第八章尿的生成和排出

第八章尿的生成和排出肾是维持机体内环境相对稳定的最重要的器官之一。通过尿的生成和排出，①排除机体的大部分代谢终产物以及进人体内的异物；②调节细胞外液量和渗透压；③保留体液中的重要电解质如钠、钾、碳酸氢盐以及氯离子等，排出氢离子，维持酸碱平衡。尿的生成包括肾小球的滤过，肾小管和集合管的重吸收以及它们的分泌三个基本过程。本章主要阐述肾的尿生成过程及其调节机制，以及输尿管和膀胱的排尿活动。第一节肾的功能解剖和肾血流量一、肾的功能解剖（一）肾单位和集合管肾单位是肾的基本功能单位，它与集合管共同完成泌尿功能。人的两侧肾约有170～240万个肾单位，每个肾单位包括肾小体和肾小管两部分（图8-1）。肾小体包括肾小球和肾小囊两部分，肾小球是一团毛细血管网，其两端分别与入球小动脉和出球小动脉相连（图8-2）。肾小球的包翼称为肾小囊，它有两层上皮细胞；内层（脏层）紧贴在毛细血管壁上，外层（壁层）与肾小管壁相连；两层上皮之间的腔隙称为囊腔，与肾小管管腔相通。血浆中某些成分通过肾小球毛细血管网向囊腔滤出；滤出时必须通过肾小球毛细血管内皮细胞、基膜和肾小囊脏层上皮细胞，这三者构成滤过膜（图8-3）。肾小管由近球小管、髓拌和远球小管三部分组成。近球小管包括近曲小管和髓拌降支粗段。髓拌由髓拌降支和髓拌升支组成；前者包括髓拌降支粗段（也是近球小管的组成部分）和降支细段；后者是指髓拌升支细段和升支粗段（也是远球小管的一部分）。远球小管包括髓拌升支粗段和远曲小管。远曲小管未端与集合管相连（图8-1）。集合管不包括在肾单位内，但在功能上和远球小管密切相关，它在尿生成过程中，特别是在尿液浓缩过程中起着重要作用。每一集合管接受多条远曲小管运来的液体。许多集合管又汇人乳头管，最后形成的尿液经肾盏、肾孟、输尿管而进入膀恍，由膀胱排出出体外。（二）皮质肾单位和近髓肾单位肾单位按其所在部位不同，可分为皮质肾单位和近髓肾单位（髓旁肾单位）两类（图8-4）。皮质肾单位主要分布于外皮质层和中皮质层。人肾的皮质肾单位约占肾单位总数的85％～90％，这类肾单位的肾小球体积较小；人球小动脉的口径比出球小动脉的粗，两者口径之比约为2:1。出球小动脉进一步再分为毛细血管后，几乎全部分布于皮质部分的肾小管周围。这类肾单位的髓拌甚短，只达外髓质层，有的甚至不到髓质。近髓肾单位分布于靠近髓质的内皮质层，在人肾约占肾单位中的10％～15％。这类肾单位的肾小球体积较大；其髓拌甚长，可深入到内髓质层，有的甚至到达乳头部。出球小动脉不仅形成缠绕邻近的近曲小管或远曲小管的冈状毛细血管，而且还形成细而长的U字形直小血管。直小血管可深入到髓质，并形成毛细血管网包绕髓拌升支和集合管。近髓肾单位和直小血管的这些解剖特点，决定了它们在尿的浓缩与稀释过程中起着重要作用。（三）近球小体近球小体（juxtag1omeru1arapparatus）由颗粒细胞、系膜（间质）细胞和致密斑三者组成（图8-2），颗粒细胞是位于入球小动脉的中膜内的肌上皮样细胞，内含分泌颗粒，分泌颗粒内含肾素。系膜细胞是指入球小动脉和出球小动脉之间的一群细胞，具有吞噬功能，致密斑位于远曲小管的起始部分，此处的上皮细胞变为高柱状细胞，局部呈现斑纹隆起，称为致密斑。致密斑与人球小动脉和出球小动脉相接触。致密斑可感受小管液中NaCl含量的变化，并将信息传递至颗粒细胞，调节肾素的释放。近球小体主要分布在皮质肾单位，因而皮质肾单位含肾素较多，而近髓肾单位则几乎不含肾素。肾素分布的这种差异，也提示两种肾单位在功能上有所不同。（四）肾的神经支配肾交感神经主要从胸12至腰2脊髓发出，其纤维经腹腔神经丛支配肾动脉（尤其是人球小动脉和出球小动脉的平滑肌）、肾小管和释放肾素的颗粒细胞，肾交感神经末梢释放去甲肾上腺素，调节肾血流量、肾小球滤过率、肾小管的重吸收和肾素释放。有人认为，未发现肾有副交感神经支配。肾的各种感受器可经肾神经传人纤维进入脊髓，并从脊髓投射到中枢的不同部位。（五）肾的血液供应肾动脉由腹主动脉垂直分出，其分支经叶间动脉--弓形动脉--小叶间动脉--入球小动脉。每支入球小动脉进入肾小体后，又分支成肾小球毛细血管网，后者汇集成出球小动脉而离开肾小体。出球小动脉再次分成毛细血管网，缠绕于肾小管和集合管的周围。所以，肾血液供应要经过两次毛细血管网，然后才汇合成静脉，由小叶间静脉--弓形静脉--叶间静脉--肾静脉（图8-4）。肾小球毛细血管网介于人球小动脉和出球小动脉之间，而且皮质肾单位入球小动脉的口径比出球小动脉的粗1倍。因此，肾小球毛细血管内血压较高，有利于肾小球的滤过作用；肾小管周围的毛细血管网的血压较低，可促进肾小管的重吸收。二、肾血液循环的特征肾的血液供应很丰富。正常成人安静时每分钟有1200ml血液流过两侧肾，相当于心输出量的1/5～1/4左右。其中约94％的血液分布在肾皮质层，5％～6％分布在外髓，其余不到1％供应内髓。通常所说的肾血流量主要指肾皮质血流量。肾血流量的调节包括肾血流量的自身调节和神经体液调节。（一）肾血流量的自身调节肾血流量的自身调节表现为动脉血压在一定范围内变动时，肾血流量仍然保持相对恒定（图8-5）。离体肾实验观察到，当肾动脉的灌注压（相当于体内的平均动脉压）由2.7kPa（20mmHg）提高到10.7kPa（80mmHg）的过程中，肾血流量将随肾灌注压的升高而成比例地增加；而当灌注压在10.7～24kPa（8Q～180mmHg）范围内变动时，肾血流量却保持在一个稳定的水平上下变；进一步加大灌注压，肾血流量又将随灌注压的升高而增加。这种不依赖肾外神经支配使肾血流量在一定的血压变动范围内能保持不变的现象，表明它具有自身调节。一般认为，自身调节只涉及肾皮质的血流量。关于自身调节的机制，有人提出肌源学说来解释。此学说认为，当肾灌注压增高时，血管平滑肌因灌注压增加而受到牵张刺激，这使得平滑肌的紧张性加强，血管口径相应地缩小，血流的阻力便相应地增大，保持肾血流量稳定；而当灌注压减小时则发生相反的变化。由于在灌注压低于10.7kPa（80mmHg）时，平滑肌已达到舒张的极限；而灌注压高于24kPa（180mmHJ时，平滑肌又达到收缩的极限。因此，在10.7kPa（80mmHg）以下和24kPa（180mmHg）以上时，肾血流量的自身调节便不能维持，肾血流量将随血压的变动而变化。只有在10.7～24kPa（80～180mmHg）的血压变动范围内，人球小动脉平滑肌才能发挥自身调节作用，保持肾血流量的相对恒定。如果用罂粟碱、水合氯醛或氰化钠等药物抑制血管平滑肌的活动，自身调节便告消失，此外，还不能完全排除其他因素如肾内组织液压力、代谢产物等因素在肾血流量自身调节中的作用。通过肾血流量自身调节，使肾小球滤过率不会因血压波动而改变，维持肾小球滤过率相对恒定。（图8一5）。（二）肾血流量的神经和体液调节肾血流量的神经、体液调节使肾血流量与全身的血液循环调节相配合；肾交感神经活动加强时，引起肾血管收缩，肾血流量减少。影响肾交感神经活动的因素已在心血管反射中作了详述（见第四章）。、肾上腺素与去甲肾上腺素都能使肾血管收缩，肾血流量减少。血管升压素和血管紧张素等也能使肾血管收缩；前列腺素可使肾血管扩张。总之，在通常情况下，在一般的血压变动范围内，肾主要依靠自身调节来保持血流量的相对稳定，以维持正常的泌尿功能。在紧急情况下，全身血液将重新分配，通过交感神经及肾上腺素的作用来减少肾血流量，使血液分配到脑、心脏等重要器官，这对维持脑和心脏的血液供应有重要意义。第二节肾小球的滤过功能循环血液经过肾小球毛细血管时，血浆中的水和小分子溶质，包括少量分子量较小的血浆蛋白，可以滤人肾小囊的囊腔而形成滤过液，用微穿刺法实验证明，肾小球的滤过液就是血浆的超滤液。微穿刺法是利用显微操纵仪将外径为6～10um的微细玻璃管插入肾小体的囊腔中。在与囊腔相接部位的近球小管内，注入石蜡油防止超滤液进入肾小管。用微细玻璃管直接抽取囊腔中的液体进行微量化学分析（图-2），分析表明，除了蛋白质含量甚少之外，各种晶体物质如葡萄糖、氯化物、无机磷酸盐、尿素、尿酸和肌酚等的浓度都与血浆中的非常接近，而且渗透压及酸碱度也与血浆的相似，由此证明囊内液确是血浆的超滤液。单位时间内（每分钟）两肾生成的超滤液量称为肾小球滤率（glomerularfiltrationrate，GFR）。据测定，体表面积为1.73m“的个体，其肾小球滤过率为125ml/min左右。照此计算，两侧肾每一昼夜从肾小球滤出的血浆总量将高达180L。此值约为体重的3倍。肾小球滤过率和肾血浆流量的比值称为滤过分数（filtrationfraction）。经测算，肾血浆流量为660ml／min，所以滤过分数为：125/660X100=19％。滤过分数表明，流经肾的血浆约有1/5由肾小球滤出到囊腔中。肾小球滤过率大小决定干滤过系数（Kf）（即滤过膜的面积及其通透性的状态）和有效滤过压。肾小球滤过率=KfXPuF，Pur表示有效滤过压。一、滤过膜及其通透性人体两侧肾全部肾小球毛细血管总面积估计在1.5m2以上，这样大的滤过面积有利于血浆的滤过。在正常情况下，人两肾的全部肾小球的滤过面积可以保持稳定。但是在急性肾小球肾炎时，由于肾小球毛细血管管腔变窄或完全阻塞，以致有滤过功能的肾小球数量减少，有效滤过面积也日而减少，导致肾小球滤过率降低，结果出现少尿（每昼夜尿量在100～50Oml之间）以致无尿（每昼夜尿量不到100ml）。不同物质通过肾小球滤过膜的能力决定于被滤过物质的分子大小及其所带的电荷。表卜1表示被滤过物质的分子量和有效半径对滤过的影响。一般来说，有效半径小于1.8nm的物质，如葡萄糖（分子量180）的有效半径为0.36nm，它可以被完全滤过。有效半径大子3.6nm的大分子物质，如血浆白蛋白（分子量约69000）则几乎完全不能滤过。有效半径介于葡萄糖和白蛋白之间的各种物质，随着有效半径的增加，它们被滤过的量逐渐降低，以上事实提示，滤过膜上存在着大小不同的孔道，小分子物质很容易通过各种大小的孔道，而有效半径较大的物质只能通过较大的孔道。用不同有效半径的中注右旋糖酐分子进行实验，也清楚他说明了被滤过物质的大小对滤过的影响。有效半径小于1.8nm的中性右旋糖酐能自由通过滤过膜，有效半径大于3.6nm的右旋糖酐就完全不能通过。有效半径在1．8～3．6nm的右旋糖酥，其滤过量与有效半径成反比，即随着有效半径增大，滤过量就不断减少（图8-6）。滤过膜的通透性还决定于被滤过物质所带的电荷，用带不同电荷的右旋糖酐进行实验观察到，即使有效半径相同，带正电荷的右旋糖酥较易被滤过，而带负电荷的右旋糖酐则较难通过（图8-6）。血浆白蛋白虽然其有效半径为3．5nm，由于其带负电荷，日此就难于通过滤过膜。滤过膜的上述特性可由滤过膜的超微结构的特点来说明。滤过膜由三层结构组成（图8-3）：①内层是毛细血管的内皮细胞。内皮细胞上有许多直径50～100nm的小孔，称为窗孔（fenestratiOn），它可防止血细胞通过，但对血浆蛋白的滤过可能不起阻留作用。②中间层是非细胞性的基膜，是滤过膜的主要滤过屏障。基膜是由水合凝胶（hydraiedgel）构成的微纤维网结构，水和部分溶质可以通过微纤维网的网孔。有人把分离的基膜经特殊染色后证明有4～8nm的多角形网孔。微纤维网孔的大小可能决定着分子大小不同的溶质何者可以滤过。③外层是肾小囊的上皮细胞。上皮细胞具有足突，相互交错的足突之间形成裂隙。裂隙上有一层滤过裂隙膜（fi1trationslitme1nbrane），膜上有直径4～14nm的孔，它是滤过的最后一道屏障。通过内、中两层的物质最后将经裂隙膜滤出，裂隙膜在超滤作用中也很重要。滤过膜各层含有许多带负电荷的物质，主要为糖蛋白，这些带负电荷的物质排斥带负电荷的血浆蛋白，限制它们的滤过。肾在病理情况下，滤过膜上带负电荷的糖蛋白减少或消失，就会导致带负电荷的血浆蛋白滤过量比正常时明显增加，从而出现蛋白尿。二、有效滤过压肾小球滤过作用的动力是有效滤过压。像其他器官组织液生成的