生理學-電子教材:第八章 腎臟的功能

第八章　尿的生成和排出

　　腎是維持機體內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定的最重要的器官之一。通過尿的生成和排出，①排除機體的大部分代謝終產(chǎn)物以及進入體內(nèi)的異物；②調(diào)節(jié)細胞外液量和滲透壓；③保留體液中的重要電解質(zhì)如鈉、鉀、碳酸氫鹽以及氯離子等，排出氫離子，維持酸堿平衡。

　　尿的生成包括腎小球的濾過，腎小管和集合管的重吸收以及它們的分泌三個基本過程。

　　本章主要闡述腎的尿生成過程及其調(diào)節(jié)機制，以及輸尿管和膀胱的排尿活動。

第一節(jié)　腎的功能解剖和腎血流量

　　一、腎的功能解剖

　　（一)腎單位和集合管

　　腎單位是腎的基本功能單位，它與集合管共同完成泌尿功能。人的兩側(cè)腎約有170-240萬個腎單位，每個腎單位包括腎小體和腎小管部分（圖8-1)。腎小體包括腎小球和腎小囊兩部分。腎小球是一團毛細血管網(wǎng)，其峽谷端分別與入球小動脈和出球小動脈相連（圖8-2)。腎小球的包囊稱為腎小囊。它有兩層上皮細胞，內(nèi)層（臟層)緊貼在毛細血管壁上，外層（壁層)與腎小管壁相連；兩層上皮之間的腔隙稱為囊腔，與腎小管管腔相通。血漿中某些成分通過腎小球毛細血管網(wǎng)向囊腔濾出；濾出時必須通過腎小球毛細血管內(nèi)皮細胞、基膜和腎小囊臟層上皮細胞，這三者構(gòu)成濾過膜（圖8-3)。

圖8-1 腎單位示意圖

圖8-2 腎小球、腎小囊穿刺和近球小體示意圖方框示近球小體

圖8-3 濾過膜示意圖

　　腎小管由近球小管、髓袢和遠球小管三部分組成。近球小管包括近由小管和髓袢降支粗段。髓袢由髓袢降支和髓袢升支組成；前者包括髓袢降支粗段（也是近球小管的組成部分)和降支細段；后者是指髓袢升支細段和升支粗段（也是遠球小管的一部分)。遠球小管包括髓袢升支粗段和遠曲小管。遠曲小管末端懷集合管相連。

　　集合管不包括在腎單位內(nèi)，但在功能上和遠球小管密切相關(guān)，它在尿生成過程中，特別是在尿液濃縮過程中起著重要作用，每一集合管接受多條遠內(nèi)小管運來的液體。許多集合管又匯入乳頭管，最后形成的尿液經(jīng)腎盞、腎盂、輸尿管而進入膀胱，由膀胱排出體外。

　�。ǘ�)皮質(zhì)腎單位和近髓腎單位

　　腎單位按其所在部位不同，可分為皮質(zhì)腎單位和近髓腎單位（髓旁腎單位)兩類（圖8-4)。

　　皮質(zhì)腎單位主要分布于外皮質(zhì)層和中皮質(zhì)層。人腎的皮質(zhì)腎單位約占腎單位總數(shù)的85%-90%。這類腎單位的腎小球體積較��；入球小動脈的口徑比出球小動脈的粗，兩者口徑之比約為2：1。出球小動脈進一步再分為毛細血管后，幾乎全部分布于皮質(zhì)部分的腎小管周圍。這類腎單位的髓袢甚短，只達外髓質(zhì)層，有的甚至不到髓質(zhì)。

圖8-4 腎單位和腎血管的示意圖

　　處于腎皮質(zhì)不同部位的腎單位和腎血管的結(jié)構(gòu)顯著不同

　　近髓腎單位分布于靠近髓質(zhì)的內(nèi)皮質(zhì)層，在人腎約占腎單位中的10%-15%。這類腎單位的腎小球體積較大；其髓袢甚長，可深入到內(nèi)髓質(zhì)層，有的甚至到達乳頭部。出球小動脈不僅形成纏繞鄰近的近曲小管或遠曲小管的網(wǎng)狀毛細血管，而且還形成細而長的U字形直小血管。直小血管可深入到髓質(zhì)，并形成毛細血管網(wǎng)包繞髓袢升支和集合管。近髓腎單位和直小血管的這些解剖特點，決定了它們在尿的濃縮與稀釋過程中起著重要作用。

　�。ㄈ�)近球小體

　　近球小體（juxtaglomerular apparatus)由顆粒細胞、系膜（間質(zhì))細胞和致密斑三者組成（圖8-2)。顆粒細胞是位于入球小動脈的中膜內(nèi)的肌上皮樣細胞，內(nèi)含分泌顆粒，分泌顆粒內(nèi)含腎素。系膜細胞是指入球小動脈和出球小動脈之間的一群細胞，具有吞噬功能。致密斑位于遠曲小管的起始部分，此處的上皮細胞變?yōu)橹髦鶢罴毎�，局部呈現(xiàn)斑紋隆起，稱為致密斑，致密斑與入球小動脈和出球小動脈相接觸。致密斑可感受小管液中NaCI含量的變化，并將信息傳遞至顆粒細胞，調(diào)節(jié)腎素的釋放。

　　近球小體主要分布在皮質(zhì)腎單位，因而皮質(zhì)腎單位含腎素較多，而近髓腎單位則幾乎不含腎素。腎素分布的這種差異，也提示兩種腎單位在功能上有所不同。

　�。ㄋ�)腎的神經(jīng)支配

　　腎交感神經(jīng)主要從胸₁₂至腰₁₂脊髓發(fā)出，其纖維經(jīng)腹腔神經(jīng)叢支配腎動脈（尤其是入球小動脈和出球小動脈的不滑肌)、腎小管和釋放腎素的顆粒細胞。腎交感神經(jīng)末稍釋放去甲腎上腺素，調(diào)節(jié)腎血流量、腎小球濾過率、腎小管的重吸收和腎素釋放。有人認為，未發(fā)現(xiàn)腎有副并感神經(jīng)支配，腎的各種感受器可經(jīng)腎神經(jīng)傳入脊髓，并從脊髓投射到中樞的不同部位。

　�。ㄎ�)腎的血液供應

　　腎動脈由腹主動脈垂直分出，其分支經(jīng)葉間動脈→弓形動脈→小葉間動脈→入球小動脈。每支入球小動脈進入腎小體后，又分支成腎小球毛細血管網(wǎng)，后者匯集成出球小動脈而離開腎小體。出球小動脈再次分成毛細血管網(wǎng)，纏繞于腎小管和集合管的周圍。所以，腎血液供應要經(jīng)過兩次毛細血管網(wǎng)，然后才匯合成靜脈，由小葉間靜脈→弓形靜脈→葉間靜脈→腎靜脈（圖8-4)。

　　腎小球毛細血管網(wǎng)介于入球小動脈和出球小動脈之間，而且皮質(zhì)腎單位入球小動脈的口徑比出球小動脈的粗1倍。因此，腎小球毛細血管內(nèi)血壓較高，有利于腎小球的濾過作用；腎小管周圍的毛細血管網(wǎng)的血壓較低，可促進腎小管的重吸收。

　　二、腎血液循環(huán)的特征

　　腎的血液供應很豐富。正常成人安靜時每分鐘有1200ml血液流過兩側(cè)腎，相當于心輸出量的1/5-1/4左右。其中約94%的血液分布在腎皮質(zhì)層，5%-6%分布在外髓，其余不到1%供應內(nèi)髓，通常所說的腎備注量主要指腎皮質(zhì)血流量。

　　腎血流量的調(diào)節(jié)包括腎血流量的自身調(diào)節(jié)和神經(jīng)體液調(diào)節(jié)。

　　（一)腎血流量的自身調(diào)節(jié)

　　腎血流量的自身調(diào)節(jié)表現(xiàn)為動脈血壓在一定范圍內(nèi)變動時，腎血流量仍然保持相對恒定（圖8-5)。離體腎實驗觀察到，當腎動脈的灌注壓（相當于體內(nèi)的平均動脈壓)由2.7kPa(20mmHg)提高到10.7kPa(80mmHg)的過程中，腎血流量將隨腎灌注壓的升高而成比例地增加；而當灌注壓在10.7-247kPa(80-180mmHg)范圍內(nèi)變動時，腎血流量又將隨灌注壓的長高而增加。這種不依賴腎外神經(jīng)支配使腎血流量在一定的血壓變動范圍內(nèi)能保持不變的現(xiàn)象，表明它具有自身調(diào)節(jié)。一般認為，自身調(diào)節(jié)只涉及腎皮質(zhì)的血流量。

圖8-5 腎血流量和腎小球濾過率的自身調(diào)節(jié)

RPF：腎血漿流量 GFR：腎小球濾過率

　　關(guān)于自身調(diào)節(jié)的機制，有人提出肌源學說來解釋。此學說認為，當腎灌注壓增高時，血管平滑肌因灌注壓增加而受到牽張刺激，這使得不滑肌的醫(yī)學全.在線緊張性加強，血管口徑相應地縮小，血流的阻力便相應地增大，保持腎血流量穩(wěn)定；而當灌注壓減小時則發(fā)生相反的變化。由于在灌注壓低于10.77kPa(80mmHg)時，平滑肌已達到舒張的極限；而灌注壓高于247kPa(180mmHg)時，平滑肌又達到收縮的極限。因此，在10.7kPa(80mmHg)以下和24kPa(180mmHg)以上時，腎血流量的自身調(diào)節(jié)便不能維持，腎血流量將隨血壓的變化而變化。只有在10.7-24kPa(80-180mmHg)的血壓變化范圍內(nèi)，入球小動脈平滑肌才能發(fā)揮自身調(diào)節(jié)作用，保持腎血流量的相對恒定。如果用罌粟堿、水合氯醛或氰化鈉等藥物抑制血管平滑肌的活動，自身調(diào)節(jié)便告消失。此外，還不能完全排除其它因素如腎內(nèi)組織液壓力、代謝產(chǎn)物等因素在腎血流量自身調(diào)節(jié)中的作用。通過腎血流量自身調(diào)節(jié)，使腎小球濾守率不會因血壓波動而改變，維持腎小球濾過率相對恒定（圖8-5)。

　�。ǘ�)腎血流量的神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)

　　腎血流量的神經(jīng)、體液調(diào)節(jié)使腎血流量與全身的血液循環(huán)調(diào)節(jié)相配合。腎交感神經(jīng)活動加強時，引起腎血管收縮，腎血流量減少。影響腎交感神經(jīng)活動的因素已在心血管反射中作了詳述（見第四章)。

　　腎上腺素與去甲腎上腺素都能使腎血管收縮，腎血流量減少。血管升壓素和血管緊張素等也能使腎血管收縮；前列腺素可使腎血管擴張。

　　總之，在通常情況下，在一般的血壓變化范圍內(nèi)，腎主要依靠自身調(diào)節(jié)來保持血流量的相對穩(wěn)定，以維持正常的泌尿功能。在緊急情況下，全身血液將重新分配，通過交感神經(jīng)及腎上腺素的作用來減少腎血流量，使血液分配到腦、心臟等重要器官，這對維持腦和心臟的血液供應有重要意義。

第二節(jié)　腎小球的濾過功能

　　循環(huán)血液經(jīng)過腎小球毛細血管時，血漿中的水和小分子溶質(zhì)，包括少量分子量較小的血漿蛋白，可以濾入腎小囊的囊腔而形成濾過液。用微穿刺法實驗證明，腎小球的濾過液就是血漿中的超濾液。

　　微穿刺法是利用顯微操縱儀將外徑6-10μm的微細玻璃插入腎小體的囊腔中。在與囊腔相接部位的近球小管內(nèi)，注入石蠟油防止起濾液進入腎小管。用微細玻璃管直接抽到囊腔中的液體進行微量化學分析（圖8-2)。分析表明，除了蛋白質(zhì)含量甚少之外，各種晶體物質(zhì)如葡萄糖、氯化物、無機磷酸鹽、尿素、尿酸和肌酐等的濃度都與血漿中的非常接近，而且滲透壓及酸堿度也與血漿的相似，由此證明囊內(nèi)液確是血漿的超濾液。

　　單位時間內(nèi)（每分鐘)兩腎生成的超濾液量稱為腎小球濾過率（glomerular filtrationrate,GFR)。據(jù)測定，體表面積為1.73m²的個體，其腎小球濾過率為125ml/min左右。照此計算，兩側(cè)腎每一晝夜從腎小球濾出的血漿總量將高達180L。此值約為體重的3倍。腎小球濾過率和腎血漿流量的比例稱為濾過分數(shù)（filtration fraction)。經(jīng)測算，腎血漿流量為66ml/min，所以濾過分數(shù)為：125/660×100=19%。濾過分數(shù)表明，流經(jīng)腎的血漿約有1/5幔有小球小茁到囊腔中。腎小球濾過率大小決定于濾過系數(shù)（K_f)(即濾過膜的面積及其通透性的狀態(tài))和有效濾過壓。腎小球濾過率=K_f×P_UF,P_UF表示有效濾過壓。

　　一、濾過膜及其通透性

　　人體兩側(cè)腎全部腎小球毛細血管總面積估計在1.5m²以上，這樣大的濾過面積有利于血漿的濾過。在正常情況下，人兩腎的全部腎小球濾過面積可以保持穩(wěn)定。但是在急性腎小球腎炎時，由于腎小球毛細血管管腔變窄或完全阻塞，以致有濾過功能的腎小球數(shù)量減少，有效濾過面積也因而減少，導致腎小球濾過率降低，結(jié)果出現(xiàn)少尿（每晝夜尿量在100-500ml之間)以致無尿（每晝夜尿量不到100ml)。

表8-1 物質(zhì)的有效半徑和腎小球濾過能力的關(guān)系

　　濾過能力（filterability)值為1.0表示該物質(zhì)可自由濾過，0則表示不能濾過

　　不同物質(zhì)通過腎小球濾過膜的能力決定于被濾過物質(zhì)的分子大小及其所帶的電荷。表8-1表示被濾過物質(zhì)的分子量和有效半徑對濾過的影響。一般來說，有效半徑小于1.8nm的物質(zhì)，如葡萄糖（分子量180)的有效半徑為0.36nm，它可以被完全濾過。有效半徑大于3.6nm的大分子物質(zhì)，如血漿白蛋白（分子量約69000)則幾乎完全不能濾過。有效半徑介于葡萄糖和白蛋白之間的各種物質(zhì)，隨著有效半徑的增加，它們被濾過的量逐漸降低，以上事實提示，濾過膜上存在著大小不同的孔道，小分子物質(zhì)很容易通過各種大小的孔道，而有效半徑較大的物質(zhì)只能通過較大的孔道，用不同有效半徑的中性右旋糖酐分子進行實驗，也清楚地說明了被濾過物質(zhì)的大小對濾過的影響。有效半徑小于1.8nm的中性右旋糖酐能自由通過濾過膜，有效半徑大于3.6nm的右旋糖酐就完全不能通過。有效半徑在1.8-3.6nm的右旋糖酐，其濾過量與有效半徑成反比，即隨著有效半徑增大，濾過量就不斷減少（圖8-6)。

圖8－6　不同的有效半徑和帶不同電荷對右旋糖酐濾過能力的作用

濾過能力的值為1.0，表示自由濾過 0則不能濾過

　　濾過膜的通性還決定于被濾過物質(zhì)所帶的電荷。用帶不同電荷的右旋糖酐進行實驗觀察到，即使有效半徑相同，帶正電荷的右旋糖酐較易被濾過，而帶負電荷的右旋糖酐則較難通過（圖8-6)。血漿白蛋白雖然其有效半徑為3.5nm，由于其帶負電荷，因此就難于通過濾過膜。

　　濾過膜的上述特性可由濾過膜的超微結(jié)構(gòu)的特點來說明。濾過膜由三層結(jié)構(gòu)組成（圖8-3)；①內(nèi)層是毛細血管的內(nèi)皮細胞。內(nèi)皮細胞有上許多直徑50-100nm的小孔，稱為窗孔（fenestration)，它可防止血細胞通過，但對血漿蛋白的濾過可能不起阻留作用。②中間層是非細胞性的基膜，是濾過膜的主要濾過屏障�；�膜是由水合凝膠（hydrated gel)構(gòu)成的微纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，水和部分溶質(zhì)可以通過微纖維網(wǎng)的網(wǎng)孔。有人把分離的基膜經(jīng)特殊染色證明有4-8nm的多角形網(wǎng)孔。微纖維網(wǎng)孔的大小可能決定著分子大小不同的溶質(zhì)何者可以濾過。③外層是腎小囊的上皮細胞。上皮細胞具有足突，相互交錯的足突之間形成裂隙。裂隙上有一層濾過裂隙膜（filtration slit membrane)，膜上有直徑4-14nm的孔它是濾過的最后一道屏障。通過內(nèi)、中兩層的物質(zhì)最后將經(jīng)裂隙膜濾出，裂隙膜在超濾作用中也很重要。

　　濾過膜各層含有許多帶負電荷的物質(zhì)，主要為糖蛋白。這些帶負電荷的物質(zhì)排斥帶帶負電荷的血漿蛋白，限制它們的濾過。腎在病理情況下，濾過膜上帶負電荷的糖蛋白減少或消失，就會導致帶負電荷的血漿蛋白濾過量比正常時明顯增加，從而出現(xiàn)蛋白尿。

　　二、有效濾過壓

　　腎小球濾過作用的動力是有效濾過壓。像其它器官組織液生成的機制那樣，腎小球有效濾過壓=（腎小球毛細血管壓+囊內(nèi)液膠體滲透壓)-（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓)（圖8-7)。由于腎小囊內(nèi)的濾過液中蛋白質(zhì)濃度較低，其膠體滲透壓可忽力略不計。因此，腎小球毛細血管血壓是濾出的唯一動力，而血漿膠滲透壓和囊內(nèi)壓則是濾出的阻力。有效濾過壓=腎小球毛細血管壓-（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓)。皮質(zhì)腎單位的入球小動脈粗而短，血流阻力較�。怀銮蛐�動脈細而長，血流阻力較大。因此，腎小球德細血管血壓較其它器官的毛細血管血壓高。用微穿刺法沒得腎小球毛細血管平均值為6.0kPa(45mmHg)(為主動脈平均壓的40%左右)；用微穿法還發(fā)現(xiàn)，由腎小球毛血管的入球端到出球端，血壓下降不多，兩端的血壓幾乎相等。腎小囊內(nèi)壓與近曲小管內(nèi)壓力相近。囊內(nèi)壓為1.3kPa(10mmHg)。據(jù)測定，在大鼠的腎小球毛細血管入球端的血漿膠體滲透壓約為3.3kPa(25mmHg)左右。

圖8-7 有效濾過示意圖

　　在入球端，有效濾過壓=6.0-(3.3+1.3)=1.4kPa。但腎小球毛細血管內(nèi)的血漿膠體滲透壓不是固定不變的。在血液流經(jīng)腎小球毛細血管時，由于不斷生成濾過液，血液中血漿蛋白濃度就會逐漸增加，血漿膠體滲透壓也隨之升高。因此，有效濾過壓也逐漸下降。當有效濾過壓下降到零時，就達到濾過平衡（filtration equilibrium)，濾過便停止了（圖8-8)。由此可見，不是腎小球毛細血管全段都有濾過作用，只有從入球小動脈端到濾過平衡這一段才有濾過作用。濾過平衡越靠近入球小動脈端，有效濾過的毛細血管長度就越短，有效濾過壓和面積就越小，腎小球濾過率就低。相反，濾過平衡越靠近出球小動脈端，有效濾過的毛細血管長度越長，有效濾過壓和濾過面積就越大，腎小球濾過率就越高。如果達不到濾過平衡，全段毛細血管都有濾過作用（圖8-8)。

圖8-8腎小球毛細血管血壓，膠體滲透壓和囊內(nèi)壓對腎小球濾過率的作用

　　三、影響腎小球濾過的因素

　　濾過膜的通透性和濾過面積的改變對腎小球濾過功能的影響前已述。下面進一步分析腎小球毛細血管血壓、血漿膠體滲透壓、囊內(nèi)壓和腎血漿流量變化對腎小球濾過功能的影響。

　　（一)腎小球毛細血管血壓

　　全身動脈血壓如有改變，理應影響腎小球毛細血管的血壓。由于腎血流量具有自身調(diào)節(jié)機制，動脈血壓變動于10.7?/FONT>24kPa(80-45mmHg)范圍內(nèi)時，腎小球毛細血管血壓維持穩(wěn)定，人而使腎小球濾過率基本保持不變（圖8-5)。但當動脈血壓降到10.7kPa(80mmHg)以下時，腎小球毛細血管將相應下降，于是有效濾過壓降低，腎小球濾過率也減少。當動脈血壓降到5.3-6.7kPa(40-50mmHg)以下時，腎小球濾過率將降低到零，因而無尿。在高血壓病晚期，入球小動脈由于硬化而縮小，腎小球毛細血管血壓可明顯降低，于是腎小球濾過率減少而導致少尿。

　�。ǘ�)囊內(nèi)壓

　　在正常情況下，腎小囊內(nèi)壓是比較穩(wěn)定的。腎盂或輸尿管結(jié)石、腫瘤壓迫或其他原因引起的輸尿管阻塞，都可使腎盂內(nèi)壓顯著升高。此時囊內(nèi)壓也將升主，致使有效濾過壓降低，腎小球濾過率因此而減少。有些藥物如果濃度太高，可在腎小管液的酸性班干部析出結(jié)晶；某些疾病時溶血過多，血紅蛋白過可堵塞腎小管，這些情況也會導致囊內(nèi)壓升高而影響腎小球濾過。

　　（三)血漿膠體滲透壓

　　人體血漿膠滲透墳在正常情況下不會有很大變動。但若全身血漿蛋白的濃度明顯降低時，血漿膠體滲透壓也將降低。此時有效濾過壓將升高，腎小球濾過率也隨之增加。例如由靜脈快速注入生理鹽水時，腎小球濾過率將增加，其原因之一可能是血漿膠體滲透壓的降低。

　�。ㄋ�)腎血漿流量

　　腎血漿流量對腎小球濾過率有很大影響，主要影響濾過平衡的位置。如果腎轎漿流量加大，腎小球毛細血管內(nèi)血漿膠體滲透壓的上升速度減慢，濾過平衡就靠近出球小動脈端，有效濾過壓和濾過面積就增加，腎小球濾過率將隨之增加。如果腎血流量進一步增加，血漿膠體滲透壓上升速度就進一步減慢，腎小球毛細血管的全長都達不到濾過平衡，全長都有濾過，腎小球濾過率就進一步增加。相反，腎血漿流量減少時，血漿膠體滲透壓的上升速度加快，濾過平衡就靠近入球小動脈端，有效濾過壓和濾過面積就減少，腎小球濾過率將減少（圖8-8)。在嚴重缺氧、中毒性休克等病理情況下，由于交感神經(jīng)興奮，腎血流量和腎血漿流量將顯著減少，腎小球濾過率也因而顯著減少。

第三節(jié)　腎小管與集合管的轉(zhuǎn)運功能

　　人兩腎每天生成的腎小球濾過液達180L，而終尿僅為1.5L。這表明濾過液中約99%的水被腎小管和集合管重吸收，只有約1%被排出體外。不僅如此，濾過液中的葡萄糖已全部被腎小管重吸收回血；鈉、尿素告示不同程度地重吸收；肌酐、尿酸和K⁺等還被腎小管分泌入管腔中。

　　一、腎小管與集合管的轉(zhuǎn)運方式

　　腎小管和集合管的轉(zhuǎn)運包括重吸收和分泌。重吸收是指物質(zhì)從腎小管液中轉(zhuǎn)運至血液中，而分泌是指上皮細胞本身產(chǎn)生的物質(zhì)或血液中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運至腎小管腔內(nèi)。腎不球濾過液進入腎小管后稱為小管液。

　　物質(zhì)通過細胞的轉(zhuǎn)運包括被動轉(zhuǎn)運和主動轉(zhuǎn)運。被動轉(zhuǎn)運是指溶質(zhì)順電化學梯度通過腎小管上皮細胞的過程。水的滲透奪之差是水的轉(zhuǎn)運動力。水從滲透壓低一側(cè)通過細胞膜進入滲透壓高一側(cè)。

　　主動轉(zhuǎn)運是指溶質(zhì)逆電化學梯度通過腎小管上皮細胞的過程。主動轉(zhuǎn)運需要消耗能量，根據(jù)主動轉(zhuǎn)運過程中能量來源的不同，分為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運和繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（簡稱為主動轉(zhuǎn)運)所需要消耗的能量由ATP水解直接提供。例如Na⁺和K⁺的主動轉(zhuǎn)運是靠細胞膜上的Na⁺泵水解ATP直接提供能量的。繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運所需的能量不是直接來自Na⁺泵。而是來自其他溶質(zhì)順電化學梯度轉(zhuǎn)運時釋放的。例如一些物質(zhì)的繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的動力直接來自Na⁺順電化學梯度轉(zhuǎn)運時釋放的能量。釋放的之些能量歸根到底也是來自Na⁺泵。由于上皮細胞基側(cè)膜上存在Na⁺，將細胞內(nèi)的Na⁺泵至細胞外，造成細胞內(nèi)的Na⁺濃度明顯低于細胞外，細胞外K⁺被泵回細胞內(nèi)，造成細胞內(nèi)K⁺濃度明顯高于細胞外，并維持細胞內(nèi)的負電位。這樣，小管液中的Na⁺便順電化學梯度通過管腔膜進入細胞，并釋放能量提供其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)運。許多物質(zhì)的轉(zhuǎn)運都與Na⁺的主動轉(zhuǎn)運相耦聯(lián)，例如小管液中的葡萄糖、氨基酸、有機酸和CI^-等物質(zhì)的重吸收都與Na⁺同向轉(zhuǎn)運（cotransport)有關(guān)。同向轉(zhuǎn)運是指兩種物質(zhì)與細胞膜上的同向轉(zhuǎn)運體（cotransporter,symporter)特殊蛋白質(zhì)結(jié)合，以相同方向通過細胞膜的轉(zhuǎn)運；又如腎小管細胞分泌H⁺是與Na⁺的逆向轉(zhuǎn)運相耦聯(lián)。逆向轉(zhuǎn)運（antiport)是指兩種物質(zhì)與細胞膜上的逆向轉(zhuǎn)運體（antiport)又稱交換體（exchanger)結(jié)合，以相反方向通過細胞膜的轉(zhuǎn)運�？梢�，Na⁺的主動轉(zhuǎn)運在腎小管上皮細胞的轉(zhuǎn)運中起著關(guān)鍵作用（圖8-9)。一個帶下電荷和另一個帶負電荷的兩種物質(zhì)的同向轉(zhuǎn)動，或電荷相同的兩種物質(zhì)的逆向轉(zhuǎn)運都不會造成小管內(nèi)外電位改變，這種轉(zhuǎn)運稱為電中性轉(zhuǎn)動。如果一個物質(zhì)是離子，另一個是電中性物質(zhì)，這種轉(zhuǎn)運就會使小管內(nèi)外出現(xiàn)電位差，稱為生電性轉(zhuǎn)運。如在近球小管，Na⁺與葡萄糖的同向轉(zhuǎn)運，因葡萄糖是電中性物質(zhì)，Na⁺和葡萄糖被重吸收就會造成小管內(nèi)較小管外帶負電位。又如在近球小管的后半段，小管液CI^-濃度比管外高，CI^-順濃度差被動重吸收造成管內(nèi)帶正電位。

圖8-9　Na⁺轉(zhuǎn)運與其他溶質(zhì)轉(zhuǎn)運之間的伴聯(lián)關(guān)系

　　二、各段腎小管和集合管的轉(zhuǎn)運功能

　�。ㄒ�)近球小管

　　腎小球濾過流經(jīng)近球小管后，濾過液中67%Na⁺、CI^-、K⁺和水被重吸收，85%的HCO₃也被重吸收，葡萄糖、氨基酸全部被重吸收；H⁺則分泌到腎小管中。近球小管重吸收的關(guān)鍵動力是基側(cè)膜上的Na⁺泵；許多溶質(zhì)，包括水的重吸收都與Na⁺泵的活動有關(guān)。

　　1．Na⁺、CI^-和水的重吸收在近球小管前半段，大部分Na⁺與葡萄糖，氨基酸同向轉(zhuǎn)運、與H⁺逆向轉(zhuǎn)運而被主動重吸收；面近球小管后半段，Na⁺和CI^-主要通過細胞旁路而被被動重吸收。水隨NaCI等溶質(zhì)重吸收而被重吸收，因此，該段小管注與血漿滲透壓相同，是等滲重吸收。

　　在近球小管前半段，由于Na⁺泵的作用，Na⁺被泵至細胞間隙，使細胞內(nèi)Na⁺濃度低，細胞內(nèi)帶負電位。因此，小管液中的Na⁺和葡萄糖與管腔膜上的同向轉(zhuǎn)運體結(jié)合后，Na⁺順電化學梯度通過管腔膜的同時，釋放的能量將葡萄糖同向轉(zhuǎn)運入細胞內(nèi)。進入細胞內(nèi)的Na⁺即被細胞基側(cè)膜上的Na⁺泵泵出至細胞間隙，這樣，一方面使細胞內(nèi)Na⁺的濃度降低，小管液中的Na⁺-葡萄糖便可不斷轉(zhuǎn)運進入細胞內(nèi)，細胞內(nèi)的葡萄糖由易化擴散通過細胞基側(cè)膜離開細胞回到血液中；另一方面，使細胞間隙中的Na⁺濃度升高，滲透壓也升高，通過滲透作用，水隨之進入細胞間隙。由于細胞間隙在管腔膜側(cè)的緊密連接相對是密閉的，Na⁺和水進入后就使其中的靜水壓升高，這一壓力可促使Na⁺和水通過基膜進入相鄰的毛細血管而被重吸收，但也可能使部分Na⁺和水通過緊密連接回漏（back-leak)至小管腔內(nèi)（圖8-10A)。

　　另一部分的Na⁺-H⁺交換而主動重吸收。小管液中的Na⁺和細胞內(nèi)的H⁺與管腔膜上的交換體結(jié)合進行逆向轉(zhuǎn)運，使小管液中的Na順濃度梯度通過管腔膜進入細胞的同時，將細胞內(nèi)的H⁺分泌到小管液中；進入細胞內(nèi)的Na⁺隨即被基側(cè)膜上的Na⁺泵泵至細胞間隙而主動重吸收。分泌到小管液中的H⁺將有利于小管液中的HCO₃的重吸收。

圖8-10 近球小管重吸收NaCI 的示意圖

A：近球小管的前半段 X代表葡萄糖、氨基酸、磷酸鹽CI^-

B：近球小管的后半段F^-代表甲酸鹽 HF，甲酸

　　在近球小管后半段，NaCI是通過細胞旁路和跨上皮細胞兩條途徑而被重吸收的。小管液進入近球小管后半段時，絕大多數(shù)的葡萄糖、氨基酸已被重吸收。由于HCO₃重吸收速率明顯大于CI^-重吸收，CI^-留在小管液中，造成近球小管后半段的CI^-濃度比管周組織間液高20%-40%。因此，CI^-順濃度梯度經(jīng)細胞旁路（即通過緊密連接進入細胞間隙)而重吸收回血。由于CI^-被動重吸收是生電性的，使小管液中正離子相對較多，造成管內(nèi)外電位差，管腔內(nèi)帶正電，管外帶負電，在這種電位差作用下，Na⁺順電位差通過細胞旁路而被動重吸收。CI^-通過細胞旁路重吸收是順濃度梯度進行的，而Na⁺通過細胞旁路重吸收是順電位梯度進行的，因此，NaCI是重吸收都是被動的（圖8-10B)。

　　NaCI跨上皮細胞重吸收與H⁺和甲酸鹽（formate,F^-)再循環(huán)有關(guān)，要通過管腔膜上相互耦聯(lián)的Na⁺-H⁺交換和CI^—甲酸根交換。在正常腎小管液中含有低濃度甲酸根，通過Na⁺、H⁺交換，Na⁺進入細胞，H⁺分泌到小管液中，并與小管液中的甲酸根結(jié)合形成甲酸（formicacid,HF)。甲酸是脂溶性的，可迅速通過管腔膜進入細胞，在細胞內(nèi)分解為H⁺和甲酸根。甲酸根和小管液中的CI^-進行逆向轉(zhuǎn)運，結(jié)果，CI^-進入細胞內(nèi)并通過基側(cè)膜而被重吸收，而甲酸根則人細胞內(nèi)進入小管液。細胞內(nèi)的H⁺則與小管液中的Na⁺進行逆向交換，Na⁺進入細胞，并被Na⁺泵泵至細胞間隙，然后進入管周毛細血管而被重吸收；H⁺分泌至小管液，再與小管液中的甲酸根據(jù)結(jié)合，形成甲酸再進入細胞。因此，H⁺和甲酸根可再循環(huán)使用，CI^-和Na⁺則被重吸收回血。

　衛(wèi)生資格考試網(wǎng)　水的重吸收是被動的，是靠滲透作用而進行的。水重吸收的滲透梯度存在于上皮細胞和細胞間隙之間。這是由于Na⁺順電化學梯度通過管腔膜進入細胞后，細胞內(nèi)的Na⁺被基側(cè)膜上的Na⁺泵泵至細胞間隙，使細胞間隙滲透壓升高。在滲透作用下，水便不斷從小管液進入上皮細胞，并從細胞不斷進入細胞間隙，造成細胞間隙靜水壓升高；加上管周毛細血管內(nèi)靜水壓較低，膠體滲透壓較高，水便通過周圍組織間隙進入毛細血管而被重吸收。

　　2．HCO₃重吸收與H⁺的分泌 HCO₃的重吸收與小管上皮細胞管腔膜上的Na⁺-H⁺交換有密切關(guān)系。HCO₃在血漿中鈉鹽（NaHCO₃)的形式存在，濾過中的NaHCO₃濾入囊腔進入腎小管后可解離成Na⁺和HCO₃。通過Na⁺-H⁺交換，H⁺由細胞內(nèi)分泌到小管液中，Na⁺進入細胞內(nèi)，并與細胞內(nèi)的HCO₃一起被轉(zhuǎn)運回血（圖8-11)。由于小管液中的HCO₃不易通過管腔膜，它與分泌的H⁺結(jié)合生成H₂CO₂，在碳酸酐酶作用下，H₂CO₂迅速分解為CO₂和水。CO₂是高度脂溶性物質(zhì)，能迅速通過管腔膜進入細胞內(nèi)，在碳酸酐酶作用下，進入細胞內(nèi)的CO₂與H₂O結(jié)合生成H₂CO₃。H₂CO₃又解離成H⁺和HCO₃。H⁺通過Na⁺-H⁺交換從細胞分泌到小管液中，HCO₃則與Na⁺一起轉(zhuǎn)運回血。因此，腎小管重吸收HCO₃是以CO₂的形式，而不是直接以HCO₃的形式進行的。如果濾過的HCO₃超過了分泌的H⁺，HCO₃就不能全部（以CO₂形式)被重吸收。由于它不易透過管腔膜，所以余下的便隨尿排出體外�？梢娔I小管上皮細胞分泌1H⁺就可使1HCO₃和1Na⁺重吸收回血，這在體內(nèi)的酸堿平衡調(diào)節(jié)中起到重要作用。乙酰唑胺可抑制碳酸酐酶的活性，因此，用乙酰唑受后，Na⁺-H⁺交換就會減少，因而NaHCO₃、NaCI和水的排出增加，可引起利尿。由于近球小管的Na⁺-H⁺交換，小管液中的HCO₃與H⁺結(jié)合并生成CO₂，CO₂透過管腔膜的速度明顯高于CI^-的速度。因此，HCO₃的重吸收率明顯大于CI^-的重吸收率。

圖8-11 腎小管上皮細胞生成和分泌H⁺示意圖

　　3．K⁺的重吸收微穿刺實驗表明，腎小球濾過的K⁺，67%左右在近球小管重吸收回血，而尿中的K⁺主要是由遠曲小管和集合管分泌的。有人認為，近球小管對K⁺的重吸收是一個主動轉(zhuǎn)運過程。小管液中鉀濃度為4mmol/L，大大低于細胞內(nèi)K⁺濃度（150mmol/L)。因此在管腔膜處K⁺重吸收是逆濃度梯度進行的。管腔膜K⁺主動重吸收的機制尚不清楚。

　　4．葡萄糖重吸收腎小球濾過液中的葡萄糖濃度與血糖濃度相同，但尿中幾乎不含葡萄糖，這說明葡萄糖全部被重吸收因血。微穿刺實驗表明，重吸收葡萄糖的部位僅限于近球小管，尤其是在近球小管前半段，其他各段腎小管都沒有重吸收葡萄糖的能力。因此，如果在近球小管以后的小管液中仍含有葡萄糖，則尿中將出現(xiàn)葡萄糖。

　　葡萄糖是不帶電荷的物質(zhì)，它的逆濃度梯度重吸收的，是由Na⁺繼發(fā)性主動同向轉(zhuǎn)運而被重吸收的。在兔腎近球小管微灌流實驗中觀察到，如果灌流液中去掉葡萄糖等有機溶質(zhì)，則Na⁺的重吸收率降低；如果灌流液中的Na⁺全部去掉，則葡萄糖有機溶質(zhì)的重吸收將完全停止，說明葡萄糖的重吸收與Na⁺同向轉(zhuǎn)運密切相關(guān)。葡萄糖和Na⁺分別與管腔膜上的同向轉(zhuǎn)運體蛋白的結(jié)合位點相結(jié)合而進行同向轉(zhuǎn)運（見前述Na⁺重吸收)。

　　近球小管對葡萄糖的重吸收有一定限度。當血液中葡萄糖濃度超過160-180mg/100ml時，有一部分腎小管對葡萄糖的吸收已達到極限，尿中開始出現(xiàn)葡萄糖，此時的血糖濃度稱為腎糖閾。血糖濃度再繼續(xù)升高，尿中葡萄糖含量也將隨之不斷增加；當血糖濃度超過300mg/100ml后，全部腎小管對葡萄糖的吸收均已達到極限，此值即為葡萄糖吸收極限量。此時，尿葡萄糖排出率則隨血糖濃度升高而平行增加。人腎的葡萄糖吸收極限量，在體表面積為1.73m²的個體，男性為375mg/min，女性為300mg/min。腎之所以有葡萄糖吸收極限量，可能是由于同向轉(zhuǎn)運體的數(shù)目有限的緣故，當所有同向轉(zhuǎn)運體的結(jié)合位點都被結(jié)合而達飽和時，葡萄糖轉(zhuǎn)運量就無從再增加了。

　　5．其他物質(zhì)的重吸收和分泌小管注保的氨基酸的重吸收與葡萄糖的重吸收機制相同，也與Na⁺同向轉(zhuǎn)運（圖8-9)。但是，轉(zhuǎn)運葡萄糖的和轉(zhuǎn)運氨基酸的同向轉(zhuǎn)運體可能不同，也就是說同向轉(zhuǎn)運體具有特異性。此外，HPO₄^-2、SO₄^-2的重吸收也也Na⁺同向轉(zhuǎn)運而進行。正常時進入濾液中的微量蛋白質(zhì)則通過腎小管上皮細胞吞飲作用而被重吸收。

　　體內(nèi)代謝產(chǎn)物和進入體仙的某些物質(zhì)如青霉素、酚紅，大部分的利尿藥等，由于與血漿中蛋白結(jié)合而不能通過腎小球濾過，它們均在近球小管被主動分泌到小管液中而排出體外。

　�。ǘ�)髓袢

　　近球小管液流經(jīng)髓袢過程中，約20%的Na⁺、CI^-、和K⁺等物質(zhì)被進一步重吸收。髓袢升支粗段的NaCI重吸收在尿液稀釋和濃縮機制中具有重要意義。髓袢升支粗段CI^-是逆電化學梯度被上皮細胞重吸收的。微穿刺實驗證明，兔髓袢升支粗段管腔內(nèi)為正電位（+10mV)。在微灌流實驗中，如果灌流液中不含K⁺，則管內(nèi)的正電位基本消失，CI^-重吸收率很低，這說明管腔內(nèi)正電位與CI^-的重吸收和小管液中的K⁺有密切關(guān)系。如果在髓袢升支粗段管周的浸溶液中加入選擇性Na⁺泵抑制劑哇巴因（ouabain)抑制Na⁺泵后，CI^-的轉(zhuǎn)運也受阻，說明Na⁺泵是CI^-重吸收的重要因素。據(jù)上述實驗，有人提出Na⁺：2CI^-：K⁺同向轉(zhuǎn)運模式來解釋升支NaCI的繼發(fā)性主動重吸收。該模式認為：①髓袢升支粗段上皮細胞基側(cè)膜上的Na⁺泵，將Na⁺由細胞內(nèi)示向組織間液，使細胞內(nèi)的Na⁺下降，造成管腔內(nèi)與細胞內(nèi)Na⁺有明顯的濃度梯度；②Na⁺與管腔膜上同向轉(zhuǎn)運體結(jié)合，形成Na⁺：2CI^-：K⁺同向轉(zhuǎn)運體復合物，Na⁺順電化學梯度將2CI^-和K⁺一起同向轉(zhuǎn)運至細胞；③進入細胞內(nèi)的Na⁺、2CI^-和K⁺的去向各不相同：Na⁺由Na⁺泵泵至組織間液，2CI^-由于濃度梯度經(jīng)管周膜上CI^-通道進入組織間液，而K⁺則順濃度梯度經(jīng)管腔膜而返回管腔內(nèi)，再與同向轉(zhuǎn)運體結(jié)合，繼續(xù)參與Na⁺：2CI^-K⁺的同向轉(zhuǎn)運，循環(huán)使用；④由于2CI^-進入組織間液，K⁺返回管腔內(nèi)，這就導致管腔內(nèi)出現(xiàn)正電位；⑤由于管腔內(nèi)正電位，使管腔液中的Na⁺等正離子順電位差從細胞旁路進入組織間液，這是不耗能的Na⁺被動重吸收。從這個模式說明，通過Na⁺泵的活動，繼發(fā)性主動重吸收了2CI^-，同時伴有2Na⁺的重吸收，其中1Na⁺是主動重吸收，另1Na⁺通過細胞旁路而被動重吸收，這樣為Na⁺的重吸收節(jié)約了50%能量消耗（圖8-12)。髓袢升支粗段對水的通透性很低，水不被重吸收而留在小管內(nèi)。由于NaCI被上皮細胞重吸收至組織間液，因此造成小管液低滲，組織間液高滲。這種水和鹽重吸收的分離，有利于尿液的濃縮和稀釋。Na⁺：2CI^-：K⁺同向轉(zhuǎn)運對速尿，利尿酸等利尿劑很敏感。它們與同向轉(zhuǎn)運體結(jié)合后，可抑制其轉(zhuǎn)運功能，管腔內(nèi)正電位消失，NaCI的重吸收受抑制，從而干擾尿的濃縮機制，導致利尿。

圖8-12 髓袢升支粗段繼發(fā)性主動吸收CI^-的示意圖

　�。ǘ�)遠球小管和集合管

　　在遠曲小管和集合管，重吸收大約12%濾過的Na⁺和CI^-，分泌不同量的K⁺和H⁺，重吸收不同量的水。水、NaCI的重吸收以及K⁺和H⁺的分泌可根據(jù)機體貼的水、鹽平衡狀況來進行調(diào)節(jié)。如相機缺水或缺鹽時，遠曲小管和集合管可增加水、鹽的重吸收；當機體水、鹽過剩時，則水、鹽重吸收明顯減少，水和鹽從尿排出增加。因此，遠曲小管和集合管對水和鹽的轉(zhuǎn)運是可被調(diào)節(jié)的。水的重吸收主要受抗利尿激素調(diào)節(jié)，而Na⁺和K⁺的轉(zhuǎn)運主要受醛固酮調(diào)節(jié)。

　　遠曲小管和集合管上皮細胞間隙的緊密連接對小離子如Na⁺、K⁺和CI^-等的通透性低，這些離子不易通過緊密連接回漏至小管腔內(nèi)，因此，所能建立起來的管內(nèi)外離子濃度梯度和電位梯度大。在遠曲小管初段，對水的通透性很低，但仍主動重吸收NaCI,繼續(xù)產(chǎn)生低滲小管液。Na⁺在遠曲小和集合管的重吸收是逆較大的電化學梯度進行的，是主動重吸收過程。這可能與遠曲小管的Na⁺泵在腎單位中活性最高有關(guān)。有人認為在遠曲小管初段的小管液中，Na⁺是通過Na⁺-CI^-同向轉(zhuǎn)運進入細胞的，然后由Na⁺泵將Na⁺泵出細胞而主動重吸收回血（圖8-13A)。NaCI同向轉(zhuǎn)運體可被噻嗪類利尿藥所抑制。

　　遠曲小管后段和集合管含有兩類細胞，即主細胞和閏細胞。主細胞重吸收Na⁺和水，分泌K⁺，閏細胞則主要分泌H⁺，主細胞重吸收Na⁺主要通過管腔膜上的Na⁺通道。管腔內(nèi)的Na⁺順電化學梯度通過管膜上的Na⁺通道進入細胞，然后，由Na⁺泵泵至細胞間液而被重吸收（圖8-13B)。

　　K⁺的分泌 尿中K⁺的排泄量視K⁺的攝入量而定，高鉀飲食可排出大量的鉀，低鉀飲食則尿中排鉀量少，使機體的鉀攝入量與排出量保持平衡，維持機體K⁺濃度的相對恒定。

　　K⁺分泌的動力包括：①在遠曲小管和集合管的小管液中，Na⁺通過主細胞的管腔膜上的Na⁺通道進入細胞，然后，由基側(cè)膜上的Na⁺泵將細胞內(nèi)的Na⁺泵至細胞間隙而被重吸收，因而是生電性的，使管腔內(nèi)帶負電位（-10?40mV)。這種電位梯度也成為K⁺從細胞分泌至管腔的動力；②在遠曲小管后段和集合管的主細胞內(nèi)的K⁺濃度明顯高于小管液中的K⁺濃度，K⁺便順濃度梯度從細胞內(nèi)通過管腔膜上的K⁺通道進入小管液；③Na⁺進入主細胞后，可刺激基側(cè)膜上的Na⁺，使更多的K⁺從細胞外液中泵入細胞內(nèi)，提高細胞內(nèi)K⁺濃度，增加細胞內(nèi)和小管液之間的K⁺濃度梯度，從而促進K⁺分泌，因此，K⁺的分泌與Na⁺的重吸收有密切關(guān)系。（圖8-13B)。

圖8-13 遠球小管和集合管重吸收NaCI、分泌K⁺和H⁺的示意圖

A：遠曲小管初段 B：遠曲小管后段和集合管

　　H⁺的分泌除了近球小管細胞通過Na⁺-H⁺交換分泌H⁺，促進NaHCO₃重吸收外，遠曲小管和集合管的閏細胞也可分泌H⁺。H⁺的分泌是一個逆電化學梯度進行的主動轉(zhuǎn)運過程。有人認為管腔膜上有H⁺泵，能將細胞內(nèi)的H⁺歷史意義入小管腔內(nèi)。細胞內(nèi)的CO₂和H₂O在碳酸酐酶催化作用下生成的H⁺和HCO₃，H⁺由H⁺泵泵至小管液，HCO₃則通過基側(cè)膜回到血液中，因而H⁺分泌和HCO₃的重吸收與酸堿平衡的調(diào)節(jié)有關(guān)（圖8-13B)。閏細胞分泌的H⁺與HPO₄^-2結(jié)合形成H₂PO₄，這是可滴定酸；分泌的H⁺可與上皮細胞分泌的NH₃結(jié)合，形成NH₄⁺。可滴定酸和NH₄⁺都不易透過管腔膜進入細胞而留在小管液中。因此，它們是尿液酸堿度的決定因素。

　　NH₃的分泌遠曲小管和集合管的上皮細胞在代謝過程中不斷地生成NH₃，這些NH₃主要由谷氨酰胺脫氨而來。NH₃具有脂溶性，能通過細胞膜向小管液周圍組織間液和小管液自由擴散，擴散量取決于兩種液體的pH值。小管液的pH較低（H⁺濃度較高)，所以NH₃較易向小管液中擴散。分泌的NH₃能與小管液中的H⁺結(jié)合并生成NH₄^-，小管液中NH₃濃度因而下降，于是管腔膜兩側(cè)形成了NH₃濃度梯度，此濃度梯度又加速了NH₃向小管液中擴散。由此可見，NH₃的分泌與H⁺的分泌密切相關(guān)；H⁺分泌增加促使NH₃分泌增多。NH₃與H⁺結(jié)合并生成NH₄^-后，可進一步與小管液中的強酸鹽（如NaCI等)的負離子結(jié)合，生成酸性銨鹽（NH₄CI等)并隨尿排出。強酸鹽的正離子（如Na⁺)則與H⁺交換而進入腎小管細胞，然后和細胞內(nèi)HCO₃^-一起被轉(zhuǎn)運回血。所以，腎小管細胞分泌NH₃，不僅由于銨鹽形成而促進了排H⁺，而且也促進了NaHCO₃的重吸收。

第四節(jié)　尿液的濃縮和稀釋

　　尿的滲透濃度可由于體內(nèi)缺水或水過剩等不同情況而出現(xiàn)大幅度的變動。當體內(nèi)缺水時，機體將排出滲透濃度明顯高于血漿滲透濃度的主滲尿，即尿被濃縮。而體內(nèi)水過剩時，將排出滲透濃度低于血漿滲透濃度的低滲尿。正常人尿液的滲透濃度可在約50-1200mOsm/kgH₂O之間波動。所以，根據(jù)尿的滲透濃度可以了解腎的滲透濃度和稀釋能力。腎的濃縮和稀釋能力，以維持體液平衡和滲透壓恒定中有極為重要的作用。

　　一、尿液的稀釋

　　尿液的稀釋是由于小管液的溶質(zhì)被重吸收而水不易被重吸收造成的。這種情況主要發(fā)生在髓袢升支粗段。前已述及，髓袢升支粗段能主動重吸收Na⁺和CI^-（圖8-12)，而對水通透，故水不被重吸收，造成髓袢升支粗段小管液為低滲。在體內(nèi)水過剩而抗利尿激素釋放被抑制時，集合管對水的通透性非常低。因此，髓袢升支的小管液流經(jīng)遠曲小管和集合管時，NaCI繼續(xù)重吸收，使小管液滲透濃度進一步下降�？山档椭�50mOsm/kgH₂O，形成低滲尿，造成尿液的稀釋。如果抗利尿激素完全缺乏時，如嚴重尿崩癥患者，每天可排出高達20L的低滲尿，相當于腎小球濾過率的10%。

　　二、尿液的濃縮

　　尿液的濃縮是由于小管液中的水被重吸收而溶質(zhì)仍留在小管液中造成的。水重吸收的動力來自腎髓質(zhì)滲透梯度的建立，即髓質(zhì)滲透濃度從髓質(zhì)外層向乳頭部深入而不斷升高。用冰點降低法測定鼠腎的滲透濃度觀察到腎皮質(zhì)部的組織間液（包括細胞內(nèi)液和細胞外液)的滲透濃度與血液滲透濃度之比為1.0，說明皮質(zhì)部組織間液與血漿是等滲的。而髓質(zhì)部組織間液與血漿的滲透濃度之比，隨著由髓質(zhì)外層向乳頭部深入而逐漸升主，分別為2.0、3.0、4.0（圖8-14)。這表明腎髓質(zhì)的滲透濃度由外向內(nèi)逐步升高，具有明確的滲透梯度。在抗利尿激素存在時，遠曲小管和集合管對水通透性增加，小管液從外髓集合管向內(nèi)髓集合管流動時，由于滲透作用，水便不斷進入高滲的組織間液，使小管液不斷被濃縮而變成高滲液，最后尿液的滲透濃度可高達120mOsm/kgH₂O，形成濃縮尿�？梢娝栀|(zhì)的滲透梯度是建立就成為濃縮尿的必要條件。髓袢是形成髓質(zhì)滲透梯度的重要結(jié)構(gòu)，只有具有髓袢的腎才能形成濃縮尿，髓袢愈長，濃縮能力就愈強。例如沙鼠的腎髓質(zhì)內(nèi)層特別厚，它的腎能產(chǎn)生20倍于血漿滲透濃度的高滲尿。豬的髓袢較短，只能產(chǎn)生1.5倍于血漿滲透濃度的尿液。人的髓袢具有中等長度，最多能產(chǎn)生4-5倍于血漿滲透濃度的高滲尿。

　　髓質(zhì)滲透梯度是如何形成的？有人用腎小管各段對水和溶質(zhì)通透性不同（表8-2)和逆流倍增現(xiàn)象來解釋。

8-14圖腎髓質(zhì)滲透壓梯度示意圖

線條越密，表示滲透壓越高

表8-2 兔腎小管不同部分的通透性

　　 ADH為抗利尿激素*不同動物，通透性不一樣

　　物理學中逆流的涵意是指兩個并列的管道，其中液體流動的方向相反，如圖8-15所示，甲管中液體向下流，乙管中液體向上流。如果甲乙兩管下端是連通的，而且兩管間的隔膜容許液體中的溶質(zhì)或熱能在兩管間交換，便構(gòu)成了逆流系統(tǒng)。在逆流系統(tǒng)中，由于管壁通透性和管道周圍環(huán)境的作用，就會產(chǎn)生逆流倍增現(xiàn)象。

圖8-15 逆流系統(tǒng)示意圖

甲管內(nèi)液體向下流 乙管內(nèi)液體向上流

　　逆流倍增現(xiàn)象可要根據(jù)圖8-16的模型來理解。模型中含有鈉鹽的液體從甲管流進，通過管下端的彎曲部分又折返流入乙管，然后從乙管反向流出，構(gòu)成逆流系統(tǒng)。溶液流動時，由于M₁膜能主動將Na⁺由乙管泵入甲管，而M₁膜對水的通透性又很低，因此，甲管中深夜在向下流動過程中將不斷接受由乙管泵入的Na⁺，于是Na⁺的濃度不斷增加（倍增)。結(jié)果甲管中溶液自上而下的滲透濃度會越來越高，到甲管下端的彎曲部分時Na⁺深夜逐漸下降，滲透濃度也相應下降。這樣，不論是甲管還是乙管，從上而下來比較，溶液的滲透濃度均逐漸升高，即出現(xiàn)了逆流倍增現(xiàn)象，形成了滲透梯度。如果有滲透濃度較低的溶液從丙管向下流動，而且M₂膜對水不能通透，對溶質(zhì)不通透，水將因滲透作用而進入乙管。這樣丙管內(nèi)溶質(zhì)的深夜將逐漸增加；從丙管下端流出的液體成了高滲溶液。

圖8-16 逆流倍增　作用模型

甲管內(nèi)液體向下流 乙田徑賽內(nèi)液體向上流丙管內(nèi)液體向下流 M₁膜能將液體

中Na⁺由乙管泵入甲管，且對水不易通透M₂膜對水易通透

髓袢、集合管的結(jié)構(gòu)排列與上述的逆流倍增的模型很相似。這對理解尿的濃縮機制是有幫助的。

　　在外髓部，由于髓袢升支粗段能主動重吸收Na⁺和CI^-（圖8-17)，而對水不通透，故升支粗段內(nèi)小管液向皮質(zhì)方向流動時，管內(nèi)NaCI濃度逐漸降低，小管液滲透濃度逐漸下降；而升支粗段外圍組織產(chǎn)液則變成高滲。髓袢升支粗段位于外髓部，故外髓部的滲透梯度主要是由升支粗段NaCI的重吸收所形成。愈靠近皮質(zhì)部，滲透濃度越低；愈靠近內(nèi)髓部，滲透濃度越高。

　　在內(nèi)髓部，滲透梯度的形成與尿素的丙循環(huán)和NaCI重吸收有密切關(guān)系。①遠曲小管及皮質(zhì)部和外髓部的集合管對尿素不易通透，但小管液流經(jīng)遠曲小管及皮質(zhì)部和外髓部的集合管時，在抗利尿激素作用下，對水通透性增加，由于外髓部高滲，水被重吸收，所以小管液中尿素的濃度逐漸升高。②當小管液進入內(nèi)髓部集合管時，由于管壁對尿素的通透性增大，小管液中尿素就順濃度梯度通過管壁向內(nèi)髓部組織間液擴散，造成了內(nèi)髓部組織間液中尿素濃度的增高，滲透濃度因之而長高。③髓袢降支細段對尿素不易通透，而對水則易通透，所以在滲透壓的作用下，水被“抽吸”出來，從降支細段進入內(nèi)髓部組織間液。由于降支細段對Na⁺不易通透，小管液將被濃縮，于是其中的NaCI濃度愈來愈高，滲透濃度不斷升高。④當小管液繞過髓袢頂端折返流入升支細段時，它同組織間注NaCI濃度梯度明顯地建立起來。由于升支細段對Na⁺易通透，Na⁺將順濃度梯度而被動擴散至內(nèi)髓部組織間液，從而進一步提高了內(nèi)髓部組織間液的滲透濃度。由此看來，內(nèi)髓部組織間液的滲透濃度，是由內(nèi)髓部集合管擴散出來的尿素以及髓袢升支細段擴散出來的NaCI兩個因素造成的。⑤小管液在升支細段流動過程中，由于NaCI擴散到組織間液，而且該管壁又對水不易通透，所以造成了管內(nèi)NaCI濃度逐漸降低，滲透濃度也逐漸降低，這樣，降支細段與升支細段就構(gòu)成了一個逆流倍增系統(tǒng)，使內(nèi)髓部組織間液形成了滲透梯度。⑥尿素是可以再循環(huán)的。因為升支細胞對尿素具有中等的通透性，所以從內(nèi)髓部集合管擴散到組織間液的尿素可以進入升支細段，而后流過升支粗段、遠曲小管、皮質(zhì)部和外髓部集合管，又回到內(nèi)髓部集合管外再擴散到內(nèi)髓部組織間液，這樣就形成了尿素的丙循環(huán)（圖８－１７)。

圖8-17 尿濃縮機制示意圖

　　粗箭頭表示升支粗段主動重吸收Na⁺和CI^-。粗線表示髓袢升支粗段和遠曲小管前段對水不通透。字體大小表示溶質(zhì)深夜。X_S表示未被重吸收的溶質(zhì)

　　從髓質(zhì)滲透梯度形成全過程來看，髓袢升支粗段對Na⁺和CI^-的主動重吸收是髓質(zhì)滲透梯度建立的主要動力。而尿素和NaCI是建立髓質(zhì)滲透梯度的主要溶質(zhì)。

　　三、直小血管在保持腎髓質(zhì)高滲中的作用

　　直小血管的功能可用逆流交換現(xiàn)象來理解。圖8-18是逆流交換的示意圖。在圖A中，U形管的升、降支之間不能進行熱量交換，所以降支中的冷水在流到熱源以前得不到加溫，升支中的水溫在離開熱源以后也不能降低。這樣，冷水流過U形管的升、降支之間能夠交換熱量，所以降支中的冷水在進入熱源以前就被升支管壁透過來的熱量所加溫，而升支中的水則因熱量不斷透入降支而降溫。這樣，冷水流過U形管時，從熱源帶走的熱量就很有限，所在熱源損失掉的熱量也很少。

圖8-18 逆流交換作用的簡單物理模型示意圖

　　下如前述，通過腎小管上述的逆流作用，不斷有溶質(zhì)(NaCI和尿素)進入髓制裁組織間液形成滲透梯度，也不斷有水被腎小管和集合管重吸收至組織間液。因此，必須把組織間液中多余的溶質(zhì)和水被除去才能保持髓質(zhì)滲透梯度。通過直小血管的逆流交換作用就能保持髓質(zhì)滲透梯度。直小血管的降支和長支是并行的細血管，這咱結(jié)構(gòu)就是逆流系統(tǒng)。在直小血管降支進入髓質(zhì)的入口處，其血漿滲透濃度約為300mOsm/kgH₂O。由于直小血管對溶質(zhì)和水的通透性高，當它在向髓質(zhì)深部下行過程中，周圍組織間液中的溶質(zhì)就會順濃度梯度不斷擴散到直小血管降支中，而其中的水則滲出到組織間液，使血管中的血漿滲透濃度與組織間液達到平衡。因此，愈向內(nèi)髓部深入，降支血管中的溶質(zhì)濃度愈高。在折返處，其滲透濃度可高達120mOsmkgH₂O。如果直小血管降支此時離開髓質(zhì)，就會把從進入直小血管降支中的大量溶質(zhì)流回循環(huán)系統(tǒng)，而從直小血管內(nèi)出來的水保留在組織間液。這樣，髓質(zhì)滲透梯度就不能維持。由于直小血管是逆流系統(tǒng)。因此，當直小血管升支從髓質(zhì)深部返回外髓部時，血管內(nèi)的溶質(zhì)濃度比同一水平組織間液的高，溶質(zhì)又逐漸擴散回組織間液，并且可以再進入降支，這是一個逆流交換過程。因此當直小血管升支離開外髓部時，只把多余的溶質(zhì)帶回循環(huán)中。此外，通過滲透作用，組織間液中的水不斷進入直小血管升支，又把組織間液中多余的水隨血流返回循環(huán)。這樣就維持了腎髓質(zhì)的滲透梯度（圖8-17)。

第五節(jié)　腎尿生成的調(diào)節(jié)

　　尿的生成有賴于腎小球的濾過作用和腎小管、集合管的重吸收和分泌作用。因此，機體對尿的生成的調(diào)節(jié)也就是通過對濾過作用和重吸收、分泌作用的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。腎小球濾過作用的調(diào)節(jié)在前文已述，本節(jié)主要論述腎小管和集合管重吸收和分泌的調(diào)節(jié)。腎小管和集合管功能的調(diào)節(jié)包括腎內(nèi)自身調(diào)節(jié)和神經(jīng)、體液調(diào)節(jié)。

　　一、腎內(nèi)自身調(diào)節(jié)

　　腎內(nèi)自身調(diào)節(jié)包括小管液中溶質(zhì)濃度的影響、球-管平衡和管-球反饋等。

　�。ㄒ�)小管液中溶質(zhì)的濃度

　　小管液中溶質(zhì)所呈現(xiàn)的滲透壓，是對抗腎小管重吸收水分的力量。如果小管液溶質(zhì)濃度很高，滲透壓很大，就會妨礙腎小管特別是近球小管對水的重吸收，小管液中的Na⁺被稀釋而濃度下降，小管液中與細胞內(nèi)的Na⁺濃度差變小，Na⁺重吸收減少，因此，不僅尿量增多，NaCI排出也增多。例如糖尿病患者的多尿，就是由于小管液中葡萄糖含量增多，腎小管不能將葡萄糖完全重吸收回血，小管液滲透壓因而增高，結(jié)果妨礙了水和NaCI的重吸收所造成的。臨床上有時給病人使用腎小球濾過而又不被腎小管重吸收的物質(zhì)，如甘露醇等，利用它來提高小管液中溶質(zhì)的濃度，借以達到利尿和消除水腫的目的。這種利尿方式稱為滲透性利尿。

　�。ǘ�)球-管平衡

　　近球小管對溶質(zhì)和水的重吸收量不是固定不變的，而是隨腎小于濾過率的變動而發(fā)生變化。腎小球濾過率增大，濾液中的Na⁺和水的總含量增加。近球小管對Na⁺和水的重吸收率也提高；反之，腎小球濾過率減小，濾液中的Na⁺和水的總含量也減少，近球小管的Na⁺的水的重吸收率也相應地降低。實驗說明，不論腎小于濾過率或增或減，近球小管是定比重吸收（constant fraction reabsorption)的，即近球小管的重吸收率始終占腎小球濾過率的65%-70%左右（即重吸收百分率為65%-70%)。這種現(xiàn)象稱為于-管平衡（glomerulotubular balance)。球管平衡的生理意義在于使尿中排出的溶質(zhì)和水不致因腎小管濾過率的增減而出現(xiàn)大幅度的變動。例如，在正常情況下，腎小球濾過率為125ml/min，近球小管的重吸收率為87.5ml/min（占70%)。流到腎小管遠側(cè)部分的量為37.5ml/min。如果濾過率增加到150ml/min，則近球小管的重吸收率變?yōu)?05ml/min（仍占70%)，而流到腎小管遠側(cè)部分的量為45ml/min。這幾個數(shù)字表明，此時濾過率雖然增加了25ml/min，但流到腎小管遠見側(cè)部分的量僅增加7.5ml/min。而且在這種情況下，遠側(cè)部分的重吸收也有增加，因此尿量的變化是不大的。同樣，濾過率減少到100ml/min，近球小管的重吸收率為70ml/min（仍占70%)，流到腎小管遠側(cè)部分的量為30ml/min。此時的濾過率雖然減少了25ml/min，但流到腎小管遠側(cè)部分的量僅減少了7.5ml/min；而且在這種情況下遠側(cè)部分的重吸收也要減少，因此尿量的變化仍然不大。近球小管對Na⁺也是定比重吸收，即重吸收量為濾過量的65%-70%。如果近球小管對Na⁺重吸收的總量是固定不變的話，根據(jù)測算，腎小球濾過率僅增加2ml/min，Na⁺的排出量就會比原來的增加約2倍；腎小球濾過率減少2ml/min，尿中就不含Na⁺，可見球管平衡具有重要的生理意義。

　　定比重吸收的機制與管周毛細血管血壓和膠體滲透壓改變有關(guān)。比如，在腎血流量不變的前提下，當腎小球濾過率增加時，進入近球小管旁毛細血管的血液量就會減少，，血漿蛋白的濃度相對地增高，此時毛細血管內(nèi)血壓下降而膠體滲透壓升高。在這種情況下，小管旁組織間液就加速進入毛細血管，組織間液內(nèi)靜水壓因之下降，組織間液內(nèi)靜水壓下降使得小管細胞間隙內(nèi)的Na⁺和水加速通過基膜而進入小管旁的組織間隙；并且通過緊密連接回流至腎小管腔內(nèi)的回漏量因此而減少，最后導致Na⁺和水重吸收量增加。這樣，重吸收仍可達到腎小球濾過率的65%-70%。腎小球濾過率如果減少，便發(fā)生相反的變化，重吸收百分率仍能保持65%-70%。

　　球-管平衡在某些情況下可能被打亂。例如，滲透性利尿時，近球小管重吸收率減少，而腎小球濾過率不受影響，這時重吸收百分率就會小于65%-70%，尿量和尿中的NaCI排出量明顯增多。

　　目前認為球-管平衡障礙與臨床上見到的某些水腫的形成機制有關(guān)。例如在充血性心力衰竭時，腎灌注壓和血流量可明顯下降。但由于出球小動脈發(fā)生代償性收縮，所以腎小球濾過率仍能保持水平。因此濾過分數(shù)將變大。此時近球小管旁毛細血管血壓下降而血漿膠體滲透壓增高。如上所述，這將導致Na⁺和水的重吸收增加，重吸收百分率將超過65%-70%。于是因體體內(nèi)鈉鹽潴留和細胞外液量增多而發(fā)生水腫。

　　（三)管-球反饋

　　管-球反饋是腎血流量和腎小球濾過率自身調(diào)節(jié)的重要機制之一。當腎血流量和腎小球濾過率增加時，到達遠曲小管致密斑的小管液的流量增加，致密班發(fā)生信息，使腎血流量和腎小球濾過率恢復至正常。相反，腎血流量和腎小球濾過率減少時，流經(jīng)致密斑的小管液流量就下降，致密斑發(fā)生信息，使腎血流量和腎小球濾過率增加至正常水平。這種小管液流量變化影響腎血流量和腎小球濾過率的現(xiàn)象稱為管-球反饋（tubuloglomerular feed back)。有人認為致密斑主要感受小管液中的NaCI含量改變而不是小管液的流量。一般來說，腎小管液流量與NaCI含量成正比。致密斑發(fā)在管-球環(huán)節(jié)中起重要的傳感器（sensor)作用。致密斑與入球小動脈和出球小動脈相鄰。致密斑發(fā)出的信息通過某種途徑影響入球小動脈的口徑，從而影響腎血流量和腎小球濾過率。當腎血流量增加時，腎小球濾過率也增加，流經(jīng)遠曲小管的小管液量也增加，致密斑部位NaCI含量升高，致密斑發(fā)出信息刺激顆粒細胞釋放腎素，導致局部生成血管緊張素Ⅱ，血管緊張素Ⅱ引起入球小動脈收縮，口徑縮小，阻力增加，從而使腎血流量和腎小球濾過率恢復至原來水平。相反，當腎血流量減少時，腎小球濾過率下降，流經(jīng)遠曲小管的小管液流量減少，顆粒細胞釋放腎素減少，血管緊張至少Ⅱ生成減少，入球小動脈收縮變?nèi)�，口徑變粗，阻力減少，腎血流量恢復至原有水平。此外，腎內(nèi)產(chǎn)生的前列腺素、腺苷和兒茶酚胺等也參與管-球反饋。

　　二、神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)

　�。ㄒ�)交感神經(jīng)系統(tǒng)

　　腎交感神經(jīng)興奮通過下列作用影響尿生成：①入球小動脈和出球小動脈收縮，而前者血管收縮比后者更明顯，因此，腎小球毛細血管的血漿流量減少和腎小球毛細血管的血壓下降，腎小球的有效濾過壓下降，腎小球濾過率減少；②刺激近球小體中的顆粒細胞釋放腎素，導致循環(huán)中的血管緊張素Ⅱ和醛固酮含量增加，增加腎小管對NaCI和水的重吸收；③增加近球小管和髓袢皮皮細胞重吸收Na⁺、CI^-和水。微穿刺表明，低頻率低強度電刺激腎交感神經(jīng)，在不改變腎小球濾過率的情況下，可增加近球小管和髓袢對Na⁺、CI^-和水的重吸收。這種作用可被α₁腎上腺素受體拮抗劑所阻斷。這些結(jié)果表明，腎交感神經(jīng)興奮時其末稍釋放去甲腎上腺素。作用于近球小管和髓袢細胞膜上的α₁腎上腺素能受體，增加Na⁺、CI^-和水的重吸收。抑制腎交感神經(jīng)活動則有相反的作用。

　�。ǘ�)抗利尿激素

　　抗利尿激素（antidiuretic hormone,ADH)又稱血管升壓素(vasopressin,AVP)，是由9個氨基酸殘基組成的小肽，它是下丘腦的視上核和室旁核的神經(jīng)元分泌的一種激素。它在細胞體中合成，經(jīng)下丘腦-垂體束被運輸?shù)缴窠?jīng)垂體然后釋放出來。它的作用主要是提高遠曲小管和集合管上皮細胞對水的通透性，從而增加水的重吸收，使尿液濃縮，尿量減少（抗利尿)。此外，抗利尿激素也能增加髓袢升支粗段對NaCI的主動重吸收和內(nèi)髓部集合管對尿素的通透性，從而增加髓質(zhì)組織間液的溶質(zhì)濃度，提高髓質(zhì)組織間液的滲透濃度，有利于尿注濃縮（見尿液濃縮和稀釋)。

　　抗利尿激素與遠曲小管和集合管上皮細胞管周膜上的V₂受體結(jié)合后，激活膜內(nèi)的腺甘酸化酶，使上皮細胞中cAMP的生成增加；cAMP生成增加激活上皮細胞中的蛋白激酶，蛋白激酶的激活，使位于管腔膜附近的含有水通道的小泡鑲嵌在管腔膜上，增加管腔膜上的水通道，從而增加水的通透性。當抗利尿激素缺乏時，管腔膜上的水通道可在細胞膜的衣被凹陷處集中，后者形成吞飲小泡進入胞漿，稱為內(nèi)移(internalization)。因此，管腔膜上的水通道消失，對水就不通透。這咱含水通道的小泡鑲嵌在管腔膜或從管腔膜進入細胞內(nèi)，就可調(diào)節(jié)管腔內(nèi)膜對水的通透性（圖8-19)。基側(cè)膜則對水可自由通過，因此，水通過管腔膜進入細胞后自由通過基側(cè)膜進入毛細血管而被重吸收。

圖8-19 抗利尿激素的作用機制示意圖

　　調(diào)節(jié)抗利尿激素的主要因素是血漿晶體滲透壓和循環(huán)血量、動脈血壓。血漿晶體滲透壓的改變可明顯影響抗利尿激素的分泌。大量發(fā)汗。嚴重嘔吐或腹瀉等情況使機體失水時，血漿晶體滲透壓升高，可引起抗利尿激素分泌增多，使腎對水的重吸收活動明顯增強，導致尿液濃縮和尿量減少。相反，大量飲清水后，尿液被稀釋，尿量增加，從而使機體內(nèi)多余的水排出體外。例如，正常人一次飲用100ml清水后，約過半小時，尿量就開始增加，到第一小時末，尿量可達最高值；隨后尿量減少，2-3小時后尿量恢復到原來水平。如果飲用的是等滲鹽水（0.9NaCI溶液)，則排尿量不出現(xiàn)飲清水后那樣的變化（圖8-20)。這種大量飲用清水后引起尿量增多的現(xiàn)象，稱為水利尿，它是臨床上用來檢測腎稀釋能力的一種常用的試驗。循環(huán)血量的改變，能反射性地影響抗利尿激素的釋放。血量過多時，左心房被擴張，刺激了容量感受器，傳入沖動經(jīng)迷走神經(jīng)傳入中樞，抑制了下丘腦-垂體后葉系統(tǒng)釋放抗利尿激素，從而引起利尿，由于排出了過剩的水分，正常血量因而得到恢復。血量減少時，發(fā)生相反的變化。動脈血壓升高，刺激頸動脈竇壓力感受器，可反射性地抑制抗利尿激素的釋放。此外，心房尿鈉肽可抑制抗利尿激素分泌，血管緊張素Ⅱ則可刺激其分泌。

圖8-20一次飲一升清水（實線)和飲一升等滲鹽水

（0.9NaCI溶液)（虛線)后的利尿率箭頭表示飲水時間

　�。ㄈ�)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)

　　腎素主要是由近球小體中的顆粒細胞分泌的。它是一種蛋白水解酶，能催化血漿中的血管緊張素原使之生成血管緊張素壹I(十肽)。血液和組織中，特別是肺組織中有血管緊張素轉(zhuǎn)換酶，轉(zhuǎn)換酶可使血管緊張素I降解，生成血管緊張素Ⅱ（八肽)。血管緊張素Ⅱ可刺激腎上腺皮質(zhì)球狀帶合成和分泌醛固酮。

　　腎素的分泌受多方面因素的調(diào)節(jié)。目前認為，腎內(nèi)有兩種感受器與腎素分泌的調(diào)節(jié)有關(guān)。一是入球小動脈處的牽張感受器，另一是致密斑感受器。當動脈血壓下降，循環(huán)轎量減少時，腎內(nèi)入球小動脈的壓力也下降，血流量減少，于是對小動脈壁的牽張刺激減弱，這便激活了牽張感受器，腎素釋放量因此而增加；同時，由于入球小動脈的壓力降低和血流量減少，于是激活了致密斑感受器，腎素釋放量也可增加。據(jù)推想，在近球小體的顆粒細胞和致密斑之間有一種特殊的聯(lián)系。當兩者接觸增加時，腎素分泌便減少，而兩者接觸減少時，則腎素分泌增加。入球小動脈的壓力下降，血流量減少時，血管口徑縮小，于是顆粒細胞和致密班的接觸減少，此時腎素分泌增加；當致密斑處Na⁺量和小管液量減少時，腎小管口徑縮小，兩者的接觸減少，腎素分泌增加。但這種推想尚缺乏實驗證據(jù)。此外，顆粒細胞受交感神經(jīng)支配，腎交感神經(jīng)興奮時（如循環(huán)血量減少)能引致腎素的釋放量增加。腎上腺素和去甲腎上腺素也可直接刺激顆粒細胞，促使腎素釋放增加。

　　1.血管緊張素Ⅱ?qū)δ蛏�成的調(diào)節(jié)包括：①刺激醛固酮的合成和分泌；醛固酮可調(diào)節(jié)遠曲小管和集合管上皮細胞的Na⁺和K⁺轉(zhuǎn)運；②可直接刺激近球小管對NaCI的重吸收，使尿中排出的NaCI減少；③刺激垂體后葉釋放抗利尿激素，因而增加遠曲小管和集合管對水的重吸收，使尿量減少。

　　2． 醛固酮對尿生成的調(diào)節(jié)醛固酮是腎上腺皮質(zhì)球狀帶分泌的一種激素。它對腎的作用是促進遠曲小管和集合管的主細胞重吸收Na⁺，同時促進K⁺的排出，所以醛固酮有保Na⁺排K⁺作用。

　　醛固酮進入遠曲小管和集合管的上皮細胞后，與胞漿受體結(jié)合，形成激素-受體復合物；后者通過核膜，與核中的DNA特異性結(jié)合位點相互作用，調(diào)節(jié)特異性mRNA轉(zhuǎn)錄，最后合成多種的醛固酮誘導蛋白（aldosterone-induced protein)。醛固酮誘導蛋白可能是：①管腔膜的Na⁺通道蛋白，從而增加管腔的Na⁺通道數(shù)量；②線粒體中合成的ATP的酶，增加ATP的生成，為上皮細胞活動（Na⁺泵)提供更多的能量；③基側(cè)膜的Na⁺泵，增加Na⁺泵的活性，促進細胞內(nèi)的Na⁺泵回血液和K⁺進入細胞，提高細胞內(nèi)的K⁺濃度，有利于K⁺分泌（圖8-21)；由于Na⁺重吸收增加，造成了小管腔內(nèi)的負電位，有利于K⁺的分泌和CI^-的重吸收。結(jié)果，在醛固酮的作用下，遠曲小管和集合管對Na⁺和集合管對Na⁺的重吸收增強的同時，CI^-和水的重吸收增加，導致細胞外液量增多；K⁺的分泌量增加。

圖8-21 醛固酮作用機制的示意圖

　　醛固酮的分泌除了受血管緊張素調(diào)節(jié)外，血K⁺濃度升高和血Na⁺濃度降低，可直接刺激腎上腺皮質(zhì)球狀帶增加醛固酮的分泌，導致保Na⁺排K⁺，從而維持了血K⁺和血Na⁺濃度的平衡；反之，血K⁺濃度降低，或血Na⁺濃度升高，則醛固酮分泌減少。醛固酮的分泌對血K⁺濃度升高十分敏感，血K⁺僅增加0.5-1.0mmol/L就能引起醛固酮分泌。而血Na⁺濃度必須降低很多才能引起同樣的反應。

　　（四)心房利尿鈉肽

　　心房利尿鈉肽（atrial natriuretic pepitde,ANP)是心房肌合成的激素。循環(huán)中的心房利尿鈉肽是由28個氨基酸殘基組成的。它有明顯的促進NaCI和水的排出作用。其作用機制可能包括：①抑制集合管對NaCI的重吸收。心房利尿鈉肽與集合管上皮細胞基側(cè)膜上的心房利尿鈉肽受體結(jié)合，激活了鳥苷酸化酶，造成細胞內(nèi)cGMP含量增加，后者使管腔膜上的Na⁺通道關(guān)閉，抑制Na⁺重吸收，增加NaCI的排出；②使出球小動脈、尤其是入球小動脈舒張，增加腎血漿流量和腎小球濾過率③抑制腎素的分泌；④抑制醛固酮的分泌；⑤抑制抗利尿激素的分泌。

第六節(jié)　清除率

　　一、清除率的概念和計算方法

　　清除率是一個抽象的概念，它把一腎在一定時間內(nèi)排出的物質(zhì)的量，同當時該物質(zhì)在血漿中濃度聯(lián)系起來，因而能更她地說明腎排出某物質(zhì)的能力。為了講清楚它的涵意，現(xiàn)舉例說明。某甲每分鐘尿量為1ml(V＝1ml/min)，尿中某物質(zhì)的濃度（U)為100mg/100ml，血漿中該物質(zhì)的濃度（P)為1mg/100ml。某乙每分鐘尿量為0.8ml(V＝0.8ml/min)，尿中該物質(zhì)的濃度（U)為50mg/100ml，血漿中該物質(zhì)的濃度（P)為0.32mg/100ml。經(jīng)計算，甲腎的該物質(zhì)排泄量應為U×V＝0.8ml/min×50mg/100ml＝0.4mg/min。從每分鐘該物質(zhì)排泄量的多少來看，甲腎的功能似乎比乙腎好，其實則不然。因為甲血漿中該物質(zhì)的濃度比乙腎血漿中的高三倍多，甲腎清除血漿中該物質(zhì)比較容易，而乙腎則比較困難。所以，從清除血漿中該物質(zhì)的能力業(yè)看，還應該將血漿中濃度（P)這一因素考慮過去。這樣，甲腎將該物質(zhì)從血漿中清除掉的能力為：

　　U×V／P＝[（100mg/100ml)×1ml/min ]／（1mg/100ml)＝100ml/min

　　乙腎為：U×V／P＝[（50mg/100ml)×0.8ml/min ]／（0.32mg/100ml)＝125ml/min

　　由此可見，從腎清除血漿中某物質(zhì)的功能角度來說，乙腎的功能要比甲腎好。

　　清除率（clearance,C)是指腎在單位時間（一般用每分鐘，min)內(nèi)能將多少毫升血漿中所含的某些物質(zhì)完全清除出去，這個被完全清除了某物質(zhì)的血漿毫升數(shù)就長為該物質(zhì)的清除率（ml/min)。其具體計算需要測量三個數(shù)值：U（尿中某物質(zhì)的mg/100ml)，V（每分鐘尿量，ml/min)，P（血漿中某物質(zhì)的濃度，mg/100ml)。因為尿中該物質(zhì)均來自血漿，所以，U×V＝P×C 亦即 C＝U×V/P

　　根據(jù)上式就可計算出各種物質(zhì)的清除率。例如，Na⁺清除率的計算方法如下：測得尿量V為1ml/min，尿Na⁺濃度U為28mmmol/L，血漿Na⁺濃度P為140mmol/L，Na⁺清除率

　　C＝[280mmol/L×1ml/min ]／（140mmol/L)＝2ml/min

　　表示腎每分鐘清除了2ml血漿中所含的所有Na⁺。各種物質(zhì)的清除率并不一樣。例如，葡萄糖的清除率為0，因為尿中不含葡萄糖（U=0mg/100ml)；而尿素則為70ml/min，等等。因此，清除率能夠反映腎對不同物質(zhì)的清除能力。通過它也可了解腎對各種物質(zhì)的排泄功能，所以它是一個較好的腎功能測量方法。

　　這里需要指出，所謂每分鐘被完全清除了某物質(zhì)的血漿毫升數(shù)，僅是一個推算的數(shù)值，實際上，腎并不一定把某1ml血漿中的某物質(zhì)完全清除掉，而可能僅僅清除其中的一部分。但是，腎清除該物質(zhì)的量可以相當于多少毫升血漿中所含的該物質(zhì)的量。所以說，清除率所表示的血漿毫升數(shù)是一個相當量。

　　二、測定清除率的理論意義

　　測定清除率不僅可以了解腎的功能，還可能測定腎小球濾過率、腎血流量和推測腎小管轉(zhuǎn)運功能。

　�。ㄒ�)測定腎小球濾過率

　　腎小球濾守率可通過測定菊粉清除率和內(nèi)生肌酐清除率等方法來測定。

　　1．菊粉清除率 腎每分鐘排出某物質(zhì)的量（U×V)應為涌小球濾過量與腎小管、集合管的重吸收量和分泌量的代數(shù)和。設(shè)腎小球濾過率為F；腎小囊囊腔超濾液中某物質(zhì)（能自由濾過的物質(zhì))的濃度（應與血漿中的濃度一致)為P；重吸收量為R；分泌量為E。則U×V＝F×P-R+E。如果某物質(zhì)可以自由濾過，而且既不被重吸收（R=0)也不被分泌（E=0)，則U×V＝F×P，就可算出腎小球濾過率F。菊粉（inulin，也稱菊糖)是符合這個條件的物質(zhì)，所以它的清除率就是腎小球濾過率。

　　∵　　　　　　U×V＝F×P

　　∴　　　　　　F＝U×V/P＝C

　　前文已提出，腎小球濾過率約為125ml/min。這個數(shù)值就是根據(jù)菊粉的清除率測得的。例如，靜脈滴注一定量的菊粉以保持血漿濃度恒定，然后分別測得每分鐘尿量（V)為1ml/min，尿中菊粉濃度（U)為125mg/100ml，血漿中菊粉濃度（P)為1mg/100ml，菊粉清除率可用下式計算：

　　C＝U×V/P＝[（1ml/min)×（125mg/100ml)]／（1mg/100ml)＝125ml/min

　　所以，腎小球濾過率為125ml/min。

　　2. 內(nèi)生肌酐清除率 由于菊粉清除率試驗操作復雜，臨床上改用較為簡便的內(nèi)生肌酐清除率試驗，也以較準確地測得腎小球濾過率。所謂骨生肌酐，是指體內(nèi)組織代謝所產(chǎn)生的肌酐。試驗前二、三日，被試者禁食肉類，以免從食物中攝入過多的外來肌酐。其它飲食照常，但要避免強烈運動或體力勞動，而只從事一般工作。在這種情況下，受試者血漿中的肌酐濃度（平均在1mg/L左右)以及在一晝夜內(nèi)肌酐的尿中排出總量都比較穩(wěn)定。這樣，在進行肌酐清除率試驗時，就不必另給肌酐溶液，只需從第三天清晨起收集24小時的尿，合并起來計算其尿量，并測定混合尿中的肌酐濃度。抽到少量靜脈血，測定血漿中的肌酐濃度，按下式可算出24小時的肌酐清除率。

　　肌酐清除率＝[尿肌酐濃度（mg/L)×24小時尿量（L)/血漿肌酐濃度（mg/L)]（L/24h)

　　肌酐能自由通過腎小球濾過，在腎小管中很少被重吸收，但有少量是由近曲小管分泌的。給正常人滴注肌酐，使血漿中濃度高達10-100mg/100ml時，近曲小管分泌肌酐的量增多，此時肌酐清除率可大于菊粉清除率，達175mg/ml。內(nèi)生肌酐在血漿中的濃度相當?shù)停▋H0.1mg/100ml)，近曲小管分泌的肌酐量可忽略不計，因此內(nèi)生肌酐清除率與菊粉清除率相近，可以代表腎小球濾過率。然而，由于測定方法（用苦味酸顯色)上的問題，實際測得的數(shù)據(jù)一般偏低。我國成人內(nèi)生肌酐清除率平均為128L/24h。

　�。ǘ�)測定腎血流量

　　如果血漿中某一物質(zhì)，在經(jīng)過腎循環(huán)一周后可以被完全清除（通過濾過和分泌)，亦即在腎動脈中該物質(zhì)有一定濃度，但在腎靜脈中其濃度接近于0，則該物質(zhì)每分鐘的尿中排出量（U×V)，應等于每分鐘通過腎的血漿中所含的量。設(shè)每分鐘通過腎的血漿量為X，血漿中該物質(zhì)濃度為P，即U×V=X×P，則該物質(zhì)的清除率即為每分鐘通過腎的血漿量。

　　U×V=X×P

　　C=U×V/P=X

　　如果在靜脈滴注碘銳特（diodrast)或?qū)Π被�馬尿酸（PAH)的鈉鹽后維持血漿濃度較低時（1-3mg/100ml)，那末當它流經(jīng)腎時，一次就能被腎幾乎全部清除掉，因此，腎靜脈中的濃度將接近于0（實際不是0，因為有部分血流通過腎的非泌尿部分)。因此，用此兩種物質(zhì)測得的清除率平均為660ml/min，這一數(shù)值代表了腎血漿流量。前述濾過分數(shù)就是根據(jù)腎小球濾過率和腎血漿流量來推算的。例如

　　濾過分數(shù)=125/660×100≌19%

　　如果血漿量占全血量的55%，則腎血流量=660/55×100=1200ml/min，約占心輸出量的1/5-1/4。

　　供應腎的血液量應包括供應腎的泌尿部分和非泌尿部分（如腎被膜、腎盂等)，而上述測得的腎血漿流量僅代表供應泌尿部分的數(shù)值，因此應稱為腎有效血漿流量和腎有效血流量。

　　（三)推測腎小管的功能

　　通過腎小管濾過率的測定，以及其他物質(zhì)清除率的測定，可以推測出哪些物質(zhì)能被腎小管重吸收，哪些物質(zhì)能被腎小管分泌。

　　例如，可以自由通過濾過膜的物質(zhì)，如尿素和葡萄糖，它們的清除率均小于125ml/min（腎小球濾過率)，尿素為70ml/min，而葡萄糖為0。這必定是該物質(zhì)濾過之后遭到了重吸收，其清除率才能小于125ml/min。但是，不能由此而推斷說該物質(zhì)不會被分泌，因為只要重吸收量大于分泌量，其清除率仍可小于125ml/min。

　　一種物質(zhì)清除率大于125ml/min（如肌酐的清除率可達175ml/min)，這表明這時腎小管必定能分泌該物質(zhì)，否則基清除率決不可能大于腎小球濾過率。但是，不能由此推斷說該物質(zhì)不會被重吸收，因為只要分泌量大于重吸收量，其清除率仍可大于125ml/min。

　�。ㄋ�)自由水清除率

　　自由水清除率（free water clearance,CH₂o)，是指單位時間內(nèi)必須從尿中除去或加入多少容積的純水（即無溶質(zhì)的水或稱自由水)才能使尿液與血漿等滲，它是定量腎排水能力的指標。例如在水利尿進，血漿滲透濃度（Posm)下降，腎排出大量的低滲尿，尿液滲透濃度（Uosm)小于血獎學金滲透濃度，此時自由水清除率就表示血漿中有一定量的純水被腎排到等滲尿中，才使尿液稀釋和血漿滲透濃度回升。當缺水時，血漿滲透濃度升高，腎排出量少的高滲尿，尿液的滲透濃度大于血漿滲透濃度，此時自由水清除率就表示腎小排出一定量的純水。這部分純水保留在血漿，才使尿液濃縮和血漿滲透濃度回降。值得指出的是，血漿中并無真正的自由水存在，自由水清除率是計算出來的。

　　自由水清除率CH₂O=V-Cosm (1)

　　V為每分鐘尿量，Cosm為滲透物質(zhì)清除率，按下式計算

　　Cosm=Uosm×V/Posm (2),代入（1)式得

　　CH₂O=V-Uosm×V/Posm=V(1-Uosm/Posm)(3)

　　由（3)式可見，在等滲尿時，Uosm=Posm，CH₂O=0，表示無自由水清除。當在缺水時，Uosm為1100mOsm/kgH₂O,尿量V為0.5ml/min，血漿滲透濃度Posm稱升高為308mOsm/kgH₂O，那么Cosm=1100×0.5/308=1.79ml/min。CH₂O=0.5-1.79=-1.29ml/min。自由水清除率為負值，表示腎排出的是濃縮尿、且量少，意味著腎從等滲尿中除去1.29ml/min純水加入到血漿中，才使尿液濃縮和血漿滲透濃度下降。當水利尿時，尿滲透濃度Uosm為27mOsm/kgH₂O，尿量V為20ml/min，血漿滲透濃度Posm為298mOsm/kgH₂O，那么Cosm=27×20/298=1.81ml/min，CH₂O=20-1.81=18.1ml/min，自由水清除率為正值，表示腎排出大量稀釋尿，意味著腎從血漿中除去18.1ml/min純水加入到等滲尿液中，才使尿液稀釋和血漿滲透濃度升高。

第七節(jié)　尿的排放

　　尿的生成是個連續(xù)不斷的過程。持續(xù)不斷進入腎盂的尿液，由于壓力差以及腎盂的收縮而被送入輸尿管。輸尿管中的尿液則通過輸尿管的周期性蠕動而被送入到膀胱。但是，膀胱的排尿（micturition)是間歇地進行的。尿液在膀胱內(nèi)貯存并達到一定量時，才能引起反射性排尿動作，將尿液經(jīng)尿道排放于體外。

　　一、膀胱與尿道的神經(jīng)支配

　　膀胱逼尿肌和內(nèi)括約肌受交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)支配。由2-4骶髓發(fā)出的盆神經(jīng)中含副交感神經(jīng)纖維，它的興奮可使逼尿肌收縮、膀胱內(nèi)括約肌松馳，促進排尿。交感神經(jīng)纖維是由腰髓發(fā)出，經(jīng)腹下神經(jīng)到達膀胱。它的興奮則使逼尿肌松馳、內(nèi)括約肌收縮，阻抑尿的排放。但在排尿活動中交感神經(jīng)的作用比較次要。

　　膀胱外括約肌受陰部神經(jīng)（由骶髓發(fā)出的軀體神經(jīng))支配，它的興奮可使外括約肌收縮。這一作用受意識控制。至于外括約肌的松馳，則是陰部神經(jīng)活動的反射性抑制所造成的。

　　上述三種神經(jīng)也含有傳入纖維。膀胱充脹感覺的傳入纖維在盆神經(jīng)中；傳導膀胱痛覺的纖維在腹下神經(jīng)中；而傳導尿道感覺的傳入纖維在陰部神經(jīng)中（圖8-22)。

圖8-22 膀胱和尿道的神經(jīng)支配

　　二、排尿反射

　　在正常情況下，膀胱逼尿肌在副交感神經(jīng)緊張沖動的影響下，處于輕度收縮狀態(tài)，使膀胱內(nèi)壓經(jīng)常保持在0.98kPa(10cmH₂O)，因為膀胱具有較大的伸展性，導致內(nèi)壓稍升高后可以很快回降。當尿量增加到400-500ml時膀胱內(nèi)壓才超過0.98kPa(10cm H₂O)而明顯升高（圖8-23)。如果膀胱內(nèi)尿量增加到700ml，膀胱內(nèi)壓隨之增加至3.43kPa(35cm H₂O)時，逼尿肌便出現(xiàn)節(jié)律性收縮，排尿欲也明顯增加，但此時還可有意識地控制排尿。當膀胱內(nèi)壓達到6.86kPa(70cm H₂O)以上時，便出現(xiàn)明顯的痛感以致不得不排尿。

圖8-23 人膀胱充盈過程中膀胱容量與壓力的關(guān)系

圖中壓力垂直降低，表示容量恒定時膀胱的適應程度

　　排尿活動是一種反射活動。當膀胱尿量充盈到一定程度時（400-500ml)，膀胱壁的牽張感受器受到刺激而興奮。沖動沿盆神經(jīng)傳入，到達骶髓的排尿反射初級中樞；同時，沖動也到過腦干和大腦皮層的排尿反射高位中樞，并產(chǎn)生排尿欲。排尿反射進行時，沖動沿盆神經(jīng)傳出，引起逼尿肌收縮、內(nèi)括約肌松馳，于是尿液進入后尿道。這時尿液還可以刺激尿道的感受器，沖動沿陰部神經(jīng)再次傳到脊髓排尿中樞，進一步加強其活動，使外括約肌開放，于是尿注被強大的膀胱內(nèi)壓（可高達14.7kPa(150cm H₂O)驅(qū)出。尿液對尿道的刺激可進一步反射性地加強排尿中樞活動。這是一種正反饋，它使排尿反射一再加強，直至尿液排完為止。在排尿末期，由于尿道海綿體肌肉收縮，可將殘留于尿道的尿液排出體外。此外，在排尿時，腹肌和膈肌的強大收縮也產(chǎn)生較高的腹內(nèi)壓，協(xié)助克服排尿的阻力。

　　大腦皮層等排尿反射高位中樞能對脊髓初級中樞施加易化或抑制性影響，以控制排尿反射活動。小兒大腦發(fā)育未臻完善，對初級中樞的控制能力較弱，所以小兒排尿次數(shù)多，且易發(fā)生在夜間遺尿現(xiàn)象。

　　排尿或貯尿任何一方發(fā)生障礙，均可出現(xiàn)排尿異常，臨床上常見的有尿頻，尿潴留和尿失禁。排放次數(shù)過多者稱為尿頻，常常是由于膀胱炎癥或機械性刺激（如膀胱結(jié)石)而引起的。膀胱中尿液充盈過多而不能排出者稱為尿潴留。尿潴留多半是由于腰骶部脊髓損傷使排尿反射初級中樞的活動發(fā)生障礙所致。但尿流受阻也能造成尿潴留。當脊髓受損，以致初級中樞與大腦皮層推動功能聯(lián)系時，排尿便失去了意識控制，可出現(xiàn)尿失禁。