動(dòng)物生理學(xué)腎與排泄

動(dòng)物生理學(xué)腎與排泄第1頁/共23頁第二節(jié)腎的結(jié)構(gòu)與功能

一、腎的結(jié)構(gòu)

（圖）近曲小管髓袢遠(yuǎn)曲小管髓袢降枝粗段髓袢細(xì)段髓袢升枝粗段近球小管遠(yuǎn)球小管腎小管腎單位腎小體腎小球腎小囊1、腎單位（nephron）第2頁/共23頁2、皮質(zhì)腎單位、近髓腎單位3、近球小體：由近球細(xì)胞、系膜細(xì)胞和致密斑組成。（圖）皮質(zhì)腎單位：腎小球位于皮質(zhì)外2/3處，體積較小，髓袢短。占腎單位總數(shù)85~90%；近髓腎單位：腎小球位于腎皮質(zhì)深部，髓袢很長，可達(dá)內(nèi)髓。占總數(shù)10%~15%近球細(xì)胞位于入球小動(dòng)脈的血管壁內(nèi)，內(nèi)含腎素分泌顆粒。致密斑位于遠(yuǎn)曲小管的起始部分。遠(yuǎn)曲小管近血管極處一側(cè)的上皮成橢圓形隆起，變高變窄，排列緊密。致密斑感受小管液中的Na+的變化，并將信息傳至近球細(xì)胞，調(diào)節(jié)腎素的釋放。（圖）第3頁/共23頁4、腎的血液供應(yīng)

（圖）腎的血液供應(yīng)非常豐富，兩個(gè)腎的血流量為心輸出量的22%腎血流量的自身調(diào)節(jié)：在體內(nèi)平均動(dòng)脈壓在80-180mmHg范圍變動(dòng)時(shí)，腎血流量基本穩(wěn)定不變。

（圖）腎臟小動(dòng)脈血管平滑肌的肌源機(jī)制：當(dāng)動(dòng)脈壓降低時(shí)，腎臟入球小動(dòng)脈血管平滑肌所受的牽張減低，平滑肌就舒張，從而入球小動(dòng)脈的阻力降低。

腎小球毛細(xì)血管（第一次毛細(xì)血管網(wǎng)）、管周毛細(xì)血管（第二次毛細(xì)血管網(wǎng)）直小血管第4頁/共23頁腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)內(nèi)血漿成分向腎小囊腔濾過—尿生成第一步囊內(nèi)液就是血漿的超濾液，實(shí)際上是去蛋白質(zhì)的血漿。（圖）影響濾過的因素1、腎小球?yàn)V過作用的動(dòng)力有效濾過壓=腎小球毛細(xì)血管壓—（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓）腎小球毛細(xì)血管血壓平均為45mmHg，囊內(nèi)壓約10mmHg，血漿膠體滲透壓：在入球小動(dòng)脈處（20mmHg）出球小動(dòng)脈處（35mmHg）（圖）濾過平衡:有效濾過壓下降到0時(shí)，就達(dá)到濾過平衡。二、腎小球的濾過機(jī)能第5頁/共23頁2、濾過膜濾過膜有三層組成：（圖）①內(nèi)層由毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞組成。小孔50–100nm。僅防血細(xì)胞通過。3、腎小球?yàn)V過率：單位時(shí)間內(nèi)兩腎生成的超濾液量

125ml/min，180L/day

每天排出終尿1.5L②中間層是非細(xì)胞性的基膜，為水合凝膠構(gòu)成的微纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)孔4-8nm。為濾過膜的主要屏障。③外層由腎小囊的上皮細(xì)胞組成。4–14nm小孔。

濾過膜各層有許多帶負(fù)電的糖蛋白，可排斥帶負(fù)電的血漿蛋白，阻止其濾過。第6頁/共23頁三、腎小管與集合管的重吸收功能重吸收：指物質(zhì)從腎小管液中轉(zhuǎn)運(yùn)至血液。1、近球小管腎小球?yàn)V過液流經(jīng)近球小管后，濾過液中近67%的Na+、Cl-、K+和水被重吸收；

85%的HCO3-被重吸收；葡萄糖、氨基酸全部被重吸收；

H+被分泌到腎小管中。腎小管上皮細(xì)胞粘膜側(cè)由許多微絨毛形成刷狀緣；漿膜側(cè)存在鈉鉀泵，胞內(nèi)有大量線粒體。Fig10-10在近曲小管末端，濾液縮減到原體積的1/4。第7頁/共23頁2）HCO3-

的重吸收與H+的分泌3）鉀離子的主動(dòng)重吸收小管液中K+濃度4mM，上皮細(xì)胞內(nèi)K+濃度150mM。4）葡萄糖與氨基酸的重吸收次級(jí)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)5）水的重吸收水的重吸收是被動(dòng)的，是靠滲透作用而進(jìn)行的。近年來發(fā)現(xiàn)在近球小管上皮細(xì)胞的頂膜和基側(cè)膜有大量水通道（aquaporin，AQP1），對(duì)水的重吸收起重要作用。

腎小管上皮細(xì)胞分泌1H+就可使1HCO3-

和1Na+重吸收回血。

腎小管重吸收HCO3-

是以CO2的形式。（詳見后）第8頁/共23頁降支細(xì)段：對(duì)尿素和Na+、Cl-等溶質(zhì)的通透性很低，但對(duì)水高度通透。升支細(xì)段：對(duì)Na+、Cl-通透性很高，對(duì)尿素具中等通透性，對(duì)水不通透。升支粗段：將Na+、Cl-和K+從管腔重吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞間隙，但對(duì)水通透性很低。

1Na+-2Cl--1K+的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體，Na+順濃度梯度擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞釋放勢能驅(qū)動(dòng)Cl-和K+逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞。（圖）大約有25%濾過的Na+、Cl-和K+是在升支粗段被重吸收。

升支粗段具有很厚的上皮細(xì)胞，細(xì)胞基底側(cè)膜（漿膜）上含有豐富的鈉鉀泵。

髓袢降支細(xì)段和升支細(xì)段都由很簿的扁平上皮細(xì)胞構(gòu)成，無刷狀緣，少線粒體，代謝水平低。2、髓袢降支細(xì)段和髓袢升支第9頁/共23頁3、遠(yuǎn)曲小管

將K+、H+和氨轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)管內(nèi)，而將Na+、Cl-和HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)出腎單位。鹽類的轉(zhuǎn)運(yùn)在激素（醛固酮）的控制下進(jìn)行。4、集合管從管內(nèi)的低滲溶液中重吸收水，形成高滲的尿。重吸收水受抗利尿激素（ADH）的調(diào)節(jié)。

集合管上皮細(xì)胞的管腔側(cè)胞漿的囊泡內(nèi)有水孔蛋白AQP-2，而在基底側(cè)膜有AQP-3和AQP-4。AQP-2是ADH誘導(dǎo)的水通道，ADH可使這些囊泡插入上皮細(xì)胞的頂端膜，形成跨膜水通道。如果再撤除ADH，則頂端膜上的AQP-2囊泡又可以通過入胞的方式進(jìn)入胞漿，頂端膜對(duì)水的通透性就明顯降低。進(jìn)入集合管上皮細(xì)胞的水，可通過基底側(cè)膜上的AQP-3和AQP-4進(jìn)入細(xì)胞間隙而被毛細(xì)血管吸收。

集合管還重吸收Na+

，分泌K+、H+和氨。第10頁/共23頁

NaCl尿素水備注

髓袢降支細(xì)段不易通透不易通透高度通透

升支細(xì)段高度通透中等通透不通透

升支粗段高度主動(dòng)吸收不通透不通透

遠(yuǎn)曲小管主動(dòng)吸收不通透不通透有ADH時(shí)水易通透

集合管皮質(zhì)部主動(dòng)吸收不通透不通透有ADH時(shí)水易通透髓質(zhì)部主動(dòng)吸收易通透不易通透有ADH時(shí)水易通透，并增加尿素通透

髓袢、遠(yuǎn)曲小管和集合管各段對(duì)溶質(zhì)和水的轉(zhuǎn)運(yùn)和通透性

第11頁/共23頁四、腎小管與集合管的分泌

分泌：指上皮細(xì)胞將本身產(chǎn)生的物質(zhì)或血液中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至小管腔內(nèi)。1、K+的分泌

K+-Na+交換

（Fig）2、H+的分泌與的HCO3-重吸收（Fig.）腎小管細(xì)胞面向管腔的膜上有Na+-H+協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。H+由細(xì)胞內(nèi)分泌到小管液中。Na+進(jìn)入細(xì)胞后被鈉鉀泵泵到間隙。

腎小管重吸收HCO3-是以CO2的形式，而不是直接以HCO3-的形式進(jìn)行。H+被分泌進(jìn)入管腔即與HCO3-形成H2CO3，再分解成CO2和H2O。CO2擴(kuò)散進(jìn)入腎小管細(xì)胞，在碳酸酐酶的作用下，與水結(jié)合成碳酸，再離解成H+與HCO3-

，HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞間隙，再進(jìn)入血液。第12頁/共23頁3、NH3的分泌代謝過程中生成的氨（NH3）主要由谷氨酰胺（glutamine）脫氨而來。進(jìn)入小管液的NH3與H+結(jié)合生成銨離子（NH4+）,進(jìn)一步與強(qiáng)酸鹽的負(fù)離子結(jié)合，生成酸性銨鹽隨尿排出。4、其他物質(zhì)的分泌近球小管是分泌有機(jī)酸和堿，如膽鹽、草酸鹽、尿酸鹽和兒茶酚胺的重要部位。體內(nèi)代謝的終末產(chǎn)物，以及有害的毒素和某些藥物，在近球小管被分泌到小管液中，由尿排出。藥物及毒物的分泌體內(nèi)水溶性的藥物及毒物主要從腎臟排出體外。脂溶性的藥物及毒物必須在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)才能排出體外。脂溶性的藥物及毒物在肝內(nèi)經(jīng)過氧化、還原或水解，再與葡萄糖醛酸、甘氨酸或硫酸鹽結(jié)合（肝修飾），消除其毒性并增加水溶性。這些物質(zhì)大部分從膽小管排出，也有一部分從腎臟排出。第13頁/共23頁第四節(jié)尿滲透壓的調(diào)節(jié)一、尿濃縮的機(jī)制尿的濃縮是由于小管液中的水被重吸收而溶質(zhì)仍留在小管液中而造成的。水重吸收的動(dòng)力來自腎髓質(zhì)滲透壓梯度的建立，即腎髓質(zhì)滲透壓由外向內(nèi)逐步升高。

1.0、2.0、3.0、4.0（圖）髓袢是形成滲透壓梯度的重要結(jié)構(gòu)。髓袢愈長，濃縮能力就愈強(qiáng)。

1.02.03.04.0[最后一張?zhí)崆癩ADH與受體結(jié)合，激活膜內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞中cAMP增加，進(jìn)而引起管腔膜中蛋白激酶激活，使膜蛋白磷酸化而改變膜蛋白的構(gòu)型，結(jié)果導(dǎo)致水通道開放，提高了管腔膜對(duì)水的通透性。第14頁/共23頁

原因：腎小管各段對(duì)水和溶質(zhì)的通透性不同和逆流倍增現(xiàn)象。什么是逆流倍增現(xiàn)象？圖10-12指由于逆流交換而形成頂端和底端較大濃度梯度的現(xiàn)象。髓質(zhì)滲透壓梯度是如何形成的？（一）髓質(zhì)滲透壓梯度形成1、髓袢的U形結(jié)構(gòu)造成降支與升支內(nèi)液體的流動(dòng)方向相反。2、髓質(zhì)外層：由于髓袢升支粗段對(duì)NaCl主動(dòng)重吸收，而對(duì)水不通透所形成第15頁/共23頁3.髓質(zhì)內(nèi)層滲透梯度的形成與尿素再循環(huán)和NaCl重吸收有關(guān)

(Fig)①遠(yuǎn)曲小管及皮質(zhì)部和髓質(zhì)外層的集合管對(duì)尿素不通透，而在抗利尿激素的作用下管內(nèi)的水被重吸收，造成遠(yuǎn)曲小管流到集合管的液體中尿素的濃度越來越高。②髓質(zhì)內(nèi)層集合管對(duì)尿素的通透性較大。尿素順著濃度梯度擴(kuò)散到髓質(zhì)內(nèi)層，使髓質(zhì)內(nèi)層滲透壓升高。③由于髓質(zhì)內(nèi)層高滲透壓，髓袢降支細(xì)段中水向外滲透，而使降支內(nèi)液越向髓袢頂部方向流動(dòng)，NaCl濃度越高。由于升支細(xì)段對(duì)NaCl通透而對(duì)水不通透，使NaCl順濃度梯度向管外組織間隙擴(kuò)散。當(dāng)液體進(jìn)入升支粗段，升支粗段管壁細(xì)胞主動(dòng)重吸收NaCl并轉(zhuǎn)運(yùn)到管外組織間隙，使管內(nèi)NaCl的濃度進(jìn)一步降低。從而形成髓質(zhì)內(nèi)層的滲透壓梯度。④由于升支細(xì)段對(duì)尿素具有中等的通透性，形成尿素的再循環(huán)。第16頁/共23頁逆流倍增學(xué)說要點(diǎn):1、腎小管和集合管對(duì)水和各種溶質(zhì)的通透性和吸收能力是不同的,造成髓質(zhì)高滲狀態(tài)。尿素和NaCl是建立髓質(zhì)滲透梯度的主要溶質(zhì)。2、血流經(jīng)“U”形直小血管將水分及溶質(zhì)運(yùn)走時(shí)，由于逆流交換使髓質(zhì)的高滲狀態(tài)不被破壞。3、由于髓袢升支對(duì)水相對(duì)不通透，而對(duì)Na+易通透或能主動(dòng)吸收Na+

，故小管液到遠(yuǎn)曲小管時(shí)一定是低滲。（圖）4、集合管對(duì)水的通透受抗利尿激素（ADH）的調(diào)節(jié)抗利尿激素多——尿濃縮；ADH少——尿稀釋第17頁/共23頁（二）、滲透壓梯度與尿濃縮和稀釋的關(guān)系高滲尿：當(dāng)機(jī)體缺水、缺鹽時(shí)，垂體釋放的抗利尿激素增多，集合管對(duì)水通透性增大，從升支粗段來的低滲小管液逐漸變等滲，再經(jīng)集合管時(shí)，由于髓質(zhì)間隙液高滲，水滲透出集合管形成濃縮尿。稀釋尿：抗利尿激素減少，遠(yuǎn)曲小管和集合管對(duì)水通透性降低，而對(duì)鈉仍保持主動(dòng)重吸收，所以低滲小管液流經(jīng)集合管時(shí)，鈉被吸收，很少被濃縮，甚至進(jìn)一步稀釋，形成稀釋尿。第18頁/共23頁尿液的生成與濃縮過程（圖）1.尿的生成是從血液在腎小球過濾開始。在近曲小管，小管液被濃縮，幾乎全部營養(yǎng)物質(zhì)、75%的鹽以及相應(yīng)的水被重吸收，留下尿素和一些其他物質(zhì)。從近曲小管進(jìn)入髓袢降支細(xì)段的液體是和血漿等滲的，滲透壓保持在300mOsm/L（毫滲/升）左右。2.小管液進(jìn)入髓袢降支流到深部高滲髓質(zhì)時(shí)，水被重吸收，而溶質(zhì)很少通透，滲透壓快速提高，到了髓袢頂端時(shí)小管液與周圍間隙液的滲透壓相等，可達(dá)1200mOsm/L。3.當(dāng)小管液向上流到髓袢升支時(shí)，NaCl被動(dòng)重吸收，而尿素被動(dòng)地?cái)U(kuò)散進(jìn)入小管液，但容量不變。由于NaCl離開升支細(xì)段比尿素進(jìn)入管腔多，故小管液產(chǎn)生稀釋。4.髓袢升支粗段對(duì)水和尿素不通透，但能主動(dòng)地重吸收NaCl，從而使小管液更加稀釋。離開升支粗段的小管液為低滲，約100mOsm/L.5.集合管在ADH存在時(shí)對(duì)水通透性很高，而由于髓質(zhì)間隙的高滲透壓，小管液沿集合管下行到髓質(zhì)時(shí)，小管液的水?dāng)U散出管腔，管內(nèi)液體滲透壓越來越高，尿液被濃縮，形成高滲尿。第19頁/共23頁血漿滲透壓↑下丘腦中的滲透壓敏感神經(jīng)元釋放抗利尿激素集合管對(duì)水重吸收↑血液中水增加血漿滲透壓降低

（Fig）、（Fig）二、腎小管活動(dòng)的調(diào)節(jié)（二）、腎小球?yàn)V過率的控制腎的自身調(diào)節(jié)：腎動(dòng)脈壓在70-190mmHg之間變動(dòng)時(shí)，腎血流量保持穩(wěn)定。（一）、抗利尿激素ADH（血管升壓素VP）的作用水利尿：大量飲用清水后引起尿量增多的現(xiàn)象。（圖）第20頁/共23頁（三）、腎小管鈉離子重吸收