第八章尿的生成和排出

生理教研室艾青

主要内容

概述

肾小球的滤过功能

肾小管、集合管的转运功能

尿生成的调节

教学目标

能够知道排泄的基本概念、肾脏的主要功能、肾脏的功能解剖（*）；

能够阐述

能够复述

能够理解

）的作用

能够分析

教学目标

能够知道排泄的基本概念、肾脏的主要功能、肾脏的功能解剖（*）；

念（***）；

能够阐述肾血流量的特点及其调节（**）；

(有效滤过压

能够阐明 (***);

能够复述肾小球的滤过、肾小球滤过率、滤过分数的概念（***）；

能够理解肾小球滤过的结构基础（滤过膜）和滤过动力（有效滤过压

的作用（**）；

能够分析影响肾小球滤过的因素（***）；

能够阐明几种主要物质在肾小管和集合管各段的转运机制与生理意义制与生理意义（***）；

能够分析影响肾小管和集合管重吸收与分泌的因素（***）；

能够分析 ➤ 能够举例分析阐述尿生成的神经、体液调节机制（***）。；）；

能够举例分析阐述尿生成的神经、体液调节机制（***）。

第一节概述

新陈代谢

同化作用：从外界摄取营养物质，合成自身成分（消化、吸收）

异化作用：分解自身成分，释放能量，排出代谢产物（排泄）

✿ 排泄（excretion）：

机体将代谢产物、摄入的过剩物质、某些异物及有害物质等经血液循环由相应途径排出体外的过程。

♦ 排泄途径：

皮肤：出汗排出水、无机盐、尿素

呼吸器官: 呼出 $CO_{2}$ 、水蒸气

消化器官：胆汁分泌排出胆色素等

肾脏：主要排泄器官

可穿戴人工肾

微芯片人工肾

(一) 排泄

◆ 尿量

正常值：1000～2000 ml/d

多尿: >2500 ml/d

少尿: 100 ~ 400 ml/d

无尿: < 100 ml/d

◆ 尿液理化性质：

颜色：淡黄色透明

酸碱度: pH5.0~7.0 代谢产物多偏酸性（二）维持水、电解质、酸碱平衡

（三）内分泌功能：

肾素：球旁细胞分泌
促红细胞生成素（EPO）
活性维生素D3

肾脏1α-羟化酶

肝脏合成的25-羟维生素D3

1,25-二羟胆骨化醇 (活性维生素D₃)

调节钙磷代谢

二、肾脏的功能解剖

肾单位

肾小体

肾小管

肾小球

肾小囊

近曲小管

降粗

髓袢

近端小管

降细

升细

升粗

远曲小管

远端小管

Renal cortex

Renal medulla

Cortical nephro Juxtamedullary nephron

数量肾小体分布髓袢出球小动脉入、出球小动脉口径球旁器功能

皮质肾单位

85%~90%

肾皮质外层、短，只达外髓。

缠绕肾小管

入口:出口 2:1

有

尿液生成

近髓肾单位

10%~15%

肾皮质近髓层长，深入内髓层形成直小血管差异甚小

几乎无

尿液浓缩稀释extraglomerular mesangial cell

capillary

Bowman’s capsule

★ 球旁细胞

Juxtaglomerular cells

★球旁细胞

Juxtaglomerular cells

分泌肾素

★致密斑macula densa

densa

感受小管液中 NaCl含量变化

★ 球外系膜细胞

extraglomerular

mesangium cell

吞噬、收缩功能

extraglomerular

mesangium cell

吞噬、收缩功能

三、肾血流量的特点及调节

(一) 肾血液循环特点

肾血流量大

双肾血流量1200ml/分，

占20~25%心输出量

肾血流分布不均

94%分布于皮质，6%分布于髓质

肾小球毛细血管网：

入球小动脉 $\to$ 毛细血管网 $\to$ 出球小动脉血压高有利于肾小球滤过

肾小管周围毛细血管网：

出球小动脉→毛细血管网→肾静脉

血压低有利于肾小管重吸收

（二）肾血流量的调节

1. 自身调节

(1) 特点

70mmHg<肾动脉压<180mmHg:

肾血流量保持相对恒定

不需神经、体液参与

(2) 意义

一般情况下，保证肾脏排泄功能正常进行。

(3) 机制 (了解)

♦肌源学说

肾动脉压增高：

入球小动脉管壁平滑肌紧张性增高

入球小动脉口径缩小

肾血流量变化不大

肾动脉压降低:

入球小动脉管壁平滑肌紧张性降低

入球小动脉口径增大

肾血流量变化不大

◆ 管球反馈

2. 神经体液调节

(2. 神经体液调节

(1) 神经调节交感神经：肾血管主要受交感神经支配，使血管收缩，肾血流量减少

(2) 体液调节 Adr、NA、ATP—肾血管收缩 PG、NO—肾血管舒张

意义：紧急情况下，交感神经、Adr、NA ↓ 肾血管收缩，肾血流量减少 ↓ 保证心脑等重要器官的血液供应。 ↓ 保证心脑等重要器官的血液供应。

◆ 肾小球的滤过

◆ 肾小管和集合管的重吸收

◆ 肾小管和集合管的分泌

患儿，10岁，2天前因感冒后出现血尿，为肉眼血尿，伴颜面水肿，尿量减少。伴发热、恶心、呕吐、头晕等症状。

尿液检查：尿红细胞增多，尿蛋白为++，可见多种管型。

诊断：急性肾小球肾炎

请思考：为什么会出现血尿、蛋白尿、少尿？

一、肾小球的滤过

血液流经肾小球时，血浆中除蛋白质之外的成分通过滤过膜滤入肾小囊内形成原尿的过程。

原尿: 除大分子蛋白质外, 其他成分似血浆, 是血浆的超滤液。

肾小球的滤过率：每分钟双肾生成的超滤液量。 (GFR) 正常成人安静时：125ml/min 180L/d

滤过分数= $\frac{肾小球滤过率}{每分肾血浆流量}$ ×100% (FF)

正常值： $\frac{125}{660} \times 100% = 19%$

意义：表明流经肾脏的血浆约有1/5滤出形成原尿

(一) 滤过结构——滤过膜

内层—毛细血管内皮细胞层：窗孔(70-90nm)，阻止血细胞

中层—基膜层：网孔(2-8nm)，阻止蛋白质，起主要作用

外层—肾小囊脏层上皮细胞层：裂隙—裂隙膜—小孔机械屏障(mechanical barrier)（起主要作用）滤过膜三层结构的孔道所构成的屏障

分子有效半径 $< 2.0 nm$ : 完全滤过（无机盐、葡萄糖）

分子有效半径>4.2nm: 完全不滤过（蛋白质）

分子有效半径在2.0-4.2：随半径的增加滤过减少

◆ 电学屏障(electrochemical barrier)

滤过膜三层结构所含的带负电荷的糖蛋白滤过能力：负电荷<电中性<正电荷

白蛋白：半径3.6nm 带负电很难滤出

（二）滤过动力——有效滤过压

有效滤过压=肾小球Cap压一（囊内压+血浆胶渗压）

入球端 = = 45 - (10 + 25) 10 mmHg

出球端 = = 45 - (10 + 35) 0 mmHg (滤过平衡点)

◆ 滤过平衡点：肾小球Cap上有效滤过压最先降为0的点

有效滤过压>0：血浆滤出

有效滤过压=0：滤出停止

◆ 滤过平衡点以前的Cap才有滤过功能

图 - 有效滤过压示意图

（一）有效滤过压

有效滤过压=肾小球Cap压一（囊内压+血浆胶渗压）

图 - 有效滤过压示意图

★休克中期表现

意识不清，呼吸表浅，心音低钝，血压进行性降低，可低于50mmHg或测不到，少尿或无尿

？休克时会出现少尿或无尿

有效滤过压=肾小球Cap压-（囊内压+血浆胶渗压）

肾小球cap压↓→有效滤过压↓→GFR↓→

少尿或无尿

图 - 有效滤过压示意图

★大量输入生理盐水，尿量有何变化？

有效滤过压=肾小球Cap压-（囊内压+血浆胶渗压）

大量输入生理盐水 $\to$ 稀释血浆蛋白浓度 $\to$

血浆胶体渗透压↓ → 有效滤过压↑ → GFR↑

图 - 有效滤过压示意图

★输尿管结石或肿瘤时，尿量有何变化？有效滤过压＝肾小球Cap压－（囊内压+血浆胶渗压）肾小囊内压↑→有效滤过压↓→GFR↓→尿量↓

图 - 有效滤过压示意图

（二）肾血浆流量

肾小球血浆流量

血浆胶渗压递增速率 ↓

有效滤过压递减速率

图 - 有效滤过压示意图

滤过平衡点前移(生成原尿的cap有效长度缩短) ↓ 滤过率↓ ↓ 尿量↓（休克时尿量减少的一个因素）

滤过系数（ $K_{f}$ ）是在单位有效滤过压的驱动下，单位时间内经滤过膜滤过的液体量。

反映滤过膜的功能

K_{f} = K \times S

K: 滤过膜的有效通透系数——影响尿液成分

肾小球肾炎：免疫复合物沉积于肾小球，导致滤过膜通透性增大，出现血尿、蛋白尿。

S: 滤过膜面积（1.5m²）——影响尿量

肾小球肾炎：肾小球Cap阻塞，有效滤过面积减少，出现少尿、无尿。

图 - 有效滤过压示意图

第三节肾小管、集合管的物质转运功能

一、重吸收：小管液中的部分物质通过小管上皮细胞进入周围毛细血管的过程。

（一）重吸收物质：大部分水、电解质全部葡萄糖、氨基酸部分代谢产物（尿素）

（二）重吸收部位

近端小管——重吸收主要部位：

重吸收物质种类多，重吸收量大

（三）重吸收方式

主动重吸收：肾小管上皮细胞通过耗能过程逆浓度差和（或）电位差而进行的重吸收。

原发性：生物泵

继发性：间接利用生物泵提供的能量

被动重吸收：小管液中的水和溶质以渗透压差或浓度差、电位差为动力而被重吸收的过程。

二、肾小管和集合管的分泌功能

分泌：肾小管上皮细胞将其代谢产生的物质或血液中的某些物质排入管腔的过程。

$H^{+}$ 、 $N H_{3}$ 、 $K^{+}$ 的分泌

三、几种重要物质的转运

(一) $Na^{+}$ 、 $Cl^{-}$ 和水的重吸收

近端小管

重吸收量：65~70%

重吸收机制:

近端小管前半段(2/3): 跨细胞途径

侧膜、管周膜： $N a^{+}$ 泵主动转运

腔面膜：协同转运（H $^{+}$ -Na $^{+}$ 交换）

C1 $^{-}$ 无重吸收

水被动重吸收

近端小管后半段(1/3): 细胞旁途径

CI-顺浓度梯度被动重吸收

$N a^{+}$ 顺电位梯度被动重吸收

等渗性重吸收图 8-7 近端小管重吸收 NaCl 的示意图
A: 近端小管的前半段 X 代表葡萄糖，氨基酸，磷酸盐和 Cl⁻ 等，B: 近端小管的后半段。

2. 髓袢 15~20%

髓袢降支细段： $N a + C l^{-}$ 不易通透，水被动重吸收

髓袢升支细段：水不易通透，Na+Cl-被动重吸收

髓袢升支粗段：水不易通透，

$N a^{+} - K^{+} - 2 C l^{-}$ 同向转运体（NKCC2）

图 8-7 髓袢升支粗段对 $N a^{+}$ 、 $2 C l^{-}$ 和 $K^{+}$ 的转运实心圆表示转运体，空心圆表示钠泵

$N a^{+} - K^{+} - 2 C l^{-}$ 同向转运体的离子去向：

2Cl-通过通道进入组织间液
$N a^{+}$ 泵泵出 $1 N a^{+}$ ( $N a^{+}$ 主动重吸收)

1K+顺浓度梯度经管腔膜返回管腔内

$1 N a^{+}$ 顺电位差从细胞旁路进入组织间液( $N a^{+}$ 被动重吸收)

图 8-9 髓袢升支粗段继发性主动重吸收 $N a^{+}$ 、 $K^{+}$ 和 $C l^{-}$ 的示意图

$N a^{+} - K^{+} - 2 C l^{-}$ 同向转运体的活动结果：

重吸收 $2 C l^{-}$ （继发性主动重吸收），重吸收 $2 N a^{+}$ （1个主动，1个被动）

3. 远曲小管、集合管 12%

◆远曲小管前段: Na $^{+}$ -Cl $^{-}$ 同向转运体 (NCC) 水不通透噻嗪类

噻嗪类利尿药

◆远曲小管后段、集合管：主细胞

Na+通过Na+通道进入细胞

Cl- 经细胞旁途径，顺电位差被动重吸收

水被动重吸收：ADH ↓ 集合管主细胞腔面膜水孔蛋白-2数量↑ ↓ 水的通透性↑

图 8-10 远球小管和集合管重吸收 NaCl、分泌 K $^{+}$ 和 H $^{+}$ 的示意图

A: 远曲小管初段 B: 远曲小管后段和集合管

$H_{2} O$ 的重吸收

重吸收量：99%

重吸收部位：近端小管为主（65-70%）

重吸收机制：被动重吸收, 渗透压差驱动近端小管AQP-1 集合管AQP-2 远曲小管、集合管H₂O的重吸收受ADH调节

（二） $HCO_{3}^{-}$ 的重吸收与 $H^{+}$ 的分泌

◆ HCO $_{3}^{-}$ 重吸收：80%在近端小管

以 $C O_{2}$ 的形式被重吸收

◆ H⁺分泌:

近端小管：主要分泌部位

通过 $H^{+} - N a^{+}$ 交换分泌

集合管：国细胞

通过 $H^{+}$ 泵、 $H^{+} K^{+}$ 泵泵出

肾脏排酸保碱功能：分泌 $H^{+}$ ，重吸收 $HCO_{3}^{-}$

近端小管重吸收 $HCO_{3}^{-}$ 、分泌 $H^{+}$ 的机制

管腔

上皮细胞

管周

排酸保碱

碳酸酐酶乙酰唑胺可抑制碳酸酐酶的活性，使 $Na^{+}$ 和 $HCO_{3}^{-}$ 重吸收减少，水重吸收减少而利尿

(三) $NH_{3}$ 与 $NH_{4}^{+}$ 的分泌

图 3-1-10 肾小管分泌 $H^{+}$ 和 $N H_{3} / N H_{4}^{+}$ 的机制和作用示意图 CA. 碳酸酐酶

近端小管分泌： $NH_{4}^{+}$

集合管分泌: $NH_{3}$

$H^{+}$ 的分泌促进 $NH_{3}$ 的分泌

$N H_{3}$ 的分泌促进 $H^{+}$ 的分泌，还可促进 $N a H C O_{3}$ 的重吸收，促进排酸保碱作用。

（四） $K^{+}$ 的重吸收与分泌

$K^{+}$ 的重吸收:

原尿中K $^{+}$ 几乎全被重吸收， 65~70%在近端小管被重吸收

2. $K^{+}$ 的分泌

(1) 近端小管: $K^{+} - Na^{+}$ 交换(2) 远端小管和集合管 ( $K^{+}$ 主要分泌部位) 主细胞分泌

图 8-10 $H^{+}$ 、 $N H_{3}$ 和 $K^{+}$ 分泌关系示意图
实心圆表示转运体，空心圆表示钠泵

图 8-10 远球小管和集合管重吸收 NaCl、分泌 K $^{+}$ 和 H $^{+}$ 的示意图

A: 远曲小管初段 B: 远曲小管后段和集合管

分泌机制：

◆ Na⁺泵活动造成细胞内K⁺↑使K⁺顺浓度差分泌

◆ Na⁺重吸收所造成的电位差使K⁺顺电位差分泌

阿米洛利：保钾利尿剂

抑制Na+通道

抑制Na+、水重吸收，抑制K+分泌

★ $H^{+}$ 、 $N H_{3}$ 、 $K^{+}$ 分泌的关系

$H^{+}$ 和 $NH_{3}$ 的分泌相互促进，促进排酸保碱功能

$H^{+} - N a^{+}$ 交换竞争性抑制 $K^{+} - N a^{+}$ 交换

酸中毒伴高血钾

碱中毒伴低血钾

图 8-10 $H^{+}$ 、 $N H_{3}$ 和 $K^{+}$ 分泌关系示意图

实心圆表示转运体，空心圆表示钠泵

（五）葡萄糖的重吸收

(1) 重吸收量: 全部

(2) 重吸收部位: 近端小管

(3) 重吸收机制: $Na^{+} -$ 葡萄糖协同转运继发性主动转运

(4) 饱和现象:

肾GS重吸收极限量：

男：375 mg/min，女：300 mg/min

肾糖阈（renal glucose threshold）

当血糖浓度达180mg/100ml左右时，部分近端小管对葡萄糖的重吸收达到极限，尿中出现葡萄糖，此时血浆葡萄糖浓度称为肾糖阈。

血糖浓度：300mg/100ml时，尿糖排出与血糖浓度平行增加。

四、影响肾小管集合管转运的因素

小管液溶质浓度

小管液中溶质浓度↑

小管液渗透压 $↑\to$ 水的重吸收 $↓\to$ 尿量 $↑$

渗透性利尿（osmotic diuresis）：

由于小管液中溶质浓度增加，渗透压增加，使水钠重吸收减少引起的利尿。

？糖尿病人的多尿；临床上用甘露醇利尿。

血糖浓度↑ → 小管液糖浓度↑ → 小管液渗透压↑

→ 水重吸收↓ → 尿量↑

2. 球管平衡（glomerulotubular balance）

近端小管中钠和水的重吸收率总是占肾小球滤过率的65～70%的现象。近端小管定比重吸收

肾小球滤过量

肾小管周围毛细血管

血压

→ 肾小管重吸收量

▶ 意义：保持尿量相对恒定维持有效循环血量的稳定

血浆胶渗压

第五节尿生成的调节

一、神经调节

血容量↓

肾交感神经兴奋的作用

①入球小动脉明显收缩: 肾血流量↓→GFR↓

②球旁细胞分泌肾素↑→远曲小管对NaCl、水重吸收↑

③直接促进近端小管、髓袢→NaCl、水重吸收↑ ↓ 尿量↓

二、体液调节（主要调节）

(一) 抗利尿激素 (ADH)

1. 分泌

下丘脑视上核、室旁核大细胞神经元分泌

2. 作用

促进远曲小管、集合管上皮细胞管腔膜水通道

(水孔蛋白AQP-2)

数量增加

促进水的重吸收

图 - 抗利尿激素的作用原理示意图

水通道蛋白和诺贝尔奖

水通道蛋白是一种位于细胞膜上的蛋白质，在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出。

水通道是由约翰·霍普金斯大学医学院的美国科学家彼得·阿格雷所发现，为此荣获了2003年诺贝尔化学奖。

3. ADH的分泌调节

1）血浆晶体渗透压（主要影响因素）

血浆晶体渗透压 ↓ → 下丘脑渗透压感受器（—） → 抑制 ADH释放 → 抑制水的重吸收 → 尿量 ↑

2）循环血量

循环血量 ↓ → 胸腔大静脉容量感受器 (一)

促进 ADH释放 → 水的重吸收 ↑ → 尿量

◆大量饮清水后，尿量有何变化？为什么？

图 8-17 一次饮一升清水（实线）和饮一升等渗盐水（0.9% NaCl 溶液）（虚线）后的排尿率箭头表示饮水时间

饮1000ml清水后 •30min尿量开始↑

1h末尿量达最高值，随后↓

2~3h后恢复正常

水利尿：大量饮清水后尿量↑的现象

◆饮用生理盐水后, 尿量有何变化? 为什么?

◆机体大量失水、大量失血、大量补液尿量有何变化？为什么？

3) 其它因素

寒冷刺激、乙醇 $\to$ ADH↓ $\to$ 水重吸收↓ $\to$ 尿量↑
疼痛，情绪紧张 → ADH↑ → 水重吸收↑ —— 尿量↓

(二) 醛固酮

分泌：肾上腺皮质球状带分泌的盐皮质激素。
作用：保Na $^{+}$ 排K $^{+}$ 保H $_{2}$ O 促进远曲小管、集合管主细胞， Na $^{+}$ 、Cl $^{-}$ 水重吸收，K $^{+}$ 分泌

图 3-1-17 醛固酮作用示意图

图 8-10 远球小管和集合管重吸收 NaCl、分泌 K $^{+}$ 和 H $^{+}$ 的示意图

A: 远曲小管初段 B: 远曲小管后段和集合管

3. 分泌调节

(1) 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）

入球小A牵张感受器兴奋

肾球旁细胞

致密斑感受器兴奋

交感神经兴奋

血管紧张素原 $\to$ 血管紧张素I $\to$ 血管紧张素II $\to$ 血管紧张素III

(2) 血 $K^{+}$ 血 $Na^{+}$ 浓度

血 $N a^{+} ↓$ 、血 $K^{+} ↑$ （更敏感）→ 醛固酮↑

（三）心房钠尿肽

分泌：心房肌细胞合成的活性肽

作用：促进水、钠排出太

作用：促进水、钠排出

本章重点

★ 肾血流量的调节

★ 影响肾小球滤过的因素

★ 肾小管主要物质转运的特点

★ 尿生成的体液调节

练习题

一、名词解释

排泄（了解）肾小球滤过率（掌握）肾糖阈（掌握）

渗透性利尿（掌握）球-管平衡（掌握）

二、简答题

简述肾血流量调节的特点及其生理意义。（熟悉）
试述影响肾小球滤过的因素。（熟悉）
简述水利尿的概念及其产生机制。（掌握）

三、论述题

实验中给家兔静脉注射20%葡萄糖10毫升，尿量有何变化？试述其产生机制。（掌握）
大出血造成失血性休克（平均动脉血压低于50mmHg）的病人，其尿量会发生什么变化？为什么？（掌握）

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第八章 尿的生成和排出

主要内容

教学目标

第一节 概述

♦ 排泄途径：

(一) 排泄

二、肾脏的功能解剖

皮质肾单位

★ 球旁细胞

三、肾血流量的特点及调节

(一) 肾血液循环特点

（二）肾血流量的调节

1. 自身调节

(1) 特点

(2) 意义

2. 神经体液调节

(2. 神经体液调节

一、肾小球的滤过

(一) 滤过结构——滤过膜

◆ 电学屏障(electrochemical barrier)

（二）滤过动力——有效滤过压

（一）有效滤过压

有效滤过压=肾小球Cap压一（囊内压+血浆胶渗压）

★休克中期表现

？休克时会出现少尿或无尿

（二）肾血浆流量

K: 滤过膜的有效通透系数——影响尿液成分

S: 滤过膜面积（1.5m²）——影响尿量

第三节 肾小管、集合管的物质转运功能

（二）重吸收部位

（三）重吸收方式

二、肾小管和集合管的分泌功能

三、几种重要物质的转运

(一) Na+ 、 Cl− 和水的重吸收

2. 髓袢 15~20%

Na+−K+−2Cl− 同向转运体的离子去向：

3. 远曲小管、集合管 12%

H2​O 的重吸收

（二） HCO3−​ 的重吸收与 H+ 的分泌

(三) NH3​ 与 NH4+​ 的分泌

（四） K+ 的重吸收与分泌

2. K+ 的分泌

★ H+ 、 NH3​ 、 K+ 分泌的关系

（五）葡萄糖的重吸收

四、影响肾小管集合管转运的因素

2. 球管平衡（glomerulotubular balance）

第五节 尿生成的调节

一、神经调节

二、体液调节（主要调节）

(一) 抗利尿激素 (ADH)

1. 分泌

2. 作用

水通道蛋白和诺贝尔奖

3. ADH的分泌调节

◆大量饮清水后，尿量有何变化？为什么？

水利尿：大量饮清水后尿量↑的现象

3) 其它因素

(二) 醛固酮

3. 分泌调节

（三）心房钠尿肽

本章重点

练习题

一、名词解释

二、简答题

三、论述题

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第八章尿的生成和排出

第一节概述

第三节肾小管、集合管的物质转运功能

(一) $Na^{+}$ 、 $Cl^{-}$ 和水的重吸收

$N a^{+} - K^{+} - 2 C l^{-}$ 同向转运体的离子去向：

$H_{2} O$ 的重吸收

（二） $HCO_{3}^{-}$ 的重吸收与 $H^{+}$ 的分泌

(三) $NH_{3}$ 与 $NH_{4}^{+}$ 的分泌

（四） $K^{+}$ 的重吸收与分泌

2. $K^{+}$ 的分泌

★ $H^{+}$ 、 $N H_{3}$ 、 $K^{+}$ 分泌的关系

第五节尿生成的调节