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理由で解く 柔道整復師
QJ29A082 生理学
細胞内液で最も濃度が高い陽イオンはカリウムイオン（K⁺）で、約150 mEq/Lにのぼります。細胞外液の主役がナトリウムイオン（Na⁺）であるのと、ちょうど裏返しの関係です。
この偏りをつくっているのが細胞膜のナトリウムポンプ（Na⁺-K⁺ ATPase）で、ATPを使ってNa⁺を3個外へ、K⁺を2個内へ運び続けています。その結果、K⁺は細胞内が高く細胞外が低い（約4〜5 mEq/L）、Na⁺は細胞外が高く細胞内が低い（約10〜15 mEq/L）という配置が保たれます。静止膜電位が内側マイナスになるのも、細胞膜が静止時にK⁺を通しやすく、K⁺が濃度勾配に従って外へ逃げようとするためです。つまり「細胞内はK⁺の部屋」と覚えておくと、膜電位・活動電位・高カリウム血症の心電図変化まで一本の線でつながります。
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イオンポンプ▶ この図の説明を読む
この図の解説
この図で見るべきは、ナトリウム-カリウムポンプがイオンを「どの向きに」「いくつ」運ぶかである。細胞膜の脂質二重層に埋まった茶色のポンプタンパク質が、細胞内のナトリウムイオン（橙の六角形）3分子を細胞外へ汲み出し、入れ替わりに細胞外のカリウムイオン（黄の楕円）2分子を細胞内へ取り込む。中央ではATPがADPへ分解される場面が描かれ、この輸送が濃度勾配に逆らう能動輸送であることを示している。その結果、細胞外はナトリウムが、細胞内はカリウムが高濃度になり、陽イオンの分布に偏りが生じて静止電位の土台がつくられる。まず「3つ出て2つ入る」向きと、ATPがエネルギー源である点の2つを押さえたい。
学習の要点
- ナトリウム-カリウムポンプはATP分解のエネルギーを使い、Na⁺を3分子細胞外へ汲み出し、K⁺を2分子細胞内へ取り込む能動輸送を行う。
- 覚え方のコツ: 「3ナト出て2カリ入る」。汲み出すNaが3、取り込むKが2で、出る方が1つ多い。
- 関連知識: 細胞外にNa⁺、細胞内にK⁺という偏りができることが、神経細胞や筋細胞の静止電位・活動電位を生む土台になる。
- よくある間違い: 輸送の向きを逆に覚えること。Naは細胞外へ、Kは細胞内へ運ぶ。エネルギー不要の受動輸送と取り違えるのも頻出。
比較表
| 輸送方式 | エネルギー | 運ぶもの・特徴 |
|---|---|---|
| 単純拡散 | 不要（受動輸送） | 水・酸素・二酸化炭素・脂溶性物質が脂質二重層を自由に通過 |
| 促通拡散 | 不要（受動輸送） | 担体タンパクがアミノ酸・グルコースを運ぶ |
| イオンポンプ | 必要（能動輸送・ATP） | Na⁺を外へ・K⁺を内へ、濃度勾配に逆らって輸送 |
| イオンチャネル | 不要（受動輸送） | 孔（ゲート）を開閉し特定イオンを通す |
確認問題（その場で確認・記録には残りません）
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- 細胞内液の主要陽イオンはK⁺（約150 mEq/L）、細胞外液の主要陽イオンはNa⁺（約145 mEq/L）。
- この配置はナトリウムポンプ（Na⁺-K⁺ ATPase）がATPを使ってNa⁺3個排出・K⁺2個取り込みを続けることで維持される。
- 静止膜電位が内側マイナスになるのは、静止時の膜がK⁺を通しやすくK⁺が外へ拡散するため。
- 細胞内の遊離Ca²⁺は約10⁻⁷ mol/Lと極めて低く、その低さが収縮シグナルの感度を生む。
- 細胞外液の主要陰イオンはCl⁻、細胞内液の主要陰イオンはリン酸とタンパク質。
| イオン | 細胞内液の目安 | 細胞外液の目安 | 覚え方 |
|---|---|---|---|
| K⁺ | 約150 mEq/L | 約4〜5 mEq/L | 細胞内の王様 |
| Na⁺ | 約10〜15 mEq/L | 約145 mEq/L | 細胞外の王様 |
| Ca²⁺（遊離） | 約10⁻⁷ mol/L | 約5 mEq/L | 内は極低、外はその1万倍 |
| Mg²⁺（遊離） | K⁺よりかなり低い | 約2 mEq/L | 総量は内に多いが遊離は少ない |
| Cl⁻ | 低い | 約103 mEq/L | 細胞外の主要陰イオン |
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