尿生成过程

第二节　尿生成过程

尿的生成是由肾单位与集合管共同完成的。每个肾约有100万个以上的肾单位(图8－1)。肾单位的组成及相互间结构关系如下:

集合管不包括在肾单位内，但在功能上和肾单位密切相关。它在尿生成过程中，特别是尿液浓缩与稀释的过程中起着重要作用。每一集合管收集多条远曲小管来的尿液，进而汇入乳头管流入肾小盏，再进入肾大盏和肾盂，最后经输尿管进入膀胱贮存。排尿时，膀胱内的尿液经尿道排出体外。

图8－1　肾单位与肾血管模式图

肾血流量大，流速快。正常成人安静时两肾总血流量为1200ml/min，相当于心输出量的1/5～1/4左右，有利于血液中的代谢产物和有害物质的排出。肾动脉在肾实质内形成两次毛细血管。第一次是肾动脉多次分支后经入球小动脉形成毛细血管球，其血压高有利于肾小球滤过;第二次是出球小动脉在肾小管周围形成毛细血管网，其血压低，有利于重吸收。

肾血管与肾小管共同形成的一个复杂组织结构为球旁复合体又称近球小体。包括球旁细胞和致密斑等部分(图8－2)。球旁细胞是入球小动脉管壁上的平滑肌细胞分化而来的上皮样细胞，能分泌肾素。致密斑是远曲小管邻近肾小体一侧的立方状细胞变成高柱状细胞，排列紧密而成的椭圆形结构。它能感受肾小管液中的Na⁺含量的变化，并将信息传递至球旁细胞，调节肾素的分泌。

图8－2　肾小体和球旁复合体模式图

尿的生成过程包括三个基本环节:①肾小球的滤过功能;②肾小管和集合管的重吸收;③肾小管和集合管的分泌(图8－3)。

图8－3　尿生成基本过程

一、肾小球的滤过功能

肾小球的滤过是尿生成的第一步，指血液流经肾小球毛细血管时，血浆中的水分和小分子溶质，经肾小球滤过膜滤过到肾小囊腔形成超滤液(即原尿)的过程。用微穿刺方法获取肾小囊腔中的超滤液并进行分析的结果显示，超滤液中除大分子的血浆蛋白质甚少外，其他成分及其浓度、酸碱度及渗透压基本上与血浆相同(表8－1)。由此证明囊内液确是血浆的超滤液而不是分泌物。

表8－1　血浆、超滤液和终尿的成分比较及每天的滤过量和排出量

(一)滤过的结构基础——滤过膜

1.滤过膜的通透性

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，由肾小球毛细血管内皮、基膜和肾小囊脏层的裂孔膜构成(图8－4)。肾小球滤过膜的通透性与溶质分子量的大小和其带电性质有关。在滤过膜上存在着大小不等的孔道，形成滤过的机械屏障，一般认为分子量超过70000的物质，如球蛋白、纤维蛋白原等不能滤过;而水、无机盐、低分子有机物如葡萄糖、维生素、氨基酸和尿素等不管对身体有用或无用均可无选择的滤过;有些物质分子量虽小，但由于与血浆蛋白结合，也不能通过滤过膜。此外，滤过膜表面覆盖有带负电荷的涎蛋白，形成滤过的电学屏障，可阻止血浆中刚能通过滤过膜但又带负电荷的大分子物质如白蛋白(分子量为69000)通过，故超滤液中几乎无蛋白质。

2.滤过膜的面积

正常两肾所有的肾小球均有超滤液滤过。由于两肾有200万个以上的肾单位，故滤过面积很大(约1．5平方米)且相对稳定，这有利于肾小球的滤过功能。

图8－4　肾小球滤过膜示意图

(二)滤过的动力——有效滤过压

滤过膜两侧的压力差称有效滤过压(图8－5)，是肾小球滤过的动力。它与组织液生成原理相似，由三种力量相互作用而产生。促进肾小球滤过的力量是肾小球毛细血管压，阻止肾小球滤过的力量是血浆胶体渗透压和肾小囊内压。因滤过膜对蛋白质几乎不通透，囊内液中蛋白质浓度极低，故其胶体渗透压可忽略不计。因此，有效滤过压=肾小球毛细血管压－(血浆胶体渗透压+肾小囊内压)。

图8－5　有效滤过压示意图(小黑点表示胶体颗粒)

用微穿刺法在大鼠肾小球测得数值如表8－2。将上述数据代入公式，则肾小球毛细血管入球端的有效滤过压为10mmHg，肾小球毛细血管出球端的有效滤过压为0。这说明肾小球毛细血管不同部位的有效滤过压是不相同的。越靠近入球小动脉，有效滤过压越大，滤液生成越多;在出球端有效滤过压为零，滤过停止，这种现象称为滤过平衡。因此，尽管平时两肾所有的肾单位都在活动，但并非肾小球毛细血管全长均有滤过。滤过仅发生在入球端毛细血管，而出球端毛细血管实际上是肾小球滤过面积的储备。

表8－2　肾小球有效滤过压各组成分数值(mmHg)

(三)肾小球滤过率

单位时间内(每分钟)两侧肾生成的超滤液量，称为肾小球滤过率，是衡量肾功能的重要指标之一。正常成人肾小球滤过率约为125ml/min。肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数。经测算，肾血浆流量为660ml/min，故滤过分数为125/660×100%≈19%。这表明当血液流经肾脏时，约有19%的血浆经滤过进入肾小囊腔形成超滤液。

(四)影响肾小球滤过的因素

1．有效滤过压的改变

凡能影响肾小球毛细血管压、血浆胶体渗透压、肾小囊内压的因素，都可改变有效滤过压，从而影响肾小球滤过率而改变尿量。

(1)肾小球毛细血管压:当动脉血压在80～180mmHg范围内时，肾脏通过自身调节，肾小球毛细血管压保持稳定。只有当平均动脉压下降到80mmHg以下时，超出了肾血流量的自身调节范围，或剧烈运动、强烈的伤害性刺激等情况下，使交感－肾上腺髓质系统剧烈兴奋时，肾小球毛细血管压下降，有效滤过压降低，引起滤过率降低，出现少尿或无尿。

(2)血浆胶体渗透压:生理状态下，血浆胶体渗透压比较稳定。若因某些疾病使血浆蛋白的浓度明显降低，或由静脉输入大量生理盐水使血浆蛋白被稀释，均可导致血浆胶体渗透压降低，有效滤过压升高，肾小球滤过率增加，尿量增多。

(3)肾小囊内压:生理状态下，肾小囊内压都比较稳定。当肾小管或输尿管堵塞时(如磺胺药结晶或尿路结石、肿瘤等)可导致肾小囊内压升高，有效滤过压降低，尿量减少。

2．滤过膜的改变

正常情况下，滤过膜的通透性和面积比较稳定。只有在病理情况下滤过膜的机械电学屏障受到破坏，尿的质和量才会受到影响。例如，急性肾小球肾炎时，由于血管球内皮增生肿胀，部分毛细血管腔狭窄或闭塞，可使滤过面积减少，引起少尿甚至无尿。另外，当肾小球受到炎症或缺氧损害时，滤过膜的通透性增大，原先不能滤过的大分子蛋白质甚至红细胞也被滤出，形成蛋白尿和血尿。

3．肾小球血浆流量的改变

如前所述，正常成人肾的血浆流量660ml/min，当人体进行剧烈运动或大出血、剧烈疼痛、严重缺氧等时，可使肾的血管收缩，肾血流量和肾小球血浆流量减少，肾小球毛细血管生成滤液有效长度缩短，滤过率明显减少，尿量减少。

正常成人按肾小球滤过率125ml/min计算，每昼夜生成的超滤液量可达180L，而终尿量仅1．5L，约占超滤液量的1%。从表8－1也可看出终尿的成分与超滤液有很大差异，如原尿中有葡萄糖而终尿中没有，这说明其与肾小管和集合管的重吸收功能有关。

二、肾小管和集合管的重吸收功能

超滤液进入肾小管后称小管液。当小管液流经肾小管和集合管时，其中绝大多数成分经管壁上皮细胞，重新进入周围毛细血管血液中。此过程称为肾小管和集合管的重吸收。

(一)重吸收方式

1．主动重吸收

主动重吸收是指肾小管上皮细胞通过本身耗能逆电化学梯度将小管液中某些物质转运到小管液中，如葡萄糖、氨基酸、维生素、K⁺、Na⁺等是主动重吸收。

2．被动重吸收

被动重吸收是指小管液中某些物顺电化学梯度被重吸收，不耗能。如水、尿素和大部分Cl^－等是被动重吸收。

(二)重吸收特点

肾小管各段和集合管重吸收能力不一样，近曲小管重吸收能力最强，全部营养物质(如葡萄糖、氨基酸、维生素)、65%～70%的水和大部分无机盐均在此段被重吸收;髓袢和远端小管主要是重吸收水和Na⁺、Cl^－;少量Na⁺、Cl^－和10%～20%的水、尿素则可在集合管重吸收。由此可见肾小管、集合管对物质的重吸收具有选择性。一般来说，对机体有用的物质会全部或大部分被重吸收，如葡萄糖、氨基酸、维生素全部重吸收，Na⁺、Cl^－和水等大部分被重吸收;对机体无用的代谢终产物，如尿素、尿酸、肌酸、氨、肌酐等很少或不被重吸收。但肾小管对物质的重吸收有一定限度，如原尿中葡萄糖含量过多，超出重吸收的限度，肾小管就不能将它全部重吸收，终尿中会排出葡萄糖。

(三)几种重要物质的重吸收

1．Na⁺和Cl^－的重吸收

滤液中Na⁺和Cl^－在流经肾小管与集合管时99%以上被重吸收，其中70%在近端小管经Na⁺泵主动重吸收，Cl^－和水随之被动重吸收。由于Na⁺重吸收大部分是通过与多种溶质耦联转运的，所以Na⁺重吸收的变化对这些溶质的重吸收将产生重要的影响。比如，Na⁺在近端小管重吸收时可促进葡萄糖和氨基酸的重吸收。在髓袢升支粗段，Na⁺和Cl^－均为主动重吸收。远曲小管和集合管对Na⁺的主动重吸收与H+、K⁺分泌有关，是在醛固酮的调节下进行的。在髓袢降支细段对Na⁺不易通透，难以重吸收，而在髓袢升支细段对Na⁺有较大通透性而被重吸收。当Na⁺和Cl^－的重吸收受到药物的抑制或醛固酮的作用减弱使Na⁺的重吸收减少时，都可产生利尿效应。

2．K⁺重吸收

原尿中的K+90%左右被重吸收，其重吸收主要部位在近端小管。近端小管K+的重吸收是逆K+的浓度差和电位差而进行的主动转运。终尿中的K+主要来自远曲小管和集合管的分泌。

3．葡萄糖的重吸收

原尿葡萄糖浓度与血浆相同。正常情况下，葡萄糖在近端小管全部重吸收，故终尿中几乎不含葡萄糖。葡萄糖的重吸收是以载体为媒介，借助于Na⁺的主动重吸收而继发主动转运的。肾小管对葡萄糖的重吸收有一定限度。当血糖浓度超过一定浓度时，肾小管液中的葡萄糖就不能全部被重吸收，一部分糖将会随尿排出而出现糖尿。因此，不出现葡萄糖的最高血糖浓度，称为肾糖阈。正常肾糖阈为160～180mg/100ml(8．88～9．99mmol/L)。

4．蛋白质和氨基酸的重吸收

肾小球滤过的微量血浆蛋白质在近端小管经吞饮方式被重吸收。氨基酸也在近端小管被重吸收，其机理与葡萄糖的重吸收相似为继发性主动转运。

5．水的重吸收

滤液中99%的水被重吸收。水的重吸收是在渗透压差作用下而被动重吸收的。除髓袢升支对水几乎不通透外，其余各段都能重吸收水。其中，在近端小管和髓袢降支伴随着溶质重吸收，为等渗性重吸收。这部分重吸收量占75%～80%，称为必需重吸收，与机体水平衡的调节无关。在远曲小管和集合管对水的重吸收，受血管升压素抗利尿激素的调节，属于调节性重吸收。当机体缺水时，血管升压素分泌增多，水的重吸收量增多，尿液被浓缩;水过剩时，血管升压素分泌减少，水的重吸收减少，尿液被稀释。正常人24小时尿量1．5L，占滤液量的1%，若调节性重吸收略有改变，即使只减少1%，尿量也将成倍增加。因此，远曲小管和集合管对水的重吸收在机体水平衡的调节中具有重要作用。

三、肾小管和集合管的分泌功能

肾小管和集合管的分泌，是指小管上皮细胞将本身代谢产生的物质或血液中某些物质排入小管液的过程。小管上皮细胞分泌的重要物质有H+、K⁺、NH₃(图8－6)，以调节体内电解质平衡和酸碱平衡。此外，还可分泌体内代谢产物如肌酐、对氨基马尿酸，以及某些药物如青霉素、大部分的利尿药，某些染料如酚红等。

(一)H+的分泌

肾小管各段和集合管均能分泌H+，其中近端小管分泌量最大。H+来源于小管上皮细胞代谢产生的CO₂或血液和小管液中的CO₂。肾小管上皮细胞内CO₂与H₂O在碳酸酐酶作用下生成H₂CO₃，H₂CO₃又解离出H+及HCO^－3。H+可通过H+－Na⁺交换分泌到小管液中，随尿排出体外，HCO^－

3则与Na⁺一起转运回血形成NaHCO₃。由此可知，每分泌1个H+入小管液，同时可重吸收1个Na⁺和HCO^－3入血，起着排酸保碱的作用，对维持酸碱平衡具有重要意义。这说明，近端小管重吸收HCO－3是以CO₂形式进行的。

图8－6　H+、K⁺、NH₃的分泌与H+－Na⁺交换、K⁺－Na⁺交换示意图

肾小管和集合管上皮细胞的碳酸酐酶活性受pH值的影响。当pH值降低时，其活性增加，生成更多的H+，有利于肾脏排H+保碱。

(二)NH₃的分泌

远曲小管和集合管上皮细胞在代谢过程中不断生成NH₃(主要由谷氨酰胺脱氨产生)，NH₃是脂溶性物质，容易透过细胞膜向H+浓度高的小管腔扩散。NH₃与小管液中的H+结合生成NH+ 4，后者与强酸盐(NaCl等)的负离子结合生成酸性铵盐(NH₄Cl)，以铵盐形式随尿排出，而被替换出的正离子(如Na⁺)可通过H+－Na⁺交换与HCO－

3一起重吸收回血。H+与NH₃结合可降低小管液中H+浓度，促进H+的分泌，因此，NH₃的分泌不仅促进H+的分泌而排酸，也能增加NaHCO₃的重吸收。因而NH₃的分泌对排酸保碱，维持酸碱平衡同样起着重要作用。

(三)K+的分泌

超滤液中的K⁺绝大部分被近曲小管重吸收，尿中K⁺基本由远曲小管和集合管所分泌。K⁺的分泌与Na⁺的主动重吸收密切相关。Na⁺在Na⁺泵的作用下主动重吸收，造成管腔内为负的电梯度，使K⁺被动扩散入管腔完成K⁺－Na⁺交换。H+－Na⁺交换与K+－Na⁺交换同时进行，两者+之间存在着竞争性抑制。当酸中毒时，小管上皮细胞内碳酸酐酶活性增强，H+生成增多，H+－Na⁺交换增多，K⁺－Na⁺交换减少，K⁺分泌减少，可出现血钾升高。相反，高血钾症时，可导致酸中毒。

体内的K⁺主要由肾排泄。正常情况下，机体摄入的K⁺和排出的K⁺保持动态平衡，即多进多排，少进少排。但当食物中缺K+或其他原因引起K+不足时，尿中仍排K⁺，即不进也排。这种情况下，势必造成血钾浓度降低，应注意适量补钾。因为血钾过高或过低，都会对人体的功能，尤其是对神经和心脏的兴奋产生不利的影响。

四、尿液的浓缩和稀释

尿液的浓缩和稀释是根据尿的渗透压与血浆渗透压相比较而定的。远曲小管和集合管通过对水的调节性重吸收，能大幅度改变尿的渗透压，对尿液进行浓缩或稀释。当体内缺水(如失水或禁水)时尿的渗透压将明显高于血浆渗透压，称为高渗尿，表示尿被浓缩。在饮水过多时，尿的渗透压将低于血浆渗透压，称为低渗尿，表示尿被稀释。尿液的渗透压与血浆渗透压相等或相近，称等渗尿。机体缺水或水过剩都是等渗尿，表明肾脏的浓缩和稀释功能严重减退。肾脏通过排泄浓缩尿或稀释尿来维持体液的正常渗透压，对维持机体的水平衡起重要作用。

由肾小球滤出的超滤液经过近端小管的等渗性重吸收后，小管液的渗透压仍然是等渗的，可见尿液的浓缩和稀释是在髓袢、远曲小管和集合管中进行。实验证明，肾髓质组织间液渗透压高于血浆，并且从外髓部至内髓部存在着很大的渗透压梯度(高渗梯度)，即愈朝向内髓深部，渗透压愈高，肾乳头部渗透压可高达血浆渗透压的4倍。正常情况下，进入远曲小管和集合管的小管液为低渗或等渗。在血管升压素的作用下，远曲小管和集合管对水的通透性增大，小管液在流经肾髓质的途中，因水分被髓质高渗不断吸出管外，管内溶质浓度不断增高而形成高渗的浓缩尿。当血管升压素减少时，该段小管对水不通透，水不易吸收，同时由于Na⁺仍不断被主动重吸收，则可使尿液渗透压下降，形成稀释尿。因此，肾髓质高渗梯度的存在，是促进远曲小管和集合管重吸收水分，使尿液得以浓缩的生理学基础。血管升压素的存在，是尿液浓缩的基本条件;血管升压素的释放是决定尿液浓缩程度的关键因素。如血管升压素完全缺乏，或肾小管和集合管缺乏血管升压素受体时，可出现尿崩症，每天可排出高达20L的低渗尿。

肾髓质高渗梯度的形成和保持与肾小管和肾直小血管解剖和功能特点有关。构成髓质间隙渗透压的溶质主要来源于重吸收的Na⁺、Cl^－和尿素，故凡影响这几种物质重吸收的因素，或肾髓质有病变时，都能影响肾髓质高渗梯度的形成和保持，从而改变尿量。