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理由で解く 生理学
Q0048 生理学の基礎
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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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細胞内液と細胞外液▶ この図の説明を読む
この図の解説
この図はまず全体量として「体液＝体重の約60%」を示し、それを細胞膜を境に二つに分けている。左の細胞の中にある水分が細胞内液で体重の約40%、体液全体の2/3を占める。右の組織すきま（間質）と血管の中にある水分が細胞外液で、体重の約20%、体液の1/3にあたり、内訳は間質液が約15%、血漿が約5%となる。矢印は両者の間で水が行き来する関係を表している。下の表で注目すべきは陽イオンと陰イオンの左右の違いである。細胞内液の主な陽イオンはカリウムイオン（K⁺）、陰イオンはリン酸イオンやタンパク質陰イオン。細胞外液の主な陽イオンはナトリウムイオン（Na⁺）、陰イオンは塩化物イオン（Cl⁻）や重炭酸イオン（HCO₃⁻）である。ナトリウム-カリウムポンプが絶えずNa⁺を外へ、K⁺を中へ汲み出す結果、この内外差が保たれている。
学習の要点
- 体液は体重の約60%で、細胞内液（2/3）と細胞外液（1/3）に分けられ、細胞外液はさらに間質液と血漿からなる。
- 覚え方のコツ: 内が2/3・外が1/3、外の内訳は間質15%＋血漿5%＝20%。陽イオンは「内はカリウム（K）、外はナトリウム（Na）」と対で覚える。
- 関連知識: 細胞内外のNa⁺・K⁺の濃度差はナトリウム-カリウムポンプが維持し、神経細胞や骨格筋の静止電位・活動電位の土台になる。
- よくある間違い: 細胞内液の主な陽イオンをNa⁺、細胞外液をK⁺と逆に覚える誤り。血漿を細胞内液に入れてしまう誤りにも注意。
- 臨床応用: 点滴で用いる細胞外液補充液（生理食塩水・乳酸リンゲル液など）はNa⁺を主体とし、脱水や出血時の間質液・血漿の補充に使われる。
比較表
| 項目 | 細胞内液 | 細胞外液 |
|---|---|---|
| 体液に占める割合 | 約2/3（体重の約40%） | 約1/3（体重の約20%） |
| 主な場所 | 細胞内 | 間質液・血漿・リンパ液など |
| 主な陽イオン | K⁺（カリウムイオン） | Na⁺（ナトリウムイオン） |
| 主な陰イオン | リン酸イオン（HPO₄²⁻）、タンパク質陰イオン | Cl⁻（塩化物イオン）、HCO₃⁻（重炭酸イオン） |
確認問題（その場で確認・記録には残りません）
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- 細胞外液の陽イオンはNa⁺が約90%を占め、陰イオンはCl⁻が大部分を占める。
- 覚え方のコツ: 「外はNa⁺とCl⁻（食塩水のイメージ）」「内はK⁺とタンパク質・リン酸」と対比して覚える。
- 関連知識: 体液は太古の海水のように多数のイオンが溶けており、Na⁺-K⁺ポンプがこの分布を維持している。
| 体液区分 | 体重比 | 主要陽イオン | 主要陰イオン |
|---|---|---|---|
| 細胞内液 | 約40% | K⁺ | HPO₄²⁻、タンパク質 |
| 細胞外液（間質液） | 約15% | Na⁺ | Cl⁻ |
| 細胞外液（血漿） | 約5% | Na⁺ | Cl⁻、HCO₃⁻ |
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