(国家精品课程生理学)尿的生成和排出

第八章 尿的生成和排出 Formation and Excretion of urine,排泄的途径,1.肾脏: 2.呼吸器官: CO2和水；挥发性药物 3.皮肤: 水、盐、少量尿素等； 4.大肠: 胆色素、钙、镁、磷、及毒物等； 5.唾液腺: 碘、铅等。,排泄excretion 物质经过血液循环由某些排泄器官向体外 排出的过程。,尿生成和排出的意义:,1. carry out the excretion of metabolic wastes, particularly nitrogenous wastes. 2. maintain the normal water-salt balance of the blood and ,as a consequence , the normal blood volume and blood pressure. 3. maintain the acid-base balance of blood.,第一节 肾功能解剖和肾血流量,一、 肾功能解剖anatomy of the kidney （一）肾单位和集合管 肾单位nephron 是肾基本功能单位。 两肾约170-240万个，与 集合管共同完成泌尿功能。,Renal cortex,medulla,pelvis,髓袢降支粗段,髓袢降支细段,Proximal convoluted tubule近曲小管,肾小囊,远曲小管 the distal convoluted tubular,髓袢升支粗段,肾小球 glomerulus,集合管,cortex,medulla,The loop of Henle,肾小体 肾小球 肾单位 肾小囊 近曲小管 肾小管 近端小管 髓袢降支粗段 髓袢细段 髓袢降支细段 髓袢升支细段 远端小管 髓袢升支粗段 远曲小管 集合管collecting duct不属于肾单位。,（二）两类肾单位,cortical nephrons juxtamedullary nephrons 皮质肾单位 近髓肾单位 数 目 占90% 10% 部 位 外皮质层 内皮质层 肾小球 体积小， 体积大， 入出=21 入出=11 出球小动 全部形成肾小管 部分形成 脉去向 周围毛细血管网 直小血管 髓 袢 短，不到内髓层 长，到内髓层,（三）球旁器 Juxtaglomerular apparatus，JGA,1 . 球旁细胞 juxtaglomerular cells 内含肾素，受交感神经支配，通过兴奋 2受体引起肾素分泌；接受致密斑传来信 号的刺激。 2 . 致密斑 macula densa 位于远曲小管起始部，高柱状，斑状隆起。 功能：感受小管液NaCl含量的变化，是Na+感 受器，将信息传给予近球细胞，调节 肾素释放。 3 . 球外系膜细胞 lacis cells 位于入球小A和出球小A间，具有吞噬功能。,Juxtaglomerular apparatus,Distal convoluted tubute,Afferent arteriole,（四） 肾神经支配,肾受交感神经支配，未发现副交感神 经支配。 起源： T12-L2 分布：肾血管、颗粒细胞 递质：去肾上腺素 作用：调节肾血流量、肾小球滤过率、 肾 小管重吸收和肾素释放。,一、 肾血液循环特征,（一）血流量大 占心输出量1/5-1/4，94%供应皮质。 （二）有两套毛细血管网 肾小球毛细血管网： 血压高，有利滤过 肾小管周围毛细血管网： 血压低，有利于重吸收,Artery,Vein,Peritubular capillary network,Glomerular capillaries,腹主动脉 汇集为静脉 肾动脉 叶间动脉 再次分支形成周围毛细血管网 （供血） 弓形动脉 出球动脉 小叶间动脉 入球动脉 肾小球毛细血管网 （实现滤过）,（三）肾血流量的调节,1、 自身调节 现象：肾动脉灌注压在80 -180 mmHg范围，肾血 流量稳定。（图） 机制：肌源学说 意义：有利于肾小球滤过。,管-球反馈 tubulogomerular feedback,2、 神经和体液调节,平时主要靠自身调节，特殊情况下（大失血、休克、缺O2）交感神经兴奋，肾上腺素和去肾上腺素分泌增加，肾血流量减少，肾素分泌增多。,Nerve impulses,剧烈活动 环境温度升高 大出血、休克、缺氧 肾交感神经兴奋 肾血流量减少，肌肉血流量增加、 皮肤血流量增加、保证心脑的血供。,与泌尿机能相适应 自身调节 与全身血液循环的调节相配合 神经-体液调节,Glomerular filtration,Tubular reabsorption,Tubular secretion,第二节 肾小球滤过功能,滤过的概念 血液流经肾小球毛细血管时，血浆中一部分水，电解质，和小分子物质通过滤过膜进入肾小囊的过程称滤过。 原尿：即从肾小球滤入肾小囊的液体，又称超滤液。,肾小球滤过率和滤过分数,（一） 肾小球滤过率 （glomerular filtration rate，GFR） 单位时间内两肾生成的超滤液量，125ml/分 （二） 滤过分数 （filtration fraction，FF） 肾小球滤过率占肾血浆流量百分比。正常值 19%,一、滤过的结构基础 滤过膜及其通透性,（一） 滤过膜结构（三层） 毛细血管内皮细胞 内 capillary endothelium 滤过膜 基膜Basal lamina 肾小囊脏层 外 Podocytes,fenestration,capillary endothelium,podocytes,Foot processes of podocytes,滤过膜通透性 取决于两方面：机械屏障和电学屏障 1. 机械屏障,3.6 6.0 8.4nm,1.0,0.5,0,(diameter),Neutral substances with effective molecular diameters of less than 4nm are freely filtered, and the filtration of neutral substance with diameters of more than 8.4nm approaches zero. Between these values, filtration is inversely proportionate to diameter.,2. 电学屏障,Sialoprotein in the glomerular capillary wall are negatively changed. The negative charges repel negatively charged substances in blood. Circulating albumin is negatively charged. Albumin with an effective molecular diameter of approximately 7nm, normally has a glo- merular concentration only 0.2% of it plasma concentration.,总结：,不同物质通过肾小球滤过膜的能力取决于被滤过物质的分子大小和所带的电荷。 分子量大，有效半径大，不易通过。同一有效半径的分子，带正电荷易通过，带负电荷不易通过。,二、 滤过的动力 有效滤过压 （effective filtration pressure）,滤过膜两侧影响物质进出的力量有 哪些呢？,有效滤过压=肾小球毛细血管压-（血浆胶体 渗透压+肾小囊内压）,血压,囊内压,血浆胶体 渗透压,滤过液中胶体渗透压可忽略不计。 肾小球毛细血管血压是滤出的唯一动力，而血浆胶渗透压和囊内压则是滤出的阻力。 由于不断生成滤过液，血液中血浆蛋白浓度逐渐增加，血浆胶体渗透压逐渐升高，有效滤过压逐渐降低。当有效滤过压下降到零时，就达到滤过平衡filtration equilibrium，滤过停止。 有效滤过压（入）= 6.0-(3.3+1.3)=1.4kpa 有效滤过压（出）= 6.0-(4.7+1.3)= 0kpa,三、 影响肾小球滤过的因素：,（一） 肾小球毛细血管血压 大失血、休克肾小球毛细血管血压有效滤过压GFR （二） 囊内压： 肾结石、肿瘤等肾小囊内压有效滤过压GFR,（三） 血浆胶体渗透压： 大量输液血浆胶体渗透压有效 滤过压GFR （四） 肾血浆流量 肾血浆流量减少血浆胶体渗透压上升 速度快很快达到滤过平衡GFR,（五） 滤过膜通透性及有效滤过面积,Albuminuria The presence of significant amounts of albumin in the urine. 急性肾小球肾炎 由于肾小球毛细血管管腔变窄或完全阻塞，以致有滤过功能的肾小球数量减少，有效滤过面积也因而减少，导致肾小球滤过率降低，结果出现少尿（每昼夜尿量在100-500ml之间）以致无尿（每昼夜尿量不到100ml）。,第三节 肾小管和集合管的转运功能,重吸收 reabsorption 分泌排泄 secretion,一、转运方式,1. 主动转运 逆浓度差或顺电位差转运 包括原发性主动转运和继发性主动转运。 继发性主动转运 A variety of other substances are transported by secondary active transport, with the energy provided by active transport of Na+.,Na+,Na+,葡萄糖,H+,氨基酸,K+,cotransport,antiport,同向转运： 葡萄糖、 氨基酸与 Na+同向 逆向转运： H+Na+交换,2. 被动转运 passive transport 指溶质顺电化学梯度通过肾小管上皮细胞的过程。 扩散、渗透等方式,二、各段肾小管和集合管的转运功能,1近端小管中的物质转运功能 At the proximal convoluted tubule, about 67% of Na+,Cl- ,water and 85of HCO3- are reabsorbed ，nutrient such as glucose and amino acid also return to the blood. （1）Na+、Cl-、水的重吸收,lumen,capillary,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,水,水,水,H+,葡萄糖,前段,Na+、Cl-和水的吸收机制 前半段：跨上皮细胞途径 （ 泵漏学说）动力为钠泵 后半段：另有细胞旁路 ( Cl-顺浓度梯度 重吸收， Na+顺电位梯度吸收） 水：始终为渗透梯度引起的被动重吸收， 两种途径均有。 Water moves passively along the osmotic gradient.,细胞旁路,跨上皮细胞,CA,上皮细胞,管腔,管周,(2) HCO3- 的重吸收与H+的分泌,特点： a： HCO3-重吸收是以CO2形式进入小管 上皮细胞，比Cl-优先重吸收 b： H+是主动分泌到管腔的 c： H+的分泌与Na+主动重吸收耦联 （3）K+的重吸收： 机制不祥，可能是主动重吸收。占67%,（4）葡萄糖的重吸收, 部位：全部在近球小管重吸收 机制： 继发性主动转运，与Na+同向转运 重吸收能力： 肾糖阈：尿中刚刚出现葡萄糖时的血 糖浓度。 160-180mg/dl The renal threshold for glucose is the plasma level at which the glucose first appears in the urine. 极限量：男 375mg/min 女 300mg/min,（5）其它物质重吸收和分泌,氨基酸、HPO4-2、SO4-2的重吸收与Na+同向转运而进行；进入滤液中的微量蛋白质则通过肾小管上皮细胞吞饮而被重吸收。 体内代谢产物和进入体内的某些物质如青霉素、酚红，大部分的利尿药等，由于与血浆中蛋白结合而不能通过肾小球滤过，它们均在近球小管被主动分泌到小管液中而排出体外。,三、髓袢中的物质转运功能,1. 重吸收的量： 20% Na+、K+、Cl- 在此重吸收 2. 机理： Na+ 2Cl-k+ 同向转运模式 速尿可抑制,+,速尿（）,四. 远球小管和集合管的物质转运功能,1.重吸收的量 NaCl重吸收12%，水的重吸收根据机体 是否缺水有关，受ADH调节。分泌不同量 的K+和H+。而Na+和K+的转运主要受醛固酮 aldosterone调节。 2. 机理 初段：主动重吸收NaCl。 同向转运体可被噻嗪类利尿药所抑制。,远曲小管后段，集合管有两类细胞： 主细胞和闰细胞 主细胞重吸收Na+和水，并分泌K+ 闰细胞主要分泌H+ 1.Na+主动重吸收 2.K+被动分泌：生电性钠泵的活动使主细胞 内浓度较高，且管腔为负电位。 3.H+主动分泌：H+ Na+交换，可使尿液酸化。 4.NH3的分泌：被动扩散，受小管液PH值影 响。与H+的分泌相互促进。,葡萄糖 氨基酸,Na+，K+，水，HCO3- ，Cl-,硫酸盐，磷酸盐，尿素，尿酸,酚红，青霉素等 H+,水,Na+,尿素,H+ K+,NH3,水，HCO3- ，Cl-,Na+ Cl-,NH3 K+ H+,水，尿素和Na+,The reabsorption of Na+ play a major role in body electrolyte and water metabolism. Na+ transport is coupled to the movement of H+ , other electrolytes, glucose, amino acids, organic acids, phosphate, and other substances across the tubular walls.,第四节 尿液浓缩和稀释 Concentrating and Diluting mechanism of the kidney,尿浓缩： 尿的渗透压 血浆渗透压高 尿稀释： 尿的渗透压 血浆渗透压低 意义：尿浓缩保水；尿稀释排水,一、尿液的浓缩和稀释的基本过程,机理：,髓袢升支粗段主动重吸收NaCl，但对水不通透，因此，髓袢升支粗段和远曲小管为低渗液。 低渗的小管液流经集合管时，其中水分有被吸收的趋势，但实际被吸收的情况取决于管壁对水的通透性。通透性小，水不被重吸收，氯化钠则继续被重吸收，尿液被稀释；反之则被浓缩。,集合管位于高渗区, 对水的通透性取决于ADH的浓度。 ADH增多时，水重吸收增加，尿浓缩； ADH减少时，水重吸收减少，尿稀释。 渗透梯度的建立是尿液浓缩与稀释的必要条件 The diluting and concentrating mechanism depend upon the maintenance of a gradient of increasing osmolarity along the medullary pyramids.,How does the medullary interstitial fluid become hyperosmotic?,二. 渗透梯度的建立与保持,（一）逆流系统,逆流系统工作原理： 逆流倍增效应： 使逆流系统两端建立 起梯度 逆流交换效应： 保持系统两端原有梯 度差。,1951年 Wire Hargituy与Kuhn合作研究出了逆流倍增的工作模式；引起广泛关注。 1). 髓袢是逆流倍增系统 髓袢逆流后从皮质向髓质建立渗透压梯度,(二）肾脏的逆流系统：,a .外髓渗透压梯度形成 由髓袢升支粗段主动重吸收NaCl造成 b. 内髓渗透压梯度的形成 由NaCl的重吸收和尿素循环形成髓质 高渗形成的动力，髓袢升支主动重吸 收NaCl 髓质高渗形成的溶质：NaCl和尿素,2). 直小血管是逆流交换系统 功能：保持由髓袢建立起的渗透压梯度,Conclusion: Osmotic gradient is produced by the operation of the loops of Henle as countercurrent multipliers and maintained by the operation of the vasa recta as countercurrent exchangers.,Na+ Cl-,Na+,Na+,水,水,葡萄糖,氨基酸,Na+，K+，水，HCO3- ，Cl-,水,水,尿素,代谢产物、药物等,第五节 尿生成的调节,一. 肾内自身调节 （一）小管液中溶质的浓度 小管液中溶质浓度高， 渗透压高，水重吸收少 尿量增多 小管液中溶质浓度低， 渗透压低，水重吸收多 尿量减少,渗透性利尿：,由于小管液中渗透压升高，防碍水的重吸收引起尿多的现象。 利尿方法：静脉注射高渗葡萄糖、 滴注山梨醇 Sorbitol 甘露醇 Mannitol,（二）球管平衡 glomerulotubular balance,1.概念和机制： 近球小管对水和溶质的重吸收量总是占肾小球滤 过率的65-70%。与近球小管对Na+定比重吸收有 关，与肾小管周围毛细血管血压和血浆胶体渗 透压改变有关。 The percentage of the solute reabsorbed is held constant. This process is called and it is particularly prominent for Na+.,2. 意义： 使尿中排出的水分和溶质不会因肾小球 滤过率增减而出现大幅度变动。,二. 神经和体液调节,(一）交感神经的作用 交感神经兴奋时引起： 1、肾血流量减少，GFR 2、肾素释放，醛固酮 3、近球小管对水和NaCl重吸收,（二）抗利尿激素antidiuretic hormone，ADH,1. 来源： 下丘脑视上核, 室旁核合成. 神经垂体 贮存释放。,2. 生理作用：促进水重吸收 增加远曲小管集合管对水的通透性 增加髓袢升支粗段对NaCl重吸收 增加内髓集合管对尿素的通透性，提 高髓质渗透压 3. 作用机理：,Form channels for water transport,ADH与膜受体（V2）结合 cAMP生成 蛋白激酶激活，管腔膜上水通道增多。,internalization,4. 分泌调节 血浆晶体渗透压改变 血浆晶体渗透压（NaCl）下丘脑渗 透压感受器受刺激视上核、室旁核N元 兴奋 神经垂体ADH释放 水重吸 收尿量,大量出汗,大量饮水,Change in osmality is the stimulus to which ADH secretion is most sensitive.,水利尿 water diuresis：,大量饮清水尿量增多的现象称水利尿, 循环血量 循环血量左心房、胸腔大静脉容量感受器刺激增强 沿迷走神经传入中枢冲动ADH释放水重吸收 尿量 动脉血压 血压刺激窦、弓压力感受器，抑制ADH 释放。,输液,失血,（三）肾素-血管紧张素-醛固酮系统 （renin-angiotensin-aldosterone system）,1、来源及生理作用： （1）肾素 牵张感受器兴奋 入球小A 血压 致密斑感受器兴奋 循环血量 交感神经兴奋 球旁细胞分泌肾素 Renin is an enzyme that changes angiotensinogen into angiotinsin .,（2） 血管紧张素的作用： Angiotensinis a powerful vasoconstrictor that also stimulate the secretion of aldosterone. 刺激醛固酮分泌 促进近球小管对NaCl重吸收 促进ADH释放 Renin cleaves angiotensinogen to generate the 10- amino-acid-residue peptide angiotensin. Angiotensin is further cleaved by a protease in the vascular endothelium called converting enzyme to generate 8-amino-acid-residue peptide angiotensin .,（3）醛固酮 Aldosterone is a hormone secreted by adrenal cortex. It promotes the excretion of potassium ions and the reabsorption of sodium ions.,分泌调节 肾素-血管紧张素 血Na+ ，血K+浓度 血K+血Na+刺激醛固酮分泌； 血K+血Na+抑制醛固酮分沁。,R-A-A系统示意图,入球小动脉感受器 循环 致密斑感受器 球旁细胞 肝脏 血量 交感神经兴奋 肾素分泌 血管紧张素原 E, NE分泌 肾上腺髓质 血管紧张素 转换酶 血管收缩 血管紧张素 氨基肽酶 肾上腺皮质球状带 血管紧张素 循环血量恢复 醛固酮分泌,（四）心房钠尿肽 atria natriuretic peptide. ANP,ANP is a hormone secreted by the atria of the heart when cardiac cells are stretched due to increased blood volume. Function: promotes the excr