生物の体のしくみを知ると、この生き物の創造主はなんて精妙な設計士なのだろうと驚嘆することになります。
特に内臓器官は、そのどれもが素晴らしい個性を持っていて、その豊かさに目を見張ります。
私が腎臓内科を専門にしているということもありますが、今回はじん臓の素晴らしさをご紹介します。
じん臓のはたらきのひとつに、「体の中の水分を量を調節する」というのがあります。
下痢や嘔吐など、体の水分が奪われた時に、さらなる水分の減少を防ぐために尿の量は少なくなりますね。
もしかしたら、皆さんはこの現象を「タンクの中の水が少なくなった→だからちょろちょろとしか水が出ない。」と同じもんだろうと考えてはいませんか？
「体の中の水分が少ない→だから尿が少なくなった。」
見かけは似ているかも知れませんが、中身は違います。
その時の尿の色は、濃い黄色をしているはずですね。
少量の薄い尿ではなく、尿を濃縮して少ない量にしているのです。
少し話はそれますが、水分の量を調節するはたらきのほかに、じん臓はタンパク質が代謝されてつくられる「窒素代謝物」＝「老廃物」を尿に溶かして捨てるというとても重要な働きを持っています。
基本的な窒素代謝物としてあげられるのは、アンモニアです。
魚などはエラから、たえずアンモニアを捨てています。
けれどもアンモニアは水に溶けやすいという利点はあるものの、毒性が強いという欠点があり、多くの哺乳類はアンモニアを窒素代謝物として扱うことを避けました。
何かの拍子にアンモニアが体内にあふれだすことを恐れたのでしょう。
アンモニアと二酸化炭素が結合すると「尿素」という毒性が低い物質になります。それで、尿素を「窒素代謝物」として捨てることにしたようです。
ところが、アンモニアと比べて尿素にも欠点があります。
水に溶かさないと扱えず、しかも大量の水を必要とするということです。
ところで、窒素代謝物をろ過するのがじん臓の中の糸球体というところです。コーヒーフィルターをイメージしてもらったらよいですね。
話をもとにもどして、尿の量を調整するとは、ざっと2通りの方法が考えられると思います。
1つ目は糸球体がろ過する量を減らすこと。
もともとが少ないのですから、尿は減ります。でもこれでは窒素代謝物をろ過することも少なくなってしまって体内に老廃物がたまってしまうということになりますね。
2つ目は、ろ過した尿から水分をぬくこと、つまり濃縮すること。
ひとくちに濃縮といっても、このシステムがまたすごいのです。
よくこんなこと考えついたなあと感心します。
対向流増幅システムと呼ばれるものです。
まずは設計の発想がすごいのです。
濃縮するということは、水分を取り除くということですね。
たとえば、実際に海水を淡水化する工程では、フィルターを使用しているそうです。
水分しか通らないような細かいフィルターを通せば、水は抜けていくので濃縮されます。
けれども、それはろ過の原理と一緒なので調節が難しくなります。
透析黎明期の頃、除水量を血流量で調整していたのと似たしくみになるかも知れません。
実際にじん臓がとったシステムとは、浸透圧を利用した濃縮システムでした。
なんと逆転の発想。
何をしたかというと、ろ過した尿からナトリウムを抜くことをしたのです。
そうすると、尿は濃縮されるどころか、希釈されます。さらに薄くしてしまったのです。
糸球体からろ過された尿は尿細管という細い管を通るのですが、尿細管の外は汲み出されたナトリウムで満たされて浸透圧が高くなります。
つまり、そこに浸透圧の差が生じます。
下図をごらんください。
尿細管はヘアピン状に急カーブをしていて、管外の浸透圧差を利用して尿の濃縮や希釈具合を調節するしくみをつくったのでした。
具体的には尿細管の壁に並ぶ細胞にちょっとしたしかけをこしらえて、尿を濃縮したいときには水を通しやすくします。
すると水は浸透圧の低いほうから高い方へと移動しますから、水は尿細管の中から外へ浸みだしていきます。
希釈したいときには、何もせずともいいわけです。もともとがナトリウムが抜かれて希釈されていますから。
その濃縮・希釈の調節はどこがリーダーシップをとって指令を出しているのでしょう？
じん臓が独自に考えているのか？
実は、じん臓は水分の過不足を自分で判断することができません。
水分のコントロール指令は、遠く脳から発せられているのです。
体全体を統括する脳が感知した方が合理的といえますね。
脳から出たホルモンが、尿細管に作用し水分を調整するように働きます。
水の通過性を左右する「抗利尿ホルモン」と呼ばれるホルモンです。
このあたりの連携プレーは見事と言うしかありません。
あえてナトリウムを外に出して、そこに浸透圧差をつくり、その中をヘアピンで通して、そこにホルモンを作用させる…。
こんな見事なシステムなど誰が考えつくでしょう？
