肾小球滤过的主要因素

(一)肾的基本功能

1.泌尿功能 肾是排泄体内代谢废物的主要器官之一,其最重要的功能是泌尿。

(1)通过泌尿可以维持水、电解质平衡:正常机体在水分过多或过少时,通过肾调节,保持水平衡;肾小球滤液含有血液中的各种电解质,当进入肾小管后,钠、钾、钙、镁、HCO-3、氯及磷酸盐等大部分被重吸收。肾小管按人体的需要调节各种电解质的重吸收量,以维持电解质平衡。

(2)通过排泌排出废物、毒物和药物:人体在新陈代谢过程中产生一些不需要甚至有害的废物,如尿素、尿酸、肌酐、血红蛋白的降解产物等。肾能把这些废物排出体外,不致在血液中过量积蓄,从而维持人体正常生理活动。肾还能把进入体内的一些有毒物质排出体外,不少药物也可由肾排泄。

(3)维持体内酸碱平衡:肾把新陈代谢过程中产生的酸性物质通过尿液排出体外,并能控制酸性和碱性物质的排出比例,这主要是通过重吸收HCO-3和排泌氢离子实现。

2.内分泌功能 肾还是重要的内分泌器官,能分泌激素,包括血管活性物质(肾素、前列腺素、缓激肽等)和非血管活性物质(1,25-二羟维生素D3、促红细胞生成素等),他们参与调节人体的血压、水和电解质代谢等。肾还是胰岛素、胰高血糖素、生长激素等多肽类激素和内源性活性物质的降解场所,参与氨基酸和糖的代谢。

(二)肾小球滤过功能

肾小球滤过(glomerular filtration)是指血液流经肾小球毛细血管网时,其中的水、小分子溶质和少量小分子血浆蛋白,通过滤过膜滤入肾小囊腔形成原尿的过程。决定肾小球滤过的主要因素:滤过膜的滤过面积和通透性(结构基础)、肾血流量(物质基础)和有效滤过压(动力学基础)。

1.滤过膜的滤过面积和通透性 人体两侧的肾单位总共有200万个以上,总滤过面积约1.5m2,非常有利于滤过。滤过膜的通透性大小由其结构决定,并受肾小球系膜的调节。

肾小球的滤过膜包括三层结构:肾小球毛细血管内皮细胞层、基底膜层和肾小囊上皮细胞层,形成了肾小球的滤过屏障。毛细血管内皮细胞上有直径50~100nm的小孔,其表面蛋白带有负电荷,起到电荷屏障作用,可阻止血浆中带负电荷的蛋白质滤过。基底膜层是由胶原和蛋白聚糖原纤维织成网状结构,孔径为4~8nm,通透性大,可滤过大量的水和小分子溶质,少量小分子血浆蛋白也能通过。肾小囊上皮细胞层有许多很长的足状突起附着于基底膜上,各足状突起之间有裂隙,称为滤过裂孔,上有一层裂孔膜,其孔径约7nm,是滤过膜的最后一道屏障,可以通过肾小球滤液。在上皮细胞也带负电荷,能限制蛋白质的滤过。

2.肾血流量 主要是指肾皮质血流量。肾血液量的血浆部分称肾血浆流量。肾比其他器官有更丰富的血流量,两个肾只占体重的0.4%,却接受了1/5~1/4的心排血量,远远超过供给肾营养和排出代谢废物等功能之所需。肾高血流量的目的使肾小球更好地完成滤过作用,这是精细调节体液容积和溶质浓度所必需的。因此肾血流量的变化对肾小球滤过率有重大影响。肾血浆流量增加时,可引起肾小球毛细血管血压升高,有效滤过压增大,导致肾小球滤过率增加;反之,当肾血液量减少时,滤过率减少。

3.有效滤过压 有效滤过压是肾小球滤过的动力,它主要是由3种力量所决定:①肾小球毛细血管血压(PG),促使滤液的生成;②肾小囊内压(PB),是抗滤过液生成的力量;③肾小球毛细血管的血浆胶体渗透压(πG),抗滤过液生成的力量,即有效滤过压=肾小球毛细血管血压-(肾小囊内压+血浆胶体渗透压)。从入球小动脉,经过肾小球毛细血管到出球小动脉的血液,其中血浆蛋白质浓度逐渐增加。正常情况下,肾小球毛细血管入球端有效滤过压大,出球端有效滤过压小。所以,在肾小球毛细血管入球端滤过作用大,而靠近出球端的一段毛细血管几乎没有滤过作用。

(三)肾小管和集合管的重吸收功能

当肾小球滤液进入肾小管后,在形成终尿之前要流经肾小管各段和集合管。成年人每日由肾小球滤过的原尿约180L,而最终尿量约1.5L,表明绝大多数的滤液在流经肾小管和集合管时被重吸收入血液。

1.肾小管重吸收的方式 包括被动重吸收和主动重吸收两种。

(1)被动重吸收:肾小管液中的溶质顺浓度差或电位差扩散到管周组织液的过程,不需要消耗能量,如尿素和水都是被动重吸收。

(2)主动重吸收:肾小管上皮细胞将肾小管液中的溶质逆浓度差或电位差转运到管周组织液的过程,需要从代谢中获得能量才能进行重吸收,如葡萄糖、氨基酸、K+、Na+、Ca2+、Cl-等,都是主动重吸收。

2.肾小管重吸收的部位与功能

(1)近端小管:近端小管是重吸收最重要的部位,具有显著的被动和主动重吸收性能。原尿中葡萄糖、氨基酸、维生素及微量蛋白质等几乎全部在近曲小管被重吸收,K+、Na+、HCO-3、Cl-等绝大部分在此段重吸收。

(2)髓襻:主要吸收一部分水和氯化钠。髓襻主要由髓襻降支细段、升支细段和升支粗段组成。髓袢的降支对水具有很高的通透性,对溶质的通透性很低,使降支内水的重吸收大于溶质的吸收,导致肾小管内的渗透压逐渐升高,形成渗透梯度;而升支的细段和粗段对水的通透性很低,使升支内溶质的重吸收大于水,肾小管液渗透压逐渐下降,形成逆向渗透梯度。此段渗透压变化过程称为“逆流倍增”,在尿液稀释和浓缩等功能中起重要作用。

(3)远端小管和集合管:继续重吸收部分水和Na+等。此段Na+的重吸收受醛固酮和抗利尿激素的调节,在决定尿量多少方面具有重要作用。其主要功能是参与调节体液的酸碱平衡,维持内环境稳定。

(4)重吸收的特点:肾小管重吸收具有选择性和有限性,选择性重吸收作用使机体能够保留有用的物质,排除废物。肾小管对许多物质的重吸收有一定的限度,当原尿中葡萄糖等物质超过肾小管重吸收的最大阈值时,可出现尿糖等。

3.肾小管和集合管的排泌功能 肾小管和集合管的上皮细胞具有将其产生或血液中存在的某些物质转运到管腔中的能力。排泌的物质主要有H+、K+、NH 4+、肌酐,以及进入机体的一些外源性物质(如青霉素、奎宁、酚红等)。

(1)近端小管、远端小管和集合管的泌H+功能:通过H+-Na+交换,达到排H+和重吸收Na HCO3,起到了调节机体酸碱平衡的作用。

(2)远端小管和集合管的泌NH 4+功能:肾小管上皮细胞中的谷氨酰胺分解产生谷氨酸和NH 3,NH 3扩散进入小管腔,在管腔内与H+结合成NH 4+随尿排出。NH 3与H+的分泌相互促进,H+分泌增多,有利于NH 3的分泌;NH 4+的形成又促进H+的分泌,从而促进排H+和重吸收Na HCO3的作用,是肾脏排H+保Na+的另一种方式,在酸中毒时尤其重要。

(3)远端小管和集合管的泌K+功能:通过K+-Na+交换过程分泌K+。K+的分泌取决于肾小管细胞和血浆中K+的浓度,K+浓度高时分泌多,浓度低时分泌少。K+-Na+交换与H+-Na+交换有相互抑制作用,即H+-Na+交换增多时,K+-Na+交换减少,这是酸中毒导致高钾血症的原因之一。原尿中的K+几乎全部在近端小管被重吸收,故尿液中的K+主要源于钾的排泌。

(4)近端小管的排泌功能:肌酐、对氨基马尿酸等,既能从肾小球滤过,又能由肾小管排泌;进入机体的青霉素和酚红等,主要通过近端小管排泌排泄。