解剖学と生理学I (日本語)

宇宙の物質—砂の粒から星まで—は物質と呼ばれています。, 科学者たちは、物質を空間を占め、質量を持つものと定義します。 オブジェクトの質量とその重量は関連する概念ですが、全く同じではありません。 オブジェクトの質量は、オブジェクトに含まれる物質の量であり、オブジェクトの質量は、そのオブジェクトが地球上であろうと、宇宙空間の無重力環境であろうと同じです。 一方、オブジェクトの重量は、重力の引きの影響を受けるその質量です。 重力が物体の質量を強く引っ張るところでは、その重量は重力がそれほど強くないところよりも大きくなります。, 特定の質量の物体は、月の重力が地球の重力よりも小さいため、例えば、地球の重さよりも月の重さが小さくなります。 言い換えれば、重さは可変であり、重力の影響を受けます。 地球のポンドの重量を量るチーズの部分は月の少数のオンスだけ重量を量る。

元素と化合物

自然界のすべての物質は、元素と呼ばれる92の基本的な物質の一つまたは複数で構成されています。, 要素は、通常の化学的手段では作成または分解できないという事実によって、他のすべての物質と区別される純粋な物質です。 あなたの体は、その構成要素から生命に必要な化合物の多くを組み立てることができますが、要素を作ることはできません。 彼らは環境から来なければなりません。 あなたが取らなければならない要素のよく知られた例は、カルシウム（Ca++）です。 カルシウムは人体に不可欠であり、骨の強化を含む多くのプロセスに吸収されて使用されます。, 乳製品を消費するときあなたの消化器系は血流に交差するには十分に小さい部品に食糧を破壊する。 これらの中にはカルシウムがあり、それは元素であるため、さらに分解することはできません。 従ってチーズの元素カルシウムはあなたの骨を形作るカルシウムと同じである。 その他の要素もしれまでお馴染みの酸素、ナトリウム、およびます。 人体の元素は、酸素（O）、炭素（C）、水素（H）、窒素（N）から始まり、表1に示されています。, 各要素の名前は、一文字または二文字の記号に置き換えることができます。 あなたの体のすべての要素はあなたが食べる食糧およびあなたが呼吸する空気から得られる。

自然界では、要素は単独ではめったに発生しません。 代わりに、それらは結合して化合物を形成する。 化合物は、化学結合によって結合された二つ以上の元素からなる物質である。 例えば、化合物グルコースは重要な体燃料である。 それは常に同じ三つの元素で構成されています：炭素、水素、および酸素。, さらに、任意の所与の化合物を構成する元素は、常に同じ相対量で生じる。 グルコースでは、十二の水素単位ごとに常に六つの炭素と六つの酸素単位があります。 しかし、正確には、これらの要素の”単位”は何ですか？

原子と亜原子粒子

原子は、その要素のユニークな特性を保持する要素の最小量です。 言い換えれば、水素の原子は水素の単位であり、存在することができる水素の最小量です。 ご想像のとおり、原子はほとんど計り知れないほど小さいです。, この文の終わりの期間は、何百万もの原子が広がっています。

原子構造とエネルギー

原子はさらに小さな亜原子粒子で構成されており、陽子、中性子、電子の三つのタイプが重要です。 正に荷電した陽子および非荷電（”中性”）中性子の数は、原子に質量を与え、原子の核内のそれぞれの数が元素を決定する。 光速に近い速度で核の周りを”スピン”する負に帯電した電子の数は、陽子の数に等しい。, 電子は陽子または中性子の約1/2000の質量を持っています。

図1は、原子の構造を想像するのに役立つ二つのモデルを示しています—この場合、ヘリウム（He）。 惑星モデルでは、ヘリウムの二つの電子がリングとして描かれた固定軌道で核を周回していることが示されています。 このモデルは原子構造を可視化するのに役立ちますが、実際には電子は固定軌道で移動するのではなく、いわゆる電子雲の中で核の周りを不規則に

図1. 原子構造の二つのモデル。, (a)惑星モデルでは、ヘリウムの電子は、太陽を周回する惑星のように、核から正確な距離にあるリングとして描かれた固定軌道で示されています。 （b）電子雲モデルでは、炭素の電子は、時間の経過とともに核から異なる距離にあるさまざまな場所に示されています。

原子の陽子と電子は電荷を運びます。 陽子は、それらの正電荷を有する、p+と命名される。 負電荷を有する電子は、e–と命名される。 原子の中性子は電荷を持たない：それらは電気的に中性である。, 反対の電荷が引き付けるので磁石が鋼製冷蔵庫にくっつくのと同じように、正に帯電した陽子は負に帯電した電子を引き付ける。 この相互引力は原子にある程度の構造安定性を与える。 正に帯電した核による引力は、電子が遠くに迷うのを防ぐのに役立ちます。 中性原子内の陽子と電子の数は等しく、したがって、原子の全体的な電荷はバランスがとれています。

原子番号と質量数

炭素の原子は炭素に固有のものですが、炭素のプロトンはそうではありません。, 一つのプロトンは、それが炭素、ナトリウム（Na）、または鉄（Fe）の原子中に見出されているかどうか、別のものと同じです。 同じことが中性子と電子にも当てはまります。 だから、何が要素にその独特の特性を与えるのでしょうか？ 答えは、それぞれが含む陽子の固有の量です。 定義による炭素は、その原子が六つの陽子を含む要素です。 他の元素は、その原子に正確に六つの陽子を持っていません。 また、炭素のすべての原子は、あなたの肝臓や石炭の塊で見つかったかどうか、六つの陽子が含まれています。, したがって、原子の核内の陽子の数である原子番号は、要素を識別する。 原子は通常、陽子と同じ数の電子を持っているので、原子番号は通常の電子数も識別します。

それらの最も一般的な形式では、多くの元素はまた、陽子と同じ数の中性子を含んでいます。 例えば、炭素の最も一般的な形態は、その核内の12の亜原子粒子の合計のために、六つの中性子だけでなく、六つの陽子を持っています。 要素の質量数は、その核内の陽子と中性子の数の合計です。, したがって、炭素の質量数の最も一般的な形式は12です。 （電子は質量がほとんどないので、原子の質量にはかなり寄与しません。）炭素は比較的軽い元素である。 対照的に、ウラン（U）は238の質量数を有し、重金属と呼ばれる。 その原子番号は92（それは92陽子を持っています）ですが、146中性子を含んでいます;それはすべての自然発生する要素の中で最も質量を持っています。,

図2に示す元素の周期表は、自然界に見られる92個の元素と、実験的に発見されたいくつかのより大きく不安定な元素を識別するチャートです。 元素は原子番号の順に並んでおり、表の上部には水素とヘリウムがあり、下にはより巨大な元素があります。 周期表は、各元素について、化学記号、原子番号、および質量数を識別し、他の元素と反応する傾向に応じて元素を編成するため、有用な装置である。, 元素中の陽子と電子の数は等しい。 陽子と中性子の数は、いくつかの元素に対して等しいかもしれないが、すべてに対して等しいわけではない。

図2. の周期表の要素です。 (credit:R.A.Dragoset,A.Musgrove,C.W.Clark,W.C.Martin)

同位体

各元素は固有の数の陽子を持っていますが、異なる同位体として存在することができます。 同位体は、異なる数の中性子によって互いに区別される元素の異なる形態の一つである。 炭素の標準的な同位体は12Cであり、一般的には炭素十二と呼ばれている。 12Cは六つの陽子と六つの中性子を持っており、質量数は十二である。, 炭素の同位体はすべて同じ数の陽子を持っているため、13Cは七つの中性子を持ち、14Cは八つの中性子を持っています。 元素の異なる同位体は、質量数をハイフンで示すこともできます（たとえば、12Cの代わりにC-12）。 水素は、図3に示すように、三つの共通の同位体を持っています。

図3. 水素の同位体。 1Hと指定されたプロトウムは、一つの陽子と中性子を持っていません。 それははるかに自然の中で水素の最も豊富な同位体です。 2Hと指定された重水素は、一つの陽子と一つの中性子を持っています。, トリチウムは3hと指定され、二つの中性子を持っています。

中性子の通常の数よりも多くを含む同位体は、重い同位体と呼ばれます。 例としては14Cがあり、重い同位体は不安定である傾向があり、不安定な同位体は放射性である。 放射性同位体は、核が容易に崩壊し、亜原子粒子と電磁エネルギーを放出する同位体である。 異なる放射性同位体（放射性同位体とも呼ばれる）は、半減期が異なり、同位体の任意のサイズのサンプルの半分が崩壊するのにかかる時間である。, 例えば、水素の放射性同位体であるトリチウムの半減期は約12年であり、試料中のトリチウム核の半分が崩壊するまでに12年かかることを示している。 放射性同位体への過度の曝露は、ヒト細胞に損傷を与え、癌および先天性欠損症を引き起こすことさえあるが、曝露が制御されると、いくつかの放射性同位体が医学に有用である可能性がある。 詳細については、キャリア接続を参照してください。

キャリア接続：インターベンショナル放射線科医

放射性同位体の制御された使用は、疾患の医学的診断と治療を進めています。, Interventionalの放射線科医は放射を含む最小限に侵略的な技術の使用によって病気を扱う医者です。 かつて長くて外傷性の手術でしか治療できなかった多くの状態は、コスト、痛み、入院期間、および患者の回復時間を削減し、非外科的に治療すること 例えば、過去には、肝臓に一つ以上の腫瘍を有する患者のための唯一の選択肢は、手術および化学療法（癌を治療するための薬物の投与）であった。, いくつかの肝腫瘍は、しかし、外科的にアクセスすることは困難であり、他の人は、肝臓のあまりを削除するために外科医を必要とする可能性があり さらに、化学療法は肝臓に対して非常に有毒であり、特定の腫瘍はとにかくそれにうまく反応しない。 いくつかのそのようなケースでは、interventional放射線科医は、腫瘍が成長し続けるために必要な血液供給を妨害することによって腫瘍を治療することができる。 放射線塞栓と呼ばれるこの手順では、放射線科医は、患者の血管のいずれかを通る細い針で肝臓にアクセスする。, 放射線科医はそれから腫瘍を供給する血管に小さい放射性”種”を挿入します。 処置に続く数日および数週間で、種子から放出される放射線は血管を破壊し、治療の近くの腫瘍細胞を直接死滅させる。

放射性同位体は、イメージング技術によって検出および追跡することができる亜原子粒子を放出する。, 医学における放射性同位元素の最も先進的な用途の一つは、放射性グルコース、細胞がエネルギーのために使用する単純な糖の非常に小さな注射の体の活動を検出する陽電子放出断層撮影（PET）スキャナです。 ペットカメラは、患者の組織のどれが最もグルコースを占めているかを医療チームに明らかにする。 したがって、最も代謝的に活性な組織は、画像上に明るい”ホットスポット”として現れる（図4）。 ペットで明-癌化質量で癌細胞のグルコースを消費で高率な燃料を迅速に再現。●,

図4. ペットスキャン ペットは癌性ティッシュに特徴である比較的高いブドウ糖の使用があるボディの区域を強調します。 このPETスキャンは、大きな原発腫瘍が他の部位に広がっている部位を示します。

電子の振る舞い

人間の体内では、原子は独立した実体として存在しません。 むしろ、それらは常に他の原子と反応してより複雑な物質を形成し、分解しています。, を十分に理解し解剖学や生理学な状況の把握原子に参加しな反応です。 鍵は電子の振る舞いを理解することです。

電子は原子の核から一定の距離を離れて剛体軌道に従わないが、電子殻と呼ばれる空間の特定の領域内にとどまる傾向がある。 電子殻は、異なるエネルギー準位で核を取り囲む電子の層である。,

人体に見られる元素の原子は一から五の電子殻を持っており、すべての電子殻は最初の殻を除いて八つの電子を保持しています。 電子殻のこの配置は、すべての原子で同じです。 シェルの正確な数は、原子中の電子の数に依存する。 水素とヘリウムはそれぞれ一つと二つの電子を持っています。, 元素の周期表を見てみると、水素とヘリウムは一番上の列の両側に単独で置かれています。 第二のシェルは、水素やヘリウムよりも大きなすべての元素の電子を保持するために必要です。

図5. 電子シェル。 電子は電子殻と呼ばれるエネルギーの異なるレベルで原子核を周回します。 （a）一つの電子では、水素はその電子殻を半分充填するだけである。, ヘリウムはまた、単一の殻を有するが、その二つの電子は完全にそれを埋める。 （b）炭素の電子は、その最初の電子殻を完全に満たすが、その第二の半分しか満たさない。 （c）ネオン、体内に発生しない元素は、その電子殻の両方を充填し、10個の電子を持っています。

リチウム(Li)は原子番号が3で、三つの電子を持っています。 これらの二つは、第一の電子シェルを埋め、第三は第二のシェルにオーバーこぼれます。 第二の電子殻は、八つの電子と同じくらい多くを収容することができ, 炭素は、その六つの電子で、完全にその最初のシェルを埋め、その第二を半分に満たします。 十電子で、ネオン（Ne）は完全にその二つの電子殻を満たしています。 繰り返しますが、周期表を見ると、リチウムからネオンまでの第二列のすべての元素は、ちょうど二つの電子殻を持っていることがわかります。 十以上の電子を持つ原子は、二つ以上の殻を必要とします。 これらの要素は、周期表の第三およびそれに続く行を占める。

原子が化学反応に関与する傾向を最も強く支配する要因は、その原子価殻中の電子の数である。, 原子価シェルは、原子の最も外側の電子シェルです。 その電子が他の原子の電荷によって核から引き離されることはほとんどありませんことを意味します。 価電子殻がいっぱいでない場合、原子は反応性であり、それは価電子殻をいっぱいにする方法で他の原子と反応する傾向があることを意味する。 その一つの電子がその原子価殻を半充填するだけで、水素を考えてみましょう。 この単一電子は他の元素の原子との関係に引き込まれる可能性が高いため、水素の単一原子価殻を安定化させることができます。,

すべての原子（単一の電子殻を持つ水素とヘリウムを除く）は、原子価殻に正確に八つの電子があるときに最も安定です。 この原理はオクテットルールと呼ばれ、原子が他の原子と電子をあきらめたり、得たり、共有したりすることで、それ自身の原子価殻に八つの電子が生じることになると述べている。 例えば、その原子価殻に六つの電子を持つ酸素は、八に数をもたらし、酸素の原子価殻に二つの電子を添加することになるような方法で他の原子と反応, 二つの水素原子がそれぞれ酸素と単一の電子を共有すると、共有結合が形成され、その結果、水の分子H2Oが形成される。

自然界では、ある元素 例えば、炭素は一般的に水素の四つの原子とリンクすることによって、その原子価シェルを埋めます。 そうすることで、二つの要素はまた、地球上で最も豊富で安定な炭素containing有化合物の一つである有機分子、メタンの最も単純なを形成します。 上記のように、別の例は水であり、酸素はその原子価殻を埋めるために二つの電子を必要とする。, これは、一般的にH2Oを形成し、水素の二つの原子と相互作用します。 したがって、水素は”水メーカー”です。”