内科学尿的生成和排出.ppt

第八篇尿的生成和排出,1,排泄（excretion）的定义代谢终产物、异物、过剩的物质排出体外的过程排泄的途径：肺：CO2、H2O；肠：胆色素、无机盐、水；皮肤：汗液(水、尿素、乳酸等)；肾：尿液、代谢产物、异物最重要:排泄量大，种类多，有选择性排泄的意义：机体通过排泄维持内环境稳态尿生成的基本过程：肾小球滤过、肾小管和集合管重吸收和分泌肾的其他功能：内分泌：合成和释放肾素、EPO、1，25-(OH)2-D3、BK、PGs等血压的长期条件：调节循环血量和细胞外液量糖异生：肾是糖异生场所之一,2,3,一肾功能解剖和血液循环特征,（一）肾的功能解剖1.肾单位(nephron)数量:2106,40岁后每过10年减少10%组成:,4,集合管(collectingduct):与肾小管组织来源不同,但在功能上与远曲小管相同,两类肾单位,5,皮质肾单位(corticalnephron),近髓肾单位(juxtamedullarynephron),6,两类肾单位的比较,7,球旁细胞（juxtaglomerularcells）/颗粒细胞（granulecell）入、出球小动脉中特殊分化的平滑肌细胞；含分泌颗粒,颗粒内含肾素(renin)致密斑(maculadensa)髓袢升支粗段远端部一小块特殊分化的高柱状上皮细胞感受小管液中NaCl含量的变化,传递给球旁细胞,调节肾素的释放球外系膜细胞(extraglomerularmesangialcell)入、出球小动脉和致密斑之间，具有吞噬和收缩等功能,2.球旁器,球旁器的特殊结构是管-球反馈(tubuloglomerularfeedback,TGF)的结构基础。,（Juxtaglomerularapparatus，JGA）,球旁器,8,(二）肾的血液循环特征,1.肾血流量的特点血流量大安静时：两肾血流量(renalbloodflow，RBF)1200ml/min(占心输出量20%25%)不同部位供血不均肾皮质94%;外髓质部约5%;内髓质部1%,9,两套相互串联的毛细血管网肾小球毛细血管网血压高；入球小动脉分支构成（入球小动脉粗短、出球小动脉细长）有利于滤过,10,肾小管周围毛细血管网血压低，胶体渗透压高；出球小动脉分支形成有利于重吸收,U形直小血管髓质高渗的维持,（三）肾血流量的调节,1.自身调节(autoregulation)肾动脉灌注压在80180mmHg范围，RBF保持相对稳定机制：肌源学说(myogenictheory)灌注压/入球小动脉管壁平滑肌收缩/舒张血管口径/血流量/管-球反馈(TGF)：小管液的流量变化影响肾小球滤过率和肾血流量的现象RBF肾小球滤过率流经致密斑的NaCl量信息传递给肾小球肾小球滤过率意义：一般情况下,保证泌尿功能正常进行,11,12,肾血流量的自身调节,2.神经和体液调节(neuro-裂隙膜和裂孔(4-11nm);裂隙膜上有nephrin,可防止蛋白质的漏出球外系膜细胞的舒缩可调节滤过面积(两肾1.5m2),16,2.滤过膜的通透性(permeability)机械屏障(mechanicalbarrier)决定于：滤过膜上网孔大小和滤过分子大小结构基础：基膜(最重要)、裂隙膜孔径电学屏障(electricalbarrier)决定于：滤过膜(血管内皮细胞和基膜)所带负电荷,17,分子半径和所带电荷不同对右旋糖酐滤过能力的影响纵坐标：1.0表示自由滤过；0表示滤过为0,18,19,病理情况：屏障减弱,出现多尿、少尿、无尿、蛋白尿、血尿等,正常时：滤过膜通透性稳定,管形尿,血尿,(三)滤过动力有效滤过压(effectivefiltrationpressure,EFPorPUF)例：在大鼠的入球小动脉端：PUF=（45+0）-（25+10）=10mmHg至滤过平衡(filtrationequilibrium)点：PUF=（45+0）-（35+10）=0mmHg,20,PUF=（肾小球毛细血管血压+囊内液的胶体渗透压）-（血浆胶体渗透压+肾小囊内压）,21,肾小球毛细血管全长都有滤过作用，但只有有效滤过压为零前的一段毛细血管才产生滤过作用。,(四)影响肾小球滤过的因素1.有效滤过压(effectivefiltrationpressure,EFP)1）肾小球毛细血管血压(intracapillarybloodpressure)正常(血压80-180mmHg):稳定自身调节大失血:动脉血压(80mmHg)RBFGFR高血压晚期:入球小动脉狭窄肾小球毛细血管血压滤过量2）囊内压(intracapsularpressure)囊内压较稳定10mmHg肾盂或输尿管结石、肿瘤、输尿管阻塞等囊内压有效滤过压GFR溶血性疾病Hb堵塞肾小管囊内压GFR3）血浆胶体渗透压(plasmacolloidosmoticpressure)大量输液血浆蛋白被稀释或肝、肾疾病血浆蛋白减少血浆胶体渗透压有效滤过压GFR,22,2.滤过系数（filtrationcoefficient，Kf)定义：在单位有效滤过压驱动下，单位时间内经过滤过膜的滤液量。计算：Kf=ks(k滤过膜的有效通透系数，s滤过面积)正常时k稳定，异常如肾炎时增高或降低，可导致多尿、少尿(每昼夜100-500ml)、无尿(每昼夜100ml)、蛋白尿、血尿等；高血压晚期时s减少，可导致少尿、无尿3.肾血浆流量(renalplasmaflow,RPF)决定和改变滤过平衡点的位置:RPF血浆胶体渗透压速度快很快达到滤过平衡GFR,23,（五）肾功能评价指标肾小球滤过率（glomerularfiltrationrate，GFR）定义：单位时间内（每分钟）两肾生成的原尿量。正常成人：125ml/min，180L/day滤过分数（filtrationfraction，FF）肾小球滤过率与每分钟肾血浆流量(RPF)的比值。正常值：125/(1200*55%)=19%意义：衡量肾功能的重要指标急性肾小球肾炎:RPF(-),GFR,FF心力衰竭:RPF,GFR(-),FF,24,三、肾小管和集合管的重吸收(reabsorption),25,滤液量：180L/day,尿量:1.5L/day,水重吸收率:99%,选择性重吸收（selectivereabsorption）,葡萄糖、氨基酸,全部被重吸收,Na+、Ca2+、尿素,部分被重吸收,肾小管和集合管中物质的转运方式：被动转运(passivetransport)扩散(单纯、易化)、渗透、溶剂拖曳等溶剂拖曳(solventdrag)：水分子在渗透压作用下被重吸收时，有些溶质随水分子的重吸收被一起转运。主动转运(activetransport)原发性主动转运：钠泵、氢泵、钙泵继发性主动转运：Na+-葡萄糖同向转运、Na+-氨基酸同向转运、Na+-K+-2Cl-同向转运、Na+-H+交换、Na+-K+交换入胞重吸收少量小分子蛋白质,27,两种转运途径,（一）Na+、Cl-和水的重吸收Na+99%被重吸收1.近端小管(proximaltubule)重吸收量：65%70%(等渗性重吸收)机制：前半段：Na+与葡萄糖或氨基酸同向转运、Na+与H+逆向转运(Na+-H+交换)、Cl-不被重吸收后半段：细胞旁路(约1/3):Cl-顺浓度梯度、Na+顺电势梯度跨细胞转运:Na+-H+交换体HCO3-Cl-交换体水：随溶质重吸收，等渗性重吸收,28,29,前半段,后半段,近端小管重吸收Na+的特点等比等渗重吸收，与机体是否需要Na+无关2/3跨细胞前半段1/3细胞旁路后半段伴随H+分泌以及营养物质重吸收,30,2.髓袢20%NaCl，15%水被重吸收,H2O,H2O,NaCl,H2O,NaCl,降支细段对NaCl的通透性低对水通透性高小管液NaCl浓度高升支细段对NaCl的通透性高(被动)对水通透性低小管液NaCl浓度低升支粗段主要同向转运体Na+:2Cl-:K+,31,哇巴因,（-）,呋塞米依他尼酸,（-）,髓袢升支粗段Na+-K+-2Cl-同向转运体,32,Ca2+,K+,（顺浓度梯度）,（顺浓度梯度，使小管液正电位）,（被动重吸收）,3.远端小管(distaltubule)和集合管(connectingduct)重吸收量：12%NaCl，不等量水调节性重吸收：根据机体水、盐平衡调节NaCl受醛固酮(aldosterone)调节，保钠排钾水受抗利尿激素(vasopressin,VP)调节重吸收机制：多属主动转运（1）远曲小管始段顶端膜Na+-Cl-同向转运体，基底侧膜Na+泵提供动力噻嗪类利尿药抑制Na+-Cl-同向转运体对水相对不通透(2)远曲小管后段、集合管两类细胞主细胞（principlecell)管腔膜Na+通道，基底侧膜Na+泵主动重吸收Na+，产生电位梯度，Cl-经细胞旁路被动重吸收，伴K+的分泌；抑制剂：阿米洛利（amiloride）抑制Na+通道闰细胞(intercalatedcell)：泌H+两种质子泵(H+-ATP酶，H+-K+ATP酶)(3)集合管水通过水孔通道(aquaporin)重吸收，受抗利尿激素调节,33,34,噻嗪类利尿药,（-）,远曲小管始段,远曲小管后段、集合管,阿米洛利,（-）,（顺电位梯度）,35,36,（二）HCO3-的重吸收重吸收量：大部分被重吸收近端小管80-85%；髓袢升支粗段10-15%；远端小管和集合管约5%重吸收机制：以CO2形式单纯扩散，优先于Cl-(见图)近端小管、髓袢升支粗段：与泌H+(H+-Na+交换)、泌氨耦联远端小管和集合管：闰细胞主动泌H+，依靠两种质子泵意义：维持机体酸碱平衡,（抑制剂：乙酰唑胺）,37,(其他离子),近端小管、髓袢升支粗段,CA：carbonicanhydrase,H+,K+,38,远端小管和集合管,（三）K+的重吸收,重吸收量近端小管65%70%;髓袢25%30%固定远端小管、集合管不定，受多因素调节(醛固酮)机制近端小管是主动的，但机制不清,39,(四)葡萄糖和氨基酸的重吸收,部位：仅限于近端小管100%（主要是前半段）机制：继发性主动转运肾糖阈(renalthresholdforglocose)概念尿中开始出现葡萄糖时的最低血糖浓度:180mg/100ml葡萄糖的吸收极限量的概念两肾全部近端小管在单位时间内能重吸收葡萄糖的最大量男性：375mg/min女性：300mg/min,葡萄糖和氨基酸的重吸收,Na+,葡萄糖,氨基酸,cotransport,glucosetransporter2,aminoacidtransporters,40,近端小管70%,80%细胞旁途径（溶剂拖曳方式）20%跨细胞途径（顺电化学梯度）,髓袢(仅升支粗段)20%,远端小管和集合管9%,主动/被动重吸收,跨细胞主动转运,（五）Ca2+的重吸收和排泄,排出小于1%,41,三、影响肾小管和集合管重吸收的因素,（一）小管液中溶质的浓度渗透性利尿(osmoticdiuresis)糖尿病人多尿，甘露醇脱水（二）球-管平衡（glomerulotubularbalance）,42,概念：近端小管中Na+和水的重吸收率始终占GFR65%70%的现象，即定比重吸收(constantfractionreabsorption)。,机制：（肾血流不改变）GFR/近端小管旁毛细血管压/,血浆胶体渗透压/Na+、水重吸收/,意义：使尿中排出的溶质和水不致因GFR的增减而发生大幅波动，保持尿量尿钠相对稳定。渗透性利尿时被破坏,43,四、肾小管和集合管分泌(secretion),（一）H+的分泌1.近端小管和髓袢：H+-Na+交换2.远曲小管和集合管：闰细胞两种质子泵（H+-ATP酶，H+-K+ATP酶）（二）NH3和NH4+分泌1.部位：肾小管各段、集合管2.来源：谷氨酰胺脱氨基3.分泌形式和机制：近端小管以泌NH4+为主，借助H+-Na+交换体集合管以泌NH3为主，单纯扩散,44,谷氨酸脱氢酶,NH3的来源：滤过极少，主要由肾小管各段上皮细胞代谢生成,谷氨酰胺脱氨脱氢生成2NH4+，2HCO3-,45,4.NH3和NH4+分泌的意义：有利于H+的继续分泌(质子泵；Na+-H+交换);促进NaHCO3重吸收，每分泌1NH3和1H+，可回收1Na+和1HCO3-“排酸保碱”：慢性酸中毒刺激肾小管和集合管上皮细胞谷氨酰胺代谢，增加NH4+和NH3排泄，生成HCO3-因此，泌NH3/NH4+具有调节酸碱平衡的重要意义,46,（三）K+的分泌1.部位：主要在远端小管和集合管2.机制：主细胞(顺电-化学梯度扩散)(图)基底侧膜Na+泵细胞内K+浓度K+顺化学梯度通过钾通道进入小管液Na+顺电化学梯度通过管腔膜Na+通道进入细胞管腔呈负电性，为K+扩散提供电位梯度被动过程：Na+-K+交换，且与Na+-H+交换竞争3.促分泌因素：K+摄入量、细胞外液K+浓度、小管液电位变负、小管液Cl-浓度K+-Cl-同向转运、小管液流量、醛固酮分泌4.减分泌因素：酸中毒或与上述情况相反,K+分泌的动力,47,利尿剂阿米洛利,（-）,（保钾利尿剂）,48,（四）其他物质的分泌1.一些代谢产物：肌酐、对氨基马尿酸等通过肾小球滤过，可被肾小管和集合管分泌和重吸收（少量）2.进入体内的异物：青霉素、酚红、一些利尿剂等与血浆蛋白结合，不能被肾小球滤过，可在近端小管主动分泌进入体内的酚红，94%由近端小管主动分泌进入小管液随尿液排出，检测尿中酚红排泄量可作为判断近端小管排泄功能的粗略指标。,49,50,五、尿的浓缩和稀释肾脏具有稀释和浓缩尿液的作用,51,肾小管各段和集合管小管液渗透压和流量的变化,52,（一）尿液的稀释机制1.尿液稀释发生在髓袢升支粗段2.尿液稀释的条件有二a.此段对水不通透，但主动重吸收NaClb.ADH释放,溶质重吸收水重吸收,53,54,尿崩症（diabetesinsipidus）,55,（二）尿液的浓缩机制1.尿液浓缩发生在远曲小管和集合管2.尿液浓缩的条件有二a.肾髓质间质高渗b.ADH释放远曲小管和集合管对水重吸收,溶质重吸收水重吸收,?,肾髓质间质渗透浓度梯度的建立：逆流倍增肾髓质间质渗透浓度梯度的维持：逆流交换,方法冰点降低法肾皮质=血浆内髓质为血浆4倍由外向内呈梯度，与肾髓质厚度有关人类45倍沙鼠可达20倍尿浓缩的必备条件,56,57,逆流倍增(countercurrentmultiplication),58,肾髓质内的逆流系统1.髓袢的作用类似于物理学中的逆流倍增模型2.直小血管的作用类似于物理学中的逆流交换模型,59,60,肾髓质间质渗透浓度梯度的建立逆流倍增结构和功能条件：U型髓袢结构及水和溶质的单向通透小管各段对水、Na+和尿素的通透性不同形成机制：外髓质：髓袢升支粗段主动重吸收NaCl内髓质：髓袢升支细段重吸收NaCl+尿素循环肾髓质间质渗透浓度梯度的维持逆流交换结构和功能条件：类似于逆流倍增意义：维持渗透浓度梯度，带走多余的溶质和水（受血流量影响）,61,尿素再循环(urearecycling),62,对形成内髓质组织间液高渗梯度起重要作用蛋白质摄入不足时，尿浓缩能力减弱,（一）影响肾髓质高渗形成的因素,逆流倍增效率,髓袢长度,髓质钙化、萎缩、纤维化,浓度：营养不良、长期蛋白摄入不足,血管升压素增加内髓质集合管对尿素的通透性,小孩髓袢短，效率低，渗透浓度低,通透性,影响髓袢升支粗段主动重吸收Na+、Cl-,呋塞米、依他尼酸,尿素,髓质组织结构,63,影响尿液浓缩和稀释的因素,（三）直小血管血流量和速度对髓质高渗维持的影响,血流量,血流速度,带走的溶质,髓质浓度梯度,肾供氧不足，肾小管转运功能障碍，特别是髓袢升支粗段重吸收Na+、Cl-,浓缩功能,64,（二）影响远端小管末端和集合管对水通透性的因素ADH的作用,65,六、尿生成的调节（一）神经调节（neuroregulation）1.肾交感神经的作用支配肾血管（入球小动脉为主）平滑肌（a1受体）血管收缩肾血流量滤过支配球旁细胞（b1受体）肾素释放血管紧张素和醛固酮保钠排钾，水重吸收支配肾小管（近端小管和髓袢a1受体）Na+、Cl+、水重吸收2.影响肾交感神经的因素负反馈调节血容量改变心肺感受器反射肾交感活动改变血压改变压力感受性反射肾交感活动改变,（二）体液调节（humoralregulation）1.血管升压素（vasopressin，VP）,也称抗利尿激素（antidiuretichormone,ADH）、精氨酸血管升压素（argininevasopressin,AVP）来源：下丘脑视上核（SON）、室旁核（PVN）储存：经下丘脑-垂体束神经垂体储存,67,抗利尿:ADH+V2受体（远端小管末段和集合管上皮细胞）Gs激活ACcAMPPKA含水通道的囊泡镶嵌到顶端膜上水的重吸收尿液浓缩，尿量X染色体连锁的肾性尿崩症：V2R缺陷,升压ADH+血管平滑肌V1受体血管收缩血压升高,ADH的作用,68,ADH分泌调节血浆晶体渗透压（最重要）、循环血量（其次）、动脉血压、恶心、疼痛、应激等(1)血浆晶体渗透压机制：通过渗透压感受器（osmoreceptor）介导的反射活动渗透压感受器可能存在于下丘脑第三脑室前腹侧,Na+、Cl-最有效甘露糖、蔗糖中度敏感葡萄糖、尿素作用小,运动出汗、呕吐、腹泻体内水分丧失血浆晶体渗透压刺激渗透压感受器ADH远端小管和集合管对水重吸收尿量减少，尿液浓缩,短时间大量饮清水血浆晶体渗透压ADH肾小管、集合管水重吸收尿量（水利尿waterdiuresis）,69,70,(2)循环血量,循环血量心肺感受器刺激迷走传入信号ADH分泌水重吸收尿量,大失血Bp压力感受器刺激对ADH释放的抑制ADH,心肺感受器和压力感受器对刺激的敏感性比渗透压感受器低（循环血量或动脉血压降低510以上才能刺激ADH释放）,71,(3)其他因素,ADH,乙醇,ADH,恶心、疼痛、窒息、应激刺激、低血糖、血管紧张素,某些药物，如烟碱、吗啡等,2.肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosteronesystem,RAAS),72,(1)血管紧张素调节尿生成的功能,间接作用：促进ADH和醛固酮的合成和释放,低浓度时：出球小动脉收缩GFR变化不大(出球小动脉相对入球小动脉对Ang敏感,血流量减少,但CAP压力增高)高浓度时：入,出球小动脉收缩GFR减小(血流量明显减少),直接作用:,近端小管重吸收Na+(刺激Na+-H+交换),73,(2)醛固酮的功能,产生部位：肾上腺皮质球状带作用：促进远曲小管、集合管的上皮细胞重吸收Na+、水，排出K+（保钠排钾、水钠潴留）分泌调节：RAAS、血K+、血Na+,74,机制：醛固酮进入细胞内，与胞浆受体结合激素-受体复合物进入核内，与核内受体结合激发DNA转录，生成mRNA合成醛固酮诱导蛋白顶端膜钠通道蛋白数目增加线粒体合成ATP的酶：增加ATP合成，增加供能基底侧膜Na+泵增加Na+重吸收、伴Cl-和水重吸收、K+分泌,75,（3）肾素分泌的调节,肾内机制肾动脉灌注压入球小动脉壁受牵拉的程度肾素GFR致密斑小管液Na肾素,神经机制交感神经兴奋释放NE（急性大失血）颗粒细胞受体肾素,体液机制肾上腺素、去甲肾上腺素、PGE2、PGI2刺激颗粒细胞释放肾素Ang、ADH、ANP、内皮素和NO抑制肾素释放,76,（三）心房钠尿肽（atrialnatriureticpeptide，ANP）,产生部位：心房肌细胞，心房受牵拉时分泌增加作用：使血管平滑肌舒张，促肾脏排Na+、排H2O作用机制:,1）对GFR的影响血管平滑肌细胞胞质Ca2+浓度下降，入球小动脉舒张系膜细胞舒张，Kf值增大2）对集合管的影响顶端膜钠离子通道关闭NaCl重吸收、H2O对抗肾素-血管紧张素系统和ADH的作用，抑制集合管重吸收水3）对其他激素的影响抑制肾素、ADH、醛固酮分泌,77,GFR,（三）尿生成调节的生理意义1.保持机体水平衡包括神经、体液和自身调节多种机制；体液因素最重要，尤其是ADH，也包括ANP、RAS、Ald.2.保持机体内环境电解质平衡Na+和K+的平衡：主要依赖于醛固酮，ANP和球-管平衡也有作用Ca2+的平衡：内分泌中讲3.保持机体内环境酸碱平衡机体代谢产生的酸性物质远大于碱性物质血液缓冲系统：仅起短时效应肺通气和肺换气：排出挥发性酸肾通过H+、NH4+/NH3：排出固定酸,78,79,清除率,一.清除率的概念及计算方法,清除率（clearancerate,C）单位时间（一般为每分钟）内，两肾能将多少毫升血浆中的某种物质（X）完全清除，该血浆毫升数称为该物质的清除率。,计算方法,二、测定清除率的意义,（一）测定肾小球滤过率(GFR),1.菊粉(inulin)清除率,RIn=0,SIn=0,CIn=GFR=UInV/PIn,81,82,菊粉是一类天然植物果聚糖的混合物。广泛应用于乳制品、老婴幼保健配方、饮料、休闲食品、药品等领域。,2.内生肌酐清除率,内生肌酐清除率,=,尿肌酐浓度（mg/L）尿量（L/24h）,血浆肌酐浓度（mg/L）,不是很准确，因为肾小管和集合管能分泌、重吸收少量肌酐,83,（二）测定肾血浆流量、滤过分数和肾血流量,C对氨基马尿酸（PAH）、C碘锐特,血浆中某一物质在流经肾脏后，肾静脉中浓度接近于零，表明经滤过和肾小管集合管转运后从血浆中全部被清除。,血浆清除率肾血浆流量（RPF）,UxV=RPFPx,84,例：静脉滴注PAH钠盐，维持血浆浓度1-3mg/100ml，当血液流经肾一次后，血浆中PAH90%被清除。故CPAH可代表有效肾血浆流量。CPAH=RPF90%,RPF=594ml/min90%=660ml/min,已知GFR为125ml/min，进一步计算滤过分数（FF）,FF=125ml/min660ml/min100%=19%,根据肾血浆流量和血细胞比容，计算肾血流量（RBF）。若血细胞比容为45%，肾血浆流量660ml/min,RBF=660ml/min（1-45%）=1200ml/min,85,若CPAH为594ml/min,（三）推测肾小管功能,86,通过比较GFR和C，可以推测哪些物质可被肾小管集合管重吸收，哪些被分泌,（四）自由水清除率,自由水清除率（freewaterclearance,