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●排泄のしくみ

Dr.健康ミニ講座

排泄のしくみ

(札幌医科大学医学部生理学第一講座教授・富瀬規継先生)

食べた後は・・・排泄のしくみ

毎日必ずお目にかかる「おしっこ」と「うんち」。小便と大便、便としてどちらも体の外に出て行くののですが、その中身も、からだにとっても意味もまったく違うものです。どうして「おしっこ」や「うんち」はほぼ毎日しなくてはいけないのでしょうか。その正体、どのような意義があるかについてです。


小便と大便はどちらも便、でも、中身や意義はまったく違う

おしっこを出すこと(排尿)は、単純に「からだの中で余っている水分をからだの外に出すこと」ではありません。
細胞が生きていくためにはいろいろなエネルギーや材料を使いますが、その結果、二酸化炭素や尿素、尿酸などの老廃物(代謝産物)と呼ばれるゴミが出てきます。
車のエンジンに例えると、排気ガスのようなものです。

二酸化炭素などの気体のゴミは、呼吸をすることで肺からからだの外に出すことができますが、固体や液体のゴミはそういうわけにはいきません。また、からだをつくっている細胞は毎日壊れていることからもおわかりのとおり、固体や液体のゴミは細胞の残骸という形でも毎日出ています。このような固体や液体のゴミをからだの外に出すためには、これらを水に溶かす必要があります。その正体が「おしっこ」で、水はゴミを出す手段なのです。さらに、細胞から出るゴミは全身を巡る血液によって回収されていますので、血液はゴミの回収車の役割を果たしているともいえるでしょう。

一方、おしっこと同様にからだの外に出されるものとして「うんち」がありますが、その正体は全く異なります。

口に入れた食べ物は主に腸で消化吸収されからだの中に入りますが、十分に消化吸収しきれなかった食べ物や、ヒトが吸収できない成分などは腸の中に残ります。また、腸の古くなった細胞の死骸や腸内細菌の死骸、消化液の一部なども腸の中に残っています。これら腸の中に残ったもの、つまりからだの中に入らなかったものが、腸を通ってからだの外に出てきたのが「うんち」なのです。

つまり、おしっこは細胞から出されたゴミを水に溶かして捨てるもので起源は血液であるのに対し、うんちはからだの中に入らなかったものが外に出たものなのです。

それでは、まず、おしっこを出すことの意義について見て見ましょう。


おしっこが出ないと死んでしまう?!

ヒトが生きている間は、絶えず細胞は活動していますので、からだの中では常にゴミが出つづけています。しかし、ゴミは存在するだけでは毒にはなりません。というのも、細胞から出るゴミは、基本的にはもともと細胞を作っていたものや細胞が活動した後の死骸などで毒性はないからです。しかし、それが溜まってしまうと細胞の中はゴミでいっぱいになり、ゴミに邪魔されて細胞のはたらきは低下してしまいます。

つまり、化学的にいえば化学反応の最終産物が溜まってしまい、それ以上反応が進まなくなるため、代謝などの細胞活動が阻害されてしまうのです。ですから、細胞はゴミを血液中にどんどん出していきます。血液もゴミでいっぱいになるとはたらきが低下しますから、ゴミをからだの外に出さなくてはなりません。血液をそのまま外へ出せればいいのですが、そんなことをすれば出血多量で死んでしまいます。そこで、血液の中からゴミだけ取り除く巧妙なしくみが必要になります。からだの中でそれを担っている臓器が腎臓なのです。

腎臓が壊れておしっこが出なくなると、血液中にゴミが大量に溜まってしまいます。血液中にゴミを出していた細胞もゴミでいっぱいになり、細胞のはたらきが低下してしまうため、さまざまな臓器の調子が悪くなってしまいます。これが急性腎不全の状態で、かっては尿毒症と呼ばれていました。尿毒症という言葉を聞くと、おしっこに毒があるようなイメージを受けますが、今までお話ししたようにおしっこそのものが毒になるわけではありません。おしっこ中のゴミがからだの中に大量に溜まってトラブルが起こるという意味で、尿毒症という用語が用いられていたのです。


血液からゴミを取り除く巧妙なしくみ

おしっこは、血液の中にあるゴミを水に溶かしたものであることをお話ししましたが、では、どうやって血液の中にあるゴミを取り除いているのでしょう。ゴミを取り除く最も簡単な方法は、血液の中からゴミだけを選んで取り除く方法ですが、これは大変危険な方法です。なぜなら、血液には、赤血球は血小板、アミノ酸やグルコース(ブドウ糖)などからだにとって必要なものと、細胞活動の結果出される老廃物などのゴミのほかにも、毒物に代表されるような本来ヒトがもっていない物質が含まれている可能性があるからです。つまり、血液の中からゴミだけを選んで取り除いていたら、毒物がゴミとして認識されない限りいつまでたってもからだの中に残ることになり安全な方法とはいえません。

人間が合成した薬も本来ヒトがもっている物質ではなく副作用を引き起こす可能性があるため、これらの物質はおしっことして出す必要があります。そのためには、ゴミのほかにもこれらの物質を血液の中から取り出す必要があるのですが、数え切れないくらいあるこれらの物質すべて認識することは不可能です。

では、この問題を解決するためにはどのようにしたら良いでしょうか。そのためには、発想の転換が必要です。つまり、血液の中からからだにとって不要なゴミや毒物を取り出すのではなく、いったんすべて捨ててしまい、そこからからだに必要なものを回収すると方法をとるのです。
ヒトは、栄養素などからだにとって必要なものは良く知っていて、またその種類も限定されますので、この方法であれば現実的かつ効率的にゴミや毒物をおしっことしてからだの外に出すことができます。

この方法をからだの中で実際に行っているのが、腎臓の中にある糸球体と尿細管です。尿細管は近位尿細管、ヘレンループ、遠位尿細管と集合管に分かれており、糸球体とそれを包んでいるボーマン嚢と合わせひとつのまとまりをつくっています。このまとまりは片方の腎臓で約100万個あるといわれ、おしっこはこれらを経てできます。それでは次に、腎臓でおしっこができるしくみについて見てみましょう。


腎臓でおしっこができるしくみ

まず、糸球体という場所では、腎臓を流れる血液の中にある赤血球や白血球などの血球成分、タンパク質などの大きな分子以外のものが濾過されます。これはフィルター(ろ紙)による濾過と同じしくみで、糸球体がフィルターのような役目をしており、血液から血球成分などが除かれた水分がおしっこのもと(原尿)になります。原尿には、ゴミ以外にも、もちろんアミノ酸やグルコース、電解質などからだに必要なものが溶けた状態で入っています。

このように一旦原尿に大きな分子以外のすべてを捨てた後、からだに必要なものを回収します。
からだに必要なものとは栄養素のことで、まず三大栄養素のうちグルコース(炭水化物)とアミノ酸(タンパク質)が回収されます。因みに脂肪は血液の中ではタンパク質と結合したりリポタンパクという大きな分子として存在しており、糸球体ではろ過されませんから、原尿中に脂肪はでてきません。したがって、原尿から回収される栄養素は主にグルコースとアミノ酸になります。これらは近位尿細管という場所を通り過ぎるまでに、ほぼ100%回収されます。

これらの栄養素の回収と並行して、電解質が回収されます。電解質は100%回収されるのではなく、1%程度はおしっこに出ますが、これは回収する電気質の量を調節することで、からだの中の電解質の量を調節しているためです。

電解質は、近位尿細管から集合管にかけて回収されますが、遠位尿細管と集合管での電解質の回収量はアルドステロンと呼ばれるホルモンで調節されています。

このように栄養素や電解質は原尿から回収されますが、一方、ゴミの種類によっては血液から積極的にからだの外に出さなければならないものがあります。その代表は尿酸などの酸や窒素です。タンパク質が分解されると、水と二酸化炭素のほかに、窒素からアンモニアが、硫黄から硫酸が、また、核酸が分解されると尿酸が生じます。さらに、アンモニアは肝臓で無毒化され尿素になります。

腎臓には、血液によってこうした酸や尿素がゴミとしてたくさん運ばれてきますが、これらの物質は糸球体における濾過に加え、尿細管にあるトランスポーターという特別な穴を通して積極的に原尿に排泄されます。このように、尿酸や尿素などのゴミは、おしっことして積極的にからだの外に出されているのです。


水分の回収率は99%

ここまでお話したとおり、糸球体で濾過されてできる原尿には大量の水分が含まれていますので、おしっこをからだの外に出す前に原尿から水分を回収する必要があります。

腎臓に入ってくる血液の量は、一分間に約1・3ℓになります。心臓が送り出す血液量は1分間に約5ℓですから、かなりの血液が腎臓に流れ込んでいます。そのうち、糸球体で濾過される原尿は左右の腎臓を合わせて1分間に125mlで、腎臓に入ってくる血液量の約10%です。これだけの量の原尿が作られないと血液からゴミを除去することができないのです。1分間に125mlですから、一日に換算すると180ℓ程度になります。からだに含まれる水分は体重の約60%ですので、体重が60kgの方では水分は36ℓしかありません。ということは、1分間に約125mlのスピードで原尿をそのままおしっことして外に出してしまうと、あっという間に水分不足になってしまいます。そこで、原尿から水分を回収するというしくみができました。このときの水分の回収率は約99%と非常に高率ですので、実際の尿量は一日で1・5〜1・8ℓ程度になります。吸収率が高いのは、それだけ回収しないと、人間のからだの水分を保持できないからです。

原尿からの水分の回収は、近位尿細管で70〜75%、ヘンレループで約20%行われ、これは自動的に行われます。そして、最後5%のうちどのくらい回収するかは、バゾブレッシンというホルモンで調節されています。例えば、腎臓全体の水分の回収率が99%から98%に減じただけでも、尿量は2倍に増えますので、この水分の回収量の調節は大変重要になります。


水を飲まなくてもおしっこは出る!

ヒトは生きている限り、からだから出るゴミの量はそれほど変わりません。砂漠や海上で遭難した場合など、水分が飲めない状態が長時間続いても、おしっこは必ず出ます。なぜなら、ゴミを粉末としてからだの外に出すことはできないからで、からだの中の水を搾り出してでもゴミを水に溶かし、濃縮された濃いおしっこをする必要があります。

腎臓は、からだの中の電解質や水分量を調節するためにおしっこを濃縮するという機能をもっていますが、これは進化の過程で見てみると後から付加された機能です。陸上動物の先祖である魚類は海に棲んでいますから、もちろん海では水分不足になることはありません。ですから、魚はおしっこを濃縮もせずに出しっぱなしでも平気です。むしろ、過剰に入ってくる塩分を排出するために、おしっこを積極的に出すしくみになっています。水分は十分にあるわけですから、魚の腎臓は濃縮力を持つ必要はなく、実際に濃縮力は全くありません。しかし、両生類や哺乳類などに進化し陸上で生活するようになると、おしっこを濃縮せずそのまま外に出していては水分不足に陥ってしまいます。このため、腎臓には進化の過程で濃縮力という機能が備わったのです。


膀胱からおしっこが出るしくみ

細胞から出されるゴミは、血液を通して常に腎臓へ送られてきますから、腎臓は休みなしでおしっこを作り続けることになります。しかし、ヒトは常におしっこをするわけにはいきませんので、おしっこをからだの中に溜めておく場所が必要です。それが膀胱です。

腎臓から尿管を通って膀胱に溜まったおしっこが一定量溜まると、動物であれば、身の危険を感じない安全な時と場所を選んでおしっこをすることになります。おしっこをしている瞬間は隙だらけで外的に襲われる危険が高くなりますから、腎臓でつくられた、膀胱のなかではほとんど変化しません。汚いと思われるおしっこですが、実は無菌状態で清潔なのです。

おしっこは1分間に約1mlづつ溜まり、1時間では約60ml、1日では約1・5ℓになりますから、タイミングを見計らって溜まったおしっこを外に出すことになります。おしっこが溜まると膀胱がどんどん膨らみ、膀胱の内圧が高まり、それが脳に伝わると尿意を催します。

一方、脊髄に伝わったこの刺激により反射的に膀胱括約筋が弛緩します。しかし、同時に尿道括約筋が収縮しますので、「もれ」を防ぐことができます。次に、トイレに入り決心すると排尿がはじまります。これは、出口である尿道括約筋が弛緩し、膀胱の壁をつくっている平滑筋(利尿筋)が収縮して膀胱全体が縮まり、尿を押し出すことで行われます。この一連の反応は、決心以外は無意識の自動的な反応で排尿反射と呼んでいます。大脳の未発達な赤ちゃんは尿意を感じたらすぐにおしっこをしてしまいますが、これは尿意を感じたらすぐに排尿反射が起こってしまうからです。しかし、大脳が発達してくると排尿反射を抑えるしくみができ、おしっこを我慢していられるようになるのです。

また、おしっこをするときは腹圧をかけて排尿を助けることはできますが、排尿反射は自動的な反応ですから、一旦排尿反射が起こると自分の意思(お腹に力を入れるなど)によって途中で終わりにしたりすることはできません。つまり、排尿が始まったら最後までおしっこを出し切るのです。これは、途中で止めたりすると尿道から膀胱へ細菌が入りかねませんから、理にかなったしくみといえます。



うんちのできるまで

では次に、口に入れた食べ物のうち、からだの中に入らず腸を通ってからだの外に出てきたもの、つまり、うんちについて見てみましょう。

うんちの原型は、小腸の中で栄養素を十分に吸収し終わったころにできています。これには胆汁などが含まれているので、うんちらしい色もついています。この段階では水分はたっぷりと含まれていますが、これは、栄養素は水に溶けている方が効率よく小腸で吸収できるからです。

一方、大腸では栄養素を吸収するしくみはほとんどありませんから、大腸では水分はあまり必要はありません。そこで大腸では、からだの水分を保持するために水分を回収し、うんちはだんだん固形化していきます。とはいっても、標準的なうんちの状態での水分含有率は約75%で、意外と水分量は多いのです。カチンカチンのウンチでも50〜60%の水分を含んでいます。

うんちの固形成分のうち大部分を占めているのは、小腸で吸収されなかった食べ物の残りですが、その中でも重要なのは食物繊維です。代表的な食物繊維としては、セルロースがあります。セルロースはグルコースからできているので、分解できれば栄養素としてからだに取り入れることができるのですが、グルコースの結合の仕方がデンプンとは異なるので、ヒトの消化酵素では分解できません。つまり、セルロースは栄養素としてからだに取り入れることができず、からだの外にうんちとして出て行くのです。セルロースのような食物繊維は、うんちの量を増やすことで便秘によいといわれていますが、役割はそれだけではありません。余分な脂肪分や毒性物質を絡めとってうんちと一緒に排泄したり、腸の古くなった細胞の死骸、つまり腸粘膜の垢をふき取る効果もあると考えられています。さらに、食物繊維は腸内にいる腸内細菌の栄養分になることもわかっています。

腸内細菌が食物繊維を利用する際にはメタンガスやアンモニアなどの発酵ガスが発生しますので、これがおならやうんちの匂いの元となります。ですから、サツマイモやゴボウなど食物繊維を多く含んだ食べ物を食べるとおならが出やすくなるのです。また、腸内細菌が繁殖することで、外部から侵入した有害な細菌の繁殖を抑えることができます。そのため、最近では腸内環境をよくすることが大切だといわれています。



食後にうんちをするのは生理的に自然なこと

大腸内にある程度うんちが溜まると、強い蠕動運動が起こりうんちは直腸内に入ります。普段は、直腸の中は空っぽで締っていますが、うんちが直腸に入ってきてぎゅっと押し広げられると、これが脊髄に伝わり便意を感じます。便意を感じると、肛門の括約筋が緩み、S状結腸から直腸の蠕動運動が活発に起こり排便されます。これは、排尿反射と同じように、自動的に行われますので排便反射といいます。

赤ちゃんは便意を感じるとすぐにうんちを出してしまいますが、大脳が発達すると排便反射を抑制し、条件が整ってから排便するというように調整できるようになります。

また、直腸の中にうんちが入ってくるきっかけは胃・大腸反射によるものだといわれています。これは、空っぽの胃の中に食べ物が入ってくると、その刺激が脳に伝わり、大腸の動きを活発にして、うんちを直腸の中に押し出すような大きな蠕動運動が生じるというしくみです。そして、うんちが直腸の中に入ると便意を催して排便反射が起こり排便されるのです。したがって、朝ごはんを食べた後にトイレに行きたくなるのは生理学的には極めて自然な反応です。一般には、大腸は一日分、つまり3食分のうんちを溜めることができます。朝の排便で一日分をすべて出してしまえば、大腸は空っぽになり、新たに一日分のうんちを溜めることができますから、一日1回の排便習慣が身に付けば、それがずっと続くことになります。しかし、食事の時間や生活が不規則になると、排便のタイミングも不規則になってしまいます。したがって、排便習慣を整えるためには規則正しく食事をきちんと摂ることが大切になるのです。



朝ごはんを食べる習慣をつけると便秘になりにくい

便秘で悩んでいる人は、食事のタイミングが崩れていることが多いようです。快便を維持するための一番重要なポイントは、朝ごはんを食べることです。そして、朝ごはんをおいしく食べるためには、睡眠を十分にとること、前日の夕食をあまり遅い時間にとらないことが大切です。これは、朝ごはんを食べると、胃・大腸反射が起こり、大腸の働きが活発になるので排便しやすくなるためです。つまり、排便をするためには胃を刺激すればよいわけですから、朝ごはんを食べることができない方は、朝起きたら冷たい水を1杯飲むだけでも、同様の効果が得られるといわれています。

女性の方は便秘になりやすいといわれていますが、その原因の一つは便意を我慢するからだと思われます。便意を我慢しているとうんちが直腸の奥に戻ってしまいます。直腸は15〜16cmくらいありますので、戻ったところでうんちが停滞してしまうわけです。その状態では体温によってうんちから水分が失われていきますから、うんちは次第に硬くなり、ますます排出されにくくなってしまいます。また、お年寄りの便秘の原因の一つは便意を感じにくくなっているので、直腸内に便が溜まったままになってしまうことにあります。その状態では、同様に体温によってうんちから水分が失われてしまい、固くなって便秘になってしまうのです。



下痢はトラブル排除の生理的反応

下痢とは、消化管内に有害な細菌が繁殖したり、からだに害をおよぼすものが入った場合などに、それらを排除するための生理的反応です。また、大食いしたときも下痢になりますが、これは腸の処理能力を超えた量の食べ物を排除するためです。このように、消化管内のトラブルに対する生理的反応が下痢ですから、下痢はすぐに止めないほうがよいと思います。しかし、下痢が続けば水分不足になってしまいますから、体重減少や喉の渇きを感じる程のひどい下痢の場合には、早急に止めなければなりません。また、完全な水様便が出始めたら、脱水に十分注意する必要がありますので、下痢の場合は様子を見て適切な対処を行うことが大切です。

(武田薬報 450号より)

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