動物生理學第十章 腎與排泄

1、第十章 滲透調(diào)節(jié)與排泄 第一節(jié) 滲透調(diào)節(jié)的意義,,滲透調(diào)節(jié): 對體液滲透壓的調(diào)節(jié)，即對體內(nèi)水分和鹽類含量的調(diào)節(jié)。 排泄: 動物體將分解代謝的終產(chǎn)物排出體外的過程。,呼吸器官：排出CO2和少量水消化器官：肝分泌膽色素經(jīng)腸排出， 大腸粘膜排出無機鹽皮膚：經(jīng)汗腺排出水、鹽和尿素腎：排出水和大量代謝廢物,排泄器官,排泄器官的功能,①維持體液中的主要電解質(zhì)的適當濃度，維持酸堿平衡；②維持適

2、當水量； ③維持一定的滲透壓；④清除機體的代謝終產(chǎn)物；⑤清除進入機體的異物及其代謝產(chǎn)物。前三項與滲透調(diào)節(jié)相關。,第二節(jié) 腎的結構與功能一、腎的結構 （圖）,,,近曲小管 髓袢遠曲小管,髓袢降枝粗段髓袢細段髓袢升枝粗段,,,,,近球小管,遠球小管,腎小管,腎單位,腎小體,腎小球,腎小囊,1、腎單位（nephron）,2、皮質(zhì)腎單位、近髓腎單位,3、近球小體： 由近球細胞、系膜細胞和致密斑組成。 （圖）,皮質(zhì)腎單位：腎

3、小球位于皮質(zhì)外2/3處，體積較小，髓袢短。 占腎單位總數(shù)85~90%；近髓腎單位：腎小球位于腎皮質(zhì)深部，髓袢很長，可達內(nèi)髓。 占總數(shù)10%~15%,近球細胞位于入球小動脈的血管壁內(nèi)，內(nèi)含腎素分泌顆粒。致密斑位于遠曲小管的起始部分。遠曲小管近血管極處一側(cè)的上皮成橢圓形隆起，變高變窄，排列緊密。 致密斑感受小管液中的Na+的變化

4、，并將信息傳至近球細胞，調(diào)節(jié)腎素的釋放。,（圖）,4、腎的血液供應 （圖）,腎的血液供應非常豐富，兩個腎的血流量為心輸出量的22%,腎血流量的自身調(diào)節(jié)： 在體內(nèi)平均動脈壓在80-180 mmHg范圍變動時，腎血流量基本穩(wěn)定不變。 （圖） 腎臟小動脈血管平滑肌的肌源機制： 當動脈壓降低時，腎臟入球小動脈血管平滑肌所受的牽張減低，平滑肌就舒張，從而入球小動脈的阻力降低。,腎小球毛細血管（第一次毛細血管

5、網(wǎng)）、 管周毛細血管（ 第二次毛細血管網(wǎng) ） 直小血管,腎小球毛細血管網(wǎng)內(nèi)血漿成分向腎小囊腔濾過—尿生成第一步,囊內(nèi)液就是血漿的超濾液，實際上是去蛋白質(zhì)的血漿。 （圖）,影響濾過的因素,1、腎小球濾過作用的動力 有效濾過壓 = 腎小球毛細血管壓 —（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓）,腎小球毛細血管血壓平均為45mmHg，囊內(nèi)壓約10mmHg，血漿膠體滲透壓： 在入球小動脈處（20mmHg）

6、 出球小動脈處（35mmHg） （圖）,濾過平衡: 有效濾過壓下降到0時，就達到濾過平衡。,二、腎小球的濾過機能,2、濾過膜,濾過膜有三層組成：（圖）①內(nèi)層由毛細血管的內(nèi)皮細胞組成。小孔50 – 100 nm。僅防血細胞通過。,3、腎小球濾過率：單位時間內(nèi)兩腎生成的超濾液量 125 ml/min，180 L/day 每天排出終尿1.5L,②中間層是非細胞性的基膜，為水合凝膠構成的微纖

7、維網(wǎng)結構。網(wǎng)孔4 -8 nm。為濾過膜的主要屏障。,③外層由腎小囊的上皮細胞組成。4 – 14 nm 小孔。,濾過膜各層有許多帶負電的糖蛋白，可排斥帶負電的血漿蛋白，阻止其濾過。,三、腎小管與集合管的重吸收功能,重吸收：指物質(zhì)從腎小管液中轉(zhuǎn)運至血液。,1、近球小管,腎小球濾過液流經(jīng)近球小管后，濾過液中 近67%的Na+、Cl-、K+和水被重吸收； 85%的HCO3-被重吸收； 葡萄糖、氨基酸全部被重吸收；

8、 H+被分泌到腎小管中。,腎小管上皮細胞粘膜側(cè)由許多微絨毛形成刷狀緣；漿膜側(cè)存在鈉鉀泵，胞內(nèi)有大量線粒體。Fig10-10,在近曲小管末端，濾液縮減到原體積的1/4。,,2）HCO3- 的重吸收與H+的分泌,3）鉀離子的主動重吸收 小管液中K+濃度4 mM，上皮細胞內(nèi)K+濃度150 mM。,4）葡萄糖與氨基酸的重吸收 次級主動轉(zhuǎn)運,5）水的重吸收 水的重吸收是被動的，是靠滲透作用而進行的。

9、 近年來發(fā)現(xiàn)在近球小管上皮細胞的頂膜和基側(cè)膜有大量水通道（aquaporin，AQP1），對水的重吸收起重要作用。,腎小管上皮細胞分泌1H+就可使1HCO3- 和1Na+重吸收回血。腎小管重吸收HCO3- 是以CO2的形式。 （詳見后）,降支細段：對尿素和Na+、Cl-等溶質(zhì)的通透性很低，但對水高度通透。,升支細段：對Na+、Cl-通透性很高，對尿素具中等通透性，對水不通透。,升支粗段：將Na+、Cl-和K+從管腔重吸收轉(zhuǎn)運到

10、細胞間隙，但對水通透性很低。 1Na+-2Cl--1K+的協(xié)同轉(zhuǎn)運體，Na+順濃度梯度擴散進入細胞釋放勢能驅(qū)動 Cl-和K+逆濃度梯度進入細胞。（圖） 大約有25%濾過的Na+、Cl-和K+是在升支粗段被重吸收。 升支粗段具有很厚的上皮細胞，細胞基底側(cè)膜（漿膜）上含有豐富的鈉鉀泵。,髓袢降支細段和升支細段都由很簿的扁平上皮細胞構成，無刷狀緣，少線粒體，代謝水平低。,2、髓袢降支細段和髓袢升支,3、遠曲小管

11、,將K+、H+和氨轉(zhuǎn)運進管內(nèi)，而將Na+、Cl-和HCO3- 轉(zhuǎn)運出腎單位。 鹽類的轉(zhuǎn)運在激素（醛固酮）的控制下進行。,4、集合管 從管內(nèi)的低滲溶液中重吸收水，形成高滲的尿。重吸收水受抗利尿激素（ADH）的調(diào)節(jié)。,集合管上皮細胞的管腔側(cè)胞漿的囊泡內(nèi)有水孔蛋白AQP-2，而在基底側(cè)膜有AQP-3和AQP-4。 AQP-2是ADH誘導的水通道，ADH可使這些囊泡插入上皮細胞的頂端膜，形成跨膜水通道。如果再撤除ADH，則頂端膜上

12、的AQP-2囊泡又可以通過入胞的方式進入胞漿，頂端膜對水的通透性就明顯降低。進入集合管上皮細胞的水，可通過基底側(cè)膜上的AQP-3和AQP-4進入細胞間隙而被毛細血管吸收。,集合管還重吸收Na+ ，分泌K+、H+和氨。,,髓袢、遠曲小管和集合管各段對溶質(zhì)和水的轉(zhuǎn)運和通透性,四、腎小管與集合管的分泌,分泌：指上皮細胞將本身產(chǎn)生的物質(zhì)或血液中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運至小管腔內(nèi)。1、K+的分泌 K+-Na+交換 （Fig）,2、H+的

13、分泌與的HCO3-重吸收 （Fig. ）腎小管細胞面向管腔的膜上有Na+-H+協(xié)同轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。 H+由細胞內(nèi)分泌到小管液中。 Na+進入細胞后被鈉鉀泵泵到間隙。,腎小管重吸收HCO3-是以CO2的形式，而不是直接以HCO3-的形式進行。,H+被分泌進入管腔即與HCO3-形成H2CO3，再分解成CO2和H2O。,CO2擴散進入腎小管細胞，在碳酸酐酶的作用下，與水結合成碳酸，再離解成H+與HCO3- ， HCO3- 轉(zhuǎn)運進細胞間隙，再進入

14、血液。,3、 NH3的分泌 代謝過程中生成的氨（NH3）主要由谷氨酰胺（glutamine）脫氨而來。進入小管液的 NH3與H+結合生成銨離子（NH4+）, 進一步與強酸鹽的負離子結合，生成酸性銨鹽隨尿排出。,4、其他物質(zhì)的分泌 近球小管是分泌有機酸和堿，如膽鹽、草酸鹽、尿酸鹽和兒茶酚胺的重要部位。體內(nèi)代謝的終末產(chǎn)物，以及有害的毒素和某些藥物，在近球小管被分泌到小管液中，由尿排出。,藥物及毒物的分泌

15、 體內(nèi)水溶性的藥物及毒物主要從腎臟排出體外。脂溶性的藥物及毒物必須在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)才能排出體外。 脂溶性的藥物及毒物在肝內(nèi)經(jīng)過氧化、還原或水解，再與葡萄糖醛酸、甘氨酸或硫酸鹽結合（肝修飾），消除其毒性并增加水溶性。這些物質(zhì)大部分從膽小管排出，也有一部分從腎臟排出。,第四節(jié) 尿滲透壓的調(diào)節(jié),一、尿濃縮的機制,尿的濃縮是由于小管液中的水被重吸收而溶質(zhì)仍留在小管液中而造成的。,水重吸收的動力來自腎髓質(zhì)滲透壓梯度

16、的建立，即腎髓質(zhì)滲透壓由外向內(nèi)逐步升高。 1.0、2.0、3.0、4.0 （圖）,髓袢是形成滲透壓梯度的重要結構。髓袢愈長，濃縮能力就愈強。,1.0 2.0 3.0 4.0,[最后一張?zhí)崆癩ADH與受體結合，激活膜內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶，使細胞中cAMP增加，進而引起管腔膜中蛋白激酶激活，使膜蛋白磷酸化而改變膜蛋白的構型，結果導致水通道開放，提高了管腔膜對水的通透性。,原因：腎小管各段對水和溶質(zhì)的通透

17、性不同和逆流倍增現(xiàn)象。,什么是逆流倍增現(xiàn)象？,圖10-12,指由于逆流交換而形成頂端和底端較大濃度梯度的現(xiàn)象。,髓質(zhì)滲透壓梯度是如何形成的？,（一）髓質(zhì)滲透壓梯度形成,1、髓袢的U形結構造成降支與升支內(nèi)液體的流動方向相反。,2、髓質(zhì)外層：由于髓袢升支粗段對NaCl主動重吸收，而對水不通透所形成,3. 髓質(zhì)內(nèi)層滲透梯度的形成與尿素再循環(huán)和NaCl重吸收有關 (Fig),①遠曲小管及皮質(zhì)部和髓質(zhì)外層的集合管對尿素不通透，而在抗利尿激素

18、的作用下管內(nèi)的水被重吸收，造成遠曲小管流到集合管的液體中尿素的濃度越來越高。,②髓質(zhì)內(nèi)層集合管對尿素的通透性較大。尿素順著濃度梯度擴散到髓質(zhì)內(nèi)層，使髓質(zhì)內(nèi)層滲透壓升高。,③由于髓質(zhì)內(nèi)層高滲透壓，髓袢降支細段中水向外滲透，而使降支內(nèi)液越向髓袢頂部方向流動，NaCl濃度越高。由于升支細段對NaCl通透而對水不通透，使NaCl順濃度梯度向管外組織間隙擴散。當液體進入升支粗段，升支粗段管壁細胞主動重吸收NaCl并轉(zhuǎn)運到管外組織間隙，使管內(nèi)NaC

19、l的濃度進一步降低。從而形成髓質(zhì)內(nèi)層的滲透壓梯度。,④由于升支細段對尿素具有中等的通透性，形成尿素的再循環(huán)。,逆流倍增學說要點:,1、腎小管和集合管對水和各種溶質(zhì)的通透性和吸收能力是不同的, 造成髓質(zhì)高滲狀態(tài)。尿素和NaCl是建立髓質(zhì)滲透梯度的主要溶質(zhì)。,2、血流經(jīng)“U”形直小血管將水分及溶質(zhì)運走時，由于逆流交換使髓質(zhì)的高滲狀態(tài)不被破壞。,3、由于髓袢升支對水相對不通透，而對Na+易通透或能主動吸收Na+ ，故小管液到遠曲小管時一定是低

20、滲。（圖）,4、集合管對水的通透受抗利尿激素（ADH）的調(diào)節(jié) 抗利尿激素多——尿濃縮；ADH少——尿稀釋,（二）、滲透壓梯度與尿濃縮和稀釋的關系,高滲尿：當機體缺水、缺鹽時，垂體釋放的抗利尿激素增多，集合管對水通透性增大，從升支粗段來的低滲小管液逐漸變等滲，再經(jīng)集合管時，由于髓質(zhì)間隙液高滲，水滲透出集合管形成濃縮尿。,稀釋尿：抗利尿激素減少 ，遠曲小管和集合管對水通透性降低，而對鈉仍保持主動重吸收，所以低滲小管液流

21、經(jīng)集合管時，鈉被吸收，很少被濃縮，甚至進一步稀釋，形成稀釋尿。,尿液的生成與濃縮過程 （圖）,1. 尿的生成是從血液在腎小球過濾開始。在近曲小管，小管液被濃縮，幾乎全部營養(yǎng)物質(zhì)、75%的鹽以及相應的水被重吸收，留下尿素和一些其他物質(zhì)。從近曲小管進入髓袢降支細段的液體是和血漿等滲的，滲透壓保持在300 mOsm/L（毫滲/升）左右。,2. 小管液進入髓袢降支流到深部高滲髓質(zhì)時，水被重吸收，而溶質(zhì)很少通透，滲透壓快速提高，到了髓袢頂端時小管

22、液與周圍間隙液的滲透壓相等，可達1200 mOsm/L 。,3. 當小管液向上流到髓袢升支時，NaCl被動重吸收，而尿素被動地擴散進入小管液，但容量不變。由于NaCl離開升支細段比尿素進入管腔多，故小管液產(chǎn)生稀釋。,4. 髓袢升支粗段對水和尿素不通透，但能主動地重吸收NaCl，從而使小管液更加稀釋。離開升支粗段的小管液為低滲，約100 mOsm/L .,5. 集合管在ADH存在時對水通透性很高，而由于髓質(zhì)間隙的高滲透壓，小管液沿集合管下

23、行到髓質(zhì)時，小管液的水擴散出管腔，管內(nèi)液體滲透壓越來越高，尿液被濃縮，形成高滲尿。,血漿滲透壓↑ 下丘腦中的滲透壓敏感神經(jīng)元 釋放抗利尿激素 集合管對水重吸收 ↑ 血液中水增加 血漿滲透壓降低 （Fig）、 （Fig）,二、腎小管活動的調(diào)節(jié),,,,,,（二）、腎小球濾過率的控制 腎的自身調(diào)節(jié)：腎動脈壓在70-19

24、0 mmHg 之間變動時，腎血流量保持穩(wěn)定。,（一）、抗利尿激素ADH（血管升壓素VP）的作用,水利尿：大量飲用清水后引起尿量增多的現(xiàn)象。（圖）,（三）、腎小管鈉離子重吸收的控制,腎素（腎近球細胞分泌） 血管緊張素原 血管緊張素I（腎素底物，由肝合成） 血管緊張素轉(zhuǎn)化

25、酶 （肺） 血管緊張素II（八肽） 血管緊張素酶A 血管緊張素III（七肽）,,,,,,,腎血流量下降、腎動脈壓下降、流經(jīng)遠曲小管的Na+減少，腎交感神經(jīng)興奮和血中腎上腺素和去甲腎上腺素增加,,腎上腺皮質(zhì) 醛固酮 腎