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尿的生成和排出

Chapter 8. 尿的生成和排出. 前言 (Introduction) 排泄 (excretion) 途径 : 肺、肠、皮肤、肾 ( 最主要 ) 尿生成基本过程 : 肾小球 滤过 (filtration) 、 (urine formation) 肾小管与集合管 重吸 收与 分泌 (reabsorption & secretion) 肾的功能 : 排泄 ( 代谢终产物、过剩物质和异物 ) 维持内环境稳态 ( 水、盐、渗、酸碱 ) 内分泌 : 肾素、 EPO 、 PGs 、激肽、 1 , 25-(OH) 2 -D 3

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尿的生成和排出

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Presentation Transcript

  1. Chapter 8 尿的生成和排出 前言 (Introduction) 排泄(excretion)途径:肺、肠、皮肤、肾(最主要) 尿生成基本过程: 肾小球滤过(filtration)、 (urine formation) 肾小管与集合管重吸收与分泌 (reabsorption & secretion) 肾的功能: 排泄(代谢终产物、过剩物质和异物) 维持内环境稳态(水、盐、渗、酸碱) 内分泌:肾素、EPO、PGs、激肽、 1,25-(OH)2-D3 糖异生(gluconeogenesis)的场所

  2. efferent arteriole 尿生成和排出的基本过程 reabsorption secretion filtration afferent arteriole excretion of urine

  3. §1. 肾的功能解剖和肾血流量 1. 肾的功能解剖 肾小球 肾小体 肾小囊 近曲小管 降支粗段 ●肾单位 (nephron) 近端小管 降支细段 升支细段 肾小管 髓袢细段 升支粗段 远曲小管 远端小管

  4. 肾单位 (nephron) Glomerulus 肾小球 Afferent arteriole 入球小动脉 Bowman’s capsule 肾小囊 Loop of Henle 髓袢 Vasa recta 直小血管 Collecting duct 集合管

  5. Renal cortex Cortical nephron Juxtamedullary nephron Renal medulla Vasa recta 两类肾单位

  6. 表1. 两类肾单位的比较

  7. ●球旁器(juxtaglomerular apparatus) 球旁细胞(juxtaglomerular cells) 入、出球小动脉中的肌上皮样细胞, 内含分泌颗粒, 颗粒内含肾素(renin) 致密斑(macula densa) 可感受小管液中NaCl含量的变化, 传递给球旁细胞, 调节肾素的释放 球外系膜细胞(extraglomerular mesangial cell) 入、出球小动脉和致密斑之间 具有吞噬和收缩等功能

  8. vascular smooth muscle efferent arteriole efferent arteriole macula densa Juxta-glomerular cells extraglomerular mesangial cell capillary Bowman’s capsule podocyte 球旁器示意图

  9. 2.肾的血液循环特征 ● 两次形成毛细血管网 肾小球毛细血管网(glomerular capillaries) 毛细血管血压较高,有利于肾小球滤过 管周毛细血管网(peritubular capillaries) 毛细血管血压较低,有利于肾小管重吸收 ● 肾血流量(renal blood flow, RBF)及其分布 (20%~25%) 心输出量 肾血流量 皮质层 (94%) 外髓 (5%) 内髓 (<1%)

  10. 3. 肾血流量的调节(regulation) ●自身调节(autoregulation) 动脉血压在80~180mmHg范围内变动, 肾血流量相对稳定 意义:一般情况下,保证泌尿功能正常进行 ● 神经和体液调节(neuro- & humoral ~) 肾交感神经、E、NE、ANG等均可收缩 肾血管, 使肾血流量减少 意义:紧急情况下, 血量重新分配, 保证心、脑等重要器官的血供

  11. 原尿 血浆 §2. 肾小球滤过(glomerular filtration)功能 1. 肾小球滤过的实验证明 微穿刺(micropuncture)技术和 原尿(primary urine)成分分析 超滤液

  12. 2. 滤过膜及其通透性 ●滤过膜(filtration membrane)的构成 内:毛细血管内皮细胞:窗孔(fenestration) 中: 内皮下基膜(basement m.):网孔 外: 肾小囊脏层足细胞足突裂隙膜和裂孔 血管内皮 内皮下基膜 足细胞足突

  13. foot process slit membrane fenestration podocyte

  14. ● 滤过膜的通透性(permeability) • 机械屏障(mechanical barrier): • 决定于: 分子量大小 • 结构基础: 基膜(最重要)和裂隙膜孔径 • 分子4.0~8.2nm, 随  增大, 滤过量减少 • 电学屏障(mechanical barrier): • 决定于: 滤过膜所带电荷 • 正常时:滤过膜通透性稳定 • 肾小球肾炎:屏障减弱, 出现多尿、少尿、无尿 • 蛋白尿、血尿等

  15. 机械屏障示意图

  16. outside of capillary inside of capillary 电学屏障示意图

  17. 3. 肾小球滤过率和滤过分数 肾小球滤过率 (glomerular filtration rate, GFR) 定义 (definition) 正常值: 125ml/min 意义: 衡量肾功能的指标 滤过分数 (filtration fraction, FF) 定义: GFR/RPF (renal plasma flow) 正常值: ≈ 19% 意义: 急性肾小球肾炎时, RPF, GFR↓, FF↓ 心力衰竭时, RPF↓,GFR , FF↑

  18. 4. 有效滤过压(effective filtration pressure, EFP) EFP = 肾小球毛细血管静水压 －(血浆胶体渗透压 + 肾小囊内压) 前者是滤过动力; 后两者是重吸收动力 入球端: 有滤液生成 EFP = 45－(25 + 10) = 10mmHg 滤过平衡(filtration equilibrium)点: 滤过停止 EFP = 45－(35 + 10) = 0mmHg

  19. afferent arteriole efferent arteriole blood intracapillary hydrostatic pressure plasma colloid osmotic pressure intracapsular hydrostatic pressure • 肾小球毛细血管静水压是液体滤出的动力 • 血浆胶体渗透压和囊内压是液体重吸收的动力

  20. 5. 影响肾小球滤过因素 滤过系数(filtration coefficient, Kf) 定义(definition) 度量:Kf = k  s 滤过膜有效通透系数(k):正常时稳定 异常(如肾炎)时增高或降低: 多尿、少尿、无尿或蛋白尿、血尿等 有效滤过面积(s):正常(两肾)约1.5m2 异常(如高血压晚期)时减少: 少尿、无尿

  21.  有效滤过压(effective filtration pressure, EFP) 肾小球毛细血管静水压 (intracapillary hydrostatic pressure) 正常时稳定 大失血→动脉血压降低(80mmHg以下) 或高血压晚期→入球小动脉狭窄 ↓ 肾小球毛细血管血压↓ ↓ 有效滤过压↓ ↓ 肾小球滤过率↓

  22.  有效滤过压(EFP) 囊内压(intracapsular hydrostatic pressure) 正常时稳定 肾盂、输尿管结石或肿瘤压迫→尿路梗阻 或溶血性疾病→血红蛋白堵塞肾小管 ↓ 囊内压↑ ↓ 有效滤过压↓ ↓ 肾小球滤过率↓

  23.  有效滤过压(EFP) • 血浆胶体渗透压(plasma colloid osmotic p.) • 正常时稳定 • 肝、肾疾病→血浆蛋白减少 • 或快速 i.v. 大量生理盐水→血浆蛋白稀释 • ↓ • 血浆胶体渗透压↓ • ↓ • 有效滤过压↑ • ↓ • 肾小球滤过率↑

  24. GICHP EFP GICHP PCOP ICHP The length of capillary  肾血浆流量(renal plasma flow, RPF) FE FE: 滤过平衡 EFP: 有效滤过压 PCOP: 血浆胶体渗透压 GICHP: 肾小球毛细血管静水压 ICHP: 肾小囊内静水压 严重缺氧、中毒性休克、交感兴奋和CA↑ →RPF↓→GFR↓

  25. §3. 肾小管和集合管的物质转运功能 1. Na+、Cl和水的重吸收 近端小管(proximal tubule): 重吸收量:约70% (2/3) 机制: 前半段和后半段不同 前半段:Na+与葡萄糖或氨基酸同向转运 Na+与H+逆向转运(Na+-H+交换) Cl不被重吸收 后半段:NaCl—细胞旁路和跨细胞转运 水:随溶质重吸收—等渗性重吸收

  26. epithelial cells lumen ISF glucose amino acids HPO42 近端小管前半段

  27. lumen epithelial cells ISF H2O solutes tight junction 近端小管后半段

  28.  髓袢(loop of Henle): 重吸收量: NaCl约20%, 水约15% 机制: 髓袢升支粗段: Na+-K+-2Cl 同向转运 呋喃苯胺酸(呋塞米, furosemide)可抑制此转运体

  29.  远端小管(distal tubule)和 集合管 (connecting duct): 重吸收量:NaCl约12%, 水不等(可调) Na+受醛固酮(aldosterone)调节, 水受血管升压素(vasopressin)调节 机制:多属主动转运 远曲小管始段:Na+-Cl同向转运 远曲小管后段与集合管: 主细胞:Na+通道(+基侧膜钠泵) 抑制剂:氨氯吡咪(阿米洛利, amiloride) 闰细胞:质子泵(H+-K+ATP酶) 集合管:水孔通道(aquaporin)

  30. lumen blood principal cell 远曲小管和集合管 intercalated cell

  31. 2. HCO3的重吸收和H+的分泌  近端小管 约80%~85%HCO3重吸收 以CO2的形式单纯扩散, 优先于Cl 受碳酸酐酶(carbonic anhydrase, CA)催化 乙酰唑胺(acetazolamide)可抑制此酶 与泌H+(Na+-H+交换)有关  髓袢升支粗段 HCO3重吸收机制与近端小管相同  远端小管和集合管 闰细胞主动泌H+(H+-K+ATP酶)

  32. lumen epithelial cells ISF 近端小管重吸收HCO3和泌H+的机制

  33. 3. NH3的分泌与H+、HCO3转运的关系  NH3的分泌 部位:肾小管各段、集合管 来源:谷氨酰胺脱氨基 机制:单纯扩散 与H+、HCO3转运的关系: NH3 + H+ → NH4+ (lumen) NH4+ + Cl → NH4Cl(lumen) 分泌1NH3和1H+,可回收1 Na+和1 HCO3 ∴ 泌NH3具有调节酸碱平衡的重要意义

  34. lumen epithelial cells ISF 肾小管泌NH3与转运H+、HCO3的关系

  35. 4. K+的重吸收和分泌 重吸收(reabsorption) 近端小管65%~70%,髓袢25%~30%, 远端小管和集合管不定(受调节) 分泌(secretion) 部位: 主要在远端小管和集合管 机制:主细胞(顺电-化学梯度扩散) 闰细胞(可能H+-K+交换) 刺激因素: 细胞外液K+浓度↑ 醛固酮分泌↑ 小管液流量↑ 反之或酸中毒时则K+分泌↓

  36. 5. 钙的重吸收和排泄 重吸收(reabsorption) 近端小管机制: 约80%经细胞旁途径, 约20%跨细胞膜 髓袢升支粗段:可能为被动机制 远端小管和集合管: 跨细胞膜主动转运 排泄(excretion) 影响: 主要受PTH调节(见内分泌章)

  37. 6. 葡萄糖和氨基酸的重吸收 葡萄糖(glucose) 部位:近端小管(主要前半段) 重吸收量: 100% 机制: 继发性主动转运 肾糖阈(renal threshold for glucose): 血糖浓度达180mg/100ml血液时 葡萄糖最大转运率 (maximal rate of transport of glucose) 男性375mg/min; 女性300mg/min 氨基酸(amino acids): 与葡萄糖基本相同

  38. §4. 尿液的稀释和浓缩 尿液的渗透浓度(osmolality): 50~1200mOsm/(kgH2O) ∴肾脏具有稀释和浓缩尿液的作用 表2. 肾小管各部对水、钠和尿素的不同通透性

  39. NaCl 其他溶质 NaCl 髓袢升支粗段 低渗小管液 远曲小管和集合管 低渗尿 H2O 1. 尿液的稀释(dilution) 发生部位和原理: 髓袢升支粗段对水不通透+主动重吸收NaCl ADH释放↓→远端小管和集合管水重吸收↓ 主动重吸收 NaCl 抗利尿激素释放减少, 水重吸收减少 对水不通透

  40. 主动重吸收 NaCl NaCl NaCl 其他溶质 髓袢升支粗段 低渗小管液 远曲小管和集合管 高渗尿 H2O 对水不通透 2. 尿液的浓缩(concentration) 发生部位和原理: 肾髓质间质高渗(见下一页图) ADH释放↑→远端小管和集合管水重吸收↑ 抗利尿激素释放增加和髓质高渗环境使水重吸收 渗透压梯度

  41.  肾髓质渗透压梯度(间质高渗) 方法:冰点降低法 肾皮质:与血浆相同 内髓质:为血浆4倍 由外向内:呈梯度 与肾髓质厚度有关 人类: 4~5倍 沙鼠: 可达20倍 尿浓缩的必备条件

  42.  逆流倍增(countercurrent multiplication) ——肾髓质高渗梯度的形成机制 条件: U形结构(逆流系统), 溶质或水的单向通透 肾逆流倍增的条件和特点: U形髓袢, 肾小管各部通透性差异(见表2) 特点:髓质间质高渗 肾髓质渗透梯度的形成机制: 外髓部: 髓袢升支粗段主动重吸收NaCl 内髓部: 尿素由集合管进入间质和再循环 髓袢升支细段重吸收NaCl

  43. 逆流倍增现象示意图

  44. 髓袢在形成肾髓质 渗透梯度中的作用 外髓: 髓袢升支粗段 主动重吸收NaCl 内髓: 集合管释放尿素 及尿素再循环, 髓袢升支细段 重吸收NaCl cortex outer medulla Inner medulla

  45.  逆流交换(countercurrent exchange) —肾髓质高渗梯度的维持机制 肾逆流交换的 条件和特点: 类似逆流倍增 意义: 留住溶质, 带走水份

  46. 直小血管在维持 髓质高渗中的作用 降支:溶质进,水出 升支:溶质出,水进 越往底部, 溶质越多 ∴留住溶质, 带走水份 cortex outer medulla vasa recta Inner medulla

  47. §5. 影响和调节尿生成的因素 1. 肾小球滤过量的调节(见前) 2. 影响肾小管和集合管重吸收和分泌的因素 小管液中溶质浓度 ——渗透性利尿(osmotic diuresis) 机制: 小管液中溶质浓度↑→ 小管液渗透压↑→ 阻止水重吸收 → 尿量↑ 实例:糖尿病多尿,甘露醇脱水 球-管平衡(glomerulotubular balance) 定比重吸收(constant fraction reabs.) 机制和意义(保持尿量和尿钠相对稳定)

  48. 3. 神经调节(neuroregulation)  肾交感神经(renal sympathetic nerve)的作用 支配肾血管平滑肌(受体)→ 血管收缩→肾血流量↓→滤过↓ 支配近球细胞(受体) →肾素释放↑→ 血管紧张素Ⅱ和醛固酮↑→保钠排钾 支配肾小管(近端小管和髓袢)→ Na+、Cl、水重吸收↑  影响肾交感神经的因素 血容量改变→心肺感受器反射→ 血压改变→压力感受性反射→

  49. 4. 体液调节(humoral regulation)  血管升压素(vasopressin, VP) 又称抗利尿激素(antidiuretic hormone, ADH) 来源: 下丘脑视上核、室旁核 储存:神经垂体 作用:↑远曲小管和集合管的水通透性, ↑水的重吸收, 使尿液浓缩,尿量↓ 机制:作用于小管上皮细胞膜上V2受体, ↑膜上水孔通道数量,使水通透性↑ 分泌调节:血浆晶体渗透压、循环血量、 动脉血压、恶心、疼痛、应激等

  50. PVN SON distal tubule neuro-hypophysis collecting duct H2O

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