生理学第七版校对版-尿的生成和排出

第八章尿的生成和排出肾是机体主要的排泄器官。

通过尿的生成(urine formation)和排出(excretion)，肾实现排出机体代谢终产物以及进入机体过剩的物质和异物，调节水和电解质平衡，调节体液渗透压，体液量和电解质浓度，以及调节酸碱平衡等功能。

尿生成包括三个基本过程：①血浆在肾小球毛细血管处的滤过，形成超滤液(ultra-filtrate)；②超滤液在流经肾小管和集合管的过程中经过选择性重吸收(selective reabsorption)；③肾小管和集合管的分泌，最后形成尿液。

肾也是一个内分泌器官，可合成和释放肾素，参与动脉血压的调节；可合成和释放促红细胞生成索等，调节骨髓红细胞的生成；肾的1α-羟化酶可使25-羟维生素D3转化为1,25-二羟胆骨化醇(1,25-dihydroxycholecalciferol)，从而调节钙的吸收和血钙水平；肾脏还能生成激肽、前列腺素(PGE2,PGI2)，参与局部或全身血管活动和机体多种活动的调节。

此外，在长期饥饿时肾还是糖异生的场所之一。

可见，肾具有多种功能。

本章重点讨论尿的生成和排出。

第一节肾的功能解剖和肾血流量肾为实质性器官，分为皮质和髓质两部分。

皮质位于髓质表层，富有血管，主要由肾小体和肾小管构成。

髓质位于皮质深部，血管较少，由15~25个肾锥体(renal pyramid)构成。

锥体的底朝向皮质髓质交界，而顶部伸向肾窦，终止于肾乳头(renal papilla)。

在肾单位和集合管生成的尿液，经集合管在肾乳头处开口进入肾小盏(minor calyx)，再进入肾大盏(minor calyx)和肾盂(pelvis)，最后经输尿管进入膀胱。

肾盏、肾盂和输尿管壁含有平滑肌，其收缩运动可将尿液驱向膀胱。

在排尿时，膀胱内的尿液经尿道排出体外。

一、肾的功能解剖(一)肾单位的构成人类每个肾约有100万个肾单位(nephron)。

肾单位是尿生成的基本功能单位，它与集合管共同完成尿的生成过程。

肾不能再生新的肾单位。

肾单位由肾小体(renal corpuscle)及与之相连接的肾小管(renal tubule)构成。

肾小体由肾小球(glomerulus)和肾小囊(Bowman’s capsule)组成(图8-1)。

肾小球是位于入球小动脉(afferent arteriole)和出球小动脉(efferent arteriole)之间的一团彼此之间分支又再吻合的毛细血管网。

肾小囊有脏层和壁层，脏层和肾小球毛细血管共同构成滤过膜，壁层则延续至肾小管。

肾小管包括近端小管(proximal tubule)、髓袢(loop of Henle)和远端小管(distal tubule)。

髓袢按其行走方向又分为降支(descending limb)和升支(ascending limb)。

前者包括近端小管的直段和髓袢降支细段；后者包括髓袢升支细段和升支粗段。

远端小管经连接小管(connecting tubule)与集合管(collecting duct)相连接。

集合管不属于肾单位的组成成分，但功能上与肾小管的远端小管右许名相同之处。

集合管与远端小管在尿液浓缩过程中起重要作用。

肾单位按其所在的部位可分为皮质肾单位和近髓肾单位两类。

肾小体位于外皮质和中皮质层的肾单位称为皮质肾单位(cortical nephron)，约占肾单位总数的80％~90％。

这类。

肾单位的特点为：①肾小体相对较小；②髓袢较短，只达外髓质层，有的甚至不到髓质；③入球小动脉口径比出球小动脉大，二者的比例约为2:1；④出球小动脉分支形成小管周围毛细血管网，包绕在肾小管的外面，有利于肾小管的重吸收。

近髓肾单位(juxtamedullary nephron)的肾小体位于靠近髓质的内皮质层，其特点是：①肾小球较大；②髓袢长，可深入到内髓质层，有的可到达肾乳头部；③入球小动脉和出球小动脉口径无明显差异；④出球小动脉进一步分支形成两种小血管，一种为网状小血管，缠绕于邻近的近曲和远曲小管周围；另一种是细而长的U形直小血管(vasa recta)。

网状血管有利于肾小管的重吸收，直小血管在维持髓质高渗中起重要作用。

在人类，近髓肾单位仅占全部肾单位的10％~-15％。

(二)球旁器球旁器(juxtaglomerulal apparatus)由球旁细胞(juxtaglomerular cell)，球外系膜细胞(extra-glomerular mesangial cell)和致密斑(macula densa)三部分组成(图8-2)，主要分布于皮质肾单位。

球旁细胞又称颗粒细胞，是入球小动脉和出球小动脉中一些特殊分化的平滑肌细胞，细胞内含分泌颗粒，能合成、储存和释放肾素。

球旁细胞的大小与血流量及血压有关，肾内动脉血压降低或严重高血压，球旁细胞的容积增加。

致密斑是远端小管起始部的一小块高柱状上皮细胞构成的组织。

致密斑穿过由同一肾单位入球小动脉和出球小动脉间的夹角并与球旁细胞及球外系膜细胞相接触。

它能感受小管液中NaCl含量的变化，并通过某种形式的信息传递，调节球旁细胞对肾素的分泌和肾小球滤过率。

球外系膜细胞是位于入球小动脉、出球小动脉和致密斑之间的一群细胞，细胞聚集成一锥形体，其底面朝向致密斑。

该细胞具有吞噬和收缩等功能。

(三)滤过膜的构成肾小球毛细血管内的血浆经滤过进入肾小囊，其间的结构称为滤过膜(图8-3)。

由毛细血管内皮细胞、基膜和肾小囊脏层足细胞(podocyte)的足突(foot process)构成。

滤过膜的内层是毛细血管内皮细胞，细胞上有许多直径为70~90nm的小孔，称为窗孔(fenestration)，小分子溶质以及小分子量的蛋白质可自由通过，但血细胞不能通过；内皮细胞表面富含唾液酸蛋白等带负电荷的糖蛋白，可阻碍带负电荷的蛋白质通过。

基膜层为非细胞性结构，Ⅳ型胶原是形成基膜的基本构架。

膜上有直径为2~8nm的多角形网孔，网孔的大小决定分子大小不同的溶质是否可以通过，以及带负电荷的硫酸肝素和蛋白聚糖，也是阻碍血浆蛋白滤过的一个重要屏障。

滤过膜的外层是肾小囊上皮细胞，上皮细胞有很长突起，相互交错对插，在突起之间形成滤过裂隙膜(filtration slit membrane)，膜上有直径4~11nm的小孔，是滤过膜的最后一道屏障。

足细胞裂隙膜的主要蛋白成分是nephrin，其作用是防止蛋白质的漏出。

缺乏nephrin，尿中将出现蛋白质。

正常人两侧肾脏全部肾小球的总滤过面积达1.5m2左右，且保持相对稳定。

不同物质通过滤过膜的能力取决于被滤过物质分子的大小及其所带的电荷。

一般来说，分子有效半径小于2.0nm的中性物质可自由滤过(如葡萄糖)；有效半径大于4.2nm的物质则不能滤过；有效半径在2.0~4.2nm之间的各种物质随有效半径的增加，其滤过量逐渐降低。

用不同有效半径的中性右旋糖酐分子进行实验，也清楚地证明滤过物质分子的大小与滤过的关系。

然而，有效半径约为3.6nm的血浆清蛋白(分子量为96 000)却很难滤过，这是因清蛋白带负电荷。

用带不同电荷的右旋糖酐进行实验可观察到，即使有效半径相同，带负电荷的右旋糖酐也较难通过，而带正电荷的右旋糖酐则较易通过(图8-4)。

以上结果表明滤过膜的通透性不仅取决于滤过膜孔的大小，还取决于滤过膜所带的电荷。

在病理情况下，滤过膜的面积和通透性均可发生变化，从而影响肾小球的滤过。

(四)肾脏的神经支配和血管分布肾交感神经节前神经元胞体位于脊髓胸12至腰2节段的中间外侧柱，其纤维进入腹腔神经节和位于主动脉、肾动脉部的神经节。

节后纤维与肾动脉伴行，支配肾动脉(尤其是入球小动脉和出球小动脉的平滑肌)、肾小管和球旁细胞。

肾交感神经节后纤维末梢释放的递质是去甲肾上腺素，调节肾血流量、肾小球滤过率、肾小管的重吸收和肾素的释放。

有资料表明，肾神经中有一些纤维释放多巴胺，引起肾血管舒张。

肾脏各种感受器的感觉信息可经肾传入神经纤维传入至中枢，从而调节肾脏的功能。

一般认为肾脏无副交感神经末梢分布。

肾动脉由腹主动脉垂直分出，入肾后依次分支形成叶间动脉、弓状动脉、小叶间动脉、入球小动脉。

入球小动脉分支并相互吻合形成肾小球毛细血管网，然后再汇集形成出球小动脉。

离开肾小体后，出球小动脉再次分支形成肾小管周围毛细血管网或直小血管，最后汇入静脉。

肾脏血管分布的特点是有两套相互串联的毛细血管网，两者之间由出球小动脉相连。

肾小球毛细血管网与出球小动脉连接，毛细血管血压较高，约为主动脉平均压的40％~60％，故有利于肾小球的滤过。

由于出球小动脉口径小，阻力大，故肾小管周围毛细血管血压较低，且胶体渗透压高，有利于肾小管的重吸收。

二、肾血流量的特点及其调节在安静状态下，健康成年人每分钟两肾的血流量约1200ml，相当于心输出量的1/5~1/4，而肾仅占体重的0.5％左右，因此，肾是机体供血量最丰富的器官[400ml/ (100g·min)]。

此外，肾小球毛细血管血压较高，有利于血浆的滤过；肾小管周围毛细血管管内的血浆胶体渗透压较高，有利于肾小管的重吸收；直小血管的双向流动有利于肾髓质高渗透压的维持。

肾脏在尿生成过程中需大量能量，约占机体基础氧耗量的10％，可见肾血流量(renal blood flow，RBF)远超过其代谢需要。

肾血流量的另一特点是不同部位的供血不均，约94％的血流供应肾皮质，约5％供应外髓部，剩余不到1％供应内髓。

(一)肾血流量的自身调节肾脏的一个重要特性是，安静情况下，当肾动脉灌注压在一定范围内(80~180mmHg)变动时，肾血流量能保持相对稳定，即使在离体实验中也如此。

当肾动脉灌注压在一定范围内降低时，肾血管阻力将相应降低；反之，当肾动脉灌注压升高时，肾血管阻力则相应增加，因而肾血流量能保持相对恒定。

在没有外来神经支配的情况下，肾血流量在动脉血压一定的变动范围内能保持恒定的现象，称为肾血流量的自身调节。

肾血流量的这种调节不仅使肾血流量保持相对恒定，而且使GFR保持相对恒定。

这可防止肾排泄(如水和钠等)因血压波动而出现大幅度波动。

当肾动脉灌注压超出上述范围时，肾血流量将随灌注压的改变而发生相应的变化。

肾血流量主要取决于肾血管阻力，包括入球小动脉、出球小动脉和叶间小动脉的阻力，其中最重要的是入球小动脉的阻力。

关于肾血流量自身调节的机制有以下两种学说。

1．肌源性学说这一学说认为，当肾血管的灌注压升高时，肾入球小动脉血管平滑肌因压力升高而受到的牵张刺激加大，使平滑肌的紧张性加强，阻力加大。

反之，当动脉血压降低时，肾入球小动脉平滑肌受到的牵张刺激降低，血管平滑肌就舒张，阻力降低。

当动脉血压低于80mint{g时，平滑肌舒张达到极限；当动脉血压高于180mmHg时，平滑肌达收缩极限，故肾血流量随血压改变而变化。