《工程生理学》-第八章 尿的生成和排泄

第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点一、肾脏的功能解剖肾脏分为肾皮质和肾髓质两部分。肾皮质位于肾髓质表层,富有血管,主要由肾小体和肾小管构成。肾髓质位于皮质深部,血管较少,由15~25个肾锥体构成。肾锥体的底朝向皮质、髓质交界,而顶部伸向肾窦,终止于肾乳头。在肾单位和集合管生成的尿液,经集合管在肾乳头处开口进入肾盏,再进入肾大盏和肾盂,最后经输尿管进入膀胱。肾盏、肾盂和输尿管壁含有平滑肌,其收缩运动可将尿液驱向膀胱。在排尿时,膀胱内的尿液经尿道排出体外。下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点(一)肾单位和集合管1.肾单位。肾单位是肾脏的基本功能单位,它与集合管共同完成泌尿功能。人的两侧肾脏有170万~240万个肾单位,肾单位是尿生成的基本功能单位,肾脏不能再生新的肾单位。40岁后,每十年肾单位将减少大约10%。肾单位由肾小体及与之相连接的肾小管构成。肾小体由肾小球和肾小囊组成。肾小球是位于入球小动脉和出球小动脉之间的一团彼此之间分支又再吻合的毛细血管网。肾小囊有脏层和壁层,脏层和肾小球毛细血管共同构成滤过膜,壁层则延续至肾小管。肾小管包括近端小管、髓袢和远端小管。髓袢按其行走方向又分为降支和升支。前者包括髓袢降支粗段和髓袢降支细段,远端小管与集合管相连接。肾单位的组成如图8-1所示。2.皮质肾单位和近髓肾单位。肾单位按其所在部位不同,可分为皮质肾单位和近髓肾单位两种类型(图8-2)上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点(2)近髓肾单位。分布:靠近髓质的内皮质层,占肾单位总数的10%~15%。特点:①肾小球体积大。②髓袢长,可深入到内髓质层,有的甚至达到乳头部。③出球小动脉进一步分支形成两种小血管,一种为网状小血管,缠绕在附近的近曲小管和远曲小管周围;另一种是直小血管,与髓袢平行。作用:在尿液浓缩与稀释过程中起重要作用。3.集合管。集合管不包括在肾单位内,但在功能上与肾单位密切相关。在尿液生成及尿液浓缩过程中起重要作用。每一集合管接受多条远曲小管运来的液体,许多集合管又汇入乳头管,经肾小盏、肾大盏、肾盂、输尿管而进入膀胱。上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点(二)球旁器分布:球旁器主要分布在皮质肾单位(图8-3)。组成:球旁器由颗粒细胞(球旁细胞)、球外系膜(间质)细胞和致密斑三部分组成。①球旁细胞是位于入球小动脉和出球小动脉中膜①球旁细胞是位于入球小动脉和出球小动脉中膜内的特殊分化的平滑肌细胞,内有分泌颗粒,能合成、储存和释放肾素。②球外系膜细胞是指入球小动脉、出球小动脉和致密斑之间的一群细胞,细胞聚合成一锥形体,其底面朝向致密斑,这些细胞具有吞噬和收缩等功能。③致密斑位于髓袢升支粗段的远端部一小块由特殊分化的高柱状上皮细胞构成的组织,此处的上皮细胞的形态为高柱状,染色较深,细胞排列紧密,以致在小管壁局部呈现斑状隆起,故称为致密斑。致密斑穿过由同一肾单位入球小动脉和出球小动脉间的夹角与颗粒细胞及球外系膜细胞相接触。致密斑可感受小管液中NaCl含量的变化,并将信息传递至球旁细胞,调节肾素的释放和该肾单位肾小球的滤过率。这一调节过程称为管球反馈。上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点(三)肾脏的神经支配和血管分布1.肾脏的神经支配。肾交感神经节前神经元胞体位于第12胸段至第2腰段脊髓的侧角,其纤维进入腹腔神经节和位于主动脉、肾动脉部的神经节。节后纤维支配肾动脉(包括入球小动脉、出球小动脉的血管平滑肌)、肾小管和释放肾素的近球细胞。肾交感神经节后纤维末梢释放去甲肾上腺素,可调节肾血流量、肾小球滤过率、肾小管的重吸收和肾素的释放。肾的各种感受器可经肾传入神经纤维进入脊髓,投射到中枢的不同部位,调节血压和水盐平衡。至今尚未发现肾有副交感神经支配。2.肾脏的血管分布。肾动脉由腹主动脉垂直分出,入肾后依次分支形成叶间动脉、弓状动脉、小叶间动脉和入球小动脉。入球小动脉分支并相互吻合形成肾小球毛细血管网,然后汇集形成出球小动脉。离开肾小体后,出球小动脉再次分支形成肾小球毛细血管网或直小血管,最后汇入静脉。上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点二、肾血流量的特点及调节(一)肾血流量的特点1.肾血流量大。正常成人在安静状态下,两肾的血流量约为1200ml/min,相当于心输出量的20%~25%,而两肾仅占体重的0.5%左右,因此肾脏是机体供血量最丰富的器官。肾脏在尿的生成过程中耗氧量很低,仅占机体基础耗氧量的10%左右,可见肾血流量远超过其代谢需要。2.肾的不同部位供血不均。肾总血流量的94%分布于肾皮质层,5%~6%分布于外髓,其余不到1%供应内髓。上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点3.肾小球毛细血管内血压高且血流阻力大。肾小球毛细血管网口径比肾小管周围毛细血管网口径大1倍。所以,肾小球毛细血管内血压较高,血流阻力大,有利于肾小球的滤过。而当血液流经肾小管周围毛细血管时,因其能量消耗,血压较低;加之血浆经肾小球滤过后,蛋白质浓度升高,血浆胶体渗透压升高,这有利于肾小管的重吸收。(二)肾血流量的调节1.肾血流量的自身调节。(1)自身调节。在没有外来神经和体液因素的影响下,入球小动脉与出球小动脉的张力可以随着动脉血压的波动产生相应的变化,这称为肾血流量的自身调节。当肾动脉灌注压的变动范围为80~180mmHg时,肾血流量仍能保持相对恒定水平。上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点(2)调节机制。调节机制有肌源性机制和管球反馈两种学说。①肌源学说:肌源学说认为,一定范围内肾灌注压增高时,入球小动脉平滑肌因灌注压增高而受到较强的牵张刺激,有更多的Ca2+从胞外进入胞内,使血管平滑肌紧张性增强,血管口径缩小,血流阻力增大;反之,当灌注压降低时,入球小动脉平滑肌受到的牵张刺激减小,使血管平滑肌紧张性减弱,血管口径增大,血流阻力减小,从而保持肾血流量的相对稳定。当灌注压高于180mmHg或低于80mmHg时,肾血流量的自身调节便不能维持。②管球反馈:当肾血流量和肾小球滤过率下降时,小管液在髓袢的流速变慢,使NaCl在髓袢升支的重吸收增加,导致流经致密斑的NaCl浓度降低,引起入球小动脉阻力降低,使肾小球毛细血管静水压升高;同时引发颗粒细胞释放肾素,使出球小动脉收缩和毛细血管静水压升高。上一页下一页返回第一节肾脏的功能解剖和肾血液循环的特点(3)调节的意义。肾血流量和肾小球毛细血管压保持相对稳定,保证机体在安静状态下完成泌尿功能。在一般情况下,肾主要依靠自身调节来保持肾血流量的相对恒定以维持正常的泌尿功能。2.肾血流量的神经调节。入球小动脉和出球小动脉的血管平滑肌接受肾交感神经支配,交感神经兴奋时,肾血管收缩,肾血流量减少;肾交感神经活动减弱时,肾血管舒张,肾血流量增加。3.肾血流量的体液调节。在体液调节中,肾上腺素与去甲肾上腺素、血管紧张素Ⅱ、血管升压素、内皮素等均可引起肾血管收缩,使肾血流量减少。而前列腺素、一氧化氮、乙酰胆碱、心房钠尿肽等则可舒张肾血管。上一页返回第二节尿的生成过程一、肾小球的滤过功能肾小球的滤过是尿生成的起始步骤。当血液流经肾小球毛细血管时,除蛋白质外,其他成分可通过肾小球滤过膜而滤入肾小囊内,形成肾小球滤液,也称原尿。所以,原尿是血浆的超滤液,除不含蛋白质外,其他成分及浓度、渗透压以及酸碱度均与血浆基本一致。然后经肾小管和集合管对原尿中的不同成分进行选择性重吸收并分泌排泄部分物质,使之转变为终尿。(一)滤过膜及其通透性肾小球毛细血管内的血浆经滤过进入肾小囊腔,形成滤液。其间的结构称为滤过膜。1.滤过膜的组成。滤过膜是由三层结构构成的(图8-4)。①内层是毛细血管的内皮细胞层,可防止红细胞通过。②中间层是非细胞性基膜层,允许水和部分溶质通过,但蛋白质难以通过。③外层由肾小囊脏层足细胞的足突构成。下一页返回第二节尿的生成过程2.滤过膜的特点。(1)滤过膜上存在大小不同的孔道,故滤过膜具有一定的通透性。小分子物质能很容易地通过各种大小孔道,而分子量较大的物质则只能通过较大的孔道,因而它们在滤液中的浓度较低。分子量超过69000的物质如球蛋白、纤维蛋白原等,则不能通过滤过膜。(2)滤过膜上含有一种酸性糖蛋白,其是一种带负电荷的唾液蛋白。另外,基膜和内皮细胞表层也有唾液蛋白存在。唾液蛋白对血浆中带负电荷的蛋白质有相斥的作用,限制了带负电荷的蛋白质分子的滤过。上一页下一页返回第二节尿的生成过程(二)有效滤过压肾小球毛细血管上任何一点的滤过动力可用有效滤过压来表示。肾小球有效滤过压是指促进超滤的动力与对抗超滤的阻力之间的差值。超滤的动力包括肾小球毛细血管静水压和肾小囊内超滤液胶体渗透压。在正常情况下,前者约为45mmHg,后者接近0mmHg。超滤的阻力包括肾小球毛细血管内的血浆胶体渗透压和肾小囊内的静水压。滤过作用的原动力是肾小球毛细血管血压。有效滤过压是由膜两侧的力量对比决定的。肾小球毛细血管压是推动滤液从肾小球滤出的力量;血浆胶体渗透压和囊内静水压是对抗滤出的力量(图8-5)。上一页下一页返回第二节尿的生成过程(三)滤过率与滤过分数1.肾小球滤过率。肾小球滤过率(GFR)是指单位时间内(每分钟)两肾产生的超滤液量。正常成人肾小球滤过率平均值为125ml/min,24h从肾小球滤出的血浆量为180L。肾小球滤过率在不同个体之间存在差异,与体表面积呈一定的比例。男性的肾小球滤过率稍高于女性,运动、情绪、饮食、年龄、妊娠和昼夜节律等对GFR也有一定的影响。在不同的情况下,GFR的大小取决于有效滤过压和滤过系数。2.滤过分数。肾小球滤过率与肾血流量的比值称为滤过分数。从肾血流量和血细胞比容可计算肾血流量(RPF)。若肾血流量为1200ml,红细胞比容为45%,则肾血流量为660ml/min[1200×(1-45%)],若肾小球滤过率为125ml/min,则滤过分数为125/660·100%=19%,这表明流经肾脏的血浆中约19%由肾小球滤入囊腔,成为原尿。上一页下一页返回第二节尿的生成过程二、肾小管与集合管的重吸收功能超滤液在囊内压的推动下流入肾小管,称为小管液,其中绝大部分水和溶质又被肾小管上皮细胞重新吸收,经肾小管周围组织间隙返回血液。这一过程称为肾小管的重吸收。超滤液在量和成分上都与终尿有很大区别,每日滤出的原尿量约180L,而每日排出的终尿量只有1.5L,这就是说终尿量只有原尿量的1%左右,可见,肾小管和集合管上皮细胞对小管液中的各种物质进行了选择性重吸收。(一)肾小管和集合管上皮细胞的重吸收方式肾小管和集合管的重吸收和分泌均由小管上皮细胞转运,转运方式有主动和被动两种。上一页下一页返回第二节尿的生成过程1.主动转运指肾小管上皮细胞能逆电化学梯度,将小管液中的某些物质转运到小管外的组织液中去的过程。主动转运包括原发性主动转运和继发性主动转运。前者包括离子泵、钠泵和钙泵转运等,后者包括Na+葡萄糖同向转运、Na+氨基酸同向转运,K+Na+2Cl同向转运、Na+H+交换、Na+K+交换等。此外,肾小管上皮细胞还可通过入胞的方式重吸收少量小管液中的小分子蛋白质。2.被动转运指小管液中的水和某些物质顺浓度差、电位差和渗透压差从肾小管腔通过肾小管上皮细胞被转运到小管外组织液中去的过程。它包括单纯扩散、渗透和易化扩散。水、尿素、HCO3、大部分Cl的转运都是被动转运。此外,当水分子在渗透压的作用下被重吸收时,有些溶质可随水分子的重吸收被一起转运,这种转运方式称为溶剂拖拽。上一页下一页返回第二节尿的生成过程(二)肾小管与集合管的重吸收功能介绍肾小管各段的结构不同,其重吸收机能也各有特点,大部分溶质的重吸收发生在近端小管。1.肾小管和集合管的重吸收特点。(1)肾小管的重吸收是具有选择性的。对身体有营养价值的物质如葡萄糖、氨基酸、维生素等几乎全部被重吸收;水、Na+、C1大部分被重吸收;尿素等被部分重吸收;肌酐则完全不被重吸收。(2)肾小管对一些物质的重吸收是有一定限度的。当滤液中某种溶质浓度过高,超过肾小管的重吸收限度时,该物质便在尿中出现。某种物质开始在尿中出现时该物质在血浆中的浓度,称为该物质的肾阈值。上一页下一页返回第二节尿的生成过程2.几种主要物质的重吸收。(1)Na+、Cl-和HCO3-

的重吸收。Na+、Cl-是细胞外液的主要成分,其重吸收关系着内环境的稳定。滤液中99%以上的Na+和Cl-被重吸收。①近端小管。70%的Na+在近端小管经钠泵主动重吸收,Cl-和水随之被动重吸收。通过近端小管上皮细胞基侧膜钠泵的作用,将Na+泵出细胞间隙,使细胞内的Na+浓度降低,细胞内呈负电位,小管液中的Na+则顺电化学梯度进入肾小管壁上皮细胞而被重吸收。上一页下一页返回第二节尿的生成过程②髓袢。在髓袢升支粗段(图8-7),Na+伴随着Cl-的主动重吸收而被吸收,髓袢升支粗段上皮细胞基侧膜上的钠泵将Na+泵向组织间液,使细胞内Na+浓度下降,造成管腔内与细胞内Na+有明显的浓度梯度;Na+顺电化学梯度将2Cl-和K+一起同向转运至细胞内;进入细胞内的Na+由钠泵泵至组织间液,Cl-经管周膜上的Cl-通道进入组织间液,而K+则顺浓度梯度经管腔膜返回小管液,导致管腔内出现正电位,使小管液中Na+顺电位差从细胞旁路进入组织间液。上一页下一页返回第二节尿的生成过程③远曲小管和集合管。在远曲小管和集合管,Na+则是在醛固酮的调节下被重吸收。远曲小管后段和集合管含有两类细胞,即主细胞和闰细胞。主细胞重吸收Na+和水,分泌K+。小管液中的Na+顺电化学梯度通过管腔膜上的Na+通道进入细胞,然后由钠泵泵至细胞间液而被重吸收。闰细胞则主要分泌H+。此外,髓袢降支细段对Na+不易通透,难以重吸收,而髓袢升支细段对Na+有较大的通透性,可被动重吸收。(2)葡萄糖的重吸收。在正常情况下,葡萄糖在近端小管全部被重吸收。而其他各段肾小管都没有重吸收葡萄糖的能力。葡萄糖的重吸收是以载体为媒介的逆浓度差进行的,借助Na+的主动重吸收而扩散进入细胞内,所以它是继发的主动重吸收过程。当载体蛋白与葡萄糖、Na+相结合形成复合体后,它能迅速地将葡萄糖和Na+从管腔膜外侧转向内侧。上一页下一页返回第二节尿的生成过程(3)蛋白质和氨基酸的重吸收。肾小球滤过的微量血浆蛋白在近端小管以入胞形式被主动重吸收,氨基酸也在近端小管被主动重吸收。与葡萄糖的重吸收相同,蛋白质和氨基酸的重吸收也是与Na+的重吸收相关联的。但是转运葡萄糖和转运氨基酸的载体蛋白是不同的,葡萄糖是通过氨基酸载体转运的,也就是说载体蛋白是具有特异性的。正常时进入滤液中的少量蛋白质,是通过肾小管上皮细胞的吞饮作用而被重吸收的。(4)水的重吸收。正常成人的肾脏对水的重吸收量是很大的,只有1%滤液的水分排出体外。如果水的重吸收百分率减少1%,尿量即增加一倍,这说明水的重吸收与尿量有很大关系。肾小管和集合管对水的重吸收可分为两种:上一页下一页返回第二节尿的生成过程①等渗性重吸收。一部分水在近端小管伴随溶质的吸收而被吸收,与体内水平衡调节无关。其机制是在近端小管Na+被主动吸收后,小管液的渗透压将降低,水在渗透作用下进入小管上皮细胞和周围组织液而被吸收。②调节性重吸收。另一部分水在远曲小管和集合管被重吸收。重吸收量随着体内水的出入情况而变化。在机体缺水时,重吸收量增多,不缺水时就减少。这调节了体内水的平衡。抗利尿激素的作用就是调节这一部分水的重吸收。(5)K+的重吸收。肾小球滤过液中的K+绝大部分在近端小管被重吸收回血,而终尿中的K+主要是由远曲小管和集合管分泌的。近端小管对K+的重吸收是一个逆电位差进行的主动转运过程。上一页下一页返回第二节尿的生成过程三、肾小管与集合管的分泌和排泄功能肾小管和集合管的上皮细胞将其代谢产物和血液中的某些物质转运到小管液中去的过程称为分泌和排泄。(一)H+的分泌1.H+的分泌部位和来源。肾小管各段上皮细胞都能分泌H+。肾小管所分泌的H+来源于血液和其上皮细胞代谢产生的CO2。CO2

和H2O在肾小管上皮细胞内经碳酸酐酶(CA)的催化生成H2CO3,而H2CO3

又解离成H+和HCO3-。2.H+的分泌过程。①近端小管和髓袢。近端小管和髓袢升支粗段的上皮细胞通过Na+H+交换分泌H+。H+被小管上皮细胞分泌到小管液中(图8-8)。H+分泌的动力来自管周膜上的钠泵活动形成的跨管腔膜Na+浓度差,形成H+Na交换,故H+的分泌属于继发性主动转运。上一页下一页返回第二节尿的生成过程(二)NH3

和NH4

的分泌1.NH3

的分泌部位和来源。近端小管、髓袢升支粗段、远端小管上皮细胞内的谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下脱氨,生成谷氨酸根和NH4+。谷氨酸根又在谷氨酸脱氢酶的作用下生成α酮戊二酸和NH4+α酮戊二酸又生成2分子HCO3-。在细胞内,NH4+与NH3+H+两种形式处于一定的平衡状态。NH3

的分泌主要在远端小管和集合管。但在酸中毒的情况下,近端小管也可分泌NH3

。2.NH3

和NH4的分泌过程。①近端小管、髓袢升支粗段、远端小管(图8-9)。NH3

具有脂溶性,能通过细胞膜向小管周围组织间液和小管液自由扩散,也可通过基底侧膜进入细胞间液。扩散的量取决于两种液体的pH值(即H+浓度)。小管液的pH值较低(H+浓度较高),所以NH3较易向小管液中扩散。上一页下一页返回第二节尿的生成过程(三)K+的分泌1.分泌部位和来源。尿中的K+主要是由远端小管和集合管所分泌的,因为原尿中的K+绝大部分已在近端小管被重吸收回血。K+的分泌是一种被动分泌过程。K+的分泌与Na+的主动重吸收有密切的联系。当有Na+的主动重吸收时,才会有K+的分泌。Na+主动重吸收时便在小管内外建立起电位差,管内为负,管外为正,此电位差可促使K+从组织间液被动扩散入管腔液。上一页下一页返回第二节尿的生成过程2.K+的分泌过程。在远端小管和集合管中,管腔内电位达-10~-45mV,这是K+分泌的动力。细胞内的K+浓度明显高于小管液中的K+浓度,K+即可顺浓度梯度经管腔膜上的K+通道进入小管液。同时,在Na+进入主细胞后,其可刺激基侧膜上的钠泵,使更多K+从细胞外液泵入细胞内,从而增加了细胞内和小管液间K+的浓度梯度,进一步促进K+的分泌。可见K+的分泌与Na+的重吸收有密切关系,所以将这种离子交换称为K+-Na+交换。它属于逆向转运。在一般情况下,K+的排出与摄入量维持平衡。但当摄入量不足时,尿中仍排出钾,如不加以补充,就会造成低血钾。上一页返回第三节影响尿生成的因素一、影响原尿生成的因素1.有效滤过压的改变。组成有效滤过压的三个因素中的任何一个发生变化,都会影响肾小球滤过率,其中主要的是肾小球毛细血管血压的改变。(1)肾小球毛细血管血压的改变。肾血流量具有自身调节机制,当体循环动脉压的波动为80~160mmHg时,入球小动脉口经能发生相应的改变,肾小球毛细血管血压没有显著变化,使肾小球有效滤过率保持基本不变。如果动脉血压超出了肾血流量自身的调节范围,肾小球毛细血管血压相应降低,有效滤过压下降,尿量减少。下一页返回第三节影响尿生成的因素(2)血浆胶体渗透压的改变。在生理情况下,血浆胶体渗透压较稳定。当血浆蛋白减少时,血浆胶体渗透压降低,致使有效滤过压升高,肾小球滤过率升高,尿量增多。如静脉快速注入大量生理盐水可引起尿量增多,其原因之一是血浆蛋白被稀释,血浆胶体渗透压下降,有效滤过压增高。(3)肾小囊内压的改变。在生理情况下,肾小囊内压均较稳定。尿路梗阻时,尿液排出不畅,梗阻以上部位压力增加,囊内压升高,降低了有效滤过压,导致尿量减少。2.滤过膜的改变。(1)滤过膜有效滤过面积的改变。在正常情况下,全部肾小球都有滤过作用,有效滤过面积约为1.5m2,滤过面积相对稳定。当滤过面积减少时,滤过率将降低。如急性小球肾炎将导致肾小球滤过面积减少,肾小球滤过率下降,出现少尿或无尿。上一页下一页返回第三节影响尿生成的因素(2)滤过膜通透性的改变。在生理情况下,滤过膜的通透性比较稳定。某些病理改变,如炎症或缺氧都可使滤过膜的通透性增加。这不仅会使血浆白蛋白滤出增多,而且严重时球蛋白甚至红细胞都能在滤液中出现,形成蛋白尿或血尿。其使血浆胶体渗透压下降,有效滤过压增高,尿量增多。3.肾小球血流量的改变。在正常情况下,肾小球血流量约为60ml/min,肾小球血流量借助肾血流量的自身调节保持相对稳定。一些生理因素(如剧烈运动)和病理因素(如大失血、缺氧)可以通过交感神经兴奋,使肾血管收缩,肾血流量显著减少,肾小球血流量减少,从而导致滤过率降低,尿量减少。上一页下一页返回第三节影响尿生成的因素二、影响终尿形成的因素在正常情况下,决定终尿量的因素是肾小管对水的重吸收的多少,影响肾小管重吸收作用的主要因素是小管液的溶质浓度和球管平衡。(一)小管液的溶质浓度小管液的溶质浓度决定着小管液的渗透压,而小管液的渗透压是对抗水分重吸收的力量。小管液的溶质浓度越高,对抗水分重吸收的力量越强,尿量也就必然增多。这种由于小管液渗透压增高而引起的尿量增多称为渗透性利尿。例如,糖尿病患者的多尿就是由于肾小管不能将滤液中的糖全部重吸收,致使小管液渗透压升高,从而阻碍了水的重吸收。临床上采用某些不能被肾小管重吸收的物质(如甘露醇等)提高小管液的渗透压,以达到利尿的目的。上一页下一页返回第三节影响尿生成的因素(二)球管平衡在正常情况下,尿量不会出现大幅度波动,这与近端小管的重吸收率和肾小球滤过率之间存在的密切关系是分不开的。滤液的重吸收率总是滤过率的65%~70%。这一现象称为球管平衡。球管平衡的存在可以使滤过率高时,尿量不致过多,滤过率低时,尿量不致过少。(三)肾小管与集合管的功能髓袢是形成髓质高渗梯度的重要结构,人类肾髓袢的长度随个体的生长发育而逐渐伸长,婴儿的髓袢很短,尿浓缩能力较差。某些肾病,如慢性肾炎引起的肾髓质纤维化、肾囊肿引起的肾髓质萎缩,都会使髓袢功能受损,尿浓缩能力降低。此外,远曲小管与集合管可因抗利尿激素分泌不足或对抗利尿激素反应低下导致对水的通透性降低,浓缩功能减弱,尿量异常增多,产生“尿崩症”。上一页返回第四节尿液的浓缩和稀释尿液的浓缩和稀释主要取决于肾小管和集合管对小管液中水和溶质重吸收的比率,而水的重吸收取决于两个基本条件:一是肾小管内外的渗透浓度梯度,它是水重吸收的动力;二是肾小管对水的通透性。一、尿液的浓缩和稀释机制(一)尿液的稀释机制终尿的渗透浓度若低于血浆的渗透浓度则称为低渗尿。尿液的稀释主要发生在远端小管和集合管。小管液在到达髓袢升支粗段末端时为低渗液。如果体内水过多造成血浆晶体渗透压降低,其可使血管升压素的稀释被抑制,远端小管和集合管对水的通透性很低,水不能被重吸收,而小管液中的NaCl将持续被主动重吸收,NaCl的重吸收超过水的重吸收使小管液的渗透浓度进一步下降。饮大量清水后,血浆晶体渗透压降低,使血管升压素的稀释减少,导致尿量增加,尿液被稀释。下一页返回第四节尿液的浓缩和稀释(二)尿液的浓缩机制在失水、禁水等情况下,尿液可被浓缩,尿液的浓缩也发生在远端小管和集合管。肾对水的重吸收方式是渗透,水是随溶质的转运而被重吸收的,其动力来自肾髓质肾小管和集合管内外的渗透浓度梯度。肾髓质组织液与人体其他部位不同,它是一个高渗区,并存在很大的渗透压梯度,越朝向内髓深部渗透压越高,肾乳头部可高达3084~3598kPa,为血浆的4~5倍(图8-10)。肾髓质渗透梯度是尿液浓缩的必要条件。二、肾髓质渗透浓度梯度的形成和保持肾髓质渗透浓度梯度的形成和保持是建立在髓袢、集合管以及直小血管的结构排列与各段小管生理特性的基础之上的。肾外髓渗透浓度梯度的形成主要与NaCl的重吸收有关,而内髓渗透浓度梯度的形成与尿素循环和NaCl的重吸收有关。肾髓质渗透梯度的保持则与直小血管的作用有关(图8-11)。上一页下一页返回第四节尿液的浓缩和稀释(一)肾髓质高渗浓度梯度的形成1.肾外髓高渗浓度梯度的形成。肾外髓高渗透压主要是由髓袢升支粗段Na+的主动重吸收、Cl-的继发性主动重吸收形成的。在外髓部,由于髓袢升支粗段上皮细胞可主动重吸收NaCl,而对水不易通透(图811),故升支粗段内小管液向皮质方向流动时,因NaCl不断进入周围组织液,小管中NaCl浓度逐渐降低。其同时也使升支粗段周围组织液的NaCl浓度升高而变为高渗。越靠近皮质部,渗透浓度越低;越靠近内髓部,渗透浓度越高。因此,外髓部渗透浓度梯度主要由髓袢升支粗段NaCl的主动重吸收形成。但该段对水不通透是形成外髓部高渗透的重要条件,当小管液流经此段时,小管液则变为等渗或低渗。2.肾内髓高渗浓度梯度的形成。在内髓部,渗透梯度的形成与尿素的再循环和NaCl的重吸收有密切关系。上一页下一页返回第四节尿液的浓缩和稀释(1)髓袢降支细段。髓袢降支细段对水易通透,但对尿素和NaCl相对不通透,所以,水在内髓高渗梯度的作用下,从降支细段进入组织间液,使小管液中的NaCl浓度逐渐增高,至转折处达到最高。(2)髓袢升支细段。髓袢升支细段对水不通透,而对NaCl易通透,对尿素有中等通透性。当小管液从内髓质部向皮质方向流动时,NaCl不断向组织间液扩散,使小管液中的NaCl浓度越来越低,小管外组织间液中的NaCl浓度逐渐升高。由于髓袢升支粗段对NaCl主动重吸收,使等渗的近端小管液流入远端小管时变为低渗,而髓质间质则形成高渗。(3)髓质集合管。从肾小球滤过的尿素除在近端小管被重吸收外,髓袢升支细段对尿素有中等通透性,内髓部集合管对尿素有高度通透性,其他部位对尿素不通透或通透性很低。上一页下一页返回第四节尿液的浓缩和稀释(二)肾髓质高渗梯度的维持进入髓质组织间液的尿素和NaCl如及时被血液清除,髓质高渗将不能维持,尿液的浓缩也就难以完成。保持髓质高渗有赖于直小血管的作用。直小血管与髓袢平行,在髓质中形成袢,直小血管壁对水和溶质都有很高的通透性,其降支在通过髓质的过程中,血浆的渗透压约为300mOsm/(kg·H2O),当血液经直小血管降支向髓质深部流动时,在任一平面的组织间液渗透浓度均比直小血管内血浆的高,NaCl和尿素顺浓度差向内扩散,使直小血管中NaCl和尿素浓度越深入内髓越高,至顶端达最高。当血液折入直小血管升支向皮质方向流动时,血管内的NaCl和尿素浓度都较同一水平管外为高,于是NaCl和尿素又扩散回组织间液,并可再次透入直小血管降支。这就形成了NaCl和尿素在直小血管降支与升支之间的循环,使髓质中的溶质不致被血液大量带回体循环。而进入直小血管的水量超过由降支扩散到髓质间液的水量,这就促使水分随血液返回循环,而维持了髓质的高渗。上一页下一页返回第四节尿液的浓缩和稀释三、影响尿液浓缩和稀释的因素(一)影响肾髓质高渗形成的因素1.Na+和Cl-。Na+和Cl-是形成肾髓质高渗的重要因素,凡能影响髓袢升支粗段主动重吸收Na+和Cl-的因素都能影响髓质高渗的形成。2.尿素。尿素是形成肾髓质高渗的另一种重要因素,尿素通过尿素再循环进入肾髓质,尿素进入肾髓质的量取决于尿素的浓度和集合管对尿素的通透性,蛋白质代谢减少,尿素生产就减少,可影响内髓质高渗的形成,从而降低尿液浓缩的功能。3.血管升压素可增加内髓质集合管对尿素的通透性,有助于提高髓质高渗,加强对水的重吸收,增强肾的浓缩能力。4.肾髓袢结构的完整性。肾髓袢结构的完整是尿浓缩的基础,肾髓质受损可影响尿液的稀释和浓缩。上一页下一页返回第四节尿液的浓缩和稀释(二)影响远端小管末端和集合管对水的通透性的因素远端小管末端和集合管对水的通透性依赖血液中血管升压素的浓度,当血管升压素浓度升高时,远端小管末端和集合管上皮细胞内含AQP2的囊泡镶嵌到细胞顶端膜中,使AQP2的数目增加,在髓质高渗的基础上,对水的通透性增加,水的重吸收增多,尿液被浓缩;当血管升压素浓度降低时,镶嵌到细胞顶端膜中的AQP2又回到细胞内,水的通透性降低,水的重吸收减少,尿液被稀释。(三)直小血管血流量和血流速度对髓质高渗维持的影响当直小血管的血流量增加和血流速度过快时,可从肾髓质组织中带走较多的溶质,使肾髓质浓度梯度下降;当肾血流量明显减少时,血流速度变慢,这可导致其供氧不足,使肾小管的转运功能发生障碍,特别是使髓袢升支粗段主动重吸收Na+和Cl-的功能受损,从而影响肾髓质高渗的维持,降低肾的浓缩功能。上一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节一、肾小球功能的调节(一)肾血流量的自身调节肾血流量的自身调节是指在完全脱离神经和体液因素的影响下,入球小动脉和出球小动脉的张力可以随动脉血压的波动产生相应的变化,一般动脉压变动范围为10.7~24.0kPa,肾血流量可保持相对稳定。肾血流量的自身调节保证机体在安静状态下完成泌尿功能。下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节(二)血流量的神经和体液调节1.肾血流量的神经调节。肾脏主要受交感神经支配。交感神经的作用:①通过肾脏血管平滑肌的α受体,使入球小动脉和出球小动脉收缩,而前者的收缩比后者更明显,使血流阻力增大,肾小球毛细血管血浆流量减少,肾小球毛细血管血压下降,肾小球滤过率降低。正常平静时交感神经紧张性很低,肾血管几乎处于最大舒张状态。运动和高温都可以通过交感神经兴奋,增加骨骼肌或皮肤血流量,减少肾血流量,以适应机体的需要。②通过激活β受体,刺激球旁器中球旁细胞释放肾素,导致循环血中的血管紧张素Ⅱ和醛固酮含量增大,增加肾小管对NaCl和水的重吸收。③可直接刺激近端小管和髓袢上皮细胞重吸收Na+、Cl-和水。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节2.肾血流量的体液调节。肾上腺素和去甲肾上腺素是调节肾血管的主要体液因素,在交感神经兴奋的同时,也可以通过上述激素的分泌加强交感神经的作用。此外,血管升压素、血管紧张素可以使肾血管收缩。二、肾小管功能的调节肾小管细胞的活动,特别是肾小管对水的重吸收和对无机盐离子的重吸收及分泌功能,是接受神经系统和激素的调节的。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节(一)抗利尿激素(ADH)1.抗利尿激素的来源、作用及机制。(1)来源。抗利尿激素又称血管升压素(VP),是由下丘脑的视上核和室旁核的大细胞神经元合成的一种九肽激素。它在神经细胞体中合成,经下丘脑垂体束的轴突被运输到神经垂体储存,而后释放入血。(2)主要作用。提高远曲小管和集合管上皮细胞对水的通透性,从而增加水的重吸收量,使尿液浓缩,尿量减少。此外,抗利尿激素也能增强集合管对尿素的通透性,并减少肾髓质的血流量。大剂量的抗利尿激素可激活血管平滑肌上的V1受体,引起血管平滑肌收缩,血管阻力增加而血压升高。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节(3)作用机制。抗利尿激素能与远曲小管和集合管上皮细胞管周膜上的V2受体相结合,激活膜内的腺苷酸环化酶,使细胞中环磷酸腺苷(cAMP)增加,激活蛋白激酶A(PKA),使位于管腔膜附近的含有水通道的小泡镶嵌在管腔膜上,使管腔膜上的水通道增多,这样便提高了管腔膜对水的通透性(图8-12)。2.抗利尿激素分泌的调节。抗利尿激素释放的有效刺激主要是血浆晶体渗透压的增高和循环血量的减少。(1)血浆晶体渗透压的改变。细胞外液渗透浓度的改变是调节抗利尿激素分泌的重要因素。引起其分泌的血浆渗透阈值为275~290mOsm/(kg·H2O),血浆中抗利尿激素浓度为0~4pg/ml。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节(2)循环血量的改变。①循环血量减少时,静脉回心血量减少,心房和胸腔内的大静脉处存在着容量感受器。当循环血量过多时,静脉回心血量增加,心房和腔静脉扩张可刺激容量感受器,传入冲动经迷走神经传入中枢,反射性地使抗利尿激素的释放量减少,从而引起利尿,排出过剩水分。反之,失血导致循环血量减少时,对心房和腔静脉容量感受器的刺激减弱,经迷走神经传入至下丘脑的冲动减少,对抗利尿激素的抑制作用减弱或取消,抗利尿激素的释放量增多,尿量因此而减少,这就有利于血量的恢复。②动脉血压的变化也可通过压力感受性反射对抗利尿激素的释放进行调节。当动脉血压在正常范围时,压力感受器传入冲动,对抗利尿激素的释放起抑制作用,当动脉血压低于正常范围时,这种抑制作用减弱,抗利尿激素的释放量增加。(3)其他因素。恶心、疼痛、应激刺激、低血糖可刺激抗利尿激素的分泌。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节(二)醛固酮1.醛固酮的来源、作用及作用机制。(1)来源。醛固酮是肾上腺皮质球状带所分泌的一种激素。(2)作用。醛固酮可促进远曲小管和集合管的上皮细胞对Na+的主动重吸收,同时促进K+的排出,所以醛固酮有保Na+排K+的作用。Na+的重吸收必然伴随Cl-和水的被动重吸收,因而增加了细胞外液量。但醛固酮对近端小管的上皮细胞没有作用。(3)作用机制(图8-13)。醛固酮进入远曲小管和集合管上皮细胞后,与胞浆受体结合,形成激素胞浆受体复合物,后者通过核膜,与核中受体结合并转变为激素核受体复合物,然后促进mRNA的合成,进而导致醛固酮诱导蛋白的合成。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节2.醛固酮分泌的调节。肾素血管紧张素醛固酮系统(RAAS)对尿生成的调节作用是通过机体对肾素分泌的调节来实现的,而肾素的分泌受多方面因素的调节。血K+、血Na+浓度等对醛固酮分泌的调节亦有一定的影响(图8-14)。(1)肾素血管紧张素醛固酮系统。①肾素是由球旁细胞分泌的一种蛋白水解酶,能催化血浆中的血管紧张素原,生成血管紧张素I(10肽)。血管紧张素I有刺激肾上腺髓质释放肾上腺素的作用,对血管的收缩作用较弱。在血液和组织中,特别是肺组织中有转换酶。转换酶可使血管紧张素I降解,生成血管紧张素Ⅱ(8肽)。血管紧张素Ⅱ有较强的缩血管作用,还有刺激肾上腺皮质球状带,使之合成和分泌醛固酮等作用。血管紧张素Ⅱ还可进一步被氨基肽酶水解为血管紧张素Ⅲ(7肽)。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节②肾素的分泌受多方面因素的调节。目前认为,肾内有两种感受器与肾素分泌的调节有关。一个是入球小动脉处的牵张感受器,另一个是致密斑感受器。当动脉血压降低,循环血量减少时,肾内入球小动脉的压力也下降,血流量减少,对小动脉壁的牵张刺激减弱,使肾素释放量增加,同时,由于入球小动脉的压力降低和血流量减少,肾小球滤过率减少,滤过的Na+量也因此而减少,以致到达致密斑的Na+量也减少,于是激活了致密斑感受器,肾素释放量也可增加。(2)血K+和血Na+浓度。血K+浓度升高或血Na+浓度降低,可直接刺激肾上腺皮质球状带使醛固酮分泌增加,结果导致肾脏保Na+排K+,从而维持了血K+和血Na+的平衡。反之,血K+浓度降低或血Na+浓度升高,醛固酮分泌减少。上一页下一页返回第五节肾脏泌尿功能的调节(三)心房钠尿肽心房钠尿肽是心房肌细胞产生的多肽类激素。1.对肾小球滤过率的影响。心房钠尿肽能使血管平滑肌细胞中的Ca2+浓度下降,使入球小动脉舒张,使滤过分数增加,由此导致肾小球滤过率增大。2.对集合管的影响。它主要作用于集合管上皮细胞顶端膜中的Na+通道,使其关闭,抑制NaCl的重吸收,因而水的重吸收也减少。因此,心房钠尿肽总的效应是减少血容量和降低血压。血容量增加或摄钠多时,可刺激心房钠尿肽的分泌,有助于维持水盐平衡。3.对其他激素的影响。心房钠尿肽还能抑制肾素、醛固酮和血管升压素的分泌。上一页返回第六节血浆清除率一、血浆清除率的概念及测定(一)血浆清除率(C)的概念血浆清除率是指两肾在单位时间(每分钟)内能将一定毫升血浆中所含的某种物质完全清除出去,这个被完全清除了某物质的血浆毫升数就称为该物质的血浆清除率。(二)血浆清除率的测定计算血浆清除率时需测量三个数值:尿中某物质的浓度(U,mg/100ml),每分钟尿量(N,mL/min)及血浆中某物质的浓度(P,mg/100ml)。血浆清除率相当于肾脏每分钟排出某物质的总量与血浆中该物质浓度的比值,即下一页返回第六节血浆清除率各种物质的血浆清除率各不相同,所以血浆清除率可以反映肾对不同物质的清除能力和对各种物质的排泄功能。二、测定血浆清除率的意义测定血浆清除率不仅可了解肾脏的功能