尿的生成和排出.ppt

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　　(Gp:) 尿的生成和排出

　　(Gp:) Chapter 8

　　(Gp:) 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

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　　(Gp:) afferent arteriole

　　(Gp:) filtration

　　(Gp:) secretion

　　(Gp:) reabsorption

　　(Gp:) excretion of urine

　　(Gp:) efferent arteriole

　　(Gp:) 尿生成和排出的基本过程

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　　(Gp:) §1. 肾的功能解剖和肾血流量 1. 肾的功能解剖

　　(Gp:) 肾小体

　　(Gp:) 肾小球

　　(Gp:) 肾小囊

　　(Gp:) 近端小管

　　(Gp:) 髓袢细段

　　(Gp:) 远端小管

　　(Gp:) 降支细段 升支细段

　　(Gp:) 升支粗段 远曲小管

　　(Gp:) 近曲小管 降支粗段

　　(Gp:) 肾小管

　　(Gp:) ●肾单位 (nephron)

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　　(Gp:) 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

　　(Gp:) Collecting duct 集合管

　　(Gp:) 肾单位 (nephron)

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　　(Gp:) Renal cortex

　　(Gp:) Renal medulla

　　(Gp:) Cortical nephron

　　(Gp:) Juxtamedullary nephron

　　(Gp:) Vasa recta

　　两类肾单位

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　　表1. 两类肾单位的比较

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　　●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

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　　(Gp:) efferent arteriole

　　(Gp:) efferent arteriole

　　(Gp:) Juxta-glomerular cells

　　(Gp:) vascular smooth muscle

　　(Gp:) macula densa

　　(Gp:) extraglomerular mesangial cell

　　(Gp:) capillary

　　(Gp:) podocyte

　　(Gp:) Bowman’s capsule

　　球旁器示意图

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　　(Gp:) 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

　　(Gp:) (20%~25%) 心输出量

　　(Gp:) 肾血流量

　　(Gp:) 皮质层 (94%)

　　(Gp:) 外髓 (5%)

　　(Gp:) 内髓 (<1%)

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　　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

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　　(Gp:) §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

　　(Gp:) 原尿

　　(Gp:) 血浆

　　(Gp:) 超滤液

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　　(Gp:) 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

　　(Gp:) 血管内皮 内皮下基膜 足细胞足突

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　　fenestration

　　slit membrane

　　foot process

　　podocyte

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　　● 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

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　　机械屏障示意图

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　　电学屏障示意图

　　outside of capillary

　　inside of capillary

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　　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↑

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　　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

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　　(Gp:) afferent arteriole

　　(Gp:) efferent arteriole

　　(Gp:) blood

　　(Gp:) intracapsular hydrostatic pressure

　　(Gp:) intracapillary hydrostatic pressure

　　(Gp:) plasma colloid osmotic 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

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　　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

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　　? 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↓

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　　? 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↓

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　　? 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↑

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　　GICHP

　　(Gp:) ? 肾血浆流量(renal plasma flow, RPF)

　　(Gp:) GICHP

　　(Gp:) PCOP

　　(Gp:) ICHP

　　(Gp:) The length of capillary

　　(Gp:) EFP

　　(Gp:) FE

　　(Gp:) 严重缺氧、中毒性休克、交感兴奋和CA↑ →RPF↓→GFR↓

　　(Gp:) 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

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　　§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

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　　(Gp:) glucose

　　(Gp:) amino acids

　　(Gp:) ISF

　　(Gp:) epithelial cells

　　(Gp:) lumen

　　(Gp:) HPO42?

　　(Gp:) 近端小管前半段

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　　(Gp:) tight junction

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) lumen

　　(Gp:) epithelial cells

　　(Gp:) ISF

　　(Gp:) solutes

　　(Gp:) 近端小管后半段

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　　(Gp:) ? 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

　　(Gp:) 呋喃苯胺酸(呋塞米, furosemide)可抑制此转运体

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　　? 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)

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　　(Gp:) lumen

　　(Gp:) blood

　　(Gp:)

　　(Gp:)

　　(Gp:) principal cell

　　(Gp:) intercalated cell

　　(Gp:) 远曲小管和集合管

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　　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)

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　　近端小管重吸收HCO3?和泌H+的机制

　　lumen epithelial cells ISF

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　　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1 NH3和1 H+, 可回收1 Na+和1 HCO3? ∴ 泌NH3具有调节酸碱平衡的重要意义

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　　lumen epithelial cells ISF

　　肾小管泌NH3与转运H+、HCO3?的关系

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　　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↓

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　　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)

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　　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

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　　§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

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　　(Gp:) 髓袢升支粗段

　　(Gp:) 远曲小管和集合管

　　(Gp:) 低渗小管液

　　(Gp:) 低渗尿

　　(Gp:) 对水不通透

　　(Gp:) 主动重吸收 NaCl

　　(Gp:) 抗利尿激素释放减少, 水重吸收减少

　　(Gp:) NaCl

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) NaCl

　　(Gp:) 其他溶质

　　(Gp:) 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↓

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　　(Gp:) 髓袢升支粗段

　　(Gp:) 远曲小管和集合管

　　(Gp:) 低渗小管液

　　(Gp:) 对水不通透

　　(Gp:) 主动重吸收 NaCl

　　(Gp:) NaCl

　　(Gp:) NaCl

　　(Gp:) 其他溶质

　　(Gp:) 高渗尿

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) 渗透压梯度

　　(Gp:) 抗利尿激素释放增加和髓质高渗环境使水重吸收

　　(Gp:) 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↑

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　　(Gp:) ? 肾髓质渗透压梯度(间质高渗)

　　(Gp:) 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

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　　? 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

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　　(Gp:)

　　(Gp:) 逆流倍增现象示意图

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　　(Gp:)

　　(Gp:)

　　(Gp:)

　　(Gp:) cortex

　　(Gp:) outer medulla

　　(Gp:) Inner medulla

　　(Gp:) 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

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　　(Gp:) ? 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

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　　(Gp:)

　　(Gp:)

　　(Gp:)

　　(Gp:) cortex

　　(Gp:) outer medulla

　　(Gp:) Inner medulla

　　(Gp:)

　　(Gp:) vasa recta

　　(Gp:) 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

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　　§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)

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　　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→

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　　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

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　　(Gp:) PVN

　　(Gp:) SON

　　(Gp:) collecting duct

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) neuro-hypophysis

　　(Gp:) distal tubule

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　　(Gp:) 血浆晶体渗透压 (plasma colloid osmotic pressure)

　　(Gp:) 血浆晶体渗透压?

　　(Gp:) 刺激渗透压感受器

　　(Gp:) ADH合成、释放?

　　(Gp:) 循血液作用于肾脏

　　(Gp:) 远曲小管和集合管重吸收水?

　　(Gp:) 尿量?

　　(Gp:) 血浆晶体 渗透压降低?

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　　(Gp:) 排 尿 率

　　(Gp:) (ml/min)

　　(Gp:) 血浆晶体渗透压

　　(Gp:) (mOsm/L)

　　(Gp:) 时间(min)

　　(Gp:) 口服生理盐水1000ml

　　(Gp:) 尿量轻度↑

　　(Gp:) 排 尿 率

　　(Gp:) (ml/min)

　　(Gp:) 血浆晶体渗透压

　　(Gp:) (mOsm/L)

　　(Gp:) 时间(min)

　　(Gp:) 血浆晶体渗透压不变

　　(Gp:) 快速口服清水1000ml

　　(Gp:) 血浆晶体渗透压↓

　　(Gp:) 尿量明显↑

　　(Gp:) 水利尿(water diuresis)

　　(Gp:) 如果ADH完全缺乏, 发生尿崩症(diabetes insipidus), 情况将如何?

　　(Gp:) 饮盐水与清水的区别

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　　(Gp:) 大失血?

　　(Gp:) 循环血量↑

　　(Gp:) 刺激心肺容量感受器

　　(Gp:) 迷走神经传入

　　(Gp:) ADH合成、释放↓

　　(Gp:) 循血液作用于肾脏

　　(Gp:) 远曲小管和集合管重吸收水↓

　　(Gp:) 尿量↑

　　(Gp:) 排出多余水分 恢复循环血量

　　(Gp:) 循环血量 (circulatory blood volume)

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　　? 肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS) 来源: 肾上腺皮质球状带(指醛固酮) 作用: ↑远曲小管和集合管重吸收Na+, 排出K+(保钠排钾), 水随Na+重吸收, 尿量↓(钠水潴留) 机制: 作用于小管上皮细胞内受体, 产生多种醛固酮诱导蛋白 (aldosterone-induced protein) 分泌调节: RAAS、血K+和血Na+水平

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　　(Gp:) aldosterone

　　(Gp:) 醛固酮诱导蛋白(aldosterone-induced protein)的作用 生成管腔膜Na+通道 ↑ATP的生成量 ↑基侧膜Na+泵活性

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　　(Gp:) 球旁细胞

　　(Gp:) 肾素

　　(Gp:) 血管紧张素原

　　(Gp:) 血管紧张素Ⅰ

　　(Gp:) 血管紧张素Ⅱ

　　(Gp:) 血管紧张素Ⅲ

　　(Gp:) 醛固酮?

　　(Gp:) 肾上腺皮质球状带

　　(Gp:) 保钠排钾保水

　　(Gp:) 血K+↑ 血Na+↓

　　(Gp:) 入球小动脉 牵张感受器兴奋

　　(Gp:) 致密斑感受器激活

　　(Gp:) 交感神经兴奋

　　(Gp:) 动脉血压降低 循环血量减少

　　(Gp:) 肾上腺素、去甲肾上腺

　　(Gp:) 醛固酮(aldosterone) 的分泌调节

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　　? 心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide, ANP) 来源: 心房肌细胞合成和分泌 作用: 舒张入球小动脉, 滤过率↑ 抑制集合管重吸收NaCl 抑制肾素、醛固酮、ADH分泌 分泌调节: 心房壁受牵拉 其他活性物质(如ACh, NE, CGRP, ADH, 高血K+等) ? 其他活性物质: 如缓激肽、NO、PGE2、PGI2等

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　　(Gp:) §6. 肾清除率(renal clarance, C) 1. 肾清除率的定义 2. 肾清除率的计算方法 3. 测定肾清除率的意义 测定肾小球滤过率(GFR) 测定肾血浆流量(RPF)和肾血流量(RBF) 推测肾小管的功能

　　(Gp:) Cx =

　　(Gp:) Ux ? V

　　(Gp:) Px

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　　§7. 尿的排放(micturition) 1. 尿量(urine volume) 正常成人尿量1~2L/d, 平均1.5L/d 尿量超过2.5L/d, 为多尿 尿量少于400ml/d, 为少尿 尿量不足100ml/d, 为无尿 2. 尿的理化性质(略) 3. 膀胱和尿道的神经支配(见图) 盆神经: 副交感神经, 有传入、传出纤维 腹下神经: 交感神经, 有传入、传出纤维 阴部神经: 躯体神经, 有传入、传出纤维

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　　(Gp:) 盆神经: 传入膀胱充胀感、 传出支配膀胱逼 尿肌(收缩)和 内括约肌(舒张) 腹下神经: 传入膀胱痛觉、 传出支配膀胱逼 尿肌(舒张)和 内括约肌(收缩) 阴部神经: 传入尿道感觉、 传出支配外括约 肌(收缩)

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　　4. 排尿反射(micturition reflex) 当尿量增至400~500ml, 产生尿意并发动反射 初级中枢在骶段脊髓 高级中枢在大脑皮质 高级中枢对初级中枢具有控制作用 排尿反射存在正反馈 5. 排尿异常(abnormality of micturition) 无张力膀胱(atonic bladder) 溢流性尿失禁(overflow incontinence) 尿潴留(urine retention) 尿失禁(urine incontinence)

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　　(Gp:) 尿潴留

　　(Gp:) 尿失禁

　　(Gp:) 炎症或结石

　　(Gp:) 尿频

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