Physiology · 4.1

腎循環。糸球体濾過。

Circulation of the kidney. Glomerular-filtration.

応用トピック: ICUにおける急性腎障害の病態・診断・治療腎・内臓血管の閉塞性・動脈瘤性疾患と人工動静脈瘻・血液透析アクセス急性腎障害慢性腎臓病・尿毒症症候群糸球体疾患腎疾患の鑑別診断急性・急速進行性・慢性糸球体腎炎ネフローゼ症候群と蛋白尿性疾患腎代替療法―透析と腎移植血尿の鑑別診断妊娠に伴う生理的変化（腎・内分泌系）妊娠と腎疾患・尿路感染症小児の血尿小児糸球体疾患小児急性腎障害小児慢性腎臓病小児糸球体疾患血尿

🧠 腎臓は「濾過のための臓器」であり、その血流量の大きさ自体が機能そのものだと捉える。糸球体濾過glomerular filtration糸球体濾過（glomerular filtration）glomerular filtration（糸球体濾過）は血漿蛋白plasma proteins血漿蛋白（plasma proteins）plasma proteins（血漿蛋白）を除くほぼ全成分を素通しするため、大量の血流（心拍出量の20-25%）がなければアルブミンなどの濾さない成分の濃度（膠質浸透圧oncotic pressure膠質浸透圧（oncotic pressure）oncotic pressure（膠質浸透圧）, oncotic pressure）が急上昇surge急上昇（surge）surge（急上昇）し濾過が止まってしまう——「濾過を止めないために大量に流す」という論理を軸に、輸入・輸出細動脈efferent arteriole輸出細動脈（efferent arteriole）efferent arteriole（輸出細動脈）による2段階の抵抗調節（自己調節autoregulation自己調節（autoregulation）autoregulation（自己調節）・尿細管糸球体フィードバックtubuloglomerular feedback尿細管糸球体フィードバック（tubuloglomerular feedback）tubuloglomerular feedback（尿細管糸球体フィードバック）・交感神経・ANP）をこの上に重ねて理解する。

腎臓の機能

老廃物waste product老廃物（waste product）waste product（老廃物）の排泄（濾過）
恒常性の維持（水/塩分バランス→EC液量・血液量→血圧、電解質バランス、酸塩基平衡acid-base balance酸塩基平衡（acid-base balance）acid-base balance（酸塩基平衡））
ホルモン産生：レニン（それ自体はホルモンでないがANG IをANG IIへ活性化するカスケードを起動）、エリスロポエチンerythropoietin, EPOエリスロポエチン（erythropoietin, EPO）erythropoietin, EPO（エリスロポエチン）（erythropoietin、低酸素で産生、赤血球産生Erythropoiesis赤血球産生（Erythropoiesis）Erythropoiesis（赤血球産生）を促進）、カルシトリオールcalcitriolカルシトリオール（calcitriol）calcitriol（カルシトリオール）（骨・組織・腸管でのCa²⁺調節）

腎の解剖とネフロン

腎臓は外側の皮質（マルピギー小体Malpighian corpuscle (renal corpuscle)マルピギー小体（Malpighian corpuscle (renal corpuscle)）Malpighian corpuscle (renal corpuscle)（マルピギー小体）・糸球体が存在）と内側の髄質（腎錐体renal pyramid腎錐体（renal pyramid）renal pyramid（腎錐体）に分かれる）から成る。ネフロンNephronネフロン（Nephron）Nephron（ネフロン）（機能単位）は腎小体renal corpuscle腎小体（renal corpuscle）renal corpuscle（腎小体）（糸球体毛細血管＋Bowman嚢）→近位尿細管proximal tubule近位尿細管（proximal tubule）proximal tubule（近位尿細管）→ヘンレループloop of Henleヘンレループ（loop of Henle）loop of Henle（ヘンレループ）（loop of Henle、太い・細い上行脚、細い下行脚）→遠位尿細管distal tubule遠位尿細管（distal tubule）distal tubule（遠位尿細管）（緻密斑macula densa緻密斑（macula densa）macula densa（緻密斑）がここで糸球体に接する）→集合管系collecting duct system集合管系（collecting duct system）collecting duct system（集合管系）という構造。

ネフロンNephronネフロン（Nephron）Nephron（ネフロン）型	糸球体の位置	ヘンレループloop of Henleヘンレループ（loop of Henle）loop of Henle（ヘンレループ）
皮質性ネフロンcortical nephron皮質性ネフロン（cortical nephron）cortical nephron（皮質性ネフロン）（約90%）	皮質浅層superficial浅層（superficial）superficial（浅層）	短い（外髄質までしか届かない）
傍髄質性ネフロンjuxtamedullary nephron傍髄質性ネフロン（juxtamedullary nephron）juxtamedullary nephron（傍髄質性ネフロン）（約10%）	皮髄境界corticomedullary differentiation皮髄境界（corticomedullary differentiation）corticomedullary differentiation（皮髄境界）近傍、糸球体が大きい	長い（内髄質・乳頭部まで届く）

腎循環の経路と数値

\text{

指標	値
腎血流量renal blood flow, RBF腎血流量（renal blood flow, RBF）renal blood flow, RBF（腎血流量）	1200〜1300 mL/分（心拍出量の20〜25%）
腎血漿流量renal plasma flow, RPF腎血漿流量（renal plasma flow, RPF）renal plasma flow, RPF（腎血漿流量）	600〜700 mL/分（腎血流renal blood flow腎血流（renal blood flow）renal blood flow（腎血流）の約半分）
腎重量	わずか300〜400g（脳・心臓の約5倍/100gの血流を受ける）

💡 なぜこれほど大量の血流が必要か。 糸球体毛細血管から水・小分子を濾過し続けると、濾されないアルブミンなどの蛋白濃度（膠質浸透圧oncotic pressure膠質浸透圧（oncotic pressure）oncotic pressure（膠質浸透圧））が血管内で上昇し、濾過に対抗する力として働いてしまう。十分な濾過を維持するには、この膠質浸透圧oncotic pressure膠質浸透圧（oncotic pressure）oncotic pressure（膠質浸透圧）上昇を抑えるだけの大量の血流が不可欠——腎血流renal blood flow腎血流（renal blood flow）renal blood flow（腎血流）の大きさそのものが濾過機能の前提条件になっている。

腎循環の調節（5つの目的）

①糸球体毛細血管を過度の高血圧から保護し、過剰な血流・GFRを防ぐ ②個々のネフロンNephronネフロン（Nephron）Nephron（ネフロン）へ均等な血流供給 ③Na⁺欠乏時にはNa⁺温存を促進 ④重篤な緊急時には腎血流renal blood flow腎血流（renal blood flow）renal blood flow（腎血流）を減らし生命維持に重要な臓器への血流を確保 ⑤Na⁺過剰/体液量body fluid volume体液量（body fluid volume）body fluid volume（体液量）増大時にはナトリウム利尿natriuresisナトリウム利尿（natriuresis）natriuresis（ナトリウム利尿）に寄与する血行動態変化hypovolemia / hemodynamic change血行動態変化（hypovolemia / hemodynamic change）hypovolemia / hemodynamic change（血行動態変化）を起こす。

1. 自己調節

輸入・輸出細動脈efferent arteriole輸出細動脈（efferent arteriole）efferent arteriole（輸出細動脈）が腎血管抵抗の主体。

筋原性myogenic筋原性（myogenic）myogenic（筋原性）機構（myogenic mechanism、Bayliss効果）： 輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）のみで働く（輸出細動脈efferent arteriole輸出細動脈（efferent arteriole）efferent arteriole（輸出細動脈）でも起これば毛細血管内Endocapillary毛細血管内（Endocapillary）Endocapillary（毛細血管内）圧がさらに上昇してしまう）。伸展活性化陽イオンチャネルcation channel陽イオンチャネル（cation channel）cation channel（陽イオンチャネル）→脱分極→Ca²⁺流入→収縮、という機序でRBFとGFRを90〜180mmHgという広い圧範囲でほぼ一定に保つ（2-09-local-control-of-circulation-myogenic-humoral-control-mechanisms-functional-and参照）。

尿細管糸球体フィードバックtubuloglomerular feedback尿細管糸球体フィードバック（tubuloglomerular feedback）tubuloglomerular feedback（尿細管糸球体フィードバック）：ヘンレループloop of Henleヘンレループ（loop of Henle）loop of Henle（ヘンレループ）内の[NaCl]に依存する機構。

flowchart TD
  A["GFR上昇（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='elevated blood pressure'>血圧上昇</span>/Na+過剰）"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='loop of Henle'>ヘンレループ</span>内[NaCl]上昇"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='macula densa'>緻密斑</span>細胞へのNaCl流入増加"]
  C --> D["ATP・アデノシン産生↑"]
  D --> E["アデノシンがA1受容体(Gi)を介し<span class='jp-term jp-term-diagram' title='afferent arteriole'>輸入細動脈</span>平滑筋を収縮"]
  E --> F["GFR低下（元に戻す）"]

逆にGFR低下/Na⁺欠乏時は緻密斑macula densa緻密斑（macula densa）macula densa（緻密斑）への[NaCl]流入が減り、アデノシン産生が低下→顆粒細胞granule cell顆粒細胞（granule cell）granule cell（顆粒細胞）（granular cell、傍糸球体細胞juxtaglomerular cells傍糸球体細胞（juxtaglomerular cells）juxtaglomerular cells（傍糸球体細胞））でcAMP・PGE₂↑→レニン分泌renin secretionレニン分泌（renin secretion）renin secretion（レニン分泌）↑→ANG I→ANG II↑→輸出細動脈efferent arteriole輸出細動脈（efferent arteriole）efferent arteriole（輸出細動脈）の収縮とNa⁺温存（血圧上昇elevated blood pressure血圧上昇（elevated blood pressure）elevated blood pressure（血圧上昇））へつながる。

⭐ アデノシンは骨格筋・心臓では血管拡張薬vasodilator血管拡張薬（vasodilator）vasodilator（血管拡張薬）だが、腎輸入細動脈afferent arteriole腎輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（腎輸入細動脈）では血管収縮薬vasoconstrictor血管収縮薬（vasoconstrictor）vasoconstrictor（血管収縮薬）として働く。同じ物質が臓器によって正反対の効果を持つ好例——受容体分布・下流シグナルdownstream signal下流シグナル（downstream signal）downstream signal（下流シグナル）（Gi→cAMP↓→平滑筋弛緩ではなくここでは収縮）の違いを反映する。

2. 交感神経

重度の血圧低下（出血など）時に発動。

標的	受容体	機序
輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）	α1（Gq）	IP₃/DAG↑→Ca²⁺↑→収縮
輸出細動脈efferent arteriole輸出細動脈（efferent arteriole）efferent arteriole（輸出細動脈）（顆粒細胞granule cell顆粒細胞（granule cell）granule cell（顆粒細胞）経由）	β1（Gs）	レニン-アンジオテンシンangiotensinアンジオテンシン（angiotensin）angiotensin（アンジオテンシン）カスケード活性化→ANG II→収縮（輸出細動脈efferent arteriole輸出細動脈（efferent arteriole）efferent arteriole（輸出細動脈）はANG IIへの感受性が輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）より高い）

顆粒細胞granule cell顆粒細胞（granule cell）granule cell（顆粒細胞）のレニン分泌renin secretionレニン分泌（renin secretion）renin secretion（レニン分泌）は①低血圧の直接感知②交感神経活性化sympathetic activation交感神経活性化（sympathetic activation）sympathetic activation（交感神経活性化）③緻密斑macula densa緻密斑（macula densa）macula densa（緻密斑）シグナルの3経路で促進される——重要臓器への血流再分配のため、RBF・GFRともに低下する。

3. 心房性ナトリウム利尿ペプチド

Na⁺過剰/体液量body fluid volume体液量（body fluid volume）body fluid volume（体液量）増大を心房・大静脈の低圧受容器baroreceptor圧受容器（baroreceptor）baroreceptor（圧受容器）（容量受容器volume receptor容量受容器（volume receptor）volume receptor（容量受容器）, volume receptor）が検知し分泌される。cGMP依存性に輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）を拡張し、糸球体毛細血管圧capillary pressure毛細血管圧（capillary pressure）capillary pressure（毛細血管圧）を上昇させ濾過・Na⁺/Cl⁻排泄を増加させる。

輸入・輸出細動脈の収縮/拡張が及ぼす効果の整理

変化	糸球体毛細血管への血流	糸球体毛細血管の静水圧hydrostatic pressure静水圧（hydrostatic pressure）hydrostatic pressure（静水圧）	GFR
輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）収縮	↓	↓	↓
輸出細動脈収縮efferent arteriole vasoconstriction輸出細動脈収縮（efferent arteriole vasoconstriction）efferent arteriole vasoconstriction（輸出細動脈収縮）	↓（流出しにくい）	↑	↑
輸入拡張＋輸出収縮	変化なし	↑	↑

糸球体濾過

指標	値
糸球体濾過量glomerular filtration rate, GFR糸球体濾過量（glomerular filtration rate, GFR）glomerular filtration rate, GFR（糸球体濾過量）	120 mL/分（180 L/日）
濾過分画filtration fraction濾過分画（filtration fraction）filtration fraction（濾過分画）（FF = GFR/RPF）	約20%

⭐ GFR・FFが全身の毛細血管濾過よりはるかに大きい理由は2つ： ①糸球体毛細血管圧capillary pressure毛細血管圧（capillary pressure）capillary pressure（毛細血管圧）が体循環毛細血管の約2倍 ②濾過係数（透過性×濾過面積）が体循環毛細血管の約100倍。

濾過障壁の3層構造

層	特徴
有窓内皮fenestrated endothelium有窓内皮（fenestrated endothelium）fenestrated endothelium（有窓内皮）	負電荷を帯び陰イオンanion陰イオン（anion）anion（陰イオン）性蛋白を反発。水・小分子（Na⁺、尿素、グルコース）は通過可
基底膜	内皮の下にあり、厚く負電荷を帯びる
足細胞突起podocyte foot process足細胞突起（podocyte foot process）podocyte foot process（足細胞突起）（スリット膜slit diaphragmスリット膜（slit diaphragm）slit diaphragm（スリット膜））	指状突起finger-like projections (villous projections)指状突起（finger-like projections (villous projections)）finger-like projections (villous projections)（指状突起）間のスリット膜slit diaphragmスリット膜（slit diaphragm）slit diaphragm（スリット膜）も負電荷分子を反発

濾過の一般則： 分子が大きいほど、また負電荷が強いほど通過しにくい——結果として水と小分子は濾過されるが、蛋白質・血球は濾過されない。

腎クリアランス

単位時間あたり、ある物質を完全に除去するのに必要な血漿量plasma volume血漿量（plasma volume）plasma volume（血漿量）（mL/分）。 $C_x$ と表記。

動脈流入＝静脈流出＋尿中排泄urinary excretion尿中排泄（urinary excretion）urinary excretion（尿中排泄）（腎動脈renal artery腎動脈（renal artery）renal artery（腎動脈）が唯一の流入路、腎静脈renal vein腎静脈（renal vein）renal vein（腎静脈）と尿管が2つの流出路）というマスバランスに基づき、濾過・再吸収・分泌という3過程の組み合わせでクリアランスが決まる。

物質	濾過	再吸収/分泌	用途
アルブミン	されない（大きさ・負電荷）	—	—
グルコース	される	完全に再吸収（近位尿細管proximal tubule近位尿細管（proximal tubule）proximal tubule（近位尿細管）の輸送体が飽和すると尿糖glycosuria尿糖（glycosuria）glycosuria（尿糖）=糖尿病でみられる）	—
PAH（パラアミノ馬尿酸hippuric acid馬尿酸（hippuric acid）hippuric acid（馬尿酸）, para-aminohippuric acid）	される	濾過を免れた分もすべて尿細管周囲毛細血管から分泌される	$C_{PAH} = RPF$ 、 $RBF = \dfrac{C_{PAH}}{1-Ht}$
イヌリンinulinイヌリン（inulin）inulin（イヌリン）	される	再吸収も分泌もされない外因性多糖	$C_{$ （診断のゴールドスタンダードgold standardゴールドスタンダード（gold standard）gold standard（ゴールドスタンダード））
クレアチニン	される	ほぼ再吸収・分泌されない内因性物質（骨格筋のクレアチンリン酸creatine phosphateクレアチンリン酸（creatine phosphate）creatine phosphate（クレアチンリン酸）代謝産物metabolite代謝産物（metabolite）metabolite（代謝産物））	$GFR \approx C_{クレアチニン}$ （外因性投与不要で実用的）

FF = \frac{GFR}{RPF} = \frac{C_{

⚠️ 血漿クレアチニン濃度とGFRは反比例に近い関係。 定常状態では「排泄量＝産生量」が一定に保たれるため、GFRが半分になると血漿クレアチニン濃度はおよそ2倍になる——臨床での腎機能スクリーニングの基礎となる関係。

まとめ

腎血流renal blood flow腎血流（renal blood flow）renal blood flow（腎血流）（RBF約1200-1300mL/分）は心拍出量の20-25%に達し、この大量の血流が濾過の維持（膠質浸透圧oncotic pressure膠質浸透圧（oncotic pressure）oncotic pressure（膠質浸透圧）上昇の抑制）に必須。
自己調節autoregulation自己調節（autoregulation）autoregulation（自己調節）（輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）の筋原性myogenic筋原性（myogenic）myogenic（筋原性）反応、90-180mmHgで有効）と尿細管糸球体フィードバックtubuloglomerular feedback尿細管糸球体フィードバック（tubuloglomerular feedback）tubuloglomerular feedback（尿細管糸球体フィードバック）（緻密斑macula densa緻密斑（macula densa）macula densa（緻密斑）[NaCl]依存性、アデノシンが輸入細動脈afferent arteriole輸入細動脈（afferent arteriole）afferent arteriole（輸入細動脈）収縮）がGFRを一定に保つ。
交感神経（α1=輸入収縮、β1=レニン経由で輸出収縮）とANP（輸入拡張）が状況に応じてGFRを調節する。
GFR=120mL/分、FF≈20%。イヌリンinulinイヌリン（inulin）inulin（イヌリン）クリアランス=GFR、PAHクリアランス=RPF、クレアチニンが実用的なGFR推定指標。