体内環境の維持と免疫の問題

難易度 3共通テストレベル高校生物体内環境の維持と免疫

ヒトの胎児は、胎盤で母体の血液から酸素を受け取る。母体の血液（成人のヘモグロビン）と胎児の血液（胎児のヘモグロビン）について、酸素分圧と、全ヘモグロビンのうち酸素ヘモグロビンになっているものの割合（%）との関係を調べたところ、次の表のようになった。

酸素分圧 (mmHg)	10	20	30	40	60	80	100
母体の血液 (%)	10	30	48	66	86	93	96
胎児の血液 (%)	20	45	75	86	95	98	99

母体の動脈血は酸素分圧 100 mmHg で胎盤に入る。胎盤では、母体の動脈血中の酸素ヘモグロビンのうち 50% が酸素を放出し、母体の血液は胎盤の酸素分圧と等しい酸素分圧になって胎盤を出る。胎児の血液も、胎盤の酸素分圧と等しい酸素分圧になって胎盤を出る。その後、胎児の血液は胎児の組織を通過し、酸素分圧 20 mmHg になる。

胎盤を出た時点の胎児の血液中の酸素ヘモグロビンのうち、胎児の組織で酸素を放出したものの割合は何 % か。整数で答えよ。ただし、胎盤と胎児の組織とで二酸化炭素分圧などの条件の違いによる影響は無視でき、どこでも表の関係がそのまま成り立つものとする。

この問題で使うもの

酸素の放出量の比較（説明と入口の問題）
酸素解離曲線の読み取り（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

まず母体の血液のデータを使って、胎盤の酸素分圧が何 mmHg かを決めよう。胎児の血液も胎盤ではその酸素分圧になる。

ヒント 2

母体の動脈血の酸素ヘモグロビンの割合は 96% で、その 50% が酸素を放出する。放出した割合は「(放出前の割合 − 放出後の割合) ÷ 放出前の割合」で求める。

ヒント 3

胎盤を出る母体の血液の割合は 48% なので、胎盤の酸素分圧は 30 mmHg である。胎児の血液の割合は、30 mmHg では 75%、20 mmHg では 45% である。

答えと解説

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40

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解説を読む

手順 1：胎盤の酸素分圧を母体の血液のデータから求める。

母体の動脈血（酸素分圧 100 mmHg）では、表より酸素ヘモグロビンの割合は $96%$ である。胎盤でこの酸素ヘモグロビンのうち $50%$ が酸素を放出するので、胎盤を出る母体の血液の酸素ヘモグロビンの割合は
$96 \times (1 - 0.50) = 48 (%)$
となる。表で母体の血液の割合が $48%$ になるのは酸素分圧 $30$ mmHg のときである。母体の血液は胎盤の酸素分圧と等しくなって胎盤を出るので、胎盤の酸素分圧は $30$ mmHg である。

手順 2：胎児の血液の、胎盤を出るときと組織を通過した後の割合を読む。

胎児の血液も胎盤の酸素分圧 $30$ mmHg と等しくなって胎盤を出るので、表より酸素ヘモグロビンの割合は $75%$ である。胎児の組織を通過した後は酸素分圧 $20$ mmHg なので、割合は $45%$ である。

手順 3：組織で酸素を放出した割合を求める。

全ヘモグロビンのうち、組織で酸素を放出したヘモグロビンの割合は $75 - 45 = 30 (%)$ である。これを、胎盤を出た時点の酸素ヘモグロビン（全ヘモグロビンの $75%$ ）に対する割合に直すと
$\frac{75 - 45}{75} \times 100 = \frac{30}{75} \times 100 = 40 (%)$

したがって、答えは $40$ % である。

（参考）胎児のヘモグロビンは成人のヘモグロビンより酸素と結合しやすい。そのため、同じ酸素分圧 $30$ mmHg の胎盤では、母体の血液の割合は $48%$ だが、胎児の血液の割合は $75%$ になる。このようにして、胎児は母体の血液から効率よく酸素を受け取ることができる。

別解

1. 母体の動脈血は酸素分圧 100 mmHg で酸素ヘモグロビンの割合が 96% である。胎盤でそのうち 50% が酸素を放出するので、胎盤を出るときの割合は 96×0.5 = 48% になる。
2. 表で母体の血液の割合が 48% になるのは酸素分圧 30 mmHg のときである。したがって胎盤の酸素分圧は 30 mmHg である。
3. 胎児の血液も 30 mmHg で胎盤を出る。表より、このときの酸素ヘモグロビンの割合は 75% である。
4. 胎児の組織を通過すると酸素分圧は 20 mmHg になり、表より割合は 45% になる。
5. 全ヘモグロビンに対して 75% → 45% となるので、放出された酸素ヘモグロビンは全ヘモグロビンの 30% 分である。これは胎盤を出た時点の酸素ヘモグロビン (75%) の (75−45)/75 = 30/75 = 0.4、すなわち 40% にあたる。
検算: 75 × (1−0.4) = 45 となり、表の値と一致する。

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関連する問題

酸素分圧 (mmHg)	10	20	30	40	60	80	100
二酸化炭素分圧 40 mmHg のとき (%)	12	34	58	76	90	95	96
二酸化炭素分圧 70 mmHg のとき (%)	6	24	42	60	80	90	94

酸素分圧 (mmHg)	10	20	30	40	50	60	80	100
二酸化炭素分圧 40 mmHg	10	32	57	75	85	90	95	98
二酸化炭素分圧 55 mmHg	7	25	48	66	78	85	92	96
二酸化炭素分圧 70 mmHg	5	18	38	56	70	79	89	94

部位	酸素分圧 (mmHg)	二酸化炭素分圧 (mmHg)
肺胞	100	40
安静時の筋肉	40	55
運動時の筋肉	20	70

酸素分圧（ $mmHg$ ）	10	20	30	40	60	80	100
二酸化炭素分圧 $40 mmHg$ のときの割合（%）	10	32	55	74	90	95	96
二酸化炭素分圧 $70 mmHg$ のときの割合（%）	5	18	36	52	75	88	93

難易度 2（教科書の章末問題レベル）

激しい運動をしているあるヒトについて、全身の酸素消費量と血液の酸素の運搬を調べたところ、次の表のような結果が得られた。

測定項目	値
全身の酸素消費量	毎分 2700 mL
動脈血（左心室から送り出される血液）の酸素飽和度	97 %
静脈血（全身から右心房にもどる血液）の酸素飽和度	22 %
心拍数	毎分 150 回
全血液量	5.4 L

ここで酸素飽和度とは、全ヘモグロビンのうち酸素ヘモグロビンになっているものの割合である。この人の血液 100 mL 中のヘモグロビンがすべて酸素ヘモグロビンになると、20 mL の酸素を運ぶことができる。

次の前提のもとで考える。
- 測定中は状態が一定に保たれており、全身で消費される酸素はすべて、左心室から送り出された血液中のヘモグロビンが組織で放出したものである。
- 血しょうに溶けている酸素は無視する。
- 左心室が 1 回の拍動で送り出す血液の量（1 回拍出量）は、どの拍動でも同じである。

このとき、全血液量に等しい量の血液が左心室から送り出されるまでに、心臓は何回拍動するか。整数で答えよ。

難易度 3（共通テストレベル）
ヒトの 3 人 A, B, C に、空腹時にグルコース 75 g を含む水溶液を飲ませた。その直後（0 分）から 30 分ごとに、血糖濃度と血液中のインスリン濃度を測定したところ、次の表のようになった。
血糖濃度（mg/100 mL）
時間（分） 0 30 60 90 120
A 90 140 120 100 90
B 130 220 260 240 200
C 150 250 300 280 260
インスリン濃度（μU/mL）
時間（分） 0 30 60 90 120
A 5 50 40 20 8
B 15 60 90 80 60
C 2 3 3 3 2
3 人とも、腎臓について次のことが成り立つとする。
- 糸球体から 1 分間にこし出される原尿の量は 100 mL である。
- グルコースは糸球体で自由にろ過され、原尿中のグルコース濃度は血糖濃度と等しい。
- 細尿管（腎細管）では、1 分間に 200 mg までのグルコースが再吸収される。1 分間にろ過されるグルコースが 200 mg 以下ならすべて再吸収され、200 mg をこえるときは、こえた分がすべて尿中に排出される。
- 測定の間の 30 分間ずつの各区間では、血糖濃度はその区間の始めと終わりの測定値の平均値で一定であったとみなす。
A〜C のうち、すい臓のランゲルハンス島 B 細胞が破壊されたために血糖濃度が高くなっていると考えられる 1 人について、0 分から 120 分までの 120 分間に尿中に排出されたグルコースの量は何 mg か。整数で答えよ。