绝对好的生理考研笔记 尿的生成和排出.doc

第八章 尿的生成和排出【考纲内容】1.肾脏的功能解剖特点。肾血流量及其调节。2.肾小球的滤过功能及其影响因素。3.各段肾小管和集合管对Na+、CL-、水、HCO3-，葡萄糖和氨基酸的重吸收，以及对H+，NH3，K+的分泌。肾糖阈的概念和意义。4.尿液的浓缩与稀释机制。5.渗透性利尿和球管平衡。肾交感神经，血管升压素，肾素血管紧张素醛固酮系统对尿生成的调节。6.肾清除率的概念及其测定的意义。7.排尿反射。第一节 肾的功能解剖和肾血流量肾的功能解剖（一）肾单位：是尿生成的基本功能单位，由肾小体（肾小球、肾小囊）和肾小管组成。近端小管逐渐延伸为直的管道，形成髓袢的初始部分，即髓袢降支粗段和降支细段，继而形成髓袢升支细段。接下来是髓袢升支粗段。紧跟着是远曲小管。远曲小管最终汇集到集合管，穿过肾的皮质和髓质，最终到达肾盂。集合管上皮由两类细胞组成，一类称为主细胞，一类称为闰细胞。以P细胞为主，细胞细长，细胞器较少，它主要参与Na+的重吸收和抗利尿激素（ADH）介导的水的重吸收。I细胞，在远端小管内也存在此类细胞，数目较少，由较多的微绒毛、胞内囊泡和线粒体。它们主要参与H的分泌和HCO3的转运。（二）皮质肾单位和近髓肾单位：1. 皮质肾单位：主要分布于外皮质层和中皮质层，约占肾单位总数的85%90%。这类肾单位的肾小球体积相对较小，入球小动脉的口径比出球小动脉的粗，两者之比为2:1。出球小动脉分支成的毛细血管，几乎全部分布于皮质部分的肾小管周围。这类肾单位的髓袢甚短，只达外髓质层，有的甚至不到髓质。该肾单位的功能主要参与尿的生成。2. 近髓肾单位：分布于靠近髓质的内皮质层，约占肾单位总数的10%15%。这类肾单位的肾小球体积较大，髓袢甚长，可深入到内髓质层，有的甚至到达乳头部。出球小动脉不仅形成缠绕邻近的近曲小管或远曲小管的网状毛细血管，而且还形成细长的U字形直小血管。直小血管在维持髓质高渗中起重要作用，网状血管有利于肾小管重吸收。（三）球旁器：由致密斑、球外系膜细胞和颗粒细胞（球旁细胞）三者组成。髓袢升支粗段的上皮细胞在靠近肾小球毛细血管网的部位变为高柱状细胞，局部呈现斑纹隆起，称为致密斑。致密斑与入球小动脉和出球小动脉相接触，能感受小管液NaCl含量的变化，调节球旁细胞分泌肾素。球外系膜细胞是指入球小动脉和出球小动脉之间的的一群细胞，它们与肾小球的系膜细胞是相连的，可将致密斑感受的信息传递给颗粒细胞，具有吞噬和收缩功能。颗粒细胞是位于入球小动脉中膜内的肌上皮样细胞，它们可合成并释放肾素，肾素是血管紧张素生成过程中一种关键的蛋白水解酶。球旁器主要分布在皮质肾单位，因而皮质肾单位含肾素较多，而近髓肾单位则几乎不含肾素。神经支配主要受交感神经支配，肾交感神经主要从胸12至腰2脊髓节段发出，其纤维经腹腔神经丛支配肾动脉（尤其是入球和出球小动脉的平滑肌）、肾小管和释放肾素的颗粒细胞。肾交感神经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释放。刺激交感神经末梢，会引起肾血管的收缩，肾血流量减少，肾小管Na+的重吸收增加，肾素的分泌增加。肾脏各种感受器的感觉信息可经肾传人神经纤维传人到中枢（包括脊髓以及更高位的中枢），从而调节肾脏功能。肾无副交感神经末梢分布。肾的血液供应由单一的肾动脉供血，肾动脉由腹主动脉垂直分出，其分支依次形成叶间动脉，弓形动脉，小叶间动脉，入球动脉。入球小动脉分支成肾小球毛细血管网，后者汇集成出球小动脉。出球小动脉再次分支形成肾小管周围毛细血管网。所以，肾血液供应要经过两次毛细血管网，然后才汇合成静脉，经小叶间静脉，弓形静脉，叶间静脉，最后汇入肾静脉。肾髓质的血供主要来源近髓肾单位的出球小动脉，它形成两种类型的毛细血管，肾小管周围毛细血管网和直小血管。一些直小血管可深入到内髓质层。在外髓质层，直小血管的升支和降支紧密相邻形成血管束，这种结构有利于直小血管升支和降支之间的物质交换。肾小球毛细血管网介于入球小动脉和出球小动脉之间，而且皮质肾单位入球小动脉的口径比出球小动脉的粗1倍，因此，肾小球毛细血管内血压较高，约为主动脉平均压的4060，有利于肾小球的滤过。而肾小管周围毛细血管网的血压较低，胶体渗透压较高，有利于肾小管的重吸收。肾血流量特点1. 肾血流量非常丰富：正常成人安静时每分钟有1.2L血液流过两侧肾，相当于心输出量的20%左右。不同部位供血不均， 94%的血液分布在肾皮质层，5%6%分布在外髓，其余不到1%供应内髓。通常所说的肾血流量主要指肾皮质血流量。两肾的总重量是300g，因此每克肾组织的血流量大约是4mL/min。体内除神经垂体和颈动脉体以外，肾脏是血供最丰富的器官。肾有如此高的血流量并不是为了其本身的代谢，而是为了保证有较高的肾小球滤过率。2. 肾皮质血流丰富而髓质较少：肾脏各个部位的肾血流量并不相等。皮质的血流量最多，大约每克肾组织的血流量是45mL/min，是为了保证肾小球滤过率较高。外髓质的血流量是0.71mL/min，而内髓质的血流量仅仅只有0.200.25mL/min。这么低的血流量是为了保证肾髓质的高渗环境。肾血流量的调节1. 肾血流量自身调节：当动脉血压在一定范围内变动时（从80mmHg到180mmHg），肾血流量能够维持相对恒定，这种现象称为肾血流量的自身调节。当动脉血压升高或降低时，小叶间动脉和入球小动脉分别收缩或舒张，能够维持肾血流量和毛细血管血压的相对恒定。在自身调节范围之外，也就是动脉血压低于80mmHg或高于180mmHg时，肾血流量和肾小球滤过率将随着动脉血压的变动而变动。自身调节的机制，一种是肌源学说，它主要感受肾单位内血管内压力的变化；另一种是管球反馈学说，它主要感受肾单位内小管液中流量的变化。2. 肾血流量的神经和体液调节：肾交感神经活动加强时，引起肾血管收缩，肾血流量减少。当在应激状态时，如低温，深度麻醉，恐惧，出血，疼痛和剧烈运动，肾交感神经活动加强，肾血流量减少以使其他重要器官如脑、心脏等得到更多的血供，这对维持脑和心脏的血液供应有重要意义。肾上腺素、去甲肾上腺素（NE）、腺苷、内皮素、血栓烷A2、血管紧张素、血管升压素（VP）都能使肾血管收缩，肾血流量减少。而前列腺素E2和I2、心房钠尿肽、多巴胺（dopamine）、组胺、一氧化氮和激肽等可使肾血管扩张，肾血流量增加。其中一些物质，如前列腺素E2和I2是肾脏本身产生的。当交感神经兴奋或血浆中血管紧张素浓度升高均可刺激肾脏产生前列腺素E2和I2，它们能抵抗交感神经和血管紧张素引起的血管收缩，使肾血流量维持正常，从而防止肾脏的损伤。第二节 肾小球的滤过功能单位时间内（每分钟）两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率（GFR）。肾小球滤过率与肾血浆流量（RPF）的比值称为滤过分数（FF）。肾小球滤过率大小取决于滤过系数（Kf）（即滤过膜的面积及其通透性的状态）和有效滤过压。GFR=KfPUF，PUF表示有效滤过压。有效滤过压在肾小球滤过过程中，有效滤过压是肾小球滤过的动力，它与组织液生成时的有效滤过压形成原理相似。肾小球有效滤过压=（肾小球毛细血管血压+囊内液胶体渗透压）-（血浆胶体渗透压+肾小囊内压）。由于肾小囊内的超滤液中的蛋白浓度极低，其胶体渗透压可忽略不计，因此形成肾小球有效滤过压的力的包括三个: 肾小球毛细血管血压，血浆胶体渗透压和肾小囊内压，肾小球有效滤过压=肾小球毛细血管血压-（血浆胶体渗透压+肾小囊内压）。肾小球毛细血管血压比其他器官的毛细血管血压高。人的肾小球毛细血管血压为55mmHg，肾小囊内压力约为15mmHg，肾小球毛细血管入球端的血浆胶体渗透压约为30mmHg左右。因此，在入球端的有效滤过压=55-（30+15）=10 mmHg。但血液流经肾小球毛细血管全长时，由于不断生成超滤液，血液中的血浆蛋白浓度不断增加，因而血浆胶体渗透压也随之升高，有效滤过压也逐渐下降。当有效滤过压下降到零时，就达到滤过平衡，滤过便停止了。由此可见，不是肾小球毛细血管全段都有滤过作用，只有从入球小动脉端到滤过平衡这一段才有滤过作用。滤过平衡越靠近入球小动脉端，有效滤过的毛细血管长度就越短，肾小球滤过率就越低。相反，滤过平衡越靠近出球小动脉端，有效滤过的毛细血管长度越长，肾小球滤过率就越高。如果达不到滤过平衡，全段毛细血管都有滤过作用。对于正常成人来说，全段肾小球毛细血管都有滤过功能。影响肾小球滤过因素（1）肾小球有效滤过压：1、肾小球毛细血管血压：当动脉血压变动于80180mmHg范围内时，肾血流量通过自身调节能维持相对恒定，此时肾小球毛细血管血压也能保持相对恒定，从而使有效滤过压无明显改变。当动脉血压降到80mmHg以下时，肾小球毛细血管血压将相应下降，于是有效滤过压降低，因而肾小球滤过率也减少。当动脉血压降至4050mmHg时，肾小球滤过率将降到零，因而无尿。高血压病晚期，入球小动脉由于硬化而缩小，肾小球毛细血管血压可明显降低，于是肾小球滤过率减少而导致少尿。2、囊内压：正常情况下囊内压是比较稳定的。肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫或其他原因引起输尿管阻塞，导致肾盂积水，都可使囊内压升高，致使有效滤过压降低，因而肾小球滤过率减少。有些药物如磺胺药浓度过高，可在肾小管的酸性环境中析出结晶; 某些疾病时溶血过多，血红蛋白可阻塞肾小管，这些情况都会导致囊内压升高而影响肾小球滤过率。3、血浆胶体渗透压：正常情况下血浆胶体渗透压不会有很大变动。但若全身血浆蛋白的浓度明显降低时，则血浆胶体渗透压降低，有效滤过压增加，肾小球滤过率也随之增加。例如由静脉快速注入生理盐水时，肾小球滤过率增加，尿量增多。（2）肾小球滤过膜：1、肾小球滤过膜的通透性：正常情况下，肾小球滤过膜具有一定的通透性，且较稳定。在病理情况下，会有较大的变化。例如肾小球肾炎时，由于肾小球滤过膜的孔道变小，机械屏障有所增强，但此时膜上带负电荷的唾液蛋白往往减少，因此电屏障作用减弱，原来不易通过的带负电荷的血浆白蛋白，这时能通过肾小球滤过膜进入Bowmans囊形成蛋白尿。当炎症引起肾小球滤过膜损伤时，则红细胞也能滤过形成血尿。2、肾小球滤过膜的面积：正常人滤过膜的总面积可达 1.5m2 以上，一般认为人的肾小球都处于活动状态，因而面积改变不大，不会影响滤过作用。病理情况下，如急性肾小球肾炎时，由于肾小球毛细血管管腔变得狭窄或完全阻塞，以至活动的肾小球数量减少，有效滤过面积也因之而减小，导致肾小球滤过率降低，结果出现少尿以至无尿。（3）肾血浆流量：对肾小球滤过率有很大影响，主要影响滤过平衡的位置。如果肾血浆流量加大，肾小球毛细血管内血浆胶体渗透压的上升速度减慢，滤过平衡就靠近出球小动脉端，有效滤过压和滤过面积就增加，肾小球滤过率将随之增加。如果肾血浆流量进一步增加，血浆胶体渗透压上升速度就进一步减慢，肾小球毛细血管的全长都达不到滤过平衡，全长都有滤过，肾小球滤过率就进一步增加。相反肾血浆流量减少时，血浆胶体渗透压的上升速度加快，滤过平衡就靠近入球小动脉端，有效滤过压和滤过面积就减少，肾小球滤过率将减少。在严重缺氧，中毒性休克等情况下，由于交感神经兴奋，肾血流量和肾血浆流量将显著减少，肾小球滤过率也因而显著减少。第三节 肾小管和集合管的转运功能近端小管Na+、Cl-和水的重吸收肾小球滤过液流经近球小管后，滤过液中约70%的Na+、Cl-、K+和水被重吸收，85%的HCO3-也被重吸收，葡萄糖、氨基酸全部被重吸收，H+则被分泌到肾小管中。近端小管重吸收的关键动力是基侧膜上的Na+泵，许多溶质，包括水的重吸收都与Na+泵的活动有关。近端小管前半段和后半段对Na+的重吸收机制不同。在近端小管前半段，Na+主要和HCO3-、葡萄糖和氨基酸一起被重吸收，而在近端小管后半段，Na+主要和Cl-一起被重吸收。这主要是由于这两段肾小管对Na+的转运途径和小管液的成分不同所致。近端小管前半段，Na+的重吸收是主动的，主要是借助同向转运体和逆向转运体通过顶端膜进入到细胞内，而非通过Na+通道。在顶端膜上，有Na+-H+逆向转运体、Na+-葡萄糖同向转运体、Na+-氨基酸同向转运体、Na+-乳酸同向转运体，在Na+进入细胞内的同时，H+分泌入管腔，有利于NaHCO3的重吸收，同时伴有葡萄糖、氨基酸和乳酸等有机物的重吸收。进入细胞内的Na+随即被细胞基侧膜上的Na+泵泵至细胞间隙，葡萄糖、氨基酸和乳酸等有机物通过易化扩散进入细胞间隙，这样，一方面使细胞内Na+的浓度降低，小管液中的Na+便可不断地进入细胞内；另一方面使细胞间隙的渗透压升高，通过渗透作用，水随之进入细胞间隙。由于细胞间隙顶端膜侧的紧密连接相对是密闭的，Na+和水进入后就使其中的静水压升高，这一压力促使Na+和水通过基膜进入相邻的毛细血管而被重吸收。许多有机物都是在近端小管前半段被完全重吸收的。随着Na+、HCO3-和有机物的重吸收，在小管两侧建立了明显的渗透梯度，由于近端小管对水是通透的，因此在渗透作用下水被动重吸收。由于水的重吸收远远大于Cl-的重吸收，因此小管液中Cl-的浓度越来越高。在近端小管后半段，Na+和Cl-通过跨细胞转运途径和细胞旁转运途径一同被重吸收。在小管细胞的顶端膜上，存在Na+-H+逆向转运体和Cl-阴离子逆向转运体，Na+进入细胞内的同时，H+被分泌到小管液中，而Cl-进入细胞内的同时，阴离子也分泌到小管液中。进入小管液中的H+可与阴离子结合后重新进入细胞内，Na+-H+逆向转运体和Cl-阴离子逆向转运体活动的结果相当于将Na+和Cl-重吸收回细胞。进入细胞内的Na+被基侧膜上的Na+泵泵至细胞间隙，而Cl-通过基侧膜上的Cl-K+同向转运体转运至细胞间隙。NaCl同样可通过细胞旁转运途径被重吸收。由于进入近端小管后半段小管液的Cl-浓度比细胞间隙液中浓度约高2040，Cl-顺浓度梯度经紧密连接进入细胞间隙被重吸收。由于Cl-被动扩散进入细胞间隙后，小管液中正离子相对增多，造成管内带正电荷，使小管液中的Na+顺电势梯度通过细胞旁转运途径而被动重吸收。近端小管对水的重吸收是通过渗透作用进行的，因此近端小管中物质的重吸收为等渗重吸收，小管液为等渗液。HCO3-重吸收与H+分泌HCO3-的重吸收与小管上皮细胞顶端膜上的Na+-H+交换有密切关系（图 8-9）。HCO3-在血浆中以NaHCO3的形式存在，滤液中的NaHCO3滤入囊腔进入肾小管后解离成Na+和HCO3-。通过Na+-H+交换，Na+进入细胞内，H+由细胞内分泌到小管液中，由于小管液中的HCO3-不易透过管腔膜，它与分泌的H+结合生成 H2CO3，在顶端膜上的碳酸酐酶（carbonic anhydrase）作用下，H2CO3迅速分解为CO2和水。CO2 是高度脂溶性物质，能迅速通过顶端膜进入细胞内，在细胞内碳酸酐酶作用下，进入细胞内的CO2与H2O结合生成H2CO3，H2CO3又解离出H+和 HCO3-。H+通过 Na+-H+交换分泌到小管液中，HCO3-则与Na+一起转运回血。因此，肾小管重吸收 HCO3-是以CO2的形式进行的。如果滤过的HCO3-量超过了分泌的H+，HCO3-就不能以CO2形式全部被重吸收。由于HCO3-不易透过管腔膜，所以余下的便随尿排出体外。葡萄糖的重吸收肾小球滤过液中的葡萄糖浓度与血中葡萄糖浓度相同，但尿中几乎不含葡萄糖，这说明葡萄糖全部被重吸收回血，而且重吸收葡萄糖的部位仅限于近端小管，主要是近曲小管，其他各段肾小管都没有重吸收葡萄糖的能力。因此，如果在近端小管以后的小管液中仍含有葡萄糖，则尿中将出现葡萄糖。葡萄糖的重吸收是典型的继发性主动重吸收，是通过顶端膜上的Na+-葡萄糖同向转运体而进行的同向转运，进入细胞内的Na+被Na+泵泵至细胞间隙，而葡萄糖则被GLUT1或GLUT2转运到细胞间隙。近端小管对葡萄糖的重吸收有一定限度，当血液中葡萄糖浓度超过180mg/dL（葡萄糖滤过量为220mg/min）时，有一部分肾小管对葡萄糖的重吸收已达到极限，尿中开始出现葡萄糖。我们把尿中刚刚出现葡萄糖时的血糖浓度值称为肾糖阈。当血糖浓度再继续升高，尿中葡萄糖含量也将随之增加，当血糖浓度达到300mg/dL，葡萄糖滤过量为375mg/min，全部肾小管对葡萄糖的吸收均已达到极限，此时葡萄糖的滤过量就是葡萄糖吸收极限量。人肾的葡萄糖吸收极限量，在体表面积为1.73m2的个体，男性为375mg/min，女性为300mg/min。每个肾单位的肾糖阈并不完全一样，这是由于肾单位的异质性决定的。有机离子的分泌近端小管还能分泌大量的有机阴离子和有机阳离子。这些物质大多数是内源性复合物、代谢产物、药物和毒素，如对氨基马尿酸（PAH），青霉素等。由于这些物质大多数都与血浆蛋白相结合，不被肾小球滤过，因此通过肾小球滤过排出的量相对较少，而这些物质在体内的聚积对机体是有害的，所以需通过肾小管上皮细胞的分泌作用将这些物质排出体外。我们以PAH为例，解释近端小管如何将有机阴离子分泌到小管液中。-酮戊二酸是谷氨酸的代谢产物，细胞内谷氨酸的代谢使KG 在细胞内聚积，基侧膜上存在Na+-KG 同向转运体，也可将KG 从细胞间隙转运到细胞内，因此细胞内KG浓度高于细胞间隙。KG通过基侧膜上的PAH-KG逆向转运体顺电化学梯度进入细胞间隙，同时PAH逆电化学梯度被细胞摄取。细胞内PAH浓度的升高使PAH顺电化学梯度经由顶端膜上的PAH-阴离子逆向转运体分泌到小管液中。其他重吸收和分泌（1）氨基酸的重吸收：与葡萄糖的重吸收机制相同，也与继发性主动转运。但是，转运葡萄糖的和转运氨基酸的同向转运体可能不同。（2）蛋白质的重吸收：滤过的少量蛋白质都被近端小管上皮细胞重吸收。肽类激素，小分子蛋白质，甚至是少量的大分子蛋白质都可被肾小球滤过，虽然滤过量甚微，但由于肾小球滤过率非常大，因此每天滤过的蛋白质量也是可观的。这些滤过的蛋白质通常被近端小管细胞膜上的酶所降解，然后通过入胞作用被细胞摄取。在细胞内进一步被降解成氨基酸，然后通过基侧膜转运回血。正常情况下，通过这种方式可以重吸收所有滤过的蛋白质，但是由于这种方式很容易达到饱和，当滤过液中蛋白质含量过多时，尿中就会出现蛋白质。所有在许多肾脏疾病中，尤其在破坏滤过膜屏障的疾病中，都会出现蛋白尿。（3）K+和Ca2+的重吸收：近端小管对K+和Ca2+的重吸收完全是通过溶剂拖曳作用实现的。小管液在流经近端小管的过程中，小管液中的K+浓度保持不变，说明近端小管在重吸收70滤过的水分的同时将70滤过的K+同时吸收了。髓袢近球小管液流经髓袢过程中，约20%的Na+，Cl-和K+等物质被进一步重吸收，Ca2+和HCO3-也在髓袢被进一步重吸收。这些物质的重吸收部位几乎都发生在髓袢升支粗段。髓袢升支细段的吸收能力极低，而髓袢降支细段能够重吸收少量的物质。水分的重吸收部位仅在髓袢降支细段，髓袢升支粗段对水是不通透的。在髓袢升支粗段对溶质的重吸收起关键作用的是位于基侧膜上的Na+泵。几乎每一个溶质的重吸收都与Na+泵的活动有关。Na+泵活动的结果将Na+由细胞内泵向组织间液，使细胞内的Na+浓度下降，造成管腔内与细胞内Na+有明显的浓度梯度。Na+与顶端膜上的Na+：2Cl-：K+同向转运体结合，顺浓度梯度进入细胞内的同时，将2Cl-顺浓度梯度带入细胞内，而将1K+逆浓度梯度带入细胞内。位于顶端膜上的Na+-H+逆向转运体同样也介导了Na+的重吸收和H+的分泌。进入细胞内的Na+由Na+泵泵至组织间液，2Cl-顺浓度梯度经基侧膜上Cl-通道进入组织间液，而K+则可顺浓度梯度经基侧膜进入细胞间隙，也可经顶端膜返回管腔内。由于顶端膜对K+的通透性高，而基侧膜对Cl-的通透性高，这两种离子的扩散使小管上皮两侧出现电位差，小管内电位较组织间隙高6mV。在这个正电位的作用下，许多小的阳离子，如Na+，K+，Ca2+，Mg2+等，都可从细胞间的紧密连接进入到细胞间隙。髓袢升支粗段对水的通透性很低，因此造成小管液低渗，组织间液高渗。这种水和盐重吸收的分离，有利于尿液的浓缩和稀释。Na+：2Cl-：K+同向转运体对速尿，利尿酸等利尿剂很敏感。它们与同向转运体结合后，可抑制其转运功能，管腔内正电位消失，NaCl的重吸收受抑制，从而干扰尿液浓缩机制，导致利尿。远端小管和集合管盐重吸收在远曲小管和集合管，重吸收大约12%滤过的Na+和H+，分泌不同量的K+和H+，重吸收不同量的水。水、NaCl的重吸收以及K+和H+的分泌可据体内的水、盐平衡来进行调节。水的重吸收主要受抗利尿激素（ADH）调节，而Na+和K+的转运主要受醛固酮调节。在远曲小管初段，对水的通透性很低，但仍主动重吸收 NaCl，继续产生低渗小管液。在远曲小管初段，Na+是通过Na+-Cl-同向转运体进入细胞的，然后由Na+泵将Na+泵出细胞而主动重吸收回血。Na+-Cl-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含两类细胞，即主细胞和闰细胞。主细胞重吸收 Na+和水，分泌K+，而闰细胞主要分泌H+。主细胞重吸收Na+主要通过管腔膜上Na+通道。管腔内的Na+顺电化学梯度通过管腔膜上的Na+通道入细胞，然后，由Na+泵泵至细胞间液而被重吸收。K+的分泌尿中排出的K+和Na+来源不同，Na+ 是通过肾小球滤过和肾小管的重吸收后，未被吸收的多余的Na+，而 K+除被肾小管重吸收后剩余的K+外，还有由远曲小管和集合管所分泌的K+。K+分泌的动力包括: 远曲小管后段和集合管的主细胞内的K+浓度明显高于小管液中的K+浓度，基侧膜上Na+泵活动的结果使更多的K+从细胞外液中泵入细胞内，进一步提高细胞内K+浓度，而且Na+的主动重吸收使管腔内带负电位（-10-40mV），这种电位梯度也成为K+从细胞内分泌至管腔的动力。因此，K+的分泌与Na+的重吸收有密切关系。H+分泌为逆电化学梯度进行的主动转运过程。闰细胞的管腔膜上有H+泵，能将细胞内的H+泵入小管腔内。细胞内的CO2和H2O在碳酸酐酶催化作用下生成的H+和HCO3-，H+由H+泵泵至小管液，HCO3-的重吸收回血。闰细胞分泌的H+与小管液中的HPO42-结合形成H2PO4，这是可滴定酸；分泌的H+可与上皮细胞分泌的NH3结合，形成NH4+。可滴定酸和NH4+是尿液酸碱度的决定因素。NH3的分泌远曲小管和集合管的上皮细胞在代谢过程中不断生成NH3，这些NH3主要由谷氨酰胺经谷氨酰胺酶脱氨而来。NH3具有脂溶性，能够通过细胞膜向小管周围组织间液和小管液自由扩散。扩散量取决于两种液体的pH值。小管液的pH 较低，所以NH3较易向小管液中扩散。分泌的NH3能与小管液中的H+结合生成NH4+，使小管液中NH3浓度因而下降，促进NH3向小管液中的扩散。由此可见，NH3的分泌与H+的分泌密切相关，H+分泌增加促使NH3分泌增多。NH3与H+结合生成NH4+后，可进一步与小管液中的强酸盐（如NaCl等）的负离子结合，生成酸性铵盐（NH4Cl等）并随尿排出。强酸盐的正离子（如Na+） 则与H+交换而进入肾小管细胞，然后和细胞内HCO3-一起被转运回血。所以，肾小管细胞分泌 NH3，不仅由于铵盐形成而促进了排H+，而且也促进了NaHCO3的重吸收。第四节 尿液的浓缩和稀释尿液稀释是由于小管液中的溶质被重吸收，而水不被重吸收造成的。这种情况主要发生在髓袢升支粗段。髓袢升支粗段能主动重吸收Na+和Cl-，而对水不通透，故水不被重吸收，造成髓袢升支粗段小管液为低渗。在体内水过剩而抗利尿激素释放被抑制时，远曲小管和集合管对水的通透性非常低，因此髓袢升支粗段的小管液流经远曲小管和集合管时，NaCl继续重吸收，而水不被重吸收，使小管液渗透浓度进一步下降，可降低至3040mOsm/Kg H2O，造成尿液的稀释。如果抗利尿激素完全缺乏，会出现尿崩症，每天可排出高达20L的低渗尿，相当于肾小球滤过率的10%。尿液浓缩肾髓质存在渗透梯度，由髓质外层向乳头部逐渐升高。在抗利尿激素存在时，远曲小管和集合管对水的通透性增加，小管液从外髓集合管向内髓集合管流动时，由于渗透作用，水便不断进入高渗的组织间液，使小管液不断被浓缩而变成高渗液，最后尿的渗透压可高达1200mOsm/KgH2O，形成浓缩尿。可见，肾髓质渗透梯度的建立就成为浓缩尿的必要条件。髓袢，尤其是髓袢升支粗段，是形成肾髓质渗透梯度的重要结构，只有具有髓袢的肾才能形成浓缩尿。髓袢愈长，浓缩能力就愈强。由于髓袢各段对水和溶质的通透性和重吸收机制不同，以及髓袢的U形结构，所有可以通过逆流倍增机制建立从外髓部至内髓部的渗透梯度。（一）逆流倍增：物理学中逆流是指两个并列的管道，其中液体流动的方向相反，甲管中液体向下流，乙管中液体向上流。含有Na+的液体从甲管流进，通过管下端的弯曲部分又折返流入乙管，然后从乙管反向流出，构成逆流系统。溶液流动时，由于M1膜能主动将Na+由乙管泵入甲管，而M1膜对水的通透性又很低，因此，甲管中溶液Na+浓度在向下流动过程中将不断增加（倍增）。结果甲管中溶液自上而下的渗透压会越来越高，到甲管下端的弯曲部分时Na+浓度最高。当溶液折返流入乙管并向上流动时，由于Na+被泵出，溶液中的Na+浓度也相应随之下降，渗透压也相应下降。这样，不论是甲管还是乙管，从上而下来比较，溶液的渗透压均逐渐升高，即出现了逆流倍增现象，形成了渗透梯度。如果有渗透浓度较低的溶液从丙管向下流动，而且M2膜对水能通透，对溶质不通透，水将因渗透作用而进入乙管。这样，丙管内溶质的浓度将逐渐增加，从丙管下端流出的液体成了高渗溶液。髓袢 、集合管的结构排列与上述的逆流倍增的模型很相似，这对理解尿液浓缩机制是有帮助的。（二） 髓质的渗透梯度的形成机制：1. 外髓部：由于髓袢升支粗段能主动重吸收Na+和Cl-，而对水不通透，故髓袢升支粗段内小管液渗透压逐渐下降，而髓袢升支粗段外围组织间液则变成高渗。髓袢升支粗段位于外髓部，故外髓部的渗透梯度主要是由髓袢升支粗段对NaCl的主动重吸收所形成。愈靠近皮质部，渗透压越低，愈靠近内髓部，渗透压越高。2. 内髓部：内髓部渗透梯度的形成与尿素的再循环和NaCl重吸收有密切关系。远曲小管及皮质部和外髓部的集合管对尿素不易通透。因此，当小管液流经远曲小管及皮质部和外髓部的集合管时，在抗利尿激素的作用下，对水的通透性增加，由于外髓部高渗，水被重吸收，所以小管液中尿素的浓度逐渐升高。当小管液进入内髓部集合管时，由于管壁对尿素的通透性增大，小管液中尿素就顺浓度梯度通过管壁向内髓部组织间液扩散，造成了内髓部组织间液中尿素浓度的增高，渗透压因之而升高。髓袢降支细段对尿素不易通透，而对水则易通透，所以在渗透压的作用下，水被“抽吸”出来，从髓袢降支细段进入内髓部组织液。由于髓袢降支细段对 Na+不易通透，小管液将被浓缩，于是其中的NaCl浓度愈来愈高，渗透浓度不断升高。当小管液经过髓袢顶端折返入髓袢升支细段时，它同组织间液之间的NaCl渗透梯度就明显地建立起来。由于髓袢升支细段对Na+将顺浓度梯度而被动扩散至内髓部组织间液，从而进一步提高了内髓部组织间液的渗透压。由此看来，内髓部组织间液的渗透压，是由内髓部集合管扩散出来的尿素以及髓袢升支细段扩散出来的NaCl 两个因素形成的。小管液在髓袢升支细段流动过程中，由于NaCl扩散到组织间液，而且该段管壁对水不易通透，所以造成了管内NaCl 浓度逐渐降低，渗透浓度也逐渐降低，这样髓袢降支细段与髓袢升支细段就构成了一个逆流倍增系统，使内髓部组织间液形成了渗透梯度。尿素是可以再循环的。因为髓袢升支细段对尿素具有中等的通透性，所以从内髓部集合管扩散到组织间液的尿素可以进入髓袢升支细段，而后流过髓袢升支细段、远曲小管、皮质部和外髓部集合管，又回到内髓部集合管处再扩散到内髓部组织间液，形成了尿素的再循环。从髓质渗透梯度形成的全过程来看，髓袢升支粗段对NaCl的主动重吸收是髓质渗透梯度建立的主要动力，而尿素和NaCl是建立髓质渗透梯度的主要溶质。直小血管保持髓质高渗作用通过肾小管的逆流倍增作用，不断有溶质（NaCl和尿素）进入髓质组织间液形成渗透梯度，也不断有水被肾小管和集合管重吸收至组织间液。因此，必须把组织间液中多余的溶质和水被除去才能保持髓质渗透梯度。通过直小血管的逆流交换作用能保持髓质渗透梯度。直小血管不仅给髓质部的肾小管带来氧气和营养物质，而且能将髓质中多余的水分和溶质带走，从而维持肾髓质的渗透梯度。伸入髓质的直小血管也是U形，并与髓袢平行。在直小血管降支进入髓质的入口处，其血浆渗透压约为300mOsm/KgH2O。由于直小血管对溶质和水的 通透性高，当它在向髓质深部下行过程中，周围组织间液中的溶质就会顺浓度梯度不断扩散到直小血管降支中，而其中的水则渗出到组织间液，使血管中的血浆渗透压与组织间液达到平衡。因此，愈向内髓部深入，降支血管中的溶质浓度愈高。在折返处，其渗透浓度可高达1200mOsm/KgH2O。由于直小血管是逆流交换系统，因此，当直小血管由髓质深部返回外髓部时，血管的溶质浓度比同一水平组织间液的高，溶质由升支扩散到组织间液，并且可以再进入降支，这是一个逆流交换系统过程。因此，当直小血管升支离开外髓部时，只把多余的溶质带回血液循环中。此外，通过此作用，组织间液中的水不断进入直小血管升支，又把组织间液中多余的水随血流返回循环。这样就维持了肾髓质渗透梯度。直小血管这种维持肾髓质渗透梯度的作用时流量依赖性的。直小血管中血流量过大最终会破坏髓质的渗透梯度；而如果血流量减少，髓质部的肾小管得不到足够的氧气供给，小管的转运功能，尤其时髓袢升支粗段的功能，将被破坏，同样无法维持肾髓质的渗透梯度。第五节 肾尿生成的调节肾内自身调节小管液溶质浓度小管液中的溶质所形成的渗透压，是对抗肾小管对水重吸收的主要力量。如果小管液溶质浓度很高，渗透压很大，就会妨碍肾小管，特别是近端小管对水的重吸收，小管液中的Na+被稀释而浓度下降，小管液中与细胞内的Na+浓度差变小，Na+重吸收减少，因此，不仅尿量增多，NaCl排出也增多。临床上有时给病人使用能被肾小球滤过但不易被肾小管重吸收的药物，如甘露醇，利用它来提高小管液中溶质的浓度以及渗透压，妨碍对水的重吸收，以达到利尿和消除水肿的目的。这种利尿方式称为渗透性利尿。体内的代谢产物如果超过了肾小管重吸收它们的极限，同样也会产生渗透性利尿效应。如糖尿病患者的多尿，就是由于小管液中葡萄糖含量增多，肾小管液渗透压因而增高，结果妨碍了水和NaCl的重吸收所造成的。如果给予大量的NaCl或尿素也会产生渗透性利尿。球-管平衡肾小球滤过率的增加会使滤过的Na+量增多，如果Na+重吸收不增加，会导致Na+的排出增加，最终会影响机体Na+的平衡。但是，在正常机体，肾小球滤过率的波动不会影响机体Na+的平衡，因为体内存在球-管平衡机制。球-管平衡是指如果机体的Na+平衡是正常的，肾小球滤过率增加时，近端小管对水和Na+的重吸收增加，肾小球滤过率减少时，近端小管对水和Na+的重吸收减少。近端小管对水和Na+的重吸收为定比重吸收，不论肾小球滤过率或增或减，近端小管的重吸收率始终占肾小球滤过率的65%70%左右。球管平衡的意义在于使尿中排出的溶质和水不致因肾小球滤过率的增减而出现大幅度的变动。球-管平衡可用以下两种机制解释。一是与管周毛细血管血压和胶体渗透压改变有关，二是与滤过的葡萄糖和氨基酸量有关。第一种机制认为当肾小球滤过率增加时，毛细血管血压下降，血浆蛋白的浓度相对地增高，当血液流经小管旁的毛细血管时，小管旁组织间液就加速进入毛细血管，组织间隙内静水压下降，使得小管细胞间隙内的Na+和水加速通过基膜而进入小管旁的组织间隙，最后导致近端小管对Na+和水重吸收量增加。这样重吸收仍可达到肾小球滤过率的65%70%。GFR如果减少，便发生相反的变化，重吸收百分率仍能保持65%70%。第二种机制认为当肾小球滤过率增加时，滤过的葡萄糖和氨基酸量都增多，前已述及近端小管对Na+的重吸收时与葡萄糖和氨基酸的重吸收耦联的，Na+重吸收的量多少也于滤过的葡萄糖和氨基酸有关。当肾小球滤过率增加时，Na+和水重吸收量增加。球管平衡在某些情况下可能被打乱。例如，渗透性利尿时，近端小管重吸收量减少，而肾小球滤过率不受影响，重吸收百分率就会小于65%70%，尿量和尿中NaCl排出量明显增多。神经和体液调节肾交感神经肾交感神经兴奋通过下列作用影响尿的生成：通过血管平滑肌上的肾上腺素能受体，使入球小动脉和出球小动脉收缩，而前者血管收缩比后者更明显，因此，肾小球毛细血管的血浆流量减少和肾小球毛细血管血压下降，肾小球有效滤过压下降，肾小球滤过率减少；通过激活肾上腺素能受体，使球旁器的颗粒细胞释放肾素，导致循环血液中的血管紧张素和醛固酮含量增加；通过激活肾上腺素能受体，增加近端小管和髓袢上皮细胞对NaCl的重吸收。总之，肾交感神经兴奋时，会使NaCl的排出减少，尿量降低。抑制交感神经活动则有相反的作用。精氨酸抗利尿激素（AVP）精氨酸抗利尿激素，又称抗利尿激素（ADH），由9个氨基酸残基组成的小肽，是下丘脑的视上核（SON）和室旁核（PVN）的神经元分泌的一种激素。它在细胞体中合成，经下丘脑-垂体束被运输到神经垂体，贮存在轴突末梢的囊泡内。当神经元受到刺激，它们迅速爆发一个动作电位，Ca2+进入神经末梢，含有抗利尿激素的囊泡将其释放到周围的组织间液，抗利尿激素扩散到周围的毛细血管，由血液循环将其运送到靶器官，即集合管，增加水的重吸收。抗利尿激素的主要作用是提高集合管上皮细胞对水的通透性，从而增加水的重吸收，使尿浓缩，尿量减少。此外，抗利尿激素也能增加髓袢升支粗段对NaCl的主动重吸收和内髓部集合管对尿素的通透性，从而增加髓质组织间质浓度，提高髓质组织间液的渗透浓度，有利于尿的浓缩。当血浆渗透压增高时，血浆种抗利尿激素的水平增加。抗利尿激素与基侧膜上的血管加压素V2受体结合后，通过鸟苷酸激活蛋白，激活膜内的腺苷酸环化酶，使上皮细胞中cAMP的生成增加。cAMP进一步激活蛋白激酶A，通过一些蛋白的磷酸化，使位于管腔膜附近的含有水通道的小泡镶嵌在管腔膜上，增加管腔膜上水通道的数量，从而增加水的通透性。抗利尿激素的这一作用仅需要几分钟的时间。抗利尿激素对集合管还由长期的效应，它能增加aquaporin-2基因的转录，使细胞内的aquaporin-2分子数目增加。当抗利尿激素缺乏时，管腔膜上的水通道可在细胞膜的衣被凹陷处集中，后者形成吞饮小泡进入胞浆，称为内移。因此，管腔膜上的水通道消失，对水就不通透。影响抗利尿激素释放的因素很多，包括疼痛、肿瘤、情绪应激、恶心、眩晕、麻醉、尼古丁、吗啡和血管紧张素，这些因素都会使抗利尿激素的释放增加，尿量减少，尿液浓缩。乙醇和心房钠尿肽抑制抗利尿激素的释放，使尿量增多，尿液稀释。影响抗利尿激素释放的最主要因素包括血浆渗透压和血容量。1血浆渗透压：正常情况下影响抗利尿激素释放的最主要因素是血浆渗透压。当血浆渗透压升高时，位于下丘脑前部的渗透压感受器细胞收缩，能刺激临近的视上核和室旁核分泌抗利尿激素，血浆中抗利尿激素水平升高，结果使水分被重吸收，尿液被浓缩。血浆中的溶质并不是都能够影响渗透压感受器细胞。如尿素，它虽然能够进入到这些细胞，但并不能引起抗利尿激素的释放。而血浆中的NaCl是引起抗利尿激素释放的有效的刺激因子。当由于体内水过多引起血浆渗透压降低时，渗透压感受器细胞肿胀，抗利尿激素的释放受抑制，血浆抗利尿激素水平下降，集合管对水不通透，水的重吸收减少，尿量增加，使血浆渗透压恢复正常。日常生活在中，大量饮水后尿量增多的现象，称为水利尿。正常人一次饮用1000ml清水后，约过半小时，尿量开始增加，到第一小时末，尿量减少，2-3小时后尿量恢复到原来水平。如果饮用的是等渗盐水（0.9%NaCl溶液），则排尿量不出现饮清水后那样的变化。2血容量：影响抗利尿激素释放的第二个最主要因素是血容量，特别是有效的动脉血量。血容量过多抑制抗利尿激素的释放，而血容量过少，则促进抗利尿激素的释放。参与血容量调节的受体主要是分别位于左心房和心包内肺静脉上的牵张感受器，感受器兴奋后通过迷走神经将冲动传到大脑，抑制抗利尿激素的释放。主动脉弓和颈动脉窦的压力感受器也可反射性地调节抗利尿激素的释放，当血压降低时，可促进抗利尿激素的释放。血容量的减少还可刺激肾素的释放，从而促进血管紧张素的生成。血管紧张素通过作用于脑内引起抗利尿激素的释放增加。肾素-血管紧张素-醛固酮系统RAAS肾素主要是由球旁器中的颗粒细胞分泌的，它是一种蛋白水解酶，以下三种因素能够促进肾素的释放。：1. 入球小动脉血压的下降。颗粒细胞自身对牵张刺激敏感，而且可以作为肾内的压力感受器起作用。2. 肾交感神经兴奋，通过颗粒细胞上的2肾上腺素能受体，促进肾素的释放。3肾小球滤过率降低而使到达致密斑的小管流量降低。当由于出血等原因造成有效动脉血容量降低时，这三种因素共同作用引起肾素的释放增加。相反地，如果有效动脉血容量升高则抑制肾素的释放。长期的刺激能使入球小动脉平滑肌细胞分化成颗粒细胞，进一步增加肾素的贮备。肾素能催化血浆中的血管紧张素原生成10肽的血管紧张素。当血液流经肺时，血管紧张素在血管紧张素转换酶（ACE）的作用下生成8肽的血管紧张素。血管紧张素具有调节尿生成的作用。它可刺激肾上腺皮质球状带合成和分泌醛固酮，醛固酮可调节远曲小管和集合管上皮细胞的Na+的重吸收；它还可直接刺激近端小管对NaCl的重吸收，使尿中排出的NaCl减少；它能够促进垂体后叶释放抗利尿激素，增加集合管对水的重吸收，使尿量减少。血管紧张素无论对阻力血管还是容量血管都是一个很强的血管收缩因子，能够维持血压的恒定。应用血管紧张素转换酶抑制剂可以抑制血管紧张素的生成，从而降低血压，临床上常用来治疗高血压。醛固酮是肾上腺皮质球状带分泌的一种盐皮质激素。它的主要作用是促进远曲小管和集合管的主细胞重吸收Na+，同时促进 K+的排出，所以醛固酮具有保Na+排K+的作用。醛固酮进入远曲小管和集合管的上皮细胞后，与胞浆受体结合，形成激素受体复合物，后者通过核膜，与核中的DNA特异性结合位点相互作用，调节特异性mRNA转录，最后合成多种醛固酮诱导蛋白。醛固酮诱导蛋白可能是：管腔膜的Na+通道蛋白，从而增加管腔膜的Na+通道数量；线粒体中合成ATP的酶，增加ATP的生成，为上皮细胞活动提供更多的能量；基侧膜的Na+泵，促进细胞内的Na+泵回血液和K+进入细胞，提高细胞内的 K+浓度，有利于K+ 分泌。由于Na+重吸收增加，造成了小管腔内的负电位，有利于K+的分泌和Cl-的重吸收。结果，在醛固酮的作用下，远曲小管和集合管对Na+的重吸收增强的同时，Cl-和水的重吸收也增加，K+的分泌量增加。醛固酮的分泌主要受血液中血管紧张素浓度以及血K+浓度的调节，醛固酮的分泌对血K+浓度升高十分敏感，血K+仅增加0.51.0 mmol/L就能引起醛固酮分泌。ANP心房尿钠肽（ANP）是心房肌合成的激素，由28个氨基酸残基组成的。它在心房受到牵张刺激时释放，如血容量增加时。它有明显的促NaCl和水的排出作用，与肾素-血管紧张素-醛固酮系统的作用正好相反。其作用机制可能通过抑制内髓部集合管对NaCl的重吸收，介导其作用的第二信使是cGMP。心房尿钠肽可抑制肾素的分泌，抑制醛固酮的分泌，抑制抗利尿激素的分泌。它还是一种血管舒张因子，可引起血压的下降。第六节 清除率 清除率和计算方法清除率（C）是指两肾在单位时间（每分钟）内能将多少毫升血浆中的某一物质完全清除出去，这个被完全清除了该物质的血浆毫升数，就称为该物质的清除率。由清除率的定义可知，计算某物质的清除率C，需要确定三个数值，单位时间内排出的尿量V（ml/min），尿中所含某物质的浓度U（mg/dl），该物质在血浆中的浓度P（mg/dl）。每分钟该物质的排出量为UV（mg/min），因为尿中该物质完全来自血浆，所以，UV=PC，即C=UV/P（ml/min）。根据上式可计算各种物质的清除率。例如，Na+清除率的计算方法如下：测得尿量V为1ml/min，尿Na+浓度U为280mmol/L，血浆 Na+浓度P为140mmol/L，Na+清除率为：C=280mmol/L1ml/min/140mmol/L=2ml/min。表示肾每分钟清除了2ml 血浆中所含的所有Na+。各种物质的清除率不一样，例如，葡萄糖的清除率为0，因为尿中不含葡萄糖，而尿素的清除率为70ml/min。必须指出，所谓每分钟被完全清除了某物质的血浆毫升数，仅是一个推算的数值。实际上，肾并不一定把这部分血浆中的某物质完全清除掉，而可能仅仅清除其中的一部分。但是，肾清除该物质的量可以相当于多少毫升血浆中所含的该物质的量。所以说，清除率所代表的血浆毫升数是一个相对量。测定清除率的理论意义测定清除率不仅可以了解肾的功能，还可以测定肾小球滤过率、肾血流量和推测肾小管的功能。（1）测定肾小球滤过率：可通过测定菊粉清除率和内生肌酐清除率等方法来测定。1. 菊粉清除率：菊粉是果糖的聚合体，它不能由机体产生，须从静脉注入体内。菊粉可被肾小球滤过，但既不被重吸收也不被分泌。因此单位时间内尿中排出的菊粉量（UV）应等于单位时间内肾小球滤过的量（GFRP），因此该物质的清除率就可以代表肾小球滤过率，即：UV=GFRP C=GFR=UV/P 其中，C代表的是菊粉的清除率，U和P分别代表尿中和血浆中菊粉的浓度。在进行菊粉清除率测定时，给被测者静脉滴注一定量菊粉以保持血浆中的浓度恒定，然后测定单位时间内的尿量和尿中菊粉的浓度。如果