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蛋白尿は「漏れる量」と「拾える量」で決まる―尿浸透圧が答えにならない理由

第114回医師国家試験 F問題 第23問

国試問題にチャレンジ

第114回 F問題 第23問

尿蛋白量を決定する因子でないのはどれか。

  1. a.尿浸透圧
  2. b.糸球体内圧
  3. c.尿細管機能
  4. d.糸球体基底膜の蛋白透過性
  5. e.糸球体上皮細胞〈ポドサイト〉機能

対話形式の解説

ドクタードクター
今回は、尿蛋白の量がどんな仕組みで決まるのかを問う問題だ。考え方の軸は2つ。糸球体で蛋白がどれだけ濾過されてしまうか、そして濾過された蛋白を尿細管がどれだけ回収できるか。この2段階に当てはまらないものを探せばいい。
医学生医学生
腎生理の講義で、糸球体の濾過障壁は3層構造だと習いました。内皮細胞、基底膜、ポドサイトですよね。
ドクタードクター
その通り。有窓性の毛細血管内皮、糸球体基底膜、そしてポドサイトの足突起とその間をつなぐスリット膜。この障壁が分子の大きさと電荷でアルブミンなどの通過を妨げている。基底膜はIV型コラーゲンやヘパラン硫酸プロテオグリカンでできていて、網目によるサイズバリアと、陰性荷電によるチャージバリアとして働くと考えられているんだ。
医学生医学生
チャージバリアは、陰性荷電のアルブミンを反発させる仕組みでしたね。基底膜の透過性が上がれば蛋白尿が増えるのは分かります。
ドクタードクター
基底膜が変化する病気として、IV型コラーゲン遺伝子の異常によるAlport症候群や、膜性腎症があるね。では、ポドサイトはどうだろう。
医学生医学生
病理実習で、微小変化型ネフローゼ症候群は光学顕微鏡ではほぼ正常なのに、電子顕微鏡で足突起の消失が見えると教わりました。
ドクタードクター
よく覚えているね。スリット膜はネフリンやポドシンなどからなり、蛋白濾過を防ぐ最後のサイズバリアとして特に重要とされている。ポドサイトが傷むと足突起が癒合してスリット膜が崩れ、大量の蛋白が漏れる。微小変化型ネフローゼ症候群、巣状分節性糸球体硬化症、ネフリン遺伝子異常による先天性ネフローゼ症候群が代表だ。
医学生医学生
障壁そのものが正常でも、糸球体内圧が上がると蛋白が漏れるんでしょうか。
ドクタードクター
そう。障壁が同じでも、内側から押す圧が高まれば蛋白を押し出す力は強くなる。糖尿病性腎症や肥満、腎機能が落ちて残ったネフロンに負担が集中する過剰濾過の状態がその例だ。ACE阻害薬やARBが輸出細動脈を拡張させて糸球体内圧を下げ、尿蛋白を減らすのはこの理屈を利用している。
医学生医学生
腎臓内科の実習で、血圧が正常でも蛋白尿があるからARBを始めた患者さんがいました。そういう意味だったんですね。
ドクタードクター
まさにそれ。次は2段階目、尿細管だ。健常者でも少量のアルブミンやβ2-ミクログロブリンなどの低分子蛋白は糸球体を通るけれど、ほとんどは近位尿細管でメガリンやキュビリンを介したエンドサイトーシスによって取り込まれ、分解される。
医学生医学生
近位尿細管が障害されると回収できなくなって、尿細管性蛋白尿になるわけですね。公衆衛生でイタイイタイ病のカドミウム中毒を習ったとき、尿中β2-ミクログロブリンが指標だと出てきました。
ドクタードクター
そうだね。Fanconi症候群や尿細管間質性腎炎も同じ機序だ。ここまでで糸球体内圧、基底膜の透過性、ポドサイト機能、尿細管機能はすべて尿蛋白量を決める因子だと分かった。残る尿浸透圧はどうかな。
医学生医学生
濃い尿だと試験紙の蛋白が強く出る気がするので、関係ありそうにも思えてしまいます。
ドクタードクター
そこが引っかけどころだ。尿浸透圧は主にNaなどの電解質と尿素の濃度で決まり、ADHの作用で集合管がどれだけ水を再吸収するかで変わる。集合管では蛋白の濾過も再吸収もしていないから、1日に出ていく蛋白の総量は変わらない。随時尿で測る蛋白の「濃度」は濃縮や希釈で見かけ上変わるけれど、それは排泄量が変わったわけではないんだ。
医学生医学生
水の量が変わるだけで、蛋白そのものの量は同じということですね。だから尿蛋白量を決める因子ではない、と。
ドクタードクター
正解。その見かけの変動を補正するために、随時尿では尿蛋白/尿クレアチニン比、つまりg/gCrで評価する。おおよその1日排泄量の推定値になるから、24時間蓄尿が難しい外来では非常に便利だ。
医学生医学生
試験紙法は主にアルブミンに反応するので、Bence Jones蛋白は見逃しやすいとも聞きました。
ドクタードクター
大事な点だね。多発性骨髄腫の免疫グロブリン軽鎖は、血中で過剰に作られて尿細管の回収能力を超えて出てくる、いわゆるオーバーフロー型の蛋白尿だ。試験紙で陰性なのに定量で蛋白が多いときは要注意。ほかに、発熱や激しい運動、起立に伴う生理的な一過性蛋白尿もある。最後にネフローゼ症候群では、分子量の大きいIgGと小さいトランスフェリンの漏れ方を比べた選択性指数を求めることがあり、0.2以下の高選択性なら微小変化型が典型で、ステロイドがよく効くことが予測できる。
医学生医学生
蛋白尿を見たら、どこで漏れているのか、回収で失敗しているのか、それとも血中で作られすぎているのかを考えればいいんですね。
ドクタードクター
その整理ができれば、検査の選び方も治療の理由もつながってくるよ。

まとめ

尿蛋白量は、糸球体での濾過量と近位尿細管での再吸収量の2段階で決まります。濾過量を左右するのは、糸球体内圧、基底膜のサイズバリア・チャージバリア、ポドサイトのスリット膜の機能であり、近位尿細管が障害されるとβ2-ミクログロブリンなどの低分子蛋白が回収されず尿中に増えます。尿浸透圧は集合管での水の再吸収で変わるもので、随時尿の蛋白濃度を見かけ上変えるものの排泄量そのものは変えないため、尿蛋白/尿クレアチニン比で補正して評価します。ACE阻害薬やARBが糸球体内圧を下げて蛋白尿を減らすことや、オーバーフロー型の蛋白尿の存在もあわせて押さえておくと、蛋白尿の病態を部位ごとに整理でき、検査・治療の選択に役立ちます。

解答・解説

正解はaです

尿中に排泄される蛋白の量は、大きく分けて「糸球体でどれだけ蛋白が濾過されるか」と「濾過された蛋白を尿細管がどれだけ回収(再吸収)できるか」の二つの過程で決まる。

糸球体での濾過量を左右する因子

糸球体の濾過障壁は、内側から有窓性の毛細血管内皮細胞、糸球体基底膜(GBM)、糸球体上皮細胞(ポドサイト)の足突起とその間をつなぐスリット膜の3層からなる。この障壁は分子の大きさ(サイズバリア)と電荷(チャージバリア)によって血漿蛋白、とくにアルブミンの通過を妨げている。障壁の構造が壊れれば蛋白の透過性が上がり、また障壁が正常でも糸球体毛細血管内の圧(糸球体内圧)が高まれば、蛋白を押し出す力が強くなって濾過量は増える。

尿細管での再吸収を左右する因子

健常者でも少量のアルブミンや低分子蛋白(β2-ミクログロブリン、α1-ミクログロブリンなど)は糸球体を通過するが、その大部分は近位尿細管でエンドサイトーシスにより取り込まれ分解される。近位尿細管が障害されるとこの回収が不十分となり、低分子蛋白を中心とした蛋白尿(尿細管性蛋白尿)が出現する。 以上から、糸球体内圧、基底膜の透過性、ポドサイト機能、尿細管機能はいずれも尿蛋白量を規定する因子である。一方、尿浸透圧は遠位尿細管から集合管での水・電解質の調節によって変化するもので、蛋白の濾過や再吸収の量には関与しない。

選択肢考察

  1. ○a.  尿浸透圧

    尿浸透圧は主にNa+などの電解質と尿素の濃度で決まり、抗利尿ホルモン(ADH、バソプレシン)の作用下で集合管が水をどれだけ再吸収するかによって変動する。この部位では蛋白の濾過・分泌・再吸収は行われないため、1日に排泄される蛋白の総量は尿浸透圧によって変わらない。なお、随時尿で測る蛋白「濃度」は尿が濃縮・希釈されることで見かけ上変動するが、これは排泄量そのものの変化ではない。この見かけの変動を補正するために、尿蛋白/尿クレアチニン比(g/gCr)が用いられる。したがって尿蛋白量を決定する因子ではなく、本問の正解である。

  2. ×b.  糸球体内圧

    糸球体毛細血管の内圧が上がると、濾過障壁を通して蛋白を押し出す力が増し、アルブミンなどの濾過量が増加する。輸入細動脈の拡張や輸出細動脈の収縮は糸球体内圧を高める。糖尿病性腎症や肥満、腎機能低下時の残存ネフロンでみられる糸球体過剰濾過では、この機序が蛋白尿の一因となる。ACE阻害薬やアンジオテンシンII受容体拮抗薬(ARB)が輸出細動脈を拡張させて糸球体内圧を下げ、尿蛋白を減らすのはこの関係を利用している。したがって尿蛋白量を決定する因子である。

  3. ×c.  尿細管機能

    糸球体で濾過された低分子蛋白(β2-ミクログロブリン、α1-ミクログロブリンなど)や少量のアルブミンは、近位尿細管でメガリン・キュビリンを介したエンドサイトーシスによって再吸収される。近位尿細管が障害されるとこの再吸収が減り、尿中へ排泄される蛋白が増える(尿細管性蛋白尿)。Fanconi症候群、尿細管間質性腎炎、カドミウム中毒(イタイイタイ病)などが代表例で、尿中β2-ミクログロブリンの上昇が指標となる。したがって尿蛋白量を決定する因子である。

  4. ×d.  糸球体基底膜の蛋白透過性

    糸球体基底膜はIV型コラーゲンやラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカンなどからなり、網目構造によるサイズバリアとして働く。また、陰性荷電を帯びた成分によって、同じく陰性荷電をもつアルブミンを反発させるチャージバリアとしても働くと考えられている。基底膜の構造や荷電が障害されて透過性が高まると、アルブミンなどの濾過が増え、蛋白尿が増加する。Alport症候群(IV型コラーゲン遺伝子異常)や膜性腎症などで基底膜の変化がみられる。したがって尿蛋白量を決定する因子である。

  5. ×e.  糸球体上皮細胞〈ポドサイト〉機能

    ポドサイトは基底膜の外側(尿腔側)を覆い、隣り合う足突起の間にネフリンやポドシンなどからなるスリット膜を形成している。スリット膜は蛋白の濾過を防ぐ最終的なサイズバリアであり、濾過障壁の中でも最も重要と考えられている。ポドサイトが障害されると足突起が消失(癒合)してスリット膜の構造が崩れ、大量の蛋白が尿中に漏れる。微小変化型ネフローゼ症候群や巣状分節性糸球体硬化症(FSGS)、先天性ネフローゼ症候群(ネフリン遺伝子異常)がその代表である。したがって尿蛋白量を決定する因子である。

蛋白尿の分類

・糸球体性蛋白尿:濾過障壁の障害や糸球体内圧の上昇によって起こる。アルブミンが主体で、多量になりやすい(ネフローゼ症候群では1日3.5g以上)。 ・尿細管性蛋白尿:近位尿細管での再吸収障害によって起こる。β2-ミクログロブリンやα1-ミクログロブリンなどの低分子蛋白が主体で、量は通常少ない(1日1〜2g程度まで)。 ・腎前性(オーバーフロー型)蛋白尿:血中で低分子蛋白が過剰に産生され、尿細管の再吸収能力を上回って排泄される。多発性骨髄腫のBence Jones蛋白(免疫グロブリン軽鎖)、横紋筋融解症のミオグロビン、血管内溶血のヘモグロビンなど。 ・腎後性蛋白尿:尿路の炎症や腫瘍、出血に由来する。 ・生理的蛋白尿:発熱、激しい運動、起立(起立性蛋白尿)などに伴う一過性のもので、病的意義は乏しい。

尿蛋白の評価

随時尿の試験紙法は主にアルブミンに反応し、尿の濃縮・希釈の影響を受ける。また、Bence Jones蛋白などの軽鎖は検出しにくい。定量には24時間蓄尿か、随時尿での尿蛋白/尿クレアチニン比(g/gCr)を用いる。後者は1日排泄量のおおよその推定値となる。

蛋白尿の選択性

ネフローゼ症候群では選択性指数(selectivity index:SI)を求めることがある。SIは(尿中IgG/血中IgG)÷(尿中トランスフェリン/血中トランスフェリン)で計算する。分子量の大きいIgG(約15万)が分子量の小さいトランスフェリン(約8万)に比べてどれだけ漏れにくいかを示す指標であり、SIが0.2以下を高選択性とする。高選択性は微小変化型ネフローゼ症候群で典型的にみられ、ステロイドがよく効くことを予測する指標となる。

POINT

・尿蛋白量は「糸球体での濾過量」と「近位尿細管での再吸収量」で決まる。 ・濾過量を左右する因子:糸球体内圧、基底膜の透過性(サイズバリア・チャージバリア)、ポドサイト(スリット膜)の機能。 ・近位尿細管障害では低分子蛋白(β2-ミクログロブリンなど)が尿中に増える。 ・尿浸透圧は随時尿の蛋白濃度を見かけ上変えるが、蛋白の排泄量は変えない。これを補正するのが尿蛋白/尿クレアチニン比。 ・ACE阻害薬やARBは糸球体内圧を下げることで蛋白尿を減らす。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。