尿的生成和排出课件

尿的生成和排出 Urine Formation and Excretion,第 八 章,(一)泌尿: 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。 (二)内分泌: 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等。,尿的生成过程：,肾小球的滤过作用,肾小管和集合管的分泌作用,肾小管和集合管的重吸收作用,第二节 肾小球的滤过功能,第一节 肾的功能解剖和肾血流量,第六节 清 除 率,第四节 尿液的浓缩和稀释,第五节 尿 生 成 的 调 节,第三节 肾小管和集合管转运功能,第七节 尿 的 排 放,第一节 肾脏的功能解剖和血液循环特点,Internal structure of the kidney,一、肾的功能解剖,(一)肾单位的构成,肾小体,肾小球,肾小囊,肾小管,近端小管,髓袢细段,远端小管,袢升细段,袢升粗段,远曲小管,袢降粗段,近曲小管,袢降细段,肾小体(renal corpuscle),肾单位分类,皮质肾单位 Cortical nephron,近髓肾单位 juxtamedullary nephron,数量,多(85-90%),A口径,少(10-15%),体积,较大,较小,A入 A出 21,A入 A出,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,长,多,少,(二)球旁器(juxtaglomerular apparatus),球外系膜细胞 (extaglomerular mesangial cell),致密斑 (macula densa),球旁细胞(juxtaglomerular cell),主要分布于皮质肾单位,球旁器,（三）肾脏的神经支配和血管分布,交感神经 分布广泛 调节肾血流,肾素释放,重吸收,滤过率等,肾动脉,叶间动脉 弓状动脉 小叶间动脉,入球小动脉,肾小球毛细血管网,出球小动脉,肾小管周围毛细血管网 (直小血管),静脉,二、肾血流量的特点及其调节,（一）肾血流量的特点 肾血流量大 流量心输出量1/41/5 血液分布不匀 皮质外髓内髓 = 9451 两套毛细血管，压力高低不同 肾小球毛细血管网高利于滤过 肾小管毛细血管网低利于重吸收 血流量在一定范围内相对稳定 在80-180mmHg范围内，通过自身调节保持稳定,（二）肾血流量的调节,1.自身调节：,在没有外来神经支配的情况下，肾血流量在动脉血压一定的变动范围内(80-180mmHg)能保持恒定的现象，称为肾血流量的自身调节。,肌源学说： 当A压A管壁平滑肌紧张性而收缩血管口径 血流阻力肾血流量保持稳定,管-球反馈： 当肾血流量和肾小球滤过率 致密斑感受到远曲小管液Na+Cl- 降低入球小动脉阻力,肾素释放,血管紧张素,出球小动脉收缩,肾血流量和肾小球滤过率恢复,2.神经和体液调节：,交感N兴奋 肾血管收缩 肾血流量降低 应急时NE、E、VP、A分泌肾血管收缩 肾血流量降低 前列腺素、一氧化氮 肾血管舒张 肾血流量增加,正常情况下,肾脏血流量靠自身调节保持稳定;紧急情况下,神经体液调节使全身血液再分配,肾脏血流量改变,第二节 肾小球的滤过功能,肾小球滤过： 指血液流过肾小球时,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,3,原尿 = 血浆的超滤液,conclusion,肾小球滤过膜结构 从里向外可分三层结构：,一、滤过膜及其通透性,肾小球毛细血管壁内皮细胞（endothelial cell）,基膜(basement membrane)-主要屏障,肾小囊脏层足细胞 (podocyte cell)-附加屏障,机械屏障:溶质分子的半径不同,2.滤过屏障的通透性特征：,2.0nm能自由通过 半径 2.04.2nm能部分通过 4.2nm完全不能通过,Albumin 3.6nm MW 96000, 电屏障:溶质分子所带电荷不同,入球端,有效滤过压 = 6.0 (2.67+1.33) = 2.0kPa(15mmHg),0有滤液生成,出球端,有效滤过压 = 6.0(4.67+1.33),= 0kPa(0mmHg),= 0无滤液生成,二、滤过的动力-有效滤过压,有效滤过压=毛细血管压 （血浆胶体渗透压+囊内压）,特点：正常时，毛细血管压和囊内压基本不变，胶体渗透压易变（胶体物质滤不出）。,特点：正常时，出球段除血浆流量快时外,一般无滤出，故为滤过的贮备段。,滤过平衡： 有效滤过压=0,入球端,出球端,1.肾小球滤过率（glomerular filtration rate,GFR) 概念：单位时间内两肾生成的超滤液量 GFR两肾原尿量 ml/min125ml/min= 180L/d,三、肾小球滤过功能的度量指标,2.滤过分数(glomerular filtration fraction GFF),概念：GFR与每分钟肾血浆流量的百分比。, 125660 100, 19,GFF GFR肾血浆流量100,在单位有效滤过压作用下,单位时间经过滤过膜滤过的液体量. Kf =k(滤过膜的有效通透系数) s(滤过膜面积),3.滤过系数(Kf),1.有效滤过压,有效滤过压=肾小球Cap血压(血浆胶体渗透压+囊内压),1.肾小球Cap血压 如：大失血交感 N 、NE Cap.收缩 高Bp病晚期肾A入硬化而缩小,2.血浆胶体渗透压 如：快速大量输液稀释胶渗压,3.囊内压 如：结石、肿瘤,四、影响肾小球滤过的因素,2.肾小球血浆流量,结论： RPF COP速慢滤过平衡位置近出球A端GFR；反之则GFR。,由图可见：三条曲线分别代表不同肾小球血浆流量(RPF)时血浆胶体渗透压(COP)上升的斜率。 曲线A: RPF COP速快 曲线C: RPF COP速慢 曲线B:正常RPF时COP速正常,面积,机械屏障作用血尿 （如：肾炎时因免疫反应蛋白分解酶的释放 导致滤过膜孔、裂增大）,静电屏障作用蛋白尿 （如：肾炎时带负电荷的糖蛋白减少或消失）,滤过面积GFR尿量,正常时肾小球都活动滤过面积=1.5m2,通透性,急性肾炎毛细血管腔狭窄或阻塞,Kf =k(滤过膜的有效通透系数) S(滤过膜面积),3.滤过系数(Kf),小结：影响滤过的因素,第三节 肾小管与集合管的物质转运功能,一、肾小管和集合管中物质转运的方式,比较原尿与终尿量： 原尿量 =125ml/min6024= 180L/d 终尿量 =1-2L/d,重 吸 收,比较原尿与终尿中成分的质和量：,血浆、原尿和终尿主要成分比较(g/L) 成 分 血浆 原尿 终尿 浓缩倍数 蛋白质 80 微量 0 - 葡萄糖 1 1 0 - Na+ 3.3 3.3 3.5 1.1 Cl- 3.7 3.7 6.0 1.6 K+ 0.2 0.2 1.5 7.5 尿酸 0.02 0.02 0.5 25.0 尿素 0.3 0.3 20.0 67.0 肌酐 0.01 0.01 1.5 150.0 氨 0.001 0.001 0.4 400.0,蛋白质、葡萄糖原尿中有终尿中无(=重吸收) 肌酐、氨原尿中微量终尿中大量(=分泌),分 泌:指小管上皮细胞将一些物质经顶端膜分泌入管腔的过程。,重吸收:指小管上皮细胞将原尿中某些成分重新摄回血液的过程。,肾小管和集合管中物质转运的方式：,重吸收的途径,跨细胞途径,细胞旁途径,重吸收的方式,被动转运： （passive transport）,原发主动转运 继发主动转运,主动转运： （active transport）,单纯扩散和易化扩散,渗透和溶剂拖曳,胞饮:,继发性主动转运,同向转运（symport）,逆向转运（antiport）,二肾小管和集合管中各种物质 的重吸收和分泌,葡萄糖氨基酸完全重吸收 钠离子可全部或大部被重吸收 尿素部分重吸收 肌酐完全不吸收,重吸收特点,选择性重吸收,(一) Na+的重吸收,近端小管 70% 部位 髓袢 20% 远曲小管和集合管 12% (可调节),髓袢升支细段 被动重吸收为主 方式 其余 主动重吸收为主,超滤液中99%的Na+被重吸收,Na+在近端小管重吸收特点,恒定比率重吸收,无论GFR或近曲小管对溶质和水的重吸收量是定比重吸收的： 重吸收量/滤过量6570%,顶端膜： Na+分别与葡萄糖、氨基酸等同向耦联转运 Na+与H+逆向耦联转运,近端小管（70%）,前半段：主动过程,基底侧膜：Na+-K+泵,Cl-顺浓度差经紧密连接处重吸收管两侧电位差Na+顺电位差经紧密连接处重吸收。,后半段：被动过程为主,髓袢降支细段： 对Na+不通透,髓袢升支细段： 对Na+高度通透： 顺浓度差被动重吸收小管液渗透压渐,髓袢（20%）,髓袢升支粗段： 主动重吸收,仅以Na+-K+-2Cl-同向转运体方式进行继发性主动转运,呋喃苯胺酸(furosemide),重吸收的机制：主动重吸收,远曲小管初段： 顶端膜：Na+-Cl-同向 转运进入细胞内 基底侧膜：Na+泵,远曲小管和集合管（12%）,噻嗪类(thiazide)利尿剂,远曲小管后段和集合管：,顶端膜：主要通过Na+通道 进入细胞内 基底侧膜：Na+泵,氨氯吡咪(amiloride),主细胞,无回漏现象:因远曲小管和集合管上皮细胞的紧密连接对离子(如Na+、K+、Cl-)的通透性低。 重吸收的量可被调节：醛固酮可增加顶端膜上的Na+通道数目，促进Na+易化扩散进入细胞；还可增强基底侧膜Na+泵的活性。,重吸收特点,(二) Cl-的重吸收 被动重吸收为主,除髓袢升支粗段为主动重吸收外，其余皆为被动重吸收。,(三) H2O的重吸收,重吸收机制: 被动过程（渗透作用）,重吸收途径： 细胞旁路 H2O通道,重吸收量不随机体的需要而调节,近端小管：恒定比率重吸收（70%）,球-管平衡现象 重吸收量始终为滤过量的6570%,髓袢降支细段：对水高度通透 经水通道以渗透方式重吸收小管液渗透压渐,髓袢升支细段：对水不通透,髓袢升支粗段：对水不通透,髓袢（15%）,远曲小管后段和集合管： 顶端膜有抗利尿激素（ADH）调控的水通道调节水的重吸收,远曲小管后段和集合管（20%）,远曲小管初段： 对水仍不通透, 重吸收量根据机体的需要而被调节 重吸收量对终尿量的影响很大,(四) HCO3-的重吸收(完全),近端小管80% 被动过程,特 点,不是以HCO3-的形式而是 以CO2的形式重吸收的,HCO3-的重吸收与Na+-H+ 逆向交换呈正相关,HCO3-的重吸收优先于Cl- 的重吸收,H+泵 与HCO3-结合 H+进入小管 与HPO42- 结合 H+- K+ ATP酶 与NH3结合,髓袢,远端小管和集合管:闰细胞,升支粗段为主(机制同近端小管),远端小管和集合管:主细胞 (机制同近端小管),(五)H+的分泌,近端小管、髓袢升支粗段 Na+-H+交换 远曲小管、集合管 闰细胞 H+泵、H+- K+ ATP酶，主细胞Na+-H+交换,1.机制:,2.特点:,泌H+与重吸收HCO3-、Na+呈正相关 泌H+促HCO3-重吸收排酸保碱 泌H+与泌K+呈负相关 泌H+是有限度的: 小管液pH值4.5时,泌H+停止,1.机制:单纯扩散,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,(六)NH3和NH4+的分泌, 泌NH3与泌H+呈正相关： 即泌NH3促进H+-Na+交换，促进排酸保碱,调节机体酸碱平衡，促进HCO3-的重吸收 NH3扩散的量决定于小管液与管周液的pH值：小管液pH值较低时，NH3较易扩散。 正常时NH3只在远端小管和集合管分泌;酸中毒时,近端小管也分泌。,2.分泌特点:,原尿中的K+ ： 约65-70在近端小管被重吸收 约25-30%在髓袢被重吸收,(七) K+的重吸收和分泌,重吸收机制:主动过程 K+管内 K+管外140 (4mol/L) (150mol/L),终尿中的K+ ： 主要是由远曲小管和集合管分泌的,Na+-K+交换 K+管内K+细胞内 基底侧膜Na+-K+泵对Na+的主动重吸收,K+的分泌：远端小管和集合管的主细胞,1.机制:,K+顺电-化学梯度分泌入小管液, 泌K+与泌H+呈负相关 Na+-K+交换与Na+-H+交换有竟争抑制 酸中毒: Na+-H+,Na+-K+泌K+高血钾症 高血钾症: Na+-K+,Na+-H+泌H+酸中毒,2.特点:, 多吃多排、少吃少排、不吃也排 当大量使用利尿药时, 防止低血钾症的发生,(1)细胞外液K+升高: 刺激钠钾ATP酶 增高顶端膜钾通透性 刺激醛固酮的分泌,3.刺激钾分泌的因素,(3)小管液流量增加,(2)醛固酮,1.部位: 仅限于近端小管(尤其前半段),顶端膜： 葡萄糖与Na+依赖载体的同向偶联转运入细胞内,基底侧膜： 葡萄糖顺浓度差经载体易化扩散进入细胞间隙,(八)葡萄糖和氨基酸的重吸收,2.机制: 继发性主动转运,3.特点：具有一定的限度,葡萄糖吸收极限量(transport maximum of glucose, TmG):当全部肾小管对葡萄糖的吸收能力都达到极限,尿中的糖量与滤出的增多量相等时的血糖浓度。 正常值： 成年男性为375mg(2.68mmol)/min 成年女性为300mg(1.67mmol)/min,肾糖阈 ( renal glucose threshold ）:尿中刚刚出现糖时的血糖浓度(或不出现尿糖的最高血糖浓度)。 正常值：160180mg/100ml（8.910.1mmol/L）,（九）钙的重吸收,近端小管 70% (1)溶剂拖曳(80%) (2)跨细胞途径: 顶膜:顺电化学梯度(浓度梯度和电梯度) 基底侧膜:钙泵和钠钙交换 逆电化学梯度出细胞,远端小管和集合管9% 跨细胞途径 逆电梯度进行的主动转运,髓袢升支粗段20% 被动重吸收和主动重吸收都有,(1)甲状旁腺素(PTH): 促进钙的重吸收,减少钙排泄 血钙浓度升高 血磷浓度降低 PTH分泌减少 钙排泄增多 (2)细胞外液增加,动脉血压升高 水钠重吸收减少,钙的重吸收也减少 (3)血浆pH 酸中毒 钙重吸收增加 碱中毒 钙重吸收减少,Ca2+排泄的影响因素,进入体内的某些物质如青霉素、酚红和大多数利尿药等，由于与血浆蛋白结合而不能通过肾小球滤过，均在近曲小管被主动分泌。,(十)一些代谢产物和进入体内的异物的分泌,渗透性利尿剂 （甘露醇）,三、影响肾小管和集合管重吸收与分泌的因素,(一)小管液中溶质的浓度,渗透性利尿 (osmotic diuresis),1g溶质，约需溶解于15ml水,糖尿病,当小管液溶质,管内渗透压,肾小管和集合管对水的重吸收,尿量,Na+被稀释浓度,Na+重吸收,渗透性利尿机制,静脉输入甘露醇,血容量,G F R （但管周毛细血管的血流量与血压的程度 以及血浆胶渗压的程度不明显）,肾小管内溶质、渗透压,肾小管(尤其近曲小管)对水的重吸收,小管液中Na+(因被稀释),Na+重吸收(扰乱球-管平衡),尿 量,1.概念： 指近曲小管对溶质、水的重吸收量与肾小球滤过量之间保持一定的平衡关系的现象。 实验证明，无论GFR或近曲小管对溶质和水的重吸收量是定比重吸收的： 重吸收量/滤过量6570% 2.机制： 管周毛细血管压和胶体渗透压的改变,(二)球-管平衡,在肾血流量不变的前提下,当GFR时,管周毛细血管压,Na+、H2O重吸收,重吸收率/滤过率6570 （球-管平衡）,胶体渗透压,小管旁组织间液入毛细血管量,在肾血流量不变的前提下：,3.意义： 使尿中排出的溶质和水不会因GFR的增减而出现大幅度的变动。,summary,Na+重吸收,H2O重吸收,近端小管水的重吸收量对终尿量的影响不大，而终尿量主要取决于远曲小管和集合管对水的重吸收量。,第四节 尿液的浓缩和稀释,尿渗压血渗压高渗尿尿浓缩 如：大量出汗、呕吐、腹泻缺水 尿渗压血渗压低渗尿尿稀释 如：大量输液、饮水多水 尿渗压血渗压等渗尿肾功 如：肾衰,正常尿液的渗透压：501200mOsm/(KgH2O),概 述,正常：10001500ml/24h 多尿：尿量长期保持在2500ml/24h以上 少尿：100500ml/24h 无尿：少于100ml/24h,2.肾髓质高渗梯度的状况 先决条件,尿液的浓缩和稀释决定于,1.髓袢、集合管U形结构的 逆流系统 结构基础,3.血液ADH的浓度 对水重吸收的调节作用,1.髓袢、远曲小管和集合管的通透性:,一.肾髓质高渗梯度的形成,2.肾髓质高渗梯度形成机制,髓袢降支细段： 对NaCl不易通透 对尿素不易通透 对水高度通透,水被重吸收 管内浓度倍增 (管内为高渗梯度) (钠盐管内 钠盐管外) (尿素管内 尿素管外,髓袢升支细段： 对NaCl高度通透 对尿素中等通透 对水不通透,由肾内髓高渗梯度已形成,NaCl向管外扩散 尿素向管内扩散 管内浓度倍减 (但仍为高渗梯度) (管外为高渗梯度) (管内钠盐 渐) (管内尿素 渐),髓袢升支粗段： 对NaCl主动转运 对尿素不通透 对水不通透 NaCl向管外扩散 管内浓度倍减 (管内为低渗液) (管外为高渗梯度) (钠盐管内钠盐管外),肾外髓高渗梯度已形成,对NaCl主动转运 对尿素不通透 对水不通透 (有ADH时通透) NaCl向管外扩散 管内浓度倍减 (管内为低渗液) (管内尿素浓度增加),远曲小管和皮质集合管：,内髓质集合管： 对NaCl主动转运 对尿素易通透 (尿素浓度高) 对水不易通透 (有ADH时通透) NaCl向管外扩散 尿素向管外扩散 形成肾内尿素循环 (管外为高渗梯度), 条件： .髓袢升支粗段、远曲小管、皮质与外髓集合管尿 素均不通透； .髓袢升支细段对尿素易通透； . 内髓集合管对尿素易通透+尿素高(当ADH时 远曲小管和集合管对水的通透性尿素),肾内尿素循环：,作用： 进一步增强肾内髓高渗梯度,过程： 尿素出内髓集合管入髓袢升支细段经髓袢升支粗段、远曲小管、皮质与外髓集合管内髓集合管,肾内尿素循环：, 形成肾髓质高渗梯度的物质： 外髓：主要是NaCl 内髓：主要是NaCl+尿素,summary, 形成肾髓质高渗梯度的决定因素： 逆流系统+各段对物质的选择性通透逆流倍增现象,二.直小血管的逆流交换作用：,降支 升支,同水平组织间液的渗透压 直小血管 直小血管,尿素和NaCl 尿素和NaCl 入直小血管 出直小血管 水出直小血管 水入直小血管,当升支离开外髓时带走的溶质水维持髓质高渗梯度,尿液在逆流系统内流动,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),尿液浓缩和稀释的过程,尿液渗透压的变化为：髓袢降支细段由等渗递增式高渗 髓袢升支细段为递减式高渗 髓袢升支粗段为递减式低 渗 远曲小管为低渗 皮质部集合管低渗,三、影响尿液浓缩和稀释的因素,1.影响肾髓质高渗形成的因素 如：髓袢的长短 外髓部Na+和Cl-的重吸收 尿素的浓度和集合管对尿素的通透性,2.影响远端小管末端和集合管对水通透性的因素 如：血管升压素,3.直小血管对肾髓质高渗梯度维持的影响 如：血流量增加和血流速度过快时，肾髓质浓度梯 度下降,1.有效滤过压,有效滤过压=肾小球Cap血压(血浆胶体渗透压+囊内压),1.肾小球Cap血压 如：大失血交感 N 、NE Cap.收缩 高Bp病晚期肾A入硬化而缩小,2.血浆胶体渗透压 如：快速大量输液稀释胶渗压,3.囊内压 如：结石、肿瘤,四、影响肾小球滤过的因素,第五节,尿生成的调节,肾交感神经的作用: 肾交感N兴奋释放NE 收缩肾A，入球A出球A，GFR 刺激球旁细胞，肾素释放增加 直接作用于肾小管，增加近球小管和髓 袢对Na+、水的重吸收,一 神经调节,(一)血管升压素（vasopressin VP） 抗利尿激素（antidiuretic hormone ADH）,二 体液调节,ADH合成 下丘脑视上核/室旁核 释放 垂体后叶 受体 V1(血管平滑肌) V2(远端小管,集合管),1 .ADH的作用,(1) 提高远曲小管和集合管对水与尿素的通透性 （对尿素作用局限在内髓集合管）AQP-2 (2) 增强髓袢升支粗段对Na+与Cl-的主动重吸收,ADH 远曲小管、集合管对水重吸收 尿液浓缩,ADH远曲小管、集合管对水通透性远曲小管、集合管对水重吸收尿液稀释,2.刺激ADH分泌的因素：,血浆晶体渗透压 (1-2),循环血量 (5-10),ABp,恶心,A 低血糖 疼痛、应激药物,中枢 渗透压感受器,心肺容量 感受器,动脉压力 感受器,下丘脑 视上核 (主) 室旁核 (次),中枢 渗透压感受器,血浆晶体渗透压 (1-2),循环血量 (5-10),心肺容量 感受器,动脉压力 感受器,ABp,心房钠尿肽乙醇,+,+,+,+,+,+,+,下丘脑-垂体束,A D H,垂体后叶,渗透压感受器 位于下丘脑第三脑室前腹侧部 敏感性高 对钠氯最敏感,甘露醇和蔗糖也可,对葡萄糖和尿素无反应,水利尿,肾上腺皮质球状带,血K+、Na+,肾素,血管紧张素原,血管紧张素,血管紧张素,血管紧张素,醛 固 酮,ACTH,肺血管紧张素转换酶,(二)肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS),1.组成成分,2.血管紧张素对尿生成的调节：, 刺激近曲小管重吸收NaCl； 刺激肾上腺皮质合成与释放醛固酮； 可引起血管(入球和出球小动脉）