生理学课件-肾脏生理

1、肾脏生理 Renal Physiology -肾脏的排泄功能Excretory Function of the Kidney1机体通过(皮肤-呼吸-肝脏-消化道)肾脏排出代谢终产物及异物保持内环境的稳定Overview: Renal Function2The kidney performs the following function by formation and excretion of urine肾脏通过尿的生成和排泄，执行以下主要功能 1. 调节水电解质平衡Na+, K+, Cl-, H+, HCO3-. Regulation of water and inorganic-ion b

2、alance 2. 排泄机体代谢终产物及药物和毒物. Removal of waste and foreign chemicals from blood 3. Secretion of Hormones: Renin, active VitD3, 促红细胞生成素Erythropoietin (EPO), postglandins. 肾衰，肾透析, 贫血, 补EPO; 补钙与VitD33肾小球滤过膜是原尿形成的结构基础4（一）肾小管与集合管转运功能一、肾小管各段重吸收和分泌的机理（一）近球小管 （二）髓袢：（三）远曲小管: 二、集合管重吸收和分泌的机理5肾小管与集合管转运功能每天肾小球滤过180

3、 L, 但尿量约1.5 L. 重吸收:将肾小管液中的物质运至血中 被动: 顺 电化学梯度 主动: 逆 电化学梯度 原发性: ATP泵供能继发性: Na泵供能 分泌：将肾小管上皮细胞产生的或血中物质运至肾小管腔内678Diffusion or mediated transportIn mediated transport, substance crosses the luminal membrane, diffuses through the cytosol of the cell, and then crosses the basolateral membrane9近球小管具有强大的主动和被动

4、重吸收能力 67Na+ K+ Cl- H2O,吸收 100%的葡萄糖,氨基酸 85% HCO3-分泌钠泵提供动力10近球小管具有强大的主动和被动重吸收能力11近曲小管的重吸收 (67)上皮细胞向组织间液主动转运Na+, 导致胞内Na+浓度降低, 小管液中Na+顺电化学梯度进入胞内。葡萄糖、氨基酸、PO43-、乳酸, HCO3-, Cl- 等与Na+的吸收饵联, 共转运. K+逆电化学梯度主动重吸收,但机理不详.Na+-H+交换,H+进入小管液,维持电中性,并有利于HCO3-的重吸收.H+HCO3-H2CO3H2O+CO2吸收因组织间液渗透压增加, 水被被动吸收12肾糖阈renal glucos

5、e threshold:近球小管对葡萄糖的吸收有一定的限度, 超过此限度,葡萄糖不能被完全吸收, 出现糖尿. 此时血浆葡萄糖浓度称为肾糖阈糖尿病患者, 尿糖升高, 导致渗透性利尿, 尿量增加13肾小管髓袢段的重吸收和分泌髓袢： 细段 降枝、升枝 粗段 1.降枝与升枝细段：对H2O、NaCl、urea通透相反，被动扩散, 形成渗透压梯度，尿浓缩14髓袢升枝粗段的重吸收(25%)和分泌152.髓袢升枝粗段的重吸收 重吸收25%Na+，Na+愈多重吸收也愈多Na+-K+-2Cl-共转运体，动力来源于Na+细胞外内梯度和Na+泵Cl-随Na+泵出到血;K+部分到血,部分回到小管, 造成管腔为正电荷,

6、进一步驱动Na+泵出对水不通透, 利于尿液的稀释.快速利尿药, 如速尿和利尿酸主要抑制髓袢Na-Cl重吸收, 稀释尿液，使尿量增加16远端小管近端主动转运和吸收Na+-Cl-对水不通透, 进一步稀释尿液氢氯噻嗪类利尿药, 抑制Na+-Cl-转运体, 排钠利尿17远端小管远端和集合管重吸收和分泌通过Na+ -K+泵重吸收少量3%的Na+, 重吸收大部分H2O分泌功能：Na+ -K+泵分泌K+Na+-H+交换分泌H+,NH3+H+NH4+NH4Cl可被调节醛固酮调节Na+-K+泵 抗利尿激素ADH, H2O吸收18集合管的重吸收(3%)和分泌ATPaseNa+K+Na+ENacurineblood

7、Principle cellIntercalated cellNa+H+CO2+H2OHCO3-CO2CAH+H2O+CO2HCO3-CAH+CO2urineATPaseCA, carbonic Anhydrase+HCO3-H2O+NH3H+NH3NH4+19Factors affecting tubules reabsorption & secretionCConcentration of solutes in tubular fluid: Oosmotic diuresis glomerular filtration rate: glumerulotubular balanceRreab

8、sorption rate=filtration rate(6570%)GGFRperitubular capillary pressure, colloid osmotic pressurereabsorptionHormones:ADH, aldosterone20GRPCCDQFYAntidiuretic Hormone21Vasopressin Receptor22Vasopressin V2 Receptor Mutations in Congenital Nephrogenic Diabetes Insipidus232425Aquaporin Water ChannelsAqua

9、porin-1 Alias CHIP-28 (CHannel-forming Integral Protein) Expressed in RBCs, proximal neprhon segments, choroid plexus, hepatobiliary ducts, capillary endothelium Coulton blood group antigenAquaporin-2 Homologous to CHIP-28 Expressed primarily in collecting duct Vasopressin regulated Mutations cause

10、non-X linked congenital nephrogenic DI26272829Constitutively activeRegulated30AQP1ProximalTubuleAQP1DTLAQP2CCDAQP3AQP4CCDCCD31Water Transport in Proximal Tubule32Expression of AQP1 in Proximal Tubule33Expression of AQP1 in Proximal Tubule34AQP1 in DTLExpression of AQP1 in DTL35Expression of AQP1 in

11、DTL36Water Transport in CCD37Expression of AQP2 in CCD38ooCOOHCOOHCH3CH3CH3CH3H3CH3CH3CH3CCH3CH3COOHCOOHRXRaRXRaPPARgPPREPPRETranscription =Transcription =Promoter regionPromoter regionAdipogenesis Insulin sensitivityLipid metabolismAntiinflammationVascular tone regulationCell growth and differentia

12、tionNNNNNNAAGGGGTTCCAANNAAGGGGTTCCAADNADNA15-deoxy-12,149 cis RA9 cis RAPeroxisome proliferator-activated receptor g (PPARg)A therapeutic target for the metabolic syndrome?TZDs: troglitazone rosiglitazone39Cre transgenic mice and conditional gene targetingA strain harboring two loxP-containing allel

13、es of PPARg1 geneA transgenic strain expressing Cre recombinase in collecting duct cellsA mouse strain lacks PPARg expression in renal collecting duct40PIoglitazone treatment increases body weight in wild-type, but not in AQP2flox/flox miceGuan Y, et al. Nature Med 200541Localization of AQP-3 in IMC

14、D42（二）尿液浓缩和稀释用冰点降低法测鼠肾皮质、外髓部、内髓部的渗透压，发现从皮质到乳头P是逐渐升高的，存在着明确的渗透梯度。为什么如此，有何生理意义？43尿液浓缩和稀释肾脏接受抗利尿激素的调节, 通过浓缩或稀释尿液调节体液容量和渗透压尿液的稀释血容量 及 血浆晶体渗透压 , 导致抗利尿激素 远端小管和集合管对水吸收 产生稀释尿, 量大水利尿, 渗透性利尿44ADH调节尿液的浓缩和稀释血容量 及 血浆晶体渗透压 , 抗利尿激素 45尿液浓缩血容量 及 血浆晶体渗透压 , 导致抗利尿激素 远端小管和集合管对水吸收 产生浓缩尿, 量少大量出汗,失血46尿液浓缩有赖高ADH水平和肾髓质高渗压肾皮质

15、、外髓、内髓渗透压逐渐升高，存在着明确的渗透梯度。近髓肾单位髓袢参与形成渗透梯度, 是尿液浓缩的必要条件沙鼠, 长髓袢, 20-fold 高渗尿猪, 短髓袢, 1.5-fold 渗尿人, 4.5-fold47尿液浓缩机理近髓肾单位髓袢与集合管髓质渗透压梯度 Urea Recycling直小血管 48逆流倍增Countercurrent multiplication参与形成并维持肾髓质的渗透压梯度和尿的浓缩49505152近髓肾单位的髓袢降枝及升枝对H2O和NaCl通透性有差别，而且流动方向反：降枝对H2O通透,上端高而下端低;因此自上而下小管液的渗透压逐渐升高.升枝对水不通透，但可将NaCl主

16、动转运到肾髓质组织液,导致小管液渗透压下降,同时髓质组织渗透压升高.髓袢不同部位对Na+水和尿素的重吸收程度不同, 形成肾髓质渗透压梯度53集合管重吸收水，尿液被逐渐浓缩54尿素再循环Urea Recycling参与形成和维持髓质渗透压梯度Urea是蛋白质在肝脏的代谢产物。肾小管对urea通透性很低，但内髓部的集合管对其通透性高，其次为降枝和升枝细段。 随着水的重吸收，urea在集合管浓度增加，顺浓度差扩散到组织液，提高髓质渗透压。urea经近髓集合管髓质组织液髓袢升枝细段再循环。维持髓质渗透压梯度55尿素再循环 Urea Recycling腰花烹调秘籍56直小血管Vasa recta参与渗透

17、梯度维持直小血管是毛细血管与内髓层肾小管的髓袢相伴行的部分，呈U形，也是一种逆流系统 57Cortical and Juxtamedullary Nephrons58Three-dimensional reconstruction showing spatial relationships of DVR (green tubules) and DTLs (red tubules) to CDs (blue tubules) for a single CD cluster. 59Three-dimensional reconstruction of single CD segment (blue

18、) with multiple AVR (red). Inner medullary UTB-expressing DVR (green) tend to be distant from CDs A.B.60直小血管的作用:维持髓质渗透压梯度, 参与尿液浓缩与稀释直小血管对溶质和水的通透性均高，直小血管向髓质深部下行时，周围组织液的渗透压逐渐升高;所以直小血管中的水进入髓质组织液，而后者的溶质（Na-Cl和Urea）进入到直小血管内，达到平衡, 并在直小血管位于内髓层的弯曲处渗透压最高.61直小血管升枝出口处：由于直小血管是逆流系统，因此当直小血管升枝由髓质深部返回外髓部，其中溶质浓度高， 溶质又回到髓质的组织间液，水则从髓质的组织液到直小血管因此，直小血管内血浆的渗透压无明显改变;通过在高渗透压的肾髓质部的循环流动,直小血管参与动态维持肾髓质渗透压梯度.62尿生成调节水的重吸收, 与小管液溶质浓度呈反比水利尿, 甘露醇