第八章 尿的生成和排出

Formation and Excretion of Urine

案例：某女性患者，已婚，34岁，在进行子宫和附件B超时为方便观察，需增加膀胱内的尿量，请问可采
　　　用哪些措施？有何依据?

第一节 肾的功能解剖和肾血流量

一、 肾的基本功能

二、 结构特征
　　肾脏的结构和功能是密切相关的，故了解其功能之前，必须对它的结构有所认识。

三、肾的神经支配

　　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。

四、肾脏血液循环的特征

　　　肾动脉由腹主动脉垂直分出

（一）肾脏的血液供应特点
　　　1、 血流量(blood flow)大
　　　2、 分布不均匀
　　　3、两次毛细血管网
　　　　①肾小球毛细血管网　压力高，有利于肾小球的滤过。
　　　　②管周围毛细血管网 血压较低，胶体渗透压高，有利于重吸收

（二）肾血流量的调节
　　　1、自身调节(autoregulation)
　　　　去神经离体肾灌注

　　　不依赖肾外神经支配使肾血流量在一定血压变化范围内能保持不变的现象
　　　自身调节的机制：
　　　　　　肌源学说 入球小动脉舒缩与跨壁压变化直接相关
　　　　　　管-球反馈(tubulogomerular feedback)

　　生理意义：使肾血流量与泌尿机能相适应，使GFR不会因血压波动而改变，有利于维持肾小球滤过率的相对稳定。

2、神经和体液调节
　　肾交感神经兴奋时,肾血管收缩,肾血流量减少;肾交感神经活动减弱时,肾血管舒张,肾血流量增加。肾上腺素、去甲肾上腺素、血管紧张素II、血管升压素也能引起血管收缩，前列腺素、乙酰胆碱、心房利尿钠肽则可舒张肾血管。
　　一般情况下，肾主要依靠自身调节来维持血流量相对稳定，以保证泌尿功能的正常进行，在异常情况下，如大失血、中毒性休克、缺O2等机体处于应急状态时，通过交感神经和一些体液因素的调节使肾血流量减少，这对维持脑、心等重要器官的血液供应有重要意义。

尿生成过程
　　尿生成的过程是在肾单位和集合管中进行，包括三个环节，肾小球的滤过作用、肾小管集合管的重吸收及其分泌。

第二节 肾小球的滤过功能

滤过（filtation）的涵义：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）。

临床病例：急性肾小球肾炎，蛋白尿、血尿、少（无）尿 为什么？

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=125/660×100%=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、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

　　⑴通透性

　　㈠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↑

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。

　　　肾小管对葡萄糖的重吸收有一定限度

　　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。

　㈢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）。

二、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

2、泌NH3
　　一般发生在远曲小管、集合管。上皮细胞代谢产生的NH360%由谷氨酰胺脱氨而来。

　　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。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
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，就成为终尿并排出体外。

第四节 尿液的浓缩和稀释 (Concentration and Dilution of urine)

　　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。
　　eg：沙鼠—髓袢特别长—20倍血浆渗透浓度的高渗尿
　　　　猪 --髓袢短 --1.5倍
　　　　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、4.0。具有明显的渗透浓度梯度。　

　　　1、髓质的高渗和渗透浓度梯度是怎样形成的？
　　　2、髓质的渗透梯度对尿液的浓缩与稀释起何作用？或者说尿液的浓缩与稀释是怎样控制的？
　　　3、髓质的高渗状态是如何维持的？　
　㈠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

2.形成过程

㈢肾髓质高渗梯度的保持
1、 逆流交换系统 从热源带走热量少
2、 直小血管的作用：只带走少量溶质和多余的水，维持高渗梯度

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。

第五节 尿生成的调节

一、 肾内自身调节
　㈠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）。

　㈡球-管平衡（glomerulotubular　balance）
　　１、定义：无论肾小球滤过率增多或减少, 近球小管是定比重吸收（constant　fraction　　　
　　　 reabsorption）的，即近球小管对滤液的重吸收率始终占肾小球滤过率的65~70%,这一现象称球-
　　　 管平衡。
　　2、生理意义：使尿中排出的溶质和不致因肾小球滤过率的变化而大幅度增减。
　　3、机制：与管周cap压、血浆胶渗压改变有关

二、神经-体液因素
　㈠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
　㈡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。

1、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）
　　　②↑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

2、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。
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（cf：肾源性尿崩）

㈢肾素-血管肾张素-醛固酮系统
　　1、肾素分泌的调节

中英文对照

aldosterone 醛固酮

aldosterone-induced protein 醛固酮诱导蛋白

angiotensinⅡ 血管紧张素Ⅱ

antidiuretic hormone, ADH 抗利尿激素

antiporter 逆向转运

aquaporin AQP 水通道

arginine vasopressin,AVP 血管升压素

atrial natriuretic peptide ANP 心房利尿钠肽

autotrgulation 自身调节

blood flow 血流量

collection duct 集合管

constant　fraction　reabsorption 定比重吸收

counter-current multiplication 逆流倍增

effective filtration pressure 有效滤过压

extraglomerular mesangial cells 球外系膜细胞

filtation 滤过

filtration equilibrium 滤过平衡

filtration fraction FF 滤过分数

filtration menbrance 滤过膜

glomerular filtration rate GFR 肾小球滤过率

glomerulotubular　balance 球-管平衡

H+-Na+ interchange H+-Na+交换

isotonic reabsorption 等渗重吸收

isotonic urine 等渗尿

juxtaglomerular apparatus 球旁器

juxtaglomerular cells 球旁细胞

K+-Na+ interchange K+-Na+交换

pump-leak model 泵-漏模式

macula densa 致密斑

nephron 肾单位

osmolality 渗透浓度

osmoreceptor 渗透压感受器

osmotic diuresis 渗透性利尿

reabsorption 重吸收

regulatory reabsorption 调节性重吸收

renal glucose threshold 肾糖阈

renal plasma flow 肾血浆流量

rennin 肾素

secondary active transport 继发性主动转运

secretion 分泌

symporter 同向转运

transport maximum Tm 吸收极限量

tubulogomerular feedback 管-球反馈

urea 尿素

volume receptor 容量感受器

water diuresis 水利尿

[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？

[参考文献]
　　1、Guyton,A.C.. Textbook of Medical Physiology. W.B. Saunders Company,Philaphia,
　　　1991; 8th ed:308-343。

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　　　American,McGram-Hill（美国）,2001.

　　3、Lingappa VR and Farey K. Physiological medicine,A clinical approach to basic medical
　　　physiology. McGram-Hill（美国）,2001.

　　4. 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；22：216-220

　　5. 陈香美. 当前肾脏病的研究热点. 中华内科杂志，2002；2