体液と恒常性 内部環境を保つ仕組み

体液と恒常性 内部環境を保つ仕組み

多細胞動物の細胞は、体内の体液に浸って生きています。この内部環境を一定に保つ働き=恒常性(ホメオスタシス)は、生命維持の中核です。

基本知識

ヒトの体液は3つに分けられます:
① 血液: 血管内を流れる。体重の約8%。
② 組織液(間質液): 細胞のすき間を満たす。
③ リンパ液: リンパ管内を流れる。
血液の成分:
・血漿(けっしょう)(55%): 液体成分。水・タンパク質・グルコース・電解質・老廃物を運ぶ。
・赤血球(45%): ヘモグロビンを含み酸素を運ぶ。核なし。寿命約120日。
・白血球: 免疫を担当(好中球・リンパ球など)。核あり。
・血小板: 血液凝固を担当。核なし(細胞片)。
恒常性とは、外部環境が変化しても内部環境(体液の性質)を一定範囲に保つこと。温度・pH・浸透圧・血糖値・酸素濃度などが該当します。フランスのベルナールが「内部環境」概念を、アメリカのキャノンが「ホメオスタシス」を提唱しました。

深掘り

ヘモグロビンは化学的に美しい分子です。4つのサブユニット(α鎖2本+β鎖2本)からなり、各サブユニットの中央にヘム(ポルフィリン環+Fe²⁺)が埋め込まれています。鉄イオンが酸素分子と可逆的に結合することで、肺で酸素を取り込み、組織で放出します。
酸素結合は協同的に起こり、酸素解離曲線はS字型になります(ボーア効果)。CO₂濃度が高くpHが下がる組織では、酸素を離しやすくなる(右へシフト)化学的合理性も備えています。一酸化炭素はヘムへの結合力が酸素の200倍以上強く、これが一酸化炭素中毒の原因です。
血液凝固のメカニズム: 血管が傷つくと、血小板が傷口に集まり、血液中のタンパク質フィブリノーゲンが活性化されて繊維状のフィブリンに変わり、赤血球などを絡めて血ぺい(けっぺい)を作って傷口をふさぎます。この反応にはCa²⁺イオンとビタミンKが必要で、これらが欠乏すると出血が止まらなくなります。化学物質ヘパリン(抗凝固剤)や納豆菌ナットウキナーゼなど、医薬と関連も深いテーマです。
恒常性の維持には負のフィードバックが基本原理として働きます。たとえば体温が上がると発汗で下げ、下がると震えで上げる。値が目標から離れるほど、それを戻す方向に強く作用します。化学反応の自動制御と同じ原理です。

注意点

① 赤血球(核なし・酸素運搬)・白血球(核あり・免疫)・血小板(核なし・止血)を混同しない。② ヘモグロビン1分子は4個のヘムを持ち4個の酸素を結合する。③ 血漿(液体成分)と血清(血漿からフィブリノーゲンを除いたもの)は別。免疫学では血清が用いられる。④ 恒常性はホメオスタシス、英語ではhomeostasis。「同じ状態を保つ」という意味のギリシャ語。

練習

1. 赤血球内で酸素を結合運搬するタンパク質を何というか。
2. 「ホメオスタシス」という用語を提唱した科学者は誰か。
3. 血液凝固で繊維状になり傷口をふさぐタンパク質を何というか。