腎為實(shí)質(zhì)器官。外層為皮質(zhì),內(nèi)層為髓質(zhì)。髓質(zhì)由腎錐體組成,開口于腎www.med126.com小盞,腎小盞合成腎盂,腎盂向下逐漸縮小續(xù)于輸尿管。
腎單位(nephron)是腎臟結(jié)構(gòu)和功能的基本單位,它與集合管共同完成泌尿功能。人的兩側(cè)約有170萬-240萬個腎單位,每個腎單位由腎小體和腎小管組成。腎小管中的遠(yuǎn)曲小管和集合管相連,集合管不包括在腎單位內(nèi),但在尿液濃縮與稀釋的過程中起著重要作用,可把集合管視為腎小管的終末部分。
腎單位可分為兩類:一類為皮質(zhì)腎單位,特點(diǎn)是腎小球體積小,入球小動脈口徑比出球小動脈的粗,毛細(xì)血管內(nèi)壓較高,與尿液生成有關(guān)。另一類為近髓腎單位,體積較大,髓袢較長,入球小動脈與出球小動脈口徑無明顯差異。出球小動脈離開腎小球后分成兩種小血管:一種形成網(wǎng)狀小血管,包繞在鄰近的近曲小管和遠(yuǎn)曲小管周圍;另一種形成細(xì)長的直小血管,與近髓腎單位的長髓袢相伴行。直小血管之間有吻合支,其中血流可以互相流通,近髓腎單位在尿液的濃縮與稀釋的功能中起著重要的作用。
腎小球旁器(juxtaglomerularapparatus)是指位于腎小球入球小動脈與出球小動脈間的一群細(xì)胞,包括腎小球旁細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和遠(yuǎn)曲小管致密斑。
腎臟的血液供應(yīng)十分豐富。正常人安靜時每分鐘約有1200ml血液流過兩側(cè)腎臟,相當(dāng)于心輸出量的20%-25%。其中94%左右的血液分布在腎皮質(zhì),5%-6%分布在外髓,其余不到1%供應(yīng)內(nèi)髓。通常所說的腎血流量(renal blood flow)主要指的是腎皮質(zhì)血流量。腎血流量既能適應(yīng)腎臟泌尿功能的需要,又能與全身的血循環(huán)相配合,前者主要靠自身調(diào)節(jié),后者主要靠神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié),尤其在應(yīng)激狀態(tài)時,參與全身血流量的重新分配的調(diào)節(jié),以適應(yīng)整體生理活動的需要。
腎臟基本生理功能包括排泄廢物、調(diào)節(jié)體液以及酸堿平衡、分泌激素。其結(jié)果是維持機(jī)體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,保證新陳代謝正常進(jìn)行。
⒈排泄體內(nèi)代謝產(chǎn)物,如尿素、肌酐、尿酸等。
⒉排泄外來物質(zhì),如藥物、毒物等。
⒊保留體內(nèi)所需的物質(zhì),如蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖等。
⒋排泄過多的體液,以保持水的平衡。
⒌調(diào)節(jié)體液的電解質(zhì)、滲透壓和酸堿平衡。
⒍內(nèi)分泌功能,如分泌腎素、促紅細(xì)胞生成素、前列腺素、羥化的維生素D3及其它一些活性物質(zhì)(內(nèi)皮素、內(nèi)皮細(xì)胞源性舒張因子等)。
腎小球(毛細(xì)血管球)和腎小囊組成腎小體,構(gòu)成腎單位的一部分。腎小球的濾過是形成尿液的第一個環(huán)節(jié)。濾過是指當(dāng)血液流過腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)時,血漿中的水和小分子溶質(zhì),包括少量的分子量較小的血漿蛋白,通過濾膜濾到腎小囊的囊腔內(nèi),形成濾液(原尿)的過程。24小時內(nèi)約有1700L血液通過腎臟,其中約有180L血漿溶液在腎小球?yàn)V過生成原尿,除了不含血細(xì)胞和血漿蛋白質(zhì)外,其余成分和血漿中相同。
決定腎小球?yàn)V過作用的因素主要有三方面:濾過膜通透性是濾過的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ);有效濾過壓是濾過的動力;腎血漿流量(renal plasma flow)是濾過的物質(zhì)基礎(chǔ)。
濾過膜的超微結(jié)構(gòu)由三層組成:①內(nèi)層為毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞層,可見大量的圓形窗孔,孔徑40-100nm,對血漿蛋白幾乎不起屏障作用;②中間為非細(xì)胞性的基膜層,是由微纖維織成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可讓水及部分溶質(zhì)通過,但限制大分子的血漿蛋白質(zhì)濾出,是濾過膜中主要的屏障;③外層是腎小囊皮細(xì)胞,由突起的足細(xì)胞構(gòu)成,足突附著在基膜,足突間有裂隙,稱為裂孔,裂孔上有一薄層裂孔膜,是濾過膜的最后一道屏障。濾過膜的屏障作用由兩部分組成:①機(jī)械性屏障:分子直徑小于2nm的物質(zhì)可自由通過腎小球?yàn)V過膜,隨著分子直徑的增大,通過濾過膜的能力減小,機(jī)械屏障的大小與濾過膜上的孔徑大以及構(gòu)型有關(guān);②電荷屏障:正常情況下,血漿白蛋白不能通過腎小球?yàn)V過膜,而與白蛋白分子直徑相同的中性右旋糖酐則易通過。這是因?yàn)榘椎鞍自谡Q獫{pH時帶負(fù)電荷,而且腎小球?yàn)V過膜含有涎酸、硫酸肝素等多糖,使濾過膜也帶有負(fù)電荷,該負(fù)電荷形成了電荷屏障,阻止帶負(fù)電荷的白蛋白濾出。在某些病理狀態(tài)下,濾過膜上的負(fù)電荷消失,使大量白蛋白經(jīng)濾過膜濾出,形成蛋白尿。
有效濾過壓(effectivefiltration pressure)由三種力組成,根據(jù)三種力作用方向的不同,可列出下式:
腎小球有效濾過壓=腎小球毛細(xì)血管血壓-(血漿膠體滲透壓+囊內(nèi)壓)
腎小球毛細(xì)血管血壓平均為6.0Pa,囊內(nèi)壓為1.3Pa,血漿膠體滲透壓約為2.7Pa,有效濾過壓正常時為2.0Pa,依靠此濾過壓可使血漿透過腎小球?yàn)V膜,進(jìn)入腎小囊,形成原尿。
腎小球的濾過量大小可用腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate,GFR)表示,單位時間內(nèi)兩腎生成的濾液量稱為腎小球?yàn)V過率。據(jù)測定,體表面積為1.73m2的人腎小球?yàn)V過率為125ml/min左右,一晝夜從腎小球?yàn)V出的血漿量可達(dá)180L,約為體重的3倍,由此可見,腎小球?yàn)V過功能在腎的排泄功能中占有重要位置,腎小球?yàn)V過率可作為衡量腎功能的重要指標(biāo)。
腎小管長而彎曲,分為三段:①近端小管,包括近曲小管和髓袢降支粗段;②髓袢細(xì)段,包括降支細(xì)段和升支細(xì)段;③遠(yuǎn)端小管,包括髓袢升支粗段和遠(yuǎn)曲小管。近曲小管和遠(yuǎn)曲小管位于皮質(zhì),管道彎曲。髓袢(Henle’s loop)呈U字形,從皮質(zhì)直行進(jìn)入髓質(zhì)不同深度后再折返皮質(zhì)。
重吸收是小管上皮細(xì)胞將小管液中的水分和某些溶質(zhì),部分地或全部地轉(zhuǎn)運(yùn)到血液的過程。比較原尿和終尿的量和質(zhì)可發(fā)現(xiàn),成人每天生成的原尿量約有180L,但終尿量每天只有1.5L左右,表明腎小管的重吸收量達(dá)99%。腎小管和集合管和重吸收是有“選擇性”的,原尿中葡萄糖、氨基酸和少量蛋白質(zhì)全部被腎小管重吸收,水和電解質(zhì)大部分被吸收,尿素只有小部分被重吸收,肌酐則完全不被重吸收。
近曲小管是重吸收最重要的部位,原尿中的葡萄糖、氨基酸、維生素及微量蛋白質(zhì)等,幾乎全部在近曲小管重吸收,Na+、K+Cl-、HCO3-等也絕大部分在此段重吸收。近曲小管對葡萄糖的重吸收是有一定限度的,當(dāng)血糖濃度在10mmol/L以下,近曲小管對葡萄糖的重吸收率可隨血漿濃度的升高而增加,但當(dāng)血糖濃度超過10mmol/L時,血糖濃度再增加,重吸收不再增加,尿中出現(xiàn)葡萄糖,這個濃度界限稱為腎糖閾。
髓袢主要吸收一部分和氯化鈉,在降支內(nèi)水的重吸收大于溶質(zhì)吸收,使管內(nèi)的滲透壓逐漸升高,形成滲透梯度,最高可達(dá)1200mOsm/kg以上。升支不透水,而溶質(zhì)卻不斷被重吸收,形成逆向的滲透梯度,即從1200mOsm/kg又逐漸下降到等滲,甚至低滲。此段滲透壓變化的過程稱為“逆流倍增”,在尿液的濃縮稀釋等功能中起重要作用。
遠(yuǎn)曲小管和集合管可繼續(xù)重吸收部分水和Na+等,此段的重吸收量受抗利尿激素和醛固酮的調(diào)節(jié),在決定尿量和終尿質(zhì)方面起著十分重要的作用。其主要功能為參與機(jī)體對體液及酸堿等的調(diào)節(jié),在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中等起主要作用。
腎小管重吸收的基本方式可分為被動重吸收和主動重吸收兩類。被動重吸收是一種順電化學(xué)梯度進(jìn)行的擴(kuò)散過程,不需要消耗細(xì)胞的能量。例如尿素、水和Cl-。主動重吸收是逆電化學(xué)梯度進(jìn)行的轉(zhuǎn)運(yùn),需要由細(xì)胞本身提供能量,是腎小管上皮細(xì)胞主動活動的結(jié)果。如葡萄糖、氨基酸和大部分Na+的重吸收都是主動的。
腎小管和集合管的上皮細(xì)胞具有將細(xì)胞產(chǎn)生的或血液中已存在的某些物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到管腔的能力,這一過程稱為分泌或排泄。能夠從腎小管和集合管上皮細(xì)胞分泌的主要物質(zhì)有H+、K+和NH3等。
腎小管在調(diào)節(jié)機(jī)體酸堿平衡方面起著重要作用,通過分泌H+、重吸收NaHCO3。通過增加或減少體液中的NaHCO3的濃度以調(diào)節(jié)H+的濃度。在近端小管、遠(yuǎn)端小管和集合管都能分泌H+,發(fā)生H+-Na+交換,達(dá)到分泌H+而重吸收NaHCO3的目的。
遠(yuǎn)端小管和集合管分泌NH3,NH3主要由谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下脫氨而來,與H+結(jié)合成銨離子(NH4+)排出。銨鹽的生成不僅促進(jìn)了排H+,也促進(jìn)了NaHCO3被重吸收。酸中毒時,近端小管也能分泌NH3,同時碳酸酐酶活性增強(qiáng),谷氨酰胺活性也增強(qiáng),氨的分泌增多。這樣,起到促進(jìn)酸的排出和NaHCO3重吸收的作用,從而調(diào)節(jié)機(jī)體酸堿平衡。若腎小管上皮細(xì)胞分泌NH3功能障礙,可導(dǎo)致酸中毒。
尿中的K+主要是由遠(yuǎn)曲小管和集合管分泌的。一般當(dāng)有Na+的主動吸收時,才會有K+的分泌,兩者轉(zhuǎn)運(yùn)方向相反,稱為K+-Na+交換。K+-Na+交換和H+-Na+交換有相互抑制現(xiàn)象,即H+-Na+交換增多時,K+-Na+交換將減少,這就是酸中毒時血鉀升高的原因之一。在遠(yuǎn)曲小管和集合管即存在鉀的重吸收,又有鉀的分泌,而且,一般是鉀的分泌量大于其重吸收量,故尿中排出的K+主要來源于鉀的分泌過程。
正常機(jī)體產(chǎn)生的肌酐和對氨基馬尿酸等,既能從腎小球?yàn)V過,又能由腎小管分泌。此外,進(jìn)入體內(nèi)的某些物質(zhì),如青霉素、酚紅等,則主要通過近端小管的分泌排出體外,臨床上常用酚紅排泄試驗(yàn)來檢查腎小管的分泌功能。
腎的功能在于腎小球的濾過和腎小管、集合管的重吸收及分泌功能。
腎小球的濾過功能主要取決于腎血流量及腎小球有效濾過壓。除了自身調(diào)節(jié)和腎神經(jīng)調(diào)節(jié)外,還有球管反饋和血管活性物質(zhì)調(diào)節(jié)。
自身調(diào)節(jié)是指當(dāng)腎臟的灌注壓在一定范圍內(nèi)變化時(10.7-24kPa),腎血流量及腎小球?yàn)V過率基本保持不變。
腎神經(jīng)末梢主要分布在入球小動脈、出球小動脈及腎小管,刺激腎神經(jīng)可引起入球、出球小動脈收縮,但對入球小動脈作用更為明顯,導(dǎo)致腎小球?yàn)V過率的下降。
球管反饋(tubuloglomerularfeedback,TGF)是指到達(dá)遠(yuǎn)端腎小管起始段NaCl發(fā)生改變,可引起該腎單位血管阻力發(fā)生變化,從而引起腎小球?yàn)V過率的改變。該反饋的感受部位為致密斑,效應(yīng)器官主要為入球小動脈和出球小動脈。高速灌流髓袢時,主要表現(xiàn)為入球小動脈收縮;低流量灌注時,入球、出球小動脈同時收縮。TGF的生理意義為在腎單位水平上,通過調(diào)節(jié)腎小球?yàn)V過率,使遠(yuǎn)端腎小管流量維持在一個狹小的變化范圍內(nèi),以便對更遠(yuǎn)端的腎小管作更為精細(xì)的調(diào)節(jié)。
血管活性物質(zhì)有血管緊張素、腺苷、前列腺素、激肽、心鈉素、內(nèi)皮素。血管緊張素可引起入球、出球小動脈收縮,GFR下降;腺苷為調(diào)節(jié)腎血管阻力的重要因素;前列腺素是在有血管緊張素和腎神經(jīng)興奮等縮血管作用因素存在時,產(chǎn)生增加,對抗縮血管引起的GFR下降;激肽(如緩激肽)可使腎血管擴(kuò)張;心鈉素主要使出球小動脈收縮,入球小動脈舒張,引起GFR的升高;內(nèi)皮素具有很強(qiáng)的縮血管作用,主要產(chǎn)生于內(nèi)皮細(xì)胞的多肽。內(nèi)皮素可引起GFR的顯著下降,還可與各種血管活性物質(zhì)相互作用,促使前列腺素、內(nèi)皮細(xì)胞源性舒張因子(擴(kuò)血管作用)和心鈉素的分泌。
對于腎小管和集合管功能的調(diào)節(jié),主要是神經(jīng)和體液因素對腎小管上皮細(xì)胞的重吸收水分和無機(jī)離子的調(diào)節(jié)功能,這在保證體內(nèi)水和電解質(zhì)和動態(tài)平衡、血漿滲透壓及細(xì)胞外容量等的相對恒定均有重要意義。其中最重要的是抗利尿激素和醛固酮的調(diào)節(jié)作用?估蚣に兀ˋDH)是一種多肽,它的主要生理作用是提高遠(yuǎn)曲小管和集合管上皮細(xì)胞對水的通透性,從而促進(jìn)水的重吸收。醛固酮是腎上腺皮質(zhì)所分泌的,其作用是促進(jìn)遠(yuǎn)曲小管和集合管重吸收鈉而分泌鉀,有間接保水的作用,維持細(xì)胞內(nèi)外的鉀、鈉濃度相對穩(wěn)態(tài)和保存細(xì)胞外液的量。此外,還有血管緊張素、心鈉素、甲狀旁腺激素的調(diào)節(jié)作用。