1、生理学精品课程中南大学基础医学院教 案 授课科目：生理学 授课内容：尿的生成和排出 授课对象：五年制临床医学专业 授课时数：6 学时目的要求1、了解肾脏在维持内环境相对恒定中的作用2、掌握尿生成的过程3、掌握泌尿功能的调节授课内容及时间分配（6X50 分钟）1. 肾的功能解剖和肾血流量 （60 分钟）2. 肾小球的滤过功能 （1.560 分钟）3. 肾小管和集合管的转运功能 （1.560 分钟）4. 尿液的浓缩和稀释 （60 分钟）5. 尿生成的调节 （60 分钟）讲授重点1、尿生成的过程2、尿生成的调节讲授难点尿液浓缩与稀释的机制教材生理学(5 版),姚泰主编,人民卫生出版社,2000,北京
2、第八章 尿的生成和排出Formation and Excretion of Urine案例：某女性患者，已婚，34 岁，在进行子宫和附件 B 超时为方便观察，需增加膀胱内的尿量，请问可采 用哪些措施？有何依据?第一节 肾的功能解剖和肾血流量一、 肾的基本功能图 8-1：肾脏通过尿生成维持机体水平衡 二、 结构特征肾脏的结构和功能是密切相关的，故了解其功能之前，必须对它的结构有所认识。图 8-2 肾单位和肾血管示意图三、肾的神经支配图 8-5 肾的神经支配肾交感神经主要从胸 12 至腰 2 脊髓节段发出，其纤维经腹腔神经丛支配肾动脉、肾小管和释放肾素的球旁细胞。肾交感神经末梢释放去甲肾上腺素，调
3、节肾血流量、肾小球滤过率、肾小管的重吸收和肾素释放。四、肾脏血液循环的特征图 8-6 肾脏的血液供应肾动脉由腹主动脉垂直分出（一）肾脏的血液供应特点1、 血流量(blood flow)大 2、 分布不均匀 3、两次毛细血管网 肾小球毛细血管网 压力高，有利于肾小球的滤过。管周围毛细血管网 血压较低，胶体渗透压高，有利于重吸收（二）肾血流量的调节 1、自身调节(autoregulation)去神经离体肾灌注图 8-7 肾血流量和肾小球滤过率的自身调节不依赖肾外神经支配使肾血流量在一定血压变化范围内能保持不变的现象自身调节的机制： 肌源学说 入球小动脉舒缩与跨壁压变化直接相关管-球反馈(tubul
4、ogomerular feedback)图 8-8 管球反馈示意图生理意义：使肾血流量与泌尿机能相适应，使 GFR 不会因血压波动而改变，有利于维持肾小球滤过率的相对稳定。2、神经和体液调节肾交感神经兴奋时,肾血管收缩,肾血流量减少;肾交感神经活动减弱时,肾血管舒张,肾血流量增加。肾上腺素、去甲肾上腺素、血管紧张素 II、血管升压素也能引起血管收缩，前列腺素、乙酰胆碱、心房利尿钠肽则可舒张肾血管。一般情况下，肾主要依靠自身调节来维持血流量相对稳定，以保证泌尿功能的正常进行，在异常情况下，如大失血、中毒性休克、缺 O2 等机体处于应急状态时，通过交感神经和一些体液因素的调节使肾血流量减少，这对维
5、持脑、心等重要器官的血液供应有重要意义。尿生成过程尿生成的过程是在肾单位和集合管中进行，包括三个环节，肾小球的滤过作用、肾小管集合管的重吸收及其分泌。图 8-9 尿生成过程示意图第二节 肾小球的滤过功能滤过（filtation）的涵义：压差驱动的液体穿膜运动（cf：滤过-压差 扩散-浓差）原尿是血浆的超滤液（不仅滤除血细胞，血浆中大分子蛋白质亦被滤除） 。临床病例：急性肾小球肾炎，蛋白尿、血尿、少（无）尿 为什么？一、衡量肾小球滤过能力的指标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。GFR 与体表面积有关。衡量肾功
6、能指标。S=1.73m2 的正常成年人 , GFR=125ml/min 一昼夜滤出的原尿量=125ml/min 60min24=180L2、滤过分数（filtration fraction ,FF）肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数。FF=GFR/RPF=125/660100%=19% （RPF: 肾血浆流量为 660ml/min）流经肾的血浆约有 1/5 由肾小球滤出到囊腔中变为原尿。二、决定和影响滤过的因素1、滤过膜（filtration menbrance）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。由三层结构组成：肾小球毛细血管内皮细胞、基膜、肾小囊的脏层上皮细
7、胞图 8-10 滤过膜示意图通透性 图 8-11 不同的有效半径和带不同电荷对右旋糖酐滤过能力的作用。 滤过能力的值为 1.0 表示自由滤过 0 则不能滤过图 8-12 有效滤过压示意图图 8-13 肾血流量对 GFR 的影响近球小管 是大部分物质的主要重吸收部位，滤过液中的约 67% Na+、Cl-、K+和水再这里被重吸收，还有 85%的 HCO3-以及全部的葡萄糖、氨基酸都在此被重吸收。1、Na+和 Cl- 原尿中的 Na+和 Cl-在流经肾小管、集合管时被重吸收 99%以上。其中近球小管约重吸收 65-70%。近球小管前半段 主动过程 泵-漏模式（pump-leak model ）图 8
8、-15 Na+的主动重吸收泵-漏模式Na+在跨管腔膜转运时，并不是单独转运，它都是与其它物质通过同一个蛋白载体同时转运的。同向转运（symporter） ，逆向转运（antiporter） ，近球小管后半段 细胞旁路 被动重吸收跨上皮细胞 主动重吸收在近球小管 Cl-的重吸收伴随 Na+的主动重吸收而被动重吸收。2、水水的重吸收是在渗透压差作用下而被动吸收。等渗重吸收（isosmotic reabsorption） 。与体水是否缺乏无关。3、HCO3- 图 8-16 近端小管重吸收 HCO3-的细胞机制HCO3-是以 CO2 形式重吸收要有 H+分泌（肾小管各段均可泌 H+， Na+- H+交
9、换） 。用乙酰唑胺抑制碳酸酐酶尿量 4、K+ 绝大部分的 K+在近球小管被重吸收。近球小管 K+的重吸收是逆浓度差和电位差而进行的主动重吸收，具体机制不清。终尿中的 K+主要来自远曲小管和集合管的分泌。5、葡萄糖 葡萄糖重吸收的部位仅限于近球小管。葡萄糖的重吸收是借助于 Na+的主动重吸收而被继发性主动转运（ secondary active transport）的。图 8-17 在近球小管葡萄糖和钠耦联重吸收肾小管对葡萄糖的重吸收有一定限度 图 8-18 人体肾小管对葡萄糖的重吸收率与血浆葡萄糖浓度的关系图 8-19 髓袢升支粗段继发性主动重吸收 Na+、K+和 Cl-的示意图通过钠泵活动，
10、继发性主动重吸收 2Cl-，同时伴随 2Na+重吸收，其中 1Na+主动、1Na+ 经细胞旁路被动重吸收，为Na+重吸收节约 50%能量。速尿和利尿酸能抑制 1Na+:2Cl-:1K+同向转运体的功能，使 NaCl 的重吸收减少。远曲小管和集合管1、 Na+、Cl-：仍然是继发性主动转运。 （此时无回漏，电化学梯度更大）远曲小管前段：Na+是与 Cl-同向转运进入细胞，然后由钠泵泵出细胞而主动重吸收回血。Na+-Cl-转运体对噻嗪类利尿剂敏感，被抑制后，产生 NaCl 重吸收障碍，导致水的重吸收相应减少，尿量增多。远曲小管后段与集合管：Na+ 不与其它物质耦联，通过管腔膜上的 Na+通道进入细
11、胞，然后再由 Na+泵泵至组织间液被重吸收。2、 水受抗利尿激素的调控,依赖于 ADH 的存在。与机体是否缺水有关。当机体缺水而抗利尿激素分泌增多时,集合管对水的通透性增高,水的重吸收增多。反之,当体内水分过多时,由于抗利尿激素的释放减少而降低远曲小管、集合管对水的重吸收。称调节性重吸收（regulatory reabsorption） 。二、肾小管和集合管的分泌（secretion）1、泌 H+ 肾小管和集合管上皮细胞均可分泌 H+，其中近球小管分泌量最大。近球小管：H+-Na+交换（H+-Na+ interchange）远曲小管、集合管：H+泵意义：排酸保碱 维持机体酸碱平衡2、泌 NH3
12、一般发生在远曲小管、集合管。上皮细胞代谢产生的 NH360%由谷氨酰胺脱氨而来。图 8-20 肾小管上皮细胞生成和分泌 NH3 示意图NH3 的分泌不仅促进 H+的分泌而排酸,也能增加 NaHCO3 的重吸收。正常情况下 NH3 的分泌主要在远曲小管和集合管,但在酸中毒时 NH3 的分泌增加,近球小管也可分泌 NH3。3、泌 K+终尿中的 K+ 主要由远曲小管和集合管主细胞分泌,K+ 的分泌与 Na+的主动重吸收密切相关。K+-Na+交换（K+-Na+ interchange）图 8-21 主细胞重吸收 Na+、分泌 K+示意图K+-Na+交换与 H+-Na+交换具有相互竞争现象 4、其他物质
13、代谢产物如肌酐、对氨基马尿酸，能滤过，又能由肾小管排泄进入体内物质如青霉素、酚红等由近球小管主动排泄肾小球滤过生成的原尿，通过肾小管和集合管的重吸收和分泌处理后，就成为终尿并排出体外。第四节 尿液的浓缩和稀释 (Concentration and Dilution of urine)现象：夏天 出汗尿浓、色深，少冬天 喝水尿稀、色浅，多 在生理学中，尿液的浓缩与稀释是根据尿的渗透浓度（osmolality）与血浆渗透压相比较而确定的。高渗尿，浓缩。低渗尿，稀释。尿液的渗透压与血浆渗透压相等或相近，称为等渗尿（isotonic urine） 。如果无论机体缺水或水过剩，长时间排出等渗尿，表明肾脏
14、的浓缩和稀释功能严重减退。一、 尿浓缩和稀释的机制比较解剖学：并不是所有动物的肾脏都有浓缩尿的能力。肾脏浓缩尿的能力是具有髓质结构的哺乳动物和某些鸟类所特有的。髓质内层愈发达、髓袢越长者，浓缩尿的能力越强。eg：沙鼠髓袢特别长20 倍血浆渗透浓度的高渗尿猪 -髓袢短 -1.5 倍人 -中等长度 -最多 4-5 倍冰点降低法测定大鼠肾脏组织切片的渗透浓度，观察到髓质部组织液与血浆的渗透浓度之比，从外髓部向乳头部依次递增，分别为 2.0、3.0、4.0。具有明显的渗透浓度梯度。 图 8-22 肾髓质渗透梯度示意图线条越密，表示渗透浓度越高1、髓质的高渗和渗透浓度梯度是怎样形成的？2、髓质的渗透梯度
15、对尿液的浓缩与稀释起何作用？或者说尿液的浓缩与稀释是怎样控制的？3、髓质的高渗状态是如何维持的？ 髓质渗透梯度形成机制1、逆流倍增 counter-current multiplication横向梯度小变化纵向梯度成倍变化图 8-23 逆流倍增作用模型 甲管内液体向下流乙管内液体向上流 丙管内液体向下流 M1 膜能将液体中 Na+由乙管泵入甲管，且对水不易通透，M2 膜对水易通透2.形成过程 图 8-24 尿浓缩机制示意图 图 8-25 ADH 存在与否对尿浓缩的影响肾髓质高渗梯度的保持1、 逆流交换系统 从热源带走热量少2、 直小血管的作用：只带走少量溶质和多余的水，维持高渗梯度 图 8-2
16、6 直小血管的逆流交换作用对髓质渗透梯度的维持二、影响尿浓缩和稀释的因素肾脏能否最大限度地排出浓缩尿或稀释尿，主要有赖于髓袢、集合管和直小血管等结构与功能的正常。1.髓袢的结构与机能 髓袢结构与机能的完整性是保持肾对尿液浓缩功能的重要条件。2.尿素浓度 尿素为蛋白质代谢的产物，是形成内髓部高渗的重要因素。3.直小血管的血流 髓质血流的低容量和低速度在有效的逆流扩散交换过程中是重要的因素。4.集合管对水的通透性 取决于血浆 ADH “尿崩症“ 综上所述，尿液浓缩机制以 NaCl 在髓袢升支粗段的主动重吸收为起点，以肾小管各段对水、溶质通透性不同的特点为基础，通过逆流倍增机制使髓质建立高渗梯度，尿
17、素再循环则使渗透梯度加强。直小血管的作用使该梯度得以维持。在 ADH 的作用下，大量水分进入肾脏间质，而后被直小血管等重吸收，尿液得以浓缩。在这整个过程中，任何一个环节出了问题，都将影响到尿浓缩的程度。第五节 尿生成的调节一、 肾内自身调节小管液中溶质浓度 小管液中溶质所形成的渗透压是对抗肾小管重吸收水分的力量。如果小管液溶质浓度增高,渗透压升高，可妨碍水的重吸收（尤近球小管）而使尿量增多。糖尿病患者由于血糖升高超过肾糖阈值,肾小管不能全部将其吸收,造成肾小管液中葡萄糖的浓度过高而导致尿量明显增多。临床上，脑水肿，iv 甘露醇（可滤过，不重吸收）增加小管液溶质浓度,增加尿量。由小管液中溶质浓度
18、增高所引起的尿量增多现象称为渗透性利尿（osmotic diuresis） 。球-管平衡（glomerulotubular balance）、定义：无论肾小球滤过率增多或减少, 近球小管是定比重吸收（constant fraction reabsorption）的，即近球小管对滤液的重吸收率始终占肾小球滤过率的 6570%,这一现象称球-管平衡。2、生理意义：使尿中排出的溶质和不致因肾小球滤过率的变化而大幅度增减。 3、机制：与管周 cap 压、血浆胶渗压改变有关二、神经-体液因素交感神经系统 NE1、 收缩肾 A，入球 A出球 A，GFR ；2、 刺激颗粒细胞，肾素释放增加，促进循环中血管紧
19、张素 II 和醛固酮含量增加，引起 Na+、水重吸收增加；3、 直接作用于肾小管，增加近球小管和髓袢对 Na+、水的重吸收抗利尿激素（antidiuretic hormone, ADH）抗利尿激素也称血管升压素，由下丘脑视上核和室旁核神经元合成，沿下丘脑-垂体束运送到神经垂体贮存，并由此释放入血。图 8-27 抗利尿激素的作用示意图1、作用：作用于血管平滑肌 V1 受体血管收缩 血管升压素 （arginine vasopressin,AVP）集合管对水的通透性水重吸收、尿量ADH 与上皮细胞管周膜 V2 受体结合激活腺苷酸环化酶cAMP-PK 系统蛋白磷酸化水通道（aquaporin AQP）
20、装配到膜上，提高对水的通透性。 （基侧膜对水自由通透）促进内髓部集合管对尿素的通透；促进髓袢升支粗段对 NaCl 主动重吸收2、影响因素血浆晶体渗透压 下丘脑视上核及其附近存在对血浆晶体渗透压改变十分敏感的渗透压感受器（osmoreceptor） 。图 8-28 晶体渗透压和细胞外液容量对 ADH 释放的影响当机体大量出汗、严重呕吐或腹泻则导致失水时，机体血浆晶体渗透压升高，对渗透压感受器刺激增强，则 ADH 合成、释放增多，结果尿液浓缩、尿量减少，有利于纠正失水造成的血浆晶体渗透压升高。反之大量饮入清水，血浆晶体渗透压降低，则 ADH 合成释放减少，尿量增多。这种由大量饮入清水引起尿量增多的
21、现象称为水利尿(water diuresis)。水利尿是由于大量水的摄入引起血浆晶体渗透压降低，使 ADH 合成和释放减少的缘故。 图 8-29 一次饮一升清水（实线）饮一升等渗盐水（虚线）后的排尿率箭头表示饮水时间循环血容量 、动脉血压位于左心房和胸腔大静脉的容量感受器(volume receptor)可感受循环血量的刺激，反射性地调节 ADH 的释放。当循环血量增多时，容量感受器沿迷走神经的传入冲动增加，导致 ADH 释放量减少，尿量增加，使循环血量回降。反之，循环血量减少时，ADH 释放增多。尿量减少有利于循环血量的恢复。但左心房的容量感受器的感性低于下丘脑渗透压感受器，血量需降低 5%
22、10%以上才能刺激 ADH 的释放增多。此外，动脉血压增高，可通过压力感受器反射性地抑制 ADH 的释放。图 8-30 渗透压和血容量、血压对 ADH 释放影响大小的比较其他：心房利尿钠肽（-）ADH AT （+）ADH痛刺激、情绪紧张ADH 弱冷刺激ADH下丘脑-神经垂体病变 ADH尿量（10L/ 日）尿崩症（cf：肾源性尿崩）肾素-血管肾张素-醛固酮系统1、肾素分泌的调节 图 8-31 影响肾素分泌的因素中英文对照aldosterone 醛固酮aldosterone-induced protein 醛固酮诱导蛋白angiotensin 血管紧张素antidiuretic hormone,
23、ADH 抗利尿激素antiporter 逆向转运aquaporin AQP 水通道arginine vasopressin,AVP 血管升压素atrial natriuretic peptide ANP 心房利尿钠肽autotrgulation 自身调节blood flow 血流量collection duct 集合管constant fraction reabsorption 定比重吸收counter-current multiplication 逆流倍增effective filtration pressure 有效滤过压extraglomerular mesangial cells 球外
24、系膜细胞filtation 滤过 filtration equilibrium 滤过平衡filtration fraction FF 滤过分数filtration menbrance 滤过膜glomerular filtration rate GFR 肾小球滤过率glomerulotubular balance 球-管平衡H+-Na+ interchange H+-Na+交换isotonic reabsorption 等渗重吸收isotonic urine 等渗尿juxtaglomerular apparatus 球旁器juxtaglomerular cells 球旁细胞K+-Na+ inte
25、rchange K+-Na+交换pump-leak model 泵- 漏模式macula densa 致密斑nephron 肾单位osmolality 渗透浓度osmoreceptor 渗透压感受器osmotic diuresis 渗透性利尿reabsorption 重吸收regulatory reabsorption 调节性重吸收renal glucose threshold 肾糖阈renal plasma flow 肾血浆流量rennin 肾素secondary active transport 继发性主动转运secretion 分泌symporter 同向转运transport maxi
26、mum Tm 吸收极限量tubulogomerular feedback 管-球反馈urea 尿素volume receptor 容量感受器water diuresis 水利尿 思考题1、 为什么说肾脏在脱水的临床表现中具有十分重要的作用？2、 肾脏在酸碱中毒时起什么作用？3、 肾血流量及肾小球滤过率的改变对尿的浓缩和稀释有何影响？4、静脉分别注射大剂量和小剂量的肾上腺素和去甲肾上腺素，尿量有何变化，为什么？参考文献1、Guyton,A.C Textbook of Medical Physiology. W.B. Saunders Company,Philaphia,1991; 8th ed:
27、308-343 。2. William F.Ganong . Review of Medical Physiology(20th), United States of American,McGram-Hill（美国）,2001.3、Lingappa VR and Farey K. Physiological medicine,A clinical approach to basic medical physiology. McGram-Hill（美国）,2001.4. 何小瑞，姚泰. 管球反馈对肾小球血流动力学的影响及其机制. 生理学进展，1991；22：216-2205. 陈香美. 当前肾脏病的研究热点. 中华内科杂志，2002；2
