肾脏的排泄功能

第八章 肾的排泄功能,FUNCTION OF THE KIDNEY,南通大学医学院生理学教研室,第一节 概 述,一、排泄的概念和途径,排泄(excretion)是指机体将物质代谢的最终产物、进入机体内环境的异物和有害物质以及摄入的过剩物质，经血液循环通过一定途径排出体外的过程。,机体排泄的途径：,【1】随呼吸排出CO2和少量水分；【2】由皮肤通过汗腺分泌汗液，排出一部分水分、尿素和盐类；【3】由消化道排出的主要是经肝代谢产生的胆色素和肠粘膜排出的无机盐（如钙、镁、铁等）；【4】由肾脏以尿液的形式排泄。,二、肾脏功能概述: (一)泌尿功能: 排除代谢终产物、过剩的电解质及进入体内的异物; 调节细胞外液量和血液的渗透压; 调节水、电解质和酸碱平衡。,少尿的定义24小时尿量少于500ml；每小时尿量少于15ml。,多尿的定义24小时尿量大于2500ml。,无尿的定义24小时尿量小于100ml。,(二)内分泌功能:,肾素（renin） 前列腺素（prostaglandin，PG） 促红细胞生成素（erythropoietin，EPO） 活性维生素D3 1，25-（OH）2-D3,功能：对血容量和血压起调节作用的肾素 刺激骨髓造血的促红细胞生成素 具有强烈舒血管作用的前列腺素 调节钙磷代谢的活性维生素D3,1、肾单位（nephron）,三、肾脏的功能解剖和血液循环特征,(一)肾的功能解剖,肾单位,肾小体,肾小管,肾小球,肾小囊,近曲小管,降支粗段降支细段升支细段,髓 袢,远曲小管,升支粗段,近球小管,远球小管,肾单位是肾脏结构和功能的基本单位。,滤液(原尿),滤过,肾小管,集合管,重吸收 分泌与排泄,终尿,Cortical nephron 皮质肾单位 Juxtamedullary nephron 近髓肾单位,2、两种类型的肾单位,两种肾单位比较,皮质肾单位,近髓肾单位,数量,多(85-90%),A口径,少(10-15%),肾小球体积,较大,较小,A入 A出 21,差异甚小,出球小A后的毛细血管,髓袢长度,分布于皮质部 的肾小管周围,还形成U形 的直小血管,肾素含量,短（只达外髓层）,长（深入内髓层）,多,少,主要功能,尿液生成,尿的浓缩和稀释,3、肾小球旁器(近球小体):（juxtaglomerular apparatus)主要分布在皮质肾单位,球旁（颗粒）细胞Juxtaglomerular cells是一种牵张感受器，能够分泌肾素致密斑Macula densa是钠离子浓度感受器球外系膜（间质）细胞Extraglomerular mesangial cells,（二） 肾的血液循环 renal circulation,1）血流量大：1200ml/min 占心输出量的1/5 1/4 左右。,2）皮质血流多： 皮质 94% 外髓 5-6% 内髓 1%,1、肾的血供特点,3）形成两套毛细血管网,腹主动脉,下腔静脉,肾动脉 肾静脉叶间动脉 叶间静脉弓形动脉 弓形静脉小叶间动脉 小叶间静脉入球小动脉肾小球毛细血管网 肾小管毛细血管网 出球小动脉,肾小球毛细血管内血压较高，有利于肾小球的滤过作用。,肾小管周围毛细血管内的血压较低，有利于肾小管的重吸收。,2、 肾血流量的调节,（1）自身调节（autoregulation) 使肾血流量与肾脏泌尿机能相适应。,动脉血压: 80 -180 mmHg,肾血流量相对恒定。,“肌源学说 ”（myogenic hypothesis）：,血管平滑肌紧张性,血管口径,血流阻力,动脉血压 180 mmHg 平滑肌已达收缩极限,80 mmHg 以下，180 mmHg以上：肾血流量随动脉血压的变化而变化。,肾交感N,球旁细胞,肾素,血管紧张素,肾血管 收缩,肾血流量,NE E血管紧张素血管升压素,前列腺素NO,（+）,（）,（2）神经和体液调节,紧急情况下，通过神经体液的作用，肾血流量减少，全身血液重新分配，保证心、脑等器官的血供，“移缓济急”。,在一般的血压变动范围内，肾脏依靠自身调节来保持肾血流量相对稳定，维持正常的泌尿机能；,肾血流调节的意义：,第二节 肾小球的滤过功能,Glomerular filtration,肾小球的滤过： 指血液流过肾小球毛细血管时,血浆中水分和小分子物质通过滤过膜进入肾小囊形成原尿的过程。,滤过三要素: 屏障、动力、阻力滤过的实验证据: 肾小囊微穿刺抽取液体分析发现,除蛋白质外，所含的成分及其浓度与血浆基本一致,而且渗透压和pH值也与血浆近似。,原尿(primary urine)：肾小球滤液，除蛋白质含量极少外，其他成分与血浆基本一致，渗透压与酸碱度也相似,是血浆的超滤液。小管液(tubular fluid):进入肾小管的原尿。终尿(end urine)：小管液在流经肾小管和集合管时，经过肾小管和集合管的重吸收与分泌作用最终形成终尿。,一、肾小球滤过膜的通透性,（一）肾小球滤过作用的证据,（二）滤过的结构基础（滤过膜）,毛细血管内皮 基膜 肾小囊脏层上皮细胞,1、 滤过膜（filtration membrane）的组成,2、滤过膜的通透性(permeability),二、有效滤过压 (effective filtration pressure,EFP),EFP = 动力 阻力,EFP = （肾小球毛细血管压+囊内液胶体渗透压） （血浆胶体渗透压 + 肾小囊内压）,EFP = 肾小球毛细血管压 （血浆胶体渗透压 + 肾小囊内压）,毛细血管压glomerular capillary pressure： (1) 压力较高 6.0kP(45 mmHg) (2) 入球端与出球端几乎相等,囊内压capsular hydrostatic pressure : 1.3kP(10mmHg),血浆胶体渗透压：plasma colloid osmotic pressure 入球端：3.3kP(25mmHg) 出球端：4.7kP(35mmHg),滤过平衡（filtration equilibrium）,入球端 EFP = 45 (25 + 10) = 10 (mmHg),出球端 EFP = 45 (35 + 10) = 0,三、肾小球滤过率与滤过分数,1、肾小球滤过率（glomerular filtration rate, GFR),单位时间内（min) 两肾生成的超滤液量。 1.73m2 125ml/min,一昼夜超滤液量 = 180L,2、滤过分数(filtration fraction, FF),肾小球滤过率与肾血浆流量的比值。,正常值 : 0.18 0.20,表明:流经肾脏的血浆约1/5形成原尿。,四、影响肾小球滤过的因素,（2）面积,2、有效滤过压 effective filtration pressure （1）肾小球毛细血管压 glomerular capillary pressure,全身动脉BP,自身调节范畴内,自身调节范畴外,入球小动脉收缩,出球小动脉收缩,（2）囊内压 hydrostatic pressure in Bowmans capsule,（3）血浆胶体渗透压 Plasma oncotic pressure in glomerular capillary,3、肾血浆流量renal plasma flow,主要影响滤过平衡的位置,由图可见：沿着毛细血管全长，随着水和溶质的滤出，胶体渗透压渐有效滤过压渐(=0时称滤过平衡)滤过平衡的位置决定着毛细血管滤过的长度。,由图可见：三条曲线分别代表不同肾血浆流量(RPF)时血浆胶体渗透压(COP)上升的斜率。曲线A: RPF小时 COP速度快曲线C: RPF大时 COP速度慢曲线B:正常RPF时COP速度,结论： RPF快COP速慢滤过平衡位置近出球A端GFR；反之则GFR。,第三节 肾小管与集合管的物质 转运功能,重吸收（reabsorption):小管液中的物质通过小管上皮细胞进入管周毛细血管血液的过程称为肾小管和集合管的重吸收。,一、肾小管和集合管的重吸收功能,（一）肾小管和集合管的重吸收作用的证据,1原尿与终尿量的比较,2原尿与终尿成分的比较,（二）肾小管与集合管的重吸收方式,1、被动转运 passive transport,2、主动转运Active transport,原发性主动转运 Primary active transport 继发性主动转运 Secondary active transport,（三）电解质和水的重吸收,1、Na+的重吸收,滤液中Na+ 99以上可以被重吸收近端小管重吸收的能力最大在近端小管的重吸收属于原发性主动重吸收,(1)近端小管：Na+的重吸收机制: Na+和葡萄糖同向转运 H+ - Na+交换 泵 漏模式(pump-leak model),(back-leak),H+,Na+,(2)髓袢升支粗段： “Na+ : 2Cl : K+同向转运模式” Na重吸收是主动转运，Cl - 和K+是继发性主动转运。水不被重吸收(小管液低渗)。 在尿液的浓缩与稀释机制中起重要作用,2、Cl-的重吸收,Cl-的重吸收特点：Cl-的重吸收量和各段肾小管对Cl- 的重吸收能力都与Na+的相似 除髓袢升支粗段为继发性主动重吸收外，其余皆为被动重吸收。,同向转运体 symporter,在髓袢升支粗段的管腔膜上存在着一种能同时、同方向转运Na+、Cl、K+的载体蛋白，称为同向转运体，其转运的比例为Na+2ClK+,速尿和利尿酸等利尿剂可抑制同向转运体，从而抑制了Na+、Cl、K+的转运，使NaCl的重吸收受到抑制，从而干扰了尿的浓缩机制，导致利尿。,3、H2O的重吸收 重吸收机制:被动过程（渗透作用）。 重吸收特点： 类同Na+，具球-管平衡现象，即重吸收量始终为滤过量的6570%（后述）。 近端小管对重吸收水的量与机体是否缺水无关，属于一种必然性重吸收,近端小管,特点: 重吸收量根据机体的需要而被调节，因此属调节性重吸收； 重吸收量对终尿量的影响很大。,机制:受抗利尿激素的调节 管腔膜有ADH调控的水通道(当ADH作用时，水通道便从胞浆镶嵌到管腔膜上)，调节水的重吸收。,远曲小管和集合管,4、HCO3重吸收 80 85%在近端小管重吸收 以CO2的形式进行的,5、K+的重吸收,67%在近端小管重吸收。是一个主动过程。,150 mmol/L,4 mmol/L, 4mV,0mV,是逆电化学梯度重吸收。机理？,6、葡萄糖的重吸收,在近端小管全部重吸收。 继发性主动重吸收。 与Na+同向转运密切相关。,近端小管对葡萄糖的重吸收有一定度。,血糖 160 180 mg% 200-230 mg/min,尿中见糖,肾糖阈(renal glucose threshold)：尿中不出现葡萄糖时的最高血糖浓度。The plasma lever of glucose at which glucose first appears in the urine.,葡萄糖吸收极限量：约300 mg%,同向转运体的结合位点达饱和时,葡萄糖吸收极限量,男性：375 mg/min女性：300 mg/min,二、肾小管和集合管的分泌与排泄功能,分泌(secretion)：肾小管上皮细胞通过新陈代谢，将所产生的物质排入到小管液中去的过程。,排泄(excretion)：肾小管上皮细胞将血液中某种物质直接排入到小管液中去的过程。,1、H+的分泌,（1）在近端小管 通过H+ Na+交换分泌H+,每分泌一个H+,即有一个NaHCO3重吸收回血液。H+的分泌是肾脏排酸保碱的过程。,2.NH3的分泌,小管上皮细胞内谷氨酰胺,脱氨,NH3(氨),脂溶性,肾小管腔：NH3H+,NH4+Cl-NH4Cl,单纯扩散,脱氢酶,3、K+的分泌,在远曲小管和集合管 K+的分泌与Na+的主动重吸收有密切关系，是顺电化学梯度的被动过程。,4、其它物质的排泄,三、影响肾小管和集合管转运的因素,（一）肾小管管腔中溶质的浓度,渗透性利尿（osmotic diuresis）,通过增加小管液溶质浓度和渗透压使尿量增多的方式,糖尿病diabetes 临床上使用甘露醇等可被肾小球滤过而不被肾小管重吸收的物质，利用它来提高小管液中溶质的浓度，借以达到利尿的目的。,（二）肾小球滤过率,球管平衡（glomerulotubular balance）,在正常情况下，不论肾小球滤过率有何变化，近球小管对Na+、水的重吸收总是稳定在滤过率的65%-70%（定比重吸收），这一现象称为球-管平衡。,机制：与管周毛细血管血压和胶 体渗透压的改变有关。,意义：使尿中排出的溶质和水不致因肾小球滤过率的增减而大幅度变动。,第四节 尿液的浓缩和稀释 Urine concentration and dilution,一、尿液浓缩和稀释的概念及其意义,正常情况下 : 不同程度浓缩尿饮水过多 : 不同程度稀释尿肾功能损害时 : 排出等渗尿,二、尿液浓缩、稀释的过程和机制,髓质高渗梯度,ADH,ADH,集合管对水通透性,集合管对水重吸收,低渗尿(尿稀释),集合管对水通透性,集合管对水重吸收,高渗尿(尿浓缩),(一)尿液浓缩和稀释的过程,流经髓袢升支粗段后低渗的小管液,(二)浓缩尿和稀释尿是如何形成的？,1、 肾髓质的高渗,2、管壁对水具有通透性,两个条件,形成肾髓质高渗梯度的结构基础: 近髓肾单位的髓质部分有两套“ U ”形结构。 （1）髓袢的降支和升支 （2）“ U”形直小血管,髓质渗透压梯度的形成机制： 各段肾小管对水、 NaCl和尿素的通透性不同。,逆流倍增作用 (countercurrent multiplication),表8-1 髓袢、远曲小管和集合管的通透性,逆流倍增模型,从全过程看： 外髓部(主动)：髓袢升支粗段NaCl主动重吸收(始动) 内髓部(被动)：内髓集合管顺浓度差扩散出的尿素（尿素的再循环）髓袢升支细段顺浓度差扩散出的NaCl,肾髓质渗透压梯度的维持,U形直小血管的逆流交换作用 (countercurrent exchange),ADH,三、影响尿液浓缩与稀释的因素,（一）肾髓质内渗透压梯度的改变,（三） 直小血管血流速度的改变,（二） 集合管对水的通透性改变,第五节 肾脏泌尿功能的调节Regulation of the renal function,一、神经调节,二、体液调节,(一) 抗利尿激素 (antidiuretic hormone, ADH) 血管升压素(arginine vasopressin, AVP),1、分泌和作用,2.ADH的作用机制,3、影响ADH分泌与释放的因素,（1）血浆晶体渗透压的改变,大量出汗严重呕吐 腹 泻,机体失水,血浆晶体渗透压,ADH分泌释放,肾脏重吸收水,尿量,保留体内水,大量饮清水,排出多余水,（）,（）,osmorecepter,大量饮清水后尿量增多的现象，称为水利尿(water diuresis)。,(2) 循环血量的改变,血量,左心房受到 牵张刺激,容量感受器,迷走传入冲动,下丘脑-神经垂体系统,ADH,尿量,体内水,血量,大失血,（）,（）,（+）,（）,（+）,（）,(3)其他因素,动脉血压,颈 动 脉 窦压力感受器,窦 神 经传入冲动,ADH,尿量,痛 刺 激情绪紧张血管紧张素,弱冷刺激心房利尿肽,ADH,尿量,下丘脑病变,累及下丘脑-神经垂体系统,ADH,尿量(10L/日),“尿崩症”,(二) 肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (renin-angiotensin-aldosterone system),1、系统的组成,肝脏,血管紧张素原,血管紧张素(10肽),血管紧张素(8肽),血管紧张素(7肽),肾 素(蛋白水解酶),球旁器中 球旁细胞,转换酶(肺组织),血管紧张素酶A,肾上腺皮质球状带细胞,醛固酮,“保Na+ 、保水、排K+”,2、醛固酮的基本作用,3、醛固酮的作用机理,肾素,4、醛固酮分泌的调节,（三）心钠素(cardionatrin) 心房钠