生理学第八章-尿的生成和排出.ppt

第八章 尿的生成和排出,医学生理学教研室 蒋绍祖,肾脏的功能：（1）泌尿功能 肾脏泌尿功能的意义：排除机体代谢终产物以及进入机体过剩余的物质和异物；调节水、电解质、酸碱平衡；调节细胞外液量和渗透压；（2）分泌生物活性物质:肾素、前列腺素、活性维生素D3、促红细胞生成素,尿的理化性质：尿量：正常约1500ml/d 少尿:150500ml/d 无尿:100ml/d以下 多尿:2500ml/d以上 pH值：6.0 比重：1.0151.025 渗透压：6001000mmol/L,尿的生成:包括肾小球滤过、肾小管和集合管的重吸收、肾小管和集合管的分泌三个基本过程。,第一节 肾的功能解剖和肾血流量肾的功能解剖（A、B）一、肾单位的构成 肾单位：是肾的基本功能单位，它与集合管共同完成泌尿功能。人的两侧肾约有170-240万个肾单位（图）。,集合管：在尿液浓缩过程中起着重要作用，每一集合管接受多条远曲小管运来的液体。许多集合管又汇入乳头管，最后形成的尿液经肾盏、肾盂、输尿管而进入膀胱，由膀胱排出体外。(图),皮质肾单位和近髓肾单位（图）（表）肾单位：皮质肾单位 近髓肾单位（髓旁肾单位）二、球旁器：主要分布在皮质肾单位（图）颗粒细胞：分泌肾素 系膜细胞 致密斑：感受小管液中NaCl含量的变化,三、滤过膜的构成 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。由内皮细胞、基膜和脏层足细胞的足突构成。物质的通透性决定于分子大小nm）所带电荷滤过膜带负电（电屏障）带负电的血浆蛋白(3.6nm)难于滤过。(图),滤过膜的三层结构：组成机械屏障（图）内皮细胞上的小孔（窗孔70-90nm）小分子溶质和蛋白质均可自由通过，但血细胞不能通过。内皮细胞表面带负电。基膜：由基质和带负电的蛋白质构成，是主要的屏障。微纤维网的网孔（2-8nm）允许水和部分溶质通过。肾小囊的上皮细胞：滤过裂隙膜上有直径4-11nm的孔，是滤过的最后一道屏障。,肾的神经支配 肾交感神经：递质是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。未发现肾有副交感神经支配。多巴胺可扩张肾血管。肾的血液供应（图）腹主动脉 肾动脉 叶间动脉 弓形动脉 小叶间动脉 入球动脉 肾小球毛细血管网 出球小动脉 肾周毛细血管网 小叶间静脉 弓形静脉 叶间静脉 肾静脉,肾血液循环的特征 血供丰富，1200ml/分钟，94%分布在肾皮质层，5%-6%分布在外髓，其余不到1%供应内髓。92用于尿的生成、8用于肾组织代谢需要。肾血流量的自身调节 肾血流量的自身调节：动脉血压在一定范围（80mmHg-180mmHg）变动时，肾血流量仍然保持相对恒定（图）,两套毛细血管网 1、肾小球毛细血管网 特点：血压高，利于滤过。2、肾小管周围毛细血管网 特点：血压低，利于重吸收。,肌源学说:当肾灌注压增高时，血管平滑肌的紧张性加强，入球小动脉口径缩小，保持肾血流量稳定；反之亦然。管-球反馈：小管液流量变化影响肾血流量和肾小球滤过率的现象。通过致密斑感受器(图)肾局部RAAS及肾内产生的前列腺素、腺苷和NO等也参与管-球反馈。,肾血流量的神经和体液调节 1肾交感神经使肾血管收缩，肾血流减少 E、NE、血管升压素和血管紧张素使肾血管收缩，肾血流量减少 前列腺素、NO：使肾血管扩张。在通常情况下通过自身调节保持肾血流量的相对稳定，在紧急情况下，通过交感神经及E使血液重新分配，肾血流量，脑、心脏血流量。,第二节肾小球的滤过功能尿的生成包括三个基本过程:肾小球滤过、肾小管和集合管的重吸收、肾小管和集合管的分泌。滤过：循环血液流经肾小球毛细血管时，血浆中的水分和小分子溶质滤入肾小囊腔而形成滤过液（原尿）的过程。血浆与原尿比较（图）,肾小球滤过率（GFR）：单位时间内（每分钟）两肾生成的超滤液量。体表面积为1.73m2的个体，其肾小球滤过率为125ml/min。滤过分数（FF）：肾小球滤过率和肾血浆流量的比例。肾小球滤过率大小决定于滤过系数和有效滤过压。滤过系数（Kf）：即滤过膜的面积及其通透性的状态,有效滤过压（图）肾小球滤过的动力是有效滤过压。有效滤过压=肾小球毛细血管压（血浆胶体渗透压+肾小囊内压）。滤过平衡：有效滤过压下降到0（图）影响肾小球滤过的因素 肾小球毛细血管血压 囊内压 血浆胶体渗透压 肾血浆流量：影响滤过平衡的位置 滤过系数（Kf）：即滤过膜的面积及其通透性的状态,第三节肾小管与集合管的转运功能正常人两肾生成的超滤液180L/D，而终尿为1.5L。转运方式重吸收：物质从肾小管液中转运至血液中分泌：上皮细胞本身产生的物质或血液中的物质转运至肾小管腔内,被动转运：溶质顺电化学梯度通过肾小 管上皮细胞的过程包括扩散、渗透和易化扩散，水的溶质拖曳主动转运：溶质逆电化学梯度通过肾小 管上皮细胞的过程。原发性主动转运（质子泵、钠泵、钙泵）继发性主动转运,同向转运：两种物质与细胞膜上的同向转 运体结合，以相同方向通过细 胞膜。（Na+-葡萄糖、Na+-氨基酸、K+-Na+-2Cl-）逆向转运：两种物质与细胞膜上的逆向转 运体结合，以相反方向通过细 胞膜。（Na+-H+、Na+-K+）生电性转运：转运过程中出现电位差电中性转运：转运过程中无电位变化重吸收途径：跨细胞转运途径和细胞旁转运途径,肾小管与集合管中各种物质的重吸收与分泌（一）Na+、Cl-和水的重吸收（图）（图2）1、近端小管 重吸收约70%Na+、CI-和水；其中约2/3经跨细胞转运途径，主要发生在近端小管前半段；约1/3经细胞旁途径被重吸收，主要发生在近端小管后半段。80%的HCO3-，葡萄糖、氨基酸全部被重吸收；泌H+。重吸收的动力：基侧膜的Na+泵,近端小管前半段：大部分Na+与GS、AA同向转运、与H+逆向转运主动重吸收。HCO3-被重吸收。近端小管后半段：由于前半段Cl-不被重吸收，所以后半段小管液中的Cl-浓度高，同时，顶端膜上有Na+-H+交换和Cl-HCO3-逆向转运体，进入胞内的由基底侧膜上的K+-Cl-同向转运至细胞间隙，再吸收入血。Na+为顺电势差扩散，Cl-为顺浓度差扩散。（图）水的重吸收是被动的，是靠渗透作用经跨上皮细胞和紧密连接而进入细胞间隙后再进入血管中的。此段是等渗重吸收。,2、髓袢(图)重吸收20%的Na+、Cl-和K+。降支细段：钠泵活性低，Na+不通透，水通透。升支细段：Na+和CI-易通透，对水不通透。升支粗段:是NaCl在髓袢重吸收的主要部位，其机制是通过顶端膜上的Na+-K+-2Cl-同向转运体主动重吸收（图）。能量来自基底侧膜的钠泵。这过程在尿液稀释和浓缩机制中具有重要意义。速尿、利尿酸通过抑制同向转运体发挥利尿作用,3、远曲小管和集合管 重吸收12%Na+、Cl-和水，同时也分泌K+和H+。该部位对Na+、Cl-和水重吸收受机体水盐代谢的需要而调节。Na+和K+的转运受醛固酮调节。水的重吸收受抗利尿激素(ADH)调节。Na+多进多排，少进少排，不进不排。,远曲小管初段（图）逆电化学梯度主动转运Na+机制：Na泵是动力 NaCl同向转运体（噻嗪类阻断）远曲小管后段和集合管 主细胞：基底侧膜的钠泵活动，促使顶端膜上Na+内流K+外流（Na+-K+交换）。（图）（氯氨吡咪可抑制此Na+通道）闰细胞：顶端膜的H+泵，主动泌H+。集合管主细胞内有水通道蛋白，受ADH的控制。,（二）HCO3重吸收与H+的分泌 1、近端小管 80%的HCO3-在此处重吸收，其机制顶端膜上的Na+-H+交换及碳酸酐酶（乙酰唑胺可抑制其活性）有关（图）。进入胞内的HCO3-与其它的离子以联合转运方式或通过Cl-HCO3-逆向转运体进入细胞间液进而入血。结果：分泌一个H+重吸收一分子NaHCO32、髓袢 HCO3-重吸收在升支粗段，机制同上。3、远曲小管和集合管闰细胞上主动泌H+有两种机制：质子泵（图）和H+-K+ATP酶，泌H+量与远曲小管和集合管细胞中的碳酸酐酶活性受小管液中的PH值影响。,（三）NH3分泌与H+、HCO3-的转运的关系（图）近端小管、髓袢升支粗段和远端小管上皮细胞内的谷氨酰胺在谷氨酰胺酶及谷氨酸脱氢酶作用下生成NH3和HCO3-；NH3的分泌与H+的分泌密切相关；H+分泌增加促使NH3分泌及NaHCO3的重吸收，实现排酸保碱的作用。集合管细胞膜对NH3有高度通透，对NH4+低通透。,（四）K+的重吸收和分泌 65-70%被近球小管重吸收(其机制尚不清楚，但应为主动过程)，25-30%在髓袢重吸收。尿中的K+主要是由远曲小管和集合管分泌的，并受许多因素的影响。远曲小管后段和集合管 主细胞：基底侧膜的钠泵活动，促使顶端膜上Na+内流K+外流（Na+-K+交换）。（图）泌K+量受细胞外钾浓度、醛固酮分泌量及小管液流量的影响。闰细胞：顶端膜的H+泵（图），主动泌H+时重吸收K+，即H+-K+ATP酶,（五）钙的重吸收和排泄约70%在近端小管被重吸收，与Na+的重吸收平行；20%在髓袢，9%在远端小管和集合管被重吸收，小于1%的Ca2+随尿排出。近端小管：约80%由溶质拖曳经细胞旁路，20%经跨膜细胞重吸收。髓袢升支粗段：重吸收少许；远端小管和集合管：小管液为负电位，故钙的重收为跨膜细胞途径的主动转运。,（六）葡萄糖和氨基酸等重吸收（图）1、在近端小管全部被重吸收，与Na+同向转运密切相关。aa与Gs 的重吸收机制相同.血糖正常值：80-120mg/100ml肾糖阈：尿中开始出现葡萄糖时的血糖浓度，正常值：160-180mg/dl。此时部分肾小管达到吸收极限量葡萄糖吸收极限量：全部肾小管对葡萄糖的吸收均已达到极限时的血糖浓度。正常值：男性为375mg/dl，女性为300mg/dl。机制：由于同向转运体数量有限2、少量蛋白质通过吞饮作用被重吸收。3、HPO42-、SO42-与a+同向转运。4、分泌：青霉素、酚红，利尿药等。,小结,第四节 尿液的浓缩和稀释 高渗尿低渗尿等渗尿尿液的稀释(最低可至50mmol/L)在髓袢升支粗段小管液的溶质被重吸收而水不易被重吸收造成尿液的浓缩(最高可至1200mmol/L)水被重吸收而溶质仍留在小管液中造成髓质的渗透梯度的建立（冰点降低法）结构基础：髓袢，髓袢愈长浓缩能力愈强。,逆流：指两个并列的管道，其中液体流动的方向相反。（图）逆流系统：两管下端是连通的，而且两管 间的隔膜容许液体中的溶质或热能在两管间交换。（图）逆流倍增：由于管壁通透性和管道周围环境的作用，形成温度递度，这就是逆流倍增现象。(图)髓袢、集合管的结构与逆流倍增的模型很相似。,1、外髓部渗透梯度的形成 主要由升支粗段对NaCl的重吸收所形成2、内髓部渗透梯度的形成 与尿素的再循环和NaCl重吸收有关动力：髓袢升支粗段对Na+和CI-的主动重吸收。主要溶质：尿素和NaCl皮质部渗透浓度低；内髓部渗透浓度高（图）,直小血管维持髓质高渗递度（图）1、将溶质大部分保留 2、重吸收的水份送回体循环。,影响尿液浓缩和稀释的因素 髓质高渗区及渗透梯度是动力 ADH是不可少的条件1影响髓袢升支粗段主动重吸收NaCl的因素2影响尿素再循环的因素3髓袢的长度及近髓肾单位的数量4直小血管血流速度5ADH的分泌和作用,第五节 尿生成的调节 通过对滤过、重吸收、分泌的调节实现。滤过的调节：1.滤过膜的面积和通透性 2.影响有效滤过压的因素,小管液中溶质的浓度 小管液中溶质渗透压 近曲小管重吸收水 NaCl浓度 NaCl重吸收，水重吸收。渗透性利尿：临床上给病人使用能被肾小球滤过但不被肾小管重吸收的物质（如甘露醇），来提高小管液中溶质的浓度而达到利尿的目的。,球-管平衡 1、球-管平衡(glomerulotubular balance)：近球小管的重吸收率始终占肾小球滤过率的65%-70%左右的现象。是定比重吸收。(图)2、生理意义：使尿中排出的溶质和水不因肾小管滤过率的增减而出现大幅度变动。3、机制：与管周毛细血管血压和血浆胶体渗透压改变有关。4、球-管平衡打乱：如渗透性利尿,神经和体液调节 肾交感神经兴奋的作用 入球小动脉收缩大于出球小动脉收缩 肾素释放增多血管紧张素和醛固酮增加肾小管对NaCI和水的重吸收 增加近球小管、髓袢升支粗段、远球小管重吸收NaCl和水。,抗利尿激素（antidiuretic hormone,ADH）又称血管升压素(vasopressin,AVP)，由下丘脑的视上核和室旁核分泌。作用：1、提高远曲小管和集合管对水的通透性(图)2、增加髓袢升支粗段对NaCl的主动重吸收，增加内髓部集合管对尿素的通透，利于尿浓缩。3、肾小球系膜细胞收缩，有效滤过面积减少。作用机制：与V2受体结合，使水通道内移。ADH分泌调节：血浆晶体渗透压（图水利尿）和循环血量、动脉血压、痛刺激、冷刺激、缺氧、乙醇等。（图）,分泌的调节：BP入球小A压力血流入球小A处的牵张感受器肾素分泌 BP入球小A压力血流滤过流经肾小管的钠量致密斑钠感受器兴奋肾素分泌 BP肾交感神经兴奋肾素的释放 E和NE直接刺激颗粒细胞释放肾素,肾素-血管紧张素-醛固酮系统1、肾素：由颗粒细胞分泌作用：使血管紧张素原生成血管紧张素I,2、血管紧张素的作用：刺激醛固酮的合成和分泌 直接刺激近球小管对NaCl的重吸收 刺激垂体后叶释放ADH 3 醛固酮：由肾上腺皮质球状带分泌作用：保Na+、保水、排K+(图)分泌调节：肾内机制、神经机制、体液机制 血K+、血Na+浓度。,心房尿钠肽atrial natriuretic peptide(ANP)由心房肌合成，当心房壁受牵拉或血中有AchNEADH等物质时可促进其释放。作用：促进NaCl、水排出 抑制集合管对NaCl的重吸收 出球小动脉舒张大于入球小动脉舒张，增加肾血浆流量和肾小球滤过率。抑制肾素的分泌 抑制醛固酮的分泌 抑制抗利尿激素的分泌,第六节 清除率清除率的概念和计算方法清除率（clearance,C）：指肾在单位时间（每分钟）内能将多少毫升血浆中所含的某些物质完全清除出去，这个被完全清除了某物质的血浆毫升数就称该物质的清除率（ml/min）。C=UV/P,测定清除率的理论意义 测定肾小球滤过率1.菊粉清除率 肾排出量为肾小球滤过量与肾小管、集合管的重吸收量和分泌量的代数和。UV=FP-R+E 某物质滤过后，不被重吸收，也不被分泌则 UV=FP，F=UV/P=C,2.内生肌酐清除率 C肌酐尿肌酐（mg/L）24小时尿量（L）/血浆肌酐（mg/L）（L/24h)正常值：128L/24h,测定肾血流量 血浆中某一物质（如碘锐特、对氨基马尿酸），经过肾循环一周后可以被完全清除:UV=XP，则C=UV/P=X 测得肾血浆流量为660ml/min 肾血流量=660/55100=1200ml/min 为肾有效血浆流量和肾有效血流量推测肾小管的功能 C小于125ml/min，重吸收大于分泌 C大于125ml/min，重吸收小于分泌,第七节 尿的排放 尿的生成是连续，排尿是间歇的。膀胱与尿道的神经支配（图）传出N 1、盆N（副交感N）兴奋使逼尿肌收缩、膀胱内括约肌松驰，促进排尿。2、腹下N（交感N）兴奋使逼尿肌松驰、内括约肌收缩，阻抑尿的排放。3、阴部N（躯体N）兴奋使膀胱外括约肌收缩，受意识控制。,传入N：盆 N：膀胱充胀感觉 腹下N：传导膀胱痛觉 阴部N：传导尿道感觉,排尿反射 在正常情况下，膀胱内压经常保持在10cm H2O，当尿量增加到400-500ml时膀胱内压明显升高（图）。膀胱内尿量增加到700ml，膀胱内压增加至35cm H2O，逼尿肌便出现节律性收缩，排尿欲增加，可控制排尿。当膀胱内压达到70cm H2O以上时，便出现明显的痛感以致不得不排尿。,排尿反射途径：尿量充盈（400-500ml）牵张感受器兴奋盆神经骶髓的排尿反射初级中枢脑干和大脑皮层的排尿反射高位中枢盆神经逼尿肌收缩、内括约肌松驰 尿液进入后尿道。尿液刺激尿道感受器阴部神经脊髓排尿中枢，进一步加强其活动，使外括约肌开放，于是尿注被强大的膀胱内压（150cmH2O）驱出。这是一种正反馈。（图1）（图2）,排尿异常：1、尿频：排放次数过多。膀胱炎症或机械性刺激（如结石）引起 2、尿潴留：膀胱尿液充盈过多而不能排出。由排尿反射初级中枢的活动发生障碍或尿流受阻所致。3、尿失禁：排尿失去了大脑皮层意识控制。,谢谢,球旁器组成示意图,滤过膜示意图,RBF：肾血流量RPF：肾血浆流量GFR：肾小球滤过率,肾血流量的自身调节,有效滤过压示意图,肾小球毛细血管血压、胶体渗透压和囊内压对肾小球滤过率的影响,近球小管对GS、AA、磷酸盐等的重吸收示意图,近端小管前半段重吸收NaCl示意图X代表GS、AA、磷酸盐Cl等,近端小管后半段重吸收NaCl示意图,髓袢升支粗段重吸收Na+、K+、Cl-示意图,远曲小管初段重吸收NaCl示意图,远曲小管后段和集合管重吸收NaCl、泌H和K示意图,铵的排泄示意图,逆流系统与逆流倍增示意图,尿浓缩机制示意图,ADH作用机制示意图,一次饮一升清水和一升生理盐水后的排尿率,醛固酮作用机制示意图,膀胱和尿道的神经支配,膀胱充盈与压力的关系,血浆、滤过液、尿液成分比较,成分 血浆(g%)P 滤液(g%)尿(g%)U水 90 98 96Pr 8 0.03 0GS 0.1 0.1 0Na+0.33 0.33 0.35K+0.02 0.02 0.15Cl-0.37 0.37 0.6H2PO4-HPO42-0.004 0.004 0.15尿素 0.03 0.03 0.18尿酸 0.004 0.004 0.05肌酐 0.001 0.001 0.10氮 0.0001 0.0001 0.04,肾小球（毛细血管球）肾小体 肾小囊 近曲小管 近端小管 髓袢降支粗段肾单位 髓袢降支细段 髓袢细段 髓袢 肾小管 髓袢升支细段 髓袢升支粗段 远端小管 远曲小管,皮质肾单位和近髓肾单位的比较,皮质肾单位 近髓肾单位分布 外、中皮质层 内皮质层（近髓）肾小球 小 大髓袢长度 短 长AA/EA 2 小于1EA分支 分布于皮质部 在髓袢形成直小血管 肾小管周围 网状分布于肾小管交感N支配 丰富 较少比例 80-90%10-15%肾素含量 较多 很少功能 泌尿 尿的浓缩与稀释,肾脏对正常血浆成分的滤过量、重吸收率与排泄量,滤过量(g/24h)排泄量(g/24h)重吸收率(%)Na+6303.299.5HCO3-300 0.3 99.5Cl-630 5.3 99.0K+28 3.9 86.0GS 180 0 100尿素 54 30 44肌酐 1.4 大于1.4 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