(一)肾小管液中溶质的浓度
肾小管液中溶质浓度决定了小管液渗透压的高低。小管液渗透压具有对抗肾小管、集合管重吸收水的作用。由于近端小管内液体的Na+浓度和血浆相等,因此存在于近端小管内液体的渗透压与血浆等渗。如果小管液中某种溶质含量增加,渗透压升高,就会妨碍肾小管特别是近端小管对水的重吸收。糖尿病患者,由于血糖浓度增加,超过肾糖阈,部分葡萄糖不能被近端小管重吸收,小管液渗透压增高,妨碍了水的重吸收,排出水分增加,致使尿量增多并出现糖尿。这种由于小管液中的溶质浓度增高,使水的重吸收减少而发生尿量增多的现象,称为渗透性利尿(osmotic diuresis)。根据这一原理,临床上给某些病人使用一些能经肾小球滤过而不被肾小管重吸收的药物(如甘露醇、山梨醇等),增加尿量,排出多余的水分,可以达到利尿消肿的目的。
(二)球-管平衡
肾小球滤过率对肾小管重吸收率有明显影响,这种影响主要在近端小管处。当肾小球滤过率增加或减少时,近端小管对水的重吸收总保持稳定的比例关系,即不论肾小球滤过率增加或减少,近端小管对水的重吸收率始终占肾小球滤过率的65%~70%,这一现象称为球-管平衡(glomerulo-tubular balance)。其生理意义在于使终尿量不至因肾小球滤过率的增减而发生大幅度的变动。
球-管平衡现象与近端小管对Na+的定比重吸收有关。近端小管对Na+的重吸收量常是滤过量的65%~70%,从而决定了对滤液的重吸收量也总是占肾小球滤过率的65%~70%。当肾血浆流量不变,肾小球滤过率增加时,进入近端小管周围毛细血管的血量减少和血浆蛋白浓度相对增大,导致毛细血管中血压降低而胶体渗透压升高,此时,小管细胞间的液体加速进入毛细血管,其间的静水压降低,有利于肾小管增加对Na+和水的重吸收,使重吸收的量仍达肾小球滤过率的65%~70%;如果肾小球滤过率减少,则发生相反的变化。
球-管平衡在某些情况下也可能被打破。如在渗透性利尿时,近端小管重吸收率减少,而肾小球滤过率不受影响,重吸收率<65%~70%,排出的NaCl和尿量都会明显增多。
(三)体液调节
1.抗利尿激素 抗利尿激素(antidiuretic hormone,ADH,又称血管升压素)是下丘脑视上核和室旁核神经元胞体合成的激素,经下丘脑垂体束神经纤维的轴浆运输,运送到神经垂体,储存于轴突末梢的囊泡内。需要时由神经垂体释放,平时随机少量释放。
抗利尿激素主要通过作用于集合管(对远曲小管的作用可能较弱或缺乏)上皮细胞,与集合管上皮细胞管周膜上的V2受体结合,激活膜内的腺苷酸环化酶,使细胞内c AMP生成增多,c AMP激活细胞中的蛋白激酶,进而使管腔膜上的水通道增加,对水的通透性增大,水的重吸收增多,尿液浓缩,尿量减少。
血管升压素分泌和释放的调节因素主要是血浆晶体渗透压和循环血量。
(1)血浆晶体渗透压的改变:生理情况下调节血管升压素释放的重要因素。下丘脑视上核和室旁核及其周围区域有渗透压感受器,这些细胞对血浆晶体渗透压,尤其是NaCl浓度的改变非常敏感,血浆晶体渗透压升高或降低1%~2%,即可引起血管升压素分泌和释放的变化。当机体大量出汗、严重呕吐和腹泻等情况造成体内水分丧失过多时,血浆晶体渗透压升高,使视上核和室旁核细胞合成,神经垂体释放的血管升压素增加,促进集合管对水的重吸收,尿液浓缩,尿量减少,有利于血浆晶体渗透压恢复,保存体内水分,维持水的平衡。反之,正常人在短时间内大量饮清水,造成血浆晶体渗透压降低,血管升压素分泌减少,对水的重吸收减少,尿液稀释,尿量增多,从而排出体内过剩的水分。这种由于一次大量饮清水引起尿量增多的现象称为水利尿(water diuresis)。正常人一次饮入清水1 000 ml后,约30min尿量便开始增加,第1小时末达最大值;随后尿量逐渐减少,2~3h尿量恢复至原来水平。如饮同量生理盐水,尿量不会发生明显变化。水利尿是由于大量水的摄入引起血浆晶体渗透压降低,使血管升压素合成和释放减少,致尿量增多(图8-8)。
(2)循环血量的改变:左心房和胸腔大静脉存在容量感受器,当静脉大量输液使血容量增加时,左心房和大静脉扩张,容量感受器受到刺激而兴奋,冲动沿迷走神经传入下丘脑,反射性地抑制血管升压素的合成和释放,水的重吸收减少,导致尿量增加,血容量减少。反之机体失血,循环血量减少5%或以上时,因血容量减少,对左心房和大静脉容量感受器的刺激减弱,迷走神经传入冲动减少,血管升压素的释放增多,水的重吸收增加,尿量减少,有利于血容量恢复。
血浆晶体渗透压和血容量尚可同时发生变化,产生协同或拮抗作用。如果血浆晶体渗透压增高,同时伴有血容量降低时(如大量出汗),两者均可通过上述机制使血管升压素的释放增加,尿量减少。当机体血容量降低(如严重失血)时,肾对水的重吸收增多以及组织液回流增多会使血浆晶体渗透压明显下降,这时血浆中血管升压素的水平却很高。这是由于血容量降低的作用大于血浆晶体渗透压下降的作用,对维持有效循环血量,缓解外周循环衰竭极为重要。正常情况下,血浆晶体渗透压的变化仍是影响合成和释放血管升压素最敏感的因素。
图8-8 一次饮1L清水或等量生理盐水后排尿量的变化比较
此外,强烈的疼痛刺激和高度的精神紧张,低血糖、缺氧以及血管紧张素Ⅱ等,均可促进血管升压素的释放;而动脉血压升高可通过压力感受性反射抑制血管升压素释放,弱的寒冷刺激和心房钠尿肽也抑制其释放。
2.醛固酮 醛固酮(aldosterone)是肾上腺皮质球状带细胞分泌的一种重要的盐皮质激素。主要作用于远曲小管和集合管,促进Na+的重吸收,同时促进Cl-和水的重吸收以及K+的排出,所以醛固酮有保钠、排钾、保持和稳定细胞外液的作用。此外,醛固酮还具有加强远曲小管分泌H+,同时重吸收Na+和
的作用。
醛固酮进入远曲小管和集合管的上皮细胞后,与胞质内的受体结合,形成激素-受体复合物,后者进入细胞核,与核中DNA特异性结合位点相互作用,调节特异性m RNA转录,合成多种醛固酮诱导蛋白,进而使管腔膜对Na+的通透性增大,增加线粒体内ATP的合成和管周膜上钠泵的活性,造成Na+的重吸收增加,相应也增加了水的重吸收;同时使细胞内K+浓度提高和小管腔内负电位增强,从而有利于K+的分泌。
醛固酮的分泌主要受肾素-血管紧张素系统和血K+、血Na+浓度的调节。
(1)肾素-血管紧张素系统:肾素主要由球旁细胞分泌,是一种蛋白水解酶。交感神经兴奋、失血、肾血流量减少,均可促进肾素的释放。
肾素催化血浆中的血管紧张素原降解,生成血管紧张素Ⅰ(10肽)。血管紧张素Ⅰ可刺激肾上腺髓质分泌肾上腺素,对血管的直接作用则较弱。血管紧张素Ⅰ在血液和组织中转换酶(该酶肺中最丰富)作用下,降解成血管紧张素Ⅱ(8肽),血管紧张素Ⅱ在氨基肽酶作用下降解成血管紧张素Ⅲ(7肽)。血管紧张素Ⅱ和血管紧张素Ⅲ都具有收缩血管和刺激醛固酮分泌的作用,但血管紧张素Ⅱ的缩血管作用较强,血管紧张素Ⅲ主要刺激醛固酮的分泌(图8-9)。此外,血管紧张素Ⅱ进入脑后,还可促进血管升压素的分泌和引起渴感中枢兴奋。可见,肾素分泌量决定了血浆中血管紧张素的浓度,而血浆中醛固酮的水平则取决于血浆中的血管紧张素。通常情况下,肾素、血管紧张素、醛固酮在血浆中的水平保持一致,构成一个相互关联的功能系统,称为肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)。
图8-9 肾素-血管紧张素-醛固酮系统的作用
链接 肾素-血管紧张素-醛固酮系统与临床
近年来,RAAS的概念与理论已逐渐应用于临床。根据血浆中肾素水平,将高血压分为高肾素型、正常肾素型和低肾素型,并根据上述理论提出不同的治疗方法。这一理论还可用来解释某些临床现象。如肝硬化病人出现腹水、水肿时,常继发醛固酮增多症,血浆肾素与血管紧张素也增多。这可能是由于组织液大量增加使循环血量明显减少,导致肾素分泌增多所致。
(2)血K+和血Na+的浓度:血K+浓度升高或血Na+浓度降低,均可直接刺激醛固酮的合成和分泌;反之,则使醛固酮分泌减少。但肾上腺皮质球状带对血K+浓度的变化比血Na+更为敏感,血K+升高0.5mmol/L即可刺激其分泌活动增加,而血Na+浓度则需更大程度降低才能引起同样的效应。
3.心房钠尿肽 心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide)由心房肌细胞合成和释放。循环血量增多使心房扩张和摄入钠过多时,刺激其释放。心房钠尿肽具有明显的促进NaCl和水排出的作用。其作用机制是:①与集合管上皮细胞管周膜上的受体结合后,可进一步引起管腔膜上的钠通道关闭,抑制Na+的重吸收;②抑制肾素和醛固酮的分泌,使Na+重吸收减少;③使入球和出球小动脉舒张(以前者为主),肾血浆流量和肾小球滤过率增加;④抑制血管升压素的分泌,使水的重吸收减少。
(四)神经调节
肾受交感神经和副交感神经支配。副交感神经对尿生成的调节作用尚未阐明。交感传出神经兴奋时对尿生成的影响主要通过以下几个方面:①激活入球小动脉和出球小动脉的α受体,引起血管收缩,但入球小动脉收缩的程度大于出球小动脉,使流入阻力增大,肾小球毛细血管血流量减少,血压降低,有效滤过压降低,肾小球滤过率减少;②促进近端小管和髓襻上皮细胞对Na+、
、Cl-和水的重吸收;③通过激活β受体刺激球旁器中的颗粒细胞释放肾素,促使血液中血管紧张素Ⅱ和醛固酮含量增加,肾小管对Na+的重吸收增多。在安静情况下,正常机体的交感神经传出冲动频率较低,对肾生成尿的功能影响较小。在失血和失液引起血容量减少和血压降低时,传出冲动增多,发挥神经调节作用。
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