【课程体系】
【课前思考】
1.肾的结构、肾血流量的特点。
2.尿的生成机理。
3.影响尿生成的因素。
【本章重点】
1.肾的结构、肾血流量的特点。
2.尿的生成机理。
【教学要求】
1.掌握有关肾小球滤过作用及滤过膜的基本概念。
2.掌握影响尿生成的因素。
3.熟悉抗利尿激素、醛固酮对肾小管、集合管上皮细胞的作用机制。
机体在代谢过程中产生的代谢终产物经血液循环被运输到某一排泄器官而排出体外的过程称为排泄。未被吸收的食物残渣由大肠排出体外的过程不属于排泄。脊椎动物的排泄器官有：①呼吸器官；②消化器官；③皮肤；④肾脏。动物机体的排泄途径主要有四条：
①代谢产生的挥发性酸（如H2CO3以CO2形式）、少量水分以气体的形式由呼吸器官排泄，鱼类的鳃还可排泄一些盐类和易扩散的NH3和尿素；②由肝脏代谢产生、经胆管排到小肠的胆色素及由小肠分泌的无机盐（钙、镁、铁等）随粪便由大肠（消化道）排泄；③代谢终产物的一部分水、盐类、氨、尿素通过汗腺分泌由皮肤排泄；④由含氮化合物代谢所产生、比较难扩散的终产物如尿酸、肌酸、肌酐等，脂肪代谢产生的非挥发性酸的盐（硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐）及部分摄入过量的和代谢产生的水、电解质等均以尿的形式由肾脏排泄。其中，肾是最重要的排泄器官之一。
动物体排泄器官的功能可概括如下：
1.维持体内水分。
2.维持体内的离子平衡和酸碱度。
3.维持体液的渗透压。
4.清除代谢产物。
5.排出进入体内的异物。
本章主要讲述人体肾脏对尿液生成和调节的机制。
第一节 肾的功能解剖和肾血流量
一、泌尿系统的结构
1.泌尿系统的组成
人体的泌尿系统由肾、输尿管、膀胱、尿道组成。
2.肾脏的内部结构
肾实质分皮质和髄质。皮质是肾实质的外围部分，血管丰富，活体时呈红褐色。皮质深入至髄质的部分称肾柱。肾髄质由若干个锥形结构组成，称肾锥体。锥体底朝向皮质，头朝向肾窦，称为肾乳头。肾乳头被若干个漏斗形的结构包绕，称肾小盏，2—3个肾小盏汇合成一个肾大盏。数个肾大盏汇合成扁平的漏斗状结构称为肾盂，与输尿管相连。
二、肾的功能解剖
（一）肾单位和集合管
肾单位：是肾的基本功能单位，它与集合管共同完成尿的生成过程。
集合管：集合管与远球小管相连，每一集合管可接受多条远曲小管的汇合。集合管在尿生成过程中，特别是在尿液浓缩过程中起重要作用。
（二）肾小球旁器
肾小球旁器主要分布在皮质肾单位，由球旁细胞、球外系膜细胞和致密斑三者组成。
1.球旁细胞：是位于入球小动脉中膜内的肌上皮样细胞，由血管平滑肌细胞演变而来。细胞内有分泌颗粒，分泌颗粒内含肾素。球旁细胞是肾素分泌细胞，在尿量与血压调节中起重要作用。
2.球外系膜细胞：是指入球小动脉和出球小动脉之间的一群细胞，具有吞噬能力。它们与致密斑相互联系，细胞内有肌丝，故也有收缩能力。球外系膜细胞的具体功能目前尚不清楚。
3.致密斑：位于远曲小管的起始部分，此处的上皮细胞变为高柱状细胞，局部呈现斑状隆起，故称为致密斑。致密斑与入球小动脉和出球小动脉相接触。致密斑可感受小管液中NaCl含量的变化，并将信息传递给球旁细胞，调节肾素的释放。
三、肾血流量及其调节
1.肾血流量大。肾脏重量占体重的0.3%~0.7%，血流量却占心输出量的20%，是机体内所有脏器中供血最多的器官。正常成人，在安静时，1200mL/min血液流经两侧肾。
2.有两套肾小球毛细血管网，且入球小动脉口径大于出球小动脉，有利于泌尿及重吸收。
3.出球小动脉与髓质中的各直血管的升降支均有吻合，血流互相沟通，形成渗透压梯度，有利于尿浓缩。
第二节 尿的生成
尿的生成过程包括三个环节：肾小球的滤过作用、肾小管和集合管的重吸收作用以及肾小管和集合管的再分泌作用。
一、肾小球的滤过作用
（一）滤液的形成
可以看出，肾小囊内液（滤液）中除蛋白质含量极少之外，其他成分的含量都与血浆基本一致，表明肾小囊内液是血浆流经肾小球毛细血管时滤过来的。在肾小体内，肾小球毛细血管内的血液与肾小囊腔之间的隔膜（包括毛细血管壁和肾小囊壁脏层）是一种筛样的滤过膜，它容许水和小分子溶质自由通过，而大分子的血浆蛋白和血细胞则不能通过，因而，肾小球滤过的原理与组织液生成的原理基本相同。肾小球的滤过主要取决于滤过膜的通透性、总滤过面积和有效滤过压。
原尿的形成：血浆中的一部分水和小分子溶质通过滤过作用，滤入肾球囊腔内。原尿中除了不含血细胞和大分子的蛋白质以外，其他成分与血浆相同。
肾小球的滤过率（GFR）：单位时间内（每分钟）从肾小球滤过的原尿量。以mL/min表示。约125mL/min，一昼夜达180L，约为体重的3倍。
（二）滤过膜及其通透性
肾小球的滤过膜包括三层结构：即毛细血管内皮细胞层、基膜、肾小囊脏层上皮细胞层。
毛细血管内皮细胞层厚约30~50nm，它具有大小不等的微细小孔，孔径约为50~100nm。
基膜厚约240~360nm，主要由水合凝胶（hydrated gel）构成，其中含有致密的微细纤维网。
肾小囊脏层上皮细胞有许多足状突起，故称为足细胞（podocytes）。
一般认为基膜是对肾小球滤过起决定作用的一层。足细胞小突起之间的孔隙比较大，但有些分子较小的物质能透出基膜，却被阻于足细胞孔隙，其原因可能有二：一是由于足细胞突起表面盖有细毛状外衣，二是由于足细胞孔隙的化学组成及表面电荷也会阻碍某些物质的滤出。
滤过膜的通透性可用它所允许通过的物质的相对分子质量大小来衡量。相对分子质量在70000以下的物质，可有限通过，一般相对分子质量越小，就越容易通过滤过膜。一般以相对分子质量70000作为肾小球毛细血管不能通过的界限。
滤过膜的通透性不仅取决于相对分子质量的大小，而且还与滤过物质的电荷有关。滤过膜上含有一种唾液蛋白，这种蛋白质是带负电的酸性糖蛋白，由于同性电荷的相斥作用，使带负电的物质难以通过或很少能通过。
（三）肾小球滤过作用的动力
肾小球进行滤过作用的动力是有效滤过压，它包括三种力量：即肾小球毛细血管压、血浆胶体渗透压和肾小囊压。
有效滤过压=肾小球毛细血管血压—（血浆胶体渗透压+肾小囊内压）（四）影响滤过率的因素
1.滤过膜的通透性：滤过率与滤过膜通透性成正比。通透性的变化将显着影响滤过率。
2.有效滤过面积：同样，滤过率与有效滤过面积成正比。
3.有效滤过压：决定有效滤过压的三种力量中，肾小球毛细血管压是经常变化的因素，因而是生理情况下影响有效滤过压的主要因素。
在正常生理条件下，血浆胶体渗透压很少有明显变化。若全身血浆蛋白明显减少，如向静脉内快速灌注生理盐水时，可使血浆胶体渗透压降低，使有效滤过压升高，从而可增加滤过率。
在正常生理条件下，肾小囊内压变动不大，因而对有效滤过压的影响也很小。只有在病理状态下，如肾盂结石，肿瘤压迫引起尿路梗阻时，尿潴留可使肾小囊内压升高，降低有效滤过压。
二、肾小管与集合管的重吸收作用
肾小球滤过液进入肾小管称为小管液（tubular fluid）。小管液经过肾小管和集合管的重吸收与分泌作用最后排出体外的液体称为终尿（urine）。
重吸收是指溶质从小管液中转运到血液中的过程。肾小管和集合管对各种物质的重吸收具有选择性。
肾小管对滤液中各种物质的重吸收，大致可分为三类：
第一类如葡萄糖，能全部被重吸收；第二类如水和电解质，能大部分被重吸收；第三类如尿素、尿酸、肌酐等代谢终产物，仅小部分被重吸收，而肌酐则完全不被重吸收。
（一）重吸收的方式
1.被动重吸收：是指肾小管液中的水和溶质，依靠物理和化学的机制通过肾小管上皮细胞进入细胞外组织液的过程。
2.主动重吸收：是指肾小管上皮细胞通过自身的代谢活动过程，把小管内的某些物质逆着电化学梯度（浓度差和电位差的合称）转运到小管外组织间液的过程。
（二）肾小管对几种物质的重吸收
1.钠和氯的重吸收
哺乳动物肾近球小管前半段对的重吸收量最大，约吸收滤过量的65%~70%，远曲小管约吸收10%，其余的分别在髓袢细段、粗段和集合管内被重吸收。
肾小管壁上皮细胞的管腔对的通透性高，故小管液中的就以被动扩散方式进入管壁细胞内。进入细胞内的随即被细胞侧膜的钠泵泵出而转运到细胞间隙。这样，一方面使细胞内浓度降低，小管液中的便可以不断地扩散进入管壁细胞内；另一方面使细胞间隙中浓度和渗透压升高，小管液中的水因而渗透进入细胞间隙。由于细胞间隙的紧密连接是密闭的，和水进入后提高了细胞间隙的流体静压，此压可促使和水通过基膜而进入细胞间液和相邻的毛细血管；但同时也有一部分水和从细胞之间的紧密连接处再漏回小管腔内。此现象称为回漏（backleak）。因此，的重吸收量等于主动吸收量减去回漏量。
滤液中的有99%以上也被重吸收回血。
的重吸收主要是被动重吸收。
2.钾的重吸收
肾小管对的处理，是既有主动重吸收又有分泌。肾小球滤液进入肾小管后，约有2/3的在近球小管被重吸收，其余的在远球小管和集合管中被吸收。最后随尿排出的基本是由远球小管分泌出来的。
3.的重吸收
是血浆中最重要的缓冲物质之一。正常成年人每昼夜由肾小球滤出的可达300g左右，而由尿中排出的仅有0.3g左右。的重吸收过程比较特殊。
肾小管中的同结合生成HCO，再分解为CO和HO。CO迅速通过管腔膜进入细胞内，在碳酸酐酶的催化下又生成HCO，进而解离成和。
可由细胞分泌到小管液中，与一起被转运回血。
4.葡萄糖的重吸收
葡萄糖的重吸收是逆浓度差进行的，是由肾小管细胞膜上的载体主动转运的。主动转运过程与的重吸收有密切关系。一般认为葡萄糖要和载体及结合，形成三者的复合体后才能穿过细胞膜而被转运到细胞内。这种转运称为协同（同向）转运。
被重吸收的葡萄糖量，随血液中糖的浓度逐步升高而增加，但近球小管对葡萄糖的重吸收不能超过一定限度，这个限度可称为最大转运量（transport maximum，Tm）。当血液中糖浓度逐渐增加到200mg/100mL时，尿中则开始出现葡萄糖，这说明这个浓度是葡萄糖的肾排泄阈值或最大吸收阈值，称为肾糖阈。在血液中的葡萄糖超过最大转运量的限度时，则产生糖尿。
5.蛋白质和氨基酸的重吸收
当滤液中的蛋白质和氨基酸流经近球小管时，又被完全吸收。其转运方式，是由近曲小管上皮细胞以胞饮方式被重吸收，这种转运方式属于主动转运。
肾小管对蛋白质和氨基酸的重吸收机制与葡萄糖的重吸收机制基本相似，也需要Na的存在。
三、肾小管和集合管的再分泌
（四）其他物质的排泄
肌酐、尿酸、尿素经肾小管排泄。
第三节 尿生成的调节
一、肾血流量的自身调节
肾的血液供应很丰富。正常成人安静时每分钟约有1200mL血液通过两侧肾，相当于心输出量的1/5~1/4。其中约94%的血液供应肾皮质层，约5%供应外髓，其余不到1%供应内髓。通常所说的肾血流量主要指皮质流量。
肾血流量的自身调节表现为动脉血压在80~180mmHg范围内变动时，肾血流量保持相对恒定，不随血压的变化而变化，从而使滤液生成量和尿量也保持相对稳定。
二、肾内自身调节
球—管平衡：近球小管对溶质和水的重吸收量不是固定不变的，而是随着肾小球滤过率的变动而发生变化，即近球小管的重吸收率始终为肾小球滤过率的65%~70%（即重吸收率为65%~70%），是定比重吸收。这种现象称为球—管平衡。球管平衡的生理意义在于使尿中排出的溶质和水不致因肾小球滤过率的增减而出现大幅度的变动。
三、肾交感神经的作用
肾的血管和肾小管主要受交感神经的支配。
交感神经兴奋时：入球小动脉和出球小动脉收缩，血浆流量减少，刺激球旁器中的球旁细胞释放肾素，增加肾小管对NaCl和水的重吸收。其末梢释放去甲肾上腺素，可作用于近端小管和髓袢细胞膜上的α1受体，而增加对和水的重吸收。
四、肾小管活动的调节
（一）抗利尿素的分泌及作用
1.抗利尿素的释放受血浆渗透压（主要指晶体渗透压）的调节当机体缺水时，血浆渗透压升高，刺激了下丘脑的视上核及其附近对渗透压变化敏感的细胞（成为渗透压感受器）的兴奋，增加抗利尿激素的生成和分泌，从而降低了尿的排出量，保留了体内水分。
渗透压感受器除存在于下丘脑外，还可能存在于其他器官组织中。
2.循环血量的改变
循环血量的改变也能刺激有关感受器而反射性地影响抗利尿素的释放。在大动脉、左心房壁的内膜下存在有一种容量感受器（或牵张感受器）。
3.颈动脉窦的压力感受器对抗利尿素释放的作用刺激了颈动脉窦的压力感受器，能反射性地抑制抗利尿激素的释放。
抗利尿素主要作用于远曲小管和集合管，促进水分的重吸收和尿液的浓缩，引起少尿，抗利尿素分泌多时可引起无尿。
（二）醛固酮的作用——“保Na排K”
肾素的分泌受多方面因素的调节，概括起来主要有三方面：
1.肾血流量：当肾动脉压显着下降，肾血流量减少时，入球小动脉管壁处被牵张的程度减弱，从而促进其中的近球细胞（球旁细胞）释放肾素。同时由于肾血流量减少，肾小球滤过率随之减少，滤过的Na量也因此减少，致使流过致密斑处的Na量减少，于是激活了致密斑感受器转而促进近球细胞释放肾素量增加。
2.肾交感神经兴奋
近球细胞受肾交感神经终末支配，肾交感神经兴奋时，可引致肾素释放量增加。
3.肾上腺素和去甲肾上腺素可直接刺激近球细胞，促进肾素分泌量增加。
醛固酮主要作用于肾小管的远曲小管和集合管，促进水分的重吸收及尿液的浓缩，同时促进钠的吸收和钾的分泌排出，具有保钠排钾的作用。
（三）心房钠尿肽
是心房肌合成的激素，由28个氨基酸残基组成，具有明显的促进NaCl和水排出的作用。其作用机理可能包括：
1.抑制集合管对NaCl的重吸收。
2.增加肾血流量和肾小球滤过率。
3.抑制肾素、醛固酮、抗利尿激素的分泌。
第四节 排尿
排尿（micturition）是指尿在肾脏生成后经输尿管而暂贮于膀胱中，贮到一定量后，一次地通过尿道排出体外的过程。排尿是受中枢神经系统控制的复杂反射活动。
一、输尿管的功能
输尿管主要由平滑肌组成，能做蠕动运动，从肾盂向下传布。蠕动波每分钟约发生1~5次，每次历时约7秒，每秒约前进3厘米。随着蠕动波的进行，可将尿液喷入膀胱。输尿管的下端斜着穿入膀胱三角区的两侧。当蠕动波到达时，即引起入口的开放。但膀胱接受尿液而膨胀时，却使入口处受压而关闭，这样就阻止了膀胱内尿液倒流。关于输尿管蠕动波产生的原因，以往曾认为是肾盏和肾盂充满尿液而被动地扩张后所引起的；但现在认为，输尿管平滑肌同心肌和胃肠平滑肌一样，也有起步点，能自发地产生动作电位，从而引起输尿管的蠕动。人体输尿管的起步点细胞，位于肾小盏及其附着于肾实质的部分。肾小盏的积尿可影响起步点细胞的活动，但对其动作电位的产生并不是必要的。
二、膀胱和尿道的功能
人的膀胱是中空的肌肉囊。位于骨盆的前部，由韧带与盆腔相连。男子的膀胱附于前列腺的基部；女子的膀胱在子宫的前下方，附于子宫颈和阴道前壁。排空时，膀胱萎陷；贮尿时，膀胱增大，呈梨状。可容纳500~600毫升尿液。膀胱壁内衬皱褶的黏膜。它与输尿管和尿道的黏膜相连续。膀胱壁外层有平滑肌纤维束交织成网构成的逼尿肌。在膀胱和尿道连接处，平滑肌纤维束较多，形成交叉的肌肉襻，称为尿道内括约肌，它只是在功能上起到括约肌的作用，而在结构上并不是真正的环状括约肌。尿道在通过尿—生殖隔膜的过程中被环状的横纹肌纤维包围。这个横纹肌环组成尿道外括约肌。膀胱与尿道，在胚胎发生上均源于泄殖腔的排尿—生殖部。在结构上或是在功能上同属于一个单位。平时，膀胱逼尿肌舒张，尿道括约肌收缩，这样，膀胱内贮存的尿液不致外流；排尿时膀胱逼尿肌收缩而尿道括约肌舒张，尿液得以从膀胱经尿道排出体外。无尿时膀胱内压力为零，若向膀胱内注入100毫升液体，其内压可增至10厘米水柱；若再注入液体，甚至增到300~400毫升时，膀胱内压几乎没有变化，即在一定的容积范围内，膀棚内压并不随尿量增加而上升。这是由于逼尿肌紧张性随尿量增加而松弛，是膀胱贮尿的一种适应。当注入膀胱液体超过400~500毫升时，逼尿肌的紧张性迅速增加，并伴有节律性收缩和松弛；最终引起排尿。由于逼尿肌的这些生理特性，即使膀胱在没有神经支配时，也能贮存一定容积的尿液，并能引起排尿。但在膀胱失去神经中枢控制的情况下，在人总有200~300毫升尿液不能排出。
三、排尿反射
有3对混合神经干支配膀胱和尿道。每条神经都有传入和传出的神经纤维，把膀胱和尿道与调控排尿的神经中枢联系起来。
引起排尿的原发性刺激是由于膀胱扩张，使膀胱壁的张力增加，牵拉了膀胱壁内的牵张感受器产生充胀感觉。随着尿量增加，牵张感受器所受的牵拉张力越大，充胀感觉越强。此外，由于膀胱的过度膨胀和收缩还会刺激膀胱的痛觉末梢引起痛觉。
排尿的基本反射中枢位于脊髓，由两个相联系的反射活动所组成。一是盆神经传入膀胱充胀的感觉冲动，到达脊髓骶2~4段侧柱的排尿中枢。经盆神经传出，引起逼尿肌收缩与尿道内括约肌松弛，后尿道放宽，阻力减小，尿液被压入后尿道。二是当尿液进入后尿道，刺激其中的感受器，经盆神经传入脊髓排尿中枢，抑制骶2~4段前角细胞，减少阴部神经的紧张性传出冲动而使尿道外括约肌松弛，于是尿液被迫驱出。
在脊髓下位横截之后，开始时逼尿肌松弛，膀胱无紧张性，排尿反射消失，引起尿潴留。
只要脊髓骶段中枢及其与膀胱和尿道的神经联系完整，经过一段时间之后不但恢复排尿反射，而且出现尿频。膀胱内只要有150毫升左右的尿即可引起排尿。但是不能排空，这样的患者既无“尿意”，也不能随意控制排尿，称为尿失禁。可见，膀胱的大量贮尿与完全排空，“尿意”与排尿的随意控制，都需要有脑的高级中枢参与。
脑对排尿的调节：逼尿肌的收缩加强了对膀胱内感受器的刺激，尿流加强了对后尿道内感受器的刺激。冲动经由盆神经、腹下神经与阴部神经传入脊髓；并经脊髓—丘脑通路向上传导，继而经丘脑投射于大脑。正常成人的排尿受大脑皮层的随意抑制，在没有合适的时机或场所时，能够继续憋尿。可以毫无痛苦地憋尿600毫升，甚至忍痛憋尿到800毫升，就是在排尿过程中，它可以随意使尿道外括约肌和会阴部肌肉强力收缩，关闭后尿道，抑制尿液刺激后尿道所引起的排尿反射，并使尿液退回膀胱和使膀胱逼尿肌逐渐松弛。但是，大脑的排尿抑制区定位还不明确。它的下行通路乃是皮层脊髓束与锥体外通路，最终抑制脊髓排尿中枢和兴奋有关的横纹肌的运动神经元，以实现排尿的抑制。
小儿由于大脑机能发育尚未完善，对基本排尿中枢的抑制能力较弱，所以排尿频繁。夜间容易发生遗尿，乃至失禁。昏迷状态的成年人和大脑机能衰退的老年人也能发生尿失禁。
【课外拓展】
1.尿的排放受到哪些因素的支配与影响？
2.近小管、远端小管的吸收与分泌各有何特点？
【课程研讨】
试分析肾在维持体内水、电解质和酸碱平衡中的作用机制。
【课后思考】
1.肾血液循环有何特点？
2.机体中的多余水分是如何排出的？
3.正常尿液中的主要成分是什么？如果有其他成分，意味着什么？
4.何谓尿毒症？是什么原因引起的？
【小资料】
吸烟可导致膀胱癌
爱思唯尔期刊《泌尿学杂志》（The Journalof Urology）最近刊登了美国密歇根大学的一项最新研究。研究发现，吸烟不仅可以导致肺、口腔、鼻咽等部位的癌变，还可以导致膀胱癌。同时调查还发现，普通民众对吸烟会致癌的意识还远远不够。
膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，发病率居泌尿系统恶性肿瘤的首位。研究发现，烟草中的丙烯醛会引发膀胱上皮的弥散性增生，同时烟草中含有的芳香胺类物质和其他有害物质，多以无活性代谢的形式，经尿液排出体外。在此过程中，由于作用于膀胱的毒性和致突变性效应而引发并形成膀胱癌。
膀胱癌治疗花费很大，往往患者会给家庭带来巨大的经济困难。通过对普通民众的调查显示，人们对吸烟危害身体健康的意识还远远不够，调查人数中只有22%知道吸烟会导致癌症。
同时研究表明，那些曾经是烟民而现在戒烟的人要比目前仍在吸烟者患膀胱癌的危险低，即使是重度吸烟者，如果他们开始戒烟，也能减少患膀胱癌的危险，这也说明戒烟具有一定的效果。研究人员希望该研究能够引起一些烟民的重视，为了自己以及家人尽早戒烟。
