尿中排泄

体が物質を排泄する主な経路は、腎臓です。 腎臓の主な機能は、体内の老廃物や有害な化学物質を尿中に排泄することです。 腎臓の中で排泄を担う機能単位がネフロンです。 腎臓には約100万個のネフロンが存在する。 ネフロンには、糸球体、近位尿細管、遠位尿細管の3つの主要な部位があり、排泄のプロセスで機能しています（図2）。

図1. 泌尿器系の構成要素
(Image Source: Adapted from iStock Photos, ©)

尿の排泄には3つのプロセスがあります。

1. ろ過
2. 排泄
3. 再吸収

図2. 腎臓のネフロン
（画像出典。 Wikimedia CommonsからAdapted from Public Domain, Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedicationで取得。 View original image.)

ろ過

ろ過は、ネフロンの血管の始まりである糸球体で行われます。 心拍出量による血流の約4分の1が腎臓を循環しますが、これはあらゆる臓器の中で最も大きな血流速度です。 かなりの量の血漿が糸球体を通ってネフロンの尿細管に入ります。 これは、糸球体を通過する大量の血流、糸球体毛細血管の大きな孔（40オングストローム）、および血液の静水圧に起因する。 水分を含む小分子は、ふるいにかけられたようなフィルターを通過して、ネフロンの尿細管に入りやすい。 脂溶性物質も極性物質も、糸球体を通過して尿細管の濾液に入ります。 濾液の量は非常に多く、成人のヒトでは1日に約45ガロンにもなる。 水のような濾液、低分子、脂溶性物質の約99％は、ネフロン細管で下流側に再吸収されます。

分子量が6万以上の分子（大きなタンパク質分子や血球を含む）は、毛細血管の孔を通過できず、血液中に残ります。 尿にアルブミンや血球が含まれている場合は、糸球体が損傷していることを示しています。 血漿タンパク質との結合は、尿中への排泄に影響を与えます。 極性物質は通常、血漿タンパク質と結合しないため、血液から尿細管濾液へと濾過されます。

分泌物

分泌物は、ネフロンの近位尿細管部で発生し、ある種の分子を血液から尿へと輸送する役割を担っています。 分泌される物質には、カリウムイオン、水素イオン、一部の異性物質などがあります。 分泌は、極性によって化合物を区別できる能動的な輸送機構によって行われる。

再吸収

再吸収は、主にネフロンの近位畳み込み管で行われます。 糸球体濾過で失われた水、グルコース、カリウム、アミノ酸のほとんどすべてが、腎尿細管から血液に再流入します。 再吸収は、主に濃度勾配に基づく受動的な移動によって行われ、近位尿細管の高濃度から尿細管を取り巻く毛細血管の低濃度へと移動します（図4-6）。

再吸収と尿中排泄に大きく影響する因子として、尿のpHがあります。 これは特に弱い電解質の場合に当てはまります。 尿がアルカリ性であれば、弱酸がよりイオン化され、排泄量が増加します。 尿が酸性の場合、弱酸（グルクロニドや硫酸抱合体など）はイオン化されにくく、再吸収されて腎排泄が減少します。 ヒトでは尿中のpHが異なるため、弱電解質の尿中排泄率も異なります。

• アルカリ性の尿でイオン化するフェノバルビタール（酸性薬物）や酸性の尿でイオン化するアンフェタミン（塩基性薬物）などがその例である。 フェノバルビタールの過剰摂取によるバルビツール酸中毒の治療には、排泄を促進するために尿のpHを変えることが含まれます
• 食事は尿のpHに影響を与え、その結果、いくつかの毒性物質の排泄に影響を与える可能性があります。
• 食事は尿のpHに影響を与え、それによって排泄される毒物もあります。

尿中の物質の物理的特性（主に分子サイズ）と極性は、腎臓による最終的な排泄に大きく影響します。 小さな毒性物質（極性と脂溶性の両方）は、糸球体で容易にろ過されます。 場合によっては、大きな分子（タンパク質と結合しているものも含む）は、血液から毛細血管内皮細胞やネフロン細管の膜を通って（受動的に）分泌され、尿に入ることもある。 最終的な運命の大きな違いは、物質の極性に支配されている。 イオン化された物質は尿中に残り、体外に排出される。

毒素や感染症、あるいは加齢によってダメージを受けた腎臓は、毒素を排除する能力が低下しているため、体内に入った毒素の影響を受けやすくなっています。 尿中のアルブミンの存在は、糸球体のろ過システムが損傷し、大きな分子を通過させていることを示しています。