复旦大学生理学课件10尿的生成和排出

1、第十章 尿的生成和排出尿生成和排放的生理意义: - 达到四个平衡1. 电解质平衡2. 酸碱平衡3. 水平衡4. 排除进入体内的异物、药物尿生成的三个过程:滤过重吸收分泌肾脏还是内分泌器官： 1.释放肾素 2.转化维生素D3第一节 肾的功能解剖和肾血流量一、肾的功能解剖(一) 肾单位（nephron)和集合管(collecting duct)肾小体肾小管肾小球 (毛细血管球)肾小囊 (内层、囊腔、外层)近球小管髓袢细段远球小管近曲小管髓袢降支粗段髓袢降支细段髓袢升支细段髓袢升支粗段远曲小管按肾单位所在的部位分皮质肾单位: 占85-90%特点: 血管两次分支为毛细 血管网, 髓袢短近髓肾单位: 近

2、髓质的内皮质层特点: 血管第二次分支形成直小 血管. 其髓袢长并伸入到 内髓部.(二) 球旁器 (近球小体juxtaglomerular apparatus)由三种特殊细胞群组成: 球旁细胞 （颗粒细胞） 入球小动脉中膜内的肌上皮样细胞, 含肾素分泌颗粒。系膜细胞: 入球和出球小动脉之间的细胞群, 具有吞噬功能。与致密斑接触。致密斑: 远曲小管起始部的高柱状上皮细胞, 局部致密隆起. 能感受小管内NaCl含量变化, 并将信息传给颗粒细 胞, 调节颗粒细胞肾素释放.(三) 滤过膜的构成滤过膜的结构: 由三层结构组成内层: 毛细血管内皮细胞 70 -90 nm的窗孔, 阻止血细胞通过.中间层: 非

3、细胞性基膜 水合凝胶纤维网, 2-8 nm多角形小孔. 外层: 肾小囊上皮细胞 具有相互交错的足突, 之间的膜上有 4 -14 nm孔, 为滤过的最后 一道屏障. 决定滤过的三个因素 1. 被滤过物质的分子大小 有效半径 2.0 nm 的物质完全滤过, 如葡萄糖; 有效半径 4.2 nm 的物质完全不滤过, 如血浆蛋白.2. 被滤过物质的所带的电荷 相同有效半径 时, 带负电荷的物质难以通过 (膜 上有带负电荷的糖蛋白), 病理情况时则相反.3. 肾小球的滤过面积 两肾的总滤过面积达 1.5 m2, 正常情况下保持恒定, 病理时减少, 滤过率降低, 出现少尿(500ml/天) 或无尿 (100

4、ml/天).5t4nkjbk Polycationic Dextran多聚阳离子右旋糖酐(四) 肾的神经支配肾交感神经 来源:胸12 - 腰2 支配范围: 肾动脉、肾小管、颗粒细胞 兴奋效应: 调节肾血流量、肾滤过率、 肾素释放等副交感神经 至今未发现有支配(五) 肾血管分布特点来源: 肾动脉从腹主动脉分支特点: 经过两次毛细血管网 肾小球毛细血管网: 压力高 肾小管周围毛细血管网: 压力较低二、肾血流量及其调节(一) 肾血流量的自身调节 肾血量占心输出量的1/5- 1/4, 安静时1200 ml/分钟（肾脏占体重 0.5%). 95% 分布在 (?), 5% 分布在 (?) 动脉血压在20-

5、80mmHg范围,肾血流随血压升高而变化. 在80-180mmHg范围变动时,肾血流保持相对恒定. 180 mmHg 以上时,肾血流又随血压升高而增加。 机制:肌源学说 球-管反馈（插图212）(二) 肾血流量的神经、体液调节 交感神经：肾血管收缩，肾血流下降； 体液：肾上腺素，去甲肾上腺素，血管紧张素等 肾血管收缩； NO，缓激肽，PGI2等-肾血管舒张； 第二节 肾小球的滤过机能肾小球滤过率: (glomerular filtration rate, GFR)单位时间内 (分钟) 两肾生成的超滤液量125ml/分, 180L/天 (1.73m2的个体)滤过分数:(filtration ra

6、te)肾小球滤过率与肾血浆流量的比值肾小球滤过率 肾血浆流量125660 100 =影响滤过率的两个因素:滤过系数 (滤过面积和膜通透性)有效滤过压= 19%一. 有效滤过压肾小球滤过的动力有效滤过压= 肾小球毛细血管压 - (血浆胶体渗透压+囊内亚)部位 肾小球毛细 血浆胶体 肾小球 有效 血管内压 渗透压 囊内压 滤过压入球端 45 20 10 15出球端 45 35 10 0 有效滤过压为零时, 即达到滤过平衡 (filtration equilibrium) 时 , 滤过停止. 滤过平衡靠近入球端, 有效率过面积小, 滤过率降低.插图（23， 89）二、 影响肾小球滤过的因素(一) 肾

7、小球毛细血管压 全身血压在 80180 mmHg范围内, 滤过率保持不变 (?) 血压低于80mmHg, 随血压, 有效滤过压, 滤过减少. 血压降至40 50mmHg, 有效滤过压为零, 无尿生成. (插图211，14）(二) 囊内压 一般较稳定, 各种原因引起的输尿管阻塞时可增高.(三) 血浆胶体渗透压 全身白蛋白浓度明显时,血浆胶体渗透压, 有效滤过压. 静脉快速输液, 血浆胶体渗透压,有效滤过压也会。(四) 肾血浆流量 对肾滤过率影响较大, 主要影响滤过平衡的位置.肾血浆 流量, 毛细血管胶体渗透压减慢, 滤过平衡靠近出球端.第三节 肾小管与集合管的转运功能 一、肾小管与集合管的转运方

8、式 重吸收（reabsorption): 分泌（secretion) 被动转运: 主动转运: 原发性、继发性 同向转运: 逆向转运: 电中性转运: 生电性转运:二、肾小管和集合管各种物质重吸收与分泌（一）Na+, Cl-, 水的重吸收近球小管前半段: Na主要与HCO3、葡萄糖和氨基酸一起被重吸收。并与泌H偶联。Na+泵作用, 胞内Na+;葡萄糖, Na+同向转运;葡萄糖易化扩散回血液;Na+, 水重吸收，Cl-不被吸收。123紧密联接 二、髓袢中的物质转运 20% 的Na+ 被进一步重吸收。 远曲小管和集合管:吸收12%Na+和Cl-，根据体水和渗透压而进行调节。含有主细胞和闰细胞。主细胞:

9、 重吸收Na+ 和水。 分泌K+ 可视为Na+-K+交换机制.闰细胞: 分泌H+ 和重吸收HCO3- 与酸硷平衡有关. 可能通过H+泵。 （二）HCO3-重吸收和H+分泌 80%在近球小管重吸收。 HCO3-重吸收与小管上皮细胞管腔膜上的Na+-H+交换有关。是以CO2的形式而不是直接的HCO3-形式。小管上皮细胞分泌一个H+，可重吸收一个HCO3-和一个Na+。乙酰唑胺抑制碳酸酐酶， Na+-H+减少，？也会减少？Na+H+ + HCO3- Na+HCO3- H+H2CO3CO2 + H2OH2CO3 H2O + CO2碳酸酐酶Na+HCO3-（三）NH3的分泌与H+、HCO3的转运关系近段

10、小管：一分子谷氨酰胺代谢生成2个NH3+，吸收回2分子 HCO3-。集合管：NaCl NH4NH4Cl + Na+ NH4ClCO2+H2OH2CO3HCO3-Na+Na+H+NH3NH3 H+HCO3-NaH2CO3 NH3的分泌与H+的分泌密切相关。肾脏分泌的H+，50%由NH3缓冲。慢性酸中毒时， NH3排泄和HCO-生成增加。（四） K+的重吸收和分泌 67%在近球小管重吸收,为逆浓度差的主动过程. 25-30%在髓袢重吸收； 但尿中排出的K+由远曲小管、集合管分泌，是决定尿中钾的重要因素。远曲小管、集合管能重吸收，也能分泌钾，并受多种因素调节而改变重吸收或分泌速率。 刺激钾分泌：细胞

11、外液钾浓度升高； 醛固酮分泌增加； 肾小管液流量增高。 抑制钾分泌：H+ 升高（酸中毒）； 细胞外液钾浓度降低； 肾小管液流量降低。 Na+-H+交换与Na+ -K+交换是相互竞争的. 当Na+-H+交换, Na+ -K+ , 血K+(?); 当 Na+ -K+ , Na+-H+ , 会引起(?)中毒.（六） 葡萄糖的重吸收 在近球小管前半段全部重吸收; 以后各段均无重吸收葡萄糖的功能. 机制:与Na+的同向转运有关. 肾糖阈: 尿中开始有葡萄糖出现时的血糖浓度(180mg/100ml), 有一部分肾小管葡萄糖吸收已达极限。此时葡萄糖的 滤过量约220mg/min。葡萄糖最大转运速率: 随着血

12、糖浓度增加, 尿糖也随之增加. 当血浆葡萄糖浓度为300mg/100ml时，全部肾小管 对葡萄糖的重吸收均以达到极限, 尿葡萄糖排出率 随血糖浓度升高而平行增加。此值为葡萄糖吸收极 限量。 男性375mg/min, 女性300mg/min。血糖(mg%) 100 160 200 350 450 650 尿糖(mg%) 0 20 40 100 200 400P-U 100 140 160 250 250 250插图 310，11，12， 第四节 尿液的浓缩和稀释一、尿液的稀释 小管液中的溶质被重吸收而水不被重吸收所致. 体水过多, 抗利尿激素释放抑制, 水不能重吸收. 如果抗利尿激素完全缺乏,

13、可形成尿崩症: 排出20L/天的低渗尿,相当滤过的10%.二、尿液的浓缩 小管液中的水被重吸收而溶质留在小管内所致. 尿的渗透压因体水的缺乏或过剩而发生大幅度变化, 变动范围可在50-1200mQsm/kgH2O. 肾皮质的组织间液的渗透压与血浆相比为1.0, 随着向髓质的深入,二者之比逐步升高, 从2.0、 3.0 直至 4.0, 形成一个渗透压梯度。 髓袢是形成渗透压梯度的重要结构。髓袢越长，尿浓缩的能力越强。 Na M1膜对水不通透，能将液体中Na由乙管泵入甲管； M2膜对水易通透。渗透压梯度形成 原理 外髓部： 髓襻升支粗段主动吸收Na+和 Cl，对水不通透。内髓部： 尿素和NaCl的

14、再循环是建立髓质渗透压梯度的动力。插图 420三、 直小血管在保持肾髓质高渗中的作用 在血液流经直小血管的升支和降支时，Na+,、水、尿素按浓度差发生逆流交换，使肾髓质的溶质不致大量被血流带走，维持肾髓质渗透压梯度。2. 直小血管在保持肾髓质高渗中的作用 在血液流经直小血管的升支和降支时，Na+,、水、尿素按浓度差发生逆流交换，使肾髓质的溶质不致大量被血流带走，维持肾髓质渗透压梯度。第五节 肾尿生成的调节重点讨论对重吸收和分泌的调节一、肾内自身调节(一) 小管液中溶质的浓度对肾小管功能的调节 小管液中溶质的浓度,小管液渗透压, 阻碍水和NaCl的重吸收,尿量,尿中NaCl排出. 糖尿病人的多尿

15、; 临床上甘露醇,山梨醇用作利尿剂的原理; 渗透性利尿(二) 球-管平衡定义:肾小管对溶质和水的重吸收随肾小球滤过率的变化 而变化. 不论肾小球滤过率增加或减少,近球小管都 是定比吸收(constant fraction reabsorption) .其 重吸收率总是占小球滤过率的65-70%.意义:尿中排出的溶质和水不会因肾小球滤过的增加或减 少而有大幅度的变化. 滤过率 近球重吸收(70%) 远侧肾小管的量125ml/min 87.5ml/min 37.5ml/min150ml/min 105ml/min 45ml/min100ml/min 70ml/min 30ml/min机制: 与肾周

16、围毛细血管压的血浆胶体渗透压有关. 肾血流不变时,小球滤过率 小管旁毛细血管压 ,胶体渗透压 小管旁组织液加速进入毛细血管 组织间隙静水压 细胞间隙内Na+,水加速进入组织 间隙 Na+,水重吸收量增加. 反之则相反结果. 球管平衡在某些情况下可被打乱, 如渗透性利尿时。二、神经和体液调节(一) 肾交感神经 交感神经兴奋时,影响尿生成通过如下途径 1.入球、出球小动脉收缩, 尤以入球动脉为明显,有效滤过压, 滤过减少. 2.球旁器的颗粒细胞释放肾素,通过肾素-血管紧张素-醛固酮 系统活动, NaCl和水的重吸收. 3.增加近球小管和髓襻上皮NaCl和水的重吸收. (二) 抗利尿激素 (anti

17、diuretic hormone, ADH) 血管升压素 (argininc vasopressin，VP) 1.来源: 下丘脑的视上核,室旁核神经元分泌，经丘脑-垂体 束输送到神经垂体储存。 下丘脑-神经垂体系统：下丘脑视上核、室旁核大细胞肽能神经元合成ADH和催产素，经下丘脑-垂体束的轴浆运输并储存于神经垂体。2.作用: 激活分布在血管平滑肌上的V1受体，血管收缩； 激活分布在远端小管和集合管上皮的V2受体； 提高远曲小管、集合管上皮细胞对水的通透性，水重吸收。 增加髓襻升支粗段对NaCl的重吸收以及内髓部尿素通透性，提高髓质间隙渗透压浓度，尿浓缩。 3.作用机制: (ADH)与小管上皮细

18、胞V2受体结合 腺苷酸环化酶活性 cAMP生成 蛋白激酶激活 含水孔蛋白AQP-2小泡镶嵌在管腔膜 水通道形成 水通透性 重吸收 。 ADH 缺乏时,管腔膜上水通道集中在其衣被凹陷处, 以后形成吞饮小泡。腔膜面水通道消失，水不再通透.Peter Agre Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, MD, USA Peter Agre, born 1949 (54 years) in Northfield, Minnesota (US citizen). Medical Doctor 1974 at Johns Hopkins

19、University School of Medicine, Baltimore, USA. Professor of Biological Chemistry and Professor of Medicine at Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, USA. That the bodys cells must contain specific channels for transporting water was suspected as early as the middle of the nineteenth

20、 century. However, it was not until 1988 that Peter Agre succeeded in isolating a membrane protein that, a year or so later, he realised must be the long-sought-after water channel. Peter Agres experiment with cells containing or lacking aquaporin. The aquaporin is necessary for making the cell abso

21、rb water and swell. Water permeability of aquaporin-1 (AQP1) expressed in Xenopus oocytes. When transferred to hypo-osmolar buffer for 2 min, control water-injected oocytes exhibit negligible swelling (left). Under the same conditions, oocytes previously injected with AQP1 cRNA rapidly swell and exp

22、lode (right). The physiological importance of the aquaporins is perhaps most conspicuous in the kidney, where some 150-200 liters of water need to be resorbed from the primary urine each day. This is made possible mainly by the AQP1 and AQP2 aquaporins. AQP1 is expressed in the proximal tubules and

23、the descending vasa recta, while AQP2 is expressed in the collecting duct. The expression of AQP2 at the plasma membrane is regulated by vasopressin, and decreased or increased AQP2 levels have been associated with nephrogenic diabetes insipidus as well as with several conditions associated with flu

24、id retention such as congestive heart failure (King and Yasui, 2002). 4.调节ADH的主要因素（1）体液渗透压 正常人血浆渗透压280-290mOSM， 引起ADH分泌的血浆渗透压275-290mOsm,ADH 0-4pg/ml; 血浆渗透压升高1%，ADH升高1pg/ml。 血浆渗透压289-307mOsm、ADH 5pg/ml时可引起渴感。感受器:位于下丘脑、视上核及其周围组织。 对血浆晶体渗 透压的改变非常敏感，1-2% 的变化即能感受。 血浆晶体渗透压 (出汗，严重呕吐等) 对晶体渗透压感受器刺激 ADH分泌 水重吸

25、收 尿液浓缩， 尿量减少。 一次大量饮清水(1000毫升)，可引起尿量增加。 半小时开始利尿,一小时达高峰, 称为水利尿。 如一次大量饮生理盐水，则没有此变化。 (?)(2) 循环血量改变 容量感受器: 存在于左心房心内膜下 血量过多 左心房被扩张 刺激容量感受器 ADH释放 水重吸收 血量恢复正常 当动脉血压低于正常时，ADH释放增加。迷走神经(3) 其他因素 使ADH释放增加: 血管紧张素II、疼痛、应激刺激， 低血糖、恶心等； 使ADH释放减少: 寒冷，乙醇； (插图4-6,7)(三) 肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (renin-angiotensin system)1、肾素的分泌2.

26、血管紧张素II的功能： 直接作用于肾小管影响重中吸收； 改变肾小球滤过率； 通过对ADH、醛固酮的调节影响尿生成。3. 醛固酮 (aldosterone) 的功能醛固酮+胞浆内受体 激素-受体复合物 进入细胞核 与DNA作用 特异性 mRNA转录 Na+通道蛋白, 管腔膜Na+通道增加; ATP酶, Na+泵能量增加; 侧膜Na+泵, Na+-K+ 交换、 Cl-重吸收增加. （插图45）醛固酮诱导蛋白合成4. 肾素分泌的调节 入球动脉的牵张刺激； 流经致密斑的小管液的钠浓度； 交感神经兴奋； 体液因素：肾上腺素，PGE2； 血管紧张素II，内皮素，NO等；第六节 清除率 (clearance

27、)一、清除率的定义和计算方法 清除率是一个抽象的概念 尿量 尿中某物质 尿中 血浆浓度 清除率 (V) 的浓度(u) 排出量 (P) (C) 甲 1ml/min 1mg/1ml 1mg/min 1mg/100ml 100ml/min 乙 0.8ml/min 0.5mg/ml 0.4mg/min 0.32mg/100ml 125ml/min血浆清除率: 肾脏在单位时间内(一分钟)内能将多少毫升血浆 中所含的某物质完全清除出去, 这个完全清除了 某物质的血浆毫升数, 称为该物质的血浆清除率.血浆清除率计算方法: U: 尿中某物质的浓度 V: 每分钟尿量 P: 血浆中某物质的浓度UVC= P1. 清除率只是一个相当量.2. 各种物质的清除率是不一样的. 葡萄糖的清除率 (?)二. 测定血浆清除率的意义(一) 测定肾小球滤过率1. 菊粉清除率 肾每分钟从尿中排出的某物质的量应该等于肾小球滤过的量 (F), 与肾小管集合管重吸收 (E)和分泌量(R)的代数和.UV (尿中含量) = F P (滤过量) - E(重吸收) + R(分泌)F=滤过率, P=某物质的血浆浓度如果 R、E，则U 菊粉符合既不重吸收也