レビュー論文
ナトリウム・ホメオスタシス：生命に必要なバランス
Sodium Homeostasis, a Balance Necessary for Life
By Antonio Bernal, Maria A. Zafra, Maria J. Simón and Javier Mahia
Nutrients 2023;15:395 2023.01.12
要約
体内のナトリウム濃度は、生物が正しく機能するために狭い範囲内に維持されなければならない(ナトリウム恒常性)。ナトリウム障害には、尿崩症のようにこの溶質の濃度上昇(高ナトリウム血症)も含まれる。したがって、体内のナトリウム濃度のバランスは、ナトリウムの摂取と排泄の間に微妙な平衡を維持する必要がある。塩(NaCl)の摂取は、舌と消化器系の受容体によって処理され、神経経路(脊索鼓膜/迷走神経)を介した眼内臓器および領域ポストレマを含む。傍上腕核、前座腔、内側結節乳頭核、正中隆起、脳室傍および視索上核、および線条終末の床核、中心扁桃体、腹側被蓋領域などの報酬特性を持つ他の構造の関与を含む恒常性ナトリウム摂取を刺激または阻害する回路が形成される。最後に、腎臓は神経信号(腎交感神経など)と血管(腎臓灌流圧など)および体液性(レニンーアンジオテンシンーアルドステロン系、心臓ナトリウム利尿ペプチド、抗利尿ホルモン、オキシトシンなど)因子を使用して、ナトリウムの排泄または保持を促進し、それによって細胞外液量を維持する。これらの摂取および排泄プロセスはすべて化学メッセンジャーによって調節され、その多く(例えば、アルドステロン、アンジオテンシンⅡ、およびオキシトシン)は、ナトリウム恒常性を確実にするために末梢および中枢レベルで調整される効果を有する。
１．はじめに
ナトリウムは、高塩食が有害であることを考えると、健康に拮抗すると見なされることがよくある。しかし、NaClに対する食欲は生来のメカニズムであるように思われ、塩摂取量の増加は脱水症から保護するのに役立つ可能性がある。このイオンを適切な濃度(ナトリウム・バランス)に維持することは、生存に必要な適応プロセスであるだけでなく、ハイドロミネラル恒常性(ナトリウムおよび体液バランス)の必須成分でもある。
ナトリウムは細胞外液中の主要な陽イオンであり、関連する陰イオンとともに細胞外液浸透圧の90％を構成する。体液全体の3分の1強を含む細胞外液のナトリウム濃度は約144 mOsm/Lである。残りの体液のほとんどは細胞内液に含まれており、これはナトリウム濃度が低い(10 mOsm/L)。これらの水とナトリウム濃度の維持は適切な細胞機能に不可欠であり、細胞膜は溶質に対する透過性が低いため、水は浸透によって溶質濃度の低い領域から高い領域に移動し、浸透細胞外液と細胞内液濃度を等しくする。したがって、ナトリウムは電解質と水分のバランスを維持するために不可欠である。
ナトリウム・バランスは腸に吸収されたナトリウム量と、尿、糞便、皮膚を介して排泄される量の差である。本レビューでは、神経インパルスの発生、心臓活動、一部の代謝機能など、この陽イオンに関連する他の機能については扱っていない。
2つの生理学的メカニズムが、ナトリウム・バランスとハイドロミネラルの恒常性を変化させる可能性がある(図1を参照、省略)。最初のものは細胞外空間に蓄積し、細胞から細胞外空間への水の移動につながるNaClの摂取によって主に決定され、細胞の脱水を引き起こす。この状況では、ナトリウムの食欲が抑制され、その排泄が増加し(ナトリウム利尿)、水分の摂取が促進され、水分の排泄が減少する(抗利尿)。逆に細胞外液浸透圧/ナトリウム血症の低下は水分摂取の抑制と利尿の促進につながり、ナトリウムの食欲を高め、ナトリウム利尿を抑制する。2つ目のメカニズムは、細胞外液の構成要素の1つである血管内液の喪失(血液量減少)に起因する。下痢、嘔吐、出血、発汗、腎疾患、心血管障害は、血管内容積の減少に伴うことがある。血液量減少は、ナトリウムと体液を調節するための代償行動および生理学的反応を引き起こす。これらには、特に血管内液と同じ濃度の塩化ナトリウム(0.15 M)を含む等張飲料に対するナトリウムの渇きと食欲、および水とナトリウムを保持するための抗利尿および抗ナトリウム利尿反応が含まれる。逆に細胞外液血液量増加症は、水分とナトリウムの摂取量を減らし、利尿とナトリウム利尿を増加させる。
本レビューでは、最初にNaCl摂取プロセス(行動メカニズム)と、中枢神経系に情報を伝達する神経および体液性経路について説明する。次に、ナトリウム・バランスを監視し、塩摂取を刺激または阻害する脳回路を調べる。最後に、腎臓からのナトリウム排泄の過程(生理学的メカニズム)について述べる。
2．行動メカニズム：ナトリウム摂取
2.1. 口腔内の検出と処理
2.2. 胃腸系におけるナトリウムの検出と処理
3．中枢神経系
3.1. 周室器官と孤立路の核
3.2. 興奮性回路と抑制回路
3.3. ナトリウム摂取調節における視床下部後部
4．生理学的メカニズム：腎臓とナトリウムの排泄
4..1. レニンーアンジオテンシン系
4.2. アルドステロン
4.3. 褥瘡
4.4. 交感神経系
4.5. 心臓ナトリウム利尿ペプチド
4.6. 抗利尿ホルモン
4.7. オキシトシン
4.8. 塩過剰症と高血圧
5．結びの言葉
ナトリウムは生命に不可欠であり、その調節は、主に腎臓(生理学的要素)によって制限される。その摂取(行動要素)とその損失のバランスに依存する。多くの脳構造が、恒常性および快楽因子に従ってナトリウム濃度のモニタリングおよび摂取を刺激または阻害するための回路の形成に関与している。
上記のプロセスに関与する化学物質の多くは、協調的に作用する。それらは、行動成分を調節する神経伝達物質としての脳内効果、口腔および胃腸管へのホルモン作用、ナトリウム空腹を調節し、腎臓に対する生理学的成分(ナトリウム利尿)を調節する役割を担っている。ナトリウム欠乏動物では、アルドステロンは味細胞に作用することによってナトリウムに対する味覚反応を高め、腸上皮での取り込みを増加させる。中枢神経系では、アルドステロンは孤立路の吻側核の活性を調節することによってナトリウム摂取を刺激する。最後に、ネフロンに作用することによってナトリウム再吸収を増加させる。アンジオテンシンⅡはまた、ナトリウム欠乏動物のナトリウムに対する味覚反応を増加させ、ナトリウム摂取を刺激する円蓋下器官のグルタミン酸作動性ニューロンを活性化し、ナトリウム再吸収を増強する腎臓作用を有する。したがって、アルドステロンおびアンジオテンシンⅡは血液量減少および低ナトリウム血症状態から生物を保護し、一方、他の化学物質は血液量増加および高ナトリウム血症から生物を保護する。これは外側傍腕核に作用してナトリウム摂取を阻害し、腎臓に作用してナトリウム排泄を刺激するオキシトシンの場合である。
ナトリウム・ホメオスタシスに加えて、これらおよび他の脳構造および化学メッセンジャーは、他の密接に関連するプロセスの調節(例えば、水分恒常性および心血管調節)に関与し、直接的および間接的効果の区別を妨げる。このように図1(省略)に示すように、体内のナトリウム濃度の変動は、この溶質の摂取と排泄だけでなく、体液の摂取と排泄にも影響を及ぼす。