D.3.3 · ホームオスタシス

このプリントは、初年度評価が2025であるコースのためのSLizzaの選定 topics を扱っており、カリキュラム全体ではない。

前提知識：D.3.1–D.3.2 からのホルモンおよび細胞シグナル伝達、数学からの百分率。

これらの例は独自かつ架空のものであり、実際の測定値や実際の生徒による調査ではありません。

この観察を説明するのは何か？

• After a large meal your blood glucose jumps, yet within an hour it returns to near where it started — and after a night without food it still does not collapse. What keeps it steady?

モデルを構築する

• ホメオスタシスとは、設定点の周囲でほぼ一定の内部環境を維持することである。負のフィードバックによって機能する：検出器が変化を検知し、統制センターが設定点と比較し、効果器が変化に反対する応答を生じる。
• 血中ブドウ糖について：上昇すると臓はインスリンを分泌し、肝臓および筋細胞がブドウ糖を取り込んでグリコーゲンとして蓄積させるため、ブドウ糖は低下する。ブドウ糖が低すぎると、グルカゴンが肝臓にグリコーゲンをブドウ糖へ変換するよう促し、ブドウ糖は上昇する。負のフィードバックを通じてホルモン分泌が調整され、ブドウ糖は通常の範囲に向かう。
• ホメオスタシス：設定点の周囲でほぼ一定の内部環境を維持すること；負のフィードバック：元の変化に反対する応答を持つ制御ループ；インスリン：取り込みと蓄積を促進して血糖を下げるホルモン；グルカゴン：貯蔵されたグルコースの放出を促して血糖を上昇させるホルモン。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 食事後に間隔を置いて血糖を測定する：モデルはインスリンの作用に伴い上昇、ピーク、そして設定点への回復を予測する——同じ記録は、血糖が低下する前にインスリンが上昇していることを示しており、原因が修正より先に訪れることがわかる。
• インスリンを生成できない人物の例を比較する：食事後も血糖が高値を維持するため、インスリンが検出器と応答をつなぐ媒介であることが直接的に証明される。

既知の値から始める

• 既知：ある人の血中ブドウ糖が食事後に基準点 5.0 から 7.0 mmol/L に上昇した。変化量 = 最終値 − 初期値 = 7.0 − 5.0 = 2.0 mmol/L。偏差率 = 2.0/5.0 × 100 = 40% 基準点より高い。負のフィードバックは値が 5.0 mmol/L 付近に戻るまで働く。

例：

絶食中に血中ブドウ糖が 5.0 から 4.2 mmol/L に低下する。基準点からの偏差率を求め、応答するホルモン名を、同様の手順（既知数 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈）で答えよ。（解答：変化量 = 4.2 − 5.0 = −0.8 mmol/L；偏差 = −0.8/5.0 × 100 = −16%；グルカゴンが上昇させるために応答する。）

結論とその限界を確認する

• ホメオスタシスは「ほぼ一定」であって固定ではない：各応答には時間がかかるため、値は設定点の周りで振動する。このモデルは血糖をカバーしており、体温、水分、二酸化炭素もそれぞれ独自の検出器と効果器を持ち、同じ論理で機能する。

警告：

負のフィードバックによって測定値が負になるという主張は誤りである。「負」とは応答が変化に反対することを意味する——上昇なら低下を誘導し、低下なら上昇を誘導する。測定値は正のままで設定点に近い値を保つ。

重要：

ホメオスタシス：検出器 → 統制センター → 有効器官ループが負のフィードバックにより内部条件を基準点近くに保つ。インスリンは上昇した血中ブドウ糖を下げ、グルカゴンは低下した血中ブドウ糖を上げる。バランスが戻れば修正反応は減少する。

インスリンの作用から記述

• 食事後に血中ブドウ糖が 4 から 9 mmol/L に上昇する。
• どのホルモンが働き、どのような方向か？ インスリン — 血糖を基準点へ下げる。

グルカゴンの作用から記述

• 数時間後、ブドウ糖が 3 mmol/L に低下する。
• どのホルモンが働くか？ グルカゴン — 血糖を上昇させ、ループは両方向に反応する。

修正反応が減少することを記述する

• インスリンの作用により、血糖値は基準点に戻った。
• インスリン分泌はどのように変化するか？ 減少する — 負のフィードバックにより、バランスが回復するにつれて補正反応が弱まる。