共通テスト生物基礎の体内環境の調節｜血糖量の変化から調節のつながりを追う｜武蔵野個別指導塾

食後の血糖とホルモンの相対値から、変化を戻す経路をたどる題材は血糖調節です。

よくあるのは、食後の血糖とホルモンの線を見比べ、両方が上がったことから「ホルモンが血糖を上げた」と結論を急ぐ場面です。横軸の時刻をそろえると、血糖の変化に応じて分泌が変わった可能性も見えてきます。資料の値は何を測ったものか、変化はどちら向きかを先に確認し、その後に調節の経路をたどりましょう。

まず資料から取り出すもの

血糖量は、血液中のグルコースの量に関係する指標です。資料では血液中の濃度として示される場合もあります。問題が指定する量と単位に従い、濃度の変化から血液全体に含まれるグルコースの総量まで勝手に決めないことが出発点です。以下の表は学習用に作った相対値で、実際の測定記録ではありません。各表の基準と測定対象を読み、異なる指標の数値を直接引き算しないようにします。

資料の型には、時刻ごとの血糖とホルモンの値を比べるもの、調節に関わる器官の経路を選ぶもの、条件を変えた実験と対照を比較するものがあります。どれも最初に「何を変え、何を測ったか」を整理します。表に並んだ値が同時に増えたことと、一方が他方の原因であることは同じではありません。経路を説明するためには、問題で与えられた条件や既習の働きを別に用います。

血糖が高いときに働く経路と低いときに働く経路は、刺激の向きから分けます。高いときに血糖を下げる方向の作用が強まり、低いときには上げる方向の作用が強まります。ある時刻の値が基準より高いかどうかと、その時点で前より上昇中か下降中かも別です。基準より高くても、前の時刻から減少していることがあります。

変化を戻す経路をつなぐ

体内環境がある範囲に保たれる性質を恒常性といいます。体内環境は組織液など細胞を取り巻く環境を指し、変化を完全に消して常に一定の数値に固定するという意味ではありません。外からの影響や体内での消費によって値が変わっても、調節が働き、変化を小さくする方向に作用します。

血糖が上昇すると、すい臓のランゲルハンス島のB細胞からインスリンの分泌が促されます。インスリンは肝臓や筋肉などでグルコースの取り込みやグリコーゲンとしての貯蔵を促し、血糖を下げる方向に働きます。血糖が低下すると、同じ島のA細胞からグルカゴンの分泌が促され、肝臓でのグリコーゲン分解などを通じて血糖を上げる方向に働きます。分泌する細胞、ホルモン、作用を受ける器官は役割が異なります。

図1のように、最初の変化と最後の作用を矢印で結びます。上昇から出発した経路の終点は低下方向です。逆向きの作用が最初の変化を弱める関係を負のフィードバックと呼びます。血糖が戻るにつれて分泌を促した刺激も弱まりますが、分泌量が即座にゼロになると決める必要はありません。

自律神経も体内環境の調節に関わります。交感神経の働きは血糖を上げる方向、副交感神経の働きはインスリン分泌を促す方向に関わります。交感神経は副腎髄質からのアドレナリン分泌にも関わり、アドレナリンは肝臓でのグリコーゲン分解を促して血糖を上げる方向に働きます。神経の信号と血液で運ばれるホルモンは伝達方法が異なります。資料に神経の活動がない場合、血糖の線だけでどの神経がどれほど活動したかを断定しません。

「増える」という語が指す対象にも注意します。インスリンが増えたことは血糖が増える作用を意味しません。分泌量の変化とホルモンの作用を2つの文に分けると、矢印の向きが混ざりにくくなります。グルカゴンについても、分泌が増えることと血糖を上げる作用を別々に書きます。

基本例題：食後の表を同じ時刻で読む

次の表は、ある人の食事直前を0分とした自作の資料です。血糖の指標は0分の値を100、インスリンの指標は別に0分の値を10として、それぞれ相対値で示します。数値は同じものさしではありません。食後に測った表から、血糖が最も高い時刻、その時刻のインスリンの指標、0分から20分までの血糖の増加率を整数の百分率で求めてください。また、20分から60分への変化と、インスリンの血糖への作用方向を答えてください。

図2のように、同じ時刻の2つの値を縦に対応させます。血糖の行を左から見ると、100、130、120、105です。最大値は130なので時刻は20分です。その列をインスリンの行へ移ると18です。両者を足したり、130から18を引いたりする操作は、基準の異なる2種類の指標を混ぜるため、この問いには使えません。

増加率の分母は出発点の血糖の指標100です。まず増加分は130 − 100 = 30です。次に増加率は30 ÷ 100 × 100 = 30%です。元の値に戻すと、100の30%は30で、100 + 30 = 130となり、表の20分の値に一致します。130%は0分の値を基準にした20分の値そのものの割合で、増加分の割合とは異なります。

20分から60分では130から105へ25減っています。60分の値105は0分の100より高いものの、20分からは下降しています。インスリンは血糖を下げる方向に作用します。この表では血糖とインスリンの指標がともに20分で最大ですが、表の一致だけでインスリンが上昇を起こしたと結論することはできません。食事による変化と、それに応じた調節を考えるために、ホルモンの作用と時間の順を合わせて使います。

測定は4時点です。その間の細かな変化や、20分より前後の正確な最高時刻は表からは決まりません。最も高い時刻という答えも、表に記された時刻の範囲での答えです。線で点をつないだ図があっても、測っていない時点の値を実測値として扱わないことが必要です。

条件を分ける例題：分泌と作用の違い

次は別の自作資料です。同じ条件で準備した2群の細胞に、同じ濃度のインスリンを加えました。P群は通常の細胞、Q群はインスリンへの応答が弱い細胞です。加える前と一定時間後の細胞内に取り込まれたグルコースの累積量を同じ単位で示します。実験中の温度、細胞数、周囲のグルコース濃度は両群で同じに保たれたものとします。

各群の実験中の取り込みの増加量と、その差を整数で求めてください。また、Q群の増加量が小さいという結果から、すい臓のインスリン分泌量が少なかったと判断できるか答えてください。

P群の増加量は16 − 4 = 12、Q群は9 − 4 = 5です。差は12 − 5 = 7です。元の値へ戻すと、P群は4 + 12 = 16、Q群は4 + 5 = 9です。同じ時間で比べた増加量に差があるので、この条件ではP群の取り込み増加量の方が7大きいと読めます。

分かれ目は、両群に同じ濃度のインスリンを外から加えたという条件です。ここで比べているのは、加えられたインスリンに対する細胞の応答です。すい臓を含む実験ではなく、分泌量も測っていません。そのため、この結果からすい臓の分泌量が少なかったとは判断できません。作用を受ける側の違いと、ホルモンを出す側の違いを区別します。

この表だけでは、インスリンがない場合に各群がどの程度取り込むかも示されていません。インスリンを加えたこと自体の効果を各群で調べるには、各群について、他の条件をそろえてインスリンを加えない対照も必要です。加える実験だけを比べて得た群間の差と、対照との差から求める添加の効果は別の問いです。対照を加えても、他に変化した条件がないかを確認します。

間違いを経路に戻して直す

図3のように、「血糖が高い → インスリンが増える → 血糖がさらに上がる」という答案を点検します。前半の分泌の変化は高血糖に対する反応ですが、最後の作用の向きが逆です。インスリンが増えるという事実を、血糖そのものが増えることと取り違えています。最後を「血糖が下がる方向」と修正すれば、初めの変化を弱める経路になります。

もう一つの誤りは、血糖が下がった表を見て、必ずグルカゴンが減ったと決めることです。低血糖はグルカゴンの分泌を促す方向に働きますが、表にグルカゴンの値がなければ、実際の分泌の増減はその表だけでは読めません。教科書の調節の方向と、その資料で実際に測られた結果を区別して答えます。

増加率の誤答も同じように直せます。基本例題で130 ÷ 100 × 100 = 130%と計算すること自体は、元の値に対する比として正しい計算です。ただし問いは増加率なので、元の100%を差し引いて30%にします。式の数字だけでなく、その数字が「全体」なのか「増えた部分」なのかを書き添えましょう。

自分で確かめる4問

次の表や実験はすべて学習用の自作条件です。各問を解いてから、後の解答で値を元の条件に戻してください。

問1

別の日の食事前を0分とし、血糖の指標をその時点で100とします。15分、30分、60分の指標は順に125、140、112です。表にある時刻のうち最大の時刻と、0分から30分までの増加率を整数の百分率で答えてください。30分から60分への増減も整数で答えてください。

問2

ある学習用のモデルで、血糖が基準より低くなったときの調節を考えます。A細胞とB細胞のどちらから、どのホルモンの分泌が促されますか。また、肝臓でのグリコーゲンの変化と血糖への作用方向を答えてください。血糖が基準へ近づくと、最初の刺激はどう変わるかも述べてください。

問3

同数の肝臓の細胞を用意し、温度とグルコース濃度をそろえた2群を同じ時間観察しました。R群にはインスリンを加え、S群には加えません。観察中のグルコース取り込み量は、同じ単位でR群が21、S群が14でした。取り込み量の差と、S群を設ける目的を答えてください。R群の量がS群の何倍か、正確な分数で求めてください。

問4

別のモデルで、血糖の指標は時刻a、b、cに順に100、85、95でした。3時刻で測ったグルカゴンの指標は順に8、15、10でした。aからbとbからcの血糖の変化をそれぞれ整数で答え、bからcで血糖が上昇したことと、cの値がaより高いかどうかを区別して述べてください。この表だけでグルカゴンが血糖の変化の唯一の原因と決まるかも答えてください。

答えと読み直し

問1の答え

最大は30分です。増加分は140 − 100 = 40、増加率は40 ÷ 100 × 100 = 40%です。100の40%を足すと140になり、30分の指標に戻ります。30分から60分は112 − 140 = -28なので28減少です。140から28を引けば112になり、最後の値とも合います。60分の112は最初の100より高くても、直前の30分からは減っています。

問2の答え

A細胞からグルカゴンの分泌が促されます。グルカゴンは肝臓でグリコーゲンの分解を促し、血糖を上げる方向に働きます。血糖が基準へ近づけば、低血糖という分泌を促した刺激は弱まります。B細胞のインスリンと混同しないよう、低下、A細胞、グルカゴン、上昇方向の順にたどります。上昇方向の作用は最初の低下を打ち消す方向なので、負のフィードバックに当たります。

問3の答え

差は21 − 14 = 7です。S群はインスリンを加えない条件での取り込みを示し、加えた条件との差を比べるための対照です。比は21 ÷ 14 = 3/2倍です。14に3/2を掛けると21へ戻るので、比の向きも確かめられます。この実験条件では添加の有無に伴う差を比較できますが、他の条件まで違えば、差の原因をインスリンの有無に絞ることはできません。

問4の答え

aからbは85 − 100 = -15で15低下、bからcは95 − 85 = 10で10上昇です。100 − 15 = 85、85 + 10 = 95と戻して確認できます。cはaの100より5低い値です。bから上昇したこととaを超えたことは別です。グルカゴンの指標はaからbで増え、bからcで減っていますが、同じ時刻に変化が見られるだけでは唯一の原因と決まりません。他の調節や条件の情報が必要です。

要点を4行で

血糖の値と、その値が増加中か減少中かを分けます。
高血糖ではインスリン、低血糖ではグルカゴンの経路をたどります。
負のフィードバックでは、初めの変化を弱める方向に作用します。
表の同時変化と、対照を伴う原因の検討を区別します。

どこで迷ったかを見つける

計算が合わない場合は、答えだけでなく、増加分を出した式と割る前の基準値を見ます。変化率で元の値を使っているか、求めた割合を元の値に掛けて表へ戻せるかを個別に確かめます。表の値が読めない場合は、時刻の列を指しながら、それぞれの行が血糖とホルモンのどちらを表すかを声に出して確認します。

経路を逆にした場合は、刺激、分泌する細胞、ホルモン、作用を受ける器官、血糖への作用を順に別の欄に書きます。どの矢印から向きが変わったかが見えれば、その部分を修正できます。実験の問題では、変えた条件とそろえた条件を区別し、対照が答えたい問いに対応しているかまで確認します。血糖の変化を出発点に、調節の矢印を元の資料へ戻して読み直しましょう。