生理学第八章第一节-肾的功能解剖和肾血流量

生理学学习的目的是通过对上述内容的了解来认识和掌握疾病本质和发生发展的规律，为疾病的诊治和预防提供理论基础。

第八章 尿的生成和排出

• 概述
  • 本章主要介绍尿液的生成及其调节机制，以及输尿管和膀胱的排尿活动。
  • 功能
    • 排泄器官
      • 从而维持机体内环境的稳态。
      • 排出机体代谢终产物
      • 排出进入机体过剩的物质和异物
      • 调节水、电解质和酸碱平衡
      • 调节动脉血压等
    • 内分泌器官
      • 合成和释放多种生物活性物质。
      • 合成和释放肾素，参与动脉血压的调节
      • 合成和释放促红细胞生成素，促进红细胞的生成
      • 肾脏中的1α-羟化酶可使25-羟维生素D3转化为1，25-二羟维生素D3，调节钙的吸收和血钙水平
      • 肾脏还能生成激肽和前列腺素，参与局部或全身血管活动的调节
  • 尿生成的三个基本过程
    • 肾脏形成尿液受神经、体液及肾脏自身的调节。
    • 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
• 第一节 肾的功能解剖和肾血流量
  • 一、肾的功能解剖
    • 肾脏是实质性器官，位于腹腔后上部，脊椎两旁。肾实质分为皮质和髓质两部分。皮质位于表层，富含血管，主要由肾小体和肾小管构成。髓质位于深部，血管较少，由多个圆锥形的实体肾锥体构成。锥体的基底部在皮质和髓质之间的边缘处，而顶部伸向肾窦，终止于肾乳头。在肾单位生成的尿液经集合管在肾乳头处的开口进入肾小盏、肾大盏和肾盂，最后经输尿管进入膀胱。肾盏、肾盂和输尿管壁内含有平滑肌，其收缩运动推动尿液流向膀胱。
    • （一）肾脏的功能单位-肾单位
      • 1.肾单位
        • 有单独生成尿液的功能，是肾脏的基本功能单位，与集合管共同完成尿的生成过程
          • 人体每个肾含有80万～100万个单位
        • 肾脏不能再生新的肾单位
          • 肾脏损伤、疾病或正常衰老情况下，肾单位的数量将逐渐减少40岁后，功能性肾单位的数量每10年大约减少10％。但在正常情况下剩余的肾单位足以完成正常的泌尿功能。
        • 组成
          • 每个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（图8-1A）。髓质又分为外髓部和内髓部。
          • 肾小体
            • 肾小球
              • 是位于入球小动脉和出球小动脉之间的一团毛细血管簇，由入球小动脉分支成40～50条平行且相互吻合成网的毛细血管网，最后又汇合在一起形成出球小动脉。
            • 肾小囊
              • 肾小球外侧被肾小囊所包裹，肾小囊的脏层和壁层之间的间隙称为肾小囊腔。从肾小球滤过的液体流入肾小囊中。
          • 肾小管
            • 肾小囊延续即为肾小管。肾小管的初始段高度屈曲，称为近曲小管。肾小管走行在髓质的一段呈“U”形，称为髓袢。髓袢由降支和升支组成。与近曲小管连接的降支其管径比较粗，称为降支粗段；随后管壁变薄，管腔缩窄，称为降支细段。随后折返形成升支细段，继续上行管径增粗成为髓袢升支粗段。髓袢接着连接远曲小管。近曲小管和髓袢降支粗段，称为近端小管；髓袢升支粗段和远曲小管，称为远端小管。远曲小管与集合管相连接。
            • 近端小管
              • 近曲小管
              • 髓袢降支粗段
            • 髓袢细段
              • 髓袢降支细段
              • 髓袢升支细段
            • 远端小管
              • 髓袢升支粗段
              • 远曲小管
      • 2.集合管
        • 集合管不属于肾单位
        • 每条集合管都与多条远曲小管相连，收集其转运过来的尿液
          • 经过肾乳头顶部进入肾盏、肾和输尿管后进入膀胱
        • 每个肾脏大约有250个很大的集合管，每个大的集合管收集大约4000个肾单位的尿液
        • 集合管在尿液浓缩过程中起重要作用
      • 3.皮质肾单位和近髓肾单位
        • 根据肾小体在肾皮质所处的位置，肾单位可分为皮质肾单位和近髓肾单位（图8-1B）。
        • 皮质肾单位
          • 肾小体位于皮质的外2/3处，占肾单位总数的85％～90％
          • 特点
            • 肾小球体积较小，髓袢较短，不到髓质，或有的只到达外髓部
            • 其入球小动脉的口径比出球小动脉的大，两者的比例约为2:1
            • 出球小动脉分支形成小管周围毛细血管网，包绕在肾小管的周围，有利于肾小管的吸收
        • 近髓肾单位
          • 肾小体位于皮质层靠近髓质的位置，占肾单位总数的10％～15％
          • 特点
            • 肾小球体积大，髓袢较长，可深入到内髓部，有的可到达肾乳头部
            • 入球小动脉和出球小动脉口径无明显差异
            • 出球小动脉进一步分支形成两种小血管
              • 肾小管周围毛细血管网，缠绕在近曲小管和远曲小管周围，有利于肾小管重吸收
              • 细长成袢状的U形直小血管，深入髓质，与髓袢伴行，维持肾脏髓质高渗和尿液浓缩稀释方面起重要作用
    • （二）球旁器
      • 组成
        • （详见图8-2）第九版生理学P228。
        • 球旁细胞（颗粒细胞）
          • 入球小动脉管壁中一些特殊分化的平滑肌细胞，细胞内含分泌颗粒，能合成储存和释放肾素
        • 致密斑
          • 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
          • 管-球反馈
            • 能够感受小管液中NaCl含量的变化，将信息传递至邻近的球旁细胞，调节肾素分泌，从而调节尿量生成
        • 球外系膜细胞
          • 位于入球小动脉、出球小动脉和致密斑之间的一群细胞，细胞聚集成一锥形体，其底面朝向致密斑
          • 具有吞噬和收缩等功能
      • 主要分布在皮质肾单位，因而皮质肾单位含肾素较多，而近髓肾单位几乎不含肾素
    • （三）滤过膜的构成
      • 结构组成
        • 肾小球毛细血管内的血浆经滤过进入肾小囊， 毛细血管与肾小囊之间的结构称为滤过膜。
        • 内层是毛细血管内皮细胞
          • 细胞上有许多直径为70～90nm的小孔（窗孔）
          • 水和小分子溶质可自由地通过，能阻止带负电荷的蛋白质通过
            • （如各种离子、尿素、葡萄糖及小分子蛋白质等） 但毛细血管的内皮细胞表面有带负电荷的糖蛋白，能阻止带负电荷的蛋白质通过。
        • 中间层为毛细血管基膜
          • 含有Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和蛋白多糖等成分，带负电荷，厚度约为300m
          • 膜上有直径为2～8mm的多角形网孔
          • 可以通过机械屏障和电荷屏障影响滤过
        • 外层是具有足突的肾小囊上皮细胞（足细胞）
          • 足细胞的足突相互交错，开成裂隙，裂隙上有一层滤过裂隙膜，膜上有直径4～11nm的小孔。
          • 滤过的最后一道屏障
            • 肾小球滤过屏障上有一种蛋白质，称为裂孔素，是足细胞裂隙膜的主要蛋白质成分，其作用是阻止蛋白质的漏出。缺乏裂孔素时，尿中将出现蛋白质。
      • 血管系膜（球内系膜）
        • 连接于肾小球毛细血管之间
        • 构成
          • 主要由球内系膜细胞和系膜基质组成
        • 收缩与舒张调节因素
          • 通过收缩或舒张系膜细胞来调节滤过膜的面积和肾小球滤过系数从而影响尿液的形成。
          • 一些缩血管物质，如血管升压素（又称抗利尿激素）、去甲肾上腺素、血管紧张素Ⅱ、内皮素、血栓烷A2和腺苷（可引起入球小动脉收缩）等，可引起系膜细胞收缩
          • 心房钠尿肽、前列腺素E2、前列环素、多巴胺和一氧化氮（NO）可使系膜细胞舒张
      • 不同物质通过滤过膜的能力影响因素
        • 正常人两个肾脏肾小球的滤过面积达1.5m2左右，且保持对稳定。
        • 滤过物质分子的大小
          • 用不同有效半径的中性右旋糖酐分子进行实验，可清楚地证明滤过物质分子大小与滤过的关系
            • 一般说来，分子有效半径小于2.0nm的中性物质可自由滤过（如葡萄糖）；有效半径大于4.2nm的物质不能滤过；而有效半径在2.0～4.2nm之间的各种物质，则随有效半径的增加，滤过量逐渐降低。
        • 滤过物质分子所带的电荷
          • 有效半径约为3.6nm的血浆白蛋白（分子量为69000）却很难滤过，因为白蛋白带负电荷。
          • 用带不同电荷的右旋糖酐进行实验观察到，即使有效半径相同，带正电荷的右旋糖酐较易通过，而带负电荷的右旋糖酐则较难通过
            • 以上结果表明滤过膜的通透性不仅取决于滤过膜孔的大小，还取决于滤过膜所带的电荷。 在某些病理情况下，肾脏基底膜上负电荷减少或消失，结果带负电荷的血浆白蛋白可以被滤过，出现蛋白尿或白蛋白尿。
    • （四）肾脏的神经支配
      • 肾交感神经
        • 主要由脊髓的胸12至腰2脊髓节段发出
        • 节前纤维进入腹腔神经节和主动脉、肾动脉部的神经节
        • 节后纤维与肾动脉伴行，支配肾动脉（尤其是入球小动脉和出球小动脉的血管平滑肌）、肾小管和球旁细胞
          • 节后纤维末梢释放的递质是去甲肾上腺素，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。
      • 有资料表明，肾神经中有少量纤维释放多巴胺，可引起肾血管舒张
      • 肾脏各种感受器的感觉信息可经肾传入神经纤维传入中枢（包括脊髓以及更高位的中枢），从而调节肾脏的功能
      • 一般认为肾脏无副交感神经末梢分布
    • （五）肾脏的血液供应及肾血流量的特点
      • 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，然后汇集而形成出球小动脉。离开肾小体后，出球小动脉再次分支形成肾小管周围毛细血管网或直小血管，再汇合成小静脉，流经小叶间静脉、弓状静脉、叶间静脉、肾静脉，入下腔静脉返回心脏。
      • 肾血液循环有两套毛细血管床
        • 肾小球毛细血管和管周毛细血管，它们通过出球小动脉以串联方式相连。
        • 肾小球毛细血管网中的血压较高，有利于肾小球毛细血管中血浆快速滤过
        • 管周毛细血管包绕在肾小管的周围，毛细血管内血压低，同时血管内胶体渗透压高，有利于肾小管的重吸收
      • 肾脏是机体供血量最丰富的器官
        • 正常成人安静状态下，流经两肾的血流量，即肾血流量（RBF），约为1200ml/min，相当于心输出量的20％～25％，而肾脏仅占体重的0.5％左右。
        • 血流分布
          • 约94％的血流供应肾皮质
          • 约5％供应外髓部
          • 剩余不到1％供应内髓部
  • 二、肾血流量的特点及其调节
    • （一）肾血流量的自身调节
      • 概念
        • 在没有外来神经、体液影响的情况下，当动脉血压在一定范围内变动时肾血流量能保持恒定的现象
          • 人体在安静时，当肾动脉灌注压在某一范围内（70～180mmHg）变动时，肾血流量基本保持不变
            • 即使在狗离体去神经肾灌注实验中也是如此（图8-5）。肾血流量经自身调节而保持相对稳定，使肾小球滤过率在此血压范围内保持相对稳定，机体对钠、水和其他物质的排泄不会因血压的波动而发生较大的变化，这对肾脏的尿生成功能具有重要意义。
      • 机制解说
        • 肌源学说
          • 认为肾血流量的自身调节是由肾脏小动脉血管平滑肌的特性决定的
            • 故称为肌源性机制。在一定范围内，当肾灌注压升高时，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。反之肾灌注压降低，入球小动脉血管舒张，以维持肾血流量的稳定。当动脉血压低于70mmHg时，血管平滑肌达到舒张极限；而当动脉血压高于180mmHg，血管平滑肌达到收缩极限，故肾血流量随血压改变而变化。
            • 用罂粟碱、水合氯醛或氰化钠等药物抑制血管平滑肌活动后，自身调节即消失
        • 管-球反馈（TGF）学说
          • 认为小管液流量的变化影响肾血流量和肾小球滤过率
            • 实验证明，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，结果导致流经远曲小管致密斑处的NaCl浓度降低，致密斑将信息反馈至肾小球。 两方面的效应共同使肾血流量和肾小球滤过率增高并恢复正常，反之亦然。
            • 降低入球小动脉阻力，升高肾小球毛细血管静水压
            • 增加球旁细胞释放肾素，然后通过血管紧张素家族的相继激活而生成血管紧张素Ⅱ（AngⅡ），AngⅡ能选择性地使出球小动脉收缩，升高肾小球毛细血管静水压
              • 由于血管紧张素系统在肾血流量和肾小球滤过率的调节过程中起重要作用，因此，对于肾性高血压患者尤其是双侧肾血管病变、孤立肾伴肾动脉狭窄的失代偿性慢性心力衰竭者，不宜使用血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂治疗原因是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。
            • 肾脏局部产生的腺苷、NO和前列腺素等可能参与管－球反馈的调节过程
      • 肾血流量在不同状态下有很大变化，安静时可保持相对稳定，紧急状态时则急剧减少
        • 在正常血压情况下，肾主要通过自身调节来保持肾血流量和肾小球滤过率的相对稳定，以维持正常的尿生成
        • 在紧急情况下，肾则通过交感神经和肾上腺髓质激素等使全身血量重新分配，减少肾血流量，以确保心、脑等重要器官的血液供应
    • （二）肾血流量的神经和体液调节
      • 神经调节
        • 入球小动脉和出球小动脉的血管平滑肌受肾交感神经支配
        • 安静时，肾交感神经的紧张性活动使血管平滑肌保持一定程度的收缩
        • 肾交感神经兴奋时，可引起肾血管强烈收缩，肾血流量减少
      • 体液调节
        • 去甲肾上腺素、肾上腺素、血管升压素、血管紧张素Ⅱ和内皮素等，均可引起血管收缩，使肾血流量减少
        • 肾组织中生成的PGI2、PGE2、NO和缓激肽等可引起肾血管舒张，使肾血流量增加
        • 肾组织中生成的腺苷则引起入球小动脉收缩，肾血流量减少
      • 肾血流量的神经和体液调节主要是使肾血流量与全身循环血量相配合
        • 在循环血量减少、强烈的伤害性刺激、情绪激动或剧烈运动时，全身多数交感神经活动加强，肾血流量减少
        • 当循环血量增多时，交感活动减弱，肾血流量增加
    • （三）其他因素对肾血流量的调节
      • 高蛋白摄入和严重高血糖增加肾血流量和肾小球滤过率的机制尚不十分清楚。一种解释是，近端小管对氨基酸和葡萄糖的重吸收是伴随Na+的主动重吸收的。高蛋白摄入使血中氨基酸浓度增加或严重高血糖时滤过的葡萄糖增加，近端小管对过高的氨基酸或葡萄糖进行重吸收的时候，也会增加Na+的重吸收，导致流经致密斑的Na+减少，通过上述管球反馈使肾血流量和肾小球滤过率增加。
      • 高蛋白摄入后1～2小时内可使肾血流量和肾小球滤过率增加20％～30％
      • 糖尿病患者严重高血糖时也能使肾血流量和肾小球滤过率增加