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1、肾脏生理学,1,概 述 肾脏的主要功能:1.排泄 肾脏是机体最重要的排泄器官, 排泄物质的量大、种类多。,1,2,通过产生尿液可完成： 排除代谢产物和异物； 调节细胞外液的量和渗透压； 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， 如促红细胞生成 素、肾素、前列腺素、羟 化的维生素。,2,3,第一节 肾的功能解剖 与肾血流量,一、肾 单 位,(一)肾单位的构成,3,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。,4,4,5,5,6,(二）皮质肾单位与近髓肾单位 1.
2、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。,6,7,2.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。,7,8,8,9,(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
3、底膜FP: 足突 P: 足细胞（球上皮细胞）EN: 毛细血管内皮细胞PT: 肾小管上皮细胞,9,10,（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。,10,11,（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。,11,12,二、肾血流量
4、及其调节,供血特点：量大（1200ml/min，占心输出量的 1/5-1/4） 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。,12,13,（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、Ang、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
5、应。,13,14,第二节 肾小球的滤过功能,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）。,14,15,一、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
6、正负，分子的有效半径4.2nm的不能滤过，如白蛋白。,15,16,二、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,16,17,（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长有效滤过面积GFR。 相反，RPFGFR
7、。（考虑滤过储备问题！）,17,18,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）,19,第三节 肾小管与集合管的转运功能,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 物 质 血液 分泌（secretion） 上皮C、血液 物 质 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,18,20,原发性主动转运（
8、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）,19,21,二、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
9、动重吸收 跨上皮细胞途径Na+主动重吸收,20,22,21,23,22,24,（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,23,25,3.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 肾糖阈（180mg/100ml）=（9-10mmol/L） 葡萄糖吸收极限量5.对其它物质的重吸收和分泌,24,26,(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
10、：NaCl主动重吸收（Na+:K+:2Cl- 同向转运），而且对水的通透性低。 导致：小管液低渗；外髓质部组织液 高渗。,25,27,髓袢升支粗段继发性主动重吸收Na+、K+和Cl-示意图,26,28,（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+ 闰细胞分泌H+,27,29,远球小管和集合管对Na+和水重吸收的 特点：Na+重吸收效率高：Na+泵活性 大，几乎无回漏
11、；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,28,30,29,31,小结：肾小管对Na+的重吸收,30,32,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 淡水鱼肾只起排水作用。 两栖类肾仍不具“保水”机能。 爬虫类鸟类哺乳类：肾的“保 水”机能渐趋完善，并可排浓缩尿。,31,33,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
12、肾单位占20%，最浓尿为1500毫渗/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。,32,34,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
13、吸收水？这些疑问须有新的设想解决。,33,35,二、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。,34,36,肾小管与集合管结构,35,37,（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
14、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 能量交换。,36,38,37,39,38,40,逆流交换器的效率高低及屏障好坏取决于： 逆流交换器的长度 管内液体的流速 管壁对物质的通透性2.逆流倍增器（counter-curent multiplier） 特点：两管平行、相互靠近 其一端必须连通，形成发夹形 两管间可进行物质的单向主动转运 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:,39,41,40,42,41,43,逆流倍增器效率的高低取决于： 逆流倍增器的
15、长度 管内液体的流速 单向主动转运的能力无论交换器或倍增器，若两管间不是直接相贴，而是有介质隔开，只要此介质能传递物质，仍能起到交换器或倍增器的作用。,42,44,（二）肾脏的逆流系统学说1.学说的内容： 髓袢的逆流倍增器作用:髓袢呈发夹形，降支A管，升支B管，有逆流倍增效应，能在皮质与髓质间建立起渗透压梯度，肾组织液的渗透压自皮质向内髓逐渐升高。倍增器(升支粗段)单向主动转运NaCl，对水相对不通透。NaCl经组织液入降支。,43,45,集合管在尿浓缩中的作用:从升支粗段流出的低渗液进入皮质部的远曲和集合管时,与管外等渗组织液进行平衡,水外渗,使小管液成为等渗,流入髓质部集合管时再次渗透平衡
16、,成为高渗尿。故尿浓缩的最终部位是在集合管，集合管也称渗透平衡器。,44,46,远曲小管和集合管受ADH的调节:ADH能增加远曲和集合管上皮细胞对水的通透性，因而抗利尿。无ADH时，此二管对水相对不通透，因难渗透平衡，加上溶质仍在吸收，故排低渗尿。,45,47,直小血管的逆流交换器作用:直小血管呈“U”形结构，与髓袢平行排列，升支与降支内的血流亦为逆向。既可作为供血血管，亦可屏障皮、髓之间的渗透梯度。,46,48,47,49,2.逆流倍增学说的实验证明： 此前，Smith学派的“水分主动重吸收”是肾脏浓缩尿的经典学说。后来证明，这种方式比小管细胞具有的能量大1000倍。 逆流倍增学说认为：全部
17、水是通过渗透平衡重吸收；终尿浓缩达1200Mosm/kg水，但各处小管两侧的渗透梯度不超过200Mosm/kg水； 逆流倍增既可说明尿浓缩过程，也可解释尿稀释过程。,48,50,三、肾内髓质部浓缩尿的机制 内髓质部集合管中含有高浓度尿素，而NaCl远低于尿素浓度，内髓集合管对尿素有通透性，集合管的尿素向外扩散，髓袢升支细段的NaCl也向外扩散，使内髓质部渗透压增高。,49,51,50,52,四、逆流系统学说的临床意义 (一)影响逆流倍增器的因素 1.利尿药的作用原理 (1)增加代谢产物的排泄:如发热病人。 (2)消除水肿：增加滤过(加重水肿)； 减少重吸收(渗透性利尿),51,53,2.常用药
18、物:(1)袢性利尿药：速尿、利尿酸、汞撒利等； (2)留钾利尿药：安体舒通（醛固酮拮抗剂）、氨苯喋啶（Na+泵抑制剂）。 (二)影响渗透平衡器的因素 ADH远曲和集合管膜受体激活 ACcAMP增加水的通透性,52,54,第五节 尿生成的调节,一、肾内自身调节（一）小管液中溶质的浓度 小管溶质浓度小管液渗透压 肾小管（近球）对水重吸收尿量、 NaCl排除 渗透性利尿（osmotic diuresis）,53,55,（二）球-管平衡 定比重吸收现象：近球小管的重吸收率始终占 GFR的65-70% 机制：肾小球滤过增加，肾小管重吸收亦增加。 定义：使尿量和排出的溶质不致因GFR的变动而 出现大幅度的
19、变动。 （三）管-球反馈 RBF、GFR超滤液生成流经致密斑的液 量信息反馈到肾小球RBF、GRF恢复正常 反之相反 通过管-球反馈维持肾小球滤过率相对稳定。,54,56,二、神经和体液调节（一）肾交感神经 作用：缩血管（主要入球）GFR 肾素释放血中Ang、醛固 酮肾小管对NaCl和水重吸收 近球小管和髓袢对NaCl和水重吸收,55,57,(二)抗利尿激素 (antiduretic hormone,ADH) 又称血管升压素(vasopressin,VP) 1.生理作用 (1)远曲和集合管对水通透性水重吸收 尿量 作用机制:ADH与二管上皮细胞管周膜的 V2受体结合，增加管腔膜水通道的数目。,
20、56,58,57,小 管 液,ATP,cAMP,ADH,R,AC,蛋白激酶,磷酸蛋白,H2O,H2O,H2O,H2O,含水通道的 小泡内移,血 液,远 曲 小 管 上 皮 细 胞,ADH作用机制示意图,59,(2)髓袢升支粗段对NaCl主动重吸收、内髓部集合管对尿素通透性促进髓质渗透压梯度的建立尿崩症(diabetes insipidus)： 2.分泌的调节(1)血浆晶体渗透压 体内缺水血浆晶体渗透压下丘脑前部室周渗透压感受器+视上核、室旁核ADH分泌尿量。 相反，机体水负荷时，尿量。 水利尿（water diuresis）：如大量饮清水。,58,60,(2)循环血量 循环血量容量感受器+视上
21、核、室旁核-ADH分 泌远曲和集合管对水通透性水重吸收尿量 相反，循环血量时，尿量(3)动脉血压 血压压力感受器+视上核、室旁核ADH分泌远曲和集合管对水通透性水重吸收尿量。 反之，血压，尿量。,59,61,(4)其它因素 AngADH分泌。 心房钠尿肽ADH分泌。,(三)肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (renin-angiotensin-aldosterone system，RAA系统） 1.RAA系统的功能关系及其主要作用 促进醛固酮的合成和释放 直接刺激近球小管重吸收NaCl 促进ADH的分泌,60,62,(2)醛固酮的生理作用 促进远曲和集合管重吸收Na+K+被动分泌、水重吸收(保Na
22、+、保水、排K+) 作用机制:醛固酮胞浆受体结合通过核膜核内受体调节特异性mRNA转录醛固酮诱导蛋白醛固酮诱导蛋白的作用是：管腔膜的Na+通道蛋白(增加其数量)增加线粒体ATP的生成增强基侧膜Na+泵活性,61,63,62,64,2.醛固酮分泌的调节(1)RAA系统 肾素分泌的调节 肾内两种感受器：入球动脉的牵张感受 器 致密斑感受器 肾交感神经： 体液调节：E、NE(2)血中K+和血Na+ 血K+或血Na+直接刺激肾上腺皮质球 状带分泌醛固酮,63,65,(四)心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide， ANP) 生理作用：促进NaCl和水的排出 作用机制：抑制集合管
23、对NaCl的重吸收 增加GFR（入球舒张大于出球） 抑制肾素分泌 抑制醛固酮分泌 抑制ADH分泌,64,66,第六节 清 除 率,一、清除率的概念和计算方法1.清除率（clearance，C）的概念： 两肾在单位时间（min）内能将多少ml血浆所 含的某物质完全清除，这个被完全清除了某物质的 血浆ml数称为该物质的清除率。用以反映肾脏对某 物质的排泄能力。2.计算方法：,65,67,66,68,几 种 常 用 物 质 的 清 除 率 测 定 表被 测 物 特 点 清 除 率 意 义菊 粉 自由滤过 125ml/min 代表肾小球 无重吸收和分泌 滤过率碘锐特 经循环一周后 660ml/min 代表肾有效 能被完全清除 血浆流量尿 素 自由滤过 70ml/min 肾小管有净 的重吸收肌 酐 自由滤过 175ml/min 肾小管有净 的分泌,67,69,第七节 尿 的 排 放,阴部N,正反馈,排尿反射：,膀胱内压,大脑皮层,腹肌膈肌,收缩,腹内压,膀胱璧牵张感受器+,骶 髓,盆 N,盆 N,逼尿肌收缩内 括约肌松弛,尿液刺激后尿道感受器,尿道外括约 肌开放,排尿,68,70,
