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腎臓の解剖学
位置
腎臓は、腹腔内の後筋壁に沿って見られる一対の臓器です。 右側は肝臓が大きいため、左腎臓は右腎臓よりやや上方に位置している。 他の腹部臓器とは異なり、腎臓は腹腔を覆う腹膜の裏側にあるため、後腹膜臓器と考えられています。 肋骨と背中の筋肉が、外からのダメージから腎臓を守っています。
構造
腎臓は豆型で、凸面が外側、凹面が内側に位置します。
繊維性結合組織の薄い層が、腎臓を取り囲む腎被膜を形成している。
腎被膜は、柔らかい内部組織の形状を維持するための硬い外殻である。
腎被膜の深部には、柔らかく緻密で血管の多い腎皮質がある。 腎皮質の深部には、7つの円錐形の腎錐体があり、腎髄質を形成している。
それぞれの腎錐体は、基部が腎皮質の外側を向き、頂点が腎臓の中心部の内側を向くように配列されている。 小穎は合体して3つの大きな大穎となり、さらに合体して腎臓の中心部にある中空の腎盂を形成している。
血液供給
- 腎動脈は腹部大動脈から直接分岐し、腎門から腎臓に入ります。
- 腎臓の内部では、腎動脈は腎臓の小さな求心性細動脈に分岐しています。
- それぞれの求心性細動脈は血液を腎皮質に運び、そこで糸球体と呼ばれる毛細血管の束に分かれます。
- 糸球体から、血液は腎髄質に下降する小さな放出性細動脈に回収されます。
- 遠心性細動脈は、腎尿細管を取り巻く尿細管周囲毛細血管に分離します。
- 次に、尿細管周囲毛細血管は合流して静脈になり、再び合流して大腎静脈になります。
- 最後に、腎静脈は腎臓から出て、血液を心臓に戻す下大静脈と合流します。
ネフロン
各腎臓には約 100 万個のネフロン（腎臓の微細な機能単位）があり、血液をろ過して尿を生成しています。
血液をろ過する役割を担う腎小体は、糸球体の毛細血管と糸球体嚢（ボーマン嚢とも呼ばれる）で形成されています。 糸球体は、毛細血管が束になったもので、血管壁に接する血液の表面積を大きくしている。 糸球体を取り囲んでいるのが糸球体嚢で、単純扁平上皮のカップ状の二層からなり、層間は空洞になっています。 糸球体の毛細血管を囲む糸球体被膜の層は、ポドサイトと呼ばれる特殊な上皮細胞が形成している。 ポドサイトは、毛細血管の内皮と協力して、糸球体を通過する血液から尿を分離するための薄いフィルターを形成しています。 糸球体カプセルの外側の層は、カプセルの中で血液から尿を分離して保持する。
糸球体カプセルの一番奥、糸球体と反対側にあるのが腎尿細管の口です。腎尿細管と呼ばれる一連の管は、尿を濃縮し、尿から非廃液を回収します。
- 尿細管は、糸球体嚢から腎盂まで尿を運ぶ。
曲線の多い最初の部分は、近位重畳管と呼ばれる。 - 次に、尿はヘンレループを通過します。ヘンレループは長い直管で、尿を腎髄質に運び、ヘアピンカーブを描いて腎皮質へ戻ります
- その後に続くのが遠位混成尿細管です。
- 最後に、いくつかのネフロンの遠位尿細管からの尿は集合管に入り、集合管は濃縮された尿を腎髄質から腎盂に運ぶ。
- 腎盂からは、多くの集合管からの尿が結合して腎臓から流れ出し、尿管に入っていく。
腎臓の生理
老廃物の排泄
腎臓の主な機能は、タンパク質代謝と筋肉収縮から生じる老廃物の排泄である。 肝臓は食事のタンパク質を代謝してエネルギーを生産し、老廃物として有毒なアンモニアを生産する。 肝臓はこのアンモニアの大部分を、体への毒性が低い尿酸や尿素に変換することができる。 一方、私たちの体の筋肉は、クレアチンをエネルギー源として使い、その過程で老廃物のクレアチニンを生成します。 アンモニア、尿酸、尿素、クレアチニンはいずれも時間とともに体内に蓄積され、恒常性を保つために循環から除去する必要があります。
腎臓の糸球体でこれら4つの老廃物を血液から濾し取り、尿として体外に排泄することができるようになりました。 血液中に含まれる尿素の約50％は、ネフロンの尿細管細胞で再吸収され、血液に戻されます。
ろ過、再吸収、および分泌
- 腎臓は、糸球体を形成する毛細血管を通過する血液をろ過する働きをします。 血圧により、血漿の大部分が毛細血管の内壁を通過し、糸球体嚢に押し出されます。 血球は大きすぎて毛細血管の内壁を通過できないため、血漿とともに毛細血管内にとどまる。
- 同時に、糸球体の毛細血管内に残った濃縮血液は、遠心性細動脈に入り、近位輸液管を取り囲む管周囲毛細血管に移動します。 尿細管を覆う上皮細胞は、濾液からグルコース、アミノ酸、イオンなどの貴重な分子を積極的に再吸収し、再び血液に沈着させる。 また、血液中に残っている老廃物（アンモニア、クレアチニンなど）を吸収し、濾液中に分泌する。 これらの溶質が交換されている間、浸透圧によって、希薄で低張な濾液から濃厚で高張な血液に水が押し戻される。
- 近位輸液管から次にヘンレ輪に入り、そこで水とイオンが再吸収される。 ヘンレループの下行枝は水に対して透過性があり、濾液を腎臓の髄質の奥深くに運びます。 尿細管を取り囲む髄質の組織は、濾液に比べ高濃度のイオンを含み、水はごくわずかである。 低張の濾液と高張の髄質細胞との間の浸透圧により、濾液から細胞内へ水が押し出される。
- ろ過液は次に、髄質を出るときにヘンレループの上行肢を通過する。 上行肢の周囲の組織は、水には不透過性だが、イオンには透過性である。 下行辺を通過した濾液は非常に濃縮されているので、イオンは濾液の外に出て上行辺を覆う細胞に容易に拡散される。
- ヘンレループを出た管液は、次にネフロンの遠位混成管と集合管を通過する。 これらの尿細管では、濾液にまだ残っている少量の水とイオンの再吸収が続けられる。 集合管周囲の組織は、近くの毛細血管から過剰なカリウムと水素イオンを積極的に吸収し、これらの過剰なイオンを老廃物として濾液に分泌する。
- 濾液が集合管の末端に達すると、貴重な栄養素、イオン、水のほとんどすべてが血液供給に戻り、老廃物と少量の水が残って尿となる。
水のホメオスタシス
腎臓は、ネフロンの尿細管による水の再吸収を変えることで、体内の水の量をコントロールすることができます。 正常な状態では、ネフロンの尿細管細胞は、糸球体で尿にろ過された水のほぼすべてを（浸透圧によって）再吸収します。
水の再吸収は、非常に濃い尿と体内の水の保存をもたらします。 抗利尿ホルモン（ADH）とアルドステロンというホルモンは、ネフロンでろ過された水のほぼ100％が血液に戻るまで、水の再吸収を増加させる。 ADHは、ネフロンの集合管にある水チャネルタンパク質の形成を促し、尿から尿細管細胞へ、そして血液へと水を通す。
血液中の水分が多くなると、心臓から心房性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）というホルモンが分泌され、ナトリウムと塩素の排泄を促します。
酸塩基平衡
腎臓は、水素イオン (H+) と重炭酸イオン (HCO3-) の排泄を制御することによって、血液の pH 値を調節しています。 水素イオンは、肝臓でタンパク質が代謝されるときに蓄積され、血液中の二酸化炭素が水と反応して炭酸（H2CO3）を生成するときに蓄積されます。 炭酸は弱酸性で、水中で一部が解離して水素イオンと重炭酸イオンを生成します。 両イオンは腎臓の糸球体で血液から濾過されるが、ネフロンに並ぶ尿細管細胞は重炭酸イオンを選択的に再吸収し、水素イオンは老廃物として尿中に残しておく。
再吸収された重炭酸イオンは血液中に入り、新しい炭酸分子を形成することで水素イオンを中和することができるのです。 肺の毛細血管を通過した炭酸は、二酸化炭素と水に分解され、二酸化炭素を吐き出すことができます。
電解質の恒常性
腎臓は、尿への排泄を制御することにより、重要な電解質の恒常性を維持しています。 ナトリウムは、筋肉機能、神経細胞機能、血圧調節、血液量調節に不可欠な電解質です。 腎臓を通過したナトリウムイオンの99％以上は尿細管濾過液から血液中に再吸収される。 ナトリウムの再吸収のほとんどは、近位輸液細管とヘンレ上行ループで行われます
血圧の恒常性
腎臓は、ナトリウム イオンと水の排泄を調節し、レニンという酵素を生成することによって、体内の血圧をコントロールするのに役立っています。 血液はほとんどが水でできているため、体内の水分量が増えると、血管内の血液量も増加します。 血液量が増えるということは、余分な血液で混み合った血管に血液を押し込むために、心臓は通常より強くポンプを動かさなければならなくなる。 したがって、血液量の増加は、血圧の上昇につながります。
腎臓は、水分を再吸収して血圧を維持するか、いつもより多くの水分を尿として排泄させ、血液量と血圧を下げることで、血圧をコントロールすることができます。 体内のナトリウムイオンは、ナトリウム濃度の高いところに水を引き寄せることで、体内の浸透圧を管理するのに役立っています。 血圧を下げるために、腎臓は余分なナトリウムイオンを排泄し、一緒に体外に水を出すことができます。
最後に、腎臓はレニンという酵素を生成して、血圧が低くなりすぎないようにします。 腎臓は、糸球体の毛細血管に血漿を送り込むために、ある一定の血圧に依存している。 血圧が低くなりすぎると、腎臓の細胞からレニンが血液中に放出される。 レニンは複雑なプロセスを経て、副腎からアルドステロンというホルモンを放出します。 アルドステロンは、腎臓の細胞を刺激して、ナトリウムと水の再吸収を増加させ、血液量と圧力を維持します。
腎臓は、カルシトリオールとエリスロポエチンというホルモンを産生することによって、小さいながらも重要な内分泌機能を維持しています
- カルシトリオールは体内でビタミンDの活性型となります。 近位尿細管の尿細管細胞は、不活性なビタミンD分子からカルシトリオールを生成する。
- エリスロポエチン（EPO）は、低酸素症（血液中の酸素濃度が低い状態）に反応して、尿細管周囲の毛細血管の細胞によって産生されるホルモンである。 EPOは赤色骨髄の細胞を刺激して、赤血球の産生を増加させる。 より多くの赤血球が成熟して血流に入ることで、血液中の酸素濃度が上昇する。
体内の他の場所で産生されるいくつかのホルモンが、腎臓の機能を制御するのに役立ちます。
- 抗利尿ホルモン（ADH）はバソプレシンとしても知られ、脳の視床下部の神経内分泌細胞によって産生されるホルモンです。 この細胞は下垂体後葉まで伸びており、下垂体はADHを貯蔵、放出する。 ADHの産生は、血液量の減少や血液の浸透圧の上昇によって刺激されます。 ADHは、腎臓の集合管の細胞内の水チャネル数を増加させることにより、体内の水分保持を助ける。
- アンジオテンシンⅡは、肝臓で作られるホルモンで、レニンとアンジオテンシン変換酵素という酵素によって活性化されます。
- アルドステロンは、アンジオテンシンIIに反応して副腎皮質で産生されるホルモンである。 アルドステロンは、ネフロンの集合管の壁にある標的細胞に結合する。 これらの細胞は、尿として排泄されるはずだったナトリウムと塩化物イオンをさらに再吸収する。
- 心房性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）は、心臓の心房にある心筋細胞によって産生されるホルモンであり、心房性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）は、心臓の心筋細胞によって産生されるホルモンである。 これらの細胞は、血液中の高濃度のナトリウムや血圧の上昇に反応してANPを産生する。 腎臓では、ANPは糸球体濾過量を増加させ、より多くの血漿が糸球体嚢および尿細管に押し出されるようにする。 また、ANPは、腎髄質の細胞から一部の溶質を除去し、ヘンレループの濾液からの水とイオンの再吸収効率を低下させる。 ANPの作用により、尿中に排泄されるナトリウムと水分が増加し、血液量が減少し、血圧が低下する。