生理学-8-尿-1

理学-8-尿生成和排出 第八章尿的生成和排出 第一节肾脏的结构特点和肾脏血流量第二节肾小球的滤过功能第三节肾小管和集合管的转运功能第四节尿生成的调节第五节尿液、..

尿的生成和排出

• 第一节 肾的功能解剖和肾血流量
  • 一、肾脏的功能解剖
    • （一）肾脏的功能单位-肾单位
      • 1.肾单位
        • 肾小体
          • 肾小球（毛细血管球）
          • 肾小囊（壁层、囊腔、脏层）
        • 肾小管
          • 近端小管
            • 近曲小管Proximal convoluted tubule
            • 髓袢降支粗段
          • 髓袢细段
            • 髓袢降支细段thin descending limb of Henle’s loop
            • 髓袢升支细段thin ascending limb of Henle’s loop
          • 远端小管
            • 髓袢升支粗段thick ascending limb of Henle’s loop
            • 远曲小管Distal convoluted tubule
      • 2.集合管collecting duct 集合管在胚胎发育中起源于输尿管芽，故不属于肾单位
      • 3.皮质肾单位和近髓肾单位 Cortical nephron 皮质肾单位 位于外皮质层和中皮质层，占85%-90% ①肾小体较小、髓袢短；②其入球小动脉口径大于出球小动脉；③出球小动脉分支形成小管周围毛细血管网，有利于肾小管的重吸收 Juxtamedullary nephron 近髓肾单位 位于内皮质层，占10%-15% ①肾小体较大，髓袢长；②入球小动脉与出球小动脉口径并无明显差异；③出球小动脉形成：肾小管周围毛细血管网、细长成袢状的U形直小血管（vasa recta ），与髓袢伴行，在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
      • 球旁器由球旁细胞、致密斑和球外系膜细胞组成。球旁器主要分布在皮质肾单位。
        • 球旁细胞 也称颗粒细胞，是出/入球小动脉壁上的平滑肌细胞，能合成、储存和释放肾素（renin）
        • 致密斑 高柱状细胞，能感受小管液中NaCl含量的变化，传递信息调节肾素分泌+肾小球滤过，从而调节尿液的生成，这一调节过程称为管-球反馈。
        • 球外系膜细胞 锥体形，具有吞噬和吸收功能
    • （三）滤过膜的构成
      • √全部肾小球总滤过面积1.5 m2 √不同物质通过滤过膜的能力：大小、电荷 Consists of three layers: Capillary endothelium 毛细血管内皮细胞、Basement membrane 基膜、Podocyte cell layer 肾小囊上皮细胞（足细胞）
        • 毛细血管内皮细胞 细胞上有70~90nm的窗孔，水和小分子自由通过，但细胞表面带负电荷，可阻止带负电荷的蛋白质通过
        • 毛细血管基膜 2~8nm胶原和糖蛋白多角形网孔
        • 肾小囊上皮细胞/足细胞 足细胞足突相互交错，形成裂隙，裂隙膜上有4~11nm的小孔，肾小球滤过膜屏障上有一种蛋白质称为裂孔素，防止蛋白质漏出
      • 系膜细胞：肾小球毛细血管内皮和基膜之间 √收缩：调节滤过膜的面积和肾小球滤过系数 √吞噬：免疫复合物
      • Two barriers: Mechanical barrier机械屏障 r < 2.0nm, permeable r = 2.0 - 4.2nm, the larger the less r > 4.2nm, not permeable Electrical barrier电屏障 Positive charged, easily permeable Negative charged, hardly permeable
    • （四）肾脏的神经支配-仅受交感神经调节
      • 肾交感神经主要有脊髓的胸12节-腰2节发出 支配入/出球小动脉平滑肌、肾小管、颗粒细胞 节后纤维：NE→血管收缩、调节血流量、肾小球滤过率、肾小管重吸收、肾素释放
    • （五）肾脏的血流供应及肾血流量的特点
      • →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/直小血管 两套相互串联的毛细血管网：肾小球毛细血管网、肾小管周围毛细血管网/直小血管 ①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； ②肾小管周围毛细血管网内血压低，血管内胶体渗透压高，有利于肾小管的重吸收、直小血管网髓质高渗状态，有利于尿液浓缩
  • 二、肾血流量的特点及其调节
    • Characteristic of renal blood flow 1. The kidneys receive 20%-25% of the cardiac output 提供营养，满足代谢需求、形成尿液 2.血流供应分配不均 94% in 肾皮质，5% in 外髓部，1% in 内髓部
    • （一）肾血流量的自身调节
      • 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。该过程称为自身调节。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一定稳定。 ·肾血流量的多少取决于肾血管的阻力-最重要的是入球小动脉的阻力 ·灌注压变化在70 ~ 180 mmHg之间，肾血管阻力变化。·但血流量: 恒定! ·肾血流量的自动调节：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。
      • （1）肌源学说
        • 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。 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拉，紧张性升高，牵张门控型阳离子通道，更多的Ca+进入细胞，使平滑肌收缩，血管口径相应缩小，血流阻力增大。
      • （2）管球反馈
        • 小管也流量的变化影响肾血流量和肾小球滤过率。 肾血流量和肾小球滤过率下降，小管液在髓袢的流速变慢，是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：①降低入球小动脉阻力；②增加球旁细胞释放肾素，血管紧张素AngII选择性使出球小动脉收缩；升高肾小球毛细血管静水压，使肾血流量和肾小球滤过率上升并恢复正常。
    • （二）肾血流量的神经和体液调节
      • ·血管收缩: 交感神经 → 去甲肾上腺素 (NE) 肾上腺素，去甲肾上腺素，腺苷 (腺苷)， ·血管舒张: 内皮素、前列腺素E2和I2 -- 肾组织自身产生 -- 对抗血管收缩心钠素， 多巴胺，组胺，一氧化氮，激肽 (激肽)
      • Autoregulation自身调节--正常安静状态 Nervous and humoral regulation神经体液调节--紧急情况：创伤、情绪激动、剧烈运动——交感活动紧张性↑
• 第二节 肾小球的过滤功能
  • 一、肾小球的滤过作用
    • （一）肾小球滤过液的成分
      • 肾小球滤过是指血液流经肾小球毛细血管时，除蛋白之外，血浆中其他成分均能被滤过进入肾小囊腔内形成超滤液，也叫原尿。
    • （二）肾小球滤过率、滤过分数和有效滤过压
      • 单位时间内（每分钟）两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率 体表面积（男性高于女性），运动、情绪激动、饮食、年龄、妊娠和昼夜节律 Normally, 125 mL/min GFR肾小球滤过率 = 滤过系数（面积和通透性）*有效滤过压 肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数FF 例：血浆流量为660ml/min→FF=（125/660）=0.19
      • 有效滤过压=(肾小球毛细血管静水压+囊内液胶体渗透压)-(血浆胶体渗透压+肾小囊内压) 肾小球毛细血管静水压、肾小囊内胶体渗透压：促使超滤液生成； 肾小囊内压、肾小球毛细血管的血浆渗透压：对抗超滤液生成。 正常情况下，囊内液胶体渗透压=0，有效滤过压=肾小球毛细血管静水压-(血浆胶体渗透压+肾小囊内压）
      • • 肾小球毛细血管不同部位的有效滤过压并不相同，越靠近入球小动脉端，有效滤过压越高。 当滤过阻力等于滤过动力时，有效滤过压降为0，称为滤过平衡。 肾小球毛细血管只有在入球小动脉段到出现滤过平衡处才能滤过。
  • 二、影响肾小球滤过的因素
    • （一）肾小球毛细血管滤过系数
      • 滤过系数Kf：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。 是滤过膜的有效通透系数与滤过膜面积的乘积。 √急性肾小球肾炎、肾小球毛细血管变狭或阻塞 √肾小球毛细血管间的系膜细胞具有收缩能力
    • （二）有效滤过压 主要是血浆胶体渗透压
      • 1.肾小球毛细血管血压 失血、剧烈运动、强烈的伤害性刺激、情绪激动 动脉血压升高或降低，肾小球毛细血管血压随之发生变化，肾小球滤过率也随之变化
      • 2.囊内压 肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫、输尿管阻塞等会导致囊内压升高，从而使有效滤过压和肾小球滤过率降低 正常情况下囊内压一般比较稳定，约10mmHg
      • 3.血浆胶体渗透压 肝硬化-腹水 肾病-组织水肿均可导致血浆蛋白减少，而是血浆胶体渗透压降低，因而使有效滤过压和肾小球滤过率降低
    • （三）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过滤平衡点而非有效滤过压实现的。 有效滤过面积增大，肾小球滤过率增加；肾血浆流量减少，滤过平衡点靠近入球动脉端，即有效滤过面积减小，肾小球滤过率减少。 当肾交感神经强烈兴奋引起入球小动脉阻力明显增加，肾血流量和肾血浆流量明显减少，肾小球滤过率显著降低
• 第三节 肾小管和集合管的物质转运功能
  • 一、肾小管和集合管中物质转运的方式
    • 1、肾小管和集合管重吸收量大并具有高度选择性
      • 肾小管/集合管上皮细胞——选择性重吸收/主动分泌或排泄 肾小管和集合管的重吸收是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肾小管和集合管的分泌是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
    • 2、物质转运的方式
      • （1）被动转运 单纯扩散--气体分子、水（渗透压之差） [solvent drag (溶剂拖曳)：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] 异化扩散--非脂溶性物质、带电离子
      • （2）主动转运 初级主动运输: Na -K泵 次级主动运输: Na-同转运、Na-逆转运
      • 肾小管和集合管的物质还通过跨细胞途径和细胞旁途径进行重吸收
        • 跨细胞途径：这些物质首先穿过腔膜进入细胞质，然后穿过基底外侧膜进入间质液。
        • 细胞旁途径：诸如水和溶质之类的物质通过细胞之间的连接空间运输。
  • 二、肾小管和集合管中各种物质的重吸收与分泌
    • （一）Na+、Cl-和水的重吸收
      • 1. 近端小管 65%-70% of Na+、Cl-and H2O 2. 髓袢 20% Na+、Cl- and 15% H2O 3. 远端小管和集合管 12% Na+、Cl- H2O : regulated by ADH抗利尿激素
      • 1.Proximal tubule (近端小管） - 65%-70% of NaCl and water 2/3: 近端小管前半段吸收（transcellular） 1/3: 近端小管后半段吸收 （paracellular）
        • （1）近端小管前半段：细胞内的Na+由基底外侧膜的Na+泵泵出。然后，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。H+进入小管液，HCO3-便被重吸收，而Cl-不被重吸收，小管液中Cl-浓度高于管周组织间液中的Cl-浓度。 近端小管前半段2/3: √ 细胞内的Na被基底外侧膜中的Na泵泵出。 √然后，Na与葡萄糖和氨基酸一起通过同向转运体，与H (称为Na+-H+交换体) 的反转运体，沿电化学梯度向下运输。 √葡萄糖和氨基酸通过载体介导的扩散通过基底外侧膜转运到间质液中。 √Cl-不被重吸收，小管液中浓度高 H2O 重吸收大于Cl-的重吸收，小管内Cl-浓度增高
        • （2）近端小管后半段：细胞内的Na+由基底侧膜的Na+泵泵出。上皮细胞顶端膜中存在Na+-H+交换体和Cl--HCO3-交换体，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CI-浓度较细胞间液中的CI-浓度高20%~40%，CI-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CI-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。 近端小管后半段1/3： ·细胞内的Na被基底外侧膜中的Na泵泵出。 ·存在Na -H交换体和Cl-HCO3交换体。 ·Cl-由K -Cl-同向转运体通过基底外侧膜运输。 ·相对较高的Cl-有利于其通过紧密连接的运输。 Cl-扩散到间隙液中会留下阳离子，该正电位会驱动Na穿过紧密结被重吸收。--由于CI-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。
        • H2O:渗透--水通道蛋白1 （3）近端小管对水的重吸收主要是通过水通道蛋白1(aquaporin1，AQP 1）在渗透压作用下完成的。AQPI 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HCO3-、CI-、葡萄糖和氨基酸后，小管液渗透压降低，细胞间液渗透压升高。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。
      • 2.髓袢
        • （1）髓袢降支细段：对溶质通透性很低，但水通透。这段小管上皮细胞的顶端膜和基底外侧膜上有大量AQP1，促进对水的重吸收，使水能迅速进入组织液，小管液渗透浓度渗透压不断增加。（至MAX）
        • （2）髓袢升支细段对水不通透，对Na、Cl-易通透，NaCl不断通过被动的异化扩散进入组织间液，小管液渗透浓度逐渐降低。
        • （3）髓袢升支粗段：对H2O依旧不通透，对Na+、K+、Cl-具有主动吸收作用。 ①升支粗段上皮细胞基底侧膜上的钠钾泵，吸Na+ ②II型Na-K-2Cl同向转运体，NKCC2， ③细胞内的Na+通过基底侧膜中的钠泵泵回组织间液，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，并使小管液呈正点位。 ④电位差使小管液中的Na+、K+、Ca+等正电离子经细胞旁途径被重吸收。 呋塞米：抑制NKCC2，能抑制髓袢对Na+、Cl-的重吸收，是较强的利尿剂。 髓袢升支粗段对水不通透，故小管液在沿升支粗段流动时，渗透压逐渐降低，管外渗透压逐渐升高。
      • 3、远端小管和集合管 水的重吸收主要受抗利尿激素的调节
        • （1）远端小管在远端小管的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+、Cl-进入细胞内 噻嗪类利尿剂可抑制NCC，产生利尿作用。远端小管对水依旧不通透，小管液渗透压持续降低。
        • （2）集合管：集合管上皮细胞有主细胞和闰细胞。主细胞主要重吸收NaCl和水，闰细胞主要分泌H+； 1.细胞内的Na被基底外侧膜中的Na泵泵出。2. Na然后通过钠通道运输； 3.在管状流体中带负电荷，然后分泌K并重新吸收Cl-。(Na的重吸收是K分泌和Cl-重吸收的动力)
        • AVP抗利尿激素调控水孔蛋白的表达，AQP1：近端小管和髓袢降支细段 AQP7：髓袢降支粗段 AQP2：集合管主细胞的顶端膜（AVP) AQP3 和 AQP4：集合管基底侧膜