小腸の吸収：絨毛と拡散Absorption in the Small Intestine: Villi and Diffusion

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 血液の流れが止まってしまったら、腸内の栄養分はいつまでも同じ速さで血管に吸収され続けると思いますか。If the blood stopped flowing, do you think nutrients from the intestine would keep being absorbed into the blood at the same rate forever?💡 血管に入った栄養分が運び去られないと、血管の中の濃度はどうなっていくでしょうか。If the nutrients that enter the blood are not carried away, what will happen to the concentration inside the blood vessel?
2. 小腸の内側にたくさんの絨毛があることは、吸収にとってどんな意味があると思いますか。What do you think is the benefit of the small intestine having so many villi on its inner surface?💡 栄養分は絨毛の表面を通って血管に入ります。絨毛が増えると何が増えるでしょうか。Nutrients enter the blood through the surface of the villi. What increases when there are more villi?

2動かしてみようTry it

1. 初期状態(腸内の栄養の濃度 80、血流の速さ 5、絨毛の本数 4本)で10秒ほど観察する。青い粒子(栄養分子)が不規則に動き回り、絨毛の表面で腸内から毛細血管へ入るもの(黄色い輪)と、血管から腸内へ戻るもの(オレンジの輪)の両方があることを確かめ、「腸内濃度」「血管内濃度」「吸収速度(正味)」の数値を記録する。In the starting state (Nutrient conc. in intestine 80, Blood flow speed 5, Number of villi 4), watch for about 10 seconds. Check that the blue particles (nutrient molecules) move randomly, and that some cross from the intestine into the capillaries (yellow rings) while others go back from the blood to the intestine (orange rings). Record the "Intestine conc.", "Blood conc.", and "Net absorption" values.
2. 「絨毛の本数」を 8本、次に 1本 に変えてそれぞれ10秒ほど待ち、「吸収速度(正味)」とその下の「モデル」の式の値を比べる。Change "Number of villi" to 8, then to 1, wait about 10 seconds each time, and compare "Net absorption" and the value of the "Model" formula below it.
3. 「絨毛の本数」を 4本 に戻し、「血流の速さ」を 0 にする。30〜40秒待って、血管側に粒子がたまり「血管内濃度」が上がっていく様子と、メッセージ欄の表示の変化を観察する。Set "Number of villi" back to 4 and set "Blood flow speed" to 0. Wait 30–40 seconds and watch particles pile up on the blood side, the "Blood conc." rise, and the message box change.
4. 血流 0 のまま「腸内の栄養の濃度」を 10 に下げ、「吸収速度(正味)」の符号(+/−)とメッセージを確認する。Keeping blood flow at 0, lower "Nutrient conc. in intestine" to 10 and check the sign (+/−) of "Net absorption" and the message.
5. 「血流の速さ」を 10、「腸内の栄養の濃度」を 80 に戻し、血管内濃度が下がって吸収が再び速くなることを確かめる。Set "Blood flow speed" to 10 and "Nutrient conc. in intestine" back to 80, and confirm that the blood concentration drops and absorption speeds up again.

3確かめようCheck

1. 初期状態で、粒子はすべて腸内から血管へ一方向に動いていましたか。それでも吸収速度(正味)がプラスになるのはなぜですか。In the starting state, did every particle move one way, from the intestine to the blood? Why is "Net absorption" still positive?→ いいえ。粒子は不規則に動き、血管から腸内へ戻る粒子もある。しかし腸内濃度(80)が血管内濃度(10〜20程度)より高いので、腸内から入る粒子のほうが多く、正味ではおよそ +10 個/秒 前後の吸収になる。No. Particles move randomly, and some go back from the blood to the intestine. But the intestine concentration (80) is higher than the blood concentration (around 10–20), so more particles cross in than out, giving a net absorption of roughly +10 /s.
2. 絨毛の本数を 1本、4本、8本 にしたとき、吸収速度はどう変わりましたか。How did the absorption rate change with 1, 4, and 8 villi?→ 本数が多いほど吸収速度が大きくなった。腸内濃度 80 のとき、1本ではおよそ +2〜3 個/秒、4本では約 +10〜12 個/秒、8本では約 +18 個/秒 だった。モデルの式 0.04×(腸内濃度−血管内濃度)×本数 のとおり、本数に比例する。More villi gave a faster absorption rate. With intestine concentration 80, it was about +2–3 /s with 1 villus, about +10–12 /s with 4, and about +18 /s with 8. As the Model formula 0.04 × (intestine − blood) × number of villi shows, the rate is proportional to the number of villi.
3. 血流の速さを 0 にすると、血管内濃度と吸収速度はどうなりましたか。What happened to the blood concentration and the absorption rate when the blood flow speed was set to 0?→ 粒子が血管側に滞留して血管内濃度が 70 台まで上がり、腸内濃度 80 に近づいた。吸収速度(正味)はほぼ 0(±数個/秒)になり、「濃度の差がなくなると吸収が止まる！」と表示された。Particles piled up on the blood side and the blood concentration rose into the 70s, close to the intestine's 80. Net absorption fell to about 0 (a few /s either way), and the message "No concentration difference, so absorption stops!" appeared.
4. 血流 0 のまま腸内の栄養の濃度を 10 に下げると、何が起きましたか。What happened when you lowered the nutrient concentration in the intestine to 10 while blood flow was 0?→ 血管内濃度(約 47)のほうが高くなり、吸収速度がマイナス(約 −6 個/秒)になった。正味の移動は血管 → 腸内に逆転し、「濃度が逆転！」と表示された。時間がたつと血管内濃度は下がっていった。The blood concentration (about 47) became the higher one, and Net absorption turned negative (about −6 /s). The net movement reversed to blood → intestine and "Concentrations reversed!" appeared. Over time the blood concentration went down.

4考えようThink further

1. 体の中で血液が絶えず流れていることは、小腸での吸収にとってなぜ大切なのでしょうか。Why is the constant flow of blood in the body important for absorption in the small intestine?→ 血流が吸収された栄養分を全身へ運び去るので、毛細血管内の濃度が低く保たれ、腸内との濃度の差が続くから。差がなくなると拡散による正味の吸収は止まってしまう(血流 0 で確かめたとおり)。Blood flow carries absorbed nutrients away to the rest of the body, keeping the concentration in the capillaries low so a concentration difference with the intestine remains. Without that difference, net absorption by diffusion stops, as seen with blood flow 0.
2. 実際の小腸は内側にひだがあり、その表面に絨毛がびっしり並んでいます。このつくりは吸収にどう役立っていますか。The real small intestine has folds on its inner wall, covered densely with villi. How does this structure help absorption?→ ひだと絨毛で表面積が非常に大きくなり、同じ濃度の差でも一度に多くの栄養分が通れる。シミュレーションで絨毛の本数を増やすと吸収速度が上がったのと同じ理由である。The folds and villi make the surface area very large, so more nutrients can pass at once for the same concentration difference. This is the same reason the absorption rate rose when the number of villi was increased in the simulation.

よくある誤解Common misconceptions

• 「栄養分の粒は腸から血管へ一方向にだけ進む」という誤解。一つ一つの粒子は両方向に不規則に動いており、濃い側から通過する粒子が多いため、全体として(正味で)濃い側からうすい側へ移動する。"Nutrient particles only travel one way, from the intestine to the blood." Each particle moves randomly in both directions; because more cross from the concentrated side, the overall (net) movement is from high to low concentration.
• 「小腸は栄養分をどんどん吸い込むポンプのようなもの」という誤解。このモデルの吸収は拡散によるもので、濃度の差がなくなれば止まり、逆転すれば向きも逆になる。"The small intestine is like a pump that keeps sucking in nutrients." In this model absorption is by diffusion: it stops when the concentrations become equal and reverses when they are reversed.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)