腎臟疾病的生物化學(xué)診斷

1、第十章 腎臟疾病的生物化學(xué)診斷,腎臟(kidney)不僅是機(jī)體內(nèi)最重要的排泄器官，還是重要的內(nèi)分泌器官，腎臟在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和平衡方面起著極為重要的作用。各種腎臟疾病均可造成機(jī)體代謝紊亂，并導(dǎo)致血液和尿液生物化學(xué)的改變。因此，血、尿生物化學(xué)檢驗(yàn)是指導(dǎo)腎臟疾病診斷和治療的重要指標(biāo)。,第一節(jié),腎臟的結(jié)構(gòu)和功能,腎臟最基本的功能是泌尿，泌尿過(guò)程包括腎小球?yàn)V過(guò)、腎小管選擇性重吸收和排泌。腎臟泌尿功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是腎單位和腎血管，腎臟豐富

2、的神經(jīng)支配和具有內(nèi)分泌功能的腎小球旁復(fù)合體對(duì)維持和調(diào)節(jié)腎臟的功能十分重要。本節(jié)主要介紹與腎臟泌尿功能相關(guān)的腎臟組織結(jié)構(gòu)，腎臟泌尿生理過(guò)程及衡量指標(biāo)。,一、腎臟的基本結(jié)構(gòu),腎單位 1.腎小體 2.腎小管和集合管腎的血管,腎臟為成對(duì)略呈蠶豆形的實(shí)質(zhì)性器官，位于腹膜后脊柱兩側(cè)。腎外被膜包裹，內(nèi)側(cè)緣中央凹陷成腎門(mén)，血管、淋巴管、神經(jīng)和輸尿管經(jīng)此出入腎。腎實(shí)質(zhì)分為皮質(zhì)和髓質(zhì)兩部分。皮質(zhì)在外層，主要由腎小體和腎小管構(gòu)成；髓質(zhì)在內(nèi)層，由20

3、-28個(gè)錐體組成，主要含髓袢的降支及升支、集合管及乳頭管。腎錐體開(kāi)口于腎小盞，腎小盞合成腎盂，腎盂向下逐漸縮小續(xù)于輸尿管。,(一)腎單位 腎單位(nephron)是腎臟結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。人每側(cè)腎臟約有80-120萬(wàn)個(gè)腎單位，每個(gè)腎單位由腎小體和腎小管組成。集合管不包括在腎單位內(nèi)，但由于其在尿液濃縮與稀釋的過(guò)程中起著重要作用，故可把集合管視為腎小管的終末部分。,1．腎小體 由中央部的腎小球和包繞其外的

4、腎小囊組成。腎小球是由入球小動(dòng)脈反復(fù)分支形成的一團(tuán)盤(pán)曲的毛細(xì)血管網(wǎng)。腎小球毛細(xì)血管小葉間的軸心組織為腎小球系膜。腎小囊分內(nèi)外兩層上皮細(xì)胞，內(nèi)層緊貼毛細(xì)血管壁，外層與腎小管壁相連，兩層之間的腔隙稱囊腔，與腎小管管腔相通。,2．腎小管和集合管 腎小管長(zhǎng)而彎曲，分為三段：①近端小管，包括近曲小管和髓袢降支粗段，前者與腎小囊相連。②髓袢細(xì)段，分降支和升支兩部分。③遠(yuǎn)端小管，包括髓袢升支粗段和遠(yuǎn)曲小管，其遠(yuǎn)端與集合管相連。多個(gè)腎單位匯集于一支集

5、合管，多支集合管匯入一乳頭管，而后開(kāi)口于腎盂。,(二)腎的血管 腎的血管系統(tǒng)有其特點(diǎn)。腎動(dòng)脈由腹主動(dòng)脈分出后，經(jīng)葉間動(dòng)脈、弓狀動(dòng)脈、小葉間動(dòng)脈和入球小動(dòng)脈進(jìn)入腎小體，形成腎小球毛細(xì)血管袢，再匯集成出球小動(dòng)脈。離開(kāi)腎小體以后又分支成二級(jí)毛細(xì)血管網(wǎng)，包繞于腎小管和集合管(既起營(yíng)養(yǎng)作用，又有轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的功能)，然后匯合成靜脈，經(jīng)小葉間靜脈、弓形靜脈、葉間靜脈和腎靜脈進(jìn)入體循環(huán)。,二、腎臟的基本功能,泌尿功能內(nèi)分泌功能參與氨基

6、酸和糖代謝維持血壓,1．泌尿功能 腎臟最重要的功能是泌尿。腎臟通過(guò)生成尿液不僅可以排泄機(jī)體代謝的終產(chǎn)物，如蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)生的尿素、核酸代謝產(chǎn)生的尿酸、肌肉肌酸代謝產(chǎn)生的肌酐和血紅素的降解產(chǎn)物等；還可將攝入量超過(guò)機(jī)體需要的物質(zhì)，如水、電解質(zhì)等和進(jìn)人體內(nèi)的外源性異物，如絕大部分藥物、影像學(xué)檢查的造影劑和毒物等排出體外；而且同時(shí)精確調(diào)節(jié)體內(nèi)水、電解質(zhì)、酸堿和滲透壓平衡等，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境質(zhì)和量的相對(duì)穩(wěn)定，保證生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。,2．內(nèi)分泌功

7、能 腎臟分泌的激素包括血管活性物質(zhì)和非血管活性物質(zhì)。前者包括腎素、前列腺素、緩激肽等，參與全身血壓和水、電解質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)。后者包括1，25-二羥基維生素D3、紅細(xì)胞生成素等。 此外，腎臟是許多的肽類激素和內(nèi)源性活性物質(zhì)的降解場(chǎng)所，如胰島素、高血糖素、甲狀旁腺素、泌乳素、生長(zhǎng)激素、促胃液素和舒血管腸肽等。,三、腎小球?yàn)V過(guò)功能,腎小球?yàn)V液的生成機(jī)制及影響因素 1.腎小球?yàn)V過(guò)膜面積和通透性 2.有效濾過(guò)壓 3.腎血流量

8、腎小球?yàn)V過(guò)功能評(píng)價(jià)指標(biāo) 1.腎小球?yàn)V過(guò)率與濾過(guò)分?jǐn)?shù) 2.過(guò)篩系數(shù)與選擇指數(shù)腎小球?yàn)V過(guò)功能的調(diào)節(jié),腎小球?yàn)V過(guò)是指當(dāng)血液流過(guò)腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)時(shí)，血漿中的水和小分子溶質(zhì)，包括分子量較小的血漿蛋白，通過(guò)濾過(guò)膜濾入腎小囊形成原尿的過(guò)程。此過(guò)程是一種超濾過(guò)程。原尿除了不含血細(xì)胞和部分血漿蛋白質(zhì)外，其余成分和血漿相同。,(一)腎小球?yàn)V液的生成機(jī)制及影響因素 腎小球?yàn)V液的生成與細(xì)胞外液的生成相似。決定腎小球?yàn)V過(guò)作用的主要因素有

9、：①結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：濾過(guò)膜濾過(guò)面積和通透性；②動(dòng)力基礎(chǔ)：有效濾過(guò)壓；③物質(zhì)基礎(chǔ)：腎血流量。,1．腎小球?yàn)V過(guò)膜濾過(guò)面積和通透性 人體兩側(cè)腎臟的腎單位總數(shù)達(dá)200萬(wàn)個(gè)，總濾過(guò)面積約1.5m2，十分有利于濾過(guò)。濾過(guò)膜通透性大小由其結(jié)構(gòu)決定，同時(shí)受腎小球系膜的調(diào)節(jié)。,(1)濾過(guò)膜與濾過(guò)屏障：濾過(guò)膜的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使之具有一定的孔徑和電荷選擇性，既對(duì)小分子物質(zhì)有極高的通透性，又對(duì)大分子物質(zhì)有高度的截留作用。,濾過(guò)膜有三層結(jié)構(gòu)：①內(nèi)層為毛細(xì)血管

10、的內(nèi)皮細(xì)胞層，細(xì)胞間連接疏松，形成大量的圓形窗孔，孔徑40-100nm，血細(xì)胞不能通過(guò)，對(duì)血漿蛋白幾乎不起屏障作用；②中間為非細(xì)胞性的基膜層，是由微纖維織成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔直徑約4- 8nm，由于基底膜本身的伸展性較大，除可讓水及部分小分子溶質(zhì)通過(guò)，有時(shí)分子量較小的血漿蛋白也能通過(guò)，是濾過(guò)膜中主要的屏障；③外層是腎小囊上皮細(xì)胞，由突起的足細(xì)胞構(gòu)成，足突附著在基膜，足突間裂隙稱為裂孔，其上有一薄層裂孔膜，為柵欄狀細(xì)絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔直徑約7

11、nm，是濾過(guò)膜的最后一道屏障。,濾過(guò)膜形成的濾過(guò)屏障包括兩個(gè)部分：①孔徑屏障：指由濾過(guò)膜三層結(jié)構(gòu)上孔道所構(gòu)成的屏障。屏障作用與濾過(guò)膜上的孔徑大小以及物質(zhì)分子構(gòu)型、形狀和伸展性等有關(guān)。②電荷屏障：濾過(guò)膜三層結(jié)構(gòu)的表面都覆蓋有一層帶負(fù)電荷的唾液酸，這就使帶負(fù)電荷的物質(zhì)不易通過(guò)，而帶正電荷的物質(zhì)較易通過(guò)。濾過(guò)屏障中起主要作用的是孔徑屏障，分子半徑小于2nm的物質(zhì)可自由通過(guò)腎小球?yàn)V過(guò)膜，分子半徑大于4nm，分子量約70kD的物質(zhì)幾乎不能通過(guò)。電

12、荷屏障只是對(duì)那些剛能通過(guò)濾過(guò)孔道帶負(fù)電荷的大分子物質(zhì)，如血漿清蛋白(半徑為3.6nm)有選擇性的阻擋作用。,(2)腎小球系膜及作用：位于腎小球毛細(xì)血管之間，由系膜細(xì)胞和系膜基質(zhì)所組成。系膜能通過(guò)系膜細(xì)胞收縮和改變基質(zhì)的物理性狀調(diào)節(jié)濾過(guò)屏障。,2．有效濾過(guò)壓(effective filtration pressure)由三種力組成，根據(jù)三種力作用方向的不同，可列出下式： 腎小球有效濾過(guò)壓=腎小球毛細(xì)血管血壓-(血漿膠體滲透壓+囊內(nèi)

13、壓),腎小球毛細(xì)血管血壓平均為6.0Pa，囊內(nèi)壓為1.3Pa，血漿膠體滲透壓約為2.7Pa。據(jù)此，可計(jì)算入球端有效濾過(guò)壓為2.0Pa，借此可使血漿某些成分透過(guò)腎小球?yàn)V膜，進(jìn)入腎小囊，形成原尿；出球端有效濾過(guò)壓為0，濾過(guò)停止，此過(guò)程稱為濾過(guò)壓平衡。,3．腎血流量 腎臟的血液供應(yīng)十分豐富，正常人安靜時(shí)的腎血流量(RBF)約1200ml／min，相當(dāng)于心排血量的20％- 25％。RBF中94％左右的血液分布在腎皮質(zhì)。通常所說(shuō)的RBF主要指的

14、是腎皮質(zhì)血流量，腎血流量中的血漿部分稱腎血漿流量(RPF)。,(二)腎小球?yàn)V過(guò)功能評(píng)價(jià)指標(biāo) 1．腎小球?yàn)V過(guò)率與濾過(guò)分?jǐn)?shù) 單位時(shí)間內(nèi)兩腎生成的濾液量稱為腎小球?yàn)V過(guò)率(glomerulafiltrationrate，GFR)。其值高低取決于腎血流量、有效濾過(guò)壓和濾過(guò)分?jǐn)?shù)。濾過(guò)分?jǐn)?shù)(filtrationfraction，F(xiàn)F)指腎小球?yàn)V過(guò)量占流經(jīng)腎小球的血流量的比值。FF=0.18-0.22，其值大小與毛細(xì)血管有效靜水通透性和濾過(guò)面

15、積有關(guān)。GFR和FF是衡量腎小球?yàn)V過(guò)功能的兩個(gè)重要指標(biāo)。,據(jù)測(cè)定，體表面積為1.73m2的人體GRF為125ml／min左右，以此計(jì)算，24小時(shí)內(nèi)約有1700L血液通過(guò)腎臟，從腎小球?yàn)V出的血漿量可達(dá)180L，相當(dāng)于血漿每天在腎小球?yàn)V過(guò)60次。由此可見(jiàn)，腎小球?yàn)V過(guò)功能在腎的排泄功能中占有重要位置。,2．過(guò)篩系數(shù)與選擇指數(shù) 濾過(guò)膜的通透性或屏障作用大小，可以用它允許通過(guò)物質(zhì)的分子量大小來(lái)衡量。通常以腎小囊中原尿的蛋白成分和濃度與血漿蛋白成

16、分和濃度的比較來(lái)表明腎小球毛細(xì)血管壁通透選擇性。對(duì)一特定的體內(nèi)大分子物質(zhì)，其在腎小囊腔與血漿濃度的比值稱為過(guò)篩系數(shù)；兩個(gè)分子量或所帶電荷不同的蛋白過(guò)篩系數(shù)或清除率之比值稱尿蛋白選擇指數(shù)(selective urine protein index，SPI)。,(三)腎小球?yàn)V過(guò)功能的調(diào)節(jié) 腎小球的濾過(guò)功能主要受腎血流量及腎小球有效濾過(guò)壓的調(diào)節(jié)。腎血流量的調(diào)節(jié)既能適應(yīng)腎臟泌尿功能的需要，又能與全身的血循環(huán)相配合，前者主要靠自身調(diào)節(jié)，后

17、者主要靠神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)，尤其在應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，參與全身血流量的重新分配的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)整體生理活動(dòng)的需要。,四、腎小管和集合管的轉(zhuǎn)運(yùn)功能,腎小管的重吸收腎小管、集合管的排泌腎小管轉(zhuǎn)運(yùn)功能的調(diào)節(jié),在泌尿過(guò)程中，腎小球?yàn)V過(guò)生成的原尿需經(jīng)腎小管和集合管進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，最后形成終尿。物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程包括重吸收和排泌。重吸收是腎小管上皮細(xì)胞將原尿中的水和某些溶質(zhì)，部分或全部轉(zhuǎn)運(yùn)回血液的過(guò)程。腎小管和集合管的上皮細(xì)胞將其產(chǎn)生的或血液中的某些物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到腎

18、小管腔中的過(guò)程稱為分泌或排泌。,(一)腎小管的重吸收 1．重吸收方式與物質(zhì) 腎小管重吸收的方式可分為主動(dòng)重吸收和被動(dòng)重吸收兩類。主動(dòng)重吸收是指腎小管上皮細(xì)胞將小管液中的溶質(zhì)逆濃度差或電位差轉(zhuǎn)運(yùn)到管周組織液的過(guò)程。一般機(jī)體所需要的物質(zhì)，如葡萄糖、氨基酸、Cl、Na、K、Ca等，都是主動(dòng)重吸收。被動(dòng)重吸收是指腎小管液中的溶質(zhì)逆濃度差或電位差進(jìn)行擴(kuò)散，以及水在滲透壓差作用下進(jìn)行滲透，從管腔轉(zhuǎn)移至管周組織液的過(guò)程。例如尿素和水。,2.

19、重吸收部位與功能 (1)近曲小管：是物質(zhì)重吸收最重要的部位。原尿中的葡萄糖、氨基酸、維生素及微量蛋白質(zhì)等，幾乎全部在近曲小管重吸收，Na、K、Cl、HC03等也絕大部分在此段重吸收。,(2)髓袢：主要吸收一部分水和氯化鈉。在降支內(nèi)水的重吸收大于溶質(zhì)吸收，使管內(nèi)的滲透壓逐漸升高，形成滲透梯度，最高可達(dá)1200mOsm／kg以上。升支不透水，而溶質(zhì)卻不斷被重吸收，形成逆向的滲透梯度，即從1200mOsm／kg又逐漸下降到等滲，甚至低

20、滲。此段滲透壓變化的過(guò)程稱為“逆流倍增”，在尿液的濃縮稀釋等功能中起重要作用。,(3)遠(yuǎn)曲小管和集合管：可繼續(xù)重吸收部分水和Na等，此段的重吸收量受血管升壓素和醛固酮的調(diào)節(jié)，在決定尿量和終尿質(zhì)的方面起著十分重要的作用。其主要功能為參與機(jī)體對(duì)體液及酸堿等的調(diào)節(jié)，在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中起主要作用。,3．重吸收效率與閾值 比較原尿和終尿的量和質(zhì)可發(fā)現(xiàn)，成人每天生成的原尿量約有180L。但終尿量每天只有1.5L左右，表明腎小管的重吸收量達(dá)99

21、％。腎小管和集合管的重吸收是有選擇性的，原尿中葡萄糖、氨基酸和少量蛋白質(zhì)全部被腎小管重吸收，水和電解質(zhì)大部分被吸收，尿素只有部分被重吸收，肌酐則完全不被重吸收。腎小管對(duì)許多物質(zhì)的重吸收作用有一定限度，稱最大重吸收量或閾值。如當(dāng)尿糖濃度超過(guò)10mol／L后，重吸收量不再增加，尿中出現(xiàn)葡萄糖，這個(gè)濃度界限稱為腎糖閾。,(二)腎小管、集合管的排泌 1．排泌方式與物質(zhì) 排泌有主動(dòng)和被動(dòng)兩個(gè)過(guò)程。酚紅(PSP)、芐青霉素、碘銳特及對(duì)氨基

22、馬尿酸(PAH)等進(jìn)入機(jī)體的異物，均可借助于同一組酶系主動(dòng)排泌，它們相互間有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，有些強(qiáng)堿性物質(zhì)如組胺等也可主動(dòng)排泌。被動(dòng)排泌的物質(zhì)有弱堿(氨、奎寧等)和弱酸(水楊酸等)，以及Na重吸收耦聯(lián)的H、K排泌和非離子型擴(kuò)散。,2.排泌部位與功能 (1)近端小管、遠(yuǎn)端小管和集合管都有泌H功能：通過(guò)H-Na交換，達(dá)到重吸收NaHC03的目的，在調(diào)節(jié)機(jī)體酸堿平衡方面起著重要作用。腎臟排H保Na的另一種方式是分泌NH3，在酸

23、中毒時(shí)尤為重要。近端小管、遠(yuǎn)端小管和集合管不斷地產(chǎn)生NH3，并向小管液擴(kuò)散，與其中的H結(jié)合成離子型NH4，銨鹽的生成不僅促進(jìn)了排H，也促進(jìn)了NaHC03重吸收。,(2)遠(yuǎn)曲小管和集合管泌鉀功能：一般當(dāng)有Na的主動(dòng)吸收時(shí)，才會(huì)有K的分泌，兩者轉(zhuǎn)運(yùn)方向相反，稱為K-Na交換。K-Na交換和H-Na交換有相互抑制現(xiàn)象， 即H-Na交換增多時(shí)，K-Na交換將減少，導(dǎo)致酸中毒時(shí)血鉀升高的原因之一。原尿中的鉀幾乎全部在近端小管被重吸收，故尿中排出

24、的K主要來(lái)源于鉀的排泌。,(3)近端小管的排泌功能：肌酐和對(duì)氨基馬尿酸等，既能從腎小球?yàn)V過(guò)，又能由腎小管排泌。進(jìn)人體內(nèi)的某些物質(zhì)，如青霉素、酚紅等，則主要通過(guò)近端小管的排泌排泄。,3．排泌限量 排泌作用也有一定限度，稱排泌極限量，通常以Tm表示。以PHA為例，當(dāng)其血漿濃度高于200mg／L時(shí)，排泌可達(dá)極限量。TmPAH一般為77mg／min。,(三)腎小管轉(zhuǎn)運(yùn)功能的調(diào)節(jié) 腎小管和集合管轉(zhuǎn)運(yùn)功能的調(diào)節(jié)，主要是神經(jīng)和體液因素(主要