生理学：尿的生成和排出.ppt

,第八章尿的生成和排出,概述,排泄：机体将物质代谢的终产物和进入体内的异物以及过剩的物质，经血液循环排出体外的过程排泄途径：呼吸器官消化器官皮肤肾,肾脏是最重要的排泄器官，其排泄量大,种类多，有选择性,肾脏的功能,1、通过尿的生成和排出可实现的功能排泄代谢废物和摄入体内的异物调节机体的水、电解质、渗透压的平衡调解酸碱平衡2、内分泌作用：能生成和释放多种生物活性物质，比如erythropoietin,renin,1,25-二羟D3，prostaglandins,kinins3、参与心血管活动的调节，肾脏还是糖异生的场所之一。,尿生成的过程,肾小球的滤过生成原尿肾小管的重吸收肾小管的分泌和排泄,生成终尿,第一节肾的功能结构和肾血流量,一、肾的功能解剖,（二）球旁器,（一）肾单位和集合管,（三）滤过膜,一、肾的功能解剖,（一）肾单位和集合管,肾单位,肾小体,肾小球,肾小囊,肾小管,近端小管,近曲小管,近曲小管直段,髓袢降支细段,髓袢升支细段,髓袢升支粗段,远端小管,远曲小管,髓袢细段,皮质肾单位近髓肾单位,肾单位,球旁细胞（肾素）致密斑（感受小管液中NaCl的浓度）球外系膜细胞（吞噬作用）,（二）球旁器：（juxtaglomerularapparatus）,致密斑（MD）在髓袢升支粗段，由一群独特的肾小管上皮细胞组成,三层结构：内层毛细血管的内皮细胞中间层基膜（纤维网结构）外层肾小囊脏层上皮细胞足突裂孔膜其中基膜是机械屏障的主要部分,(三)滤过膜,内层,内皮细胞上有直径为7090nm的小孔，称为窗孔(fenestration)。表面有一层带负电荷的糖蛋白。,中间层,有直径为28nm的多角型网孔。含带负电的蛋白质。是机械屏障的主要部分。,外层,肾小囊脏层足细胞足突相互交错形成滤过裂隙膜上有411nm的小孔。,机械屏障和电学屏障,在内层及基膜层均覆盖有带负电荷的糖蛋白,三层机械屏障结构,滤过效应,分子量大于70000的物质完全不能通过电学屏障限制带负电荷的大分子通过,滤过膜的通透性,(四)肾脏的神经支配和血管分布,主要是交感神经节后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的释放,1.神经支配,肾血管分配,肾动脉叶间动脉弓状动脉小叶间动脉入球小动脉肾小球毛细血管网出球小动脉肾小管周毛细血管网或直小血管静脉,2.肾脏的血管分布,管周毛细血管网,肾小球毛细血管网,直小血管,肾血液循环的特点（一）血流量大，主要分布在皮质安静时：两肾血流量1200ml/min(占心输出量20%50%)流经肾皮质血流量为肾血流量的94%,(二)两套相互串联毛细血管网（两者由出球小动脉相连）1.肾小球毛细血管网的血压高入球小动脉分支构成（入球小动脉粗短、出球小动脉细长）有利于滤过2.肾小管周围毛细血管网的血压低出球小动脉分支形成有利于重吸收,二、肾血流量及其调节,1.自身调节（肌源学说；管球反馈）2.神经和体液调节,BP80180mmHg范围内波动时，肾血流量维持相对恒定，GFR保持相对稳定。意义：自身调节使肾血流量与肾泌尿功能相适应。,1.自身调节,1.自身调节,肌源学说灌流压80180mmHg入球小动脉收缩，血流减少灌流压18080mmHg入球小动脉舒张，血量保持灌流压180mmHg入球小动脉收缩达极限,管球反馈（Tubuloglomerularfeedback）,（1）概念：肾小管内液体量变化影响肾小球滤过率和肾血流的现象。（2）机制：肾血流、肾小球滤过率小管液流量到达致密斑的NaCl致密斑发出信息肾血流肾小球滤过率（3）意义：保持肾血流、肾小球滤过率、小管液相对恒定,机制：,肾血流量和肾小球滤过率,到达远曲小管致密斑的小管液NaCl,肾血流量和肾小球滤过率恢复正常,反馈抑制,意义：维持肾小球滤过率的相对恒定。,当肾血流量增加时，肾小球滤过率也增加，流经远曲小管的小管液量也增加，致密斑部位NaCI含量升高，致密斑发出信息刺激颗粒细胞释放肾素，导致局部生成血管紧张素，血管紧张素引起入球小动脉收缩，口径缩小，阻力增加，从而使肾血流量和肾小球滤过率恢复至原来水平。此外，肾内产生的腺苷和儿茶酚胺等也参与管-球反馈。,机制：,（三）肾血流量的神经和体液调节,神经调节：肾交感神经活动加强，肾血管收缩，肾血流量减少体液调节：肾上腺素、血管紧张素、血管升压素等使肾血管收缩；PGE2和I2、CO等使肾血管舒张,第二节肾小球的滤过功能,第二节肾小球的滤过作用,第二节肾小球的滤过功能,滤过作用（glomerularfiltration）：血浆中的水和小分子物质经滤过膜进入肾小囊腔形成原尿的过程原尿：就是血浆的超滤液（ultrafiltrate）,第二节肾小球的滤过功能,肾小球滤过率（glomerularfiltrationrate）:单位时间内两肾生成的原尿量（125ml/min）滤过分数（filtrationfraction）：肾小球滤过率与每分钟的肾血浆流量的比值125/660*100%=19%,第二节肾小球的滤过作用,促进滤过的动力：肾小球毛细血管血压肾小囊内液的胶渗压阻止滤过的阻力：血浆胶渗压肾小囊内压,第二节肾小球的滤过作用,一、有效滤过压（effectivefiltrationpressure）,有效滤过压=肾小球毛细血管血压-（血浆胶渗压+肾小囊内压）,滤过平衡（filtrationequilibrium）,滤过系数（Kf),定义：是指在单位有效滤过压的驱动下,单位时间内经过滤过膜的液体量.Kf=滤过膜的有效通透系数滤过膜的面积,第二节肾小球的滤过作用,二、影响肾小球滤过的因素1.肾小球毛细血管血压2.血浆胶体渗透压有效滤过压3.肾小囊内压4.5.滤过系数有效滤过压=肾小球毛细血管血压-（血浆胶渗压+肾小囊内压）,肾血浆流量,与滤过平衡有关,第三节肾小管和集合管的物质转运功能,概述,滤液量：180L/day,尿量:1.5L/day,重吸收率:99%,重吸收Reabsorption:小管液中的物质进入血液的过程。分泌Secretion:小管上皮细胞产生的物质或血液中的物质进入小管液中的过程。,一、肾小管和集合管中物质的转运方式：,两种转运途径：,跨细胞途径（transcellularpathway）细胞旁路（paracellularpathway）,（一）NaCl和水（二）HCO3-的重吸收与H+，NH3的分泌分泌（三）Ca2+,K+的重吸收,二、肾小管和集合管中各种物质的重吸收与分泌,二、肾小管和集合管中各种物质的重吸收与分泌,（一）NaCl和水近端小管65%70%(等比等渗重吸收)髓袢20%远曲小管和集合管12%主动重吸收（调节性重吸收）,1.近端小管NaCl和水的重吸收机制1,近端小管前半段：管腔膜：Na+-营养物协同转运体Na+-H+交换载体基底侧膜：Na+泵Cl-未被重吸收,1.近端小管NaCl和水的重吸收机制2,近端小管后半段：Na+的重吸收：跨细胞途径（Na+-H+交换）细胞旁路(Cl顺浓度梯度Na+顺电势梯度)Cl-的重吸收：跨细胞途径（HCO3-Cl-）交换细胞旁路,近端小管重吸收Na+的特点等比等渗重吸收6570%与机体是否需要Na+无关2/3跨细胞主动形式1/3细胞旁路被动形式伴随H+的分泌以及营养物质重吸收,2、髓袢升支粗段NaCl和水的重吸收机制,降支细段：对NaCl的通透性低，对水通透性高小管液NaCl浓度高升支细段：对NaCl的通透性高，对水通透性低小管液NaCl浓度低升支粗段：同向转运体Na+:2Cl:K+,髓袢升支粗段Na+-K+-2Cl-同向转运体,3、远端小管和集合管调节性重吸收部位,NaCl：重吸收滤过量的1012%，受醛固酮调节。水：重吸收滤过量的1520%，受抗利尿激素调节。,（1）远曲小管始段Na+-Cl-同向转运体，基底侧膜上有Na+泵；噻嗪类利尿药抑制Na+-Cl-同向转运体。远曲小管始段对水相对不通透。,3、远端小管和集合管续1,3、远端小管和集合管续2,(2)远曲小管后段、集合管主细胞（principle)：管腔膜上有Na+通道；基底侧膜有Na+泵。主动重吸收Na+,产生电位梯度伴K+的分泌Cl-经细胞旁路被动重吸收,H2O,近端小管:65%,跨细胞途径：AQP1（aquaporina，水孔蛋白）细胞旁途径,髓袢（降支细段）：20%,远曲小管和集合管:12%,通过渗透被动转运,跨细胞途径：AQP1,跨细胞途径:AQP2存在于集合管管腔膜,由抗利尿激素（antidiuretichormone,ADH）调节,等渗重吸收,非等渗重吸收,（二）HCO3-的重吸收与H+的分泌,1、近端小管：重吸收80%-90%以CO2形式、优先于Cl-,（乙酰唑胺）,（二）HCO3-的重吸收与H+的分泌-2,2、髓袢升支粗段：重吸收15%机制同近端小管.3、远端小管和集合管:润细胞主动分泌H+。,生理意义：维持体内酸碱平衡,(三）NH3的分泌与H+、HCO3-的转运关系,NH4+通过Na+-H+逆向转运体(多）NH3单纯扩散（少）HCO3-与Na+通过基底侧膜进入组织间液,近端小管：（管腔膜NH4+通透性高）,集合管（管腔膜对NH3通透性更高）,谷氨酰胺脱氨脱氢生成2NH4+,2HCO3-,分泌NH3分泌部位：远曲小管、集合管酸中毒时，近端小管也分泌NH3分泌机制：生理意义：分泌H+和NH3促进NaHCO3重吸收“排酸保碱”,第三节重吸收及分泌,NH3:simplediffuseNH4+:Na+-NH4+exchange,（四）K+的重吸收和分泌,部位:近端小管（67%）机理:主动转运（机制不清）,终尿中的K+主要为远曲小管集合管主细胞分泌,重吸收,K+的分泌,分泌的动力来自：Na+顺电化学梯度通过管腔膜Na+通道主动重吸收，管腔呈负电性基侧膜Na+泵使小管上皮细胞内K+浓度提高,主细胞分泌K+的影响因素：细胞外K+浓度、醛固酮、小管液流量细胞外K+浓度刺激分泌K+机制：刺激Na+泵；顶端膜对K+的通透性增高；醛固酮分泌增多醛固酮的作用机制:刺激Na+泵增加管腔膜Na+通道数目增加ATP生成量,（五）Ca2+的重吸收和排泄,钙的重吸收近端小管：80%细胞旁途径（溶剂拖曳方式）20%跨细胞途径（顺电化学梯度）钙的排泄的影响因素：甲状旁腺激素（PTH）钙重吸收增加细胞外液量增多钙重吸收减少（醛固酮释放减少，水吸收减少等）血浆PH值降低钙重吸收增加(血浆游离钙增加）,(六)葡萄糖及其他物质的重吸收,重吸收部位：仅限于近端小管（主要在近曲小管）重吸收机制：继发性主动转运肾糖阈（renalglucosethreshold）尿中开始出现葡萄糖时的最低血糖浓度葡萄糖的吸收极限量：两肾全部近端小管在单位时间内能重吸收葡萄糖的最大量,第四节尿的浓缩和稀释,50mOsm/L300mOsm/L1200-1400mOsm/L1/614-5低渗尿等渗尿高渗尿,尿的浓缩和稀释作用,主要发生在远端小管和集合管受抗利尿激素的调节,主要发生在远端小管和集合管受抗利尿激素的调节,近端小管：等渗(原尿)髓袢降支细段：高渗髓袢升支细段和升支粗段：低渗远曲小管、集合管：主要稀释和浓缩尿液,定比重吸收（不可调节）,可调节,尿的浓缩和稀释作用,什么是肾髓质渗透浓度梯度?肾髓质渗透浓度梯度是如何形成的?肾髓质渗透浓度梯度是如何维持的?,需解决:,尿的浓缩和稀释作用,（一）肾髓质渗透浓度梯度的概念,（二）肾髓质渗透浓度梯度的形成肾小管各段对水和溶质的通透性不同肾髓质渗透压梯度的形成机制,逆流倍增机制：肾小管对钠,水选择性通透性不一逆流倍增：髓袢的降支和升支构成逆流倍增系统；直小血管呈型，也构成了逆流倍增,肾髓质高渗的形成,在图A中，U形管的升、降支之间不能进行热量交换，所以降支中的冷水在流到热源以前得不到加温，升支中的水温在离开热源以后也不能降低,在图B中，U形管的升、降支之间可以进行热量交换，冷水流过U形管的升、降支之间能够交换热量，降支中的冷水在进入热源以前就被升支管壁透过来的热量所加温，而升支中的水则因热量不断透入降支而降温,逆流倍增,肾髓质渗透压梯度的形成机制1.外髓部渗透压梯度的形成机制：髓袢升支粗段对Na+的主动重吸收Cl-的继发性主动重吸收2.内髓部渗透压剃度的形成机制：尿素的再循环（urearecirculation）内髓部NaCl的扩散,前提：各段肾小管对水、尿素、NaCl通透性不同,外髓,髓袢升支粗段主动重吸收NaCl,对H2O相对不通透。,髓袢升支粗段的活动是肾髓质高渗建立的始动能源。,NaCl,肾髓质渗透压梯度的形成机制,肾髓质渗透浓度梯度的形成,Osmoticgradientestablished(mOsm),更多的超滤液流经小管,Systemisinsteadystate,RepeatSteps4-6,内髓,尿的浓缩和稀释肾髓质高渗形成机制,(1)尿素的循环(2)髓袢升支细段对NaCl的重吸收,尿素的来源,尿素是来自蛋白质的分解代谢。正常人体内肾小球滤液中的尿素约有30%40%被肾小管重吸收，重吸收是被动的扩散作用在近端小管可以被主动转运在近端小管后除内髓集合管可以通透外，其余各段均不通透或只有较低通透（升支细段），,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小管、集小管,尿素的循环：,尿素对于形成髓质组织间液高渗梯度起着重要作用，故在蛋白质摄入不足时，尿浓缩能力则将减弱。,尿素的作用：,NaCl,NaCl和尿素被浓缩,皮质,外髓,内髓,尿素被浓缩,尿的浓缩和稀释肾髓质高渗的维持,直小血管的逆流交换作用降支：H2O出、NaCl和尿素进升支：H2O进、NaCl和尿素出,NaCl,直小血管的逆流交换作用使过剩的溶质和H2O被带走，保持了髓质高渗。,尿的浓缩和稀释肾髓质高渗的维持,直小血管血流量增加时，带走溶质过多；而血流过少时，肾髓质供氧减少，肾小管物质转运尤其时升支粗段主动吸收NaCl受损，都使髓质间液渗透压下降。,直小血管对尿的浓缩和稀释的影响？,髓袢升支粗段的活动是肾髓质高渗建立的始动能源。同向转运体Na+:2Cl:K+功能与钠泵活性，小管液Na+浓度等因素有关直小血管血流量的变化都可以导致以上因素的变化而使得尿发生浓缩或稀释,第五节尿生成的调节,概述,滤过：肾小球滤过率（球管平衡）(近端小管重吸收率始终占GFR的65%70%的现象)重吸收：远曲小管以前各段肾小管远曲小管和集合管调节性重吸收（ADH、醛固酮、心房钠尿肽）,调节,渗透压梯度必然性重吸收,一、肾内自身调节（一）小管液溶质浓度渗透性利尿：小管液溶质浓度增加、渗透压升高，防碍水重吸收引起的尿量增多现象e.g糖尿病、甘露醇脱水,（二）球-管平衡（Glomerulotubularbalance）球-管平衡（glomerulotubularbalance）指近端小管重吸收率始终占GFR的65%70%的现象，即定比重吸收。机制:（肾血流不改变）肾小球滤过率毛细血管压血浆胶体渗透压组织液回流增多组织间液静水压回漏入肾小管腔量重吸收意义:排尿量及NaCl排出量不因GFR变化而有大幅度波动,（三）管-球反馈（Tubuloglomerularfeedback）概念：肾小管内液体量变化影响肾小球滤过率和肾血流的现象.肾血流量自身调节机制之一.机制：肾血流肾小球滤过率小管液流量致密斑发出信息颗粒细胞肾素释放肾血流肾小球滤过率意义：保持肾血流、肾小球滤过率、小管液相对恒定,二、神经和体液调节（一）肾交感神经肾交感神经支配及作用肾血管：受体增加肾小球入球小动脉、出球动脉张力近球小体：受体增加近球细胞肾素分泌肾小管：受体、受体增加肾小管Na+、H2O重吸收,体液调节ADH(antidiuretichormone)-,合成部位:视上核、室旁核神经元作用：增加远曲小管、集合管H2O重吸收(主要)增加内髓集合管对尿素的通透性使血管平滑肌收缩（大剂量）,ADH合成部、释放部位,ADH的作用,增加管腔膜上水通道的数目，提高膜对水的通透性，增加远曲小管、集合管H2O重吸收。,（2）作用机制：ADH+V2受体Gs激活ACcAMP蛋白激酶A含水通道的小泡镶嵌在管腔膜上水的重吸收（抗利尿）ADH+血管平滑肌V1受体血管收缩血压升高（升压）,作用机制：通过胞浆内第二信使cAMP调节H2O重吸收,3.ADH分泌和释放的调节血浆晶体渗透压、循环血量、血压ADH血浆晶体渗透压是调节ADH释放的重要因素血浆晶体渗透压升高1%下丘脑渗透压感受器ADH分泌增加剧痛、紧张、血管紧张素，促进ADH释放寒冷、心房钠尿肽，抑制ADH释放,运动出汗、呕吐、腹泻体内水分丧失血浆晶体渗透压ADH集合管对水重吸收尿液浓缩短时间大量饮清水血浆晶体渗透压ADH集合管水重吸收尿量（水利尿waterdiuresis）,（1）晶体渗透压的调节,一次饮1升清水一次饮1升等渗盐水,（2）血容量心肺感受器循环血量心肺感受器兴奋迷走传入信号ADH释放大失血（7%）心肺感受器刺激迷走传入信号ADH分泌血容量压力感受器Bp压力感受器ADH,心肺感受器和压力感受器的敏感性比渗透压感受器低（血容量降低510）,（3）其他心房利钠肽ADH血管紧张素ADH,压力感受器,（三）肾素-血管紧张素-醛固酮系统,1、肾素-血管紧张素-醛固酮系统的组成成分,球旁细胞分泌肾素,血管紧张素原,血管紧张素I,血管紧张素II,转换酶,血管紧张素III,醛固酮分泌,2、血管紧张素的功能,对尿生成的调节改变GFR低浓度时：出球小动脉收缩GFR变化不大(出球小动脉相对入球小动脉对Ang敏感,血流量减少,但CAP压力增高)高浓度时：入,出球小动脉收缩GFR减小(血流量明显减少)直接使近端小管重吸收NaCl(刺激Na+-H+交换)刺激ADH的分泌，刺激醛固酮的分泌,3、醛固酮的功能,产生部位：肾上腺皮质球状带作用：促进远曲小管、集合管的主细胞重吸收Na+、排出K+。机制：基因表达的学说,作用机制：醛固酮进入细胞内，与胞浆受体结合复合物进入核内，与核内受体结合激发DNA转录，生成mRNA合成醛固酮诱导蛋白增加膜上钠离子通道的数目或通道激活增加ATP的合成，增加供能增加基侧膜上的Na+泵的活性Na+重吸收伴Cl-和水重吸收和K+分泌,4.肾素分泌的调节,肾内机制感受器：入球小动脉牵张感受器肾动脉灌注压入球小动脉壁受牵拉的程度肾素致密斑GFR致密斑（小管液Na）肾素神经机制交感神经兴奋释放NE球旁细胞的肾上腺素能受体肾素释放体液机制NE和PGE2和PGI2刺激肾素释放ANG、ADH、ANP内皮素和NO抑制肾素释放,（四）心房钠尿肽atrialnatriureticpeptide，ANP产生部位：心房肌作用：使血管平滑肌舒张促肾脏排出Na+、H2O作用机制:ANP与受体结合，胞浆内cGMP增加管腔膜钠离子通道关闭NaCl重吸收入球小动脉舒张肾小球滤过率抑