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肾小管和jihe管的物质转运功能
生理学：糖尿病患者由于血糖浓度升高而使超滤液中的葡萄糖量超过近端小管对糖的最大转运率,造成小管液溶质浓度升高,结果使水和NaCl的重吸收减少,尿量增加。
编辑于2022-11-01 11:48:14 广东- 肾小管
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第三节 肾小管和jihe管的物质转运功能
一、肾小管和jihe管中物质转运的方式
1.肾小管和jihe管重吸收量大并具有高度选择性
超滤液进入肾小管称为小管液。小管液经肾小管和集合管的重吸收和分泌形成终尿。 与小管液相比，终尿的质和量都发生了很大变化。正常人两肾生成的超滤液可达180L/d，而终尿量仅约1.5L/d。 肾小管和集合管上皮细胞对小管液中的各种物质进行了高度选择性重吸收和主动分泌或排泄。
肾小管和jihe管的重吸收
指小管液中的成分被肾小管上皮细胞转运返回血液的过程
小管液中的葡萄糖和氨基酸全部被重吸收
Na+、Ca2+和尿素等不同程度地被重吸收
99％的水被肾小管和jihe管重吸收
肾小管和jihe管的分泌
指肾小管上皮细胞将一些物质经顶端膜分泌到小管液的过程
肌酐、H+等则可被分泌到小管液中而排出体外
肾的排泄
排泄是指机体将代谢产物、进入机体的异物以及过剩的物质排出体外的过程。
经肾小球滤过但未被重吸收的物质
由肾小管分泌从尿中排出的物质
2.物质转运的方式
被动转运
指不需由代谢直接供能，物质顺电化学梯度通过上皮细胞的过程
浓度差和电位差（电化学差）是溶质被动重吸收的动力
水的重吸收主要通过水通道蛋白来完成的，渗透压差是其被重吸收的动力之一
主动转运
各种转运体和通道蛋白在肾小管上皮顶端膜上和基底侧膜上的分布不同，因而对各种物质的转运情况也不同。
定义
指消耗能量的跨膜物质转运过程，使物质逆电化学梯度移动
分类
原发性主动转运
所需能量由ATP或高能磷酸键水解直接提供，括质子泵、钠泵和钙泵转运等
继发性主动转运
所需能量不是直接来源于ATP或其他高能键的水解，而是来自其他溶质顺电化学梯度移动所释放的能量
同向转运
肾小管上皮细胞将葡萄糖、氨基酸等物质与Na+一同从小管液中重吸收
Na+ -K+ -2Cl-同向转运体
逆向转运
两种物质转运的方向相反。
Na+-H+、Na+-K+的逆向转运
肾小管和jihe管的物质转运也通过跨细胞途径和细胞旁途径实现重吸收白质
与肠黏膜上皮细胞吸收肠腔内的各种物质一样。 肾小管上皮细胞通过入胞的方式重吸收少量小管液中的小分子蛋白质，此过程消耗能量。
二、肾小管和jihe管中各种物质的重吸收与分泌
（一）Na+、CI-和水的重吸收
1.近端小管
近端小管是Na+、Cl-和水重吸收的主要部位
对水的重吸收主要是通过水通道蛋白1（AQP1）在渗透压作用下完成的
AQP1主要分布在近端小管上皮细胞顶端膜和基底侧膜，参与超滤液中60％～70％水的重吸收，具有极高的水渗透通透性，是完成水的跨细胞重吸收的主要通道。因为上皮细胞主动和被动重吸收Na＋、HCO3-、Cl-、葡萄糖和氨基酸后，小管液渗透压降低，胞间液渗透压升高。水在这一渗透压差的作用下经跨细胞（通过AQP1）和细胞旁两条途径进入细胞间液然后进入管周毛细血管而被重吸收。因此，近端小管中物质的重吸收为等渗性重吸收，小管液为等渗液。
方式
约2/3经跨细胞途径被重吸收，主要发生在近端小管的前半段
（图8-8）详见第九版生理学P234。
近端小管的前半段，Na+进入上皮细胞的过程与H+的分泌以及与葡萄糖、氨基酸的转运相耦联
由于上皮细胞基底侧膜中钠泵的作用，造成细胞内低Na+，小管液中的Na+和细胞内的H+由顶端膜的Na＋-H+交换体进行逆向转运，H＋被分泌到小管液中，而小管液中的Na+则顺浓度梯度进入上皮细胞内。小管液中的Na+还可由顶端膜中的Na＋-葡萄糖同向转运体和Na＋-氨基酸同向转运体与葡萄糖、氨基酸共同转运，在Na+顺电-化学梯度通过顶端膜进入细胞的同时，也将葡萄糖和氨基酸转运入细胞内。 进入细胞内的Na＋，再经基底侧膜中的钠泵被泵出细胞，进入组织间液。进入细胞内的葡萄糖和氨基酸则经载体易化扩散的方式通过基底侧膜离开上皮细胞，进入组织间液和血液循环。
由于上皮细胞间存在紧密连接，故细胞间液的静水压升高，可促使Na+进入毛细血管而被重吸收
在近端小管前半段，由于Na+-H+交换使细胞内的H+进入小管液，HCO3-便被重吸收，而Cl-却不被重吸收，其结果使小管液中的Cl-浓度高于管周组织间液中的Cl-浓度
约1/3经细胞旁途径被重吸收，主要发生在近端小管的后半段
在近端小管后半段，上皮细胞顶端膜中存在Na＋-H+交换体和Cl--HCO3-交换体，其转运结果使Na+和Cl-进入细胞内，H+和HCO3-进入小管液
HCO3-可以CO2的形式重新进入细胞。进入细胞内的Cl-由基底侧膜中的K＋-Cl-同向转运体转运至细胞间液，再吸收入血。
由于进入近端小管后半段小管液的Cl-浓度较细胞间液中的Cl-浓度高20％～40％，Cl-顺浓度梯度经紧密连接进入细胞间液（即细胞旁途径）而被重吸收
由于Cl-被动扩散进入间隙后，小管液中正离子相对增多，造成管内外电位差，管腔内带正电荷，驱使小管液内的部分Na+顺电位梯度也通过细胞旁途径被动重吸收
2.髓袢
髓袢降支细段、升支细段和升支粗段三个节段功能不同
髓袢降支和升支细段有很薄的上皮细胞层，无刷状缘，细胞内几乎没有线粒体，代谢水平低。
髓袢降支细段
对溶质的通透性很低
这段小管上皮细胞的顶端膜和基底外侧膜存在大量AQP1，促进水的重吸收，使水能迅速地进入组织液，小管液渗透浓度压不断地增加
（图8-9A）详见第九版生理学P235。
髓袢升支细段
对水不通透，对Na+和Cl-易通透
NaCl不断通过被动的易化扩散进入组织间液，小管液渗透浓度逐渐降低
髓袢升支粗段
上皮细胞厚，有很高的代谢活性，对Na+、K+和Cl-具有主动重吸收作用
（图8-9B）详见第九版生理学P235。
重吸收钠的机制
升支粗段上皮细胞基底侧膜上的钠钾泵是维持细胞内低Na+浓度的动力，有助于Na+的重吸收
用哇巴因抑制钠泵后，Na+和Cl-的重吸收明显减少
升支粗段中Na+跨管腔膜的迁移是通过Ⅱ型Na+-k＋2Cl同向转运体（NKCC2）介导的
NKCC2表达在上皮细胞的顶端膜，同向转运1个Na＋、1个K＋和2个Cl-。管腔膜上这种同向转运体利用Na+顺浓度梯度扩散进入细胞释放的势能驱动K+和Cl-逆浓度梯度进入细胞。
呋塞米和依他尼酸抑制NKCC2后，能抑制髓袢对Na+和Cl-的重吸收，是较强的利尿剂
进入细胞内的Na+通过基底侧膜中的钠泵泵至组织间液，Cl-顺浓度梯度经基底侧膜中的氯通道进入组织间液，而K+则顺浓度梯度经顶端膜返回小管液中并使小管液呈正电位
K+返回小管内造成小管液正电位，这一电位差又使小管液中的Na＋、K＋和Ca2＋等正离子经细胞旁途径被动重吸收
对水不通透，故小管液在沿升支粗段流动时，渗透压逐渐降低，而管外渗透压却逐渐升高
这种水盐重吸收分离的现象是尿液稀释和浓缩的重要基础
3.远曲小管和jihe管
此处对Na+、Cl-和水的重吸收可根据机体水和盐平衡的状况进行调节。钠离子的重吸收主要受醛固酮的调节，水的重吸收则主要受抗利尿激素的调节。 远曲小管和集合管上皮细胞的紧密连接对Na+、K＋、Cl-等的通透性较低，因此这些离子不易透过该部位返回小管液。
远曲小管
在远曲小管上皮细胞顶端膜存在Na+-Cl-同向转运体（NCC）
主动重吸收NaCl，小管液中的Na+和Cl-进入细胞内细胞内的Na+由钠泵泵出
（图8-10A）详见第九版生理学P236。
噻嗪类利尿剂可抑制NCC，产生利尿作用
远曲小管对水仍不通透，因而随着NaCl的重吸收，小管液渗透压继续降低
jihe管
jihe管上皮细胞
主细胞
主要重吸收NaCl和水，分泌K＋
主细胞基底侧膜中的钠泵活动可造成和维持细胞内低Na+，并成为小管液中Na+经顶端膜上皮钠通道（ENaC）进入细胞的动力来源
（图8-10C和10D）详见第九版生理学P236。 利尿剂阿米洛利可抑制ENaC既可减少Na+的重吸收，又能减少Cl-经细胞旁途径的被动转运。
Na+的重吸收又造成小管液呈负电位，可驱使小管液中的Cl-经细胞旁途径而被动重吸收，也成为K+从细胞内分泌入小管腔的动力
闰细胞
主要分泌H＋，但也涉及K＋的重吸收
（图8-10B）详见生理学P236。
jihe管对水的重吸收量取决于主细胞对水的通透性
主细胞顶端膜和胞质中的囊泡内含水通道蛋白2（AQP2），而在基底侧膜中则有AQP3和AQP4分布。
上皮细胞对水的通透性取决于顶端膜AQP2的数量，抗利尿激素参与这一调节过程
总结
肾小球滤过的Na＋中约99％被肾小管和jihe管重吸收
肾小球每天滤过的Na+约有500g，而每天从尿中排出的Na+仅3～5g
小管液中65％～70％的Na+、Cl-和水在近端小管被重吸收
小管液中约20％的NaCl和约15％的水在髓袢被重吸收
小管液中约12％的Na+和Cl-和不等量的水则在远曲小管和jihe管被重吸收
（二）HCO3-的重吸收与H+的分泌
在一般膳食情况下，由代谢产生的酸性产物多于碱性产物。机体产生的挥发性酸（CO2）主要经肺排出。肾脏通过重吸收HCO3-和分泌H+以及分泌氨，在排出固定酸和维持机体的酸碱平衡中起重要作用。
1.近端小管
在正常情况下，从肾小球滤过的HCO3-约80％由近端小管重吸收
血液中的HCO3-以NaHCO3的形式存在，当滤入肾小囊后，解离为Na+和HCO3-。前已述，近端小管上皮细胞通过Na+-H+交换分泌H＋。进入小管液的H＋与HCO3-结合为H2CO3，又很快解离成CO2和水，这一反应由上皮细胞顶端膜上的碳酸酐酶催化。近端小管重吸收HCO3-的机制如图8-11所示。CO2很快以单纯扩散的方式进入上皮细胞，在细胞内，CO2和水又在碳酸酐酶的催化下形成H2CO3，后者又很快解离成H+和HCO3-。H+通过顶端膜中的Na＋-H+逆向转运进入小管液，再次与HCO3-结合形成H2CO3。
细胞内大部分HCO3-与其他离子以同向转运的方式进入细胞间液
小部分则通过Cl--HCO3-交换的方式进入细胞间液
两种转运方式均需由基底侧膜中的钠泵提供能量。可见，近端小管重吸收HCO3-是以CO2的形式进行的，故HCO3-的重吸收优先于Cl-的重吸收。此外，有小部分H+可由近端小管顶端膜中的H+-ATP酶主动分泌入管腔。
近端小管是分泌H＋的主要部位，并以Na+-H＋交换的方式为主
2.髓袢
对HCO3-的重吸收主要发生在升支粗段，其机制与近端小管相同
3.远曲小管
远曲小管上皮细胞通过Na+-H＋交换，参与HCO3-的重吸收
4.jihe管
闰细胞
闰细胞的质子泵可逆1000倍左右的H+浓度差而主动转运，故当小管液pH降4.5时，H+的分泌便停止。
A型
可主动分泌H+，细胞的顶端膜中存在两种质子泵
两者均可将细胞内的H+泵入小管液中。泵入小管液中的H+可与HCO3-结合形成H2O和CO2；也可与HPO42-反应生成H2PO4-；还可与NH3反应生成NH4+，从而降低小管液中的H+浓度。
氢泵（H+-ATP酶）
H+-K+交换体（H+，K+-ATP酶）
B型
非A非B型
肾小管和jihe管分泌H+量与小管液的酸碱度有关
小管液pH降低时，H+的分泌减少
肾小管和jihe管上皮细胞的碳酸酐酶活性受pH的影响，当pH降低时，其活性增加，可生成更多的H＋，有利于肾的排H+保碱
碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺可抑制H+的分泌
（三）NH3和NH4+的分泌与H+和HCO3-的转运的关系
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-
近端小管、髓袢升支粗段和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+；谷氨酸根在谷氨酸脱氢酶作用下生成α－酮戊二酸和NH4+；α－酮戊二酸又可生成2分子HCO3－。
这一反应过程主要发生在近端小管
近端小管重吸收HCO3-是以CO2的形式进行的
谷氨酰胺酶是生成NH3的限速酶
在细胞内，NH4＋与NH3＋H+两种形式处于一定的平衡状态
NH4+通过上皮细胞顶端膜Na+-H+交换体进入小管液（由NH4+代替H＋）；NH3是脂溶性分子，可以单纯扩散的方式进入小管腔也可通过基底侧膜进入细胞间液；而HCO3-与Na+则一同跨基底侧膜进入组织间液。
在jihe管氨的分泌机制有所不同
jihe管上皮细胞膜对NH3高度通透,而对NH4+的通透性则较低,故细胞内生成的NH3以扩散方式进入小管液,与小管液中的H+结合形成NH4+,并随尿排出体外
尿中每排出1个NH4+可有1个HCO3-被重吸收
NH3的分泌与H+的分泌密切相关
故氨的分泌也是肾脏调节酸碱平衡的重要机制之一。
如果jihe管分泌H+被抑制,则尿中排出的NH4+也减少
在生理情况下,肾脏分泌的H+约有50%由NH3缓冲
慢性酸中毒时可刺激肾小管和jihe管上皮细胞谷氨酰胺的代谢,增加NH4+和NH3的排泄和生成HCO3-
（四）K+的重吸收和分泌
目前对K+重吸收的机制未完全了解。
K+的重吸收
小管液中的K+有65%~70%在近端小管被重吸收
小管液中的K+有25%~30%在髓袢被重吸收
K+在这些部位的重吸收比例是比较固定的
远端小管和皮质jihe管可重吸收K+,也能分泌K+,并受多种因素的调节而改变其重吸收和分泌的量
K+的分泌
远端小管和jihe管上皮细胞内的K+浓度较高,顶端膜对K+有通透性,K+可顺化学梯度通过肾脏钾通道进入小管液
因为基底侧膜中的钠泵在泵出Na+的同时,将K+泵入细胞,形成细胞内高K+的缘故。
由于远端小管和jihe管重吸收Na+,造成小管液呈负电位,也为K+向小管液中扩散提供电位梯度
肾脏对K+的排出量主要取决于远端小管和jihe管上皮细胞K+的分泌量
上皮细胞与小管液间电位差也会影响K+分泌,小管液中的正电位是K+扩散的阻力,而小管液负电位值増大可増加K+扩散的驱动力,使K+的分泌增加。
排钾利尿剂,使用时要注意机体血钾的水平
在血量增加或应用利尿剂等情况下,远端小管液流量增大,分泌入小管液中的K+可被快速带走,由于小管液中K+浓度大大降低,细胞内的K+向小管液扩散的驱动力就增大,故有利于K+的分泌。
保钾利尿剂
阿米洛利可抑制上皮细胞顶端膜的钠通道,减少Na+的重吸收,使小管液的负电位减小,因此也减少K+的分泌。
K+的分泌还与肾小管泌H+有关
在近端小管除有Na+-H+交换外,还有Na+-K+交换,两者之间存在竞争性抑制关系
酸中毒时,小管上皮细胞中的H+浓度增高,Na+-H+交换加强,而Na+-K+交换则受抑制,可造成血K+浓度升高
碱中毒或用乙酰唑胺抑制碳酸酐酶时,上皮细胞内H+生成减少,Na+-H+交换减弱,而Na+-K+交换加强,可使血K+浓度降低
（五）葡萄糖和氨基酸的重吸收
滤过的葡萄糖均在近端小管,特别是近端小管的前半段被重吸收
肾小囊超滤液中的葡萄糖浓度与血浆相等,但正常情况下,尿中几乎不含葡萄糖，表明葡萄糖全部被重吸收。 微穿刺实验证明。
小管液中的葡萄糖是通过近端小管上皮细胞顶端膜中的Na+-葡萄糖同向转运体,以继发性主动转运的方式被转人细胞的
进入细胞内的葡萄糖则由基底侧膜中的葡萄糖转运体2(GLUT2)以易化扩散的方式转运人细胞间液的
近端小管对葡萄糖的重吸收是有一定限度的
肾糖阈
当血糖浓度达180mg/100ml血液时,有一部分肾小管对葡萄糖的吸收已达极限,尿中开始出现葡萄糖,此时的血浆葡萄糖浓度
每一肾单位的肾糖阈并不完全相同
当血糖浓度继续升高时,尿中葡萄糖浓度随之增高;当血糖浓度升至300mg/100ml时,全部肾小管对葡萄糖的重吸收均已达到或超过近曲小管对葡萄糖的最大转运率,此时每分钟葡萄糖的滤过量达两肾葡萄糖重吸收极限,尿糖排出率则随血糖浓度升高而增加。
正常人两肾的葡萄糖重吸收的极限量,男性平均为375mg/min,女性平均为300mg/min
肾小球滤过的氨基酸也主要在近端小管被重吸收,其吸收方式也是继发性主动重吸收,也需Na+的存在,但有多种类型氨基酸转运体
（六）钙的重吸收与排泄
约50%的血浆Ca2+呈游离状态,其余部分与血浆蛋白结合。
重吸收
70%在近端小管被重吸收，与Na+的重吸收平行
80%由溶剂拖曳的方式经细胞旁途经进入细胞间液
溶剂拖曳是指当水分子通过渗透被重吸收时有些溶质可随水分子起被转运。
约20%经跨细胞途径被重吸收
上皮细胞内的Ca2+浓度远低于小管液中的Ca2+浓度,且细胞内电位相对小管液为负,此电-化学梯度驱使Ca2+从小管液扩散进入上皮细胞内,细胞内的Ca2+则由基底侧膜中的钙泵和Na+交换体逆电-化学梯度转运出细胞。
20%在髓袢被重吸收
髓袢降支细段和升支细段对Ca2+不通透,仅升支粗段能重吸收Ca2+
升支粗段小管液为正电位,该段对Ca2+也有通透性,故可能存在被动重吸收,也存在主动重吸收
9%在远端小管和jihe管被重吸收
在远端小管和jihe管,小管液为负电位,故Ca2+的重吸收是跨细胞途径的主动转运
排泄
小于1%的Ca2+随尿排出
（七）尿素的重吸收与排泄
尿素是作为蛋白质代谢产物由肝脏产生,经过肾小球滤过进入小管液中。
近端小管可以吸收40%~50%肾小球滤过的尿素
肾单位的其他部分节段对尿素通透性很低,部分节段通过尿素通道蛋白(UT〕增加该节段对尿素的通透性
肾内尿素再循环
(图8-13)详见第九版生理学P239。
肾小管尿素重吸收
从髓袢升支细段至皮质和外髓部jihe管对尿素不通透,jihe管开始对水进行重吸收,导致尿素在jihe管内浓度不断增高
内髓部jihe管末端依赖抗利尿激素调控的尿素通道蛋白UT-A1和UT-A3对尿素高度通透,使浓缩的尿素扩散到内髓部组织
髓袢降支细段UT-A2介导的尿素通透性增加,尿素重新进人髓袢
直小血管对尿素渗透梯度的影响
内髓部组织的高浓度尿素通过直小血管升支的窗孔进人血液,由直小血管升支从内髓部带走的尿素
在向外髓部走行过程中,再扩散到尿素浓度比较低的组织间液
然后通过直小血管降支表达的尿素通道UT-B进入血液回到内髓部，从而维持从肾外髓部到内髓部的尿素浓度梯度和渗透压梯度
此过程在尿浓缩机制中具有非常重要的意义
除直小血管升支内皮细胞以微孔方式通透尿素外,髓袢降支细段、内髓部jihe管和直小血管降支对尿素的通透均由尿素通道介导
NaCl和尿素维持内髓部高渗的作用各约占50%
根据机体的调节,经肾小球滤过的尿素有20%~50%经尿液排出体外
（八）其他一些代谢产物和进入体内的异物排泄
肌酐可通过肾小球滤过,也可被肾小管和jihe管分泌和重吸收(少量)
青霉素、酚红和一些利尿剂可与血浆蛋白结合,不能被肾小球滤过,但可在近端小管被主动分泌进入小管液中而被排出
进入体内的酚红,94%由近端小管主动分泌进入小管液中并随尿液排出
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
三、影响肾小管和jihe管重吸收与分泌因素
（一）小管液中溶质的浓度
肾小管和jihe管小管液和上皮细胞之间的渗透浓度梯度可以影响水的重吸收
渗透性利尿
当小管液中某些溶质因未被重吸收而留在小管液中时,可使小管液溶质浓度升高,由于渗透作用,也使一部分水保留在小管内,导致小管液中的Na+被稀释而浓度降低,于是小管液和上皮细胞之间的Na+浓度梯度降低从而使Na+的重吸收减少而小管液中有较多的Na+,进而又使小管液中保留较多的水,结果使水的重吸收减少,尿量和NaCl排出量增多。这种现象称为渗透性利尿。
糖尿病患者由于血糖浓度升高而使超滤液中的葡萄糖量超过近端小管对糖的最大转运率,造成小管液溶质浓度升高,结果使水和NaCl的重吸收减少,尿量增加
临床上利用渗透性利尿的原理,给患者静脉滴注可经肾小球自由滤过但不被肾小管重吸收的物质
如甘露醇和山梨醇等。
可用作脱水药,如治疗脑水肿和青光眼等,以降低颅内压和眼内压
也可用于心肾功能正常的水肿和少尿以及预防肾衰竭
（二）球-管平衡
近端小管的定比重吸收
近端小管中Na+和水的重吸收率总是占肾小球滤过率的65%~70%
近端小管对溶质(特别是Na+)和水的重吸收随肾小球滤过率的变化而改变,即当肾小球滤过率増大时,近端小管对Na+和水的重吸收率也増大;而肾小球滤过率减少时,近端小管对Na+和水的重吸收率也减少。
定比重吸收产生的机制主要与肾小管周围毛细血管内血浆胶体渗透压的变化有关
近端小管周围毛细血管内的血液直接来源于肾小球的出球小动脉，如果肾血流量不变而肾小球滤过率增加(如出球小动脉阻力増加而入球小动脉阻力不变),则进人近端小管周围毛细血管的血量就会减少,毛细血管血压下降,而血浆胶体渗透压升高,这些改变都有利于近端小管对Na+和水的重吸收；肾小球滤过率减少时则发生相反的变化,近端小管对Na+和水的重吸收量便减少。
无论肾小球滤过率增加还是减少,近端小管对Na+和水重吸收的百分率基本保持不变
球管平衡的生理意义在于保持尿量和尿钠的相对稳定
例如,当肾小球滤过率为125ml/min时近端小管重吸收约87.5ml/min,流向肾小管远端的液量约37.5ml/min,终尿量约1ml/min。假如没有球管平衡,则当肾小球滤过率增至126ml/min时,终尿量就会是2ml/min,尿Na+排出量也增加1倍。
球管平衡在某些情况下可被破坏,如发生渗透性利尿时,虽然肾小球滤过率不变,但近端小管重吸收减少,尿量和尿Na+排出明显增多