生理学

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ウィキペディア生理学の記事があります。


生理学 (Physiology) とは、人体を構成する各要素(それは組織、器官であったり細胞であったりする)がどのような活動を行っているかを解き明かす学問である。各要素がどのような機能を持つかという基本を抑えたうえで、その機序への理解を深めていく。更に複数要素の関わり合い、ひいては全身の機能を総合的に捉えられるようにする。これには、各要素の分類や形態的特徴(解剖学)や代謝反応などに関する生化学の知識が要求される。



項目[編集]

ホメオスタシス[編集]

細胞は、固体状の細胞の中心部分と、液体からなる外側の細胞外液によって成り立っている。19世紀のフランスの生理学者クロード・ベルナール(Claude Bernard)がこの体内の環境のことを「内部環境」 milien unterne という用語で表し、内部環境は外界から隔絶された環境であるとした。

なお、体の外の環境を外部環境と呼ぶ。

アメリカの生理学者ウォルター・B・キャノン Walter B. Cannon はさらにベルナールの考えを発展させ、神経と内分泌の多くの実験などをもとに、キャノンは生体内の環境は常に一定になるように生物的に制御されていると主張し「ホメオスタシス」 homeostasis (恒常性) という造語で定義した(1932)。「類似の」 homeo + 「停止状態」stasis という意味の造語である[1]

たとえば、血液の水素イオン濃度は、現代では約pH7.4前後に維持される事が知られている[2]

恒常といっても、けっして全くの不変ではなく、基準から僅かばかりに変動しているが、すぐに元に戻るように調整されている。工学的な用語で表すなら、制御工学で言う「ネガティブ・フィードバック」である[3][4]

これはつまり、体内に基準となるべき正常な状態があり、その基準状態からのズレを補正して元の基準に戻そうとするような仕組みが存在している事である。

なお、「フィードバック」とは制御工学の用語である。フィードバックには、基準からのズレを拡大していくポジティブ・フォードバック(正のフィードバック)と、基準に戻そうとするネガティブ・フィードバック(負のフィードバック)とがある。「ネガティブ」には、負(ふ)という意味がある。数学の正負の負も、英語で negative ネガティブ という。

※ ゴルジ体とかリボソームとか[編集]

※ 高校の参考書の細かいのとだいたい同じなので、調査を後回し。

能動輸送[編集]

ナトリウムポンプのほかに、カルシウムポンプやプロトン(H)ポンプがある。

※ 『標準生理学』と『生理学テキスト』で説明がバラバラ。だいぶ、説明内容が違う。


膜電位の用語説明など[編集]

膜電位の用語説明.svg


電気伝導度[編集]

神経の電位の理論計算の際、抵抗値の単位オーム Ω だけではなく、電気伝導度 という単位を使う場合がある。

電気伝導度とは、単に抵抗値の逆数であり、単位はシーメンスであり、シーメンスの記号はSで表す。

たとえば、2Ωの抵抗値は、その抵抗の電気伝導度は 0.5 S である。(0.5×2 = 1なので)

(「0.5 シーメンス」と読む。)


もし抵抗をRとし、電流をIとし、電気伝導度をgとした際、

オームの法則により、電流・抵抗・電圧の関係は RI=E

であるので、移項すると

I = E (1/R) = gE

となり、見かけ上、電圧と電流の関係が

I = gE

というふうに1行で書けるので、電気伝導度による記述が用いられる場合がある。


抵抗および抵抗値のことを英語でリアクタンスという。リアクタンスの単位はオーム Ω である。

電気伝導値のことを英語でコンダクタンス conductance という。つまり、コンダクタンスの単位はシーメンス S である。


リガンドとアゴニスト[編集]

一般に、受容体に結合する物質のことをリガンド ligand という。(※ 生理学テキストに記述あり。)


なお、類語で「アゴニスト」 agonist とは、薬品などで、受容体に結合して、作用をもたらす物質分子のことである。薬品が受容体と結合した際に作用を増強したり発現したりする場合をアゴニストという。一方、薬品が受容体と結合したさいに抑制的に働いたり他のアゴニストの結合を妨げるものの場合はアンタゴニスト antagonist という。薬物の場合、アンタゴニストのことを「拮抗薬」(きっこうやく)ともいう[5]

※ 「薬物」と言っても、麻薬のような違法的な意味は無い。慣習的に薬理学では、薬の事を一般に「薬物」という。

伝統的な、大学レベルの薬理学の教育では、アゴニストとアンタゴニストという語句が、これらの概念を説明するのに、よく使われる。 なお、アンタゴニストのことを「ブロッカー」 blocker ともいう。また、英語の「インヒビター」inhibitor も似た意味であり(「阻害剤」のような意味)、inhibitor という語も アンタゴニストの一種として使われている。

よく、リガンドと受容体の関係は、カギとカギ穴の関係に喩えられる。


アンタゴニストが存在するという事はつまり、

分子は受容体に結合するだけでは、作用を及ぼさない.

という事である。分子が受容体に結合し、さらになんらかの変化をその受容体に起こすことにより、初めて作用が起きるのである[6]

では、作用を起こすための変化とは何か? 一般的には、受容体の立体構造の変化である、とされている。

アンタゴニストは、結合穴に結合するだけで終わってしまい、立体構造を変化させないので、作用を起こさない、という解釈がある。

※ 本wiki独自の喩えだが、アンタゴニストをカギに喩えるなら、カギ穴に入ることはできるが、カギの凹凸が不一致で、カギを回せない、とでもいえようか・・・

イオンチャネルなど[編集]

※ 文献ごとに重点的に説明する箇所が違っており、あまり説明が統一されてない。

たとえば読者は、神経伝達物質としてアセチルコリンを高校生物で読者は習ったと思う。

これも、上記の「リガンド」という用語を使うなら、

神経細胞にはアセチルコリン受容体があるので、その結果として、神経細胞のイオンチャネルのリガンドとして、アセチルコリンが作用するからである。(※ なお高校の東京書籍の検定教科書にも、似たような説明がある。別ページだが「リガンド」の用語も、東京書籍の教科書にある。)

※ ともかく読者は、こういった専門用語の言葉遣いになれてほしい。


イオンチャネルやイオンポンプは、必ずしも神経細胞だけに限定はしないが、しかし医学的には神経細胞のイオンチャネルやイオンポンプに作用する物質は危険物や毒物などになりやすいので重要である。

フグ毒のテトロドトキシンもNa+チャネルを阻害するため、神経細胞のNa+チャネルも阻害するので、重篤な症状をもたらす。(※ シンプル生理学に説明あり。『標準生理学 第8版』P72に記載あり。)

※ 生理学の専門書でも、割と冒頭のほうで、神経細胞のイオンチャネルを説明している。


パッチクランプ法
※ 未記述
Na,K 以外のイオンチャネル

読者はナトリウムチャネル(Na+チャネル)、カリウムチャネル(K+チャネル)を高校で習ったと思う。

実はカルシウムチャネルも存在する。一般的に「Ca2+チャネル」と表記される。

カルシウムと聞くと、ついつい骨細胞だけのものかと誤解しがちであるが、一般の細胞にも濃度は低いものの、カルシウムイオンが存在している。

高等学校の生物でも、いちおう神経伝達にカルシウムが関わっている事は習う。『高等学校生物/生物I/環境と動物の反応#シナプスでの伝達

高校では習ってないかもしれないが、神経のほかにも筋細胞でも、筋収縮を伝えるのにカルシウムが関わっている。これについては筋肉細胞に、トロポニンというCaとの結合をするタンパク質が存在する事が明らかになっている。


なお、神経細胞も筋肉細胞もともに、興奮性の細胞であることに着目しよう。

このようにカルシウムは、何かの情報伝達的な物質としての側面もあることに注目しよう。もっとも生理学の大学教科書では、そこまで大げさに分類するまでもなく、生理活性物質などとしてカルシウムは分類されている。

また、筋肉や神経細胞など興奮性細胞に限らず、一般の多くの細胞にも、カルモジュリンという、Caと結合する蛋白質がある事が分かっている。(『生理学テキスト』、『標準生理学 第8版』P89、など)


余談

なお、イオンの価数をいちいち「2」とか書くのが面倒な場合などは「Caチャネル」と略記する場合もよくある。(『生理学テキスト』にもある表記)ナトリウムチャネルなども同様、「Naチャネル」のようにイオンの価数を略記することもある。


筋肉[編集]

赤筋と白筋[編集]

骨格筋の赤みはおおむね、ミオグロビンによるものである。

ミオグロビンの多い筋肉をその色から「赤筋」という。

一方、ミオグロビンの多い筋肉を、赤みが比較的にうすい事から「白筋」という。

フィラメントの種類[編集]

筋肉には、フォラメントが2種類あり、「太いフィラメント」(アクチンフィラメント)と「細いフィラメント」(ミオシンフィラメント)がある。

はその名の通り、太いフィラメントのほうが太い。また、太いフィラメントの構成物質は主にアクチンである。

細いフィラメントの抗生物質は主にミオシンである。さらに「細いフィラメント」にだけ、トロポニンとトロポミオシンというタンパク質がある。トロポニンは、カルシウムと結合する性質をもっている。

トロポニンとトロポミオシンによって、筋肉の収縮が調節されている。


筋小胞体という膜状の組織が、筋原線維のけっこうな割合の表面を取り囲んでいる。筋小胞体にはカルシウムが蓄えられており、必要に応じてカルシウムが筋小胞体から放出され、また必要に応じてカルシウムが筋小胞体に回収され、筋肉の収縮・弛緩を制御している。


収縮の種類[編集]

拘縮

筋線維への薬物投与など、人為的な手法によって筋収縮を起こさせることを、生理的な収縮とは区別して「拘縮」 contracture といい、次のような例が知られている。

K拘縮、 カリウムによる膜電位の持続的な脱分極による。
カフェイン拘縮、 カフェイン投与による、筋小胞体からのカルシウム放出による。


硬直

ATP濃度が低下して1μmol/L以下になると、アクチンとミオシンが結合した状態になり、筋肉は硬くなり、これを硬直 rigor と言う。

死体などで見られる死後硬直(「死硬直」とも) rigor mortis も、これである。


アセチルコリン受容体[編集]

神経伝達の物質のひとつに、高校でも習うようにアセチルコリンがある。


高校では、神経同士の伝達におけるアセチルコリンの役割を習った。


神経から骨格筋における伝達も、アセチルコリンによる。


運動神経は、筋肉の「終板」と言われる部位に(間隙はあるが)接合している。

運動神経の終末にも、シナプス小胞があり、そのシナプス小胞からアセチルコリンを放出する。

そして、筋肉側に、アセチルコリンの受容体(アセチルコリン受容体)が存在しているので、こうして伝達が神経から筋肉に伝わる。

筋肉側の「終板」のあたりに、アセチルコリン受容体およびアセチルコリンエステラーゼが密集して存在している。


アセチルコリン受容体には、ニコチン受容体と、ムスカリン受容体がある。

「ニコチン受容体」とは、その名のとおり、薬物の受容体に反応して開口するので、「ニコチン受容体」の名をつけられている。


そして、筋肉の「終板」には、アセチルコリンのニコチン受容体がある。(※ 生理学テキスト、シンプル生理学など)


なお、アセチルコリンを略称で「ACh」と書く。AだけでなくCも大文字である。アセチルコリン受容体なら、略称は「ACh受容体」と書く。


筋肉の「終板」にも存在しているアセチルコリンエステラーゼ(略称: AChE)は、アセチルコリンを分解する酵素である。


筋肉にかぎらず、アセチルコリンはシナプス間隙などに放出されても、このアセチルコリンエステラーゼにより、すぐに分解されてしまう。


むかしの南アメリカ原住民(いわゆるインディアン)の矢に塗って使っていた毒(矢毒)のクラーレおよび、その主成分がツボクラリンは、終板のアセチルコリン受容体に接合することで、アセチルコリンの働きを競合的に妨げる作用により、筋肉が麻痺するので、毒として作用している事が分かっている。(※ シンプル生理学、生理学テキスト)

クラーレにより、筋肉の麻痺を起こせば、標的の呼吸筋などの重要な筋肉も麻痺するので、標的を死に至らしめるという毒である。


シナプス伝達[編集]

※ この節では、筋肉に限らず、脳なども含めた、神経細胞のシナプス伝達を扱う。


アセチルコリン受容体には、ニコチン性受容体(略称: nAChR)と、ムスカリン性受容体(略称: mAChR)がある。

「ニコチン受容体」とは、その名のとおり、薬物の受容体に反応して開口するので、「ニコチン受容体」の名をつけられている。


筋肉の「終板」には、アセチルコリンのニコチン受容体がある。(※ 生理学テキスト、シンプル生理学など)


一方、平滑筋や心筋や脳には、ムスカリン性受容体がある。薬物のムスカリンに反応するので、ムスカリン性受容体という名が付けられている。(『生理学テキスト』、2017年8月9日 第8版 第2刷、73ページ)

心筋や脳のほか、副交感神経によるホルモン分泌などにも、ムスカリン性受容体が関わっている。

ムスカリン性受容体にはm1からm5までの5種類のサブタイプがある事が知られている。(大文字で「M1」~「M5」と書く場合もあり(『生理学テキスト』では大文字。『標準生理学』では小文字)、どちらでもいい。)


このうち、m1,m3,m5 は ・・・ ※ 調査中
※ 編集者へ: Gタンパク質との関係を調査してください

m2とm4は、・・・ ※ 調査中


カテコールアミン[編集]

ドーパミンおよびアドレナリンおよびノルアドレナリンのことを、カテコールアミンという。

ドーパミン

ドーパミンは、脳の情動に関係が深い。

そのため、統合失調症などの関連薬にも、ドーパミンを制御する薬品がある。

パーキンソン病にも、ドーパミンは関係している。

ドーパミン受容体は、D1,D2,D3,・・・などと何種類かに分けられるが、いずれもGPCRである。(※ 『標準生理学』および『生理学テキスト』) GPCRとは、「Gタンパク質共役受容体」のこと。7回膜貫通タンパク質とも言われる。(※ 分子生物学の教科書によく書いてあるアレの一種。)

※ 文献によって、D5とD7の違いがある。


分泌されたドーパミンは、ドーパミン輸送体(DAT)によって神経終末に取り込まれ、再利用される。(標準生理学、P149。生理学テキスト、P78。)

麻薬のコカインや、覚せい剤のアンフェタミンは、ドーパミン輸送体(DAT)を妨害する作用があることで、ドーパミンによるニューロン活性化を延長させている。


アドレナリンとノルアドレナリン

アドレナリンとノルアドレナリンは、程度の差はあるが共通の受容体に作用するので、受容体は「アドレナリン受容体」と一括して呼ばれる。(標準生理学、P150。生理学テキスト、P77。)

アドレナリン受容体はGPCRである。(※ 『標準生理学』および『生理学テキスト』) GPCRとは、「Gタンパク質共役受容体」のこと。7回膜貫通タンパク質とも言われる。(※ 分子生物学の教科書によく書いてあるアレの一種。)


アドレナリン受容体には、α1,α2,β1,β2,β3 が存在するが、いずれもGPCRである。(標準生理学がP150で「β3」を紹介。生理学テキストのP77では「β3」が無い。

その他の色々な伝達物質[編集]

セロトニン

セロトニン(5-hydroxytryptamine、略称: 5-HT) は、アミノ酸のトリプトファンから合成される。

5-HTの多くはGPCRである。

3型である 5-HT3 のみ、イオンチャネル型であり、リガンドによって開閉する。


プリン

※ 未記述.

アデノシン

アデノシン受容体には、A1, A2A, A2B, A3 の4種類が知られている。いずれも、一般的に中枢神経に対しては抑制的に作用する。(※ 生理学テキスト)

コーヒーや茶などに含まれるカフェインやテオフェリンは(なお、両物質ともキサンチン誘導体である)、アデノシン受容体を阻害する。

※ キサンチン誘導体の件は、標準生理学に記述あり。
一酸化窒素

一酸化窒素は気体である。生体内での伝達物質としての一酸化窒素(NO)は、一酸化窒素合成酵素の働きにより、アルギニンから合成される。

※ 標準生理学で、一酸化窒素が血管の弛緩の物質のように書いててあるが、これはどういう事かというと、1998年ノーベル賞の研究が、生体内の血管はアセチルコリンを注射すると弛緩するのに、生体外に摘出した血管にアセチルコリンを作用させても弛緩しないという不思議の解明であり、その答えとなる物質が一酸化窒素である事を米国の Ignarro 博士など米国の3人の学者が解き明かしたことが背景にある。
狭心症の治療に使われるニトログリセリンによる血管拡張の作用は古くから知られていたが、しかしその仕組みがノーベル賞の研究まで長らく解明されていなかった。
ニトログリセリンなどについては詳しくは薬理学で習うだろうから、この単元では省略。

現代では、一酸化窒素がグアニル酸シクラーゼを活性化して、サイクリックGMP(cGMP)が合成される事が解明されている。

内因性オピオイドおよび内因性カンナビナイド
オピオイド

モルヒネは植物のケシから合成でき、麻薬の阿片(アヘン)もモルヒネの派生であり、モルヒネ洋物質をオピエートというのだが、動物の体内物質としてモルヒネに似たような構造の物質が見つけられており、その体内のモルヒネ様物質のことをオピオイドという。

特に動物体内で産生される物質である事を強調するとき、「内因性」と冒頭につけて「内因性オピオイド」などと言う。

エンドルフィンなどが、内因性オピオイドという。なお、オピオイドの構造はペプチドである。

カンナビノイド

※ 未記述


血液[編集]

大学生用の血液凝固の図
血液凝固因子は慣習的にローマ数字で書かれる。
番号は、発見順につけられているので、作用の順番とは関係ない。
6番目(VI)の凝固因子は、存在が認められておらず、現在は欠番である。

Ca以外の凝固因子はタンパク質である(『標準生理学』)。

血液凝固における、凝固していく過程は図のように、「内因性」と「外因性」という2種類に分かれる。

内因性も外因性も、共通して、血液中の第X因子がカルシウムの存在のもとに活性化された結果としてXa因子となる。そして、そのXa因子によって、プロトロンビンがトリンビンに変化する。

※ 作図の都合で、X→Xa を内因性と外因性の2箇所に分けて重複して記述しているが、教科書によっては1箇所でまとめているものもある(『標準生理学』や『生理学テキスト』など)。 一方、『シンプル生理学』や『はじめの一歩のイラスト生理学』(羊土社)などは2箇所にX→Xaを分けて書いているので、本wikiのように2箇所に分けてX→Xaを書いても、間違いではない。


古典的には、モラビッツの凝固機序というモデルが知られているが(『生理学テキスト』で紹介されている。『標準生理学』では紹介せず)、現代ではより正確なモデルに置き換わっているので、モラビッツに関しては名前を紹介するのにとどめる。


図中の「V」(プロトロンビンの左上にあるヤツ)は、ブイじゃなくて「5」番目の意味。

(※ 市販の教科書の状況 :) キニノゲンとかカリクレインは、『生理学テキスト』には書いてあるけど、『標準生理学』には書いてないです。
線溶系は、『標準生理学』には凝固系の図とまとめて(図『血液凝固と線溶』)書いてあるけど、『生理学テキスト』では図無しです。


ビタミンKと肝臓
※ 『標準生理学』でも『生理学テキスト』でも、ともに紹介される重要事項です。

また、血液の止血の凝固にはビタミンKが必要である。

凝固因子のうち、II(2),VII(7),IX(9),X(10) がビタミンKを凝固に必要とする。


また、ほとんどの血液凝固因子は肝臓で合成される。


ビタミンKが酵素的に振舞うなどの働きにより、グルタミン酸残基がγ-カルボキシグルタミン酸に変換される。


したがって、ビタミンK欠乏や肝障害があると、出血傾向を見る。

抗凝固薬として使われるワルファリンという薬剤は、ビタミンKの代謝を阻害する。


(備考: ) なお、納豆にビタミンKは多く含まれるという(『シンプル薬理学』)。

語呂合わせだが、ビタミンK要求性の凝固因子の7番と10番で「ナットウ」と覚える語呂合わせもある(『標準生理学』で2番,9番、7番、10番がビタミンK要求性なので『肉納豆』と覚える語呂合わせが紹介されている。)。

詳しくは薬理学の教科書で解説されると思うので、ワルファリンや納豆については、この単元では、あまり深入りしないとする。


血友病

血友病患者は、第VIII因子(8番目)または第IX因子(9番目)が欠損している。

第8因子の欠損するタイプが血友病Aである。

第9因子の欠損するタイプが血友病Bである。


血友病Aも血友病Bも、ともに劣性遺伝である。

生理学で扱う項目[編集]

神経系総論[編集]

筋肉総論[編集]

w:筋肉も参照

神経系[編集]

w:神経系も参照

運動機能[編集]

感覚機能[編集]

w:感覚w:知覚も参照

血液[編集]

w:血液も参照

循環[編集]

w:循環器w:循環器系も参照

代謝[編集]

生化学w:代謝も参照
  • 生体の構成成分
  • エネルギー代謝
  • 中間代謝

消化と吸収[編集]

w:消化器も参照
  • 消化器の役割
  • 消化の調節
  • 消化液
  • 消化・吸収
  • 消化管での分泌
  • 肝臓・胆嚢(w:肝臓w:胆嚢

内分泌[編集]

w:内分泌w:ホルモンも参照

呼吸[編集]

w:肺も参照
  • 呼吸器
  • 換気
  • ガス交換
  • 血中のガス運搬
  • 換気の調節
  • 呼吸の異常  

体液[編集]

w:体液も参照
  • 体液の区分
  • 組成
  • 恒常性の調節(w:恒常性

腎機能と排泄[編集]

w:泌尿器も参照
  • 腎の構造(w:腎臓
  • ろ過と再吸収
  • 尿細管での分泌
  • 排尿  

体温調節[編集]

w:体温も参照
  • 体温の変動
  • 体温の調節
  • 発熱(w:発熱)   

脚注・参考文献など[編集]

  1. ^ 『標準生理学』
  2. ^ 『標準生理学』
  3. ^ 『生理学テキスト』
  4. ^ 『標準生理学』
  5. ^ 『はじめの一歩の薬理学』、第2版、20ページ
  6. ^ 『はじめの一歩の薬理学』、第2版、20ページ