動(dòng)物生理學(xué)第十章 腎與排泄

1、第十章 滲透調(diào)節(jié)與排泄 第一節(jié) 滲透調(diào)節(jié)的意義,,滲透調(diào)節(jié): 對(duì)體液滲透壓的調(diào)節(jié)，即對(duì)體內(nèi)水分和鹽類(lèi)含量的調(diào)節(jié)。 排泄: 動(dòng)物體將分解代謝的終產(chǎn)物排出體外的過(guò)程。,呼吸器官：排出CO2和少量水消化器官：肝分泌膽色素經(jīng)腸排出， 大腸粘膜排出無(wú)機(jī)鹽皮膚：經(jīng)汗腺排出水、鹽和尿素腎：排出水和大量代謝廢物,排泄器官,排泄器官的功能,①維持體液中的主要電解質(zhì)的適當(dāng)濃度，維持酸堿平衡；②維持適

2、當(dāng)水量； ③維持一定的滲透壓；④清除機(jī)體的代謝終產(chǎn)物；⑤清除進(jìn)入機(jī)體的異物及其代謝產(chǎn)物。前三項(xiàng)與滲透調(diào)節(jié)相關(guān)。,第二節(jié) 腎的結(jié)構(gòu)與功能一、腎的結(jié)構(gòu) （圖）,,,近曲小管 髓袢遠(yuǎn)曲小管,髓袢降枝粗段髓袢細(xì)段髓袢升枝粗段,,,,,近球小管,遠(yuǎn)球小管,腎小管,腎單位,腎小體,腎小球,腎小囊,1、腎單位（nephron）,2、皮質(zhì)腎單位、近髓腎單位,3、近球小體： 由近球細(xì)胞、系膜細(xì)胞和致密斑組成。 （圖）,皮質(zhì)腎單位：腎

3、小球位于皮質(zhì)外2/3處，體積較小，髓袢短。 占腎單位總數(shù)85~90%；近髓腎單位：腎小球位于腎皮質(zhì)深部，髓袢很長(zhǎng)，可達(dá)內(nèi)髓。 占總數(shù)10%~15%,近球細(xì)胞位于入球小動(dòng)脈的血管壁內(nèi)，內(nèi)含腎素分泌顆粒。致密斑位于遠(yuǎn)曲小管的起始部分。遠(yuǎn)曲小管近血管極處一側(cè)的上皮成橢圓形隆起，變高變窄，排列緊密。 致密斑感受小管液中的Na+的變化

4、，并將信息傳至近球細(xì)胞，調(diào)節(jié)腎素的釋放。,（圖）,4、腎的血液供應(yīng) （圖）,腎的血液供應(yīng)非常豐富，兩個(gè)腎的血流量為心輸出量的22%,腎血流量的自身調(diào)節(jié)： 在體內(nèi)平均動(dòng)脈壓在80-180 mmHg范圍變動(dòng)時(shí)，腎血流量基本穩(wěn)定不變。 （圖） 腎臟小動(dòng)脈血管平滑肌的肌源機(jī)制： 當(dāng)動(dòng)脈壓降低時(shí)，腎臟入球小動(dòng)脈血管平滑肌所受的牽張減低，平滑肌就舒張，從而入球小動(dòng)脈的阻力降低。,腎小球毛細(xì)血管（第一次毛細(xì)血管

5、網(wǎng)）、 管周毛細(xì)血管（ 第二次毛細(xì)血管網(wǎng) ） 直小血管,腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)內(nèi)血漿成分向腎小囊腔濾過(guò)—尿生成第一步,囊內(nèi)液就是血漿的超濾液，實(shí)際上是去蛋白質(zhì)的血漿。 （圖）,影響濾過(guò)的因素,1、腎小球?yàn)V過(guò)作用的動(dòng)力 有效濾過(guò)壓 = 腎小球毛細(xì)血管壓 —（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓）,腎小球毛細(xì)血管血壓平均為45mmHg，囊內(nèi)壓約10mmHg，血漿膠體滲透壓： 在入球小動(dòng)脈處（20mmHg）

6、 出球小動(dòng)脈處（35mmHg） （圖）,濾過(guò)平衡: 有效濾過(guò)壓下降到0時(shí)，就達(dá)到濾過(guò)平衡。,二、腎小球的濾過(guò)機(jī)能,2、濾過(guò)膜,濾過(guò)膜有三層組成：（圖）①內(nèi)層由毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞組成。小孔50 – 100 nm。僅防血細(xì)胞通過(guò)。,3、腎小球?yàn)V過(guò)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)兩腎生成的超濾液量 125 ml/min，180 L/day 每天排出終尿1.5L,②中間層是非細(xì)胞性的基膜，為水合凝膠構(gòu)成的微纖

7、維網(wǎng)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)孔4 -8 nm。為濾過(guò)膜的主要屏障。,③外層由腎小囊的上皮細(xì)胞組成。4 – 14 nm 小孔。,濾過(guò)膜各層有許多帶負(fù)電的糖蛋白，可排斥帶負(fù)電的血漿蛋白，阻止其濾過(guò)。,三、腎小管與集合管的重吸收功能,重吸收：指物質(zhì)從腎小管液中轉(zhuǎn)運(yùn)至血液。,1、近球小管,腎小球?yàn)V過(guò)液流經(jīng)近球小管后，濾過(guò)液中 近67%的Na+、Cl-、K+和水被重吸收； 85%的HCO3-被重吸收； 葡萄糖、氨基酸全部被重吸收；

8、 H+被分泌到腎小管中。,腎小管上皮細(xì)胞粘膜側(cè)由許多微絨毛形成刷狀緣；漿膜側(cè)存在鈉鉀泵，胞內(nèi)有大量線粒體。Fig10-10,在近曲小管末端，濾液縮減到原體積的1/4。,,2）HCO3- 的重吸收與H+的分泌,3）鉀離子的主動(dòng)重吸收 小管液中K+濃度4 mM，上皮細(xì)胞內(nèi)K+濃度150 mM。,4）葡萄糖與氨基酸的重吸收 次級(jí)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),5）水的重吸收 水的重吸收是被動(dòng)的，是靠滲透作用而進(jìn)行的。

9、 近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在近球小管上皮細(xì)胞的頂膜和基側(cè)膜有大量水通道（aquaporin，AQP1），對(duì)水的重吸收起重要作用。,腎小管上皮細(xì)胞分泌1H+就可使1HCO3- 和1Na+重吸收回血。腎小管重吸收HCO3- 是以CO2的形式。 （詳見(jiàn)后）,降支細(xì)段：對(duì)尿素和Na+、Cl-等溶質(zhì)的通透性很低，但對(duì)水高度通透。,升支細(xì)段：對(duì)Na+、Cl-通透性很高，對(duì)尿素具中等通透性，對(duì)水不通透。,升支粗段：將Na+、Cl-和K+從管腔重吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到

10、細(xì)胞間隙，但對(duì)水通透性很低。 1Na+-2Cl--1K+的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體，Na+順濃度梯度擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞釋放勢(shì)能驅(qū)動(dòng) Cl-和K+逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞。（圖） 大約有25%濾過(guò)的Na+、Cl-和K+是在升支粗段被重吸收。 升支粗段具有很厚的上皮細(xì)胞，細(xì)胞基底側(cè)膜（漿膜）上含有豐富的鈉鉀泵。,髓袢降支細(xì)段和升支細(xì)段都由很簿的扁平上皮細(xì)胞構(gòu)成，無(wú)刷狀緣，少線粒體，代謝水平低。,2、髓袢降支細(xì)段和髓袢升支,3、遠(yuǎn)曲小管

11、,將K+、H+和氨轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)管內(nèi)，而將Na+、Cl-和HCO3- 轉(zhuǎn)運(yùn)出腎單位。 鹽類(lèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)在激素（醛固酮）的控制下進(jìn)行。,4、集合管 從管內(nèi)的低滲溶液中重吸收水，形成高滲的尿。重吸收水受抗利尿激素（ADH）的調(diào)節(jié)。,集合管上皮細(xì)胞的管腔側(cè)胞漿的囊泡內(nèi)有水孔蛋白AQP-2，而在基底側(cè)膜有AQP-3和AQP-4。 AQP-2是ADH誘導(dǎo)的水通道，ADH可使這些囊泡插入上皮細(xì)胞的頂端膜，形成跨膜水通道。如果再撤除ADH，則頂端膜上

12、的AQP-2囊泡又可以通過(guò)入胞的方式進(jìn)入胞漿，頂端膜對(duì)水的通透性就明顯降低。進(jìn)入集合管上皮細(xì)胞的水，可通過(guò)基底側(cè)膜上的AQP-3和AQP-4進(jìn)入細(xì)胞間隙而被毛細(xì)血管吸收。,集合管還重吸收Na+ ，分泌K+、H+和氨。,,髓袢、遠(yuǎn)曲小管和集合管各段對(duì)溶質(zhì)和水的轉(zhuǎn)運(yùn)和通透性,四、腎小管與集合管的分泌,分泌：指上皮細(xì)胞將本身產(chǎn)生的物質(zhì)或血液中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至小管腔內(nèi)。1、K+的分泌 K+-Na+交換 （Fig）,2、H+的

13、分泌與的HCO3-重吸收 （Fig. ）腎小管細(xì)胞面向管腔的膜上有Na+-H+協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。 H+由細(xì)胞內(nèi)分泌到小管液中。 Na+進(jìn)入細(xì)胞后被鈉鉀泵泵到間隙。,腎小管重吸收HCO3-是以CO2的形式，而不是直接以HCO3-的形式進(jìn)行。,H+被分泌進(jìn)入管腔即與HCO3-形成H2CO3，再分解成CO2和H2O。,CO2擴(kuò)散進(jìn)入腎小管細(xì)胞，在碳酸酐酶的作用下，與水結(jié)合成碳酸，再離解成H+與HCO3- ， HCO3- 轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞間隙，再進(jìn)入

14、血液。,3、 NH3的分泌 代謝過(guò)程中生成的氨（NH3）主要由谷氨酰胺（glutamine）脫氨而來(lái)。進(jìn)入小管液的 NH3與H+結(jié)合生成銨離子（NH4+）, 進(jìn)一步與強(qiáng)酸鹽的負(fù)離子結(jié)合，生成酸性銨鹽隨尿排出。,4、其他物質(zhì)的分泌 近球小管是分泌有機(jī)酸和堿，如膽鹽、草酸鹽、尿酸鹽和兒茶酚胺的重要部位。體內(nèi)代謝的終末產(chǎn)物，以及有害的毒素和某些藥物，在近球小管被分泌到小管液中，由尿排出。,藥物及毒物的分泌

15、 體內(nèi)水溶性的藥物及毒物主要從腎臟排出體外。脂溶性的藥物及毒物必須在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)才能排出體外。 脂溶性的藥物及毒物在肝內(nèi)經(jīng)過(guò)氧化、還原或水解，再與葡萄糖醛酸、甘氨酸或硫酸鹽結(jié)合（肝修飾），消除其毒性并增加水溶性。這些物質(zhì)大部分從膽小管排出，也有一部分從腎臟排出。,第四節(jié) 尿滲透壓的調(diào)節(jié),一、尿濃縮的機(jī)制,尿的濃縮是由于小管液中的水被重吸收而溶質(zhì)仍留在小管液中而造成的。,水重吸收的動(dòng)力來(lái)自腎髓質(zhì)滲透壓梯度

16、的建立，即腎髓質(zhì)滲透壓由外向內(nèi)逐步升高。 1.0、2.0、3.0、4.0 （圖）,髓袢是形成滲透壓梯度的重要結(jié)構(gòu)。髓袢愈長(zhǎng)，濃縮能力就愈強(qiáng)。,1.0 2.0 3.0 4.0,[最后一張?zhí)崆癩ADH與受體結(jié)合，激活膜內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞中cAMP增加，進(jìn)而引起管腔膜中蛋白激酶激活，使膜蛋白磷酸化而改變膜蛋白的構(gòu)型，結(jié)果導(dǎo)致水通道開(kāi)放，提高了管腔膜對(duì)水的通透性。,原因：腎小管各段對(duì)水和溶質(zhì)的通透

17、性不同和逆流倍增現(xiàn)象。,什么是逆流倍增現(xiàn)象？,圖10-12,指由于逆流交換而形成頂端和底端較大濃度梯度的現(xiàn)象。,髓質(zhì)滲透壓梯度是如何形成的？,（一）髓質(zhì)滲透壓梯度形成,1、髓袢的U形結(jié)構(gòu)造成降支與升支內(nèi)液體的流動(dòng)方向相反。,2、髓質(zhì)外層：由于髓袢升支粗段對(duì)NaCl主動(dòng)重吸收，而對(duì)水不通透所形成,3. 髓質(zhì)內(nèi)層滲透梯度的形成與尿素再循環(huán)和NaCl重吸收有關(guān) (Fig),①遠(yuǎn)曲小管及皮質(zhì)部和髓質(zhì)外層的集合管對(duì)尿素不通透，而在抗利尿激素

18、的作用下管內(nèi)的水被重吸收，造成遠(yuǎn)曲小管流到集合管的液體中尿素的濃度越來(lái)越高。,②髓質(zhì)內(nèi)層集合管對(duì)尿素的通透性較大。尿素順著濃度梯度擴(kuò)散到髓質(zhì)內(nèi)層，使髓質(zhì)內(nèi)層滲透壓升高。,③由于髓質(zhì)內(nèi)層高滲透壓，髓袢降支細(xì)段中水向外滲透，而使降支內(nèi)液越向髓袢頂部方向流動(dòng)，NaCl濃度越高。由于升支細(xì)段對(duì)NaCl通透而對(duì)水不通透，使NaCl順濃度梯度向管外組織間隙擴(kuò)散。當(dāng)液體進(jìn)入升支粗段，升支粗段管壁細(xì)胞主動(dòng)重吸收NaCl并轉(zhuǎn)運(yùn)到管外組織間隙，使管內(nèi)NaC

19、l的濃度進(jìn)一步降低。從而形成髓質(zhì)內(nèi)層的滲透壓梯度。,④由于升支細(xì)段對(duì)尿素具有中等的通透性，形成尿素的再循環(huán)。,逆流倍增學(xué)說(shuō)要點(diǎn):,1、腎小管和集合管對(duì)水和各種溶質(zhì)的通透性和吸收能力是不同的, 造成髓質(zhì)高滲狀態(tài)。尿素和NaCl是建立髓質(zhì)滲透梯度的主要溶質(zhì)。,2、血流經(jīng)“U”形直小血管將水分及溶質(zhì)運(yùn)走時(shí)，由于逆流交換使髓質(zhì)的高滲狀態(tài)不被破壞。,3、由于髓袢升支對(duì)水相對(duì)不通透，而對(duì)Na+易通透或能主動(dòng)吸收Na+ ，故小管液到遠(yuǎn)曲小管時(shí)一定是低

20、滲。（圖）,4、集合管對(duì)水的通透受抗利尿激素（ADH）的調(diào)節(jié) 抗利尿激素多——尿濃縮；ADH少——尿稀釋,（二）、滲透壓梯度與尿濃縮和稀釋的關(guān)系,高滲尿：當(dāng)機(jī)體缺水、缺鹽時(shí)，垂體釋放的抗利尿激素增多，集合管對(duì)水通透性增大，從升支粗段來(lái)的低滲小管液逐漸變等滲，再經(jīng)集合管時(shí)，由于髓質(zhì)間隙液高滲，水滲透出集合管形成濃縮尿。,稀釋尿：抗利尿激素減少 ，遠(yuǎn)曲小管和集合管對(duì)水通透性降低，而對(duì)鈉仍保持主動(dòng)重吸收，所以低滲小管液流

21、經(jīng)集合管時(shí)，鈉被吸收，很少被濃縮，甚至進(jìn)一步稀釋?zhuān)纬上♂屇颉?尿液的生成與濃縮過(guò)程 （圖）,1. 尿的生成是從血液在腎小球過(guò)濾開(kāi)始。在近曲小管，小管液被濃縮，幾乎全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、75%的鹽以及相應(yīng)的水被重吸收，留下尿素和一些其他物質(zhì)。從近曲小管進(jìn)入髓袢降支細(xì)段的液體是和血漿等滲的，滲透壓保持在300 mOsm/L（毫滲/升）左右。,2. 小管液進(jìn)入髓袢降支流到深部高滲髓質(zhì)時(shí)，水被重吸收，而溶質(zhì)很少通透，滲透壓快速提高，到了髓袢頂端時(shí)小管

22、液與周?chē)g隙液的滲透壓相等，可達(dá)1200 mOsm/L 。,3. 當(dāng)小管液向上流到髓袢升支時(shí)，NaCl被動(dòng)重吸收，而尿素被動(dòng)地?cái)U(kuò)散進(jìn)入小管液，但容量不變。由于NaCl離開(kāi)升支細(xì)段比尿素進(jìn)入管腔多，故小管液產(chǎn)生稀釋。,4. 髓袢升支粗段對(duì)水和尿素不通透，但能主動(dòng)地重吸收NaCl，從而使小管液更加稀釋。離開(kāi)升支粗段的小管液為低滲，約100 mOsm/L .,5. 集合管在ADH存在時(shí)對(duì)水通透性很高，而由于髓質(zhì)間隙的高滲透壓，小管液沿集合管下

23、行到髓質(zhì)時(shí)，小管液的水?dāng)U散出管腔，管內(nèi)液體滲透壓越來(lái)越高，尿液被濃縮，形成高滲尿。,血漿滲透壓↑ 下丘腦中的滲透壓敏感神經(jīng)元 釋放抗利尿激素 集合管對(duì)水重吸收 ↑ 血液中水增加 血漿滲透壓降低 （Fig）、 （Fig）,二、腎小管活動(dòng)的調(diào)節(jié),,,,,,（二）、腎小球?yàn)V過(guò)率的控制 腎的自身調(diào)節(jié)：腎動(dòng)脈壓在70-19

24、0 mmHg 之間變動(dòng)時(shí)，腎血流量保持穩(wěn)定。,（一）、抗利尿激素ADH（血管升壓素VP）的作用,水利尿：大量飲用清水后引起尿量增多的現(xiàn)象。（圖）,（三）、腎小管鈉離子重吸收的控制,腎素（腎近球細(xì)胞分泌） 血管緊張素原 血管緊張素I（腎素底物，由肝合成） 血管緊張素轉(zhuǎn)化

25、酶 （肺） 血管緊張素II（八肽） 血管緊張素酶A 血管緊張素III（七肽）,,,,,,,腎血流量下降、腎動(dòng)脈壓下降、流經(jīng)遠(yuǎn)曲小管的Na+減少，腎交感神經(jīng)興奮和血中腎上腺素和去甲腎上腺素增加,,腎上腺皮質(zhì) 醛固酮 腎