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1、生 理 学 教 研 室 王 晗 ,第八章 尿的生成和排泄,主题:令人惊奇的肾脏, 每天清洁200升血液,定为每年3月份的第二个星期四,平稳降压,保护肾脏,保护您的肾脏-控制糖尿病,第二节 肾小球的滤过功能,第一节 肾的功能解剖和肾血流量,第四节 尿液的浓缩和稀释,第八章 尿的生成和排泄,第三节肾小管和集合管的物质转运功能,第五节 尿生成的调节,第七节 尿的排放,第六节 清除率,皮肤、呼吸器官(肺脏)、消化器官、 肾脏(尿),排泄(execration):,机体将,代谢的终产物 过剩的物质 药物、异物等,经血液循环由排泄器官排出体外的过程。,排泄器官(途径):,肾脏是最重要的排泄途径,机体将,代
2、谢的终产物 过剩的物质 药物、异物等,经血液循环由排泄器官排出体外的过程。,表:人体的排泄途径及排泄物 排泄器官 排泄物 排泄形式 肾 水、盐类、尿素、尿酸、肌酐、 尿 某些药物和毒物、色素等 肺 C02 、水、挥发性药物等 气体 皮肤 水、盐、少量尿素等 发汗、不感蒸发 消化道 盐类、色素 、药物、毒物 粪便,尿的生成过程: (1)肾小球的滤过; (2)肾小管和集合管的重吸收; (3)肾小管和集合管的分泌排泄,一、肾的功能解剖,第一节 肾的功能解剖和肾血流量,(三)肾单位的构成,肾小球(毛细血管球) 肾小体 肾小囊 肾单位 近球小管 近曲小管 髓袢降支粗段 肾小管 髓袢细段 降支细段 升支细
3、段 远球小管 髓袢升支粗段 远曲小管,肾脏的功能单位-肾单位,肾 小 体,肾 小 体 ( 扫 描 电 镜 ),正常肾小球,(二)近球小体:( 球旁器),近球细胞(又称颗粒细胞;含有肾素),致密斑(感受小管液中流量和NaCl浓度),球外系膜细胞(吞噬功能),(二)球旁器(juxtaglomerular apparatus) 1、近球C (juxtaglomerular cells) 入球小A中膜肌上皮样C,呈球形,分泌肾素 2、致密斑(macula densa) 远曲小管始部,感受小管液NaCl的变化,调节肾素释放。 3、球外系膜C(extraglomerular mesangial cell)
4、 入球与出球小A之间,具有吞噬作用。,球旁器示意图,(三)滤过膜的构成,(三)滤过膜的构成: 毛细血管内皮细胞窗孔(fenestration ) 直径50-100 nm 基膜微纤维网结构(meshwork ) 直径4-8 nm 肾小囊上皮细胞滤过裂孔(slit-pores ) 直径4-14 nm,血管有孔内皮,基膜,足细胞裂孔膜,滤 过 屏 障 ( E M ),滤过膜的通透性 有两种屏障机械屏障及电化学屏障。 (1)机械屏障(mechanical barrier) 有效半径:2.0nm 4.2nm 。随着半径 增加,滤过增加。 故对大小不同分子有选择性通透。,机械屏障示意图,(2)电化学屏障(
5、electrochemical barrier ) 滤过膜各层含有的带负电荷的糖蛋白。若负电荷减少,可使带负电荷的血浆白蛋白滤过,而出现蛋白尿(proteinuria)。 故滤过膜对电荷不同的分子有选择性通透。,电学屏障示意图,outside of capillary,inside of capillary,(四)肾脏的神经支配和血管分布 肾脏有丰富的神经支配,主要为交感神经。T12L2交感神经纤维分布于肾A、入球小A和出球小A等。,正常人安静时肾血流量为1200ml/min,相当于 心输出量的1/51/4左右,其中94%的血液供 应肾皮质。通常所说的肾血流量主要指肾皮质 质血流量。,肾小球毛
6、细血管网血压高,有利于肾小球的 滤过;肾小管周围毛细血管网的血压较低,有 利于肾小管的重吸收。,肾脏的血液供应,(二)两套毛细血管网,(一)供血丰富,血液分布不均一,二、肾血流量的特点及其调节,(一)肾血流量的自身调节 在没有外来神经支配的情况下,肾血流量在动脉血压一定的变动范围内能保持 恒定的现象。 1、肌源性学说 2、管-球反馈,(二)肾血流量的神经和体液调节,神经调节:肾交感神经使血管平滑肌有一定 程度的收缩。 体液调节:去甲肾上腺素、肾上腺素、血管 升压素和血管紧张素、内皮素 均可使血管收缩,肾血流量减少。 PGI2、PGE2、NO和缓激肽可引起 血管舒张,肾血流量增加。,第二节 肾小
7、球的滤过功能,第一节 肾的功能解剖和肾血流量,第四节 尿液的浓缩和稀释,第八章 尿的生成和排泄,第三节肾小管和集合管的物质转运功能,第五节 尿生成的调节,第七节 尿的排放,第六节 清除率,肾小球的滤过作用的证据 (微穿刺法) 原尿:肾小球滤过的液体除了缺少大分子蛋白质外,其余成分、渗透压和酸碱度都与血浆相似。所以,肾小球滤过液是血浆的超滤液,又称原尿。,第二节 肾小球的滤过功能,血液,蛋白质,原尿,血液,血细胞,肾小球的滤过:指血液流过肾小球毛细血管时,在有效滤过压的作用下,使血浆中的一部分水和小分子溶质透过滤过膜进入肾小囊而形成原尿的过程,这是生成尿的第一步。,1、肾小球生成超滤液的速率通常
8、用肾小球滤过率(glomerular filtration rate,GFR)表示:指单位时间(每分钟)内两肾生成的超滤液量,与体表面积有关。体表面积为1.73m2的个体,GFR约125mlmin,2.滤过分数(filtration fraction,FF) 肾小球滤过率和肾血浆流量的百分比值。1.73m2体表面积成人的滤过分数是125/66010019,表明流径肾的血浆约有1/5由肾小球滤出。,一、有效滤过压肾小球滤过的动力,肾的有效滤过压肾小球毛细血管血压(血浆胶体渗透压肾小囊内压) 肾毛细血管内血压为8.0KPa(60mmHg),囊内压为2.4KPa(18mmHg), 入球端的肾毛细血管
9、血浆胶体渗透压是4.2KPa(32mmHg) 入球端的有效滤过压8.0(4.2+2.4)1.4KPa(10mmHg)。 出球端肾毛细血管处血浆胶体渗透压升至5.6KPa(35mmHg)。 出球端有效滤过压8.0(5.6+2.4)0。,二、影响肾小球滤过的因素,(一)肾小球毛细血管血压 (二)囊内压 (三)血浆胶体渗透压 (四)肾血浆流量 (五)滤过系数,为什么严重大出血会出现无尿?,大失血血容量减少 动脉血压降低 肾小球毛细血管血压 有效滤过压 肾小球滤过,为什么结石会引起肾功能衰竭?,肾盂、输尿管结石 囊内压 有效滤过压 肾小球滤过,为什么输液尿量增多?,静脉输液血浆蛋白稀释 血浆胶体渗透压
10、 有效滤过压 肾小球滤过,(四)肾血浆流量 肾血浆流量大时,血浆胶体渗透压上升速度慢,肾毛细血管全长都有滤过,肾小球滤过率(GFR)增大; 肾血浆流量减少时,血浆胶体渗透压上升速度快,有效滤过压很快达零(未到出球端),即肾小球毛细血管只有很短一段有滤过,肾小球滤过率(GFR)减小。,(五)滤过系数 1.滤过膜面积:人两侧肾脏全部肾小球毛细血管总面积约为1.5m2,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,以至有滤过功能的肾小球数量减少,出现少尿。 2.滤过膜的通透性 :正常时滤过膜有稳定的通透性。在肾发生某些病理变化时,如肾小球肾炎,滤过膜上带负电的唾液蛋白的减少,削弱了滤过膜
11、上电化学屏障,使原来不易滤出的带负电的血浆白蛋白也滤出了,产生蛋白尿。另外,炎症引起滤过膜损伤时,红细胞也能滤出,形成血尿。,影响肾小球滤过的因素,第三节、肾小管和集合管的物质转运功能,原尿(血浆的超滤液) 小管液(小管腔),从原尿和最终排出体外的终尿的比较中,观察到: 每日产生原尿180L,而终尿平均为1.5L; 原尿中葡萄糖浓度与血浆相同,而终尿中几乎无葡萄糖,说明经过肾小管和集合管的重吸收,99的水分及全部葡萄糖又重新回到血液中来。,肾小管重吸收和分泌的概念 1、重吸收(reabsorption): 是指某些物质选择性地从小管液中转运至血液的过程。 2、分泌(secretion): 是指
12、一些物质由肾小管上皮细胞产生或从血液转运到肾小管腔内的过程。,一、肾小管和集合管中物质转运的方式,(一)肾小管重吸收的特征 1、重吸收量大: GFR为 125 ml/min,经肾盂输出的终尿约为1 ml/min,99被重吸收。 2、重吸收的选择性:,(1)完全重吸收:如葡萄糖、氨基酸; (2)大部分重吸收:如水、电解质(Na、Cl、HCO3等); (3)小部分重吸收:如尿素等; (4)不重吸收:如肌酐等,(二)肾小管重吸收的方式 1被动重吸收: 指小管液中溶质顺着电化学梯度通过肾小管上皮细胞进入组织间液和管周毛细血管的过程。渗透压差是水被动重吸收的动力。 2主动重吸收: 小管液中溶质逆电化学梯
13、度通过小管上皮细胞进入组织间液和管周毛细血管过程。主动重吸收需要消耗能量。根据主动转运过程中能量来源不同,可分为原发性主动转运和继发性主动转运。,(三)重吸收的有限性 肾小管对物质的重吸收具有一定限度,称为重吸收的最大限度( reabsorption maximum) 这是由于小管中溶质量超过了载体蛋白的 数量,使专门转运系统发生饱和的缘故。 如葡萄糖为320mg/min、磷酸0.1mg/min、 尿酸盐15mg/min、乳酸盐75mg/min血浆蛋白 30mg/min、硫酸盐0.06mmol/min、氨基酸。,(四)肾小管分泌的特征,分泌的方式:扩散和跨细胞介导 分泌过程: 从血液转运到细胞
14、内(跨基侧膜分泌) 从细胞转运到官腔(跨管腔膜分泌),二、肾小管和集合管中各种物质的重吸收和分泌 (一) Na+、Cl和水的重吸收 1、近端小管(proximal tubule) 重吸收量: 约70% (2/3) 机制: 前半段和后半段不同 前半段: Na+与葡萄糖或氨基酸同向转运 Na+与H+逆向转运(Na+-H+交换) Cl不被重吸收 后半段: NaCl细胞旁路和跨细胞转运 水: 随溶质重吸收等渗性重吸收,2、髓袢(loop of Henle): 髓袢降支细段:对水通透性高,对溶质通透性低 髓袢升支细段:对水通透性低。 髓袢升支粗段(thick ascending limb):对Na+主动
15、重吸收(1Na+:2Cl-:1K+同向转运模式)。对水的通透性低。,3、远端小管和集合管 重吸收量: NaCl约12%, 水不等(可调) Na+受醛固酮(aldosterone)调节, 水受血管升压素(vasopressin)调节 机制: 多属主动转运 远曲小管始段: Na+-Cl同向转运 远曲小管后段与集合管: 主细胞: Na+通道(+基侧膜钠泵) 抑制剂: 氨氯吡咪 闰细胞: 质子泵(H+-K+ATP酶) 集合管: 水孔通道(aquaporin),(二)HCO3的重吸收及H的分泌 1、近端小管 以CO2的形式进入肾小管上皮细胞,在上皮细胞内产生HCO3 ,然后再进入血中。通过Na+H+逆向
16、转运泌H+ , Na+进入细胞。,近端小管重吸收HCO3和泌H+的机制,lumen epithelial cells ISF,2、髓袢,髓袢对HCO3 的重吸收主要发生在升 支粗段。其机制同近端小管。,3、远端小管和集合管,H+的分泌,(三) NH3的分泌与H+、HCO3-的转运的关系,lumen epithelial cells ISF,肾小管泌NH3与转运H+、HCO3的关系,(四) K+的重吸收和分泌 近端小管重吸收80%。由于小管滤液中K+浓度低于管壁细胞内的K+浓度,所以K+的重吸收是逆浓度差的主动转运。又因为细胞内的K+浓度比细胞外高, K+顺着浓度差被动性扩散通过管周膜进入血液。
17、,(五)钙的重吸收和排泄,经肾小球滤过的钙约70%在近端小管重 吸收,与钠的重吸收平行;20%在髓袢重吸 收,9%在远端小管和集合管重吸收,少于1% 的钙随尿排出。,(六)葡萄糖和氨基酸的重吸收: 在近球小管以同向转运的形式主动重吸收。,(1)机制: 以膜载体为媒介。需Na+协同转运。 (2)肾糖阈(renal glucose threshold): 指不出现尿糖的最高血糖浓度。 160-180mg%(正常80-120mg%) (3)葡萄糖转运极限量(glucose transport maximum):男 375mg/min,女 300mg/min,尿生成三过程,小结,一、肾小球滤过,1、滤
18、液:血浆成分 原尿,滤过膜,(肾小球),(肾小囊),GFR(肾小球滤过率)值约为125ml/min。,2、滤过动力 有效滤过压,肾小球毛细血管 (血浆胶体渗透压+肾小囊内压),=,3、影响因素:,有效滤过压,肾血浆流量,滤过膜面积和通透性,尿生成三过程,小结,二、肾小管和集合管的重吸收,原尿(肾小囊) 小管液(肾小管),180 L/24h 1.52.0 L/24h (1%),99%水重吸收,1、重吸收成分:,全部葡萄糖、氨基酸、维生素 大部分水、 Na+ 、Cl- 部分尿素 无重吸收肌酐,2、重吸收方式:,被动;主动(原发性、继发性),尿生成三过程,小结,有机物重吸收 葡萄糖 氨基酸 蛋白质,
19、(继发性主动转运),(吞饮),无机物重吸收 Na+ 、Cl- (近端小管) (髓袢升支粗段) (远曲小管和集合管),HCO3- 以CO2 的形式进行重吸收,水的重吸收 等渗性重吸收 (近端小管) 调节性重吸收 (远曲小管和集合管),第四节 尿液的浓缩和稀释 正常机体在缺水时会排出高渗尿(尿液浓缩),而在体内水过剩时则排出低渗尿(尿被稀释)。肾脏对尿液浓缩和稀释能力在调节机体水平衡中起着极其重要的作用。如果肾浓缩和稀释能力严重受损,则无论机体缺水与否,排出的尿渗透压几乎与血浆相等,即等渗尿。,肾小管各部对水、钠和尿素的不同通透性,肾髓质渗透压梯度的形成机制 1在间隙环境中NaCl选择 性积存 2
20、尿素扩散到髓质间隙保证 高渗环境的形成和维持 3. 抗利尿激素的调节作用,外髓部渗透压梯度形成 升支粗段对NaCl的主动重吸收,并且靠近皮质部外髓部渗透压相对较低,越靠近内髓部渗透压愈高。 内髓部渗透压梯度形成 尿素的再循环和NaCl的重吸收。内髓部集合管内因为ADH作用使水大量被重吸收,尿素浓度升高,扩散到组织间液,再进入升支细段完成尿素再循环。,逆流交换与逆流倍增作用,三、直小血管在维持肾髓质高渗中的作用 NaCl和尿素从组织间液进入直小血管降支、升支,又回到组织间液,再进入降支形成一个短路循环。此循环结果是使肾髓质的溶质(NaCl和尿素)不会被血流大量带走,水分可随血流返回体循环。于是“
21、U” 形直小血管的保留溶质、带走水分的作用保持了肾髓质的渗透压梯度。,影响尿液浓缩和稀释的因素 1.肾髓质渗透压梯度的形成与维持:例如速尿、利尿酸能抑制升支粗段对Na+和Cl-的主动重吸收,影响了外髓部渗透压梯度的建立,妨碍了尿浓缩,产生利尿作用。又如肾髓质严重损害,髓质部渗透压梯度被破坏,使尿液不能浓缩;营养不良缺乏蛋白质及老年人蛋白质代谢低下,都使尿素产生减少,影响了肾髓质渗透压梯度形成,也影响了尿浓缩功能。 2.ADH 的合成与释放:中枢性或肾性尿崩症。 3.直小血管的血流量:如果血流加快将带走溶质,不能保持髓质渗透压梯度,降低尿浓缩功能。,第五节 尿生成的调节,一、肾内自身调节 (一)
22、小管液中溶质的浓度 小管液中溶质浓度升高、渗透压增大,对水的重吸收减少。水重吸收减少使小管液内Na+浓度降低,这样小管液内与小管上皮细胞内Na+浓度差变小,Na+的重吸收也减少。结果不仅尿量增多,且NaCl排出也增加。 渗透性利尿(osmotic diuresis) :小管液中溶质浓度升高、渗透压增大,肾小管对水的重吸收减少, 尿量增多的现象。如临床上常使用20甘露醇等,以提高小管液中溶质浓度来达到利尿和除水消肿的目的。糖尿病人出现多尿就是因为血糖浓度过高,近端小管不能将葡萄糖全部重吸收回血,小管液内因葡萄糖存在而使渗透压增高,妨碍了水和NaCl重吸收,导致多尿。,(三)球-管平衡 1.球管平
23、衡含义:近球小管重吸收率总是肾小球滤过率(GFR)的6570,这种定比重吸收现象称球管平衡(glomerulotubular balance)。 2.生理意义:使尿液中排出的溶质和水不至因GFR的增减而出现大幅度的波动。 3.产生机制:在肾血流量不变前提下,如果GFR增加,近球小管旁毛细血管血流量就减少,毛细血管血压下降及血浆胶体渗透压升高,这样必将加速组织间液进入毛细血管,引起组织间液静水压下降,导致小管细胞间隙内Na+和水加速通过组织间液回血,使Na+和水的重吸收增加。如果GFR减小,则会产生相反变化,导致重吸收减少。,二、神经和体液调节,入球小动脉收缩 毛细血管血压下降 有效滤过压下降
24、肾小球滤过率减少,肾脏交感神经兴奋,近段小管及髓袢升支粗段重吸收Na+ 、Cl-和水,球旁细胞 肾素-血管紧张素-醛固酮 保Na+、水和排K+,尿量减少,(一)神经调节,(二)肾素-血管紧张素系统,肾交感神经活动增强,肾脏的灌注压降低,流过致密斑的NaCl量减少,肾素分泌,血管紧张素原,血管紧张素,血管紧张素,ACE,血管紧张素具有下列效应,引起血管收缩,增加动脉血压。 促进近端小管对钠的重吸收。 刺激肾上腺皮质分泌醛固酮。 促进垂体后叶释放抗利尿激素。 通过对脑部的刺激作用引起渴觉。,(三)醛固酮 (1)产生:肾上腺皮质球状带合成和分泌的一种激素。 (2)作用:促进肾远曲小管和集合管上皮细胞
25、对Na+的主动重吸收及对K+的分泌,起保Na+保水和排K+作用。它在维持机体血Na+、血K+相对恒定及正常细胞外液量方面起着重要作用。 机制:醛固酮和细胞内盐皮质激素型受体结合引起受体构象变化,形成复合物进入核内,与核内DNA的反应元件结合,调节了基因的表达和醛固酮诱导蛋白的合成。该蛋白可以使:管腔膜的钠通道数目增加;线粒体合成ATP酶;基底外侧膜钠泵活性增加,钠泵再合成增多。,(四)心房钠尿肽 1、促进肾内血管扩张。 2、抑制入球和出球小动脉颗粒细胞分泌肾素。 3、抑制肾上腺皮质分泌醛固酮。 4、抑制垂体后叶释放抗利尿激素。 5、增加Na+和水的排泄。,(五)抗利尿激素(ADH) 合成、贮存
26、:ADH又称血管升压素(VP),由下丘脑视上核和室旁核(前者为主)大细胞神经元胞体合成,经下丘脑垂体束运输到神经垂体部,贮存于神经末梢囊泡内,需要时释放入血。室旁核的某些小细胞神经元也存在VP,其发出神经纤维末梢终止于垂体门脉系统上游的毛细血管网。 下丘脑神经垂体束的神经冲动传导到神经末梢引起膜去极化,钙内流,囊泡外排,VP量子释放入血,抗利尿激素(antidiuretic,ADH),分泌部位:,下丘脑(视上核) ADH 神经垂体(储存),合成,下丘脑-垂体束,远曲小管和集合管上皮细胞,V2受体,水通透性,水重吸收,生理 作用:,释放,影响ADH释放的因素,1、血浆晶体渗透压改变,机体缺水,(
27、血浆晶体渗透压升高),刺激渗透压感受器(+),神经垂体释放ADH增多,远曲小管和集合管重吸收水增加,尿量减少,何谓水利尿?,2、循环血量的改变,循环血量增加 刺激容量感受器 (+) 神经垂体 释放 ADH 减少 水重吸收少 尿量增多,3、动脉 血压,BP升高 ADH 释放减少 尿量增加,BP降低 ADH 释放增多 尿量减少,4、其他因素,疼痛、冷、缺氧及药物等刺激,影响ADH的释放,(六)前列腺素,(七)甲状旁腺激素 甲状旁腺激素 产生:甲状旁腺主细胞合成分泌 作用:促进远球小管和集合管对钙的重吸收,使血钙升高; 抑制近球小管对磷酸盐的重吸收,使血磷降低。,第六节 血浆清除率 一、清除率的概念
28、和计算方法 肾在单位时间(每分钟)内能将多少毫升血浆中所含的某种物质完全清除出去,这个被完全清除了某物质的血浆毫升数称为该物质的血浆清除率(Clearance,C)。 血浆清除率是一个推算数值(或计算数值),而非实际数值。它所表达的血浆毫升数是每分钟相当于多少毫升血浆中某物质被完全清除这个概念。 计算方法 C=UV/P P:血浆中某物质浓度;U:尿液中该物质浓度;V:每分钟尿量,二、测定清除率的意义 (一)测定肾小球滤过率(GFR) 如果某物质能自由滤过,而且既不被重吸收,又不被分泌,那么该物质的清除率就是GFR。菊粉(也称菊糖)就符合以上条件。1.73m2体表面积的中等身材成人的GFR为12
29、5ml/分就是来自于菊粉清除率的测定。U*V=F*P-R+E (二)测定肾血浆流量 如果某种物质流经肾循环一周后,能被肾脏几乎全部清除,如碘锐持和对氨基马尿酸,那么这种物质的血浆清除率(660ml/分)可代表肾血浆流量。因为血浆量约占全血的55,所以肾血流量660/55100%=1200ml/分。,(三)评估肾小管的功能 如果某物质血浆清除率小于125ml/分,如尿素、葡萄糖,说明:该物质滤过后、部分被肾小管重吸收。该物质滤过后,有无分泌都是可能的,即使有分泌,但分泌的量肯定小于重吸收的量; 如果某物质血浆清除率大于125ml/分,如肌酐,表明肾小管肯定有分泌该物质作用,即使有重吸收作用,但重吸收量肯定小于分泌的量。,第七节 尿的排放 经过肾小球滤过、肾小管和集合管的重吸收和分泌三个过程,生成的尿汇入乳头管,并经肾盏、肾盂、输尿管而进入膀胱。尿液在膀胱内贮存达到一定量时,会引起排尿反射(micturition reflex),将尿液经尿道排至体外。,一、膀胱和尿道的神经支配 (一)膀胱与尿道的结构特征 (二)膀胱和尿道的神经支配,二、排尿反射,盆神经: 传入膀胱充胀感、 传出支配膀胱逼 尿肌(收缩)和 内括约肌(舒张) 腹下神经: 传入膀胱痛觉、 传出支配膀胱逼 尿肌(舒张)和 内括约肌(收缩) 阴部神经: 传入尿道感觉、 传出支配外括约 肌(收缩),
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