第一节 尿生成的过程
尿生成的过程包括三个相互联系的环节：①肾小球的滤过；②肾小管、集合管的重吸收；③肾小管、集合管的分泌。
一、肾小球的滤过
肾小球的滤过是指血液流经肾小球时，除蛋白质以外的血浆成分通过滤过膜进入肾小囊形成原尿的过程。肾小球的滤过作用是尿生成的第一步，原尿中除蛋白质外，其他成分及浓度与血浆基本相同。
单位时间内（每分钟）两侧肾脏生成的原尿量，称为肾小球滤过率。肾小球滤过率是衡量肾功能的重要指标之一。正常成人安静时约为125ml/min。
肾小球滤过率与每分钟肾血浆流量的比值，称为滤过分数。正常成人每分钟血浆流量约为660ml，所以滤过分数＝125/660×100%≈19%。表明流经肾脏的血浆约有19%由肾小球滤过到肾小囊中生成原尿。
（一）滤过的结构基础
肾小球毛细血管内的血浆成分通过滤过作用进入肾小囊，其间经过的结构称为滤过膜。滤过膜是肾小球滤过的结构基础，肾小球滤过作用的大小与其通透性和有效面积有关。
1、滤过膜的结构
滤过膜包括三层结构，内层是毛细血管内皮细胞层，中间层是血管下基膜层，外层是肾小囊脏层上皮细胞层。三层结构上的孔道大小对物质进行选择性通透的作用，构成了滤过膜的机械屏障。另外，在滤过膜的各层上均富含一些带负电荷的蛋白质，起着电学屏障的作用，可以阻止带负电荷的蛋白质通过。滤过膜的机械屏障和电学屏障作用使滤过膜对血浆中滤过的物质具有高度选择性，对原尿的性质起到决定性作用。
2、滤过膜的通透性及面积
血浆中的物质是否能通过滤过膜，取决于物质的大小和所带电荷。实验结果显示，分子有效半径小于2.0nm的中性物质可以自由通过滤过膜，如水、葡萄糖等。有效半径大于4.2nm的物质，无法通过滤过膜。有效半径在2.0～4.2nm之间的物质，随有效半径逐渐增大，滤过量逐渐减少。由于电学屏障的影响，带有负电荷的血浆白蛋白，虽有效半径为3.6nm，仍不能通过滤过膜。
正常成人双肾滤过膜的总面积约为1.5m2，这对于肾小球的滤过十分有利。
（二）滤过的动力
肾小球滤过作用是滤过膜上存在的促进滤过的动力和阻止滤过的阻力共同作用的结果，即滤过动力和阻力的差值，称为有效滤过压。
肾小球滤过的动力包括：肾小球毛细血管血压和肾小囊内液体的胶体渗透压。在正常情况下，肾小囊内蛋白质含量极低，因此其形成的胶体渗透压可以忽略不计。肾小球滤过的阻力包括：血浆胶体渗透压和肾小囊内静水压。因此，有效滤过压＝肾小球毛细血管血压－（血浆胶体渗透压＋肾小囊内静水压）。
正常情况下，肾小球毛细血管血压约为45mmHg，且入球小动脉和出球小动脉内血压几乎相等。肾小囊内静水压也较为恒定，约为10mmHg。入球小动脉端血浆胶体渗透压约为25mmHg，当血液向出球小动脉一侧流动时，水分和晶体物质不断滤出，血浆蛋白被浓缩，血浆胶体渗透压逐渐升高，在未到达出球小动脉端之前已达到35mmHg。
入球小动脉端有效滤过压＝40-（10+25）=10mmHg
出球小动脉端有效滤过压＝40-（10+35）=0mmHg
因此，肾小球毛细血管的全长并非都有滤过，滤过作用只发生在有效滤过压为0 mmHg之前的那段毛细血管中。
二、 肾小管和集合管的重吸收
原尿流入肾小管后称为小管液。当小管液流经肾小管各段和集合管时，其中的水和溶质全部或部分被上皮细胞重吸收入血，这个过程称为肾小管和集合管的重吸收。
两侧肾脏每天生成的原尿量约为180L，但实际每天排出的终尿量只有1.5L左右，表明原尿中99%的水分在流经肾小管和集合管时被重吸收。同时其他物质也被不同程度的重吸收。
（一）重吸收的部位
肾小管各段和集合管都具有重吸收的能力，但以近端小管重吸收的能力最强。正常情况下，小管液中的葡萄糖、氨基酸等营养物质，几乎全部在近端小管被重吸收，绝大多数水、无机盐等也在此被重吸收。
（二）重吸收的特点
1.选择性 一般说来，滤液中对机体有用的物质全部或大部分被重吸收。如葡萄糖、氨基酸全部被重吸收，水、Na+、Cl-等大部分被重吸收。对机体无用的物质，如代谢终产物肌酐，则完全不被重吸收，尿素只部分被重吸收。这一特点有利于肾排泄代谢废物，维持内环境中各种成分的正常浓度。
2.有限性 肾小管的重吸收功能有一定限度。当血浆中某物质浓度过高，使滤液中该物质含量过高而超过肾小管重吸收限度时，尿中便出现该物质。
（二）几种物质的重吸收
1．Na+、Cl-的重吸收
Na+、Cl-重吸收率约占99%，其中近端小管重吸收能力最强，约占滤液总量的65%～70%，其余的分别在肾小管各段和集合管被重吸收。Na+以主动重吸收为主，而Cl-为被动重吸收。
2．葡萄糖的重吸收
原尿中葡萄糖的浓度与血浆相等，而终尿中几乎不含葡萄糖，表明葡萄糖在流经肾小管时，完全被重吸收。近端小管是其重吸收的唯一部位。葡萄糖的重吸收属于继发性主动重吸收，与Na+的重吸收相耦联。
近端小管对葡萄糖的重吸收是有一定限度的，当血中葡萄糖浓度过高，部分肾小管上皮细胞对葡萄糖重吸收达到了极限，就会有部分葡萄糖从终尿中排出，形成糖尿。尿中开始出现葡萄糖时的最低血糖浓度为8.88～9.99mmol/L（160～180mg/dl），称为肾糖阈。
3.水的重吸收
水的重吸收率为99%，其中约70%在近端小管被重吸收，约20%-30%在远曲小管和集合管被重吸收。水的重吸收是被动的。
在近端小管，随着Na+、Cl- 、葡萄糖等溶质的重吸收，小管液中的水借助溶质重吸收形成的渗透压差进入上皮细胞。此段肾小管对水的重吸收是伴随溶质的吸收而吸收，不因机体的水状况而发生改变，属于必须重吸收。正常情况下对尿量没有明显影响。
远曲小管和集合管对水的重吸收量可根据机体对水的需求情况接受抗利尿激素的调节，属于调节重吸收。当体内处于缺水状态时，抗利尿激素分泌和释放增多，远曲小管和集合管上皮细胞对水的通透性增加，水重吸收量增加；当体内水过剩时，抗利尿激素分泌和释放减少，远曲小管和集合管上皮细胞对水通透性下降，水重吸收减少。正常情况下调节重吸收是影响尿量的关键。
4．其他物质的重吸收
从肾小球滤出的HCO3-几乎完全被肾小管和集合管重吸收，其中，大多数是在近端小管进行的。HCO3-的重吸收是和Na+的重吸收以及H+的分泌相耦联的。
肾小球滤过的K+总量65%～70%在近端小管被重吸收，25%～30％在髓袢重吸收。远曲小管和集合管既可以重吸收K+，又可以分泌K+，其过程受到了多种因素的调节，特别是醛固酮的调节。
氨基酸的重吸与葡萄糖相似。大部分的Ca2+、Mg2+在近端小管和髓袢升支粗段重吸收。
三、肾小管和集合管的分泌
肾小管和集合管上皮细胞将自身代谢产生的物质或者血液中的某些物质排入小管液的过程称为分泌。
（一）H+的分泌
H+主要由近端小管、远曲小管和集合管的上皮细胞分泌的。上皮细胞内的H+通过Na+–H+交换进入小管液，同时，肾小管上皮细胞每分泌1个H+，可伴随有1个HCO3-的重吸收，这个过程称为排酸保碱，对维持内环境的酸碱平衡有非常重要的意义。
（二）分泌NH3
细胞内的NH3是脂溶性的物质，可以很快顺浓度梯度由细胞扩散至小管液，完成分泌过程。进入小管液的NH3和H+结合生成NH4+，NH4+是水溶性的，随尿排出体外。NH4+的生成减少了小管液中的NH3和H+，有助于NH3和H+的进一步分泌。
NH3的分泌过程也与H+的分泌密切相关。因此NH3的分泌也体现了机体排酸保碱、维持内环境酸碱平衡的作用。
（三）K+的分泌
原尿中的K+绝大部分在近曲小管被重吸收，终尿中的K+主要是由远曲小管和集合管分泌的，其分泌过程与Na+的重吸收密切相关。远曲小管和集合管上皮细胞分泌K+的过程受血K+浓度、醛固酮的调节。
肾 结 石
肾结石（kidney stones）是在肾或尿道内由可溶性无机物形成坚硬的晶体固体物。每 20 人中就有一人在其生命过程的某阶段可能患肾结石。
肾石病（nephrolithiasis）是指肾结石； 尿石病（urolithasis）是指泌尿道结石，也包括肾结石，可在膀胱内形成或由肾脏或输尿管 进入膀胱；输尿管结石（ureterolithasis）指结石位于输尿管。 依据构成结石晶体的类型可将肾结石分为几类。 最常见的肾结石是草酸钙结石（含有 草酸钙或磷酸钙）、还有尿酸结石和胱氨酸结石，更为少见的是鸟粪石结石（由泌尿道感染 患者尿中 尿素分解杆菌 所产生）。 草酸钙结石占肾结石的 80%左右。任何促进尿中晶体物沉淀的因素都与这种结石的发 生有关。人们曾经认为摄入太多的钙促进钙结石的形成。不过，目前的研究证据提示，低钙 饮食居然与高风险肾结石的发生相关。钙在胃肠道与草酸结合，大大降低草酸的吸收；低钙 饮食使草酸吸收增加，血中草酸盐增加，大量草酸盐被肾小球滤过并由尿中排泄。尿中草酸 盐是非常强的酸盐钙沉淀的促进物，比钙强 15 倍。 大约 5%～10%的结石由尿酸形成，称尿酸结石。尿酸结石的形成与引起高尿酸尿症伴 有或无高血浆尿酸水平相关，也与酸-碱代谢紊乱，尿过度酸化，导致尿酸沉淀有关。 其他类型的肾结石包括鸟粪石（镁，铵和磷）、磷酸钙和胱氨酸。鸟粪石结石的形成病 人，尿中多存在 尿素分解杆菌，最常见的是Proteus mirabilis。这些生物能 分解尿素生成氨， 降低尿的酸度，导致更有利于 鸟粪石结石形成的条件。鸟粪石结石形成总是伴随尿路感染。
一般认为，液体摄入减少引起脱水或剧烈运动而没适当的补液可增加肾结石发病率（脱 水或剧烈运动而没适当的补液使尿量减少）或尿中能形成结石的物质过多促进结石的形成。 尿流阻塞或尿道感染也能导致结石的形成。痛风尿中尿酸量增加，可导致尿酸性结石的形成。 人类最易患肾结石，白种人比黑种人易患肾结石。人类在 40 岁左右直至 70 岁左右易发病。 一个肾已有结石时，易形成更多的结石。有家族肾结石史的人也是形成肾结石的危险因子。 高钙尿症是一种遗传性异常，大约多于半数的肾结石是由高钙尿症引起的。甲状旁腺功能亢 进、肾小管酸中毒和一些遗传性代谢异常（胱氨酸尿、 高草酸尿）性肾病都可增加肾结石 发生的风险。某些慢性疾病，如糖尿病和高血压也增加肾结石的形成的风险。患肠炎症性疾 病、作过肠造瘘术或肠旁路的人也更易形成肾结石。一些利尿剂，含钙抗酸药物和蛋白酶抑 制剂，例如，indinavir（一种口服抗 HVI 的药，是一类蛋白酶抑制剂，包括 ritonavir, neifinavir and saquinavir）， 增加肾结石发生的风险。 如其说对肾结石患者进性治疗，不如首先通过多饮水避免肾结石的发生，因为摄入的液 体过少和脱水是肾结石形成的主要危险因子。取决于肾结石形成的病因和个人医疗史，往往 建议改变饮食或药物治疗来降低肾结石的进一步发展。如果病人排出了结石，实验室分析精 确确定结石的类型将特别有助于采取特别预防措施。 肾结石可经尿液排出体外，而且许多结石形成后经尿液排出体外并无症状。如果结石在 经尿液排出前过大，例如至少 2～3mm 大小时，可阻塞输尿管。输尿管阻塞可牵拉和扩张输 尿管上端和肾盂，导致输尿管痉挛，试图移动结石，这将导致疼痛，疼痛最通常发生在下腹 侧面和腹股沟。发生肾绞痛时多伴有恶心和呕吐。由于结石损害尿道内膜，发生血尿，显微 镜下可见红细胞，有时甚至肉眼可见的血尿。
运动性蛋白尿
运动性蛋白尿是指正常人在运动时或运动后出现一过性尿蛋白排出增多的现象，称为运 动性蛋白尿。在数小时内消失，不伴随其它特异性症状和体征。运动性蛋白尿的发生原理尚 不完全清楚，目前认为与外伤、酸性代谢产物的刺激、肾血管收缩造成的缺血及肾小球基底 膜通透性改变等有关。 1877 年德国学者 Vonleube 最先报告了一些士兵在行军和野营训练后出现蛋白尿。随着 蛋白质研究技术的发展，对运动性蛋白尿进行定性、定量的研究及机理方面的探讨，可用以 评定运动员身体机能状态、运动强度、运动量等，以指导运动训练。正常人每日尿中排出的 蛋在 40～80mg 范围内。运动时尿蛋白可能比正常情况增加数十倍，并无阈值。 剧烈运动将导致机体肾小球和肾小管结构破坏、肾组织 过氧化脂（LPO，体内细胞膜 性结构中的多不饱和脂肪酸受到氧自由基的作用。 生成的脂质过氧化物 含量增高、超 氧化物岐化酶（SOD）活性改变、运动性蛋白尿和运动性血尿等变化。剧烈运动导致的上述 变化的机制还不完全清楚，有下列可能机制。 有人认为，在剧烈运动时肾小球出现了一过性功能障碍。运动时，由于肌肉活动大大增 强，心脏泵血活动也大大增强，为满足骨骼肌和心肌的血液供应，血液必须再分配。剧烈运 动时全身交感神经强烈兴奋，内脏血管收缩，使内脏血流量暂时减少。而活动的骨骼肌和心 肌则因其代谢增强，局部代谢产物，如乳酸、CO2、H+、K+、腺苷和缺氧等，使血管舒张， 更多的血液将流向这些组织，以提供更多的血液到运动的肌肉和心脑等重要器官。安静状态 下，肾血流量通过自身调节维持相对稳定，但在剧烈运动时，应急刺激使肾交感神经强烈兴 奋，血中儿茶酚胺等血管收缩物质增加，肾小球的入球小动脉和出球小动脉收缩，造成肾血 流量锐减，肾暂时缺血、肾小球供血不足，致使肾脏运动性缺血。运动后形成运动性肾脏缺 血再灌注，此时会产生大量的氧自由基，因而引起肾小球脂质过氧化反应，使膜通透性增高， 导致肾小球过滤机能下降。进而使血液中游离Hb透过肾小球，出现运动性蛋白尿。运动时 酸性代谢产物增加，如乳酸增多，肾小球活动数目减少，出现代谢性酸血症增加尿蛋白量。
但有报道认为，由于运动时肾脏的负担过重，受到打击、挤压或牵拉，造成肾组织和 血管的微细外伤，这时一般可出现血尿伴随蛋白尿，冲撞性运动易造成肾外伤，如在拳击或 跆拳道的运动项目中。如运动者原先患有泌尿系统器质性疾患，如肾炎、结石或感染等，剧 烈运动时，对这些器质的刺激增加，易使其损伤或加剧其改变而导致血尿、蛋白尿。 剧烈运动，如举重、体能比赛、马拉松长跑、登山、直接肌肉创伤如挤压等可使横纹 肌细胞严重受损伤，使骨骼肌细胞发生坏死和溶解，发生肌红蛋白尿。肌红蛋白尿 （myogiobinuria）是由各种原因所致的肌肉组织破坏（变性、炎症、广泛创伤或代谢紊乱）， 产生大量肌红蛋白，从尿中排出引起。因肌红蛋白的分子量小，为 17 500，易从肾小球滤过 膜滤过，从尿中排出。 影响运动性蛋白尿的因素有很多，其机制也不很清楚，如个体差异、年龄、负荷量与运 动强度、运动时运动员机体的机能状态、环境温度等。
运动对肾血流量和尿量的影响
运动对肾血流量和终尿量和尿渗透浓度的影响取决运动强度和运动时的温度，一般情况 下，运动时尿量暂时减少，尿液浓缩，尿中成分也出现改变。如出现蛋白尿，pH 值下降， 肌酐量增加等。 运动时肾血流量和 GFR 显著减少：运动时，为保证活动的肌肉和心脑等重要器官得血 液供应，内脏器官，包括肾脏的血液供应暂时减少。其机制是：活动的肌肉组织因其代谢增 加，局部代谢产物大大增加，使后微动脉，毛细血管前括约肌舒张，血流量增加，这一调节 是肌肉活动时血流量得以增加的重要特点和机制。而心脏冠状动脉的血流量的调节更是主要 受心脏活动的代谢产物所调节。其中最重要的代谢产物就是腺苷。运动时交感神经兴奋，其 直接作用是使冠状血管收缩，这显然不与心脏代谢活动增加，血量增加的需要相协调。所以， 心脏冠状动脉的舒缩活动主要受局部代谢产物的调节。因此，运动时随心脏活动的加强，代 谢产物也增加，冠状血管也相应舒张，保证心脏活动增强时的血液供应。由于运动时几乎全 身的交感神经都兴奋，支配内脏血管的交感神经兴奋使其阻力血管强烈收缩，血流量减少， 以使血液流向代谢活动增加的器官。肾血管的交感神经支配密度大，运动交感神经兴奋使肾 血管，特别是入球小动脉和出球小动脉强烈收缩，是肾血流量明显减少，肾小球血流量减少， 毛细血管血流量和压力均下降，使有效滤过压下降，滤过平衡电前移，GFR 下降。此外， 运动时肾上腺髓质释放大量的儿茶酚胺、其他血管收缩物质，与血管升压素等，也使肾血管 收缩，肾血流量和 GFR 减少。 运动时总血量也减少，这是因为骨骼肌血流量增加，肌肉毛细血管血流量增加，肌肉毛 细血管压力也增加，导致肌肉组织液的生成增加，使血浆量减少，结果是总血量减少，血细 胞浓缩，血黏度增大，流阻加大。又由于运动时骨骼肌产热量大大增加，为维持体温的相对 稳定，皮肤血流量也大大增加，这也大大减少肾血流量。运动时产热量增加，刺激汗腺的活 动增加，汗腺分泌大量汗液，也相对减少血量。汗腺分泌大量低渗液，使机体高渗脱水，刺 激下丘脑渗透压感受器，使抗利尿激素（ADH）的合成和垂体后叶 ADH 的分泌增加，ADH 大量分泌也可使肾血管收缩，导致肾血流量和 GFR 下降。 肾血流量和GFR减少，使尿量减少，因GFR决定尿生成的第一步。由于运动时汗腺活动 增强，分泌大量低渗汗液，使的机体高渗性脱水，刺激ADH的大量分泌，ADH一方面通过 受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路，使远曲小管远端和结合管顶端膜上皮细胞内含AQP-2 的囊泡磷酸化，使其向顶端膜移动，并将AQP-2 插入顶端膜中，使其对水通透性增加，增 加对水的重吸收；ADH还增加集合管，特别是内髓结合管对尿素的通透性，使内髓集合管 内高度浓缩的尿素扩散进入内髓组织液，使内髓高渗增加，为水的重吸收提供渗透动力，又 增加水的重吸收，使尿量减少，水的重吸收大于对溶质的重吸收，尿渗透压升高。还有报道， ADH还可增强升支粗段Na+-K+-2Cl−同向转运体的活动，使外髓高渗加大，也提高髓质高渗， 有利于水的重吸收和尿也浓缩。运动时，酸性产物增加，如乳酸、H+和CO2产量增加。增加 的CO2则通过呼吸系统排出体外，是动脉血中PCO2维持在正常范围（40mmHg）。而非挥发 性酸侧经肾脏从尿中排出体外，所以，强烈运动可使尿的pH值降低。由于运动时肾血流量 大大减少和其它等多中原因，出现运动性蛋白尿；肌酐为蛋白质的代谢产物，运动时，依运动强度和运动类型不同，或多或少地造成骨骼肌的某些损害，因此运动后可出现尿肌酐浓度 升高。
蛋 白 尿
蛋白尿（proteinuria）是由于不同物质通过滤过膜的能力取决于被滤过物质分子的大小 及其所带的电荷。有效半径大于 4.2nm 的物质则不能滤过；然而有效半径约为 3.6nm 的血浆 白蛋白（分子量为 96000）却很难滤过，因白蛋白带负电荷。正常人尿中仅含微量蛋白质。 在某些特特殊和病理情况下，滤过膜的面积和通透性均可发生变化，从而影响肾小球的滤过， 尿中可出现过量蛋白质。 1．孤立性蛋白尿（isolated proteinuria） 在某些情况下，如生理性应激（发烧、运动）， 充血性心衰，可出现轻微的短暂性蛋白尿（少于 1.0g/d），主要是由于肌肉生成的过量的小 分子蛋白质（肌肉的轻链和重链）或免疫球蛋白的其他片段引起溢出性的蛋白尿。 2．直立性蛋白尿（orthostatic proteinuria） 多发生从卧位变为直立时，特别是步行 （ambulation）和运动时。24h 尿蛋白质总排泄量不超 1.0g，但也可高达 2.0g。直立性蛋白 尿多发生在青春期，青春期大约有 2%～5%人有蛋白尿。直立性蛋白尿的机制仍不清楚。 3．肾病综合征（nephrotic syndrome） 肾病综合征患者由于滤过膜通透性的改变，患 者每天可从尿中丢失 3.5g 以上的蛋白质，不仅从尿中丢失白蛋白，而且也丢失与白蛋白分 子量大小类似的其它蛋白质，例如，IgG、金属结合蛋白、EPO、补体（C3、C1q、C8）、凝 血因子Ⅺ、Ⅻ、和 Ⅸ、激素运载蛋白和维生素 D 结合蛋白等。但大分子量的蛋白质，如 IgM、 纤维蛋白原和大分子脂蛋白不能被滤过。 其他原因引起的蛋白尿包括多发性骨髓瘤（multiple meyloma）、本斯-琼斯氏蛋白尿 （Bence Jones proteinuria）、和血红蛋白尿（hemoglobinuria）等。多发性骨髓瘤是一种B型 白细胞肿瘤，由骨髓生成后运输到淋巴系统。B型白细胞通过生成抗体产生体液免疫，是机 体重要的免疫系统。多发性骨髓瘤患者B淋巴细胞无限制地克隆，生成大量的单克隆蛋白， 属Ig或免疫球蛋白轻链。游离免疫球蛋白轻链分子量小，可自由扩散进入细胞外液，并可经 肾小球滤过进入肾小管，近端小管通过受体介导的入胞作用重吸收后，在上皮细胞内被溶酶 体水解酶水解。当滤过量超过肾脏的处理能力后，未被重吸收的蛋白质从尿中排泄。血清或 尿中的游离的单克隆轻链称为Bence Jones蛋白。本斯-琼斯氏蛋白尿主要由多发性骨髓瘤所 致，但淀粉样变性病、Waldenström’s巨球蛋白血症，慢性淋巴细胞性白血病等B细胞相关性 紊乱也可出现本斯-琼斯氏蛋白尿。血红蛋白尿是指尿指尿中出现异常多的血红蛋白，多与 溶血，大量红细胞破坏有关。当大量红细胞破坏释放过量血红蛋白，使血浆血红蛋白浓度增 加，过量血红蛋白经肾小球滤过进入肾小管，超过其处理能力，从尿中排出。血红蛋白尿可 导致急性肾小管坏死，引起死亡。血红蛋白尿也可由急性肾小球性肾炎 （acute glomerulonephritis）、烧伤、肾肿瘤、疟疾、阵发性夜间血红蛋白尿、溶血-尿毒症综 合征（haemolytic uraemic syndrome, HUS） 、肾盂肾炎，镰状细胞贫血（sickle cell anemia）、 输血反应、尿道结核病、急性铅中度和β2- microglobinuria等引起。
