第七章 泌尿系统生理

泌尿系统由肾、输尿管、膀胱和尿道组成。

肾是尿液生成的部位，生成尿液的基本功能单位称为肾单位，包括肾小体和肾小管。尿液的生成包括肾小球的滤过、肾小管和集合管的重吸收以及分泌三个基本过程。最终生成的终尿经肾盂收集后由输尿管送至膀胱，在膀胱中贮存到一定量后，排出体外。

泌尿系统功能的正常对于维持机体内环境的相对稳定具有重要意义。其通过尿的生成与排出，排出了体内大部分的代谢废物及异物，在体内水、电解质和酸碱平衡的维持方面发挥重要的调节作用。此外，肾还具有内分泌功能，可分泌红细胞生成素、肾素、1,25-双羟维生素D₃、前列腺素E₂和前列环素等。

本章重点讨论尿液的生成和排出过程，以及肾在机体水盐代谢中的调节功能。

第一节、肾的血液循环及其功能特点

 

（一）肾血液循环的功能特点

    1．肾血流量大，并且肾内血流分布不均。

成人两肾的血流量约占安静时心输出量的l/4。其中肾皮质部的血流灌注最高，为4000～5000 ml/（min· kg）。

       2. 肾小球毛细血管血压比较高。

       3．肾小管周围毛细血管血压较低且血浆胶体渗透压较高。

       4．肾血流量具有自身调节机制

       离体灌流肾实验观察到，当肾动脉的灌注压（相当于体内的平均动脉压）由5.3kPa（40mmHg）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（80～180mmHg）范围内变动时，肾血流量保持在一个稳定的水平上不变；进一步加大灌注压，肾血流量又将随灌注压的升高而增加。此实验说明，在没有外来神经支配的情况下，当动脉血压在一定范围内波动时，肾血流量能保持相对恒定，这种现象称为肾血流量的自身调节（图6-1）。一般认为，自身调节只涉及肾皮质的血流量。

       肾血流量自身调节的生理意义在于，当心血管功能在一定范围内发生变化时，肾小球的滤过功能可保持相对稳定。

 

 

图6-1  肾血流和肾小球滤过率的自身调节

第二节 尿生成的过程

       如前所述，肾单位和集合管是肾内尿的生成部位。当血液随入球小动脉流经肾小球的毛细血管时，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，可以滤入至肾小球囊腔，此过程称为肾小球的滤过，进入肾小囊的成分称为原尿。原尿继续流经肾小管和集合管，此时原尿中的部分成分可被肾小管和集合管上皮细胞重新转运回血液，此过程称为肾小管和集合管的重吸收；同时，一些血浆成分或上皮细胞本身产生的物质可由肾小管和集合管上皮细胞转运至小管腔内，此过程称为肾小管和集合管的分泌。经过这些转运过程后，肾小管液的量和成分发生了很大的变化，最终离开集合管的液体称为终尿，即为最后排出体外的尿液。可见，尿的生成包括三个基本过程：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。

一、肾小球的滤过功能

（一）滤过膜的分子通透性

    不同物质通过肾小球滤过膜的能力取决于被滤过物质的分子大小及其所带的电荷。

1. 物质分子大小  一般来说，有效半径＜2.0nm的中性物质能自由通过滤过膜，如葡萄糖分子的有效半径为0.36 nm，它可以被完全滤过；有效半径介于2.0～4.2 nm之间的各种物质，随着有效半径的增加，被滤过的量逐渐降低。有效半径大于4.2 nm的大分子物质，则几乎完全不能滤过。若尿中发现大量高分子量的蛋白质，提示滤过膜受损，通透性增大。

       2．物质分子所带的电荷：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可限制带负电荷的分子滤过。如血浆白蛋白（分子量约69000）虽然其有效半径为3.6 nm，由于其带负电荷，因此, 难于通过滤过膜而不会出现在尿中。若肾在病理情况下，滤过膜上带负电荷的糖蛋白减少或者消失，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）滤过的动力——有效滤过压

血浆成分流经肾小球毛细血管时能否被滤过，取决于滤过膜两侧的压力差。滤过膜两侧决定滤过的压力主要有三个：肾小球毛细血管血压、血浆胶体渗透压和囊内压。其中，肾小球毛细血管血压是促进滤过的力量，而血浆胶体渗透压和囊内压构成了滤过的阻力。有效滤过压（effectivefiltration pressure）是指促进超滤的动力与对抗超滤的阻力之间的差值（见图6-2）。即有效滤过压＝滤过的动力-滤过的阻力＝肾小球毛细血管血压-（血浆胶体渗透压+囊内压）。

 

图6-2  有效滤过压示意图

 

对有效滤过压分析发现，从入球小动脉到出球小动脉，肾小球毛细血管全段的有效滤过压是逐渐变小的。这是因为在血液流经肾小球毛细血管时，血压下降不多，入球端和出球端的血压几乎相等。但由于不断生成滤过液，血液中血浆蛋白浓度会逐渐增加，血浆胶体渗透压也随之升高，因此,有效滤过压逐渐下降。当滤过阻力等于滤过动力时，有效滤过压下降到零，滤过停止，称为滤过平衡（filtration equilibrium）。

    入球端：有效滤过压=6.0 –（2.67+1.33） =2.0kPa（15mmHg）＞0有滤液生成

       出球端：有效滤过压=6.0 –（4.67+1.33） =0kPa（0mmHg）   ≤0无滤液生成

       （三）肾小球滤过率和滤过分数的概念

       肾小球滤过率和滤过分数是评价肾小球滤过能力的常用指标。肾小球滤过率（glomerularfiltration rate，GFR）是指单位时间内（每分钟）经两肾所生成的原尿量。正常成人约为 125 mL/min左右。

       滤过分数（filtrationfraction, FF）是指GFR和每分钟肾血浆流量之比的百分数。若肾血浆流量为660 ml/min，那么FF＝（125/660）×100%＝19%，即流经肾的血浆中约l/5成为滤液滤过到肾小囊囊腔中去。

（四）影响肾小球滤过的因素

1．滤过膜的面积和通透性  当滤过膜面积减少时，肾小球滤过率将降低。如急性肾小球肾炎时，由于肾小球毛细血管管腔变窄或完全阻塞，导致有滤过功能的肾小球数量减少，有效滤过面积也因而减少，引起肾小球滤过率降低，出现少尿甚至无尿。滤过膜通透性的增加则会引起血浆蛋白和红细胞进入超滤液中，导致蛋白尿和血尿。

2．有效滤过压  有效滤过压=肾小球毛细血管血压－（囊内压+血浆胶体渗透压），三者任何一个发生改变，都会影响肾小球滤过率。在动脉血压为80～180 mmHg时，通过肾血流量的自身调节，肾小球毛细血管血压不会发生明显变化，使肾小球滤过率也保持相对稳定。只有在特殊情况下，如大失血使血压降到80 mmHg以下时，它才会明显降低，导致有效滤过压降低，使滤过率降低而发生少尿。血浆胶体渗透压降低，如低蛋白血症时，有效滤过压升高而发生滤过率增加，尿量增多。囊内压会因尿路阻塞而升高，使有效滤过压降低，滤过率减少而出现少尿。

3．肾血浆流量  肾血浆流量主要通过影响滤过平衡点的位置而影响肾小球滤过率。如果肾血浆流量加大，肾小球毛细血管内血浆胶体渗透压的上升速度减慢，肾小球毛细血管滤过的有效长度增加，肾小球滤过率将随之增加。相反，肾血浆流量减少时，肾小球毛细血管滤过的有效长度减少，肾小球滤过率将减少。在严重缺氧、中毒性休克等病理情况下，由于交感神经兴奋，肾血流量和肾血浆流量将显著减少，肾小球滤过率也因而显著减少。

二、肾小管、集合管的转运功能

每天经肾小球滤过所生成的超滤液（原尿）约有180L，但是排出体外的终尿不超过1.5L，这表明超滤液经过肾小管和集合管时，约有99%的水被重新吸收回血液。此外，将原尿和终尿的成分进行比较发现，原尿中的葡萄糖在终尿中没有出现，而Na⁺、尿素等发生不同程度的浓度降低；肌酐、尿酸和K⁺ 等则发生不同程度的浓度升高。这表明原尿在流经肾小管和集合管时，肾小管和集合管上皮细胞对其成分进行了不同程度的重吸收和分泌。重吸收是指小管上皮细胞将原尿中某些成分重新摄取入血液的过程。分泌是指小管上皮细胞将自身代谢产物或肾小管周围血液里的物质排入管腔的过程，二者都是由小管上皮细胞完成的物质转运过程。

（一）肾小管和集合管的物质转运方式和途径

各种物质通过小管上皮细胞的转运方式包括被动转运和主动转运。

1．被动转运（passive transport）：包括单纯扩散、易化扩散和渗透等。

2．主动转运（active transport）：指溶质逆电化学梯度通过肾小管上皮细胞的过程。

（二）各段肾小管和集合管的物质转运

肾小管平均长约30～50 mm，与形态结构相适应，各段肾小管和集合管的物质转运特点不同。

1．近端小管  近端小管包括近曲小管和髓袢的降支粗段, 与其他各段小管相比，近端小管的重吸收在质和量上是居于首位的，成为肾小管重吸收功能的主要部位。

       正常情况下，近端小管重吸收全部或几乎全部的葡萄糖、氨基酸、蛋白质、K⁺、磷酸盐、维生素（如维生素C）、Ca²⁺、Mg²⁺等，大部分的Na⁺及水（约为滤过量的65%～70%)、Cl^－、HCO₃^－（约为80%～85%）及部分尿素。此外，近端小管还有主动排泄异物（如对氨基马尿酸、含碘的X光造影剂、青霉素、酚红等）的能力。如服用一些物质阻滞这种功能，就可延缓青霉素等药物的排泄，使血液中该药物有效浓度的维持时间延长。

2．髓袢降支细段和升支 

（1）髓袢的重吸收功能：髓袢重吸收滤液中约25%的溶质（包括Na⁺、Cl^－和K⁺等）和20%的水。其中，溶质的重吸收主要发生在髓袢升支粗段，升支细段仅被动重吸收少量NaCl，升支对水不通透；降支细段对溶质不通透，主要重吸收水。

3．远曲小管和集合管  远曲小管和集合管重吸收大约9%滤过的Na⁺和Cl^-，分泌不同量的K⁺和H⁺及重吸收不同量的水。远曲小管和集合管对水和盐的转运是可被调节的。水的重吸收主要受抗利尿激素的调节，而Na⁺和K⁺的转运主要受醛固酮的调节。当机体缺水或缺盐时，远曲小管和集合管可增加水、盐的重吸收；反之，当机体水、盐过剩时，则此处水、盐的重吸收明显减少，从而促进水和盐从尿中排出。

（三）影响肾小管功能的因素

       1．小管液的溶质浓度

肾小管液的渗透压随着小管液中溶质浓度的增加而升高，从而阻碍水分的重吸收，使较多的水由终尿排出，此现象称为渗透性利尿（osmoticdiuresis）。某些药物如甘露醇（可由肾小球滤过但不被肾小管重吸收）可产生渗透性利尿；糖尿病患者的多尿也是由于尿中葡萄糖含量增高而引起的渗透性利尿。

       2．肾小球滤过率对肾小管功能的影响

当肾小球滤过率由于某些原因而增加时，肾小管（主要是近端小管）中溶质和水的重吸收也会相应的增加；反之亦然。也就是说，通常肾小球滤过量和肾小管（主要是近端小管）的重吸收量之间保持着一定的平衡状态，这个现象称为球管平衡（glomerulotubularbalance）。其生理意义在于使尿钠的排出量和尿量不会因GFR的变化发生大的变化。

球管平衡现象的发生与近端小管对Na⁺、水有相对恒定的重吸收比例（占GFR的65%~70%）相关。在肾血流量不变的情况下，当GFR增加时，进入近端小管旁毛细血管的血量就减少，而血浆蛋白浓度相对增高，致使毛细血管内血压下降而胶体渗透压升高。在这种情况下，小管旁组织间液就加速进入了毛细血管，组织间隙内静水压随之下降，后者则使重吸收入小管上皮细胞间隙内的Na⁺和水加速经过基膜，进入小管旁的组织间隙随后入血，回漏的量则因此减少，最后导致Na⁺和水重吸收量的增加，使重吸收百分率仍然可以达到GFR的65%~70%。GFR减少时发生相反的变化，重吸收百分率仍保持65%~70%。