高等学校理科 生物基礎/血液とその循環

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血液の働きとその循環[編集]

左から赤血球、血小板、白血球

血液の成分には、液体成分である血しょう(けっしょう, plasma、血漿)と、有形成分である赤血球(erythrocyte)・白血球(leucocyte)・血小板(platelet)の血球(blood cell)がある。 血球には、酸素を運ぶ赤血球(erythrocyte)、体内に侵入した細菌・異物を排除する白血球(leucocyte)、血液を凝固させ止血する血小板(platelet)がある。有形成分が作られる場所については、ヒトの成人の場合、骨の内部にある骨髄(こつずい、bone marrow)で血液の有形成分が作られる。

血液が全身の細胞へ酸素や栄養分を送ることで、細胞は活動することができる。

血液の重さの約55%は血しょうの重さである。血しょうの主成分は水(約90%)であり、それに少量のタンパク質(約7%)やグルコース・タンパク質・脂質・無機塩類などが混ざっている。血しょうのタンパク質は、アルブミン(albumin)やグロブリン(globulin)などのタンパク質である。 組織液は、血しょうが毛細血管(もうさいけっかん、capillary)から染み出たものである。組織液の大部分は再び血管にもどる。


赤血球の形は、直径が約8μmの円盤状であり、中央がくぼんでいる。赤血球には核が無い。ヒトの成人の場合、血液1mm3あたりの個数は、男子は500万個/mm3、女子は450万個/mm3。ヒトの赤血球の寿命は約120日である。古くなった赤血球は肝臓や ひ臓 で壊される。骨髄で赤血球は作られる。 赤血球にはヘモグロビン(hemoglobin)(化学式:Hb と表記)という赤い色素タンパク質が多量に含まれている。このへモグロビンが肺で酸素O2と結合して酸素を運搬する役目を持ち、全身に酸素を運んでいる。ヘモグロビンは鉄(Fe)をふくんでいる。 ヘモグロビンは、酸素濃度が高いと、酸素と結合して酸素ヘモグロビンHbO2)となる。 また、酸素濃度が低いと、酸素と分離しヘモグロビンに戻る。

Hb+O2  HbO2

このようにして、酸素濃度の高い肺で酸素を受け取り、 酸素濃度の低い組織へ酸素を運ぶ。

(※ 範囲外: ) 酸素ヘモグロビンのことを「酸素化ヘモグロビン」と書いても、正しい。(※ 参考文献: 医学書院『標準生理学 第8版』、695ページ、監修: 小澤 瀞司/福田 康一郎、発行:2015年8月1日。 参考文献『標準生理学』にて、「酸素化ヘモグロビン」と表記している。) なお、酸素とまったく結合していない状態のヘモグロビンのことを、脱酸素化ヘモグロビン(deoxyhemoglobin)という。(※ 参考文献: 医学書院『標準生理学 第8版』、695ページ、)
(※ 範囲外: ) 酸素と結合していない状態のヘモグロビンのことを「還元ヘモグロビン」と書いても正しい。つまり、脱酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンは同じである。「還元ヘモグロビン」もまた、正式な医学用語である。(※ 参考文献: 『標準病理学 第5版』373ページ、で「還元ヘモグロビン」の名称の記載を確認。)
(※ 範囲外: ) 一酸化炭素中毒や喫煙などのせいにより、一酸化炭素と結合してしまったヘモグロビンのことは、「一酸化炭素ヘモグロビン」などという。(※ 保健体育の検定教科書であつかう。第一学習社の保健体育の教科書などで紹介されている。)


植物では、(そもそも植物に赤血球はないし、)植物はヘモグロビンを持ってない。(※ 検定教科書には無いが、センター試験にこういう選択肢が出る。2017年の生物基礎の本試験。)

  • 酸素解離曲線(oxygen dissociation curve)
酸素解離曲線


  • 発展 イカとヘモシアニン
(※ 文英堂シグマベスト『理解しやすい生物I・II』で記述を確認。教科書範囲外かもしれないが、参考書などで扱われる話題。)

イカなど、いくつかの動物では、銅 Cu をふくむタンパク質のヘモシアニン (Hemocyanin)が血液を介して酸素を運ぶ役目をしている動物もいる。ヘモシアニンをふくむ動物の血液は青い。この青色は銅イオンの色である。イカの青い筋は、このヘモシアニンの色である。(※ 参考文献: 文英堂『理解しやすい生物I・II』、2004年版、205ページ) ヘモシアニンをふくむ動物には、イカ・タコや貝などの軟体動物、エビ・カニなどの甲殻類に見られる。これらの動物(イカ、タコ、エビ、カニ)は、血しょう中にヘモシアニンを含んでいる。 人間の血液は、ヘモシアニンをふくまない。

(発展、終わり。)

酸素ヘモグロビンを多くふくみ酸素濃度の高い血液を動脈血(arterial blood)と呼ぶ。 ヘモグロビンを多くふくみ酸素濃度の低い血液を静脈血(venous blood)と呼ぶ。

白血球はヘモグロビンを持たない。白血球は核を持つ。リンパ球やマクロファージは白血球である。体内に侵入した細菌・異物を排除することに白血球は関わる。

血しょうの一部は組織へしみだして組織液になり、栄養分を供給し老廃物を受け取る。 組織液の大部分は血管へ戻り血液となり、一部はリンパ管へ入りリンパ液となる。 リンパ液はリンパ管を通り、鎖骨下静脈で血液と合流する。

血液の凝固[編集]

血液の凝固と血清

血小板は血液の凝固に関わる。血小板は2μm~5μmほどであり、核を持たない。 血管などが傷つくと、まず傷口に血小板が集まる。そして繊維状のタンパク質であるフィブリンがいくつも生成し、フィブリンどうしと赤血球などの血球とが絡んで血ぺい(けっぺい)ができる。血ぺいが傷口をふさぐ。このような一連の反応を血液凝固反応という。

採血した血液を放置した場合でも、血ぺいが生じて、血ぺいが沈殿する。このときの上澄み液を血清(けっせい、serum)という。血清の色は、やや黄色がかっている。なお、注射した血清は数日すると抗体が無くなってしまい(※ チャート式生物)、また免疫記憶も生じないので(※ 東京書籍の生物基礎の教科書)、予防には役立たない。

  • 発展 血液凝固反応の仕組み
(※編集者へ ここに図を挿入してください。)

傷口からトロンボプラスチンが出る。これが他の凝固因子や血しょう中のカルシウムイオンCa2+とともに、プロトロンビンというタンパク質に作用して、プロトロンビンがトロンビンという酵素になる。

トロンビンは、血しょうに溶けているフィブリノーゲンに作用して、フィブリノーゲンを繊維状のフィブリンに変える。このフィブリンが血球を絡めて血ぺい(けっぺい)をつくる。


血友病(けつゆうびょう)という出血しても止血が始まらない病気は、血液凝固に何らかの不具合があってフィブリンをつくれなくて起きる病気である。

血液の循環[編集]

ヒトの心臓の構造
血液の流れは白い矢印で示されている

血液は、心臓(heart)によって全身へ送られる。 ヒトの心臓は、右心房(right atrium)、右心室(right ventricle)、左心房(Left atrium)、左心室(Left ventricle)の4部分に分かれていて、2心房2心室である。ほ乳類の心臓は2心房2心室である。 心筋(cardiac muscle)という筋肉でできている。 弁によって血液の逆流を防いでいる。心臓のリズムは、右心房の上部にある洞房結節(どうぼうけっせつ)という特殊な筋肉の出す電気刺激によって作られる。 全身から送られた血液は、大静脈(vena cava)をとおり、右心房・右心室をとおり、肺動脈(pulmonary artery)をとおり肺へと送られる。 肺で酸素を受け取った血液は、肺静脈(pulmonary vein)をとおり、左心房・左心室をとおり、大動脈(aorta)をとおり全身へ送られる。 肺動脈・肺・肺静脈を通る血液の流れを肺循環(pulmonary circulation)と呼び、 大動脈・全身・大静脈を通る血液の流れを体循環(Systemic circulation)と呼ぶ。


バッタなど昆虫やエビなど無脊椎動物(invertebrate)の血管系は、毛細血管をもたない開放血管系(かいほうけっかんけい、open blood-vascular system)である。いっぽう、魚類(pisces)・ほ乳類(mammalia)など脊椎動物(vertebrate)は毛細血管(capillary)をもち、閉鎖血管系(へいさけっかんけい、closed blood-vascular system)である。