人体生理学：解説つき練習問題

1生理学とは：一定に保つこと

生理学は、体がどのように働くかを研究する学問です。解剖学は心臓がどこにあるかを教え、生理学は心臓がどのように血液を送り出し、その拍出がどう制御されるかを教えます。

この学問全体を貫く考え方が 1 つあります：恒常性（ホメオスタシス）。体は、体温、血圧、血糖、pH などの内部条件を、狭い範囲に保っています。

この制御の大部分は負のフィードバックで働きます。変化が検出され、体は反対方向に反応するので、変化は小さくなります。フィードバックのループには 3 つの部分があります：

1. 受容器（センサー）が変化を検出します。たとえば、温度に敏感な神経終末。
2. 制御中枢が設定値と比べます。たとえば、約 37 °C の視床下部。
3. 効果器が反応を起こします。たとえば、汗腺と、広がる皮膚の血管。

正のフィードバックはまれです。ある出来事が終わるまで、変化をさらに大きくします。例は、分娩時の陣痛（オキシトシン）、血液凝固、排卵を引き起こす LH サージです。

2正常値と重要な公式

多くの問題は、数値から始まります。健康な成人の安静時の値を覚えましょう：

• 心拍数は毎分約 60〜100 回、呼吸数は毎分約 12〜20 回。
• 血圧は約 120/80 mmHg。最初の数が収縮期（心室が収縮している間）、2 番目が拡張期（心室が弛緩している間）です。
• 深部体温は約 37 °C、動脈血の pH は 7.35〜7.45。
• ニューロンの静止膜電位は約 −70 mV。

2 つの公式が心臓と血管を結び付けます：

CO は心拍出量、HR は心拍数、SV は 1 回拍出量（1 拍で送り出される血液）です。例：70 拍/分 × 70 mL = 4900 mL/分、約 4.9 L/分。

MAP は平均動脈圧、TPR は血管の総末梢抵抗です。120/80 mmHg では、MAP ≈ 80 + 40/3 ≈ 93 mmHg。

気体は拡散によって、分圧の高いほうから低いほうへ移動します。酸素は肺胞から血液へ、二酸化炭素は血液から肺胞へ移動します。CO₂ の大部分は、重炭酸塩として血液中を運ばれます。

3おもな系の制御のしくみ

心拍のリズム。各拍動は、右心房にある洞房結節（SA 結節）、つまり天然のペースメーカーから始まります。信号は心房に広がり、房室結節（AV 結節）で遅れるので、心房が空になりきってから心室が収縮します。

心電図（ECG）では、P 波は心房の脱分極、QRS 波は心室の脱分極、T 波は心室の再分極です。

神経。活動電位では、ナトリウムイオン（Na⁺）が細胞内に流れ込んで脱分極を起こします。次にカリウムイオン（K⁺）が流れ出て、再分極を起こします。

腎臓。機能単位はネフロンです。血液は糸球体でろ過され、近位尿細管がろ過された水とナトリウムの大部分を再吸収します。

• ADH（抗利尿ホルモン）は、集合管に水をより多く再吸収させるので、尿は濃縮されます。
• アルドステロンは、腎臓にナトリウムを再吸収させ、カリウムを排泄させます。水はナトリウムに従います。
• 腎臓の血圧が低いと、レニンが放出されます。レニンはアンジオテンシン II を生じさせ、アンジオテンシン II は血管を収縮させ、アルドステロンを放出させます。これがレニン–アンジオテンシン–アルドステロン系です。

グルコース。インスリンは、グルコースを細胞に取り込ませて血糖を下げます。グルカゴンは、肝臓でグリコーゲンを分解し、新しいグルコースをつくって血糖を上げます。

酸塩基平衡。CO₂ は酸として働きます。CO₂ が多すぎる（呼吸が遅い）と呼吸性アシドーシス、少なすぎる（呼吸が速い）と呼吸性アルカローシスになります。重炭酸塩の変化は、代謝性アシドーシスまたはアルカローシスを起こします。

4生理学の問題を順に考える方法

生理学の問題の多くは、ある変化を述べて、次に何が起こるかを問います。鎖をたどるように考えましょう：

1. 最初に変化した変数を挙げます。たとえば、血液量、CO₂、グルコース。
2. どの受容器がそれを検出するかを考えます。たとえば、圧には圧受容器、CO₂ と酸素には化学受容器。
3. 反応とその向きを見つけます。負のフィードバックでは、反応は変化に逆らいます。
4. 公式を使って影響をたどります。たとえば CO = HR × SV、MAP = CO × TPR。
5. 加わる他の臓器を確認します。たとえば腎臓は、ホルモンを通じて、よりゆっくり働きます。

進みながら小さな矢印を書きます：「血液量 ↓ ⇒ SV ↓ ⇒ CO ↓ ⇒ MAP ↓」。これで各変化の向きが明確に保たれます。

5例題

鎖を 1 つの輪ずつたどりましょう。開く前に、次の輪を予測してみましょう。

6よくある間違い

• フィードバックが変化を大きくすると考える。ほとんどの制御は負のフィードバックで、変化を小さくします。
• ADH（水を保つ）とアルドステロン（ナトリウムを保ち、カリウムを失う）を混同する。
• T 波を心房の活動と読む。それは心室の再分極です。心房の再分極は QRS 波に隠れています。
• 酸塩基平衡を逆にする。速い呼吸は CO₂ を吐き出すので、pH が上がります：呼吸性アルカローシスです。
• 出血で、血圧が最初に下がると予想する。反射が圧を保つので、通常は心拍数のほうが先に上がります。
• 拡散の向きを取り違える：気体は常に、分圧の高いほうから低いほうへ移動します。

7試験問題の例

• やさしい（用語と事実）：正常値と機能。たとえば、正常な呼吸数、血小板の働き、ペースメーカーの場所。
• ふつう（概念の応用）：メカニズム。ホルモンがどう作用するか、心電図の波が何を示すか、CO = HR × SV のような公式がどう変わるか。
• むずかしい（症例と分析）：患者や実験。血液ガスを読む、ショックの徴候を予測する、浮腫を説明する、病気をそれが失敗する機序に結び付ける。

むずかしい問題では、矢印の鎖を描きましょう。最初の変化から始め、負のフィードバックに各反応の向きを教えてもらいます。