尿的生成和排出医学生理学

,第八章 尿的生成和排出,尿生成的过程,肾小球滤过 filtration,肾小管重吸收 reabsorption,肾小管分泌 secretion,尿的排出 excretion,肾脏的功能,排泄代谢产物和摄入体内的异物,调节体内水和电解质的平衡,调节酸碱平衡,调节动脉血压,肾脏的内分泌功能,糖原异生作用,肌体的排泄途径,第一节 肾脏的功能解剖,一、肾单位,一）、肾单位的组成和功能,二）近髓肾单位和皮质肾单位,皮质肾单位,近髓肾单位,肾单位数量,少,肾小球分布,出球小动脉 特点,一支,分布于远端和近端肾小管周围,一支同前一支U形直小血管,髓襻长度,短(到外髓）,长（进内髓）,球旁器,有,无,肾素颗粒,多,少,交感神经,入球小动脉,出球小动脉,血流量,少,功能特点,原尿的形成和肾素分泌,尿的浓缩和稀释,三）滤过膜的结构,Endothelial cell,Basement membrane,podocyte,滤过屏障 filtration barrrier,滤过系数：filtration coefficient,通透性,滤过面积,分子大小分子所带的电荷,二、集合管,皮质集合管外髓部集合管内髓部集合管,三、近球小体 juxtaglomerular apparatus,组成,管球反馈tubulo-glomerular feedback,四、肾的神经支配,交感神经,入球小动脉,出球小动脉,肾小管,颗粒细胞（近球细胞）,肾素分泌,重吸收,肾血流量和滤过率,滤过,一）从中枢到肾的传出神经,二）肾的传入神经,机械刺激,化学刺激,传入纤维,神经中枢,肾-肾反射 renorenal reflex,第二节 肾脏功能的研究方法,一、肾清除率的测定,一）肾清除率的定义,Cx,=,Ux,Px,*V,Cx: 物质x的清除率,Ux：物质x在尿液中的浓度,Px：物质x在血浆中的浓度,V： 尿量,二）用肾清除率测定肾小球滤过率,条件：,不与血浆蛋白结合,能自由滤过肾小球,在肾小管中不被合成和分解,在肾小管中不被重吸收和分泌,在体内不能生成,不被破坏,无生理功能,能准确测定其血浆浓度和尿浓度,标准物菊糖 inulin,Glomerular filtration rate, GFR,三）用肾清除率方法测定肾血浆流量 和推算肾血流量,条件：一次循环，把血浆中的某种物质清除 即只有滤过和分泌，没有重吸收,标准物-对氨基马尿酸 PAH,肾血浆流量 renal plasma flow, RPF,=CPAH,肾血流量 renal blood flow, RBF,=CPAH/(1-红细胞比容）,四）用清除率方法推测肾小管功能,CXCIn,CXCIn,净分泌,净重吸收,五）自由水清除率 free water clearance,无溶质水,自由水清除率的意义,自由水清除率的计算,CH20=V-COSM,COSM=UOSM*V/POSM,二、微穿刺和微灌注技术,微穿刺-收集肾小管内液体， 测定小管液流量和物质成分 比较不同段小管液成分的差异,微灌注-判断某段肾小管的物质转运功能,三、细胞内微电极记录,四、膜片箝,五、分子生物学技术,第三节 肾小球的滤过功能,超滤,肾小球滤过率 glomerular filtration rate, GFR,正常值 125ml/min, 180L/day,滤过分数 filtration fraction, FF,正常值 1520%,一、决定肾小球滤过的因素,一）有效滤过压 effective filtration pressure,1.跨毛细血管静水压差,毛细血管血压,肾小囊内压,2.跨毛细血管胶体渗透压差,毛细血管血浆胶体渗透压,肾小囊内液体的胶体渗透压=0,有效滤过压=,毛细血管血压-肾小囊内压-血浆胶体渗透压,毛细血管血压-肾小囊内压,肾血浆流量增大,滤过平衡,二）滤过系数 filtration coefficient, Kf,滤过膜的通透性,滤过膜的面积,三）各种因素的改变对肾小球滤过率的影响,GFR=滤过系数*有效滤过压,1.肾小球血浆流量,2.滤过系数,3.有效滤过压,肾小球血 浆流量,影响因素,GFR,滤过系数,孔径,负电荷,滤过面积,有效滤过压,毛细血管血压,肾小囊内压,血浆胶体渗透压,入球小动脉,出球小动脉,(80mmHg),蛋白尿血尿,收缩,收缩,双向,先升后降,二、肾血流量和肾小球滤过率的自身调节,一）肌源性机制 myogenic mechanism,动脉压下降,循环血量减少,入球小动脉壁张力,血管平滑肌舒张,入球小动脉阻力,毛细血管血压,肾小球血流量维持相对恒定,GFR维持稳定,二）管球反馈 tubulo-glomerular feedback, TGF,肾小管中Na,Cl,K,致密斑,系膜细胞收缩,入球小动脉收缩出球小动脉收缩,滤过面积下降,血流量下降毛细血管血压下降,滤过下降,三、肾血流量和肾小球滤过率 的神经体液调节,一）神经调节,入球小动脉,出球小动脉,肾血流量和滤过率,滤过,交感神经,二）体液调节,1.血管紧张素II angiotensin II,ANG II低浓度,出球小动脉,GFR变化不显著,ANG II高浓度,入球小动脉,GFR下降,2.前列腺素,前列腺素E2前列环素,小动脉舒张,系膜细胞收缩,RBF增加,Kf下降,3.NO,4.内皮素 endothelin,5.缓激肽 bradykinin,6.心房钠尿肽 ANP,入球和出球小动脉舒张,入球和出球小动脉收缩,舒血管，刺激NO和前列腺素生成,入球小动脉舒张出球小动脉收缩系膜细胞舒张,GFR增加,第四节 肾小管和集合管 的物质转运功能,肾小球滤过,尿的排出,重吸收reabsorption,分泌 reabsorption,排出量=滤过+分泌-重吸收,一、肾小管和集合管的物质转运方式,一）被动转运passive transport,扩散diffusion,渗透 osmosis,易化扩散 facilitated diffusion,溶剂拖拽 solvent drag,单一转运 uniport,二）主动转运 active transport,钠-钾-ATP酶 sodium pump,氢泵 H-ATPase, proton pump,钙泵 Ca-ATPase,钠-葡萄糖同向转运体 sodium glucose contransporter,钠-氨基酸同向转运体 sodium glucose contransporter,钠-氢逆向转运,钠-钾逆向转运,继发性主动转运,同向转运,逆向转运,联合转运=,三）物质通过肾小管上皮细胞转运的途径,1.形态结构,上皮细胞间-紧密连接tight junction,上皮细胞,顶端膜-刷状缘,brush board,转运体,基底侧膜,basolateral membrane,钠泵,2.转运途径,跨细胞转运途径transcellular transport,细胞旁转运途径paracellular transport,二、肾小管集合管中物质的转运,一）Na，Cl和水的重吸收,1.近球小管的重吸收,吸收的量-70%吸收途径-跨细胞转运2/3 细胞旁途径1/3,1）钠和氯的重吸收,近球小管前段：,联合转运,钠泵,单一转运,近球小管后段：,联合转运,细胞旁途径,2）水的重吸收,吸收动力：,吸收途径：,渗透压-Na,Cl建立,跨细胞途径细胞旁途径,水通道（AQP-1）,吸收的意义：,溶质拖拽,2.髓襻的重吸收（20%的NaCl）,髓襻,升支,降支,粗段,粗段,细段,细段,-Na,K,Cl等离子 对水不通透,-对水通透 渗透，水通道,襻利尿剂-速尿,3.远球小管和集合管,噻嗪类利尿剂,吸收的量可变,远球小管起始段：,Na-Cl同向转运,对水不通透,远球小管后段和集合管：,主细胞-重吸收Na分泌K,闰细胞-分泌H,基底侧膜AQP3,4 -水进入细胞间隙,顶端膜AQP2 -水进入细胞,受ADH调控,二）钾的重吸收和分泌,重吸收：,近球小管：70%,髓襻： 20%,分泌：,远球小管和集合管,主细胞顶端膜的钾通道,三）钙的重吸收,重吸收：,近球小管： 70%,髓襻： 20%,远球小管： 9%,跨细胞途径 1/5,细胞旁途径 4/5,钙通道,溶剂拖拽,电位差,浓度差,升支粗段，细胞旁途径,跨细胞途径,钙通道,四）HCO3和H的转运,意义：维持酸碱平衡,参与的机制：,HCO3的重吸收,H的分泌,NH4的分泌,1.HCO3的重吸收和H的分泌,HCO3的重吸收,近球小管-80%,髓襻升支-15%,远球小管，集合管,HCO3在肾中的生成,1)近球小管,carbonic anhydrase,HCO3重吸收的机制,H的分泌：,Na-H逆向转运,质子泵-氢泵,顶端膜,2）髓襻-升支粗段,顶端膜：Na-H逆向转运,基底侧膜：Na-HCO3同向转运 钠泵,3）远球小管和集合管,2.NH3的分泌与H、HCO3转运的关系,小管液中：,谷氨酰胺,谷氨酸根+NH4,酮戊二酸+NH4,2HCO3,-,+,+,五）葡萄糖和氨基酸的重吸收,1.葡萄糖的重吸收,重吸收部位-近球小管,重吸收极限-肾糖阈 renal threshold for glucose,静脉血中葡萄糖浓度180mg/dL,产生肾糖阈的原因,钠依赖性葡萄糖转运体sodium-dependent glucose transporter, SGLT,重吸收机制,SGLT2,GLUT2,2.氨基酸的重吸收,第五节 尿液的稀释和浓缩,近球小管-小管液与血浆等渗,髓襻升支粗段-水和溶质分开处理,一、髓襻对小管液中水和溶质的重吸收,髓襻降支细段,髓襻升支细段,H2O,H2O,NaCl,髓襻升支粗段,尿素,H2O,NaCl,尿素,NaCl,尿素,二、尿液的稀释,部位：,机制：,远球小管、集合管,抗利尿激素 antidiuretic hormone,血管加压素 vasopressin,*水利尿 water diuresis,三、尿液的浓缩,一）肾髓质渗透浓度梯度的形成,髓襻、远球小管和集合管对水和溶质的通透性,小管段,髓襻,降支细段,升支细段,升支粗段,NaCl,水,尿素,备注,远球小管,集合管,皮质,髓质,不通透,不通透主动吸收,通透,不通透,通透,不通透,中等通透,不通透,不通透,不通透主动吸收,不通透,不通透,不通透主动吸收,不通透,不通透,不通透主动吸收,通透,不通透,VP,VP,VP,等渗液,低渗液,（1）,（2）,（3）,尿素再循环,（4）,直小血管的作用,维持内髓部的高渗 带走多余水和溶质,二）尿液浓缩的过程,第六节 尿生成的调节,一、肾内自身调节,一）渗透性利尿 osmotic diuresis,肾小管中的溶质浓度,二）球管平衡 glomerulotubular balance,定比重吸收-70%,原因：管周毛细血管血浆胶体渗透压,意义：,二、神经调节,球旁细胞,肾小管,肾小球血流量,肾素,滤 过,重吸收,(近球小管),交感神经,一）肾交感神经对肾脏的作用,二）肾交感神经参与的反射,1.心肺感受器引起的反射,血容量,容量感受器 volume receptor,心血管中枢,交感活动抑制,血压,压力感受器,2.肾-肾反射 renorenal reflex,二、体液调节,一）肾素-血管紧张素-醛固酮系统,1.肾素(renin),分泌的调节：,作用：,来源：,球旁细胞 (近球细胞、颗粒细胞）,血管紧张素原,血管紧张素I,肾素,入球小动脉处的牵张感受器,致密斑感受器,血压下降,Na量减少,交感神经兴奋,前列腺素、肾上腺素、去甲肾上腺素,2.血管紧张素,血管紧张素原,血管紧张素I,血管紧张素II angiotensin II,血管紧张素III,醛固酮aldosterone,肾素,血管紧张素转换酶,血管紧张素酶A,血管紧张素生理作用,血管平滑肌,收缩血管-出球小动脉、系膜细胞,肾小管,刺激近球小管对Na的重吸收,肾上腺,刺激醛固酮的合成和分泌,神经系统,刺激ADH，ACTH的释放,刺激交感神经活动加强,引起渴觉和饮水行为-补充血容量,3.醛固酮 aldosterone,生理作用：,来源：,肾上腺皮质球状带,远曲小管和集合管保钠排钾,分泌调节：,血管紧张素II、III,低血钠、高血钾,二）激肽释放酶-激肽系统,肾小动脉舒张,抑制集合管上皮对钠和水的重吸收,三）心房钠尿肽 atrial natriuretic peptide, ANP,分泌-心房肌,调节-血容量增大，心房壁牵张,生理功能：,肾小球,入球小动脉舒张，GFR增大,集合管,抑制顶端膜钠通道,抑制水钠重吸收,近球细胞,抑制肾素释放，而抑制ANGII,肾上腺,抑制醛固酮分泌,脑,抑制ADH分泌,四）内皮素,分泌： 血管内皮,分泌调节：,血流对管壁的切应力,ANGII，儿茶酚胺,释放,NO，ANP,抑制,功能：,入球小动脉收缩,RBF减小,GFR减小,抑制集合管钠泵,刺激ANP释放,五）一氧化氮,分泌： 血管内皮,分泌调节：,血流对管壁的切应力,功能：,入球出球小动脉舒张,GFR增大,六）血管升压素 vasopressin, VP,-抗利尿激素antidiuretic hormone, ADH,储存和分泌部位：神经垂体（垂体后叶）,合成部位：下丘脑视上核、室旁核,生理功能：,小剂量-抗利尿作用,大剂量-血管收缩,作用机制：,V1受体-血管平滑肌,V2受体-肾脏集合管,分泌调节：,血浆晶体渗透压,循环血量,动脉血压,渗透压感受器 （下丘脑）,容量感受器 （心房）,压力感受器（颈动脉窦）,体液渗透压,血容量,情绪、疼