血しょう・原尿・尿の成分データから、腎臓のはたらきを読み取る
ヒトの腎臓のはたらきを調べるため、健康な成人1人について、血液から取り出した血しょう、および同じ時刻に集めた原尿と尿にふくまれる成分の濃度を調べた。原尿は糸球体で血しょうからこし出された液体で、細尿管を通ったあとに尿になる。下の表は、それぞれ100 cm³中にふくまれる成分の質量[g]をまとめたものである。3つの液体の順序はわからないので、X、Y、Zとして示した。
| 成分 | タンパク質 | ブドウ糖 | 尿素 | 無機塩類 |
|---|---|---|---|---|
| X | 7.0 | 0.10 | 0.030 | 0.72 |
| Y | 0.00 | 0.10 | 0.030 | 0.72 |
| Z | 0.00 | 0.00 | 2.0 | 1.5 |
また、この人の1日に生成される原尿の量は約180 L、1日に排出される尿の量は約1.5 Lである。尿の量は、暑い日や運動した日には減り、水を多く飲んだ日には増える。よく運動して汗を多くかいた日には、尿の量が約0.8 Lに減り、尿100 cm³中の尿素の質量は約3.8 gに増えていた。
太郎さんは「タンパク質がふくまれていないZが尿だ」と主張し、花子さんは「Yにもタンパク質がないので、ブドウ糖の有無も合わせて考える必要がある」と反論した。
1. X、Y、Zはそれぞれ何か。タンパク質とブドウ糖に着目して、判断の根拠を説明しなさい。
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Xは血しょう：タンパク質が7.0 gと多くふくまれるのはXだけである。血しょうにはタンパク質が溶けている。
Yは原尿：タンパク質は0だが、ブドウ糖は0.10 gふくまれている。タンパク質は分子が大きく、糸球体の壁を通過できないためこし出されない。一方、ブドウ糖は分子が小さく、血しょうと同じ濃度でこし出される。
Zは尿：タンパク質もブドウ糖も0である。ブドウ糖は細尿管ですべて再吸収されるので、尿には残らない。もし尿にブドウ糖が出ていれば、細尿管での再吸収がうまくいっていないことになる。
このように、タンパク質の有無でXを、ブドウ糖の有無でYとZを区別できる。
2. Zの尿素と無機塩類の濃度がXやYより高いのはなぜか。細尿管のはたらきに触れて説明しなさい。
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原尿が細尿管を通る間に、水の大部分と、ブドウ糖・一部の無機塩類などの体に必要な成分が血液中へ再吸収される。尿素は再吸収されにくい物质である。
そのため、水が減った分だけ溶けている尿素の濃度が高くなり、Zでは2.0 gとXやYの約70倍になる。無機塩類も多くが再吸収されるが、水の再吸収の割合には及ばないため、濃度はXやYの約2倍になる。
つまり、尿の濃度が高くなるのは「不要なものだけを濃く残す」のではなく、「必要な水と成分を選んで再吸収した結果」である。
3. 1日に生成される原尿180 Lに対して尿は1.5 Lである。再吸収された水は、原尿中の水の何%か。小数第1位まで求めなさい。また、汗を多くかいた日に尿の量が減り尿素の濃度が高くなるのはなぜか説明しなさい。
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再吸収される水の割合：(180 − 1.5) ÷ 180 × 100 ＝ 178.5 ÷ 180 × 100 ≒ 99.17… → 約99.2 %
汗をかいた日の変化：汗として水分が体外に出ると、体内の水分の量を一定に保とうとして、脳下垂体から出るホルモンのはたらきで細尿管での水の再吸収が増える。その結果、尿として出る水の量が減る。
尿素は再吸収されにくいので、尿素の総量はほとんど変わらないまま溶ける水だけが減ることになり、尿100 cm³あたりの尿素の質量は大きくなる。表のZで2.0 gだった濃度が、汗をかいた日には約3.8 gになったのはこのためである。