgを合わせると9 mgとなり、どちらも元の原尿の条件に戻ります。説明は「水やDが原尿から血液へ再吸収されるため、原尿がそのまま尿になるという説明は合いません」です。Dを4 mgとした場合は、尿に残った量と血液に戻った量を入れ替えていないか確認します。

問3の答え

Eは12 − 8 = 4 mg、尿の液量は40 − 30 = 10 mLです。尿の濃度は4 ÷ 10 = 2/5 mg/mL、原尿の濃度は12 ÷ 40 = 3/10 mg/mLです。2/5 = 4/10なので、尿の方が高くなります。Eの量は減ったものの、液量が40 mLから10 mLへ減り、濃度を求める分母も小さくなるためです。4 mgと8 mgで12 mg、10 mLと30 mLで40 mLに戻り、2/5 mg/mLに10 mLを掛けても4 mgになります。

問4の答え

必ず原尿とは決められません。答えの例は「グルコースは原尿から再吸収されるが、血球がほとんどなくグルコースがあるという情報だけでは、液の採取場所を特定できないため」です。血しょうにも血球は含まれずグルコースが含まれます。血球がないという特徴だけを使うと血しょうとの区別がつかず、再吸収の前後も特定できません。液の採取場所など、追加の情報を探す必要があります。

覚えておきたい道筋

• 肝臓はアンモニアを尿素に変え、栄養分の代謝や貯蔵にも関わります。
• 腎臓では糸球体からボーマンのうへろ過され、原尿ができます。
• 尿細管では水や必要な物質などが血液へ再吸収され、残った成分が尿になります。
• 濃度は物質の量と液量をそろえて比べます。

つまずきを見分けるには

肝臓と腎臓のどちらが尿素をつくるか迷ったときは、「アンモニアから変える場所」と「尿として体外へ出す器官」を別々に尋ねてみます。場所を答えられても順序が曖昧なら、血液による運搬を間に入れて図1を説明します。

数値の問題で答えが合わないときは、原尿の量、再吸収された量、尿に残る量を同じ単位で横に並べます。個別指導では、引き算の前に戻る向きを指で示せるか、計算後に戻った量と残った量を足して元の条件に合うかを確認します。記述では「血液へ」と書けているかを点検すると、ろ過との混同が見つかります。量と濃度を区別し、移動の向きに沿って肝臓と腎臓の役割を結び付けます。