腎臟疾病的生物化學診斷

1、第十章 腎臟疾病的生物化學診斷,腎臟(kidney)不僅是機體內最重要的排泄器官，還是重要的內分泌器官，腎臟在維持機體內環(huán)境的穩(wěn)定和平衡方面起著極為重要的作用。各種腎臟疾病均可造成機體代謝紊亂，并導致血液和尿液生物化學的改變。因此，血、尿生物化學檢驗是指導腎臟疾病診斷和治療的重要指標。,第一節(jié),腎臟的結構和功能,腎臟最基本的功能是泌尿，泌尿過程包括腎小球濾過、腎小管選擇性重吸收和排泌。腎臟泌尿功能的結構基礎是腎單位和腎血管，腎臟豐富

2、的神經支配和具有內分泌功能的腎小球旁復合體對維持和調節(jié)腎臟的功能十分重要。本節(jié)主要介紹與腎臟泌尿功能相關的腎臟組織結構，腎臟泌尿生理過程及衡量指標。,一、腎臟的基本結構,腎單位 1.腎小體 2.腎小管和集合管腎的血管,腎臟為成對略呈蠶豆形的實質性器官，位于腹膜后脊柱兩側。腎外被膜包裹，內側緣中央凹陷成腎門，血管、淋巴管、神經和輸尿管經此出入腎。腎實質分為皮質和髓質兩部分。皮質在外層，主要由腎小體和腎小管構成；髓質在內層，由20

3、-28個錐體組成，主要含髓袢的降支及升支、集合管及乳頭管。腎錐體開口于腎小盞，腎小盞合成腎盂，腎盂向下逐漸縮小續(xù)于輸尿管。,(一)腎單位 腎單位(nephron)是腎臟結構和功能的基本單位。人每側腎臟約有80-120萬個腎單位，每個腎單位由腎小體和腎小管組成。集合管不包括在腎單位內，但由于其在尿液濃縮與稀釋的過程中起著重要作用，故可把集合管視為腎小管的終末部分。,1．腎小體 由中央部的腎小球和包繞其外的

4、腎小囊組成。腎小球是由入球小動脈反復分支形成的一團盤曲的毛細血管網。腎小球毛細血管小葉間的軸心組織為腎小球系膜。腎小囊分內外兩層上皮細胞，內層緊貼毛細血管壁，外層與腎小管壁相連，兩層之間的腔隙稱囊腔，與腎小管管腔相通。,2．腎小管和集合管 腎小管長而彎曲，分為三段：①近端小管，包括近曲小管和髓袢降支粗段，前者與腎小囊相連。②髓袢細段，分降支和升支兩部分。③遠端小管，包括髓袢升支粗段和遠曲小管，其遠端與集合管相連。多個腎單位匯集于一支集

5、合管，多支集合管匯入一乳頭管，而后開口于腎盂。,(二)腎的血管 腎的血管系統(tǒng)有其特點。腎動脈由腹主動脈分出后，經葉間動脈、弓狀動脈、小葉間動脈和入球小動脈進入腎小體，形成腎小球毛細血管袢，再匯集成出球小動脈。離開腎小體以后又分支成二級毛細血管網，包繞于腎小管和集合管(既起營養(yǎng)作用，又有轉運物質的功能)，然后匯合成靜脈，經小葉間靜脈、弓形靜脈、葉間靜脈和腎靜脈進入體循環(huán)。,二、腎臟的基本功能,泌尿功能內分泌功能參與氨基

6、酸和糖代謝維持血壓,1．泌尿功能 腎臟最重要的功能是泌尿。腎臟通過生成尿液不僅可以排泄機體代謝的終產物，如蛋白質代謝產生的尿素、核酸代謝產生的尿酸、肌肉肌酸代謝產生的肌酐和血紅素的降解產物等；還可將攝入量超過機體需要的物質，如水、電解質等和進人體內的外源性異物，如絕大部分藥物、影像學檢查的造影劑和毒物等排出體外；而且同時精確調節(jié)體內水、電解質、酸堿和滲透壓平衡等，維持機體內環(huán)境質和量的相對穩(wěn)定，保證生命活動的正常進行。,2．內分泌功

7、能 腎臟分泌的激素包括血管活性物質和非血管活性物質。前者包括腎素、前列腺素、緩激肽等，參與全身血壓和水、電解質代謝的調節(jié)。后者包括1，25-二羥基維生素D3、紅細胞生成素等。 此外，腎臟是許多的肽類激素和內源性活性物質的降解場所，如胰島素、高血糖素、甲狀旁腺素、泌乳素、生長激素、促胃液素和舒血管腸肽等。,三、腎小球濾過功能,腎小球濾液的生成機制及影響因素 1.腎小球濾過膜面積和通透性 2.有效濾過壓 3.腎血流量

8、腎小球濾過功能評價指標 1.腎小球濾過率與濾過分數(shù) 2.過篩系數(shù)與選擇指數(shù)腎小球濾過功能的調節(jié),腎小球濾過是指當血液流過腎小球毛細血管網時，血漿中的水和小分子溶質，包括分子量較小的血漿蛋白，通過濾過膜濾入腎小囊形成原尿的過程。此過程是一種超濾過程。原尿除了不含血細胞和部分血漿蛋白質外，其余成分和血漿相同。,(一)腎小球濾液的生成機制及影響因素 腎小球濾液的生成與細胞外液的生成相似。決定腎小球濾過作用的主要因素有

9、：①結構基礎：濾過膜濾過面積和通透性；②動力基礎：有效濾過壓；③物質基礎：腎血流量。,1．腎小球濾過膜濾過面積和通透性 人體兩側腎臟的腎單位總數(shù)達200萬個，總濾過面積約1.5m2，十分有利于濾過。濾過膜通透性大小由其結構決定，同時受腎小球系膜的調節(jié)。,(1)濾過膜與濾過屏障：濾過膜的獨特結構使之具有一定的孔徑和電荷選擇性，既對小分子物質有極高的通透性，又對大分子物質有高度的截留作用。,濾過膜有三層結構：①內層為毛細血管

10、的內皮細胞層，細胞間連接疏松，形成大量的圓形窗孔，孔徑40-100nm，血細胞不能通過，對血漿蛋白幾乎不起屏障作用；②中間為非細胞性的基膜層，是由微纖維織成的網狀結構，網孔直徑約4- 8nm，由于基底膜本身的伸展性較大，除可讓水及部分小分子溶質通過，有時分子量較小的血漿蛋白也能通過，是濾過膜中主要的屏障；③外層是腎小囊上皮細胞，由突起的足細胞構成，足突附著在基膜，足突間裂隙稱為裂孔，其上有一薄層裂孔膜，為柵欄狀細絲網狀結構，網孔直徑約7

11、nm，是濾過膜的最后一道屏障。,濾過膜形成的濾過屏障包括兩個部分：①孔徑屏障：指由濾過膜三層結構上孔道所構成的屏障。屏障作用與濾過膜上的孔徑大小以及物質分子構型、形狀和伸展性等有關。②電荷屏障：濾過膜三層結構的表面都覆蓋有一層帶負電荷的唾液酸，這就使帶負電荷的物質不易通過，而帶正電荷的物質較易通過。濾過屏障中起主要作用的是孔徑屏障，分子半徑小于2nm的物質可自由通過腎小球濾過膜，分子半徑大于4nm，分子量約70kD的物質幾乎不能通過。電

12、荷屏障只是對那些剛能通過濾過孔道帶負電荷的大分子物質，如血漿清蛋白(半徑為3.6nm)有選擇性的阻擋作用。,(2)腎小球系膜及作用：位于腎小球毛細血管之間，由系膜細胞和系膜基質所組成。系膜能通過系膜細胞收縮和改變基質的物理性狀調節(jié)濾過屏障。,2．有效濾過壓(effective filtration pressure)由三種力組成，根據(jù)三種力作用方向的不同，可列出下式： 腎小球有效濾過壓=腎小球毛細血管血壓-(血漿膠體滲透壓+囊內

13、壓),腎小球毛細血管血壓平均為6.0Pa，囊內壓為1.3Pa，血漿膠體滲透壓約為2.7Pa。據(jù)此，可計算入球端有效濾過壓為2.0Pa，借此可使血漿某些成分透過腎小球濾膜，進入腎小囊，形成原尿；出球端有效濾過壓為0，濾過停止，此過程稱為濾過壓平衡。,3．腎血流量 腎臟的血液供應十分豐富，正常人安靜時的腎血流量(RBF)約1200ml／min，相當于心排血量的20％- 25％。RBF中94％左右的血液分布在腎皮質。通常所說的RBF主要指的

14、是腎皮質血流量，腎血流量中的血漿部分稱腎血漿流量(RPF)。,(二)腎小球濾過功能評價指標 1．腎小球濾過率與濾過分數(shù) 單位時間內兩腎生成的濾液量稱為腎小球濾過率(glomerulafiltrationrate，GFR)。其值高低取決于腎血流量、有效濾過壓和濾過分數(shù)。濾過分數(shù)(filtrationfraction，F(xiàn)F)指腎小球濾過量占流經腎小球的血流量的比值。FF=0.18-0.22，其值大小與毛細血管有效靜水通透性和濾過面

15、積有關。GFR和FF是衡量腎小球濾過功能的兩個重要指標。,據(jù)測定，體表面積為1.73m2的人體GRF為125ml／min左右，以此計算，24小時內約有1700L血液通過腎臟，從腎小球濾出的血漿量可達180L，相當于血漿每天在腎小球濾過60次。由此可見，腎小球濾過功能在腎的排泄功能中占有重要位置。,2．過篩系數(shù)與選擇指數(shù) 濾過膜的通透性或屏障作用大小，可以用它允許通過物質的分子量大小來衡量。通常以腎小囊中原尿的蛋白成分和濃度與血漿蛋白成

16、分和濃度的比較來表明腎小球毛細血管壁通透選擇性。對一特定的體內大分子物質，其在腎小囊腔與血漿濃度的比值稱為過篩系數(shù)；兩個分子量或所帶電荷不同的蛋白過篩系數(shù)或清除率之比值稱尿蛋白選擇指數(shù)(selective urine protein index，SPI)。,(三)腎小球濾過功能的調節(jié) 腎小球的濾過功能主要受腎血流量及腎小球有效濾過壓的調節(jié)。腎血流量的調節(jié)既能適應腎臟泌尿功能的需要，又能與全身的血循環(huán)相配合，前者主要靠自身調節(jié)，后

17、者主要靠神經調節(jié)和體液調節(jié)，尤其在應激狀態(tài)時，參與全身血流量的重新分配的調節(jié)，以適應整體生理活動的需要。,四、腎小管和集合管的轉運功能,腎小管的重吸收腎小管、集合管的排泌腎小管轉運功能的調節(jié),在泌尿過程中，腎小球濾過生成的原尿需經腎小管和集合管進行物質轉運，最后形成終尿。物質轉運過程包括重吸收和排泌。重吸收是腎小管上皮細胞將原尿中的水和某些溶質，部分或全部轉運回血液的過程。腎小管和集合管的上皮細胞將其產生的或血液中的某些物質轉運到腎

18、小管腔中的過程稱為分泌或排泌。,(一)腎小管的重吸收 1．重吸收方式與物質 腎小管重吸收的方式可分為主動重吸收和被動重吸收兩類。主動重吸收是指腎小管上皮細胞將小管液中的溶質逆濃度差或電位差轉運到管周組織液的過程。一般機體所需要的物質，如葡萄糖、氨基酸、Cl、Na、K、Ca等，都是主動重吸收。被動重吸收是指腎小管液中的溶質逆濃度差或電位差進行擴散，以及水在滲透壓差作用下進行滲透，從管腔轉移至管周組織液的過程。例如尿素和水。,2.

19、重吸收部位與功能 (1)近曲小管：是物質重吸收最重要的部位。原尿中的葡萄糖、氨基酸、維生素及微量蛋白質等，幾乎全部在近曲小管重吸收，Na、K、Cl、HC03等也絕大部分在此段重吸收。,(2)髓袢：主要吸收一部分水和氯化鈉。在降支內水的重吸收大于溶質吸收，使管內的滲透壓逐漸升高，形成滲透梯度，最高可達1200mOsm／kg以上。升支不透水，而溶質卻不斷被重吸收，形成逆向的滲透梯度，即從1200mOsm／kg又逐漸下降到等滲，甚至低

20、滲。此段滲透壓變化的過程稱為“逆流倍增”，在尿液的濃縮稀釋等功能中起重要作用。,(3)遠曲小管和集合管：可繼續(xù)重吸收部分水和Na等，此段的重吸收量受血管升壓素和醛固酮的調節(jié)，在決定尿量和終尿質的方面起著十分重要的作用。其主要功能為參與機體對體液及酸堿等的調節(jié)，在維持機體內環(huán)境穩(wěn)定中起主要作用。,3．重吸收效率與閾值 比較原尿和終尿的量和質可發(fā)現(xiàn)，成人每天生成的原尿量約有180L。但終尿量每天只有1.5L左右，表明腎小管的重吸收量達99

21、％。腎小管和集合管的重吸收是有選擇性的，原尿中葡萄糖、氨基酸和少量蛋白質全部被腎小管重吸收，水和電解質大部分被吸收，尿素只有部分被重吸收，肌酐則完全不被重吸收。腎小管對許多物質的重吸收作用有一定限度，稱最大重吸收量或閾值。如當尿糖濃度超過10mol／L后，重吸收量不再增加，尿中出現(xiàn)葡萄糖，這個濃度界限稱為腎糖閾。,(二)腎小管、集合管的排泌 1．排泌方式與物質 排泌有主動和被動兩個過程。酚紅(PSP)、芐青霉素、碘銳特及對氨基

22、馬尿酸(PAH)等進入機體的異物，均可借助于同一組酶系主動排泌，它們相互間有競爭性抑制作用，有些強堿性物質如組胺等也可主動排泌。被動排泌的物質有弱堿(氨、奎寧等)和弱酸(水楊酸等)，以及Na重吸收耦聯(lián)的H、K排泌和非離子型擴散。,2.排泌部位與功能 (1)近端小管、遠端小管和集合管都有泌H功能：通過H-Na交換，達到重吸收NaHC03的目的，在調節(jié)機體酸堿平衡方面起著重要作用。腎臟排H保Na的另一種方式是分泌NH3，在酸

23、中毒時尤為重要。近端小管、遠端小管和集合管不斷地產生NH3，并向小管液擴散，與其中的H結合成離子型NH4，銨鹽的生成不僅促進了排H，也促進了NaHC03重吸收。,(2)遠曲小管和集合管泌鉀功能：一般當有Na的主動吸收時，才會有K的分泌，兩者轉運方向相反，稱為K-Na交換。K-Na交換和H-Na交換有相互抑制現(xiàn)象， 即H-Na交換增多時，K-Na交換將減少，導致酸中毒時血鉀升高的原因之一。原尿中的鉀幾乎全部在近端小管被重吸收，故尿中排出

24、的K主要來源于鉀的排泌。,(3)近端小管的排泌功能：肌酐和對氨基馬尿酸等，既能從腎小球濾過，又能由腎小管排泌。進人體內的某些物質，如青霉素、酚紅等，則主要通過近端小管的排泌排泄。,3．排泌限量 排泌作用也有一定限度，稱排泌極限量，通常以Tm表示。以PHA為例，當其血漿濃度高于200mg／L時，排泌可達極限量。TmPAH一般為77mg／min。,(三)腎小管轉運功能的調節(jié) 腎小管和集合管轉運功能的調節(jié)，主要是神經和體液因素(主要