肾小管和集合管的分泌功能

分泌是指肾小管上皮细胞将自身代谢所产生的某些物质排入管腔的过程。排泄是指肾小管上皮细胞将血液中某些物质直接转运入管腔的过程。由于两者的物质都是排入管腔,通常不进行严格区分,统称为分泌。肾小管和集合管主要能分泌H+、NH3和K+,这对保持体内的酸碱和Na+、K+平衡具有重要意义(表8-6)。

(一)泌酸

肾小管各段和集合管上皮细胞均有分泌H+功能,但主要在近端小管。由细胞代谢产生或由小管液进入细胞的CO2,在碳酸酐酶的催化下,与H2 O生成H2 CO3,H2 CO3解离成H+和。细胞内的H+和小管液中Na+与细胞膜上的载体结合,H+被分泌到小管液中,而小管液中的Na+则被转运入细胞。H+的分泌与Na+的重吸收是通过载体蛋白完成的逆向转运,称为Na+-H+交换。

在细胞内生成的扩散至管周组织液,与其中的Na+生成Na HCO3并进入血液。分泌入小管液的H+与其内的生成H2 CO3,H2 CO3在碳酸酐酶的作用下分解为CO2和H2 O,CO2进入细胞,在细胞内再生成H2 CO3,H2 O则随尿排出体外。如此循环往复,每分泌1个H+,可重吸收1个Na+和1个回到血液(图8-7)。碳酸氢钠是体内重要的碱储备,因此,肾小管和集合管分泌H+的作用对维持体内酸碱平衡是非常重要的。

(二)泌钾

尿液中的K+主要是由远曲小管和集合管所分泌。K+的分泌是顺电位差的扩散过程。在远曲小管和集合管,由于Na+的重吸收,管腔内电位降至-10~-40m V,形成K+分泌的动力。K+的分泌与Na+的主动重吸收有密切的联系。在小管液中的Na+重吸收入细胞内的同时,K+被分泌到小管液内,这种分泌K+与重吸收Na+相互关联的现象,称为Na+-K+交换。由于K+分泌和H+分泌都是与Na+进行交换(图8-7),故两者呈竞争作用,即当Na+-H+交换增强时,Na+-K+交换减弱;反之,Na+-H+交换减弱时,Na+-K+交换则增强。在人体酸中毒时,小管细胞内的碳酸酐酶活性增强,H+生成增多,Na+-H+交换增强,以增加Na HCO3的重吸收;而Na+-K+交换则减弱,K+随尿排出减少,可出现血钾升高。在人体碱中毒时,Na+-H+交换减弱,Na+-K+交换增强,排出的K+增多,可能发生血钾降低。

图8-7　H+、NH3和K+的分泌关系

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。体内的K+代谢特点是:多吃多排,少吃少排,不吃也要排出一部分。故在临床上,为维持体内的K+平衡,应对不能进食的病人适当地补K+,以免引起血钾降低。肾功能不全的病人,排K+功能障碍,可发生高钾血症。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性产生不利的影响。

(三)泌氨

NH3主要由谷氨酰胺脱氨生成,其次来自其他氨基酸。正常情况下,NH3主要由远曲小管和集合管分泌。酸中毒时,近端小管也可分泌NH3。NH3分泌与H+的分泌密切相关。NH3属脂溶性物质,扩散的方向取决于液体的p H,容易向p H较低的一侧进行,由于H+的分泌使小管液p H降低,NH3通过细胞膜扩散入小管液中。进入小管液的NH3与其中的H+结合成NH+4,NH+4的生成减少了小管液中的H+,有助于H+的继续分泌。随着小管液中的NH3与H+结合生成NH+4,小管液中的NH3降低,也有利于NH3的继续分泌(见图8-7)。NH+4是水溶性的,不能通过细胞膜。小管液中的NH+4则与强酸盐(如NaCl)的负离子结合生成铵盐(NH4 Cl)随尿排出。强酸盐的正离子(如Na+)则与H+交换而进入肾小管细胞,然后和细胞内的一起被转运入血。

由此可见,NH3的分泌与H+的分泌密切相关,H+分泌增加可促使NH3分泌增多。肾小管和集合管细胞在分泌H+和NH3的同时,促进了Na HCO3的重吸收,从而实现了肾排酸保碱的功能。

(四)排出血浆中某些物质

肾小管还可将血浆中的某些物质,如肌酐、对氨基马尿酸等,通过排泄作用直接排入管腔。此外,进入体内的物质如青霉素、酚红、碘锐特、呋塞米和依他尼酸等,它们在血液中大多与血浆蛋白结合而运输,很少被肾小球滤过,主要由近端小管排入小管液。排入小管液的呋塞米和依他尼酸的浓度可比血浆高数倍,有利于在髓襻升支粗段发挥利尿作用。临床上常用酚红排泄试验(PSP)检查肾小管的排泄功能是否正常。

表8-6　肾小管和集合管分泌的几种物质