なぜ病院の診療科は、人体を「器官」単位で分けているのでしょうか。
「器官別」「診療科別」に人体を理解するのは、歴史的な経緯もあるのでしょうが、複雑なシステムを把握するうえで合理的な方法だからでしょう。
実は、大規模な化学工場も同じ設計思想で運営されています。
「蒸留塔」「反応炉」「冷却装置」「ポンプ」――各装置を機能別に分離し、分業することで、効率性と安定性を両立させているのです。
もちろん、病気は必ずしも一つの器官に限定されません。
糖尿病は膵臓の異常でありながら、血管、腎臓、神経など全身に影響を及ぼします。自己免疫疾患では、免疫系が複数の臓器を同時に攻撃します。それでも、人体という極めて複雑なシステムを理解・管理するためには、機能別に専門領域を編成した方が、医師の専門性の深化と患者の医療的利益の両面で合理的なのでしょう。
この記事では、人体を11の主要システム（診療科的区分）に分け、それぞれの仕組みを解説します。
生命を支える精密な構造と制御機構を、化学プラントになぞらえて「機能で理解する」という視点から紐解いていきます。
消化器
私たちが口にする食べ物は、そのままの形では体に取り込めません。タンパク質も炭水化物も脂質も、分子が大きすぎて腸壁を通過できないからです。消化器系は、食物を段階的に分解し、最終的に血液中に吸収できる小さな分子に変換しています。
消化は口腔から始まります。唾液に含まれるアミラーゼという酵素が、でんぷんを麦芽糖に分解ます。よく噛むことで食物の表面積が増え、酵素が作用しやすくなります。食道を通過した食物は胃に到達し、ここで強い酸性と消化酵素ペプシンによってタンパク質が分解され始めます。胃は筋肉でできた袋状の器官で、内容物を揉みほぐしながら粥状にします。
胃から送り出された内容物は十二指腸に入ります。ここで膵臓から分泌される膵液と、肝臓で作られた胆汁が加わります。膵液には様々な消化酵素が含まれており、タンパク質をアミノ酸に、脂質を脂肪酸とモノグリセリドに、炭水化物をブドウ糖などの単糖類に分解します。
小腸は全長約6メートルにも及ぶ長い管状の器官で、内壁には無数の柔毛という突起が密生しています。柔毛の表面積は非常に大きく分解された栄養素は、この柔毛から吸収されます。水溶性の栄養素であるアミノ酸やブドウ糖は毛細血管に入り肝臓へ運ばれます。脂溶性の脂肪酸やモノグリセリドはリンパ管に入り、最終的に血液循環に合流します。
大腸では主に水分とミネラルの吸収が行われ、残りかすは便として直腸に蓄えられ、排泄されます。腸内には約100兆個もの腸内細菌が棲息しています。
呼吸器
呼吸とは、酸素を取り込み、代謝の結果生じた二酸化炭素を排出することにあります。人体は約37兆個の細胞から成り立っており、そのすべてが酸素を必要としています。空気は鼻や口から気道に入り、気管を通って左右の気管支に分かれ、さらに細かく枝分かれして肺の奥深くまで達します。気管支の最末端には肺胞と呼ばれる小さな袋状の構造があり、その数は両肺合わせて約3億個にも及びます。肺胞の壁は非常に薄く、この薄い壁を挟んで、肺胞内の空気と毛細血管内の血液との間でガス交換が行われます。酸素は濃度の高い肺胞側から濃度の低い血液側へ拡散し、逆に二酸化炭素は血液側から肺胞側へ拡散します。
酸素を多く含んだ血液は心臓へ戻り、全身へ送り出されます。全身の組織に到達した血液は、毛細血管を通じて各細胞に酸素を供給します。細胞はこの酸素を使って栄養素からエネルギーを取り出し、その過程で二酸化炭素を生成します。二酸化炭素を多く含んだ血液は心臓へ戻り、再び肺へ送られて外呼吸により二酸化炭素を排出します。
呼吸運動は横隔膜と肋間筋によって制御されています。呼吸のリズムは延髄の呼吸中枢によって自動的に調節されており、血液中の二酸化炭素濃度が上昇すると呼吸が速くなり、酸素濃度が下がっても呼吸が促進されます。
循環器
心臓は握りこぶし大の筋肉でできたポンプで、生まれてから死ぬまで一時も休むことなく拍動し続けます。一日に約10万回、一生涯では約30億回も収縮と弛緩を繰り返し、毎分約5リットル、一日では約7,000リットルもの血液を全身に送り出します。
心臓は四つの部屋に分かれています。特に、左心室の壁は右心室の三倍も厚くなっており、全身に血液を送り出すために強い圧力が必要だからです。右心房にある洞房結節というペースメーカー細胞が電気信号を発生させ、それが心臓全体に伝わって協調した収縮を引き起こします。
血管は動脈、毛細血管、静脈の三種類に分類されます。動脈は心臓から送り出される高圧の血液に耐えるため、壁が厚く弾力性に富んでいます。大動脈から枝分かれして次第に細くなり、最終的に毛細血管となります。毛細血管の壁は非常に薄く、この薄い壁を通して酸素や栄養素が組織へ供給され、二酸化炭素や老廃物が回収されます。毛細血管は再び集まって静脈となり、心臓へ戻ります。静脈には逆流を防ぐ弁があり、特に重力に逆らって血液を戻す必要がある下肢の静脈に多く存在します。
血圧は心臓が収縮したときに最も高くなり（収縮期血圧）、弛緩したときに最も低くなります（拡張期血圧）。正常な血圧は収縮期で120mmHg以下、拡張期で80mmHg以下とされています。
血液内科
血液は、全身を巡りながら酸素運搬、栄養供給、老廃物回収、免疫防御、体温調節、止血などの機能を果たしています。成人の血液量は体重の約8パーセントです。血液は液体成分である血漿と、細胞成分である血球から成り立っています。
血漿は血液の約55パーセントを占めます。その内訳は水が約90パーセント、残りはタンパク質、糖、脂質、ミネラル、ホルモン、老廃物などです。血漿タンパク質の主なものはアルブミン、グロブリン、フィブリノーゲンで、アルブミンは浸透圧の維持や物質の運搬を、グロブリンは免疫を、フィブリノーゲンは血液凝固を担当します。
血球は血液の約45%であり、赤血球、白血球、血小板の三種類があります。赤血球は最も数が多く、円盤状の細胞で、中央がくぼんでいます。成熟した赤血球には核がなく、その代わりに細胞質がヘモグロビンで満たされています。ヘモグロビンは鉄を含むタンパク質で、酸素と結合する性質があります。肺で酸素と結合したヘモグロビンは鮮やかな赤色を示し、組織で酸素を放出すると暗赤色になります。赤血球の寿命は約120日で、古くなった赤血球は主に脾臓で破壊されます。
血液型は赤血球表面の抗原によって決まります。最も重要なのはABO式とRh式です。ABO式ではA抗原、B抗原、両方を持つAB型、どちらも持たないO型に分類されます。血漿中には自分が持たない抗原に対する抗体が存在します。輸血の際には血液型が一致しないと、抗原抗体反応により赤血球が凝集して破壊され重篤な反応を引き起こします。
白血球は免疫を担当する細胞で、顆粒球（好中球、好酸球、好塩基球）、単球、リンパ球という種類があります。
血小板は血液凝固に不可欠な細胞断片です。血管が損傷すると、まず血管が収縮して血流を減少させます。次に血小板が損傷部位に粘着し、活性化されて形を変え、互いに凝集します。同時に凝固カスケードという一連の酵素反応が順次活性化されていきます。最終的にフィブリンという繊維状のタンパク質が形成され、血小板の血栓を覆って強固な血餅を形成します。損傷が修復されると、プラスミンという酵素がフィブリンを分解し血栓を溶解します。この凝固と線溶のバランスが重要で、凝固が過剰だと血栓症を、不足すると出血傾向を引き起こします。
神経・脳神経
神経系は外界からの刺激を感知し、それを電気信号に変換して脳に伝え、脳が判断を下し、筋肉や臓器に指令を送るという一連のプロセスを、わずか数百分の一秒という速さで実行します。
神経系は中枢神経系と末梢神経系に大別されます。中枢神経系は脳と脊髄から構成され、情報の統合と意思決定を行います。末梢神経系は全身に張り巡らされた神経線維の網で、中枢神経系と身体各部を結びつけます。
脳は約860億個もの神経細胞から成り立っています。大脳は思考、記憶、言語、意識などの高次機能を担当します。表面の大脳皮質は特に発達しており、人間の知的活動の中枢です。小脳は運動の調整と平衡感覚を担当します。脳幹は呼吸や心拍、血圧など生命維持に必須の機能を自動的に制御します。
脊髄は脳から延びる太い神経の束で、背骨の中を通っています。脊髄は単なる情報の中継点ではなく、反射という自動的な応答の中枢でもあります。熱いものに触れたときに瞬間的に手を引っ込めるのは脊髄反射の例で、痛みの信号が脊髄に達した時点で即座に筋肉への指令が出されます。
末梢神経系はさらに体性神経系と自律神経系に分けられます。体性神経系は感覚神経と運動神経から成り、感覚神経は皮膚や筋肉、関節からの情報を中枢に伝え、運動神経は骨格筋に指令を伝えて随意運動を起こします。
自律神経系は内臓などを支配し、意識せずとも自動的に働く機能を調節します。自律神経系は交感神経と副交感神経という二つの系統から成り、多くの臓器に対して拮抗的に作用します。交感神経は、心拍数を増加させ、血圧を上げ、消化を抑制し、エネルギー消費を促進します。副交感神経は、心拍数を減少させ、消化を促進し、エネルギーを蓄積します。両者のバランスによって身体の恒常性が保たれています。
神経信号の伝達は電気的な現象です。ニューロンは細胞膜の内外にナトリウムイオンとカリウムイオンの濃度差を作り出し、この電位差を利用して信号を伝えます。刺激が加わると、細胞膜の透過性が変化し、イオンが流入して電位が逆転します。この活動電位が神経線維を波のように伝わっていきます。有髄神経では髄鞘という絶縁体に覆われており、信号が跳躍伝導することで伝達速度が秒速120メートルにも達します。
神経細胞同士の接続点をシナプスと呼びます。電気信号がシナプス前終末に達すると、神経伝達物質という化学物質が放出され、シナプス間隙を拡散してシナプス後細胞に結合します。これにより次のニューロンが興奮または抑制されます。脳内には数百種類の神経伝達物質があり、ドーパミン、セロトニン、アセチルコリンなどが知られています。
免疫内科・膠原病内科・アレルギー科：免疫防御システム
免疫系は外部からの侵入者である病原体や、内部で発生した異常細胞を認識して排除する防御システムです。
免疫系の主役は白血球です。白血球は骨髄で造血幹細胞から作られ、大きく分けて顆粒球、単球、リンパ球に分類されます。
好中球は顆粒球の中で最も数が多く、白血球全体の約60パーセントを占めます。好中球は細菌を貪食して殺す能力に優れており、感染部位に最初に駆けつける第一線の防衛部隊です。細菌感染が起こると、好中球は血管から組織に移動し、細菌を取り囲んで細胞内に取り込み、活性酸素や酵素で分解します。膿は死んだ好中球と細菌の残骸です。好酸球は寄生虫感染やアレルギー反応に関与します。好塩基球とマスト細胞は類似の細胞で、ヒスタミンなどの化学物質を放出してアレルギー反応を引き起こします。
単球は血液中を循環し、組織に入るとマクロファージに分化します。マクロファージは大食細胞とも呼ばれ、細菌、死んだ細胞、異物などを貪食します。また、マクロファージは抗原提示細胞として、病原体の情報をリンパ球に伝える重要な役割も果たします。
リンパ球は適応免疫の中心的な役割を担います。リンパ球にはT細胞とB細胞、NK細胞があります。T細胞は胸腺で成熟し、細胞性免疫を担当します。T細胞にはヘルパーT細胞、キラーT細胞、制御性T細胞などのサブタイプがあります。ヘルパーT細胞は免疫応答の司令塔として、他の免疫細胞を活性化します。キラーT細胞はウイルスに感染した細胞やがん細胞を直接攻撃して破壊します。制御性T細胞は免疫応答を抑制し、過剰な反応や自己免疫を防ぎます。
B細胞は骨髄で成熟し、液性免疫を担当します。B細胞は抗原に出会うと形質細胞に分化し、抗体を産生します。抗体は免疫グロブリンとも呼ばれ、Y字型のタンパク質です。抗体は特定の抗原に結合し、病原体を無力化したり、貪食細胞による捕食を促進したり、補体系を活性化して病原体を破壊したりします。抗体にはIgG、IgM、IgA、IgE、IgDという種類があり、それぞれ異なる機能を持ちます。
免疫には自然免疫と適応免疫という二つの段階があります。自然免疫は生まれつき備わっている非特異的な防御機構で、好中球やマクロファージ、NK細胞などが担当します。病原体が侵入すると即座に反応しますが、特定の敵を記憶する能力はありません。適応免疫は後天的に獲得される特異的な防御機構で、T細胞とB細胞が担当します。初めて出会う病原体に対しては反応に数日かかりますが、一度記憶すると、次に同じ病原体が侵入したときには迅速かつ強力に反応します。これが免疫記憶であり、ワクチンの原理です。
自己と非自己の区別は免疫系の根本的な機能です。すべての細胞は表面にMHC（主要組織適合抗原複合体）という分子を持っており、これが自己の目印となります。T細胞は胸腺で成熟する過程で、自己のMHCを認識するように教育され、同時に自己の正常な組織を攻撃するT細胞は排除されます。このプロセスが適切に機能しないと、自己免疫疾患が発症します。
リンパ系は免疫系と密接に関連しています。リンパ管は全身に張り巡らされ、組織液を回収してリンパ液として静脈に戻します。リンパ管の途中にはリンパ節があり、ここで病原体や異物が濾過され、リンパ球が集まって免疫応答を開始します。リンパ節が腫れるのは、感染に対して免疫系が活発に働いている証拠です。
脾臓は左上腹部にある拳大の器官で、古くなった赤血球を破壊するとともに、血液中の病原体を濾過し、免疫応答を行います。胸腺は胸骨の裏側にある器官で、T細胞が成熟する場所です。
腸管には腸管関連リンパ組織（GALT）という大規模な免疫組織があります。腸は食物とともに多くの微生物にさらされるため、強力な免疫防御が必要です。パイエル板という集合リンパ小節があり、ここで腸内の抗原に対する免疫応答が行われます。
ホルモン調節システム
内分泌系は神経系と並んで身体の制御を担う重要なシステムですが、その作用様式は大きく異なります。神経系が電気信号によって瞬時に特定の部位に作用するのに対し、内分泌系は化学物質であるホルモンを血液に放出し、全身をゆっくりと巡って標的器官に到達し、持続的な効果を発揮します。
ホルモンは微量で強力な効果を持ち、ナノグラム（10億分の1グラム）からピコグラム（1兆分の1グラム）という極めて少ない量で生理作用を発揮します。
脳下垂体は視床下部の直下に位置する小さな器官ですが、極めて重要な役割を果たします。前葉からは成長ホルモン、甲状腺刺激ホルモン、副腎皮質刺激ホルモン、性腺刺激ホルモンなどが分泌され、各内分泌腺を刺激します。後葉からは抗利尿ホルモンとオキシトシンが放出されます。
甲状腺は首の前面、喉仏の下にある蝶の形をした器官で、甲状腺ホルモンを分泌します。このホルモンは全身の細胞の代謝を調節し、体温の維持やエネルギー産生に不可欠です。甲状腺ホルモンが不足すると代謝が低下し、疲労感や体重増加、寒がりなどの症状が現れます。逆に過剰になると代謝が亢進し、動悸や体重減少、暑がりなどの症状が出ます。
膵臓は消化酵素を分泌する外分泌機能と、ホルモンを分泌する内分泌機能を併せ持つ器官です。膵臓内には膵島（ランゲルハンス島）と呼ばれる細胞の集団があり、ここからインスリンとグルカゴンが分泌されます。インスリンは血糖値を下げるホルモンで、食後に血糖値が上昇すると分泌され、細胞がブドウ糖を取り込むのを促進します。グルカゴンは逆に血糖値を上げるホルモンで、空腹時に分泌され、肝臓に蓄えられたグリコーゲンをブドウ糖に分解して血液中に放出させます。この二つのホルモンのバランスによって血糖値は一定の範囲内に保たれています。
副腎は腎臓の上に乗った小さな三角形の器官です。副腎皮質からはコルチゾール、アルドステロン、性ホルモンが分泌されます。コルチゾールはストレスホルモンとも呼ばれ、ストレスに対する抵抗力を高め、血糖値を上昇させ、抗炎症作用を持ちます。アルドステロンは腎臓でのナトリウムと水の再吸収を促進し、血圧を調節します。副腎髄質からはアドレナリンとノルアドレナリンが分泌され、交感神経系と協調して急性ストレス反応を引き起こします。
造血はエリスロポエチン、コロニー刺激因子、トロンボポエチンなどのホルモンや成長因子によって調節されています。エリスロポエチンは主に腎臓で産生され、赤血球の産生を刺激します。酸素が不足すると、例えば高地に滞在したり貧血になったりすると、エリスロポエチンの産生が増加し、赤血球が増えます。
性腺である精巣と卵巣もホルモンを分泌します。精巣からはテストステロンが、卵巣からはエストロゲンとプロゲステロンが分泌され、二次性徴の発現や生殖機能の維持に不可欠です。
内分泌系の調節には負のフィードバック機構が重要な役割を果たします。例えば、甲状腺ホルモンが増加すると、視床下部や脳下垂体からの刺激ホルモンの分泌が抑制され、結果として甲状腺ホルモンの分泌も減少します。このようなフィードバックによって、ホルモン濃度は一定の範囲内に保たれます。
皮膚
皮膚は、成人では表面積が約1.6から1.8平方メートル、重さは体重の約16パーセントを占めます。皮膚は単なる体の覆いではなく、外部環境から身体を保護し、体温を調節し、感覚を伝え、ビタミンDを合成する器官です。
皮膚は外側から表皮、真皮、皮下組織の三層構造をしています。表皮は最も外側の層で、主にケラチノサイトという細胞から成ります。表皮は内側から新しい細胞が作られます。これらの細胞は徐々に表面に押し上げられながら分化し、最終的に角質層に到達します。角質層は死んだ細胞が何層にも重なった層で、ケラチンという硬いタンパク質で満たされています。この角質層が外部からの物理的、化学的、生物学的な侵襲から身体を守るバリアとなります。
表皮にはケラチノサイト以外にも、メラノサイト、ランゲルハンス細胞、メルケル細胞という特殊な細胞があります。メラノサイトはメラニンという色素を産生し、紫外線から皮膚を保護します。日焼けで皮膚が黒くなるのは、メラニンの産生が増加するためです。ランゲルハンス細胞は免疫を担当し、皮膚に侵入した病原体の情報をリンパ節に伝えます。メルケル細胞は触覚の受容器として機能します。
真皮は表皮の下にある厚い層で、主にコラーゲンとエラスチンという線維状のタンパク質から成ります。コラーゲンは皮膚に強度を与え、エラスチンは弾力性を与えます。加齢とともにこれらの線維が減少し、変性すると、皮膚はたるみ、しわができます。真皮には血管、リンパ管、神経、汗腺、皮脂腺、毛包などが存在します。
皮下組織は真皮の下にあり、主に脂肪組織から成ります。皮下脂肪は断熱材として熱の損失を防ぎ、クッションとして外部からの衝撃を吸収し、エネルギーの貯蔵庫としても機能します。
皮膚の重要な機能の一つはバリア機能です。角質層と細胞間脂質が水分の過剰な蒸散を防ぎ、同時に外部からの水や化学物質の侵入を防ぎます。皮脂腺から分泌される皮脂は皮膚表面を覆い、潤いを保ちます。また、皮膚表面は弱酸性に保たれており、多くの病原菌の増殖を抑制します。皮膚には常在菌叢があり、これらの有益な細菌が病原菌の侵入を防いでいます。
体温調節も皮膚の重要な機能です。暑いときには皮膚の血管が拡張し、血流が増加して熱を放散します。同時に汗腺から汗が分泌され、その蒸発により気化熱が奪われて体温が下がります。寒いときには血管が収縮して熱の損失を抑えます。
皮膚は感覚器官でもあります。真皮や表皮には様々な感覚受容器があり、触覚、圧覚、温度感覚、痛覚を感知します。
皮膚ではビタミンDの合成も行われます。紫外線B波が皮膚に当たると、7-デヒドロコレステロールという物質がビタミンD3に変換されます。ビタミンDはカルシウムの吸収に不可欠で、骨の健康に重要です。
眼科・耳鼻咽喉科
感覚器は外界の物理的・化学的刺激を電気信号に変換し、脳に伝える高精度のセンサーです。視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚という五感を通じて、私たちは周囲の環境を認識し、適切に反応することができます。
眼球は直径約24ミリメートルの球形の器官で、光を集めて像を結び、それを電気信号に変換します。光はまず角膜を通過します。角膜は透明で、眼球の表面を覆っています。次に瞳孔を通過します。瞳孔は、その大きさは光の強さに応じて自動的に調節されます。
瞳孔を通過した光は水晶体で屈折します。水晶体は透明で柔軟なレンズで、毛様体筋という筋肉によって厚さを変えることができます。近くを見るときには水晶体が厚くなり、遠くを見るときには薄くなります。
屈折した光は眼球の後方にある網膜に像を結びます。網膜は光を感知する特殊な細胞が密集した薄い膜で、約1億2000万個の杆体細胞と約600万個の錐体細胞が含まれています。杆体細胞は明暗を感じ、暗い場所でも機能します。錐体細胞は色を感じ、赤、緑、青の三種類があります。これらの細胞が受け取った光の情報は電気信号に変換され、視神経を通って脳の後頭葉にある視覚野に伝えられます。
耳は聴覚と平衡感覚を担っています。耳は外耳、中耳、内耳の三部分に分けられます。音波は外耳道を通って鼓膜に達し、鼓膜を振動させます。鼓膜の振動は中耳にある三つの小さな骨、ツチ骨、キヌタ骨、アブミ骨を経て増幅され音の振動を内耳に伝えます。
内耳には蝸牛という渦巻き状の器官があり、その中はリンパ液で満たされています。アブミ骨の振動が蝸牛のリンパ液を振動させ、基底膜という膜を揺らします。基底膜の上にはコルチ器という構造があり、有毛細胞という感覚細胞が並んでいます。有毛細胞の表面には繊毛があり、基底膜の振動で繊毛が曲がると電気信号が発生します。この信号が聴神経を通って脳の側頭葉にある聴覚野に伝えられ、音として認識されます。
内耳にはまた、三半規管と前庭という器官があり、これらが平衡感覚を担当します。三半規管は三つの輪状の管が互いに直角に配置された構造で、リンパ液で満たされています。頭が回転すると、慣性によってリンパ液が相対的に動き、管の根元にある有毛細胞を刺激します。これにより回転の方向と速度が検出されます。前庭には耳石器という構造があり、重力や直線加速度を感知します。
整形外科
運動器系は骨格、関節、筋肉、腱、靱帯から構成され、身体の支持、運動、保護という機能を果たします。人体には約206個の骨があり、それらが関節で連結されて骨格を形成しています。
骨は外見上は硬く不活性に見えますが、実際には常に作り替えられている動的な組織です。骨芽細胞という細胞が新しい骨を作り、破骨細胞という細胞が古い骨を溶かして吸収します。骨は成長し、修復され、カルシウムの貯蔵庫としても機能します。血液中のカルシウム濃度が低下すると、副甲状腺ホルモンの作用で骨からカルシウムが動員されます。
骨の内部は骨髄が含まれています。骨髄は造血組織で、造血幹細胞という未分化な細胞があり、これが分裂と分化を繰り返して各種の血球に成熟します。造血幹細胞は自己複製能と多分化能を持ち、生涯にわたって血球を供給し続けます。
骨格の機能の一つは身体の保護です。例えば、脊柱は24個の椎骨が積み重なった構造で、椎骨の間には椎間板という軟骨性のクッションがあり、衝撃を吸収します。椎間板がすり減ったり突出したりすると、神経を圧迫して腰痛や下肢の痛みを引き起こします。
関節は骨と骨の連結部で、可動性の程度によって様々な種類があります。関節の表面は軟骨で覆われ、滑らかな動きを可能にします。関節は関節包という膜に包まれ、内部は滑液という潤滑液で満たされています。関節を支える靱帯は骨と骨を結びつけ、安定性を提供します。
筋肉は全身に約600種類あり、体重の約40パーセントを占めます。筋肉には三つのタイプがあります。骨格筋は骨に付着し、随意運動を起こします。心筋は心臓を構成し、平滑筋は内臓、血管、気道などの壁を構成し、不随意的に働きます。
骨格筋は運動神経からの信号によって収縮します。筋肉は腱を介して骨に付着しています。筋肉が収縮すると腱が引っ張られ、骨が動きます。多くの場合、拮抗する筋肉が対になって働きます。例えば上腕二頭筋が収縮して肘を曲げるとき、上腕三頭筋は弛緩します。逆に肘を伸ばすときには上腕三頭筋が収縮し、上腕二頭筋が弛緩します。
筋肉の収縮のエネルギー源はATP（アデノシン三リン酸）です。短時間の激しい運動では筋肉に蓄えられたATPとクレアチンリン酸が使われます。持続的な運動ではブドウ糖や脂肪酸が酸素とともに代謝されてATPが作られます。
泌尿器科
腎臓は左右一対あり、それぞれ握りこぶし大の大きさで、腰の少し上、背中側に位置しています。腎臓は体内の老廃物を濾過して尿として排泄し、水分と電解質のバランスを調節し、血圧を制御し、赤血球の産生を促進するホルモンを分泌するなどの機能を持つ器官です。
腎臓の基本単位はネフロンと呼ばれる構造で、一つの腎臓に約100万個のネフロンが含まれています。血液は腎動脈を通って、ここで濾過されます。血液中の水分、電解質、ブドウ糖、アミノ酸、尿素などの小分子はボーマン嚢に濾し出されますが、タンパク質や血球のような大きな分子は濾過されず血液中に残ります。
濾過された液体は原尿と呼ばれ、一日に約150リットルも作られます。しかし実際に排泄される尿は約1.5リットルです。原尿の99パーセントは尿細管で再吸収されるからです。尿細管は長い管状の構造で、ブドウ糖、アミノ酸、ビタミン、大部分のナトリウムと水が再吸収されます。濃度勾配あるいは、ホルモンの制御下で水とナトリウムの再吸収が微調整されます。
抗利尿ホルモン（バソプレシン）は脳下垂体後葉から分泌され、水の再吸収を促進します。アルドステロンは副腎皮質から分泌され、ナトリウムの再吸収を促進します。ナトリウムが再吸収されると水も一緒に再吸収され、血液量が増加して血圧が上昇します。
腎臓は血圧の調節にも深く関わっています。血圧が低下すると、腎臓からレニンという酵素が分泌されます。レニンは血液中のアンジオテンシノーゲンをアンジオテンシンIに変換し、さらに肺でアンジオテンシンIIに変換されます。アンジオテンシンIIは強力な血管収縮作用を持ち、血圧を上昇させます。また、アルドステロンの分泌も刺激して、ナトリウムと水の保持を促進します。このレニン・アンジオテンシン・アルドステロン系は血圧調節の重要なメカニズムです。
腎臓はまた、エリスロポエチンというホルモンを分泌します。エリスロポエチンは骨髄での赤血球産生を刺激します。
尿細管で処理された尿は腎盂に集められ、尿管を通って膀胱に送られます。膀胱は伸縮性のある筋肉でできた袋で、約300から500ミリリットルの尿を貯めることができます。膀胱が一定量の尿で満たされると、膀胱壁の伸展受容器が刺激され、尿意を感じます。
産婦人科・泌尿器科
生殖器系は種の維持を担う器官系です。
男性生殖器である精巣は陰嚢内にある器官で、精子を産生するとともに男性ホルモンであるテストステロンを分泌します。テストステロンは思春期に分泌が増加し、男性の二次性徴を引き起こします。声変わり、筋肉の発達、体毛の増加、生殖器の発達などです。テストステロンは性欲や骨密度の維持にも関与します。
女性生殖器である卵巣は左右一対の器官で、卵子を産生するとともに女性ホルモンであるエストロゲンとプロゲステロンを分泌します。女性は出生時にすべての卵母細胞を持っており、思春期以降、約28日ごとに一つの卵母細胞が成熟して排卵されます。閉経は卵巣機能が低下して月経が永久に停止することで、通常50歳前後で起こります。エストロゲンの減少により、のぼせ、発汗、骨密度の低下などの症状が現れることがあります。
妊娠期間は約40週で、最初の8週間は胚期と呼ばれ、主要な器官が形成されます。この時期は薬物や感染症の影響を受けやすい重要な時期です。9週以降は胎児期と呼ばれ、器官の成熟と成長が進みます。
統合システムとしての人体
各器官系を診療科ごとに見てきましたが、各システムは互いに密接に連携し、全体として一つの統合されたシステムを形成しています。
生命とは平衡状態ではありません。外部環境は刻一刻と変化し、体内の代謝も常に進行していますが、体温、血糖値、血圧、pH、水分量、電解質濃度などは驚くほど狭い範囲内に保たれています。この恒常性を維持するメカニズムがホメオスタシスです。
ホメオスタシスの基本原理は負のフィードバック制御です。ある値が基準値から逸脱すると、それを検出するセンサーがあり、制御中枢が判断を下し、効果器が作用してその逸脱を打ち消す方向に働きます。その結果、値が基準値に戻ると、フィードバックによって効果器の活動も収まります。
体温調節を例に見てみましょう。人間は体温を約37度に保っています。これは多くの酵素が最も効率よく働く温度だからです。体温が上昇すると、視床下部にある温度感受性ニューロンがそれを検知します。視床下部は自律神経系を介して皮膚の血管を拡張させ、熱を放散しやすくします。同時に汗腺を刺激して発汗を促進します。汗が蒸発する際に気化熱が奪われ、体温が下がります。逆に体温が低下すると、皮膚の血管が収縮して熱の放散を抑え、骨格筋が小刻みに収縮して熱を産生します。これが震えです。また、甲状腺ホルモンの分泌が増加して代謝が亢進し、熱産生が促進されます。
血糖値の調節も精密な負のフィードバック制御の例です。食事をすると血糖値が上昇します。膵臓のβ細胞がこれを感知してインスリンを分泌します。インスリンは筋肉や脂肪組織に作用してブドウ糖の取り込みを促進し、肝臓にグリコーゲンとして貯蔵させます。その結果、血糖値が低下します。血糖値が下がりすぎると、膵臓のα細胞がグルカゴンを分泌し、肝臓からブドウ糖を放出させて血糖値を上昇させます。
水分バランスの調節も重要です。体内の水分が不足すると血液の浸透圧が上昇します。視床下部の浸透圧受容器がこれを検知し、喉の渇きを感じさせるとともに、抗利尿ホルモンの分泌を促進します。抗利尿ホルモンは腎臓での水の再吸収を増やし、尿量を減少させます。また、アルドステロンの分泌も増えてナトリウムと水の保持が促進されます。水分を摂取すると浸透圧が低下し、これらのホルモンの分泌が減少して水分が排泄されます。
複数システムの統合:運動時の応答
人体の統合性は、複数のシステムが同時に協調して働く場面で最もよく理解できます。
運動を始めると、まず大脳運動野から骨格筋への指令が出されます。筋肉が収縮するにはATPが必要で、そのためには酸素とブドウ糖が必要です。筋肉の代謝が活発になると、酸素の消費が増え、二酸化炭素の産生が増えます。血液中の二酸化炭素濃度が上昇すると、延髄の呼吸中枢がこれを感知して呼吸数と呼吸の深さを増加させます。これにより酸素の取り込みが増え、二酸化炭素の排出が促進されます。
同時に、心臓血管系も活性化されます。筋肉からの代謝産物や交感神経の刺激によって心拍数が増加し、心臓の収縮力も強まります。血液の拍出量が増え、活動している筋肉への血流が増加します。皮膚の血管は拡張して熱を放散しやすくし、消化器への血流は減少します。これらの変化は自律神経系、特に交感神経の活性化によって引き起こされます。
内分泌系も貢献します。副腎髄質からアドレナリンが分泌され、心拍数の増加、気管支の拡張、肝臓でのグリコーゲン分解による血糖値の上昇を引き起こします。コルチゾールも分泌され、脂肪組織からの脂肪酸の動員を促進します。運動が長時間続くと、成長ホルモンも分泌されてエネルギー供給を維持します。
筋肉の活動が増えると熱産生も増加します。体温が上昇すると、前述のように発汗が促進され、皮膚の血流が増えて熱を放散します。大量の発汗により水分が失われると、抗利尿ホルモンの分泌が増えて腎臓での水の再吸収が促進され、尿量が減少します。喉の渇きも感じられ、水分摂取が促されます。
運動を終えると、これらの変化は徐々に元に戻ります。副交感神経が優位になり、心拍数が減少し、呼吸も落ち着きます。血糖値はインスリンによって調節され、筋肉や肝臓にグリコーゲンとして再び貯蔵されます。このように、一つの行為に対して神経系、呼吸器系、循環器系、内分泌系、泌尿器系、体温調節系が全て協調して応答し、ホメオスタシスを維持しています。
視床下部:統合制御の中枢
視床下部は間脳の一部を成す小さな領域ですが、自律神経系と内分泌系の最高中枢として、ホメオスタシスの維持に中心的な役割を果たしています。視床下部は体温、浸透圧、血糖値、血圧など様々な生理的パラメータをモニタリングし、それらを調節するために自律神経系を介して即座に効果器を制御し、また脳下垂体を介してホルモン分泌を調節します。
視床下部は摂食行動も調節しています。満腹中枢と摂食中枢があり、血糖値やレプチンなどのホルモンの情報を統合して食欲を制御します。また、睡眠覚醒のリズムも視床下部の視交叉上核という部分が調節しており、光の情報を受けて概日リズムを作り出します。さらに、視床下部は情動や行動にも関与しており、怒りや恐怖、性行動などにも影響を及ぼします。
このように、視床下部は身体の内部環境を監視し、神経系と内分泌系という二つの制御系を統合して、全身の器官系を協調させる司令塔として機能しています。
哺乳類の中での人類の特徴
人類は哺乳類の一種であり、基本的な身体構造は他の哺乳類と共通しています。恒温性、体毛、乳腺による子の養育、胎生、四肢を持つ骨格、高度に発達した大脳などです。
しかし人類には他の哺乳類と大きく異なる特徴もあります。
最も顕著なのは直立二足歩行です。二足歩行に適応するため、骨盤は幅広く短くなり、脊柱はS字状に湾曲して衝撃を吸収します。大後頭孔（脊髄が脳に入る部分）が頭蓋骨の底面にあり、頭部が脊柱の真上に乗る構造になっています。足は土踏まずを形成し、効率的に体重を支えます。二足歩行により手が自由になりました。人類の手は非常に器用で、親指が他の四指と向かい合う対向性を持ち、精密な把持が可能です。道具の製作と使用が可能になり、これが文明の発展につながりました。
人類の最大の特徴は巨大な脳です。脳の重さは体重の約2パーセントですが、エネルギー消費量は全体の約20パーセントにも及びます。大脳皮質が著しく発達し、特に前頭葉が大きく、抽象的思考、計画、意思決定などの高次機能を担っています。言語野も高度に発達し、複雑な言語を使用できます。しかし大きな脳には代償もあります。出産が困難になりました。胎児の頭が大きいため、産道を通過するのが難しく、人類の出産は他の哺乳類に比べて危険です。また、脳の発達には長い時間がかかるため、人類の子どもは極めて未熟な状態で生まれ、長期間の養育が必要です。成人するまでに約20年もかかるのは哺乳類の中でも異例です。
喉頭が低い位置にあり、咽頭腔が広いため、多様な音を発することができます。ただしこの構造は食物が気管に入りやすいという欠点も持っています。
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