このコースとは何か、および使い方は
これは『大学医学』シリーズ第5コース：人体生理学です。 — MED03–04で実際に作られた組織がどのように機能するか。生理学 定量的な医学であり、圧力、容積、クリアランス、 濃度など、単に理解するだけでなく計算できる数値です。
範囲の制限（一回のみ記載）： 学術課程であり、医学学位ではありません。以下のすべての 症例は架空であり、本資料は治療の許可やガイドラインを提供するものではありません。
- ユニット5.1は枠組み：恒常性を制御システムとして捉えます。
- ユニット5.2–5.5は主要なシステム：興奮伝導、循環系、 呼吸器系、腎臓です。
- ユニット5.6–5.7は地図を完成させます：消化管とホルモン系です。
医学の習慣：すべての主張は評価可能な式である—— 心拍出量、肺胞ガス、クリアランス、ヘンダーソン＝ハッセルバルフ式——そして 以下のすべての数値は再計算すべきものです。
恒常性と体液
重要性。 人体は制御システムです。その設計上の最大の目的は、 外部環境が大きく変動しても、内部環境を一定に保つことです。 一度制御の枠組みを理解すれば、以降のすべてのシステムはその具体的な例となります。 その一例である。
イメージ付きの考え方。 ホメオスタシス = 受容体 → 統合器 → 効果器、負のフィードバックループ内。体内水分： 体重70 kgの成人の体液総量約42 L — 細胞内液 28 L (2/3)、 細胞外液 14 L (1/3: 血漿 3 L + 間質液 11 L) ✓、 選択透過膜によって区切られている。
導出の根拠（なぜループに設定値が必要か）。 負のフィードバック 変数を設定点付近に維持するには、受容体が誤差を検知し かつ効果器が両方向に作動する必要がある。本コースの すべての生理学的制御系はこのテンプレートに従う：圧受容器が圧力を検知し、 脳幹が統合し、心臓と血管が作動する；化学受容器が CO₂を検知し、延髄が統合し、換気が作動する。新しい システムに出会うたびに、その3つの箱と設定点を見つけよ — 試験問題と 臨床的障害の両方がそこに存在する。
** worked example 1 — 水分収支の計算。** 成人 70 kg： $42\ L = 28$ ICF $+ 14$ ECF $= 28 + 3$ 血漿 $+ 11$ 間質液 ✓。 水分 2 L を追加すると、粒子数に基づいて各コンパートメントに分配される — ECF（ナトリウムを含む）が $1/3 \approx 0.67$ L、ICF が $1.33$ L を受け取る ✓。この 浸透圧の計算（ECFの張性が分配を支配する）は水分に関する バランス推論。
** worked example 2 — 臨床的関連：機能不全のセンサー。（架空の 患者）は着実に低い血漿ナトリウムを示すが、尿は希釈され、 その低いレベル周辺では正常に濃縮される：浸透圧調節器の設定値 が低くリセットされている（SIADHのリセット型）—— ループは ** 一般的な間違い。 血漿がECFの一部であることを忘れる。「フィードバック」を自動的にネガティブとみなす（ポジティブフィードバックも存在し、凝固や分娩などにおいて一時的なものであり、持続的なものではない）。 センサー、エフェクター、設定値として機能し、診断とはどの要素を決定することかである。
よくある間違い。 血漿がECFの一部であることを忘れる。治療 セットポイントを基準としたセンサー-インテグレーター-エフェクターの系；水分は浸透圧に基づいて分布し、ループはセンサー、エフェクター、またはセットポイントのいずれかで故障する。 凝固や陣痛などでは、一定の状態を維持するのではなく、 一連の事象を完了させるために駆動される（定常状態を維持しない）。 水分摂取量を計算する際、代謝水（約0.3 L/日）や皮膚・呼吸からの 損失（約0.9 L/日）を無視する。
要約。 42 L = 28 ICF + 14 ECF（3 血漿 + 11 間質液）； 設定値を中心にセンサー・インテグレーター・エフェクターが機能し、水は浸透圧に応じて分配され、センサー、エフェクター、または設定値のいずれかのループが破綻すると調節が失われます。 浸透圧；センサー、エフェクター、設定値のいずれかでの機能不全。
可兴奋細胞と筋肉
重要性。 神経と筋肉は同一の電気言語で通信し、その 活動電位が文である。あなたが reasoning することになるあらゆるリズム——心拍、呼吸、蠕動——はこれに基づいて構築されている。 について — 心拍、呼吸、蠕動 — はこれに基づいて構築されている。
The idea, with a picture. Rest: the permeability-weighted (GHK) membrane potential ≈ −70 mV (K⁺ dominates, unit 1.2 of MED01). Excitation: 電位依存性Na⁺チャネルが開放される → 上昇相が+30 mVまで超過する → Na⁺が不活化し、K⁺が再分極を担う → 一時的な 過分極、その後静止状態に戻る。絶対不応期 （神経では約1 ms）が最大発火頻度 ≈ 1000/s を制限する ✓。
*1回のナトリウム上昇相、1回のカリウム再分極、そして頻度を制限する不応の隙間
上昇相が自己増幅される理由（導出）。 脱分極 opens Na⁺ channels → Na⁺ enters → further depolarisation: positive 正フィードバックによるスパイク。再分極は負フィードバック（K⁺）。この 2つのループが順列に機能することで、全か無の形状と閾値が説明される： 閾値未満ではK⁺が優勢、超えるとNa⁺が優勢✓。伝導は同一の イベントが膜に沿って再生されることである — ミエリンはこれをジャンプさせる （** saltatory conduction **）、速度を約~1 m/sから最大 ~100 m/s ✓.
演習例 1 — スパイクからツィッチへ。 骨格筋において スパイクが筋質小胞体からCa²⁺を放出し、Ca²⁺が移動する troponin, actin is freed, and the MED04 sarcomere contracts. Summation は、単一 twitch（約100 ms）が不応期より長いため機能する （約2 ms）：twitchは加算可能である。約20 stimuli/sで融合する 部分的（揺らぎのある不完全な強直収縮）；約 50/s 以上では融合する 強直収縮へ — 滑らかで最大収縮 ✓。
計算例 2 — 臨床的関連：機能不全を起こすチャネル。 （架空）炭水化物食後の周期性麻痺：インスリン K⁺ を細胞内へ駆動し、細胞外 K⁺ が低下し、筋線維が 欠陥を持つチャネル（微小な内向きリーク）により脱分極し、 過分極するのではなく；その Na⁺ チャネルは不活化状態にあり、線維は 発火できない — 数ミリボルトの逆方向の電位変化が 筋肉を沈黙させる。1つのイオン、1つのチャネル、1つ メカニズムの記述。
一般的な誤解。 不応期（再発火不可）と過分極（発火しにくい）を混同する。局所麻酔薬が小径痛線維を最後に遮断すると期待する（実際には最初に遮断される——速度依存性と小径線維への優先的作用）。 過分極（発火しにくい）。局所麻酔薬が 小型痛覚線維を最後にブロックすると期待されるが（実際には FIRST に — 頻度依存的であり、 心筋はギャップジャクションによる機能的シンシチウムであることを見落とす。長い不応期により心臓では強直収縮が生じない。 ギャップ結合を介して — 1つの長い不応期が心臓での強直収縮を防ぐ。
要約。 −70 mV 静止電位；Na⁺ 上昇相（正のフィードバック）、K⁺ 再分極；不応期が最大頻度を制限（神経で ~1000/s）； myelin → saltatory, up to ~100 m/s; Ca²⁺ couples spike to sarcomere; 十分な刺激頻度（~50/s）で Twitch が強直収縮へ融合する — だが 心臓ではそうではない。
循環器生理学
重要性。 循環系はポンプ、パイプのセット、および （出力、抵抗、圧力）はすべてのショック、すべての機能不全において 動作している。 概念と図。 心拍出量
図で見る概念 心拍出量 $CO = HR \times SV$: 70 × 70 = 4900 mL/min ≈ 5 L/min ✓。血行動力学におけるオームの法則 血流: $MAP - RAP = CO \times SVR$、したがって $MAP \approx CO \times SVR$ (RAP ≈ 0)、ここでSVRは全身血管抵抗 である。圧量ループ-の 外部仕事量 ✓。 等容弛緩期、その幅が一搏出量、面積が 圧力、容量、ECG を一つの時計のように表示 — 同一拍動を、幅が毎回拍出量となるループとして描く
導出（Starlingの法則ループ特性として）。 Starlingの法則 Starling：増加する 前負荷（充満圧）が増加すると筋細胞が伸長し、より多くのフィラメントが結合準備ができ、 より多く排出される — ループが広がり、曲線の平坦な頂点まで達する ✓。収縮能はループ全体を傾斜させ（同じ 曲線 ✓。収縮性はループ全体を傾ける（同じ 充満量でより多くの排出）；後負荷弁開門を妨げる（ 充満量でより多くの排出）、後負荷は弁の開口を妨げる（排出前の圧が高くなり、幅が小さくなる）。ループにより、数式では隠されている出力の3つの決定因子を視覚的に確認できる。 出力方程式が隠しているもの。
** worked example 1 — ショックの計算 $MAP = CO \times SVR$：** 出血により充満量が低下→ CO 5 → 3 L/min；反射性血管収縮 raises SVR by two-thirds; $MAP \approx 3 \times 1.67 \times SVR_{base} = 5 \times SVR_{base}$ — FLOWが器官へ 40 %減少✓したにもかかわらず圧力が完全に保持される；カフ値は 代償中」と読み取れるが、腎臓は真実を認識している。
解例 2 — 臨床的関連：雑音のタイミング。 （架空の 試験ケース）心筋梗塞後の収縮期雑音：新しい弁 漏れが反流容積を加え、ループの幅が前向き と後向きの排出に分裂します；反射がHRを増加させ、5 L/minの 前向きな流量を維持するために働きます。タイミング（収縮期）＋ループ（容量負荷）が病変名となる ** 重要性。** ガス交換は純粋な適用物理学であり、臨床的な計算である：肺胞ガスのための数式一つ、酸素運搬のための曲線一つ、拡散の法則一つ。低酸素血症の推論は五つのメカニズムによる分類である。
よくある間違い。 HRにmL単位のSVを掛けて、それを L/min に変換せず。MAP を「拡張期血圧＋少し」($MAP \approx DBP + \frac{1}{3}(SBP - DBP)$ ✓ 80 + 13 ≈ 93 mmHg) と読み、無視する。 ループの幅＝SV、面積＝作動；前負荷は広がり（スターリング）、収縮性は傾き、後負荷は狭まります；補完は血流を隠すため、カフより臓器灌流を信頼してください。 と推定され、1–2 日で適応される。
まとめ。 $CO = HR \times SV$ (5 L/min); $MAP = CO \times SVR$; ループ幅 = 拍出量、面積 = 作動；前負荷は広がり（スターリングの法則）、 収縮性は傾き、後負荷は狭まる；代償が流量を覆い隠す—— カフより臓器灌流を信頼せよ。
呼吸生理学
重要性。 ガス交換は臨床的計算を伴う純粋な応用物理学である：肺胞ガスのための式が一つ、酸素運搬のための曲線が一つ、拡散則が一つ。低酸素血症の推論は 五メカニズム分類である。 carriage, and one law of diffusion. Hypoxaemia reasoning is five-mechanism taxonomy.
図付きの考え方。肺胞ガス方程式 $P_{AO2} = P_{IO2} - \frac{P_{ACO2}}{R}$: 海抜ゼロ地点 $P_{IO2} = 0.21 \times (760 - 47) = 150$ mmHg; with $P_{ACO2} = 40$, $R = 0.8$: $P_{AO2} = 150 - 50 = 100$ mmHg ✓. The oxygen dissociation curve: sigmoid, $P_{50} = 26.6$ mmHg; shifted 酸、CO₂、温度、2,3-BPG によって右にシフト ✓。
導出（A–a勾配が存在する理由と意義）。肺胞 方程式は肺胞が「含んでいる」ものを示し、動脈血 は到達したものを示す。それらの差であるA–a勾配は、通常 5–15 mmHg（加齢とともに上昇）であり、肺 疾患の指紋である：シャントおよびV/Qミスマッチはこれを拡大させ、低換気症および高所では正常なままでありながら両方とも低酸素血症を引き起こす ✓。 1つの 引き算により、低酸素の5つの原因を「肺由来」と「肺非由来」に分類できる。 組織を通じて✓。貧血は同じ飽和度で含量を下げる：
** worked example 1 — 低換気症の計算**。オピオイド 過量摂取（架空）：$P_{ACO2}$ が 80 に上昇 → $P_{AO2} = 150 - 80/0.8 = 150 - 100 = 50$ mmHg ✓：A–a勾配が「正常」である低酸素血症 — 肺は機能しているが、換気装置（ベルローズ）が機能していない。治療はメカニズムに従う。 飽和度プローブは重度貧血でも正常を示す——装置は結合而非運搬を測定している。 換気する。
** worked example 2 — 臨床的関連：2つの臓器における曲線の読み取り。** 肺毛細血管 $P_{O2} \approx 100$ mmHg: 飽和度 97–98 % ✓。 組織 $P_{O2} \approx 40$: 飽和度は約75 % に低下し、曲線の 飽和度プローブは重度の貧血でも正常を示す — マシンは輸送ではなく結合を測定している。 through the tissue ✓. Anaemia lowers CONTENT at the same saturation: the saturation probe reads normal in severe anaemia — the machine measures binding, not carriage.
Common mistakes. Assuming $R = 1$ (it is about 0.8; with $R = 1$ the alveolar $P_{O2}$ comes out 10 mmHg too high). Forgetting the water-vapour correction (47 mmHg) — 150, not 160, is 海水面を基準とした数値。紫紺を酸素濃度として呼ぶ （脱酸素ヘモグロビンが約5 g/dL必要：貧血では見えず、可視化される） ** なぜ重要か。** 腎臓は身体の化学者である。濾過、再吸収、分泌、調節を行う。そのクリアランス計算は
要約。 $P_{AO2} = 150 - P_{ACO2}/0.8$；A-a勾配は分離する 肺（シャント、V/Q比）と呼吸ポンプ/高所によるものとの間；$P_{50} = 26.6$, 酸/CO₂/熱/BPGにより右方シフト；飽和度≠含有量 — 貧血 プローブを誤魔化す。
腎臓生理学および酸塩基平衡
重要性。 腎臓は体内の化学工場で、濾過し、 再吸収し、分泌し、調節する。そのクリアランス計算式は 投与量の定量的言語、腎機能およびあらゆる 酸塩基パネルの記述。
概念と図解。 濾過：糸球体濾過率 (GFR) ≈ 125 mL/min (〜180 L/日 濾過、〜1.5 L 排泄 — >99 % 再吸収 ✓)。この 腎単位はセグメントごとに輸送する（MED04's マップ、数字付き版）： 近位管で滤过液のNa⁺の65 %、ループで25 %を；遠位腎単位は アルドステロン（Na⁺ とK⁺/H⁺ の交換）および抗利尿ホルモン （水チャネル）の下で微調整を行う。
導出過程（クリアランスの測定としての意味）。 クリアランス $C_x = \frac{U_x \cdot V}{P_x}$: the volume of plasma fully cleared of 滤过され、ほとんど再吸収されないため、 そのクリアランスはGFRに近似する — 例えば $U = 1.2$ mg/mL, $V = 1.4$ mL/min, $P = 0.012$ mg/mL (1.2 mg/dL): $C = 1.2 \times 1.4 / 0.012 = 140$ mL/min (クレアチニンが一部分泌されるため、やや過大評価される) ✓。ある物質が 一度の通過で完全に除去される場合、mL/min)。 ** worked example 660 — 滤過負荷の計算。** 血中グルコース濃度 mL/min).
演習例 1 — 滤过量の計算。 血浆グルコース 5 mmol/L × 125 mL/min = 625 µmol/min 滤过 ✓；近位管 輸送最大量 Tm ≈ 375 mg/min (~2 mmol/min per 1.73 m²) — これより高い 血漿ブドウ糖濃度が約11 mmol/L（200 mg/dL）のブドウ糖は尿に現れ 始めます ✓。Tm/GFR だけで 2/0.125 = 16 mmol/L を予測しますが、閾値は 低くなります。これは腎単位の差があり、最も弱いものが最初に飽和するためです（スプレイ）。 — Tm の計算式と分布幅を考慮すれば、謎ではありません。
Worked example 2 — clinical link: the Henderson–Hasselbalch equation at the bedside. The Henderson–Hasselbalch equation-: $pH = 6.1 + \log_{10}\frac{[HCO_3^-]}{0.03 \cdot P_{CO2}}$ ✓: a metabolic acidosis $[HCO_3^-] = 12$, compensated to pH 7.3 by $P_{CO_2} = 24$: $6.1 + \log(12/0.72) = 6.1 + 1.22 = 7.32$ ✓. One logarithm checks whether the compensation is appropriate (Winter's formula: expected $P_{CO_2} = 1.5 \times 12 + 8 = 26 \pm 2$ ✓) — よくある間違い。「正常」なクレアチニンを正常なGFRと誤認する
Common mistakes. Reading a "normal" creatinine as a normal GFR (creatinine ∝ 1/GFR, a hyperbola: losing the first half of GFR only doubles a low creatinine, which can still sit near the normal range; を適用する。 RATE. Applying Henderson–Hasselbalch without checking the units of dissolved CO₂ (0.03 × mmHg).
Summary. GFR 125 mL/min, >99 % reabsorbed; proximal 65 % / loop 25 % Na⁺; aldosterone and ADH tap the distal end; $C = UV/P$ estimates GFR (creatinine) or RPF (PAH); $pH = 6.1 + \log \frac{HCO_3}{0.03 P_{CO2}}$、ウィンター公式が判断する 補償。
消化器生理学
なぜ重要か。 腸管は、化学反応を伴うコンベアベルトのような働きをしており、 各段階で運動、分泌、消化、吸収が行われる。これらの工程が 腸管の長さに沿って順序立てて配置されており、その「工程性」——単一のステップではなく——が 本授業の核心である。
概念と図解。 区画ごとの地図：口/胃 (機械的消化＋タンパク質分解開始)、十二指腸/空腸 (吸収の 主役——鉄分、葉酸、糖類の大部分とペプチド)、回腸 (B12 と 内因子、胆汁塩)、大腸 (水分、9 L のうち約 1.5 L/日 処理され、微生物叢) ✓。制御： 腸系神経系 (「第2の脳」、カハル間質細胞による徐波によってリズム付けられ、 調節される 迷走神経およびホルモン（ガストリン、セクレチン、CCK）。
導出の理由（なぜ分泌は吸収よりも上流に段階化されているか）。 脂肪の消化には乳化（胆汁）とほぼ中性のpHが必要であり、 膵リパーゼのために、胃の酸性は十二指腸内の炭酸水素イオンで中和され、膵分泌のピークは正好吸収が必要な場所に到達する。段階化は疾患の説明となる：膵臓 duodenum, and the peak of pancreatic secretion arrives exactly where 吸収に必要である。病態説明：膵臓 不足（酵素なし：脂肪の吸収阻害）、回肠切除（B12および 胆汁酸の喪失：両方の欠乏と、胆汁酸下痢が生じる。なぜなら 大腸に到達するため）。
** worked example 1 — 9リットルの帳簿。** 出典：食品・飲料 2, 唾液 1.5、胃液 2.0、胆汁 0.5、膵液 1.5、腸液 1.5 = 9 L/日 ✓；排出：約8.9 Lが吸収される（小腸 7.5、大腸 1.4） 0.1–0.2 L in stool ✓. Diarrhoea arithmetic: cholera toxin keeps the gut 分泌し続ける（MED01's welded switch）— 完全な 粘膜を持つ便のリットル数。
** worked example 2 — 臨床的関連：部位特異的な機能不全。** （架空）回腸切除後：巨赤芽貧血（B12は回腸由来の内因子複合体を必要とする）＋脂質尿（胆汁酸が再循環されず、ポールの容量が脂肪負荷を下回る）。 回肠-内因子複合体）および脂肪便（胆汁酸の ** 一般的な間違い。** 胃を主要な吸収器官と期待する（アルコールやアスピリンを除けば、そうではない）。 移動運動複合体を忘れる—空腹時の「掃除」サイクルで、食事により停止する。 プール：数日から数週間；B12貯蔵量：数年）。
一般的な間違い。 胃が主要な吸収器官であると想定すること （アルコールやアスピリンを除けば、実際にはそうではない）。移行運動 複合体の忘卻—食事停止時に終了する空腹時の「掃除」サイクル。 嘔吐を胃の事象として扱うこと（実質は延髄由来であり、胃分泌が 効果器となる）。
要旨。 9 L in / ~0.15 L out；空腸が主体、回腸に特徴。 B12および胆汁酸に対して、結腸は水分を再吸収する；腸管神経叢が セグメント障害＝そのセグメント固有の栄養失調。 欠乏症に服従する。
内分泌・生殖生理学
重要性。 ホルモンは体内の遅延制御層である——軸を介して信号を送り、遠隔で作用し、フィードバックは上位レベルで行われる。 すべての軸は一つの文法に従うため、この文法を一度学べば一打の症候群が理解できる。 一つの文法に従うため、その文法を一度学習すれば一打以上の症候群が 理解できる。
概念と図解。 軸：下視床（放出ホルモン）→ 下垂体（栄養ホルモン）→ 標的腺（効果ホルモン）→ 両上位レベルへの負のフィードバック ✓。 生殖においては：GnRH → LH/FSH → 性腺 → 性ステロイド（インヒビンはFSHに対して選択的に）。 腺**（効果ホルモン）→ 上位への負のフィードバック（ これは周期に一度ループの符号を反転させる正のフィードバックであり ✓。 インヒビンはFSHに対して選択的に作用）；月経周期は この軸を28日リズムで制御し、卵胞刺激ホルモンによる排卵が エストラジオール誘発性LHサージによって引き起こされる—周期に一度ループの 符号が反転する正のフィードバック ✓。
導出（なぜフィードバックの順序が病変の特定に有効か）。 この 軸の機能不全は特定のレベルで生じ、ホルモン値からその部位を特定できる：一次性 (標的腺) 機能不全 — 効果ホルモン低値、トロフィックホルモン高値（フィードバック 解除）；二次性（下垂体）— トロフィックホルモン低値、効果ホルモン低値。一つの パターン対は、すべての軸に✓适用される。例：(架空の検査値) 遊離T4低値で TSH高値 = 甲状腺；T4低値でTSH低値 = 下垂体/視床下部。
** worked example 1 — 甲状腺の計算論理。** 軸の設定点： TSHは遊離T4に対して対数線形に追従する — T4がわずかに低下するとTSHは✓倍増し、 これがTSHスクリーニング検査として用いられる理由である：症状出现以前に軸が 一次信号を増幅するためである。これはアッセイ感度ではなく、フィードバックによるもの だからである。
** worked example 2 — 臨床的関連：サイクルにおける二つのフィードバック所見。** （架空の診断プロセス）高LH伴無月経：排卵がない場合、プロゲステロン はほとんど産生されず、通常プロゲステロンは視床下部GnRHパルスを 抑制する；パルス頻度が高まるとFSHよりLHが優位になるため、LH値が 高値を示す（PCOSのパターン論理）。一つの軸 子宮内膜のリスク（相対的なエストロゲン過剰）が説明される。 ** 一般的な誤解。** フィードバック対応のホルモン（ペア）なしで単一のホルモン値のみを解釈すること（ paired でないコルチゾールはほぼ意味をなさない）。後部下垂体が視床下部由来のADHを貯蔵していることを忘れる
（神経系であり、トロフィックホルモンによって供給される腺ではない）。これら二つを混同する こと。 後葉が下視床のADHを貯蔵することを忘れる (神経組織であり、栄養ホルモンで調節される腺ではない)。これらを混同する 卵胞発育のホルモン（エストロゲンが先、プロゲステロンが後）。 LHサージ以降）。
要約。 軸：放出因子 → 栄養因子 → 効果器 → 二段階 フィードバック；一次不全＝栄養因子高、二次不全＝低；TSHの 対数線形増幅比によりスクリーニングに用いられる；排卵期は1周期に 周期 — エストロジェンの正のフィードバックによるLHサージの駆動。