《生理学》 > 第八章 尿的生成和排出

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循环血液经过肾小球毛细血管时,血浆中的水和小分子溶质,包括少量分子量较小的血浆蛋白,可以滤入肾小囊的囊腔而形成滤过液。用微穿刺法实验证明,肾小球的滤过液就是血浆中的超滤液。

微穿刺法是利用显微操纵仪将外径6-10μm的微细玻璃插入肾小体的囊腔中。在与囊腔相接部位的近球小管内,注入石蜡油防止起滤液进入肾小管。用微细玻璃管直接抽到囊腔中的液体进行微量化学分析(图8-2)。分析表明,除了蛋白质含量甚少之外,各种晶体物质如葡萄糖、氯化物、无机磷酸盐、尿素、尿酸和肌酐等的浓度都与血浆中的非常接近,而且渗透压及酸碱度也与血浆的相似,由此证明囊内液确是血浆的超滤液。

单位时间内(每分钟)两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率(glomerularfiltration rate,GFR)。据测定,体表面积为1.73m2的个体,其肾小球滤过率为125ml/min左右。照此计算,两侧肾每一昼夜从肾小球滤出的血浆总量将高达180L。此值约为体重的3倍。肾小球滤过率和肾血浆流量的比例称为滤过分数(filtration fraction)。经测算,肾血浆流量为66ml/min,所以滤过分数为:125/660×100=19%。滤过分数表明,流经肾的血浆约有1/5幔有小球小茁到囊腔中。肾小球滤过率大小决定于滤过系数(Kf)(即滤过膜的面积及其通透性的状态)和有效滤过压。肾小球滤过率=Kf×PUF,PUF表示有效滤过压。

 

一、滤过膜及其通透性

人体两侧肾全部肾小球毛细血管总面积估计在1.5m2以上,这样大的滤过面积有利于血浆的滤过。在正常情况下,人两肾的全部肾小球滤过面积可以保持稳定。但是在急性肾小球肾炎时,由于肾小球毛细血管管腔变窄或完全阻塞,以致有滤过功能的肾小球数量减少,有效滤过面积也因而减少,导致肾小球滤过率降低,结果出现少尿(每昼夜尿量在100-500ml之间)以致无尿(每昼夜尿量不到100ml)。

表8-1 物质的有效半径和肾小球滤过能力的关系

物质分子量有效半径(nm)滤过能力
180.101.0
230.141.0
尿素600.161.0
葡萄糖1800.361.0
蔗糖3420.441.0
菊粉55001.480.98
肌球蛋白170001.950.75
卵白蛋白430002.850.22
血红蛋白680003.250.03
血浆白蛋白690003.55<0.01

滤过能力(filterability)值为1.0表示该物质可自由滤过,0则表示不能滤过

不同物质通过肾小球滤过膜的能力决定于被滤过物质的分子大小及其所带的电荷。表8-1表示被滤过物质的分子量和有效半径对滤过的影响。一般来说,有效半径小于1.8nm的物质,如葡萄糖(分子量180)的有效半径为0.36nm,它可以被完全滤过。有效半径大于3.6nm的大分子物质,如血浆白蛋白(分子量约69000)则几乎完全不能滤过。有效半径介于葡萄糖和白蛋白之间的各种物质,随着有效半径的增加,它们被滤过的量逐渐降低,以上事实提示,滤过膜上存在着大小不同的孔道,小分子物质很容易通过各种大小的孔道,而有效半径较大的物质只能通过较大的孔道,用不同有效半径的中性右旋糖酐分子进行实验,也清楚地说明了被滤过物质的大小对滤过的影响。有效半径小于1.8nm的中性右旋糖酐能自由通过滤过膜,有效半径大于3.6nm的右旋糖酐就完全不能通过。有效半径在1.8-3.6nm的右旋糖酐,其滤过量与有效半径成反比,即随着有效半径增大,滤过量就不断减少(图8-6)。

不同的有效半径和带不同电荷对右旋糖酐滤过能力的作用

图8-6 不同的有效半径和带不同电荷对右旋糖酐滤过能力的作用

滤过能力的值为1.0,表示自由滤过 0则不能滤过

滤过膜的通性还决定于被滤过物质所带的电荷。用带不同电荷的右旋糖酐进行实验观察到,即使有效半径相同,带正电荷的右旋糖酐较易被滤过,而带负电荷的右旋糖酐则较难通过(图8-6)。血浆白蛋白虽然其有效半径为3.5nm,由于其带负电荷,因此就难于通过滤过膜。

滤过膜的上述特性可由滤过膜的超微结构的特点来说明。滤过膜由三层结构组成(图8-3);①内层是毛细血管的内皮细胞。内皮细胞有上许多直径50-100nm的小孔,称为窗孔(fenestration),它可防止血细胞通过,但对血浆蛋白的滤过可能不起阻留作用。②中间层是非细胞性的基膜,是滤过膜的主要滤过屏障。基膜是由水合凝胶(hydrated gel)构成的微纤维网结构,水和部分溶质可以通过微纤维网的网孔。有人把分离的基膜经特殊染色证明有4-8nm的多角形网孔。微纤维网孔的大小可能决定着分子大小不同的溶质何者可以滤过。③外层是肾小囊的上皮细胞。上皮细胞具有足突,相互交错的足突之间形成裂隙。裂隙上有一层滤过裂隙膜(filtration slit membrane),膜上有直径4-14nm的孔它是滤过的最后一道屏障。通过内、中两层的物质最后将经裂隙膜滤出,裂隙膜在超滤作用中也很重要。

滤过膜各层含有许多带负电荷的物质,主要为糖蛋白。这些带负电荷的物质排斥带带负电荷的血浆蛋白,限制它们的滤过。肾在病理情况下,滤过膜上带负电荷的糖蛋白减少或消失,就会导致带负电荷的血浆蛋白滤过量比正常时明显增加,从而出现蛋白尿。

 

二、有效滤过压

肾小球滤过作用的动力是有效滤过压。像其它器官组织液生成的机制那样,肾小球有效滤过压=(肾小球毛细血管压+囊内液胶体渗透压)-(血浆胶体渗透压+肾小囊内压)(图8-7)。由于肾小囊内的滤过液中蛋白质浓度较低,其胶体渗透压可忽力略不计。因此,肾小球毛细血管血压是滤出的唯一动力,而血浆胶渗透压和囊内压则是滤出的阻力。有效滤过压=肾小球毛细血管压-(血浆胶体渗透压+肾小囊内压)。皮质肾单位的入球小动脉粗而短,血流阻力较小;出球小动脉细而长,血流阻力较大。因此,肾小球德细血管血压较其它器官的毛细血管血压高。用微穿刺法没得肾小球毛细血管平均值为6.0kPa(45mmHg)(为主动脉平均压的40%左右);用微穿法还发现,由肾小球毛血管的入球端到出球端,血压下降不多,两端的血压几乎相等。肾小囊内压与近曲小管内压力相近。囊内压为1.3kPa(10mmHg)。据测定,在大鼠的肾小球毛细血管入球端的血浆胶体渗透压约为3.3kPa(25mmHg)左右。

有效滤过示意图

图8-7 有效滤过示意图

在入球端,有效滤过压=6.0-(3.3+1.3)=1.4kPa。但肾小球毛细血管内的血浆胶体渗透压不是固定不变的。在血液流经肾小球毛细血管时,由于不断生成滤过液,血液中血浆蛋白浓度就会逐渐增加,血浆胶体渗透压也随之升高。因此,有效滤过压也逐渐下降。当有效滤过压下降到零时,就达到滤过平衡(filtration equilibrium),滤过便停止了(图8-8)。由此可见,不是肾小球毛细血管全段都有滤过作用,只有从入球小动脉端到滤过平衡这一段才有滤过作用。滤过平衡越靠近入球小动脉端,有效滤过的毛细血管长度就越短,有效滤过压和面积就越小,肾小球滤过率就低。相反,滤过平衡越靠近出球小动脉端,有效滤过的毛细血管长度越长,有效滤过压和滤过面积就越大,肾小球滤过率就越高。如果达不到滤过平衡,全段毛细血管都有滤过作用(图8-8)。

肾小球毛细血管血压,胶体渗透压和囊内压对肾小球滤过率的作用

图8-8肾小球毛细血管血压,胶体渗透压和囊内压对肾小球滤过率的作用

 

三、影响肾小球滤过的因素

滤过膜的通透性和滤过面积的改变对肾小球滤过功能的影响前已述。下面进一步分析肾小球毛细血管血压、血浆胶体渗透压、囊内压和肾血浆流量变化对肾小球滤过功能的影响。

(一)肾小球毛细血管血压

全身动脉血压如有改变,理应影响肾小球毛细血管的血压。由于肾血流量具有自身调节机制,动脉血压变动于10.7?/FONT>24kPa(80-45mmHg)范围内时,肾小球毛细血管血压维持稳定,人而使肾小球滤过率基本保持不变(图8-5)。但当动脉血压降到10.7kPa(80mmHg)以下时,肾小球毛细血管将相应下降,于是有效滤过压降低,肾小球滤过率也减少。当动脉血压降到5.3-6.7kPa(40-50mmHg)以下时,肾小球滤过率将降低到零,因而无尿。在高血压病晚期,入球小动脉由于硬化而缩小,肾小球毛细血管血压可明显降低,于是肾小球滤过率减少而导致少尿。

(二)囊内压

在正常情况下,肾小囊内压是比较稳定的。肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫或其他原因引起的输尿管阻塞,都可使肾盂内压显着升高。此时囊内压也将升主,致使有效滤过压降低,肾小球滤过率因此而减少。有些药物如果浓度太高,可在肾小管液的酸性班干部析出结晶;某些疾病时溶血过多,血红蛋白过可堵塞肾小管,这些情况也会导致囊内压升高而影响肾小球滤过。

(三)血浆胶体渗透压

人体血浆胶渗透坟在正常情况下不会有很大变动。但若全身血浆蛋白的浓度明显降低时,血浆胶体渗透压也将降低。此时有效滤过压将升高,肾小球滤过率也随之增加。例如由静脉快速注入生理盐水时,肾小球滤过率将增加,其原因之一可能是血浆胶体渗透压的降低。

(四)肾血浆流量

肾血浆流量对肾小球滤过率有很大影响,主要影响滤过平衡的位置。如果肾轿浆流量加大,肾小球毛细血管内血浆胶体渗透压的上升速度减慢,滤过平衡就靠近出球小动脉端,有效滤过压和滤过面积就增加,肾小球滤过率将随之增加。如果肾血流量进一步增加,血浆胶体渗透压上升速度就进一步减慢,肾小球毛细血管的全长都达不到滤过平衡,全长都有滤过,肾小球滤过率就进一步增加。相反,肾血浆流量减少时,血浆胶体渗透压的上升速度加快,滤过平衡就靠近入球小动脉端,有效滤过压和滤过面积就减少,肾小球滤过率将减少(图8-8)。在严重缺氧、中毒性休克等病理情况下,由于交感神经兴奋,肾血流量和肾血浆流量将显著减少,肾小球滤过率也因而显著减少。