生理学ppt：尿的生成和排出.ppt

第八章 尿的生成和排出 概 述 排泄：机体将物质代谢的终产物和进入体 内的异物以及过剩的物质，经血液 循环排出体外的过程 排泄途径：呼吸器官 消化器官 皮肤 肾 肾脏是最重要的排泄器官，其排泄量大 种类多，有选择性 肾脏的功能 1、通过尿的生成和排出可实现的功能 排泄代谢废物和摄入体内的异物 调节机体的水、电解质、渗透压的平衡 调解酸碱平衡 2、内分泌作用：能生成和释放多种生物活性物质，比如 erythropoietin, renin, 1,25-二羟D3，prostaglandins, kinins 3、参与心血管活动的调节，肾脏还是糖异生的场所之一。 尿生成的过程 肾小球的滤过生成原尿 肾小管的重吸收 肾小管的分泌和排泄 生成终尿 第一节 肾的功能结构和肾血流量 一、肾的功能解剖 （二）球旁器 （一）肾单位和集合管 （三）滤过膜 一、肾的功能解剖 （一）肾单位和集合管 肾单位 肾小体 肾小球 肾小囊 肾小管 近端小管 近曲小管 近曲小管直段 髓袢降支细段 髓袢升支细段 髓袢升支粗段 远端小管 远曲小管 髓袢细段 皮质肾单位 近髓肾单位 肾单位 球旁细胞（肾素） 致密斑（感受小管液中NaCl 的浓度） 球外系膜细胞（吞噬作用） （二）球旁器： （juxtaglomerular apparatus） 致密斑（MD）在髓袢升支粗段，由一群独特的肾小管 上皮细胞组成 三层结构： 内层毛细血管的内皮细胞 中间层基膜（纤维网结构） 外层肾小囊脏层上皮细胞足突裂孔膜 其中基膜是机械屏障的主要部分 (三)滤过膜 内层 内皮细胞上有直径为70 90nm的小孔，称为 窗孔(fenestration)。表 面有一层带负电荷的糖 蛋白。 中间层 有直径为28nm的 多角型网孔。含带负 电的蛋白质。是机械 屏障的主要部分。 外层 肾小囊脏层足细胞 足突相互交错形成 滤过裂隙膜上有4 11nm的小孔。 机械屏障和电学屏障 在内层及基膜层均覆盖 有带负电荷的糖蛋白 三层机械屏障结构 滤过效应 分子量大于70000的物质完全不能通过 电学屏障限制带负电荷的大分子通过 滤过膜的通透性 (四)肾脏的神经支配和血管分布 主要是交感神经 节后末梢释放去甲肾上腺素 调节肾血流量,肾小球滤过率,肾小管 的重吸收和肾素的释放 1.神经支配 肾血管分配 l肾动脉 l叶间动脉 l弓状动脉 l小叶间动脉 l入球小动脉肾 小球毛细血管网 出球小动脉 l肾小管周毛细血 管网或直小血管 l静脉 2.肾脏的血管分布 管周毛细血管网 肾小球毛细血管网 直小血管 肾血液循环的特点 （一）血流量大，主要分布在皮质 安静时：两肾血流量1200ml/min (占心输出量20 % 50%) 流经肾皮质血流量为肾血流量的94% (二)两套相互串联毛细血管网 （两者由出球小动脉相连） 1. 肾小球毛细血管网的血压高 入球小动脉分支构成 （入球小动脉粗短、出球小动脉细长） 有利于滤过 2. 肾小管周围毛细血管网的血压低 出球小动脉分支形成 有利于重吸收 二、肾血流量及其调节 1.自身调节（肌源学说；管球反馈） 2.神经和体液调节 lBP80 180mmHg范围内 波动时，肾血流量维持相对 恒定，GFR保持相对稳定 。 l意义：自身调节使肾血流量 与肾泌尿功能相适应。 1.自身调节 1.自身调节 肌源学说 灌流压80180mmHg 入球小动脉收缩，血流减少 灌流压18080mmHg 入球小动脉舒张，血量保持 灌流压180mmHg 入球小动脉收缩达极限 管球反馈（Tubuloglomerular feedback） （1） 概念：肾小管内液体量变化影响肾小球 滤过率和肾血流的现象。 （2） 机制：肾血流、肾小球滤过率 小 管液流量到达致密斑的 NaCl致密斑发出信息肾血流 肾小球滤过率 （3）意义：保持肾血流、肾小球滤过率、小 管液相对恒定 机制机制： 肾血流量和肾小球滤过率 到达远曲小管致密斑的小管液NaCl 肾血流量和肾小球滤过率恢复正常 反馈抑制 意义：维持肾小球滤过率的相对恒定。 当肾血流量增加时，肾小球滤过率也 增加，流经远曲小管的小管液量也增 加，致密斑部位NaCI含量升高，致密 斑发出信息刺激颗粒细胞释放肾素， 导致局部生成血管紧张素，血管紧 张素引起入球小动脉收缩，口径缩 小，阻力增加，从而使肾血流量和肾 小球滤过率恢复至原来水平。此外， 肾内产生的腺苷和儿茶酚胺等也参与 管-球反馈。 机机 制制： （三）肾血流量的神经和体液调节 神经调节： 肾交感神经活动加强，肾血管收缩，肾血流量减少 体液调节： 肾上腺素、血管紧张素、血管升压素等使肾血管收 缩 ； PGE2和I2、CO等使肾血管舒张 第二节 肾小球的滤过功能 第二节 肾小球的滤过作用 第二节 肾小球的滤过功能 滤过作用（glomerular filtration）： 血浆中的水和小分子物质经滤过膜进入肾 小囊腔形成原尿的过程 原尿：就是血浆的超滤液（ultrafiltrate） 第二节 肾小球的滤过功能 肾小球滤过率（glomerular filtration rate）: 单位时间内两肾生成的原尿量（125ml/min） 滤过分数（filtration fraction）： 肾小球滤过率与每分钟的肾血浆流量的比值 125/660*100%=19% 第二节 肾小球的滤过作用 促进滤过的动力： 肾小球毛细血管血压 肾小囊内液的胶渗压 阻止滤过的阻力： 血浆胶渗压 肾小囊内压 第二节 肾小球的滤过作用 一、有效滤过压 （effective filtration pressure） 有效滤过压=肾小球毛细血管血压- （血浆胶渗压+肾小囊内压 ） 滤过平衡（filtration equilibrium） 肾小球毛细血管全长 都有滤过作用，但只 有有效滤过压为零前 的一段毛细血管才产 生滤过作用 滤过系数（Kf) 定义：是指在单位有效滤过压的驱动 下,单位时间内经过滤过膜的液体量. Kf = 滤过膜的有效通透系数 滤过膜 的面积 第二节 肾小球的滤过作用 二、影响肾小球滤过的因素 1. 肾小球毛细血管血压 2. 血浆胶体渗透压 有效滤过压 3. 肾小囊内压 4. 5. 滤过系数 有效滤过压=肾小球毛细血管血压-（血浆胶渗压+肾小囊内压） 肾血浆流量 与滤过平衡有关 第三节 肾小管和集合管的物质 转运功能 概 述 滤液量：180L/day 尿量:1.5L/day 重吸收率:99% 重吸收 Reabsorption : 小管液中的物质进入血液的过程。 分泌 Secretion: 小管上皮细胞产生的物质或血液中的物质进 入小管液中的过程。 一、肾小管和集合管中物质的转运方式： 被动转运 主动转运 扩散 溶剂拖曳(solvent drag) 渗透 离子泵 继发性主动转运 物质转运 简单扩散 易化扩散 两种转运途径： 跨细胞途径 （transcellular pathway） 细胞旁路 （paracellular pathway） （一）NaCl和水 （二）HCO3-的重吸收与H+，NH3的分 泌分泌 （三）Ca2+, K+的重吸收 二、肾小管和集合管中各种物质 的重吸收与分泌 二、肾小管和集合管中各种物质 的重吸收与分泌 （一）NaCl和水 近端小管 65 %70% (等比等渗重吸收) 髓袢 20 % 远曲小管和集合管 12 % 主动重吸收 （调节性重吸收） 1.近端小管NaCl和水的重吸收机制1 近端小管前半段： l 管腔膜： Na+-营养物 协同转运体 Na+-H+ 交换载体 l 基底侧膜：Na+泵 l Cl-未被重吸收 1.近端小管NaCl和水的重吸收机制2 近端小管后半段： l Na+的重吸收： 跨细胞途径（Na+-H+ 交换） 细胞旁路 (Cl顺浓度梯度 Na+顺电势梯度) l Cl -的重吸收： 跨细胞途径（HCO3- Cl -）交换 细胞旁路 Cl- HCO3- K+ Cl- 近端小管重吸收Na+的特点 等比等渗重吸收 6570% 与机体是否需要Na+无关 2/3 跨细胞 主动形式 1/3 细胞旁路 被动形式 伴随H+的分泌以及营养物质重吸收 2、髓袢升支粗段NaCl和水的重 吸收机制 H2O NaCl NaCl H2O NaCl H2O l 降支细段：对NaCl的通 透性低，对水通透性高 l 小管液NaCl浓度 高 l 升支细段：对NaCl的通 透性高，对水通透性低 l 小管液NaCl浓度 低 l 升支粗段：同向转运体 Na+: 2Cl: K+ 髓袢升支粗段Na+-K+-2Cl-同向转运体 速尿 3、远端小管和集合管 调节性重吸收部位 NaCl： 重吸收滤过 量的1012%，受醛 固酮调节。 水：重吸收滤过量的 1520% ，受抗利 尿激素调节。 NaCl H2O H2O H2O NaCl （1）远曲小管始段 lNa+-Cl-同向转运体，基 底侧膜上有Na+ 泵； l噻嗪类利尿药抑制Na+- Cl- 同向转运体。 l远曲小管始段对水相对 不通透。 3、远端小管和集合管续1 3、远端小管和集合管续2 (2)远曲小管后段、集合管 主细胞（principle)： 管腔膜上有Na+通道；基底侧膜有 Na+泵。 主动重吸收Na+,产生电位梯度 伴K+的分泌 Cl-经细胞旁路被动重吸收 H2O 近端小管: 65% 跨细胞途径： AQP1（ aquaporina ，水孔蛋白 ） 细胞旁途径 髓袢（降支细段）：20% 远曲小管和集合管 : 12% 通过渗透被动转运 跨细胞途径： AQP1 跨细胞途径: AQP2 存在于集合管管腔膜 由抗利尿激素（ antidiuretic hormone , ADH ）调节 等渗重吸收 非等渗重吸收 Fig. Mechanism of ADH on water reabsorption Tubular fluid Tubular epithelial Cell blood （二） HCO3-的重吸收与H+的分泌 Tubular Lumen Tubular Lumen Interstitial Fluid Interstitial Fluid Tubular CellTubular Cell ATPATP NaNa + + HCOHCO 3 3 - - NaNa + + H H+ + HCOHCO 3 3 - - + + H H2 2 COCO 3 3 H H2 2 O+COO+CO 2 2 COCO2 2 + H + H 2 2 O O H H2 2 COCO 3 3 CACA HH+ + + HCO + HCO 3 3 - - K+ X HCOHCO 3 3 - - Cl- 1、近端小管： l重吸收80%-90% l以CO2 形式、 优先于Cl- （乙酰唑胺） （二） HCO3-的重吸收与H+的分泌-2 2、髓袢 升支粗段：重吸收15% 机制同近端小管. 3、远端小管和集合管 : 润细胞主动分泌H+。 生理意义：维持体内酸碱平衡 (三）NH3的分泌与 H+、 HCO3-的转运关系 谷氨酰胺 谷氨酰胺酶 谷氨酸根 NH4+ + -酮戊二酸NH4+ 2HCO3- NH4+通过Na+-H+逆向转运体(多 ） NH3单纯扩散（少） HCO3-与Na+通过基底侧膜进入 组织间液 近端小管：（管腔膜NH4+通透性高） 集合管（管腔膜对NH3通透性更高） 谷氨酰胺脱氨 脱氢生成 2NH4+, 2HCO3- 分泌NH3 分泌部位：远曲小管、集合管 酸中毒时，近端小管也分泌NH3 分泌机制： 生理意义：分泌H+和NH3促进NaHCO3重吸收 “排酸保碱” 第三节 重吸收及分泌 NH3: simple diffuse NH4+ : Na + -NH4+ exchange （四）K+的重吸收和分泌 部位: 近端小管（67%） 机理: 主动转运（机制不清） 终尿中的K+主要为远曲 小管集合管主细胞分泌 重吸收 K+的分泌 分泌的动力来自： Na+顺电化学梯度通过管腔膜Na+通道主动重 吸收，管腔呈负电性 基侧膜Na+ 泵使小管上皮细胞内K+浓度提高 主细胞分泌K+的影响因素： 细胞外K+浓度、醛固酮、小管液流量 细胞外K+浓度刺激 分泌K+机制： 刺激Na+泵； 顶端膜对K+的通透性增高； 醛固酮分泌增多 醛固酮的作用机制: 刺激Na+泵 增加管腔膜Na+通道数目 增加ATP生成量 （五）Ca2+的重吸收和排泄 钙的重吸收 近端小管： 80%细胞旁途径（溶剂拖曳方式） 20%跨细胞途径（顺电化学梯度） 钙的排泄的影响因素： 甲状旁腺激素（PTH）钙重吸收增加 细胞外液量增多钙重吸收减少 （醛固酮释放减少，水吸收减少等） 血浆PH值降低钙重吸收增加 (血浆游离钙增加） (六)葡萄糖及其他物质的重吸收 重吸收部位：仅限于近端小管 （主要在近曲小管） 重吸收机制：继发性主动转运 肾糖阈（renal glucose threshold） 尿中开始出现葡萄糖时的最低血糖浓度 葡萄糖的吸收极限量： 两肾全部近端小管在单位时间内能重吸 收葡萄糖的最大量 第四节 尿的浓缩和稀释 50mOsm/L 300mOsm/L 1200-1400mOsm/L 1/6 1 4-5 低渗尿 等渗尿 高渗尿 尿的浓缩和稀释作用 主要发生在远端 小管和集合管受 抗利尿激素的调 节 主要发生在远 端小管和集合 管受抗利尿激 素的调节 近端小管：等渗(原尿) 髓袢降支细段：高渗 髓袢升支细段和升支粗段：低渗 远曲小管、集合管：主要稀释 和浓缩尿液 定比重吸收 （不可调节） 可调节 尿的浓缩和稀释作用 什么是肾髓质渗透浓度梯度? 肾髓质渗透浓度梯度是如何形成的? 肾髓质渗透浓度梯度是如何维持的? 需解决: 尿的浓缩和稀释作用 （一）肾髓质渗透浓度梯度的概念 （二）肾髓质渗透浓度梯度的形成 肾小管各段对水和溶质的通透性不同 肾髓质渗透压梯度的形成机制 逆流倍增 机制：肾小管对钠,水选择性通透 性不一 逆流倍增：髓袢的降支和升支构 成逆流倍增系统；直小血管呈 型，也构成了逆流倍增 肾髓质高渗的形成 在图A中，U形管的升、降支之间不 能进行热量交换，所以降支中的冷水 在流到热源以前得不到加温，升支中 的水温在离开热源以后也不能降低 在图B中，U形管的升、降支之间可以 进行热量交换，冷水流过U形管的升、 降支之间能够交换热量，降支中的冷 水在进入热源以前就被升支管壁透过 来的热量所加温，而升支中的水则因 热量不断透入降支而降温 逆流倍增 肾髓质渗透压梯度的形成机制 1.外髓部渗透压梯度的形成 机制：髓袢升支粗段对Na+的主动重吸收 Cl-的继发性主动重吸收 2.内髓部渗透压剃度的形成 机制：尿素的再循环（urea recirculation） 内髓部NaCl 的扩散 前提：各段肾小管对水、尿素、NaCl通透性不同 外髓 髓袢升支粗段主动 重吸收NaCl, 对H2O 相对不通透。 髓袢升支粗段的 活动是肾髓质高渗 建立的始动能源。 NaCl H2O 肾髓质渗透压梯度的形成机制 肾髓质渗透浓度梯度的形成 小管液 髓袢升支粗段 Na+ , Cl-,主动 转运至髓质组 织间隙 水在降支细段被 重吸收 Osmotic gradient establish ed (mOsm) 更多的超 滤液流经 小管 System is in steady state Repeat Steps 4-6Repeat Steps 4-6 内髓 尿的浓缩和稀释 肾髓质高渗形成机制 (1) 尿素的循环 (2) 髓袢升支细段 对NaCl的重吸收 尿素的来源 尿素是来自蛋白质的分解代谢。正常人体内正常人体内 肾小球滤液中的尿素约有肾小球滤液中的尿素约有30% 30% 40% 40%被肾小管重被肾小管重 吸收，重吸收是被动的扩散作用吸收，重吸收是被动的扩散作用 在近端小管可以被主动转运 在近端小管后除内髓集合管可以通透外，其余各 段均不通透或只有较低通透（升支细段） ， 尿素由内段集合管扩出到髓质间隙扩入升 支细段经升支粗段进入远曲小管、集小管 尿素的循环： 尿素对于形成髓质组织间液高渗梯度起着重要尿素对于形成髓质组织间液高渗梯度起着重要 作用，故在蛋白质摄入不足时，尿浓缩能力则将作用，故在蛋白质摄入不足时，尿浓缩能力则将 减弱。减弱。 尿素的作用： H2O NaCl NaCl NaCl NaCl和尿素 被浓缩 H2O 皮质 外髓 内髓 尿素 H2O 尿素 尿素被 浓缩 尿的浓缩和稀释 肾髓质高渗的维持 直小血管的逆流 交换作用 降支：H2O出 、 NaCl和尿素进 升支：H2O进 、 NaCl和尿素出 NaCl NaCl 尿素 H2O H2O 直小血管的逆流交换作用使过剩的溶质 和H2O被带走，保持了髓质高渗 。 尿的浓缩和稀释 肾髓质高渗的维持 直小血管血流量增加时，带走溶质过多；而血流过少时， 肾 髓质供氧减少，肾小管物质转运尤其时升支粗段主动吸收NaCl受 损，都使髓质间液渗透压下降。 直小血管对尿的浓缩和稀释的影响？ 髓袢升支粗段的活动是肾髓质高渗建立的始动能 源。 同向转运体Na+: 2Cl: K+功能与钠泵活性，小 管液Na+浓度等因素有关 直小血管血流量的变化都可以导致以上因素的 变化而使得尿发生浓缩或稀释 第五节 尿生成的调节 概述 滤过：肾小球滤过率（球管平衡） (近端小管重吸收率始终占GFR的65 % 70%的现象) 重吸收： 远曲小管以前各段肾小管 远曲小管和集合管调节性重吸收 （ADH、醛固酮、心房钠尿肽） 调 节 渗透压梯度 必然性重吸收 一、肾内自身调节 （一）小管液溶质浓度 渗透性利尿：小管液溶质浓度增加、渗透压升 高，防碍水重吸收引起的尿量增多现象 e.g 糖尿病、甘露醇脱水 （二） 球-管平衡 （Glomerulotubular balance） 球-管平衡（glomerulotubular balance） 指近端小管重吸收率始终占GFR的65 % 70%的现象 ，即定比重吸收。 机制:（肾血流不改变）肾小球滤过率毛细血管压 血浆胶体渗透压 组织液回流增多组织间液静水压 回漏入肾小管腔量重吸收 意义:排尿量及NaCl排出量不因GFR变化而有大幅度波 动 （三）管-球反馈 （Tubuloglomerular feedback） 概念：肾小管内液体量变化影响肾小球滤过率和 肾血流的现象.肾血流量自身调节机制之一 . 机制： 肾血流 肾小球滤过率 小管液流量 致密斑发出信息 颗粒细胞肾素释放肾血流 肾小球滤过率 意义： 保持肾血流、肾小球滤过率、小管液相对恒定 二、神经和体液调节 （一）肾交感神经 肾交感神经支配及作用 肾血管：受体 增加肾小球入球小动脉、出球动脉张力 近球小体： 受体 增加近球细胞肾素分泌 肾小管：受体、 受体 增加肾小管Na+、H2O重吸收 体液调节ADH(antidiuretic hormone)- 合成部位 :视上核、室旁核神经元 作用： 增加远曲小管、集合管H2O重吸收(主要) 增加内髓集合管对尿素的通透性 使血管平滑肌收缩（ 大剂量） ADH合成部、释放部位 ADH的作用 增加管腔膜上水通道 的数目，提高膜对水 的通透性，增加远曲 小管、集合管H2O重 吸收。 （2）作用机制： ADH + V2受体Gs 激活ACcAMP蛋白激酶 A含水通道的小泡镶嵌在管腔膜上水的重吸收（抗 利尿） ADH + 血管平滑肌V1受体血管收缩血压升高（ 升压） LuminalLuminal membranemembrane vesiclevesicle 作用机制： 通过胞浆内第二信使cAMP 调节H2O重吸收 3. ADH分泌和释放的调节 血浆晶体渗透压、循环血量、血压 ADH 血浆晶体渗透压是调节ADH释放的重要因素 血浆晶体渗透压升高1% 下丘脑渗透压感受器 ADH分泌增加 剧痛、紧张、血管紧张素，促进ADH释放 寒冷、心房钠尿肽，抑制ADH释放 运动出汗、呕吐、腹泻 体内水分丧失 血浆晶体渗透压 ADH 集合管对水重吸收 尿液浓缩 短时间大量饮清水 血浆晶体渗透压 ADH 集合管水重吸收 尿量 （水利尿 water diuresis） （1）晶体渗透压的调节 一次饮1升清水 一次饮1升等渗盐 水 （2）血容量 心肺感受器 循环血量心肺感受器兴奋迷走传入信号 ADH释放 大失血（7%）心肺感受器刺激迷走传入 信号ADH分泌血容量 压力感受器 Bp 压力感受器 ADH 心肺感受器和压力感受器的敏感性比渗透压感受 器低（血容量降低510） （3）其他 心房利钠肽ADH 血管紧张素ADH 压力感受器 （三）肾素-血管紧张素-醛固酮系统 1、肾素-血管紧张素-醛固酮系统的组成成分 球旁细胞分泌肾素 血管紧张素原 血管紧张素I 血管紧张素II 转换酶 血管紧张素III 醛固酮分泌 2、血管紧张素的功能 对尿生成的调节 改变GFR 低浓度时：出球小动脉收缩 GFR变化不大 (出球小动脉相对入球小动脉对Ang敏感,血流量减少,但 CAP压力增高) 高浓度时：入,出球小动脉收缩 GFR减小 (血流量明显减少) 直接使近端小管重吸收NaCl(刺激Na+- H+交换) 刺激ADH的分泌，刺激醛固酮的分泌 3、醛固酮的功能 产生部位：肾上腺皮质球状带 作用：促进远曲小管、集合管的主细胞重 吸收Na+、排出K+。 机制：基因表达的学说 作用机制：醛固酮进入细胞内，与胞浆受体结合 复合物进入核内，与核内受体结合 激发DNA转录，生成mRNA 合成醛固酮诱导蛋白 增加膜上钠离子通道的数目或通道激活 增加ATP的合成，增加供能 增加基侧膜上的Na+泵的活性 Na+重吸收伴Cl-和水重吸收和K+分泌 4. 肾素分泌的调节 肾内机制 感受器： 入球小动脉牵张感受器 肾动脉灌注压入球小动脉壁受牵拉的程度肾素 致密斑 GFR致密斑（小管液Na）肾素 神经机制 交感神经兴奋释放NE 球旁细胞的肾上腺素能受体 肾素释放 体液机制 NE和PGE2和PGI2刺激肾素释放 ANG、ADH、ANP内皮素和NO抑制肾素释放 （四）心房钠尿肽 atrial natriuretic peptide， ANP 产生部位：