尿的生成与排出

生理学第八章尿的生成与排出，知识内容有尿生成的三个基本过程、球旁器、尿液的浓缩和稀释、滤过膜、肾脏的神经支配等。

尿的生成和排出

• 尿生成的三个基本过程
  • 血液经肾小球毛细血管滤过形成超滤液
  • 超滤液被肾小管和集合管选择性重吸收到血液
  • 肾小管和集合管的分泌，最后形成终尿
• 肾
  • 肾的功能解剖
    • 肾的基本功能单位
      • 肾单位
        • 组成
          • 肾小体
            • 肾小球
            • 肾小囊
          • 肾小管
            • 近端小管
              • 近曲小管+髓袢降支粗段（近直小管）
            • 髓袢
              • 髓袢降支细段+髓袢升支细段
            • 远端小管
              • 远曲小管+髓袢升支粗段（远直小管）
        • 分类
          • 皮质肾单位
          • 近髓肾单位
          • • AA和EA分别为入球小动脉和出球小动脉的口径
            • 皮质肾单位：形成毛细血管网，有利于重吸收，与滤过功能有关
            • 近髓肾单位：形成毛细血管网，利于肾小管重吸收；形成细长成袢状的U形直小血管，维持肾脏髓质高渗和尿液的浓缩稀释
• 球旁器
  • 主要分布在皮质肾单位
  • 球旁细胞（也称颗粒细胞）
    • 概念
      • 是入球小动脉管壁中一些特殊分化的平滑肌细胞
    • 功能
      • 合成、储存和释放肾素
  • 致密班
    • 概念
      • 位于穿过入球小动脉和出球小动脉之间的远曲小管起始部，该处小管的上皮细胞成高柱状，使管腔内局部呈现斑状隆起
    • 功能
      • 能感受小管液中的NaCl含量的变化，然后将信息传递给球旁细胞
  • 球外系膜细胞
    • 是位于入球小动脉、出球小动脉和致密班之间的一群细胞
    • 功能
      • 吞噬、收缩
• 滤过膜
  • 机械屏障 - 肾小球基膜构成 - 基础滤过 电荷屏障 - 负电 - 带负电荷的较难通过
  • 毛细血管内皮细胞
    • 有70～90nm的窗孔
  • 毛细血管基膜
    • 有2～8nm的多角网孔
    • 含IV型胶原蛋白、层粘连蛋白和蛋白多糖
  • 足细胞（有足突的肾小囊上皮细胞）
    • 4～11nm的小孔
    • 足细胞裂隙膜主要有一种蛋白：裂孔素；能阻止蛋白质漏出
• 血管系膜（又称球内系膜）
  • 组成
    • 球内系膜细胞
    • 系膜基质
  • 引起系膜细胞收缩
    • 血管升压素、去甲肾上腺素、血管紧张素II、内皮素、腺苷
  • 引起系膜细胞舒张
    • 心房钠尿肽、前列腺素E2、前列环素、多巴胺、NO
• 肾脏的神经支配
  • 肾交感神经
    • 肾动脉：收缩使肾血流量减少和肾小球滤过率增大
    • 肾小管：Na+、Cl-通透性增大，肾小管重吸收增强
    • 球旁细胞：促进肾素等释放
  • 无副交感神经
• 肾血管的分布
  • 供应
    • 腹主动脉～肾动脉～（入肾）～叶间动脉～弓状动脉～小叶间动脉～入球小动脉～肾小球毛细血管网～出球小动脉～肾小管周围毛细血管网或直小血管～小静脉～小叶间静脉～弓状静脉～叶间静脉～肾静脉～下腔静脉～心脏
  • 肾血液循环有两套毛细血管床
    • 串联
    • 肾小球毛细血管
      • 血压较高（入脉短粗阻小；出脉细长阻大），有利于肾小球毛细血管中血浆快速滤过
    • 管周毛细血管
      • 血压低，胶体渗透压高，有利于肾小管的重吸收
  • 髓旁肾单位的U型直小血管 - -尿的浓缩和稀释
• 肾血流量
  • 特点
    • 约1200ml/min（10x心肌；5x骨骼肌）
    • 肾脏是机体供血量最丰富的器官；其中，94%供应肾皮质，6%供应髓质
  • 调节
    • 正常情况下，自身调节起作用；紧急情况，才通过交感神经和肾上腺髓质激素调节
    • 自身调节
      • 在没有外来神经、体液的影响的情况下，当动脉血压在一定范围内变动时肾血流量能保持恒定的状态
      • 机制
        • 肌源学说
          • 由肾脏小动脉血管平滑肌的特性决定
          • 灌注压升高，入球小动脉血管平滑肌受到牵张，紧张性升高，更多的Ca2+从胞外进入胞内，使平滑肌收缩，血管口径相应地缩小，血流阻力增大
          • 动脉血压低于70mmHg，血管平滑肌达舒张极限；高于180mmHg，收缩达极限
          • 用罂粟碱、水合氯醛或氰化钠等，可抑制血管平滑肌活动，使自身调节消失
        • 管-球反馈TGF
          • 小管液流量变化影响肾小球滤过率和肾血流量的现象
          • 小管液[Na+]升高～致密班～肾小球（一：降低入球小动脉阻力，升高肾小球毛细血管静水压；二：增加释放肾素，生成血管紧张素II，选择性地增大出球小动脉阻力）～肾血流量增高、滤过率增加
          • 不宜使用血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素II受体拮抗剂治疗肾性高血压，因为它们降低肾小球毛细血管静水压和肾小球滤过率，可引起急性肾衰竭
      • 生理意义
        • 当血压在一定范围内波动时，由于肾血流量保持恒定，所以肾小球滤过率也保持相对稳定
    • 神经调节
      • 肾交感神经
        • 其兴奋～血管强烈收缩
    • 体液调节
      • NE、E、VP、血管紧张素Ⅱ 的释放，肾血管收缩，肾血流量减少
    • 其他因素
      • 摄入高蛋白、糖尿病
• 肾小球的滤过
  • 概念
    • 肾小球滤过是指血液流经肾小球毛细血管时，除蛋白质之外，血浆中其余成分均能被滤过进入肾小囊内生成超滤液
  • 肾小球滤过率GFR
    • 单位时间内，两肾生成的超滤液量
    • 125ml/min
  • 滤过分数FF
    • 肾小球滤过率和滤过分数均可作为衡量肾功能的重要指标
    • 肾小球滤过率与肾血浆流量的比值
    • （125/660）=19%
    • 急性肾小球肾炎，因为内皮增生，所以滤过降低，滤过分数减小；心力衰竭，肾血浆流量减少，但肾小球滤过率变化不大，所以滤过分数增大
    • 升高提示肾循环障碍；降低提示肾滤过功能障碍
  • 有效滤过压
    • =【肾小球毛细血管静水压+囊内液胶体渗透压（忽略）】-【血浆胶体渗透压+肾小囊内】
    • 越靠近入球小动脉端，有效滤过压越高，约为10mmHg
  • 滤过平衡
    • 阻力等于动力
  • 影响肾小球滤过的因素
    • 滤过系数
      • 通透系数*滤过面积
        • 滤过膜的通透性：肾病综合征时，滤过膜的通透性增大，血浆蛋白被滤过，使尿量增多且出现蛋白尿
        • 滤过膜的面积：急性肾小球肾炎时，使滤过膜面积减少，GFR下降，出现少尿和无尿的现象
      • 是指在单位有效滤过压的驱动下，单位时间内通过滤过膜的滤液量
    • 有效滤过压
      • 肾小球毛细血管血压
        • 其是生理状态下调节GFR的主要方式
        • 平静状态下，肾小球毛细血管血压相对稳定（45mmHg）
        • 血压在70～180mmHg时，血流量相对稳定
        • 各种原因引起交感神经兴奋时～入球小动脉收缩～毛细血管血流量降低～毛细血管血压降低～有效滤过压降低～肾小球滤过率降低～尿量减少
      • 囊内压
        • 比较稳定
          • 当肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫、输尿管阻塞时，出现囊内压逆行性增大，有效率过压下降，肾小球滤过率下降，从而尿量减少
      • 血浆胶体渗透压
        • 肝功能受损～蛋白合成减少～血浆蛋白含量降低～血浆胶体渗透压降低～尿液增加
        • 肾脏疾病（肾小球滤过膜通透性增大）～血浆蛋白排出增多～血浆蛋白减少～血浆胶体渗透压降低
        • 静脉生理盐水～血浆蛋白被稀释～血浆胶体渗透压降低
    • 肾血浆流量
      • 肾血浆流量对肾小球滤过率的影响是通过改变滤过平衡点而非有效滤过压实现的
      • 肾血浆流量增大～肾小球毛细血管中血浆胶体渗透压上升的速度减缓，滤过平衡点向出球小动脉端移动，甚至不出现平衡点，即有效滤过面积增大，故肾小球滤过率增加，但不改变滤过压
• 肾小管和集合管中物质转运的方式
  • 被动转运
    • （单纯、易化）扩散、渗透、溶剂拖拽
  • 主动转运
    • 质子泵、钠泵、Na-X同向转运、Na+-K+-2Cl-同向转运体、Na+-H+、Na+-K+的逆向转运
  • 跨细胞途径、细胞旁途径
• 肾小管和集合管
  • 近端小管（70 %Nacl和水等比吸收）
    • Na+、Cl-、水重吸收的主要部位，定比等渗重吸收，球-管平衡，不受激素调节
    • 前半段2/3
      • 继发性主动转运
        • X为葡萄糖、氨基酸
          • Na+ -- X同向转运体
            • 易化扩散
      • Na+ - H+交换体
      • Na+ - K+泵
      • 水通过水通道1（AQP1）和细胞旁路渗透
    • 后半段1/3
      • 被动转运
        • Cl-顺浓度差被动重吸收（小管液内Cl-浓度较高）
        • Na+顺电位差被动重吸收（因为Cl-被转运出去，管腔内带正电荷）
        • 氯离子经紧密连接进入胞内～小管液呈正电～钠离子经紧密连接入胞
      • Cl- - HCO3-交换体
      • K+ - Cl-转运体
      • 水通过水通道1（AQP1）和细胞旁路渗透
      • Na+ - H+交换体
      • Na+ - K+泵
    • 近端小管的重吸收是等渗重吸收, 小管液流经小管后为等渗液
    • 1分子谷氨酰胺被代谢时，可生成2个NH4+进入小管液，同时回收2个HCO3-
    • 检测尿中酚红的排泄量可作为判断近端小管排泄功能的粗略指标
  • 髓袢（20 %Nacl；15%水）
    • 水盐重吸收分离，与尿液浓缩有关
    • 降支细段
      • Na+不通透，水通透
    • 升支细段
      • Na+、Cl-通透(被动扩散)，水不通透
    • 升支粗段
      • 细胞途径：Na+、Cl-通透，水都不通透，需要利用能量使离子转运
        • （基底膜上）钠钾泵、（顶端膜上）II型Na+-K+-2Cl-同向转运体（NKCC2）、（基底膜上）氯通道、（顶端膜上）钾通道
      • 细胞旁途径（水盐重吸收分离）：K+通过K通道返回小管液生成正电位，小管液内的Na+、Cl-经细胞旁途径重吸收
      • 用哇巴因抑制钠泵后，Na+和 Cl-的重吸收明显减少：呋塞米和依他尼酸抑制 NCC2后，能抑制髓袢对 Na+和CI-的重吸收，是较强的利尿剂
  • 远曲小管起始段
    • Na+ - Cl-同向转运体主动吸收NaCl
    • Na+ - K+泵
    • Cl-通道
    • 水盐分离
    • 对水不通透
  • 远曲小管后段、集合管
    • 依据机体水盐平衡状态需要激素来调节，如水-抗利尿激素、盐-醛固酮激素
    • • 主细胞
        • 重吸收NaCl、水，分泌K+
          • Na+ - K+泵
Na+通道（Ald）
分泌K+（Ald）
水通道AQP2（ADH）
Cl-细胞旁通路
Na+泵
      • 闰细胞
        • 分泌H+、也涉及K+的重吸收
          • 分泌H+（H+泵，Ald）
HCO3-重吸收（排酸保碱）
水通道 H+，K+-ATP酶（氢钾交换体）
      • 基底膜上钠泵～胞内低钠～顶端膜钠通道～小管液呈负电～氯离子入胞，钾离子入小管腔
  • 远曲小管和集合管对水的重吸收
    • 机制
      • 主细胞对水的通透性～主细胞上水孔蛋白AQP2
    • 特点
      • 水的重吸收量根据机体的需要而受抗利尿激素调节
      • 水的重吸收量对终尿量的影响很大
• 物质的转运
  • HCO3+的重吸收和H+的分泌
    • 近端小管（80%）
      • 近端小管是H+分泌的主要部位：近端小管上皮细胞的Na+-H+交换为主；顶端膜H+-ATP酶主动分泌H+（少部分）
      • HCO3-重吸收：Na+ - HCO3-同向转运体（为主）；Cl- - HCO3-交换体（少部分）
        • HCO3-以CO2形式进行吸收，且依赖H+的分泌
    • 髓袢（升支粗段）（15%）
      • Na+ - H+交换体
Na+ - HCO3-同向转运体
    • 远曲小管
      • Na+ - H+交换体
    • 集合管
      • 闰细胞分泌
        • H+-ATP酶（囊泡）、H+-K+交换体、Cl-HCO3-交换体
    • H+反应
      • 在近端小管中，经过Na+-H+转运体从细胞中分泌的H+与HCO3-在碳酸酐酶的作用下生成CO2和水，CO2扩散入细胞内后又分解HCO3-和H+
      • 谷氨酰胺分解产生2NH4+。在集合管中，NH4+～NH3+H+，NH3扩散到小管液中与H+结合，再与Cl-结合，然后随尿排出；在近端小管中，NH4+替代H+经过Na+ - H+交换体进入小管腔，而Na+进入小管细胞
      • 在远去小管和集合管中，H+ ～ HPO4(2-) - - H2PO4(-)
  • NH4+
    • 谷氨酰胺分解产生2NH4+和2HCO3-。NH4+～NH3+H+，NH3扩散到小管液中与H+结合，再与Cl-结合，然后随尿排出;HCO3-则被重吸收
    • 其分泌与H+分泌正相关，有利于排酸（H+）保碱（HCO3-）
    • 每排出1个NH4+，有1个HCO3-被重吸收
  • K+
    • 钾通道
      • 胞内高钾；小管液呈负电位
    • 机制
      • 远曲小管和集合管的主细胞分泌K+，维持血钾稳定
        • Na+泵使细胞内K+浓度升高，使K+顺化学梯度进入小管液
        • 管腔呈负电位主细胞：Na+重吸收，使 K+顺电位梯度进入小管液
    • 特点
    • 阿米洛利：抑制主细胞项端膜Nat通道，导致Na+重吸收减少，小管液负电位减小，K+分泌减少。故称为保钾利尿剂
  • 葡萄糖、氨基酸
    • 近端小肠前段
    • 正常人两肾的葡萄糖重吸收的极限量，男性375mg/min；女性300mg/min
    • Na+ - GS同向转运体继发性主动转运
  • Ca2+
    • 70%在近端小管重吸收： 80%以溶剂拖拽方式经细胞旁途径 20%以跨细胞途径
      • 容积拖拽：是指当水分子通过渗透被重吸收时有些溶质可随水分子一起被转运
    • 远段小管和集合管（9 %）：小管液钙离子～经电-化学梯度进胞内～经钙泵（被动）和Na+-Ca2+交换体（主动）逆电-化学梯度出胞
    • 仅髓袢升支粗段重吸收钙离子20 %
  • 尿素
    • 40～50%在近端小管被重吸收
    • 在内髓集合管（通过尿素通道蛋白UT-A1、UT-A2）被吸收到组织液，然后，有10%左右在降支细段（通过UT-A2）回到小管液，其余（通过微孔）重吸收到直小血管
    • 肾内尿素再循环
      • 肾小管尿素重吸收
      • 直小管对尿素渗透梯度的影响
• 影响肾小管和集合管重吸收与分泌的因素
  • 小管液溶质的浓度
    • 脱水剂（甘露醇）、糖尿病患者多尿现象
    • 渗透性利尿：小管液中溶质浓度升高，导致钠水重吸收减少，尿量增多的现象
  • 球-管平衡
    • 不管GFR升高或降低，近端小管对肾小球滤过液的重吸收率始终占肾小球滤过率65%～70%
    • 生理意义
      • 保持尿量和尿钠的相对稳定
• 尿液的浓缩和稀释
  • 概念
    • 尿液的渗透压和血浆渗透压相比而言的
      • 缺水，尿渗压大于血渗压，高渗尿渗尿，尿浓缩
      • 多水，尿渗压小于血渗压，低高渗尿，尿稀释
      • 尿渗透压=血渗透压，即为等渗尿，表明肾功能下降
  • 正常人尿液的渗透压在50～1200mOsm/(kg.H2O)
  • 尿液的稀释和浓缩主要发生在集合管
  • 尿液的稀释和浓缩的条件是抗利尿激素调节
  • 髓质高渗是小管液中水的重吸收动力，但重吸收的量则取决于集合管对水的通透性
  • 浓缩
    • 两个必要因素
      • 肾小管特别是集合管对水的通透性，抗利尿激素ADH能促进其上皮细胞顶端膜上水通蛋白2的表达，促进肾脏对水的重吸收
      • 肾脏髓质组织间液形成高渗透浓度梯度，进一步促进水的重吸收
  • 肾髓质间质渗透浓度梯度的形成
    • 逆流倍增机制
  • 影响尿液浓缩和稀释的因素
    • 影响肾髓质高渗形成的因素
      • 由髓袢逆流倍增机制所形成
        • 逆流倍增的效率与髓袢长度、对水的通透性和髓质的组织结构有关
      • 形成高渗的重要因素
        • 钠离子、氯离子、尿素、髓袢结构的完整性
    • 影响集合管对水通透性的因素
      • 抗利尿激素
    • 直小血管血流量和血流速度对髓质高渗维持的影响
      • 流速快～带走溶质～渗透压浓度梯度下降
      • 流速慢～供氧不足～肾小球转运功能障碍
• 尿生成的调节
  • 神经调节
    • 肾交感神经兴奋～释放去甲肾上腺素
      • 与肾脏血管平滑肌a受体结合～血管收缩～血流量减少～肾小球滤过率降低
      • 激活阝受体～使球旁细胞释放肾素～血管紧张素II和醛固酮增多～重吸收增强
      • 与a1-肾上腺素能受体结合～增加近端小管和髓袢对钠离子和氯离子的重吸收
      • 保水保钠
    • 容量感受器参与反射：循环血量增多～心肺感受器～抑制交感神经活动
    • 压力感受器参与反射：动脉血压升高～压力感受器～减弱交感神经活动
    • 代偿性反应：机体严重失血～交感神经兴奋～肾小球滤过率减少
  • 体液调节
    • 抗利尿激素ADH（血管升压素）
      • 由下丘脑视上核、室旁核的神经内分泌细胞所合成
      • 血管紧张素～V1受体～平滑肌收缩～血流阻力增大～血压升高
      • 抗利尿激素～V2受体～肾集合管上皮细胞～水通道蛋白～水通透性～水重吸收
      • 机制
      • 血浆晶体渗透压升高（降低）～渗透压感受器～促进（抑制）神经垂体释放抗利尿激素～…～尿量减少（增加）
      • 循环血量减少/正常（增加）或动脉血压降低/正常（升高）～心肺感受器的刺激减弱（增强）～迷走神经传入冲动减少（增多）～对抗利尿激素释放的抑制作用减弱（增强）～抗利尿激素的释放增多（减少）
    • 肾素-血管紧张素-醛固酮系统
      • 血管紧张素原～（肾素）～血管紧张素I～（血管紧张素转换酶）～血管紧张素II～（氨基肽酶）～血管紧张素Ⅲ
      • 肾素分泌调节
        • 肾内机制
          • 自身调节
            • 感受器：牵张感受器和致密班
        • 神经机制
          • 肾交感神经～去甲肾上腺素～阝受体～肾素释放
        • 体液机制
          • 儿茶酚胺（肾上腺素和去甲肾上腺素）～刺激球旁细胞释放肾素
      • 血管紧张素II调节尿生成的功能
        • 刺激醛固酮的释放
        • 低浓度时GFR不变；高浓度时GFR降低
        • Ang II 使系膜细胞收缩，使滤过系数减小，GFR减小
        • 促进近端小管对Na+对重吸收
      • 醛固酮的功能（肾上腺皮质合成和分泌）
        • 主要作用于肾远曲小管和集合管的上皮细胞，增加K+的排泄和增加钠离子和水的重吸收
        • 醛固酮的分泌对钾离子浓度的变化更敏感
        • 生成醛固酮诱导蛋白
          • 顶端膜上的钠通道ENaC
          • 线粒体中合成ATP的酶
          • 基底膜上的钠泵
    • 心房钠尿肽ANP
      • 心房肌细胞合成并释放
      • 适宜刺激：心房壁的牵拉刺激
      • 主要使血管平滑肌舒张和促进肾脏排钠和排水
        • 钙离子浓度下降，使入球小动脉舒张～肾小球滤过率增大
        • 第二信使cGMP～集合管钠通道关闭～抑制NaCl的重吸收
        • 抑制肾素、醛固酮、抗利尿激素的合成和释放
  • 自身调节
    • 小管液中溶质浓度对肾小管功能的调节
      • 溶质增多，渗透压升高，肾小管对水的重吸收减少，小管液Na+被稀释，Na+重吸收减少，小管液Na+通过渗透作用保留更多水，最终使尿量增加
    • 球-管平衡
      • 不管GFR如何变化，近段小管中的Na+和H2O的重吸收率稳定，使尿中排出的溶质和水不会因GFR的变化而出现大幅度变动
  • 生理意义
    • 保持机体水平衡
    • 保持机体电解质平衡
    • 维持机体酸碱平衡
• 清除率
  • 能完全清除某物质的血浆毫升数就称为该物质的清除率
  • 清除率能反映肾对不同物质的排泄能力，是一个较好的肾功能测定方法
• 尿的排放
  • 神经支配
    • 副交感神经～乙酰胆碱～M受体～尿肌收缩、尿道内括约肌舒张～促进排尿
    • 交感神经～去甲肾上腺素～阝受体（逼尿肌松弛），a受体（内括约肌收缩、血管收缩）
• 名词解释
  • 肾小球滤过率GFR
    • 单位时间内，两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率。正常成年人的肾小球滤过率为125ml/min
  • 滤过分数FF
    • 肾小球滤过率与肾血浆流量的比值。正常为19%，即约有19%的血浆经滤过进入肾小囊腔，形成超滤液。
  • 肾糖阈rental threshold for glucose
    • 尿中不出现葡萄糖的最高血糖浓度。正常为160-180mg/100ml
  • 球-管平衡
    • 不管GFR升高或降低，近端小管对肾小球滤过液的重吸收率始终占肾小球滤过率65%～70%
  • 水利尿
    • 一次大量饮用清水后引起尿量增多的现象。临床上可利用此现象来检测肾的稀释能力
  • 肾血浆清除率
    • 两肾在1min内能将多少毫升血浆中的某物质完全清除，这个完全清除了该物质的血浆毫升数称该物质的清除率。血浆清除率是评价肾对某一物质排泄功能的一个重要指标。可用于推算肾小球滤过率、肾血流量和推测肾小管的转运功能测定自由水清除率
  • 有效滤过压
    • 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。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）