糸球体のふるいを通れない分子は？―サイズとチャージで読み解く濾過障壁

本問は、糸球体の濾過障壁（バリア）がどのような物質を通しにくいかを問う問題である。

糸球体濾過障壁の構造

血液は糸球体毛細血管の壁を通ってBowman腔へ濾過される。この壁は内側から、(1) 小孔（窓）をもつ毛細血管内皮細胞、(2) 糸球体基底膜（GBM）、(3) 足細胞（ポドサイト）の足突起の間にあるスリット膜、の3層からなる。この障壁は2種類の性質で物質の通過を制限している。 ・サイズバリア: 分子が大きいほど通りにくい。分子量がおよそ7,000以下（数kDa程度）の物質はほぼ自由に濾過され、分子量が大きくなるにつれて濾過されにくくなり、アルブミン（約66kDa）程度でほとんど濾過されなくなる。 ・チャージバリア: 基底膜や内皮表面がヘパラン硫酸などにより陰性に荷電しているため、陰性荷電をもつ分子は同じ大きさの中性分子より通りにくい。アルブミンが濾過されにくいのは、大きさに加えて陰性荷電の影響もある。

考え方

選択肢のうち、ナトリウム（イオン）、グルコース（分子量180）、クレアチニン（分子量113）、イヌリン（分子量約5,000）はいずれも小さく、糸球体で自由に濾過される。これに対しIgGは分子量約150kDaの大きな蛋白であり、サイズバリアによって正常ではほとんど濾過されない。したがって最も濾過されにくいのはIgGである。 なお、「濾過されるかどうか」と「尿中にどれだけ出るか」は別の問題であり、グルコースやナトリウムは濾過されたのちに尿細管でほとんど再吸収されるため尿中排泄は少ないが、濾過自体は自由に行われている点に注意する。

糸球体での濾過されやすさの目安

・分子量約7,000以下（水、電解質、尿素、グルコース、クレアチニン、イヌリンなど）: ほぼ自由に濾過され、濾液中の濃度は血漿とほぼ等しい。 ・低分子量蛋白（β2ミクログロブリン：約12kDa、α1ミクログロブリン：約30kDaなど）: かなり濾過されるが、近位尿細管でほとんど再吸収・分解される。尿細管障害があると尿中に増加するため、尿細管障害のマーカーとなる。 ・アルブミン（約66kDa）: 大きさと陰性荷電のため、正常ではごくわずかしか濾過されない。 ・IgG（約150kDa）、IgM（約900kDa）: 正常ではほとんど濾過されない。

蛋白尿の選択性（selectivity index：SI）

ネフローゼ症候群で、大分子のIgGと中分子のトランスフェリン（約80kDa）のクリアランスの比、すなわちSI＝IgGクリアランス／トランスフェリンクリアランスを求める。値が小さい（一般に0.2以下）ほど大分子が漏れにくく、高選択性蛋白尿とされる。高選択性は微小変化型ネフローゼ症候群に特徴的で、ステロイド反応性が良いことの目安になる。値が大きい低選択性蛋白尿は、膜性腎症や巣状分節性糸球体硬化症など、濾過障壁の障害が強い病型でみられやすい。

クリアランスの考え方

ある物質のクリアランス＝（尿中濃度×尿量）÷血漿濃度。自由に濾過され、再吸収も分泌もされない物質（イヌリン）のクリアランスはGFRに等しい。再吸収される物質（グルコース、ナトリウム）はGFRより小さく、分泌される物質（クレアチニン、パラアミノ馬尿酸）はGFRより大きくなる。