第六节　西医肾脏的生理功能

肾脏是人体生命的重要器官。肾小球是一个由内皮、基底膜、上皮细胞等成分组成的特殊微血管结构。其基本生理功能是排泄代谢产物、调节酸碱平衡、调节体液。是许多激素合成的场所，同时又是许多激素的靶器官，在肾脏神经的作用下，调节肾小球的功能，其结果是维持体内内环境稳定，使新陈代谢正常进行。

一、肾神经对肾小球滤过率的调节

肾脏有丰富的神经支配，主要来之交感神经纤维，神经末梢主要分布在入球小动脉、出球小动脉、肾小球系膜区及肾小管等。当神经受到刺激时，可引起入球小动脉、出球小动脉收缩，但收缩情况与刺激的程度密切相关，但对入球小动脉收缩作用更为明显。还可引起系膜细胞收缩，导致肾小球滤过率（GFR）、肾血浆流量（RPF）的下降。

肾神经兴奋还可刺激肾素释放，通过血管紧张素Ⅱ影响肾功能。肾神经主要为肾上腺纤维，其直接的缩血管作用与刺激α受体有关，其刺激激素释放的作用与β受体有关。在肾神经中含有多巴胺能纤维，作用于多巴胺受体，可引起血管扩张。在正常情况下，肾神经对GFR、RPF影响小，但在出血、麻醉、心衰、疼痛、血容量减少等情况下，可引起神经介导的肾血管收缩，使GFR、RPF下降。

二、肾小球滤过作用的调节

（一）肾小球滤过率的自身调节

肾小球滤过作用受到许多因素调节，如神经体液等因子，当肾脏的血流灌注压平衡发生改变时，都可以反射性的被激活或者抑制，从而使肾小球滤过达到相对恒定。如此，肾脏仍可以代偿性地使体液平衡获得维持。肾的血浆流量和肾小球滤过率基本保持不变。除上述机制外，即使肾动脉血压在一定范围内发生波动时，肾的血流量及肾小球滤过率仍可维持相对稳定。这种在去神经及全身体液因子相对隔离情况下，仍能保持肾血流量、肾小球滤过率的稳定，称为肾小球滤过率的自我调节。此种自我调节的机制与肾血管平滑肌的调节作用和血管内皮活性因子的调节有关。

（二）肾小管、肾小球反馈作用对肾小球滤过率的调节

肾小管、肾小球反馈（TGF）是指肾小球滤过液中的NaCl等物质，到达远端肾小管起始端时，可发生相应的调节现象。这种机制使肾小球的滤过与肾小管对滤液的重吸收可以相互协调，从而引起肾小球滤过率的改变。此现象称为管球反馈（TGF）。从而使肾脏更加有效地维持内环境的稳定。同时它对肾单位滤过率起着决定作用。管球反馈的感受部位在致密斑，效应器主要为入球小动脉和出球小动脉。

全身情况的变化也是影响TGF的因素。特别是在体液容量情况改变时，可以明显影响TGF的敏感性。这些影响在正常生理情况时有重要意义。

三、激素及各种血管活性因子对肾小球滤过率的调节

影响肾小球滤过率的有许多激素和血管活性物质。它们有的是从肾外产生，通过血循环到达肾脏，并作用于肾脏血管。通过这些激素和血管活性物质对肾小管及肾小球的综合作用，起到对体液平衡的调节。

（一）血管紧张素Ⅱ（ANGⅡ）

它可以引起入球小动脉、出球小动脉收缩，引起系膜细胞收缩，主要作用在出球小动脉，使肾血浆流量及肾小球滤过率下降，毛细血管超滤系数（Kf值）下降。ANGⅡ可直接使肾小球直径变小，引起肾小球收缩的细胞是肾小球系膜细胞，特别是在肾小球中央部分的系膜细胞。

在肾脏中存在独立的肾素-血管紧张素系统，肾素主要产生于入球小动脉肾局部，肾素-血管紧张素系统参与了肾血流的自身调节以及管球反馈。

（二）抗利尿激素（ADH）

ADH对全身血管有强大收缩作用，但对肾血管收缩作用较轻微，使用前列腺素合成酶阻断剂，如吲哚美辛等，ADH可以使Kf值明显下降。由此认为，ADH在正常情况下，对肾脏血管的收缩作用，因为前列腺素的抵抗而减弱。因在肾小球系膜细胞有ADH受体，当ADH与此受体结合后，使细胞外Ca2+内流到细胞内引起血管平滑肌收缩。

（三）内皮素（ET）

内皮素是由内皮细胞释放的一种多肽物质，具有很强的收缩血管作用。内皮素可以引起GFR、RPF、Kf值的显著下降。内皮素还可以与各种血管活性物质相互作用，促使心钠素等分泌。内皮素还可引起肾素的增加。

（四）心钠素（ANP）

肾小球的入球、出球小动脉均有ANP受体。ANP主要使出球小动脉收缩，入球小动脉舒张，同时使Kf值增高，可引起RPF、GFR、升高，滤过分数增加。

（五）激肽

激肽产生于肾小球，可以使肾血管扩张，GFR改变不明显，滤过分数下降，Kf值下降，后者是使GFR改变不明显的原因。激肽系统可与肾素-血管紧张素系统、前列腺素系统相互作用。在肾脏有B1和B2两种受体，可以使RPF下降，但对GFR及全身血压无影响，提示肾内激肽释放酶及激肽系统在起作用。

（六）前列腺素（PG）

PG为花生四烯酸的代谢产物。在一般情况下，PG产生很少，对肾脏血流动力学的作用小，当有血管紧张素Ⅱ（ATⅡ）、肾神经兴奋等缩血管作用因素存在时（如低血容量、慢性失钠、充血性心力衰竭、肝硬化），PGE2产生增加，以对抗缩血管因素引起的入球小动脉阻力（RA）增加，以及Kf下降，但对出球小动脉（AE）作用小，此时，如用阿司匹林、吲哚美辛等可使RPF、GFR明显下降。

（七）腺苷

腺苷为ATP的代谢产物，腺苷对肾阻力血管的作用较为复杂。刺激A1受体可抑制肾素释放，刺激A2受体，可引起入球小动脉、出球小动脉扩张。小剂量腺苷可刺激TGF，而大剂量则抑制TGF。腺苷为调节肾血管阻力的重要因素。

四、血液流量及血浆渗透压对肾小球滤过率的作用

肾血浆的流量与单个肾单位肾小球滤过率（SNGFR）关系十分密切，因此，当肾小球滤过率在各种病理生理中进行自我调节，从而保持相对稳定时，很大程度是依赖肾血流量的调节来完成的。当机体在一些病理情况下，使血流量下降，或相对增加时，或者用药等因素，均可致肾小球滤过率的改变，多是直接或间接与肾血流量的改变密切相关。胶体渗透压的改变同样影响肾小球的滤过率，主要是血浆中白蛋白的浓度高低，血浆胶体渗透压升高时，肾脏分泌高渗尿保留水分，使过高血渗得到一定程度稀释。相反，血渗过低时，肾排泌低于血液渗透压的尿液，使体内过多水分排出。血液得到一定程度浓缩。肾脏这种调节性改变，还要通过肾内血流量及动力学以及肾功调节因素改变而获得。

五、肾脏对代谢废物的排泄与转运作用

机体在代谢过程中产生多种废物，其中在蛋白质代谢过程产生的含氮废物，除少量在肠道排出外，其他大多都由肾脏排出体外；代谢中的有机酸性物质，或摄入的药物、毒物等，也都是从肾脏滤过排出体外，尿素、肌酸、肌酐主要为含氮产物，这些物质主要是经肾小球滤过排出。它们分子量较小，当血浆流经肾小球时，可被肾小球超滤过而完全滤出。肌酐不被重吸收，但当血中浓度增高时，少部分可经肾小管分泌排岀。而尿素被肾小球滤过后，相当一部分可被肾小管重吸收，特别是在肾血流量下降时，尿素可以较大比例被重吸收，致使血液中的尿素浓度升高。

有机酸主要包括马尿酸、苯甲酸、各种胺类等。它们是蛋白及脂肪代谢废物，另有一些药物也属于有机阴离子和阳离子，这些有机离子也主要是经肾脏排出。肾小管的分泌作用对这些物质的排泄起主要作用。以上这些有机酸物质，虽然分子量不大，但由于在体内pH环境下带强负电荷，因此，不易从肾小球滤过，主要从肾小管泌出排泄。

当肾功能不全时，可引起这些代谢废物在体内潴留，所以产生一些临床常见的尿毒症症状。

六、肾小球对大分子物质的滤过作用

在正常情况下，肾小球的超滤过程，主要能将血浆中较小物质滤过，而对大分子物质，特别是对一些较大的蛋白质分子基本不能滤岀。肾小球毛细血管对不同大小分子物质的滤过，具有不同滤过率的特点，此称为选择性滤过作用。肾小球滤过膜的这种屏障作用由两部分组成，即机械性屏障、电荷屏障。

（一）机械性屏障（孔径屏障）

分子直径小于2nm的物质，可自由通过肾小球滤过膜。随着分子直径的增大，通过滤过膜的能力减小，当分子直径达4nm时，通透性即接近0。机械屏障的大小，与滤过膜上的孔径构造、大小与形状有关。这种孔径屏障，是由肾小球毛细血管壁的内皮细胞、基底膜、足突裂孔膜及其上皮细胞而构成的。

（二）电荷屏障

在正常情况下，血浆白蛋白不能通过肾小球滤过膜，而与白蛋白分子直径相同的中性右旋糖酐则较易通过。这是因为白蛋白在正常血浆pH时带负电荷。而在肾小球滤过膜含有盐酸、硫酸、肝素等多糖，使滤过膜也带负电荷，该负电荷形成了电荷屏障，阻止带负电荷的白蛋白滤出。在某种病理情况下，滤过膜上的负电荷消失，使大量白蛋白经滤过膜滤出，形成蛋白尿。

另外，肾小球血流动力学对大分子物质的滤出亦受一定影响。还有物质分子变形能力情况也有影响。例如硫酸盐、葡聚糖与中性葡聚糖的清除分数不同。一方面，由于其带不同电荷，另一方面还由于后者在生理溶液中呈松散的长椭圆形，因此，具有较大变形能力，而前者三维结构甚为稳定，变形能力相对差，不可滤过。

七、肾脏的内分泌功能

肾的内分泌功能有：分泌内分泌激素；为部分内分泌激素的降解场所；作为肾外分泌多种激素的靶器官。

（一）肾分泌内分泌激素作用

1.前列素族激素

血管舒缓素、激肽、缓激肽系统。其作用于肾脏本身，参与肾脏的生理功能调节，主要对肾脏血流动力学改变，水液代谢调节等。

2.作用于全身，影响系统新陈代谢激素

包括活性维生素D、促红细胞生成素。

3.血管活性激素

是肾脏分泌激素重要的一部分，它系统地作用于全身，影响血压、渴觉、血容量以及Na+、K+代谢等。为肾素-血管紧张素类。

以上激素的生理作用如下：

（1）前列素族：

前列腺素（PG）在肾脏产生，由肾髓质乳头部间质细胞分泌，主要在局部发挥作用。PG是花生四烯酸代谢产物主要合成，包括：PGE2、PGI2、PGD2、PGF1α、血栓素A2（TXA2）等。ATⅡ、去甲肾上腺素、ADH等可刺激PGS的释放；可在失血、麻醉、失盐、输尿管梗阻、肾静脉阻塞时，肾PGS产生明显增加，而环氧化酶抑制剂（吲哚美辛等）可抑制PGS的产生。前列腺素的作用如下：

1）对肾血循环的影响：

PGE2、PGI2可使肾血管扩张，增加肾血流量，TXA2则使肾血管收缩，但TXA2仅在尿路梗阻时才大量产生。正常情况下，PG对肾循环影响小，但在缩血管活性增强时（如失血、失盐等），PGE2、PGI2产生明显增加，以对抗缩血管因素的作用。

2）对NaCl排泄的影响：

PGE2、PGI2可促使尿钠排泄增加，PG可抑制Henle袢升支粗段及集合管NaCl转运。

3）对水排泄的影响：

PG可引起水排泄增加，其作用主要与抑制Henle袢升支粗段NaCl转运的影响髓质渗透梯度形成，以及对抗抗利尿激素（ADH）的作用有关。

（2）肾素-血管紧张素系统：

肾素-血管紧张素系统（RAS）是调节机体的血压、血容量及身体电解质成分的重要激素系统。肾素由肾球旁装置分泌，肾素是一种酸性蛋白酶，它能激发一系列反应，使血管紧张素原降解成十肽称为血管紧张素Ⅰ；在经转化酶作用下，而产生血管紧张素Ⅱ；继续在转化酶的作用下，转化为血管紧张素Ⅲ。肾素的分泌受到肾血管的张力、致密斑受刺激、交感神经张力、前列腺素、血钙、钾浓度等因素的调节。血管紧张素Ⅱ为主要的活性成分，其主要的生理作用如下：

1）增加血管平滑肌张力，收缩血管，使血管平滑肌收缩，血压上升，其升压作用约为去甲肾上腺素的8~10倍，增强心肌收缩，促使心肌肥厚。对肠系膜、皮肤、冠状动脉、肾、脾及脑的作用明显；对横纹肌，肺中的血管平滑肌作用较弱。血管紧张素Ⅱ对血管平滑肌的作用，主要是通过提高平滑肌细胞内Ca2+浓度而致，并可刺激交感神经系统，使去甲肾上腺素的释放增加。

2）参与肾脏血流动力学的调节，使GFR、RPF下降、滤过分数（FF）升高，增加肾小管对钠的重吸收。主要是通过增加肾小球出球小动脉压力及滤过分数而改变SNGFR。

3）刺激醛固酮分泌增加。肾上腺皮质小球带有血管紧张素Ⅱ受体，在其刺激下，醛固酮合成增加，醛固酮可促使肾小管对Na+的重吸收，使H+、K+排泄增加。

4）对水液代谢的影响：血管紧张素Ⅱ可以刺激口渴中枢产生口渴，促使抗利尿激素的分泌、儿茶酚胺的释放。血管紧张素Ⅲ与血管紧张素Ⅱ相似，但半衰期短，有协助紧张素Ⅱ的作用。

5）影响其他活性物质的产生，如前列腺素、激肽等。

肾素-血管紧张素系统可分为两大部分。①循环肾素-血管紧张素系统，由肾小球旁器分泌肾素进入循环，作用来源于肝的血管紧张素原，使之成为血管紧张素Ⅰ，后者经过肺循环时，在转换酶的作用下成为血管紧张素Ⅱ。循环肾素-血管紧张素系统在维持整体血压及体液平衡方面起重要作用。②局部组织肾素-血管紧张素系统，肾脏及其他器官组织局部，有该系统的全部成分，并在局部发挥作用。局部肾素-血管紧张素在维持局部血管张力、调节局部组织功能方面起重要作用。

（3）血管舒缓素、激肽系统：

肾脏舒缓素又称激肽释放酶，主要由肾皮质分泌，激肽释放酶作用于激肽原使之成为激肽。激肽又可在激肽酶（转换酶）作用下失去活性。肾脏产生的激肽主要在局部产生作用。激肽是一类多肽类的组织激素，主要作用是使局部组织的毛细血管舒张，通透性增加使Na+、水排出增加，从而使血压下降。肾脏的缓激肽可以对抗血管紧张素的作用扩张小动脉，增加肾脏血流量，促使Na+、水的排泄，从而使血压下降。还可以作用于肾髓质乳头部的间质细胞，引起前列素释放。本系统与肾素-血管紧张素系统、前列腺素系统之间有非常密切的关系。

（4）活性维生素D3：

肾脏是体内唯一能生成活性维生素D的器官，即1，25-（OH）2D3。1，25-（OH）2D3是由维生素D3衍变而来的。维生素D3在肝细胞微粒体内经25-羟化酶的作用下，形成25-（OH）D3后，再经肾皮质近端肾小管细胞线粒体上的25-（OH）D3，1-α羟化酶的作用，才能形成有活性的1，25-（OH）2D3，其生理作用比维生素D3大四倍。1-α羟化酶只存于肾脏，其他器官都不含此酶。维生素D是调节机体钙、磷代谢的重要激素，1，25-（OH）2D3具有较强的生理活性。其主要生理作用如下：

1）1，25-（OH）2D3可促使胃肠道特别是小肠对钙磷的吸收。它进入小肠黏膜细胞后，促使细胞合成对钙离子有高度亲和力的钙结合蛋白，1分子钙结合蛋白可与4分子钙离子结合，从而促进钙离子的浓集和运转。1，25-（OH）2D3可以促进小肠黏膜“钙泵”的活力，加速钙的吸收。

2）1，25-（OH）2D3可促使骨钙转移，促进骨骼生长及软骨钙化，可促进肾小管对磷的重吸收，使尿磷排岀减少。对肾脏可促使钙的转移。当机体血钙血磷过低时，可促使1，25-（OH）2D3的生成，反之生成则减少。活性维生素D3一方面和甲状旁腺素有协同作用，同时，也可抑制甲状旁腺激素分泌。1，25-（OH）2D3的分泌受到血钙、血磷浓度和甲状旁腺素等的影响和控制。

（5）促红细胞生成素（EPO）：

正常人血清EPO含量14.9mU/ml。促红细胞生成素产生部位在肾皮质、外髓部肾小球毛细血管丛近曲小管细胞和肾小管周围细血管内皮细胞。缺O2是导致促红细胞生成素产生的主要因素。在减少肾组织供氧量时，均可增加促红细胞生成素生成。同时，雄激素、肾上腺皮质激素、甲状腺素、生长激素等都可以增加促红细胞生成素的生成。促红细胞生成素其主要作用，作用于骨髓干细胞，促使骨髓原始血细胞向原始红细胞分化成熟，促进骨髓内网织红细胞释放入血。促红细胞生成增多，还可以促进骨髓对铁的摄取和利用，从而加速血红蛋白的生成。

（6）内皮素（ETs）：

肾脏是内皮素合成的场所，主要产生于肾小球的内皮细胞的多肽，内皮素可以在机体很多组织中表达。内皮素是强有力的肾脏血管收缩剂，可显著减少肾脏血流量（RPF）和肾小球滤过率（GFR），Kf的显著下降。ET-1对入球小动脉及出球小动脉有相似的收缩效应。

（7）肾髓质降压脂：

肾髓质降压脂类是由肾髓质、肾间质细胞（RIC）分泌的。RIC分泌的有肾髓质极性降压脂（APRL）、中性降压脂及肾髓素。肾髓质具有强烈的降压作用，即抗高血压功能。现已明确RIC是肾髓质降压系统的细胞基础，具有活跃的分泌功能。RIC可通过分泌前列腺素E2（PGE2）、APRL、Med三种物质发挥局部或全身降压效应。

肾髓质在正常血压调节中有重要作用，参与某些高血压的发生及调节，主要与肾髓质间质细胞分泌肾髓素等物质密切相关。通过扩张阻力血管，抑制交感神经活性和利尿、利钠而发挥其降压效应。

（二）肾外分泌的激素作用

肾外分泌的激素包括抗利尿激素、甲状旁腺素（PTH）、降钙素、胰高血糖素，肾脏是它们作用的重要靶器官。

1.抗利尿激素

除了能对水代谢平衡起调节外，也对肾小球系膜细胞起作用，促使其收缩，通过影响肾小球超滤系数影响滤过率。

2.甲状旁腺素（PTH）

PTH在肾脏主要作用，有抑制无机磷在肾小管重吸收，促进肾小管重吸收钙。还可能对远端肾小管的Na+、H+转运系统以及亨利袢上升支NaCl转运也有影响，参与了酸碱平衡及水、盐代谢的调节。PTH也对肾小球作用从而降低超滤系数。

3.降钙素

可以抑制肾小管对无机磷的重吸收，也使尿磷排泄增多。

4.胰高血糖素

胰高糖素可促进尿钠与磷的排泄。

上述四种激素对肾脏作用有很多相似之处，可能是通过一个相同途径发挥作用。

（三）肾脏是部分内分泌激素的降解场所

类固醇类激素对肾脏也有影响，以醛固醇最为明显。胰岛素和许多胃肠道分泌的多肽类激素，虽然对肾脏功能影响较小，但它们很大一部分是在肾脏降解，当肾功能不全时，其生物半衰期延长而引起代谢紊乱。

八、肾脏对水的转运及尿液的稀释浓缩功能

肾脏是水液代谢调节的主要脏器。通过肾脏的稀释浓缩功能来维持机体内环境渗透圧恒定是最关键而重要的一环。肾脏在不同的生理情况下，具有强大的调节水液排泄功能，据不同生理需要，可以排出稀释或浓缩的尿液。在机体缺水时，肾对水的重吸量增加，而尿量减少，尿的渗透压增高，此时排出的是浓缩的尿液，此功能被称为肾的浓缩功能。当大量摄入水时，水的重吸量减少，尿量增多，尿被稀释，称低渗尿，此功能被称为肾的稀释功能。如果不论摄入水有多少，尿渗透压总与血浆几乎相等，则称为等渗尿。肾脏对尿的稀释浓缩功能，可使机体内保持水的平衡及渗透压的平衡稳定。肾对尿液的稀释浓缩主要是在肾髓质中进行，通过集合管所形成，而与肾髓质渗透压梯度和抗利尿激素（ADH）都有密切关系。无论终尿是低渗还是高渗，由髓襻升支粗段进入远曲小管起始端内的液体总是低渗的。这低渗液流经远曲肾小管进入集合管，集合管从皮质通过肾髓质才能到达肾乳头。也就是说，集合管处于肾髓质高渗环境中；周围的渗透压高且成梯度增高。所以，当低渗或等渗的小管液从皮质部的集合管往乳头方向流动时，在抗利尿激素的作用下，集合管管壁对水的通透性提高，水分渗出管外，即被重吸收，同周围高渗液取得平衡，小管液的渗透压也就越来越高、量越来越少，形成浓缩的高渗尿。当缺乏ADH时，因远曲小管和集合管对水的通透性很低，从髓襻升支粗段和远曲小管始段来的低渗液，流经此处水分不能被重吸收，于是小管液的渗透压将进一步降低，最后形成大量稀释的低渗尿。

渗透梯度的形成，除了受抗利尿激素、利尿剂、扩血管剂、尿素的产生、肾功能不全等因素影响外，主要以亨利袢，直血管等正常生理功能而形成的肾髓质间高渗梯度关系很大。除上述因素外，同时又受到肾小球滤过率，近端肾小管对Na+、H2O重吸收等影响。再则，肾髓质的血流变化而影响氧供给，因此可影响NaCl在亨利袢上升支的转运和间质高渗梯度，从而对尿的浓缩和稀释都有影响，并可出现血液浓度的障碍。

九、肾脏对血尿酸代谢的调节转运

尿酸是嘌呤代谢的终末产物。体内尿酸的来源有二：一是内源性，80%来源于体内嘌呤生物代谢合成。由体内细胞核蛋白分解代谢所产生的。二是属于外源性的，是由摄入的动物性或其他含有嘌呤丰富的食物分解代谢所产生的。尿酸代谢排泌紊乱常见于：其一，摄取含嘌呤过高的食物；其二，在代谢中各个环节缺乏酶的参与及调控而发生异常，即可发生血尿酸的或增高或降低；其三，分解异常，正常人约1/3的尿酸在肠道经细菌的降解处理；其四，主要是肾小管对尿酸盐的清除率下降，致血尿酸在体内增高，主要环节是肾小管分泌下降，而重吸收升高。

肾脏对尿酸的转运：血中尿酸要全部经过肾小球滤过，在近端S1肾小管起始段98%尿酸被主动重吸收，而在近端S2~S3段，尿酸的主动吸收量逐渐减少，而分泌到肾小管的尿酸渐增多，最后可达50%，最终被尿排出的尿酸只占6%~10%。当肾功能减退时，肾小球滤过率降低，或近端肾小管对尿酸的重吸收增加和分泌功能减退时，特别是在肾功能不全晚期时，肾小球的滤过功能、肾小管分泌功能及肾小管重吸收功能已减退，均可发生高尿酸血症。