生理课件 肾脏

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第四节 尿液的浓缩与稀释
浓缩尿、稀释尿、等渗尿的概念
一、尿液浓缩与稀释机制的早期理论
●肾脏排浓缩尿与动物的进化程度有关 ①淡水鱼—肾只起排水作用。 ②两栖类—肾仍不具“保水”机能。 ③爬虫类→鸟类→哺乳类：肾的“保 水”机能渐趋完善，并可排浓缩尿。
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●肾的比较解剖表明，能否排浓缩尿关键在于髓袢， 而且长髓袢比例愈大，尿浓缩机能愈强。 如：兔的长髓袢肾单位占20%，最浓尿为1500毫
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小管液
Na+ Na+
肾小管上皮C
Na+ ATP K+
血 液
X
Na+
转运体
ATP
K+ 交换体 X K+ ATP
Na+
Na+
H+
X
图A
Na+
Na+
近端小管(前半段)重吸收NaCl示意图
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小管液
肾小管上皮C
组织液
血 液
ClNa+
ClNa+
ClNa+
ClNa+
图B
近端小管(后半段)重吸收NaCl示意图
停流
400 200 400 200
流入
300 200 300 200
流出
停流
350 150 350 150
300 300 300 300
渗/kg水；人的占10-15%，最浓尿为1200毫渗/kg
水；跳鼠全部为长髓袢，最浓尿为6000毫渗/kg水。
早期理论：尿浓缩部位在髓袢，由髓袢上皮细胞主
动重吸收水完成；垂体提取物可促进髓袢重吸收水；
水负荷时，重吸收溶质大于水。
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●Walker对大鼠、豚鼠、猪的单个肾单位显微穿
刺并抽样分析否定了以上理论，当大鼠排高渗尿 时，从远曲小管抽了三个样本：两个低渗，一个
闰细胞—分泌H+
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●远球小管和集合管对Na+和水重吸收的 特点：①Na+重吸收效率高：Na+泵活性 大，几乎无回漏；②可调节性重 吸收：醛固酮-Na+；ADH-水。 对调节机体的水、盐平衡有重要意义。 2.H+的分泌 机制：H+泵 3.NH3的分泌 机制：单纯扩散 意义：促进泌H+→促进NaHCO3重吸收
等渗，而无一高渗。他根据膀胱是高渗，认为重
吸收水的部位不是髓袢而远曲小管和集合管。 ●Wire也证实，近球小管为等渗，远曲小管任何 条件下 均为低渗。 ●动物尿浓缩能力何以与髓袢长度有关？集合管
是否主动重吸收水？这些疑问须有新的设想解决。
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二、尿浓缩和稀释的逆流系统学说
瑞士Basel大学物理、化学教授 Werner Kuhn 和 Ruffel将肾脏结构与锅炉的逆流系统原理进行比较， 提出了尿浓缩的逆流倍增假说。由于非医学专业，当 时未引起注意。 后来，Kuhn 与 Wire 合作，共同提出详细的逆 流倍 增的系统理论、工作模式及实验料，生理科学界 才予以高度重视。逆流倍增学说是肾脏生理学研究的 一大进展，也促进了利尿药的发展。
肾脏生理学
概
1.排泄
述
肾脏的主要功能: 肾脏是机体最
重要的排泄器官, 排泄物
质的量大、种类多。
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通过产生尿液可完成：
① 排除代谢产物和异物；
② 调节细胞外液的量和渗透压；
③ 保留机体的电解质（如Na+、K+、Cl-、
HCO3-),排出H+，维持酸碱平衡；
2.分泌生物活性物质 肾脏可分泌多种物质，
Na+ K+
ATP
2ClNa+
髓袢升支粗段继发性主动重吸收Na+、K+和Cl-示意图
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（三）远球小管和集合管 1.对 Na+、Cl-、水的重吸收和 K+ 的分泌
（1）远球小管前段：NaCl主动重吸收，约占滤
过量的12%，水的通透性低。 （2）远球小管后段及集合管：Na+主动重吸收， K+被动 分泌，水的通透性低。 两类细胞：主细胞—重吸收Na+和水，分泌K+
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原发性主动转运（primary active transport）
继发性主动转运（secondary active transport）
●同向转运（count-transport） ●逆向转运（antiport） ▲电中性转运（electroneutral transport） ▲生电性转运（electrogenic transport）
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（二）神经和体液调节
1.神经调节
交感神经→入球小动脉和出球小动脉收缩（特
别是入球小动脉）→RBF↓。 2.体液调节 缩血管：E、 NE、AngⅡ、VP 舒血管：NO、PG 3.生理意义：在紧急情况下，通过神经体液调 节减少RBF，以保证心、脑等重要器官的血液 供应。
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第二节
肾小球的滤过功能
如促红细胞生成 素、肾素、前列腺素、羟
化的维生素。
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第一节
肾的功能解剖
与肾血流量
肾脏分皮质（cortex）和髓质（medulla） 两部分，髓质内形成若干肾锥体，其顶部是肾乳
头。
一、肾 单 位
(一)肾单位的构成
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肾小体
肾小球(毛细支粗段
肾单位 肾小管
髓袢细段
碳酸酐酶
CO2 + H2O
近 端 小 管 重 吸 收 HCO3- 的 细 胞 机 制
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3.K+的重吸收 主动方式，主要在近端小管。 4.葡萄糖的重吸收 ●仅限于近球小管，为继发性主动重吸收 ●有饱和现象 ①肾糖阈（180mg/100ml）=（9-10mmol/L） ②葡萄糖吸收极限量 5.对其它物质的重吸收和分泌
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（2）H2O的重吸收机制 渗透性被动重吸收 2.对HCO3-的重吸收与H+的分泌 （1）HCO3-的重吸收机制：以CO2形式进行 （2）H+的分泌：通过Na+-H+交换分泌到管腔
管腔
HCO3Na+ H+
细胞
Na+ H+ + HCO3H2CO3
管周
Na+ Na+
HCO3-
H2CO3 H2O+CO2
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小管液 小管液 上皮细胞 组织液
Na+
上皮细胞
组织液
主细胞

Na+ K+

K+
ATP
Na+
K+ Na+ ClH2O
转运体
Na+ Cl-
ATP
K+
HPO42 - 闰细胞
ATP H2PO4H+
HCO3-
CA
CO2 H2O
NH3
NH4+ NH4Cl
远曲小管初段
远曲小管后段和集合管
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小结：肾小管对Na+的重吸收
肾小球滤过的研究方法 — 微穿刺和微量分析。
肾小球滤过功能的衡量指标: 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，125ml/min。
2.滤过分数（filtration fraction，FF）
肾小球滤过率与肾血浆流量的比值，约19% （1200/660）。
髓袢降支细段
髓袢升支细段
远端小管
髓袢升支粗段
远曲小管
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(二）皮质肾单位与近髓肾单位
1.皮质肾单位：主要分布于外皮质层和中
皮质层。人肾约占85-90%，肾单体积小；动
脉的口径入球A与出球A之比为2:1、出球A进
一步分为毛细血管缠绕在皮质肾小管围。
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2.近髓肾单位：分布于靠近髓质的皮质
层，人肾约占10-15%。肾单位的体积大；髓
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二、有效滤过压
（effective filtration pressure，EFP）
有效滤过压=肾小球毛细血管血压―（血浆胶体渗
透压+囊内压）
有效滤过压是滤过的动力，当有效滤过压为0时（即
达滤过平点），滤过停止。
三、影响肾小球滤过的因素
（一）滤过膜的面积和通透性
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（二）有效滤过压
1.肾小球毛细血管血压 2.血浆胶体渗透压 3.囊内压 （三）肾血浆流量（renal plasma flow，RPF） RPF↑→肾小球毛细血管内血浆胶体渗透压上升 速度↓→滤过平衡点后移→毛细血管有效滤过管段延
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一、滤过膜及其通透性 ●滤过膜有三层结构—毛细血管内皮、基膜、肾小 囊上皮，其大小不同的孔道构成滤过的机械 屏障。
●滤过膜上带负电荷的蛋白质则构成其电学屏障。
●滤过膜的通透性取决于被滤过物质的有效分子半径
和电荷正负，分子的有效半径<2.0nm的中性物质，
如 G可自由滤过，>4.2nm的不能滤过，如白蛋白。
能量交换。
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0.2M NaCl
0.6M NaCl
0.2M NaCl
0.2M NaCl
0.2M NaCl
0.4M NaCl
0.4M NaCl
0.6M NaCl
0.6M NaCl
0.6M NaCl
顺流交换器与逆流交换器功能比较
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胎盘血管
胎儿 心
心 母体
胎盘血管血液逆流交换示意图
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逆流交换器的效率高低及屏障好坏取决于：
重吸收情况 1.重吸收量 2.机制 3.伴随转运 的物质
4.可调节性
近球小管 髓袢升支粗段 远曲、集合管 60 ~ 70% 20 ~ 25% 10% 以主动重吸 主动重吸收 主动重吸收 收为主 葡萄糖、氨 K+、ClCl-同向转运 基酸同向转运 同向转运 K+ 逆向转运 H+逆向转运 ↓ NaHCO3 重吸收 水重吸收 不可调节 不可调节 可调节（醛固酮）
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冷空气
锅炉与管道 逆流系统
肾小管与集合管结构
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（一）逆流系统的工作原理 ●两条紧贴的平行管道，其中的液体以 相反方向动。 ●两管间有半透膜可进行物质或能量换。 根据两管的一端是否沟通及物质转运特点 逆流系统可有两类结构。 1.逆流交换（countercurrent exchanger）
●特点:两平行管之间可被动地进行物质或
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二、肾血流量及其调节
供血特点：①量大（1200ml/min，占心输出量的 1/5-1/4） ②皮质多于髓质（皮质94%、外髓5%、 内髓1%） （一）自身调节 1.定义：安静情况下动脉血压可在一定范围 （80-180mmHg)内变动，而肾血流量保 持相对稳定。 2.机制：肌源性学说；管-球反馈。 3.生理意义：维持生理状态下的正常泌尿能。
①逆流交换器的长度 ②管内液体的流速
③管壁对物质的通透性
2.逆流倍增器（counter-curent multiplier）
特点：①两管平行、相互靠近
②其一端必须连通，形成发夹形 ③两管间可进行物质的单向主动转运 ④平行管两端可建立巨大的浓度梯度 逆流倍增器的工作原理可借助于下图理解:
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流入
流出
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(二）髓袢
1.降支：水被动重吸收
2.升支细段：NaCl被动重吸收（尿素的近髓处
渗透压）
3.升支粗段：NaCl主动重吸收（Na+:K+:2Cl同向转运），而且对水的通透性低。 导致：①小管液低渗；②外髓质部组织液 高渗。
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小管液
髓袢升支粗段上皮细 胞
组织间液 Na+
K+
转运体
K+
1Na+ 1K+ 2Cl―
长→有效滤过面积↑→GFR↑。
相反，RPF↓→GFR↓。
（考虑滤过储备问题！！！）
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影响有效滤过的因素： 一、有效滤过压（1.2.3.） 二、滤过膜的通透性和面积 1：滤过膜的通透性 2：滤过膜的面积 3：肾血浆流量（平衡点退后等于面积增 大）
第三节 肾小管与集合管的转运功能
袢长（可达内髓质层或乳头部）；出球A可
形成网状毛细血管和U形直小血管,直小血管
深入髓质。形成的毛细血管包绕髓袢升支和 集 合管，此与尿液浓缩、稀释功能有关。
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(三)球旁器
球旁器由球旁细胞、系膜细胞、和致密斑组成，主要分布在皮质肾单位。
AA: 入球动脉
EA: 出球动脉 G: 球旁细胞 MD: 致密斑 B: 鲍曼氏囊 M: 系膜细胞 BM: 基底膜 FP: 足突 P: 足细胞（球上皮细胞） EN: 毛细血管内皮细胞
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二、各段肾小管和集合管的转运功能
（一）近球小管
1.Na+、Cl-、H2O的重吸收
（1）Na+、Cl-的转运机制 前半段：Na+主动重吸收（泵-漏模式），大 部分Na+与HCO3-、葡萄糖、氨基酸同 向转运，另一部分Na+则与H+逆向运。 后半段：细胞旁途径—Na+、Cl-被动重吸收 跨上皮细胞途径—Na+主动重吸收
原尿180L/d，终尿1.5L/d，99%的物质被重吸收，仅1%排出。
一、肾小管与集合管的物质转运方式
●重吸收（reabsorption） 小管液
●分泌（secretion） 上皮C、血液
物质 物质
血液
小管液
▲被动转运（passive transport）顺电化梯度
▲主动转运（active transport）逆电化梯度
PT: 肾小管上皮细胞
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（四）肾的神经支配
肾脏只有交感神经支配，其末梢分布于
肾动脉（尤其是入球小动脉和出球小动脉的
平滑肌）、肾小管、球旁细胞。交感末梢释
放NE，调节肾血流量、肾小球滤过率、肾小 管的重吸收和肾素释放。
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（五）肾血管的特点
肾动脉由腹主动脉垂直发出，且较短， 肾小球毛细血管网介于入球和出球小动脉之 间，入球与出球的口径为2:1，故肾小球毛细 血管内的血压较高，有利于滤过。而缠绕在肾 小管周围的毛细血管内血压较低，可促进其重 吸收。出球动脉的两端都是毛细血管，因而也 称为肾门脉。