腎臓ネフロン

ネフロンは、様々な機能を果たす高度に特殊化した異質な細胞が連続して連なった管で構成されています。各腎臓には、80万～130万個のネフロンが含まれています。両腎臓のネフロンの総延長は約110 kmです。ネフロンの大部分（85%）は皮質（皮質ネフロン）に位置し、残りの一部（15%）は皮質と髄質の境界、いわゆる傍髄質層（傍髄質ネフロン）に位置しています。ネフロンには構造的および機能的に大きな違いがあり、皮質ネフロンではヘンレループが短く、髄質の外層と内層の境界で終わっています。一方、傍髄質ネフロンのヘンレループは、髄質の内層の奥深くまで伸びています。

各ネフロンは複数の構造要素から構成されています。1988年に標準化された現代の命名法によると、ネフロンの構成は以下のとおりです。

• 腎臓糸球体;
• 近位尿細管（曲がった部分とまっすぐな部分）
• 下降する細い部分。
• 上行する細い部分。
• 遠位直尿細管（以前は太いヘンレ上行ループ）
• 遠位曲尿細管;
• 接続運河;
• 皮質集合管;
• 髄質外帯の集合管;
• 髄質の内側領域の集合管。

ネフロンのすべての構造間の空間（皮質と髄質の両方）は、細胞間マトリックスに位置する間質細胞によって表される密な結合組織基質で満たされています。

腎糸球体

腎糸球体はネフロンの最初の部分です。7～20個の毛細血管ループからなる「ネットワークボール」で、ボーマン嚢に囲まれています。糸球体毛細血管は輸入糸球体細動脈から形成され、糸球体出口で輸出糸球体細動脈に合流します。毛細血管ループ間には吻合部があります。糸球体の中心部は、メサンギウム基質に囲まれたメサンギウム細胞で占められており、メサンギウム基質は糸球体の毛細血管ループを糸球体の血管極（ハンドル）に固定しています。血管極は輸入細動脈が流入し、輸出細動脈が流出する場所です。糸球体の真向かいには尿極があり、近位尿細管が始まります。

腎毛細血管は、糸球体フィルターの形成に関与しています。糸球体フィルターは、血液の限外濾過（尿形成の第一段階）のために設計されており、毛細血管を通過する血液の液体成分とその中に溶解している物質を分離します。同時に、血液中の有形成分やタンパク質は限外濾過液に混入しないようにする必要があります。

糸球体フィルターの構造

糸球体フィルターは、上皮（有足細胞）、基底膜、内皮細胞の3層で構成されています。これらの各層は濾過プロセスにおいて重要な役割を果たします。

足細胞

これらは、大きく高度に分化した細胞で、その「細胞体」から糸球体被膜の側面に大小の突起（ポドサイトーシス脚）が伸びています。これらの突起は互いに密接に絡み合い、糸球体毛細血管の表面を外側から包み込み、基底膜の外板に沈み込んでいます。ポドサイトの小突起の間には、濾過孔の一種であるスリット膜が存在します。スリット膜は、孔径が小さい（5～12 nm）ことと、電気化学的要因によってタンパク質が尿に浸透するのを防ぎます。スリット膜の外側は、負に帯電したグリコカリックス（シアロタンパク質化合物）で覆われており、血液から尿へのタンパク質の浸透を防ぎます。

このように、ポドサイトは基底膜の構造的支持として機能し、さらに生物学的限外濾過中に陰イオンバリアを形成します。ポドサイトは貪食作用と収縮作用を有することが示唆されています。

糸球体毛細血管の基底膜

基底膜は 3 層構造です。膜の外側と内側にそれぞれ薄い層があり、内側の層は密度が高く、主に IV 型コラーゲン、ラミニン、およびシアル酸とグリコサミノグリカン（主にヘパラン硫酸）で構成されており、負に帯電した血漿タンパク質の高分子が基底膜を透過するのを阻止するバリアとして機能します。

基底膜には孔があり、その最大サイズは通常アルブミン分子の大きさを超えません。アルブミンよりも分子量の小さい微細タンパク質は孔を通過できますが、それより大きなタンパク質は通過できません。

したがって、尿への血漿タンパク質の通過に対する 2 番目の障壁は、糸球体毛細血管の基底膜であり、これは孔のサイズが小さく、基底膜が負に帯電しているためです。

腎糸球体毛細血管の内皮細胞。これらの細胞は、タンパク質が尿へ浸透するのを防ぐ共通の構造、すなわち細孔とグリコカリックスを有しています。内皮層の細孔の大きさは最も大きく（最大100～150 nm）、細孔隔膜には陰イオン基が存在し、タンパク質の尿への浸透を制限します。

このように、濾過の選択性は、1.8 nmを超えるタンパク質分子がフィルターを通過しにくく、4.5 nmを超える高分子の通過を完全にブロックする糸球体フィルターの構造と、陰イオン性高分子の濾過を困難にし、陽イオン性高分子の濾過を促進する内皮、有足細胞、基底膜の負電荷によって確保されます。

メサンギウム基質

糸球体毛細血管のループ間にはメサンギウム基質が存在し、その主成分はIV型コラーゲン、V型コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチンです。これらの細胞の多機能性は既に証明されています。メサンギウム細胞は、生体アミンやホルモンの影響下で糸球体血流を制御する収縮能、貪食作用、基底膜の修復への関与、そしてレニン産生といった様々な機能を有しています。

腎尿細管

近位尿細管

尿細管は腎臓の皮質および皮質下層にのみ存在します。解剖学的には、尿細管は湾曲した部分と、ヘンレ係蹄の下降部に続く短い直線部（下行部）に分けられます。

尿細管上皮の構造的特徴の一つは、細胞内に刷子縁と呼ばれる部分が存在することです。刷子縁は長短の細胞突起で、吸収面積を40倍以上に増加させます。これにより、濾過されたが体に必要な物質が再吸収されます。ネフロンのこの部分では、濾過された電解質（ナトリウム、カリウム、塩素、マグネシウム、リン、カルシウムなど）の60%以上、重炭酸塩と水の90%以上が再吸収されます。さらに、アミノ酸、グルコース、微細に分散したタンパク質も再吸収されます。

再吸収にはいくつかのメカニズムがあります。

• 電気化学的勾配に逆らう能動輸送。ナトリウムと塩素の再吸収に関与する。
• 浸透圧バランスを回復するための物質の受動輸送（水輸送）
• ピノサイトーシス（微細に分散したタンパク質の再吸収）
• ナトリウム依存性共輸送（グルコースとアミノ酸の再吸収）
• ホルモン調節輸送（副甲状腺ホルモンの影響下でのリンの再吸収）など。

ヘンレのループ

解剖学的には、ヘンレループには短いループと長いループの2つの種類があります。短いループは髄質の外側領域を超えて貫通しませんが、長いヘンレループは髄質の内側領域まで貫通します。それぞれのヘンレループは、下行する細い部分、上行する細い部分、そして遠位直細管で構成されています。

遠位直尿細管は、ループのこの部分が水に対して不透過性であるため、尿の希釈（浸透圧濃度の低下）が起こる場所であるため、希釈部分と呼ばれることがよくあります。

上行部と下行部は、髄質を通過する直血管と集合管に近接しています。これらの構造の近接性により、多次元ネットワークが形成され、溶解物質と水の逆流交換が起こり、ループの主な機能である尿の希釈と濃縮が促進されます。

遠位ネフロン

ネフロンには、遠位曲尿細管と、遠位曲尿細管と集合管の皮質部を繋ぐ連絡管（連絡管）が含まれます。連絡管の構造は、遠位曲尿細管と集合管の上皮細胞が交互に重なり合うことで表されます。機能的には、遠位ネフロンと集合管とは異なります。遠位ネフロンではイオンと水の再吸収が行われますが、その量は近位尿細管よりもはるかに少ないです。遠位ネフロンにおける電解質輸送のほぼすべてのプロセスは、ホルモン（アルドステロン、プロスタグランジン、抗利尿ホルモン）によって制御されています。

収集チューブ

尿細管系の最後の部分は、集合管が別の胚発生起源を持つため、正式にはネフロンには属しません。集合管は尿管から発生したもので、形態学的および機能的特徴に基づき、皮質集合管、髄質外層集合管、髄質内層集合管に分けられます。さらに、乳頭管が区別され、腎乳頭の頂点から小腎杯へと流れ込みます。集合管の皮質部と髄質部の間には機能的な違いは確認されていません。最終的な尿はこれらの部分で生成されます。

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