中南大学基础医学院教案

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培滑
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$(flitration fraction); 定比重吸收 (constant fraction reabsorption); 近球小体 (juxtaglomerular apparatus); 近髓肾单位 (juxtamedullary nephron); 逆流倍增 (counter-current multiplication); 逆流交换 ( counter-current exchange$

1 精品课程生理学教案第八章尿的生成与排出 [ 目的要求 ]: 1. 了解肾脏在维持内环境相对恒定中的作用 2. 掌握尿生成的过程 3. 掌握泌尿功能的调节 [ 重点 ]: 1. 尿生成的过程 2. 尿生成的调节 [ 难点 ]: 1. 肾小管和集合管的物质转运功能 2. 尿液浓缩与稀释的机制 [ 基本概念 ]: 肾小球滤过率 (glomerular filtration rate,gfr); 肾血流量 (renal blood flow, RBF); 滤过作用 (filtration); 重吸收 (reabsorption); 分泌 (secretion); 排泄 (excretion); 滤过系数 (filtration coefficient); 滤过分数 (flitration fraction); 定比重吸收 (constant fraction reabsorption); 近球小体 (juxtaglomerular apparatus); 近髓肾单位 (juxtamedullary nephron); 逆流倍增 (counter-current multiplication); 逆流交换 ( counter-current exchange ); 皮质肾单位 (cortical nephron); 球管平衡 (glomerulotubular balance); 肾单位 (nephron); 肾的自身调节 (renal autoregulation); 血浆清除率 (plasma clearance); 有效滤过压 (effective filtration pressure); 重吸收的最大限度 (reabsorption maximum) 肾糖阈 (renal glucose threshold) [ 授课学时 ]:6 学时 [ 使用教材 ]: 王庭槐主编. 生理学, 第 1 版, 高等教育出版社,2004 北京第一节肾脏的结构和功能概要肾脏是机体最主要的排泄器官, 也是维持内环境相对恒定的最重要器官之一排泄是指机体将代谢终产物进入体内的异物以及过剩的物质, 通过血液循环的运输, 经一定途径排出体外的过程尿的生成包括肾小球的滤过肾小管和集合管的重吸收及分泌三个基本过程图 8-1 尿生成的基本过程示意图一肾脏的结构特点肾的实质可分为两个区域 : 靠外侧为皮质, 内侧为髓质髓质中有肾锥体, 锥体终止于 1

乳头, 乳头伸展到肾盂, 和输尿管相连肾盂和输尿管可收缩, 推动尿液流向膀胱二肾脏的功能 : 通过尿的生成和排出 (1) 来排泄代谢终产物 ; (2) 维持酸碱及水盐平衡 ; (3) 维持内环境相对恒定 ; (4) 具有内分泌功能 ( 如产生促红细胞生成素肾素 PG 和活化的维生素 D3 形成 ); (5) 调节动脉血压三肾脏的功能单位

集合管经过肾乳头进入肾盂五皮质肾单位和近髓肾单位皮质肾单位近髓肾单位分布外皮质层和中皮质层近髓质的内皮质层数量多, 约占 85%~90% 少, 占 10%~15% 形状体积小, 髓袢短体积大, 髓袢长小动脉口径入球小动脉 > 出球小动脉口径差异甚小出球小动脉形成的毛细血管网几乎全部形成肾小管周围毛细分支

2 乳头, 乳头伸展到肾盂, 和输尿管相连肾盂和输尿管可收缩, 推动尿液流向膀胱二肾脏的功能 : 通过尿的生成和排出 (1) 来排泄代谢终产物 ; (2) 维持酸碱及水盐平衡 ; (3) 维持内环境相对恒定 ; (4) 具有内分泌功能 ( 如产生促红细胞生成素肾素 PG 和活化的维生素 D3 形成 ); (5) 调节动脉血压三肾脏的功能单位肾单位肾单位是肾脏的结构和功能单位, 人体每侧肾约有 100 万个肾单位肾单位由肾小体和肾小管组成, 肾小体又由肾小球和肾小囊组成, 而肾小管又由近端小管 U 型髓袢和远端小管构成图 8-2 肾单位和肾血管示意图四集合管集合管功能与肾单位密切相关, 但是集合管并不包含在肾单位中小管液从远端小管流入集合小管, 许多集合小管最终汇合集合管集合管经过肾乳头进入肾盂五皮质肾单位和近髓肾单位皮质肾单位近髓肾单位分布外皮质层和中皮质层近髓质的内皮质层数量多, 约占 85%~90% 少, 占 10%~15% 形状体积小, 髓袢短体积大, 髓袢长小动脉口径入球小动脉 > 出球小动脉口径差异甚小出球小动脉形成的毛细血管网几乎全部形成肾小管周围毛细分支缠绕在肾小管周围血管网和 U 形直小血管主要功能生成尿液分泌肾素参与尿液浓缩和稀释过程六球旁器 ( 近球小体 ) 球旁细胞 : 入球小动脉中膜肌上皮样细胞肾素及促红细胞生成素 (EPO), 其颗粒在肾血流量或细胞外液量下降而增加由于血流量, 刺激入球小动脉内压力感受器, 使肾素合成分泌致密斑 : 远曲小管始部, 感受小管液 NaCl 的变化而调节肾素释放 2

系膜细胞 : 入球与出球小动脉之间, 与致密斑相连接可感受间质内溶质及浓度变化而影响肾素分泌七肾脏的血液供应及特点图

血流丰富, 分布不匀 1200ml/min, 皮质 94%, 外髓 5~6%, 内髓少于 1% 2.

: 出球小动脉细长, 阻力大, 且滤出了 20% 溶液, 导致血压低 ( 约为 13mmHg) 及血浆胶体渗透压高,

直小血管 : 近髓肾单位中出球小动脉分支形成 U 型直小血管, 其中血流较慢在尿浓缩有重要作用图 8-4

3 系膜细胞 : 入球与出球小动脉之间, 与致密斑相连接可感受间质内溶质及浓度变化而影响肾素分泌七肾脏的血液供应及特点图 8 3 球旁器示意图 1. 血流丰富, 分布不匀 1200ml/min, 皮质 94%, 外髓 5~6%, 内髓少于 1% 2. 有两套毛细血管网 (1) 肾小球毛细血管网 : 血压高 ( 约为 60mmHg), 有利于滤过 ; (2) 管周毛细血管网 : 出球小动脉细长, 阻力大, 且滤出了 20% 溶液, 导致血压低 ( 约为 13mmHg) 及血浆胶体渗透压高, 有利于重吸收 3. 直小血管 : 近髓肾单位中出球小动脉分支形成 U 型直小血管, 其中血流较慢在尿浓缩有重要作用图 8-4 近髓肾单位的血液供应八肾脏的神经支配肾小球的入球小动脉出球小动脉以及分泌肾素的球旁细胞都有密集的交感神经支配肾交感神经主要从胸 12 至腰 2 脊髓节段发出, 其纤维经腹腔神经丛支配肾动脉肾小管和释放肾素的球旁细胞肾交感神经末梢释放去甲肾上腺素, 调节肾血流量肾小球滤过率肾小管的重吸收和肾素释放图 8-5 肾的神经支配第二节肾小球的滤过功能 3

滤过 (filtation) 的定义 : 压差驱动的液体穿膜运动 (cf: 滤过 - 压差扩散 - 浓差 ) 原尿是血浆的超滤液 ( 不仅滤除血细胞, 血浆中大分子蛋白质亦被滤除 ) 一衡量肾小球滤过能力的指标 1. 肾小球滤过率 (glomerular filtration rate,gfr): 单位时间内 ( 每分钟 ) 两肾生成的超滤液量 GFR 与体表面积有关衡量肾功能指标 S=1.

$滤过分数 (filtration fraction,ff) 肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数 FF=GFR/RPF=125/660 100%=19% (RPF: 肾血浆流量为 660ml/min) 流经肾的血浆约有 1/5 由肾小球滤出到囊腔中变为原尿二决定和影响滤过的因素 1.$

4 滤过 (filtation) 的定义 : 压差驱动的液体穿膜运动 (cf: 滤过 - 压差扩散 - 浓差 ) 原尿是血浆的超滤液 ( 不仅滤除血细胞, 血浆中大分子蛋白质亦被滤除 ) 一衡量肾小球滤过能力的指标 1. 肾小球滤过率 (glomerular filtration rate,gfr): 单位时间内 ( 每分钟 ) 两肾生成的超滤液量 GFR 与体表面积有关衡量肾功能指标 S=1.73m2 的正常成年人, GFR=125ml/min 一昼夜滤出的原尿量 =125ml/min 60min 24=180L 2. 滤过分数 (filtration fraction,ff) 肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数 FF=GFR/RPF=125/ %=19% (RPF: 肾血浆流量为 660ml/min) 流经肾的血浆约有 1/5 由肾小球滤出到囊腔中变为原尿二决定和影响滤过的因素 1. 滤过膜 (filtration menbrance) 滤过膜是指肾小球毛细血管内的血液与肾小囊中超滤液之间的隔膜由三层结构组成 : 肾小球毛细血管内皮细胞基膜肾小囊的脏层上皮细胞图 8-6 肾小球滤过膜 (1) 通透性 1 取决于膜孔大小及物质分子直径 : 半径 2.0nm 以下的中性物质分子可完全滤过, 半径 4.2nm 以上者均不能滤过在 2.0~4.2nm 之间者, 则取决于半径及膜孔大小而决定滤过量正电荷易滤过 2 取决于物质所带电荷的性质, 负电荷不易滤过图 8-7 不同的分子有效半径和带不同电荷对右旋糖酐滤过能力的作用 ( 2) 滤过面积 : 正常成人两侧肾滤过膜总面积在 1.5m2 以上, 并且肾小球一直处于活动状态, 因而滤过膜面积充足稳定, 不会明显影响肾小球滤过作用肾小球毛细血管的滤过系数 (Kf),Kf= 肾小球毛细血管通透性有效滤过面积 Kf 增加,GFR ;Kf 减小,GFR Kf= GFR/ EFP 肾小球毛细血管的 Kf 较其他组织毛细血管的 Kf 高约 400 倍正常情况下, Kf 对 GFR 的影响并不大, 但是在疾病条件下, 因为 Kf 的改变会对肾小球滤过产生重要影响 2. 肾小球滤过的动力 - 有效滤过压有效滤过压 (effective filtration pressure,efp) 是肾小球滤过的动力 4

图 8-8 有效滤过压有效滤过压 = 肾小球毛细血管压 ( 血浆胶体渗透压 + 囊内压 ) 大鼠入球端 60mmHg (32mmHg +18mmHg)=10mmHg 滤过中血浆胶体渗透压逐渐有效滤过压不断直至达到滤过平衡

肾小球毛细血管的血压 1MAP 80~180mmHg, 自身调节, 毛细血管压较稳定, 如超出此范围, 毛细血管压将随 MAP 变化而或 ( 如电刺激 Ⅹ 神经致血压下降 ) 2 入出球小动脉的阻力, 如入球小动脉口径变小, 阻力增加

血浆胶体渗透压血浆白蛋白明显减少 EFP GFR 快速大量注射生理盐水引起尿量增加与血浆胶体渗透压降低有关 ( 三 ) 肾血浆流量变化主要影响滤过平衡的位置, 若肾血浆流量 (renal plasma flow) 血浆胶渗压升高慢

是指小管液及其中物质经小管上皮细胞转运到血液过程分泌 (secretion): 是指小管上皮细胞产生的或血液中的物质转运到小管腔过程正常人每天肾小球滤过液约 180 升, 为无蛋白质的血浆, 而终尿每天只不过 1.

5 图 8-8 有效滤过压有效滤过压 = 肾小球毛细血管压 ( 血浆胶体渗透压 + 囊内压 ) 大鼠入球端 60mmHg (32mmHg +18mmHg)=10mmHg 滤过中血浆胶体渗透压逐渐有效滤过压不断直至达到滤过平衡 (filtration equilibrium) 时滤过停止 1 滤过平衡越近入球小动脉, 有滤过作用的毛细血管愈短, 滤过平衡越近出球小动脉, 有滤过作用的毛细血管愈长 ; 2 如达不到滤过平衡, 则毛细血管全长均有滤过有效滤过压的改变 1. 肾小球毛细血管的血压 1MAP 80~180mmHg, 自身调节, 毛细血管压较稳定, 如超出此范围, 毛细血管压将随 MAP 变化而或 ( 如电刺激 Ⅹ 神经致血压下降 ) 2 入出球小动脉的阻力, 如入球小动脉口径变小, 阻力增加毛细血管压 GFR 3 出球小动脉的阻力, 按阻力增加的不同程度, 可出现 GFR 或的不同作用 2. 囊内压生理情况下较稳定, 尿路结石肿瘤等阻塞囊内压 3. 血浆胶体渗透压血浆白蛋白明显减少 EFP GFR 快速大量注射生理盐水引起尿量增加与血浆胶体渗透压降低有关 ( 三 ) 肾血浆流量变化主要影响滤过平衡的位置, 若肾血浆流量 (renal plasma flow) 血浆胶渗压升高慢滤过平衡移向出球端 GFR ; 如果血浆流量如休克, 缺 O2 交感神经反射性兴奋肾血浆流量 GFR 第三节肾小管和集合管的泌尿功能肾小管和集合管的泌尿功能包括肾小管和集合管的重吸收和分泌重吸收 (reabsorption): 是指小管液及其中物质经小管上皮细胞转运到血液过程分泌 (secretion): 是指小管上皮细胞产生的或血液中的物质转运到小管腔过程正常人每天肾小球滤过液约 180 升, 为无蛋白质的血浆, 而终尿每天只不过 1.5~ 2L 为代谢产物及异物, 表明滤液中约 99% 水被肾小管和集合管重吸收, 只有约 1% 被排出体外滤液中葡萄糖氨基酸全部被重吸收 ;Na + - HCO3 等被不同程度地被重吸收 ; 肌酐尿酸 K + 等被分泌入小管腔肾小管和集合管的重吸收和分泌 ( 一 ) 肾小管和集合管的重吸收和分泌特征 1. 重吸收量大 : 滤液中葡萄糖氨基酸全部被重吸收 ;99% 水和 Na + 被重吸收等 5

2. 重吸收的选择性 : 葡萄糖氨基酸全部被重吸收 ; 水和电解质被大部重吸收 ; 尿素少重吸收 ; 肌酐完全不被重吸收 ( 二 ) 肾小管和集合管的重吸收方式主动转运 : 原发性主动转运和继发性主动转运 ;

320mg/min, 而肾小球滤液中葡萄糖大约只有 125 mg/min, 因此健康人尿中不会有葡萄糖在非控制性糖尿病人中, 血浆葡萄糖浓度可达很高, 滤过葡萄糖超过重吸收的最大限度, 所以尿中出现葡萄糖图

1 Na + 和 Cl - 原尿中的 Na+ 和 Cl- 在流经肾小管集合管时被重吸收 99% 以上其中近球小管约重吸收 65-70% 近球小管前半段主动过程泵 - 漏模式 (pump-leak model)

近球小管后半段细胞旁路被动重吸收跨上皮细胞主动重吸收在近球小管 Cl- 的重吸收伴随 Na+ 的主动重吸收而被动重吸收 2 水水的重吸收是在渗透压差作用下而被动吸收等渗重吸收 (isosmotic

6 2. 重吸收的选择性 : 葡萄糖氨基酸全部被重吸收 ; 水和电解质被大部重吸收 ; 尿素少重吸收 ; 肌酐完全不被重吸收 ( 二 ) 肾小管和集合管的重吸收方式主动转运 : 原发性主动转运和继发性主动转运 ; 被动转运 ( 单纯易化扩散 ); 入胞 ( 三 ) 重吸收的有限性肾小管对物质的重吸收是有一定限度的, 称为重吸收的最大限度这是因为转运物质的蛋白质数量有限在正常成年人, 葡萄糖重吸收的最大限度平均为 320mg/min, 而肾小球滤液中葡萄糖大约只有 125 mg/min, 因此健康人尿中不会有葡萄糖在非控制性糖尿病人中, 血浆葡萄糖浓度可达很高, 滤过葡萄糖超过重吸收的最大限度, 所以尿中出现葡萄糖图 8-9 肾小管和集合管的重吸收近球小管是大部分物质的主要重吸收部位, 滤过液中的约 67% Na + Cl - K + 和水再这里被重吸收, 还有 85% 的 HCO3- 以及全部的葡萄糖氨基酸都在此被重吸收 1 Na + 和 Cl - 原尿中的 Na+ 和 Cl- 在流经肾小管集合管时被重吸收 99% 以上其中近球小管约重吸收 65-70% 近球小管前半段主动过程泵 - 漏模式 (pump-leak model) + Na 在跨管腔膜转运时, 并不是单独转运, 它都是与其它物质通过同一个蛋白载体同时转运的同向转运 (symporter), 逆向转运 (antiporter), 近球小管后半段细胞旁路被动重吸收跨上皮细胞主动重吸收在近球小管 Cl- 的重吸收伴随 Na+ 的主动重吸收而被动重吸收 2 水水的重吸收是在渗透压差作用下而被动吸收等渗重吸收 (isosmotic reabsorption) 与体水是否缺乏无关 - 3 HCO3-1HCO3 是以 CO2 形式重吸收 2 要有 H + 分泌 ( 肾小管各段均可泌 H +, Na + - H + 交换 ) 用乙酰唑胺抑制碳酸酐酶尿量 - 图 8-10 近球小管重吸收 HCO3 的机制 6

4 K + 绝大部分的 K + 在近球小管被重吸收近球小管 K + 的重吸收是逆浓度差和电位差而进行的主动重吸收, 具体机制不清终尿中的 K + 主要来自远曲小管和集合管的分泌 5 葡萄糖葡萄糖重吸收的部位仅限于近球小管葡萄糖的重吸收是借助于 Na+ 的主动重吸收而被继发性主动转运 (secondary active transport) 的图 8-11 葡萄糖的重吸收

7 4 K + 绝大部分的 K + 在近球小管被重吸收近球小管 K + 的重吸收是逆浓度差和电位差而进行的主动重吸收, 具体机制不清终尿中的 K + 主要来自远曲小管和集合管的分泌 5 葡萄糖葡萄糖重吸收的部位仅限于近球小管葡萄糖的重吸收是借助于 Na+ 的主动重吸收而被继发性主动转运 (secondary active transport) 的图 8-11 葡萄糖的重吸收肾小管对葡萄糖的重吸收有一定限度图 8-12 人体肾小管对葡萄糖的重吸收率与血浆葡萄糖浓度的关系葡萄糖的重吸收 ( 1) 全部吸收, 限于近端小管前段 ; ( 2) 伴随 Na + 的吸收而继发主动吸收, 两者共用同向转运体且相互影响 ; ( 3) 吸收有一定限量肾糖阈 : 即血糖超过 180mg/100ml 时, 开始出现尿糖, 此时血浆中葡萄糖的浓度为肾糖阈葡萄糖的吸收极限量 : 男 375mg/100ml 女 300 mg/100ml, 即全部肾单位对葡萄糖的吸收均已达饱和可能由于同向转运体数量有限髓袢的重吸收 7

Na + 2Cl - K + 共同向转运体进入细胞内, 然后去向各异 Na + 泵组织间隙血 Cl - 通道组织间隙血 K + 顺浓度差回管腔微穿刺实验证明, 升支粗段管腔内为正电位, 说明 Cl - 是逆电化梯主动吸收的微灌流实验中, 如灌流液中缺 K 则管腔内正电位基本消失 Cl - 的吸收, 如抑制 Na + 泵 Cl - 吸收受阻, 故 Cl - 的吸收还须要 Na + 泵

8 Na + 2Cl - K + 共同向转运体进入细胞内, 然后去向各异 Na + 泵组织间隙血 Cl - 通道组织间隙血 K + 顺浓度差回管腔微穿刺实验证明, 升支粗段管腔内为正电位, 说明 Cl - 是逆电化梯主动吸收的微灌流实验中, 如灌流液中缺 K 则管腔内正电位基本消失 Cl - 的吸收, 如抑制 Na + 泵 Cl - 吸收受阻, 故 Cl - 的吸收还须要 Na + 泵 Na + 主动吸收和细胞旁路吸收各 1/2, 由于 K + 返回, 形成正电位, 使 Na + 等正离子顺电位差从细胞旁路进入组织间隙图 8-13 髓袢升支粗段继发性主动重吸收 Na + Cl - K + 的示意图通过钠泵活动, 继发性主动重吸收 2Cl -, 同时伴随 2Na + 重吸收, 其中 1Na + 主动 1Na + 经细胞旁路被动重吸收, 为 Na + 重吸收节约 50% 能量速尿和利尿酸能抑制 1Na + :2Cl - :1K + 同向转运体的功能, 使 NaCl 的重吸收减少远曲小管和集合管 1 Na + Cl - : 仍然是继发性主动转运 ( 此时无回漏, 电化学梯度更大 ) 远曲小管前段 :Na + 是与 Cl - 同向转运进入细胞, 然后由钠泵泵出细胞而主动重吸收回血 Na + -Cl - 转运体对噻嗪类利尿剂敏感, 被抑制后, 产生 NaCl 重吸收障碍, 导致水的重吸收相应减少, 尿量增多远曲小管后段与集合管 :Na + 不与其它物质耦联, 通过管腔膜上的 Na + 通道进入细胞, 然后再由 Na + 泵泵至组织间液被重吸收 2 水: 受抗利尿激素的调控, 依赖于 ADH 的存在与机体是否缺水有关当机体缺水而抗利尿激素分泌增多时, 集合管对水的通透性增高, 水的重吸收增多反之, 当体内水分过多时, 由于抗利尿激素的释放减少而降低远曲小管集合管对水的重吸收称调节性重吸收 (regulatory reabsorption) ( 四 ) 肾小管和集合管的分泌 (secretion) 1 泌 H + 肾小管和集合管上皮细胞均可分泌 H+, 其中近球小管分泌量最大 1 近球小管 :H + - Na + 交换 (H + -Na + interchange) 2 远曲小管集合管 :H + 泵意义 : 排酸保碱维持机体酸碱平衡 8

2 泌 NH3 一般发生在远曲小管集合管上皮细胞代谢产生的 NH3 60% 由谷氨酰胺脱氨而来图 8-14 NH3 - Na + 交换示意图 NH3 的分泌不仅促进 H + 的分泌而排酸, 也能增加 NaHCO3 的重吸收正常情况下 NH3

+ -Na + interchange),k+-na+ 交换与 H+-Na+ 交换具有相互竞争现象 4 其他物质代谢产物如肌酐对氨基马尿酸, 能滤过, 又能由肾小管排泄进入体内物质如青霉素酚红等由近球小管主动排泄出体外肾小球滤过生成的原尿,

高渗尿, 浓缩低渗尿, 稀释尿液的渗透压与血浆渗透压相等或相近, 称为等渗尿 (isotonic urine) 如果无论机体缺水或水过剩, 长时间排出等渗尿, 表明肾脏的浓缩和稀释功能严重减退一尿浓缩和稀释的机制比较解剖学 :

9 2 泌 NH3 一般发生在远曲小管集合管上皮细胞代谢产生的 NH3 60% 由谷氨酰胺脱氨而来图 8-14 NH3 - Na + 交换示意图 NH3 的分泌不仅促进 H + 的分泌而排酸, 也能增加 NaHCO3 的重吸收正常情况下 NH3 的分泌主要在远曲小管和集合管, 但在酸中毒时 NH3 的分泌增加, 近球小管也可分泌 NH3 3 泌 K+ 终尿中的 K + 主要由远曲小管和集合管主细胞分泌,K + 的分泌与 Na + 的主动重吸收密切相关, 即 K + - Na + 交换 (K + -Na + interchange),k+-na+ 交换与 H+-Na+ 交换具有相互竞争现象 4 其他物质代谢产物如肌酐对氨基马尿酸, 能滤过, 又能由肾小管排泄进入体内物质如青霉素酚红等由近球小管主动排泄出体外肾小球滤过生成的原尿, 通过肾小管和集合管的重吸收和分泌处理后, 就成为终尿并排第四节尿液的浓缩和稀释现象 : 夏天出汗尿浓色深, 少 ; 冬天喝水尿稀色浅, 多在生理学中, 尿液的浓缩与稀释是根据尿的渗透浓度 (osmolality) 与血浆渗透压相比较而确定的高渗尿, 浓缩低渗尿, 稀释尿液的渗透压与血浆渗透压相等或相近, 称为等渗尿 (isotonic urine) 如果无论机体缺水或水过剩, 长时间排出等渗尿, 表明肾脏的浓缩和稀释功能严重减退一尿浓缩和稀释的机制比较解剖学 : 并不是所有动物的肾脏都有浓缩尿的能力肾脏浓缩尿的能力是具有髓质结构的哺乳动物和某些鸟类所特有的髓质内层愈发达髓袢越长者, 浓缩尿的能力越强例 : 沙鼠髓袢特别长 20 倍血浆渗透浓度的高渗尿猪 -- 髓袢短倍图 8-15 肾髓质渗透压梯度示意图 9

人 -- 中等长度 -- 最多 4-5 倍冰点降低法测定大鼠肾脏组织切片的渗透浓度, 观察到髓质部组织液与血浆的渗透浓度之比, 从外髓部向乳头部依次递增, 分别为 2.0 3.0 4.

髓质渗透梯度形成机制 1 逆流倍增( counter-current multiplication) 横向梯度小变化纵向梯度成倍变化甲管内液体向下流乙管内液体向上流丙管内液体向下流 M1 膜能将液体中 Na+ 由乙管泵入甲管,

10 人 -- 中等长度 -- 最多 4-5 倍冰点降低法测定大鼠肾脏组织切片的渗透浓度, 观察到髓质部组织液与血浆的渗透浓度之比, 从外髓部向乳头部依次递增, 分别为具有明显的渗透浓度梯度问题 : 髓质的高渗和渗透浓度梯度是怎样形成与如何维持的? 髓质渗透梯度形成机制 1 逆流倍增( counter-current multiplication) 横向梯度小变化纵向梯度成倍变化甲管内液体向下流乙管内液体向上流丙管内液体向下流 M1 膜能将液体中 Na+ 由乙管泵入甲管, 且对水不易通透,M2 膜对水易通透 2. 形成过程图 8-16 逆流倍增作用模型图 8-17 尿液的浓缩与稀释过程示意图肾脏有浓缩和稀释尿液的功能, 排出高渗尿 1200 毫渗 /kgh2o( 低渗尿 50 毫渗 /kgh2o) 水盐平衡尿的浓缩和稀释取决于 :1. 髓质高渗梯度存在 ;2. 远曲小管集合管对水的通透性实验观察证明 : 髓质由外到内, 渗透压逐渐增高, 形成梯度前提 : (1) 各段小管对 H2O Na + 尿素通透性的不同 10

11 (2) 髓质高渗形成的因素外髓带升支粗段 (NaCl) 主动重吸收 NaCl 髓质间液渗透压管内滲透压不吸收 H2O 内髓带 ( 尿素和 NaCl) 1 远曲小管集合管外段 : 透水, 不透尿素 ; 水吸收, 尿素被浓缩 ; 远曲到集合管尿素浓度逐渐, 集合管内段尿素顺浓度差扩出管外 2 降支细段 : 易透水, 不易透 Na + 和尿素, 水渗出使管内渗透压逐, 到袢顶部达最高 3 升支细段 : 透 Na + 和尿素, 不易透水,NaCl 扩入内髓中, 管内渗透压逐渐 4 尿素再循环 : 尿素由内段集合管扩出到髓质间隙扩入升支细段经升支粗段进入远曲, 集小管利尿酸或速尿可抑制 Na + 2Cl - K + 同向转运体 NaCl 的重吸收, 髓质渗透压水的重吸收少尿量低渗 (3) 直小血管在维持髓质高渗中的作用逆流交换 1 血液流入降支, 水进入髓质间隙, NaCl 和尿素进入小管, 管内渗透压逐, 到顶部时浓度达最高, 血液流经升支时水渗入, 尿素 NaCl 渗出到髓质间隙, 再进入降支, 通过逆流交换后, 保留溶质, 带走多余的水分 2 直小血管血流速度, 要相对稳定血流太慢, 则水不能及时带走, 髓质渗透压下降渗透压升高, 水的重吸收减少, 尿量赠加此为渗透性利尿如甘露醇静注可消肿血流太快, 溶质来不及交换而带走过多, 髓质渗透压降低图 8-18 肾髓质渗透梯度形成和维持示意图二影响尿浓缩和稀释的因素肾脏能否最大限度地排出浓缩尿或稀释尿, 主要有赖于髓袢集合管和直小血管等结构与功能的正常 1. 髓袢的结构与机能 : 髓袢结构与机能的完整性是保持肾对尿液浓缩功能的重要条件 2. 尿素浓度 : 尿素为蛋白质代谢的产物, 是形成内髓部高渗的重要因素 3. 直小血管的血流 : 髓质血流的低容量和低速度在有效的逆流扩散交换过程中是重要的因素 4. 集合管对水的通透性 : 取决于血浆 ADH " 尿崩症 " 综上所述, 尿液浓缩机制以 NaCl 在髓袢升支粗段的主动重吸收为起点, 以肾小管各段对水溶质通透性不同的特点为基础, 通过逆流倍增机制使髓质建立高渗梯度, 尿素再循环则使渗透梯度加强直小血管的作用使该梯度得以维持在 ADH 的作用下, 大量水分进入肾脏间质, 而后被直小血管等重吸收, 尿液得以浓缩在这整个过程中, 任何一个环节出了问题, 都将影响到尿浓缩的程度 11

第五节尿生成的调节一肾内自身调节肾血流和 GFR 的自身调节当动脉血压在 75~160mmHg 波动时, 肾脏通过内在的反馈机制保持肾血流量和 GFR 的相对恒定称为肾血流和 GFR 的自身调节机制 : 肌源学说和管球反馈前者是由于血管阻力可随血压波动而改变 ; 后者是由于小管流量变化, 通过致密斑反馈到肾小管, 引起肾血流量及肾小球滤过率 (GFR) 改变肾血流量及 GFR,

糖尿病患者由于血糖升高超过肾糖阈值, 肾小管不能全部将其吸收, 造成肾小管液中葡萄糖的浓度过高而导致尿量明显增多临床上, 脑水肿,iv 甘露醇 ( 可滤过, 不重吸收 ) 增加小管液溶质浓度, 增加尿量由小管液中溶质浓度增高所引起的尿量增多现象称为渗透性利尿 (osmotic diuresis) 球管平衡 (Glomerulotubar balance) 近球小管对 Na + H2O

12 第五节尿生成的调节一肾内自身调节肾血流和 GFR 的自身调节当动脉血压在 75~160mmHg 波动时, 肾脏通过内在的反馈机制保持肾血流量和 GFR 的相对恒定称为肾血流和 GFR 的自身调节机制 : 肌源学说和管球反馈前者是由于血管阻力可随血压波动而改变 ; 后者是由于小管流量变化, 通过致密斑反馈到肾小管, 引起肾血流量及肾小球滤过率 (GFR) 改变肾血流量及 GFR, 使致密斑流出量, 超出肾小管吸收功能, 使致密斑兴奋, 球旁细胞分泌肾素, 使入球小动脉收缩, 血流阻力增高, 使肾血流量及 GFR 图 8-19 肾血流量 (RBF) 和肾小球滤过率 (GFR) 的自身调节小管液中溶质浓度小管液中溶质所形成的渗透压是对抗肾小管重吸收水分的力量如果小管液溶质浓度增高, 渗透压升高, 可妨碍水的重吸收 ( 尤近球小管 ) 而使尿量增多糖尿病患者由于血糖升高超过肾糖阈值, 肾小管不能全部将其吸收, 造成肾小管液中葡萄糖的浓度过高而导致尿量明显增多临床上, 脑水肿,iv 甘露醇 ( 可滤过, 不重吸收 ) 增加小管液溶质浓度, 增加尿量由小管液中溶质浓度增高所引起的尿量增多现象称为渗透性利尿 (osmotic diuresis) 球管平衡 (Glomerulotubar balance) 近球小管对 Na + H2O 的重吸收, 恒为滤过量的 67%, 滤过多则吸收多, 滤过少则吸收少, 为定比吸收 (constant traction reabsorption), 这种机制称为球管平衡机制 : 当肾血流量下降管周血浆胶渗压升高, 重吸收增多而回漏降低意义 : 使尿中排出的溶质和水不随 GFR 增减而大幅度变动如 : GRF 近端吸收远端量 125ml 87.5 ml (70%) 37.5ml 150 ml ( 增 25 ml ) 105ml(70%) 45 ml ( 增 7.5 ml) 如果球管平衡被打乱 : (1) 如渗透性利尿, 尿量显增加 ; (2) 动脉血压升高, 排尿量显著升高, 由于扰乱了球管平衡 ; (3) 充血性心力衰竭, 心力减慢使心排出量下降, 肾灌注压和血流量下降, 但出球小动脉代偿性收缩, 使小球毛细血管压和 GFR 不变, 而滤过分数升高 (GFR/ 肾血浆流量下降 ) 使管 12

周毛细血管压降低而胶体渗透压升高, 重吸收增加, 导致水钠潴留水肿二神经 - 体液因素交感神经系统 NE 1 收缩肾 A, 入球 A> 出球 A,GFR ; 2 刺激颗粒细胞, 肾素释放增加, 促进循环中血管紧张素 II 和醛固酮含量增加, 引起 Na+ 水重吸收增加 ; 3 直接作用于肾小管, 增加近球小管和髓袢对 Na + 水的重吸收抗利尿激素 (antidiuretic

受体结合激活腺苷酸环化酶 camp-pk 系统蛋白磷酸化水通道 (aquaporin AQP) 装配到膜上, 提高对水的通透性 ( 基侧膜对水自由通透 ) 3 促进内髓部集合管对尿素的通透 ; 促进髓袢升支粗段对 NaCl 主动重吸收 1 影响因素 1 血浆晶体渗透压下丘脑视上核及其附近存在对血浆晶体渗透压改变十分敏感的渗透压感受器 (osmoreceptor) 当机体大量出汗

13 周毛细血管压降低而胶体渗透压升高, 重吸收增加, 导致水钠潴留水肿二神经 - 体液因素交感神经系统 NE 1 收缩肾 A, 入球 A> 出球 A,GFR ; 2 刺激颗粒细胞, 肾素释放增加, 促进循环中血管紧张素 II 和醛固酮含量增加, 引起 Na+ 水重吸收增加 ; 3 直接作用于肾小管, 增加近球小管和髓袢对 Na + 水的重吸收抗利尿激素 (antidiuretic hormone, ADH) 抗利尿激素也称血管升压素, 由下丘脑视上核和室旁核神经元合成, 沿下丘脑 - 垂体束运送到神经垂体贮存, 并由此释放入血图 8-20 抗利尿激素的作用原理示意图 1 ADH 作用 : 1 作用于血管平滑肌 V1 受体血管收缩血管升压素 (arginine vasopressin,avp) 2ADH 集合管对水的通透性水重吸收尿量 ADH 与上皮细胞管周膜 V2 受体结合激活腺苷酸环化酶 camp-pk 系统蛋白磷酸化水通道 (aquaporin AQP) 装配到膜上, 提高对水的通透性 ( 基侧膜对水自由通透 ) 3 促进内髓部集合管对尿素的通透 ; 促进髓袢升支粗段对 NaCl 主动重吸收 1 影响因素 1 血浆晶体渗透压下丘脑视上核及其附近存在对血浆晶体渗透压改变十分敏感的渗透压感受器 (osmoreceptor) 当机体大量出汗严重呕吐或腹泻则导致失水时, 机体血浆晶体渗透压升高, 对渗透压感受器刺激增强, 则 ADH 合成释放增多, 结果尿液浓缩尿量减少, 有利于纠正失水造成的血浆晶体渗透压升高反之大量饮入清水, 血浆晶体渗透压降低, 则 ADH 合成释放减少, 尿量增多这种由大量饮入清水引起尿量增多的现象称为水利尿 (water diuresis) 水利尿是由于大量水的摄入引起血浆晶体渗透压降低, 使 ADH 合成和释放减少的缘故 2 循环血容量动脉血压位于左心房和胸腔大静脉的容量感受器 (volume receptor) 可感受循环血量的刺激, 反射性地调节 ADH 的释放当循环血量增多时, 容量感受器沿迷走神经的传入冲动增加, 导致 ADH 释放量减少, 尿量增加, 使循环血量回降反之, 循环血量减少时,ADH 释放增多尿量减少有利于循环血量的恢复但左心房的容量感受器的感性低于下丘脑渗透压感受器, 血量需降低 5%~10% 以上才能刺激 ADH 的释放增多 13

14 此外, 动脉血压增高, 可通过压力感受器反射性地抑制 ADH 的释放 3 其他 : 心房利尿钠肽 (-)ADH ATⅡ (+)ADH 痛刺激情绪紧张 ADH 弱冷刺激 ADH 下丘脑 - 神经垂体病变 ADH 尿量 (>10L/ 日 ) 尿崩症图 8-21 抗利尿激素分泌调节示意图肾素 - 血管肾张素 - 醛固酮系统血管紧张素原肾素 ( 入球小体颗粒细胞分泌 ) 血管紧张素 I 血管紧张素 II 血管紧张素 III 1. 肾素分泌的调节 (1) 循环血量, 血压, 入球小动脉压力, 血流时 1 入球小动脉受牵张牵张感受器兴奋肾素分泌 2GFR 滤过量和 Na + 流经致密斑的 Na + 肾素分泌推测 : 球旁细胞致密斑接触增加, 则肾素分泌减少 ; 接触减少, 则肾素分泌增多由于肾血流量减少, 入球小动脉口径变小, 与致密斑接触少 ; 血流 GFR 流经致密斑处 Na + 及小管液减少, 肾小管口径小, 与球旁细胞接触少, 二者均使肾素分泌 ( 2) 肾交感神经,Adr,NA 均使肾素释放增多 2. 作用 (1) 血管紧张素 II 刺激醛固酮合成分泌及近球小管对 Na + 吸收, 刺激后叶释放 ADH ( 2) 醛固酮 (Aldosterone): 促进远曲小管集合管对 Na + 重收和 K + 的分泌机制 : 激素 + 胞浆受体激素胞浆受体复合物 ( 变构 ) 进入胞核调节 mrna 的转录合成醛固酮诱导蛋白诱导蛋白在促进 Na + 重吸收中可能在三个方面起作用 : 1 是管腔膜的 Na + 通道蛋白增加 Na + 通道的数量促 Na + 吸收 ; 2 是线粒体合成 ATP 的酶, 分解为 Na + 泵活动供能 ; 3 可能是基底膜的 Na + 泵, 促进 Na + 的重吸收和 K + 的分泌醛固酮调节 : 1 血 K + 或血 Na + ( 对血 K + 升高更敏感 ) 醛固酮分泌 ; 2 肾素血管紧张素系统 14

15 图 8-22 醛固酮作用机制示意图心房利钠肽 (Atrial Natriuretie peptide) 由心房细胞合成分泌作用 : 促 NaCl 及水的排出机制 :1ANP 与受体结合, 通过活化乌苷酸环化酶细胞内 cgmp 抑制 Na + 重吸收 ;2 增加肾血浆流量及 GFR;3 抑制肾素醛固酮 ADH 分泌 [ 思考题 ] 1. 为什么说肾脏在脱水的临床表现中具有十分重要的作用? 2. 肾脏在酸碱中毒时起什么作用? 3. 肾血流量及肾小球滤过率的改变对尿的浓缩和稀释有何影响? 4. 静脉分别注射大剂量和小剂量的肾上腺素和去甲肾上腺素, 尿量有何变化, 为什么? 5. 衡量肾小球滤过功能的指标有那些? 6. 影响肾小球滤过作用的因素有那些各有何作用? 7. 说明 ADH 的作用及其调节? 8. 中等强度电刺激动物頚部迷走 N 外周端 10 秒钟, 其时尿量有何变化, 并说明机制? 9. 什么叫水利尿其发生机制如何? 10. 直小血管在尿的浓缩中有何作用? 11. 什么是渗透性利尿其发生机制是什么? 12. 给脑水肿病人注入甘露醇 100 毫升其尿量有何变化说明机制? 13. 给家兔静脉注入 50% 的 G,10 毫升, 其尿量和尿质各有何变化说明机制? 14. 说明醛固酮心钠肽对泌尿功能的调节作用? 案例 : 鲁某, 女性,13 岁, 学生 7 天前受凉感冒未介意, 此日颜面浮肿, 早重晚轻, 继之尿黄如浓茶色, 尿少尿常规 : 红细胞 (++), 白细胞 (+), 蛋白 (++) 问题 : 1 试述正常尿量与尿的理化特性 2 为什么该患者尿中出现红细胞和蛋白? 3 从组织液生成知识点谈谈患者发生水肿的可能原因参考文献 1.Guyton,A.C.. Textbook of Medical Physiology. W.B. Saunders Company, Philaphia, 1991; 8th ed: William F.Ganong. Review of Medical Physiology(20th), United States of 15

16 American,McGram-Hill( 美国 ), Lingappa VR and Farey K. Physiological medicine,a clinical approach to basic medical physiology. McGram-Hill( 美国 ), 何小瑞, 姚泰. 管球反馈对肾小球血流动力学的影响及其机制. 生理学进展,1991;22: 陈香美. 当前肾脏病的研究热点. 中华内科杂志,2002;2 6. 姚泰, 乔健天生理学. 第五版北京, 人民卫生出版社 7.Berne RM, Levy MN Physiology 4rd, CV Mosby Co. St Louis 8.Jackson BA, OTT CE Renal system, Fence Creek Publishing, LLC, Madison, Conneticut 9.Koeppen BM, Stanton BA Renal Physiology 3rd, Health Sciece Asia, Elsevier Science 10.Guyton AC, Hall JE Textbook of Medical Physiology,10th, Philadelphin, Saunders Summary The urinary system is composed of the kidneys, bladder and accessory structures. The kidneys produce urine, a fluid waste product whose composition and volume vary. The six functions of the kidneys are regulation of extracellular fluid volume, regulation of osmolarity, maintenance of ion balance, homeostatic regulation of ph, excretion of wastes and foreign substances, and production of hormone. The most important function of the kidneys is the homeostatic regulation of the water and ion content of the blood. I. Structure of the kidneys Each kidney has about 1 million nephrons. Each nephron in the kidneys consists of a renal corpuscle and a tubule. 1. Each renal corpuscle comprises a capillary tuft, termed a glomerulus, and a Bowman's capsule, into which the tuft protrudes. 2. The tubule extends out from Bowman's capsule and is subdivided into many segments, which can be combined for reference purposes into the proximal tubule, loop of Henle, distal convoluted tubule and collecting duct. Beginning at the level of the collecting ducts, multiple tubules join and empty into the renal pelvis, from which urine flows through the ureters to the bladder. 3. Each glomerulus is supplied by an afferent arteriole,and an efferent arteriole leaves the glomerulus to branch into peritubular capillaries, which supply the tubule. II. Basic Renal processes 1.The three basic renal processes are glomerular filtration, tubular reabsorption, and tubular secretion. In addition, the kidneys synthesize and /or catabolize certain substances. The excretion of a substance is equal to the amount filtered plus the amount secteted minus the amount reabsorbed. 2. Urine formation begins with glomerular filtration - approximately 180L/day - of essentially protein-free plasma into Bowman's space. (1) Glomerular filtrate contains all plasma substances other than proteins and substances bound to protein. 16

17 (2) Glomerular filtration is driven by the hydrostatic pressure in the glomerular capillaries and is opposed by both the hydrostatic pressure in Bowman's space and the osmotic force due to the pro teins in the glomerular capillary plasma. 3. As the filtrate moves through the tubules, certain substances are reabsorbed into the peritubular capillaries. (1) Substances to which the tubular epithelium is permeable are absorbed by diffusion because water reabsorption creates tubule-interstitium concentration gradients for them. (2) Tubular reabsorption rates are generally very high for nutrients, ions,and water, but are lower for waste products. Reabsorption may occur by diffusion or by mediated transport. (3) Many of the mediated-transport systems manifest transport maximums, so that when the filtered load of a substance exceeds the transport maximum, large amounts may appear in the urine. 4. Tubular secretion (movement from the peritubular capillary into the tubules), like glomerular filtration, is a pathway for entrance of a substance into the tubule. Ⅲ. Renal regulation Renal function is regulated by neural and hormonal influences. The most important of these are: 1. renal sympathic nerves 2. renin-angiotensin system 3. aldosterone 4. atrial natriuretic peptide 5. antidiuretic hormone 6. prostaglandins 7. parathyroid hormone Ⅳ. Clearance Clearance is an abstract concept that describes what volume of plasma passing through the kidneys has been totally cleared of a substance in a given period of time. For substances such as inulin which are neither actively absorbed nor secreted by the kidneys, clearance is equivalent to the glomerular filtration rate (GFR). In clinical settings, creatinine is used to measure GFR. If a person's GFR is known, then it is possible to measure the filtration rate of a substance.if less substance appears in the urine than was filtered, then some was reabsorbed by the nephrons. If more substance appears in the urine than was filtered, then there is net secretion of the substance. If t he same amount of the substance is filtered and excreted, then the substance is neither reabsorbed nor secreted. Clearance values are also used to determine how the nephron handles a substance filtered into it. If the clearance of a substance is less than the inulin or creatinine clearances, then the substance has been reabsorbed. Conversely, if the clearance rate of the substance is greater than inulin or creatinine then it has been actively secreted into the nephron. V. Micturition Urine is stored in the bladder until released by urination, also known as micturition. 1. In the basic micturition reflex, bladder distention stimulates stretch receptors that trigger spinal reflexes; these reflexes lead to contraction of the detrusor muscle, mediated by parasympathetic neurons, and relaxation of the external urethral sphincter, mediated by inhibition of the motor neurons to this muscle. 17

18 2. Voluntary control is exerted via descending pathways to the parasympathetic nerves supplying the detrusor muscle and the motor nerves supplying the external urethral sphincter. 18

日文技術用語

日文技術用語泌尿系統 16-1 1. 菊糖 (inulin) 常被用以測量哪一種生理參數? (A) 腎絲球過濾率 (B) 腎血漿流量 (C) 腎小管分泌能力 (D) 有效過濾壓 (94 專普一 ) 2. 膀胱逼尿肌收縮而排尿, 主要為透過何種神經之反射而完成? (A) 交感神經 (B)

中南大学基础医学院教 案

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