【高校生物基礎】腎臓の構造と不要物の排出【授業図鑑】

腎臓は、血液中の不要な物質を尿として排出するとともに、水や無機塩類の量を調節し、体内環境を保つ器官です。
高校生物基礎では、糸球体、ボーマンのう、細尿管など、多くの名称が登場します。
しかし、それぞれの名前を覚えるだけでは、「どこで何が起こり、血液からどのように尿ができるのか」が見えにくくなります。

今回の記事では、腎臓全体の構造から腎単位の働きへ進み、最後に血しょう・原尿・尿の成分を比較する流れで、授業のポイントを紹介します。
大切にしたいのは、物質の移動という視点から構造と働きをつなぐことです。

腎臓の構造は血液と尿の通り道から見る

まず、腎臓全体の断面図を示し、外側の皮質、内側の髄質、尿が集まる腎う(腎盂)を確認します。

このとき、各部の名称とともに、腎臓につながる血管と輸尿管を区別します。

  • 腎動脈:腎臓へ血液を運ぶ。
  • 腎静脈:腎臓を通った血液を運び出す。
  • 輸尿管:腎臓でつくられた尿を、ぼうこうへ運ぶ。

ここで、「腎臓に入ってくるのは何か」「腎臓から出ていくものには、どのような違いがあるか」と問いかけます。
血液の流れは「腎動脈 → 腎臓内の血管 → 腎静脈」、尿が排出される流れは「腎う → 輸尿管 → ぼうこう → 尿道」です。
血液の通り道と、尿の通り道は別であることを、最初に押さえます。

腎臓全体から腎単位へと視点を移す

次に、腎臓の内部を拡大し、尿をつくる基本単位である腎単位(ネフロン)を確認します。
腎単位は、腎小体と細尿管からなります。腎小体は、毛細血管が球状に集まった糸球体と、それを包むボーマンのうで構成されています。
腎小体は、マルピーギ小体とも呼ばれます。

板書では、名称を一列に並べるのではなく、「何が、何からできているか」が分かるように整理しています。

  • 糸球体とボーマンのうを合わせて腎小体。
  • 腎小体と細尿管を合わせて腎単位。
  • 細尿管は集合管につながり、尿は腎うへ向かう。

なお、腎小体は皮質にありますが、細尿管には皮質にある部分と、髄質へ伸びる部分があります。
板書の位置関係だけから、細尿管のすべてが皮質にあると受け取られないよう、模式図と対応させて補足します。

集合管は複数の腎単位からの液を集めます。
腎単位の構成と、尿が流れる経路を分けて確認すると、構造を整理しやすくなります。

ろ過では不要物だけが取り出されるわけではない

腎単位の図では、血液と、ボーマンのうから細尿管へ進む液の流れを、それぞれたどります。

糸球体では、血圧によって、血しょう中の水や小さな物質がボーマンのうの内部へろ過されます。
こうしてできた液が原尿です。

原尿には、水、無機塩類、グルコース、アミノ酸、尿素などが含まれます。
一方、血球や大部分の血しょうタンパク質は、通常、ろ過されずに血液中に残ります。

ここで考えさせたいのが、次の問いです。

「体に必要なグルコースも、原尿に含まれているのはなぜだろうか。」

ろ過は、物質を「必要か、不要か」で選び分ける働きではありません。
ろ過されるかどうかには、分子の大きさなどが関係します。
そのため、不要な物質だけでなく、体に必要な物質も原尿へ移動します。

「腎臓は不要物を取り出す器官」と説明するだけでは、この点が抜け落ちてしまいます。
原尿と尿を区別し、次の再吸収へつなげることが大切です。

再吸収によって必要な物質を血液へ戻す

原尿が細尿管を流れる間に、グルコースやアミノ酸、水、無機塩類などが血液へ戻されます。
この働きが再吸収です。
集合管でも、水などの再吸収が行われます。

健康な状態では、原尿中のグルコースやアミノ酸はほぼすべて再吸収されるため、通常の尿にはほとんど含まれません。
また、水や無機塩類は、体に必要な量を保つように再吸収が調節されます。
図を読む際は、「再吸収」という用語だけでなく、細尿管などの内部から、周囲の毛細血管へ戻る向きを確認します。

尿素などの老廃物は、再吸収されなかった水や無機塩類などとともに、最終的に尿として排出されます。
尿素にも一部再吸収されるものがあるため、「不要物は一切再吸収されない」とは説明しないようにします。

発展として、血液側から細尿管内へ物質を移す「分泌」も扱えますが、まずは、ろ過と再吸収の場所・向き・物質を対応させることを中心にします。

血しょう・原尿・尿を比べて物質の行方を説明する

構造と働きを確認した後は、板書の表を使って、血しょう・原尿・尿に含まれる成分を比較します。

板書の丸印は、成分が含まれることを表しています。
量や濃度が同じという意味ではありません。
また、空欄は、通常の状態では含まれないか、ごくわずかであることを模式的に表しています。

ただし、血球は血液には含まれますが、血しょうの成分ではありません。
板書では血球の行も使って、血液に残るものと原尿へ移るものを比較しています。

この表は、丸印を覚えるためではなく、成分が変化した理由を説明するために使います。

例えば、グルコースは血しょうと原尿には含まれますが、通常の尿にはほとんど含まれません。
ここから、細尿管を流れる間に再吸収されたことが分かります。
一方、タンパク質が原尿にほとんど含まれないのは、再吸収の結果ではなく、糸球体でほとんどろ過されないためです。

「原尿に入らなかった」のか、「原尿に入った後で血液へ戻った」のか。
この違いを説明させることで、ろ過と再吸収を区別できます。

不要物の排出と恒常性

肝臓の働きと腎臓の働きも尿素を通してつなげられます。
アミノ酸の分解などによって生じる有害なアンモニアは、肝臓で毒性の低い尿素へ変えられます。
その尿素が血液によって腎臓へ運ばれ、尿中へ排出されます。
ここでは、肝臓は尿素をつくり、腎臓は尿素を尿中へ排出するという役割の違いを確認します。

さらに、腎臓は老廃物を排出するだけでなく、水や無機塩類の量を調節しています。
授業の最後には、「腎臓の働きが低下すると、体内の水や物質の量はどうなるだろうか」と問い、体内環境の維持へ戻します。
腎臓の構造、ろ過、再吸収を別々に覚えるのではなく、物質の移動を通して捉えることで、恒常性とのつながりが見えてきます。

授業の振り返り―一つの物質の行方を追う

短時間の振り返りには、グルコース、タンパク質、尿素のいずれかを選び、行方を図と文章で説明させる活動が取り入れられます。

  1. 「血液 → 糸球体 → ボーマンのう → 細尿管 → 集合管」の図を描く。
  2.  選んだ物質について、原尿へ移るか、血液へ戻るか、尿中へ排出されるかを矢印で示す。
  3.  「ろ過」「再吸収」の語を使い、移動の理由を説明する。

尿素は一部再吸収されますが、最終的に尿中へ排出される経路を中心に示します。
また、糸球体を通った血液は、細尿管の周囲の毛細血管へ進むことも図に加えます。

評価では、名称の正しさに加え、「物質が移動する向き」と「ろ過・再吸収を区別できているか」を確認します。
用語を知っていることから、しくみを自分の言葉で説明できることへ進めたいところです。

理科授業づくり相談室のご案内

「腎臓の構造が用語の暗記になってしまう」「ろ過と再吸収を、どの順序で説明すれば伝わるだろう」「板書や図を使って、生徒が考える授業にしたい」。
このようなお悩みはありませんか。

SFB科学教育デザインラボの「先生のための理科授業づくり相談室」では、授業の流れ、導入の問い、板書・プリント・スライドの構成、生徒がつまずきやすいポイントなどを、先生と一緒に整理します。

先生が大切にしていることや、目の前の生徒の様子を伺いながら、次の授業でできることを一緒に考えます。
専門外の単元を担当する先生や、教材研究の進め方に迷っている先生も、まずは現在のお悩みをお聞かせください。

▶ 先生のための理科授業づくり相談室の詳細・お申し込みはこちら