生理学第八章第四节-尿液的浓缩和稀释

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。

第四节 尿液的浓缩和稀释

• 概述
  • 尿液的浓缩和稀释是尿液的渗透压和血浆渗透压相比而言的
  • 尿液的渗透压可随着体内液体量的变化而大幅変动
    • 高渗尿
      • 当体内缺水时,尿液被浓缩,排出的尿滲透压明显高于血浆渗透压，即高渗尿。
    • 低渗尿
      • 当体内液体量过多时,尿液被稀释，排出尿液的渗透压低于血浆渗透压，为低渗尿。
    • 正常人尿液的渗透压在50～1200m0sm/（kg•H20）之间波动
      • 肾脏对尿液的浓缩和稀释能力在维持体内液体平衡和渗透压稳定方面起到极为重要的作用
  • 尿量
    • 少尿和无尿是急性肾衰竭的重要表现。
    • 正常成年人24小时尿量变动于1～2L之间
    • 多尿
      • 24小时尿量超过2.5L
    • 少尿
      • 24小时尿量少于400ml
    • 无尿
      • 24小时尿量不足100ml
• 一、 尿液的浓缩机制
  • 简述
    • 机体产生浓缩尿液的两个必要因素
      • 尿液的浓缩是因为小管液中的水被重吸收，溶质仍留在小管液中造成的。
      • 肾小管特别是集合管对水的通透性
        • 抗利尿激素（ADH）可以增加肾脏集合管上皮细胞顶端膜上水通道蛋白2的表达，促进肾脏对水的重吸收
          • 当有ADH存在时，集合管水通道蛋白2的表达增加，对水的通透性增加，加之周围组织液渗透浓度较高，小管液中大量的水进入组织间液，小管液被浓缩，形成高渗尿。
      • 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
        • 用冰点降低法测定鼠肾组织的渗透浓度，发现肾皮质部的渗透浓度与血浆是相等的，由髓质外层向乳头部逐渐升高，内髓部的渗透浓度为血浆渗透浓度的4倍（图8-14）详见第九版生理学P241，约1200mOsm/（kg•H2O）。在不同动物的实验中观察发现，动物的肾髓质越厚，内髓部的渗透浓度也越高，尿的浓缩能力也越强。如沙鼠肾脏可产生20倍于血浆渗透浓度的高渗尿。人类肾脏最多能生成4～5倍于血浆渗透浓度的高渗尿。
  • （一）肾髓质间渗透浓度梯度的形成
    • 髓袢的形态和功能特性是形成肾髓质间液渗透浓度梯度的重要条件，而且常用逆流倍增和逆流交换现象来解释肾髓质间液高渗透浓度梯度的形成。
    • 逆流倍增机制
      • 由于髓袢的U型结构、髓袢和集合管各段对水和溶质的通透性和重吸收不同，以及髓袢和集合管小管液的流动方向，肾脏可通过逆流倍增机制建立从外髓部至内髓部间液由低到高的渗透浓度梯度。
      • 髓袢和集合管的结构排列构成逆流系统
        • “逆流”是指两个并行管道中液体流动方向相反
          • 小管液从近端小管经髓袢降支向下流动，折返后经髓袢升支向相反方向流动，再经集合管向下流动，最后进入肾小盏（图8-15）（详见第九版生理学P242）。
      • 髓袢和集合管各段对水和溶质的通透性和重吸收不同
        • （表8-1）详见第九版生理学P242:在近端小管，水和各种溶质都可以进行选择性的重吸收，故小管液中的渗透压接近血浆渗透压，为300mOsm/（kg•H2O）
        • 髓袢降支细段
          • 当等渗的小管液流入髓袢降支细段时，小管液中的水通过上皮细胞中的AQP1不断地被重吸收进入组织间液
          • 这段肾小管对NaCl却相对不通透
          • 髓质的组织间液高浓度的尿素则通过尿素通道蛋白UT-A2从组织间液进入小管腔
          • 使小管液从上至下形成一个逐渐升高的浓度梯度，至髓袢折返处，管内液体的渗透压达到峰值
        • 髓袢升支细段
          • 高渗的小管液从降支细段折返进入髓袢升支细段，这段肾小管对水不通透，对NaCl可通透
          • 由于小管液中NaCl浓度较高，结果NaCl被动重吸收至髓质的组织间液，增加内髓部的渗透浓度
        • 髓袢升支粗段
          • 小管液流经髓袢升支粗段时，上皮细胞通过顶端膜上的Na+-K+2Cl-同向转运体NKCC2主动重吸收NaCl，使外髓部组织间液NaCl堆积，髓袢升支粗段对水并不通透，外髓部组织间液渗透浓度升高
            • 髓袢升支粗段通过NKCC2对NaCl的主动重吸收是逆流倍增机制中最重要的一个环节
            • NaCl是维持肾脏外髓部高渗透压浓度的重要物质
        • 远曲小管
          • 远曲小管上皮细胞可通过Na+-Cl-同向转运体对NaCl进行重吸收，而对水不通透，小管液的渗透浓度降至最低
        • 集合管
          • 通过上皮钠通道对Na+进行重吸收，对水则通过AQP2、AQP3和AQP4进行重吸收
          • 皮质部和外髓部集合管对尿素没有通透性，随着水的重吸收，小管液中的尿素浓度不断升高
          • 达到内髓部后，上皮细胞对尿素通透性高，通过尿素通道蛋白UT-A1和UT-A3使尿素重吸收进入内髓部组织间液，增加内髓部间液的渗透浓度
          • 内髓部组织间液高渗是由NaCl和尿素共同形成的（各占50％）
      • 肾髓质间液渗透浓度梯度的形成的重要构成因素
        • 髓袢升支粗段主动重吸NaCl，对水不通透，增加外髓部间液的渗透压，是建立髓质间液高渗透梯度的最重要的起始动力
        • 髓袢降支细段对水通透，对NaCl不通透，增加了小管液的渗透浓度
        • 髓袢升支细段对水不通透，对NaCl通透，小管液中高浓度的NaCl被动扩散到内髓部
        • 尿素再循环，增加内髓部组织间液的尿素浓度，和NaCl一起形成了内髓部组织间液的高渗
        • 不断滤过的小管液，推动小管液从髓质到集合管，向肾乳头方向流动，促进了肾脏建立从外髓部至内髓部组织间由低到高的渗透浓度梯度，机体形成浓缩的尿液
    • 直小血管的逆流交换机制
      • 肾髓质间液高渗的建立主要是由于NaCl和尿素在小管外组织间液中积聚
        • 这些物质能持续滞留在该部位而不被循环血液带走，从而维持肾髓质间液的高渗环境，这与直小血管所起的逆流交换作用密切相关。
      • 形成机制
        • 直小血管的降支和升支是并行的血管，与髓袢相似，在髓质中形成逆流系统
        • 直小血管壁对水和溶质都高度通透
        • 组织间液中的溶质顺浓度差向直小血管内扩散，而直小血管内的水则顺渗透压差进入组织间液，使直小血管降支内各段血浆的渗透压与同一水平面髓质间隙之间趋于平衡
          • 在直小血管降支进入髓质处，血浆渗透浓度接近300m0sm/（kg•H2O），当血液沿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渗透浓度高。 愈向内髓部深入，直小血管中血浆的渗透浓度越高，在折返处，其渗透浓度达最高值，约1200mOsm/（kg•H2O）
        • 当血液在直小血管升支内流动时，由于血浆渗透压比同一水平髓质间隙的渗透压要高，使得血液中的溶质扩散进入髓质间液，而髓质间液的水则渗入升支的血液
      • 逆流交换过程仅将髓质间液中多余的溶质和水带回循环血液，这样溶质就可连续地在直小血管降支和升支之间循环，有利于髓质间液高渗透压的维持
        • （主要是NaCl和尿素，尿素可以通过自身特异的直小血管尿素循环机制，见前文）
      • 直小血管对维持髓质间液高渗梯度的能力是流量依赖性的
        • 正常条件下髓质血流量减少、流速较慢有利于Na+和尿素在直小血管升、降支中循环
        • 如果过量增加直小血管的血流量以及流速加快，会导致髓质渗透梯度的减小，从而影响尿液的浓缩
  • （二）抗利尿激素促进集合管水的重吸收，浓缩尿液
    • 小管液在流经近端小管、髓袢直至远曲小管时，其渗透压的变化基本是固定的，而终尿的渗透浓度则随机体内水和溶质的情况可发生较大幅度的变化
      • 即可低至50mOsm/（kg•H2O），或可高达1200mOsm/（kg•H2O）。
    • 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
      • 抗利尿激素是决定集合管上皮细胞对水通透性的关键激素
        • 抗利尿激素分泌增加，集合管上皮细胞对水的通透性增加，水的重吸收量增加，小管液的渗透浓度就升高，即尿液被浓缩。抗利尿激素分泌减少，集合管对水的通透性降低时，水的重吸收减少，远曲小管的低渗小管液得不到浓缩，同时，集合管还主动重吸收NaCl，尿液的渗透浓度进一步降低，即尿液被稀释。
    • 任何能影响肾髓质间液高渗的形成与维持以及集合管对水通透性的因素，都将影响尿液的浓缩，使尿量和渗透浓度发生改变
• 二、尿液的稀释机制
  • 尿液的稀释主要发生在集合管
    • 低渗尿
      • 小管液在到达髓袢升支粗段末端时为低渗液。
      • 终尿的渗透浓度若低于血浆的渗透浓度，尿液的渗透浓度可低至50mOsm/（kg•H20）
    • 机制
      • 体内水过多造成血浆晶体渗透压降低，可使抗利尿激素的释放被抑制，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将继续被主动重吸收
        • 这种溶质重吸收大大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，浆晶体渗透压降低，可引起抗利尿激素释放减少，导致尿量增加，尿液被稀释。
• 三、影响尿液浓缩和稀释的因素
  • 如上所诉，尿液的浓缩和稀释过程，主要在集合管调节。髓质间液高渗环境是水重吸收的动力，而抗利尿激素则调节集合管对水的通透性，造成终尿的渗透浓度随机体内水和溶质的情况而发生较大幅度的变化，产生高渗尿或低渗尿。
  • （一）影响肾髓质高渗形成的因素
    • 肾髓质间液高渗是尿液浓缩的重要条件。
    • 髓袢逆流倍增机制
      • 逆流倍增的效率与髓袢长度、对水和溶质的通透性和髓质的组织结构等有关
        • 髓袢长则逆流倍增效率高，从皮质到髓质的渗透梯度大，浓缩效率也高
        • 髓袢短则逆流倍增效率低，渗透梯度小，浓缩效率也低
          • 小儿髓袢较成年人短，逆流倍增效率较低，故其尿量较多，渗透浓度较低。
      • 髓袢结构的完整性也是逆流倍增的重要基础
        • 肾髓质受损，尤其是内髓部的髓袢受损时，逆流倍增效率将减退或丧失而影响尿浓缩
          • 如髓质钙化、萎缩或髓质纤维化等疾病时。
    • Na+和Cl-是形成肾髓质间液高渗的重要因素
      • 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间液高渗的形成
        • 袢利尿剂呋塞米和依他尼酸可抑制髓袢升支粗段的Na+-K+-2Cl-同向转运，减少Na+和Cl-的主动重吸收，降低外髓部间液高渗，进而减少远端小管和集合管对水的重吸收，阻碍尿的浓缩。
    • 形成肾髓质高渗的另一重要因素是尿素
      • 尿素通过尿素再循环进入肾髓质，尿素进入髓质的数量取决于尿素的浓度和集合管对尿素的通透性
        • 一些营养不良长期蛋白质摄入不足的患者，蛋白质代谢减少，尿素生成量减少，可影响内髓部高渗的形成，从而降低尿浓缩的功能
        • 一些老年人尿浓缩能力降低，若增加蛋白质摄入量，或给予尿素可迅速提高其尿浓缩能力
      • 抗利尿激素能增加内髓部集合管对尿素的通透性，有助于提高髓质间液高渗，增加对水的重吸收，增强肾的浓缩能力
  • （二）影响集合管对水通透性的因素
    • 影响尿浓缩的另一重要因素是集合管对水的通透性
      • 这些部位对水的通透性依赖于血液中抗利尿激素的浓度
        • 血浆中抗利尿激素浓度升高时，合管上皮细胞顶端膜上的AQP2表达增加，在髓质间液高渗的基础上，对水的通透性增加，水重吸收增多故尿液被浓缩
        • 血浆中抗利尿激素浓度降低时，AQP2的表达降低，水通透性降低，水重吸收减少，于是尿液被稀释
          • 抗利尿激素完全缺乏或肾小管和集合管缺乏抗利尿激素受体时，可出现尿崩症，每天可排出高达20L的低渗尿。
  • （三）直小血管血流量和血流速度对髓质高渗维持的影响
    • 直小血管的逆流交换作用对维持髓质间液高渗极为重要
    • 直小血管血流量和速度影响髓质间液高渗的维持
      • 上述两种情况均可降低肾的浓缩功能。
      • 当直小血管的血流量增加和血流速度过快时，可从肾髓质组织间液中带走较多的溶质，使肾髓质间液渗透浓度梯度下降
      • 肾血流量明显减少，血流速度变慢，导致供氧不足，使肾小管转运功能发生障碍，特别是髓袢升支粗段主动重吸收Na+和Cl-的功能受损，从而影响髓质间液高渗的维持