生理学尿的生成和排出

第八章 尿的生成和排出,Urine Formation and Micturition,肾脏的排泄功能：,排除体内大部分代谢终产物以及进 入体内的异物 调节体内水和电解质的平衡并维持体液渗透压的稳态 排出氢离子，维持酸碱平衡,尿生成的基本过程,滤过重吸收分泌,尿的生成,肾小球的滤过,肾小管和集合管的重吸收和分泌,尿生成的调节,输尿管和膀胱的排尿活动,尿液的浓缩与稀释,本章主要内容：,1 肾的功能解剖和肾血流量,肾脏,肾锥体,肾单位和集合管,肾的功能解剖,肾单位nephron,皮质肾单位 近髓肾单位,球 旁 器juxtaglomerular apparatus,球旁细胞juxtaglomerular cell：分泌颗粒含肾素球外系膜细胞extraglomerular mesangial cell：具有吞噬功能 致密斑macula densa：调节肾素的释放,肾的神经支配,肾交感神经,去甲肾上腺素,血管平滑肌,肾小管上皮细胞,球旁细胞,血管收缩，调节肾脏的血流量,调节重吸收,引起肾素的释放,小叶间动脉入球小动脉肾小球毛细血管网出球小动脉管周毛细血管网小叶间静脉,肾的血液供应,肾小球毛细血管网压力较高有利于肾小球滤过 管周毛细血管网压力较低有利于肾小管的重吸收,两个串联的毛细血管网,肾血流量及其调节,肾血流量的自身调节autoregulation,指不依赖于肾神经和体液等因素影响而调节肾血流量的过程（肾血流量在动脉血压在一定的变动范围内能保持相对恒定）,当肾动脉灌注压在80-180mmHg之间发生变化时，肾血流量RBF能保持相对恒定；肾小球滤过率GFR也能保持相对恒定。,机制：,1. 肌源性学说myogenic mechoanism,由肾脏小动脉血管平滑肌的特性决定,2. 管-球反馈tubuloglomerular feedback,通过感受经过致密斑的小管液流量的改变进行调节,肌源性机制myogenic mechanism,由肾脏小动脉血管平滑肌的特性决定,动脉压（GFR）入球小动脉壁的张力血管平滑肌受牵张平滑肌舒张RA RBFGFR（GFR恢复正常）,反之，动脉压（GFR）入球小动脉壁的张力血管平滑肌受牵张平滑肌收缩RA RBF GFR （GFR恢复正常）,管球反馈tubulo-glomerular feedback，TGF,TGF的感受部位是致密斑,致密斑处感受的信息主要是Na+、K+、Cl-等离子的转运速率,反馈调节同一肾单位的SNGFR，使其保持相对恒定,肾血流量及其调节,自身调节的生理意义： 通过肾血流量自身调节，使肾小球滤过率不会因血压波动而改变，从而维持肾小球滤过率相对恒定，这对于尿生成的稳定具有重要意义。,肾血流量的神经和体液调节,交感神经的活动Ad、ADH等作用,神经调节,肾交感神经,去甲肾上腺素,血管平滑肌,血管收缩,肾小管上皮细胞,近球细胞,多巴胺,血管平滑肌,肾血管舒张,肾血流量减少，GFR减少,失血、伤害性刺激、情绪激动等,体液调节,某些体液因素对RBF 、GFR的调节效应,2 肾小球的滤过功能,微穿刺术：,在肾小球处发生的过滤是超滤ultrafiltration而不是分泌,超滤,滤过膜,有效滤过压,肾小球滤过率glomerular filtration rate, GFR = 滤过系数Kf有效滤过压PUF 单个肾单位肾小球滤过率(SNGFR) 滤过分数filtration fraction = GFR/RPF,结构,内层：窗孔，通透性最大中间层：是滤过膜的主要屏障 外层：可限制蛋白质通过,滤过裂隙膜filtration slit membrane,一、滤过膜及其通透性,1. 滤过膜的面积s2. 滤过膜的结构及其通透性k,影响通透性的因素,A. 物质的分子大小,半径4nm，不能滤过,B. 物质所带的电荷,负电荷 电中性 正电荷,二、有效滤过压,有 效 滤 过 压effective filtration pressure,= - =（GC -T ）-（GC -T ）= GC （ T + GC ）,其中GC ：毛细血管血压 T： 肾小囊内静水压 GC：血浆胶体渗透压,滤过平衡filtration equilibrium,入球小动脉端 出球小动脉端,GC:45mmHg, 降落很小T：10mmHg，变化很小大约35mmHg，变化不大T：可忽略不计GC：20mmHg增加到35mmHg逐渐增高，直至与相等,- = 0,三、影响肾小球滤过的因素,肾小球毛细血管血压 PGC 有效滤过压 GFR * 不呈线性关系 囊内压 PT 有效滤过压 GFR 血浆胶体渗透压 CAA有效滤过压 GFR,肾血浆流量: 改变滤过平衡点 滤过系数： KfGFR, KfGFR,3 肾小管与集合管的转运功能,分泌secretion,重吸收reabsorption,原发性主动转运primary active transport,继发性主动转运secondary active transport,物质转运的方式,被动转运：扩散、渗透等,主动转运,物质转运的途径,跨细胞转运途径transcellular pathway,细胞旁转运途径paracellular transport,一、Na+ 、Cl- 和水的重吸收,近球小管 髓袢 远球小管和集合管,1、Na+和Cl-的重吸收,近球小管起始段：,Na+：继发性主动转运 联合转运（同向和逆向） 跨细胞转运途径Cl-：不被重吸收,近球小管,近球小管后段：,两种途径跨细胞转运机制 逆向转运机制 继发性主动转运细胞旁转运途径 被动转运（Na+顺电位梯度，Cl-顺浓度梯度）,1、 Na+和Cl-的重吸收,近球小管,2、水的重吸收,渗透（渗透浓度梯度）,跨细胞转运途径细胞旁转运途径,近球小管,将近70 Na+ 、Cl-、K+等溶质和水被重吸收 其中约2/3经跨细胞转运途径，1/3经细胞旁途径重吸收 近球小管各段对Na+ 、Cl- 的重吸收机制不同,近球小管,髓 袢,髓袢升支粗段,NaCl：Na+-K+-2Cl-同向转运体 钠泵起重要作用（哇巴因） 速尿可抑制该转运体Na+-H+ 逆向转运Na+等还可经细胞旁途径顺电位梯度转运水：此段不被重吸收,髓 袢,髓袢降支薄壁段,水以渗透方式重吸收水孔蛋白AQP-1,髓 袢,在髓袢升支粗段，约20的Na+、 Cl-和K+等物质被进一步重吸收，水不被重吸收 髓袢降支薄壁段有约15的水以渗透方式被重吸收 髓袢升支粗段水和盐重吸收的分离，小管液的渗透压降低，有利于尿液的浓缩和稀释,远球小管和集合管,远球小管起始段,NaCl： Na+-Cl-同向转运体 继发性主动转运（钠泵） 噻嗪类利尿剂水：不通透,远球小管和集合管,远球小管后段和集合管,Na+： 主细胞 钠通道（钠泵） 氨氯吡咪Cl-： 顺电位梯度（与Na+重吸收有关） 细胞旁转运途径,水： 水孔蛋白 可调节（ADH）,远球小管和集合管,远球小管后段和集合管,远球小管和集合管,约12的Na+和Cl-被重吸收，还重吸收不同量的水 此部位重吸收NaCl有两种机制（不同部位） 这部位的水、盐的转运可根据体内水、盐平衡状况进行调节，它们分别受ADH与醛固酮的调节,二、 K+的重吸收和分泌,近球小管：重吸收70 髓袢：重吸收20 远球小管和集合管：同时有重吸收和分泌，且重吸收和分泌的速率可受若干因素的调节而发生改变,K+的分泌,主细胞 K+通道 与Na+的重吸收密切相关 排泄量视摄入量而定,三、Ca2+的重吸收,近球小管：70 其中 20跨细胞途径 80细胞旁途径 髓袢：20 远球小管：9 集合管：1,近球小管重吸收Ca2的机制,四、HCO3-和H+的转运,HCO3-的重吸收和H+的分泌 生成和分泌NH4+,回收HCO3-,近球小管,HCO3-通过CO2的形式被重吸收基底膜的Na+- HCO3-同向转运（也有Cl- HCO3-转运） 顶端膜的Na+-H+逆向转运 钠泵（主动转运）,HCO3-的重吸收和H+的分泌,髓袢升支粗段,重吸收机制与近球小管大致相同,HCO3-的重吸收和H+的分泌,远球小管和集合管,HCO3-的重吸收和H+的分泌,闰细胞 两种分泌H+的机制: 质子泵 H+-K+-ATP酶 HCO3-通过基底膜的Cl- HCO3-逆向转运 与小管液中的H+发生反应的缓冲剂： HCO3-、HPO42-、NH3,NH4+的分泌,髓袢升支粗段能重吸收NH4+,NH4+的分泌与H+的分泌密切相关,集合管,近球小管,五、葡萄糖和氨基酸的重吸收,重吸收机制,都在近球小管，特别是其前半段，被重吸收 继发性主动转运，能量由基底侧膜上的Na+-K+-ATP酶主动转运Na+和K+供应 与Na+同向转运进入肾小管上皮细胞（钠依赖性葡萄糖转运体和钠依赖性氨基酸转运体）,重吸收机制,与葡萄糖重吸收有关的几个概念,葡萄糖的最大转运率,maximal rate of transport for glucose, Tm-G,葡萄糖的肾阈,renal threshold for glucose,小 结,最终，99以上的水分被重吸收，其他溶质也发生不同程度的重吸收和分泌,4 尿液的浓缩和稀释,尿的稀释和浓缩 其过程与机体分泌ADH调节水的重吸收和肾髓质内渗透压梯度的建立有关,尿的渗透浓度 osmolality,一、尿液的稀释,主要在远端小管和集合管中发生 与ADH的释放有关（ADH调节远端小管和集合管对水的通透性） 水利尿,二、尿液的浓缩, 肾髓质渗透浓度梯度的形成,髓袢的形态结构特点构成逆流系统,二、尿液的浓缩, 肾髓质渗透浓度梯度的形成,逆流倍增机制,二、尿液的浓缩, 肾髓质渗透浓度梯度的形成,肾小管各段对水和溶质的通透性不同,二、尿液的浓缩, 肾髓质渗透浓度梯度的形成,外髓升支粗段NaCl的重吸收,内髓 尿素的再循环 NaCl重吸收,渗透梯度的形成过程 尿素和NaCl是建立髓质渗透梯度的主要溶质,二、尿液的浓缩,尿液浓缩的过程,肾髓质渗透浓度梯度,血管升压素（ADH）,集合管中小管液低渗，组织液为高渗,集合管上皮对水的通透性增加,水的重吸收增加，水由小管液进入组织液,尿液浓缩,三、直小血管在保持肾髓质高渗中的作用,构成逆流交换器，起保持肾髓质内高渗状态的作用 直小血管仅把肾髓质中多余的溶质和水带回血循环,5 尿生成的调节,肾内自身调节,神经体液调节,肾小管和集合管的重吸收和分泌,调节,小管液中溶质的浓度,球-管平衡,肾交感神经的作用,抗利尿激素,肾素-血管紧张素-醛固酮系统,心房钠尿肽,一、肾内自身调节,1. 小管液中溶质的浓度 渗透性利尿osmotic diuresis,定义：当肾小管内有大量未被重吸收的溶质存在时，会使尿量增加 机制：因为小管液中溶质的浓度很高，渗透压高，就会妨碍肾小管对水的重吸收；这样，Na+的浓度就相对降低，也影响了的NaCl重吸收 临床意义：,一、肾内自身调节,2. 球管平衡glomerulotubular balance (定比重吸收constant fraction reabsorption),定义： 机制：与肾小管周围毛细血管血压和血浆胶体渗透压的变化有关 意义：使尿中Na+和水的排出不会因GFR的变化而发生大的变化,二、神经体液调节,肾交感神经的作用,肾交感神经,去甲肾上腺素,血管平滑肌,肾小管上皮细胞,球旁细胞,血管收缩，RBF、GFR减少,增加Na+、Cl-和水的重吸收,引起肾素的释放,（受体）,（受体）,（受体）,二、神经体液调节,抗利尿激素antidiuretic hormone, ADH (血管升压素arginine vasopressin, AVP),合成：神经分泌 生理作用： 作用机制： 调节机制：1. 血浆晶体渗透压 2. 循环血量 3. 动脉血压,水利尿water diuresis,渗透性利尿和水利尿的区别,情绪、疼痛、应急,中枢,下丘脑,垂体后叶,ADH,水重吸收,血浆中的水量,血浆容量,压力感受器,容量感受器,动脉血压,中心静脉压,血浆晶体渗透压,Nacl 水,饮水,实线：+虚线：-,小结：,二、神经体液调节,肾素-血管紧张素-醛固酮系统,renin-angiotensin-aldosterone system,血管紧张素原 肾素 血管紧张素I（十肽） 血管紧张素转化酶 血管紧张素II（八肽） 肾上腺皮质球状带合成和分泌醛固酮,合成：,球旁细胞合成、储存和释放,肾素-血管紧张素-醛固酮系统,renin-angiotensin-aldosterone system,1. 血管紧张素II对尿生成的调节,直接作用,间接作用,醛固酮,抗利尿激素,肾素-血管紧张素-醛固酮系统,renin-angiotensin-aldosterone system,2. 醛固酮对尿生成的调节,主要作用：保钠排钾 作用机制：醛固酮诱导蛋白 分泌调节： （1）血管紧张素 （2）血钾和血钠浓度的变化,aldosterone-induced protein,肾素-血管紧张素-醛固酮系统,renin-angiotensin-aldosterone system,3. 肾素分泌的调节,入球小动脉壁的牵张感受器 致密斑感受器 神经体液因素,小结：,血量动脉压,肾动脉压