现代肾脏生理与临床.ppt
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1、现代肾脏生理与临床,主讲人:王亚非,现代肾脏生理知识要点,一、肾的功能解剖(一)肾单位(nephron)的构成,肾单位(100万个)是肾的基本功能单位,它与集合管共同完成泌尿功能。,(二)球旁器1、球旁细胞:是入球小A的中膜内肌上皮样细胞,内含分泌颗粒,分泌肾素。2、球外系膜细胞:是入球小A和出球小A之间的一群细胞,具有吞噬功能;3、致密斑:是存在于远曲小管起始部的一群高柱状的上皮细胞,可感受小管液中的钠含量,并将信息传递给球旁细胞,调节肾素分泌。肾小管钠量降低时,刺激致密斑,后者刺激球旁细胞分泌肾素。,二、尿生成的基本过程,1、血浆在肾毛细血管处的滤过,形成超滤液(原尿)2、超滤液在流经肾小
2、管和集合管的过程中经过选择性重吸收3、肾小管和集合管的分泌 最后形成终尿,肾小球毛细血管,(血浆),肾小囊,肾盂,肾小球滤过,肾小管.集合管 重 吸收与分泌,(超滤液原尿),(终尿),尿生成的基本过程,集合管,与滤过有关的几个概念(1)肾小球滤过率(glomerular filtration rate GFR):单位时间内(每分钟)两肾生成的超滤液量。体表面积为1.73平方米的个体,肾小球滤过率为125ml/min,180L/日(2)滤过分数filtration fraction:肾小球滤过率和肾血浆流量的比值。肾血浆流量为660ml/min,滤过分数=125/660100%=19%提示1/5
3、流经肾脏的血浆被肾小球率出进入肾小囊。,决定和影响滤过率大小的因素滤过系数Kf:由滤过膜的通透性和滤过面积决定有效滤过压Puf(effective filtration pressure,EFP)GFR=KfPuf,返幻灯片 44回,#57.幻灯片 57,髓袢升支粗段的重吸收:对水、尿素不通透;对Na+通透性低;但能以Na+2Cl-K+同向转运体方式的继发主动转运。,同向转运体模式:,管腔膜上有Na+:2Cl-:K+同向转运体Na+、Cl-顺电-化学梯度,K+逆电-化学梯度同向转运入细胞内。进入细胞内的Na+由管周膜Na+泵泵出,Cl-经管周膜Cl-通道、K+经管腔膜K+通道顺浓度梯度易化扩散
4、出细胞。,髓袢升支粗段,管腔内正电位(+2+10mV),返幻灯片 59回,Mechanism of sodium,chloride,and potassium transport in the thick ascending loop of Henle,K+分泌特点:泌K+与泌H+呈负相关。Na+-K+交换与Na+-H+交换具有竟争抑制。酸中毒:Na+-H+,Na+-K+泌K+高血钾症 高血钾症:Na+-K+,Na+-H+泌H+酸中毒 多吃多排、少吃少排、不吃也排。,当大量使用利尿药时,应注意适当补钾,以防止低血钾症的发生。,返回,H+的分泌,远曲小管和集合管:除K+-Na+交换外,还有H+-
5、Na+交换,两者相互抑制,当酸中毒时H+,H+-Na+交换加强,K+-Na+交换,可造成血K+,反过来用乙酰唑胺(-)碳酸酐酶(carbonic anhydrase),使H+以纠正酸中毒,会使H+-Na+交换,K+-Na+交换,造成血K+。(临床上应予注意),Kidney Dialysis,The vasa recta trap salt and urea within the interstitial fluid but transport water out of the renal medulla,直小血管的逆流交换作用 保持肾髓质的高渗作用,并将水,包括集合管和髓袢降支重吸收的水带走。
6、,逆流交换过程:直小血管从髓质深部返回外髓部时,血管内的溶质浓度比同一水平组织液的高,溶质又逐渐扩散回组织间液,并可再进入降支。意义:使组织间液的溶液不易被血流大量带走,从而保持髓质渗透梯度的相对稳定。,肾髓质高渗梯度的保持,只带走少量溶质和多余的水,维持高渗梯度,直小血管的作用,直小血管的逆流交换作用对髓质渗透梯度的维持,管-球反馈(tubulogomerular feedback)概念:当肾血流量和肾小球滤过率增加时,到达远曲小管致密斑的小管液的流量增加,致密斑将此信息反馈至肾小球,使肾血流量和肾小球滤过率恢复正常,反之亦然。这种小管液流量变化影响肾血流量和肾小球滤过率的现象称为管-球反馈
7、机制:肾血流量滤过率小管液流量致密斑入球小A收缩肾血流量和滤过率恢复,管球反馈(tubulogomerular feedback)示意图,肾交感神经的作用:肾交感N兴奋(运动、高温、大出血、缺O2、剧痛)释放NE:激活受体入球与出球小A收缩(收缩程度:A入A出)肾毛细血管压、肾血浆流量有效滤过压GFR;激活受体近端小管和髓袢上皮细胞重吸收水和NaCl;激活受体近球细胞释放肾素血管紧张素-醛固酮系统远曲小管和集合管对水、NaCl的重吸收。,肾素分泌的刺激因素,循环血容量肾动脉压,入球小动脉牵张感受器,致密斑感受器,肾动脉压肾血流量,球 旁 器 细 胞,肾交感N兴奋,GFR,远曲小管Na+、Cl-
8、负荷,NE和EPGE2,循环血容量,心房容量感受器动脉压力感受器,肾 素,反射性,+,+,+,+,+,+,NE,受体,返回,血管紧张素对尿生成的调节A、刺激醛固酮的合成和分泌B、直接刺激近球小管对氯化钠的重吸收,使尿中排出氯化钠减少C、刺激垂体后叶释放ADH,肾上腺皮质球状带,血K+、Na+,肾素,血管紧张素对尿生成的调节:,血管紧张素原,血管紧张素,血管紧张素,血管紧张素,最小浓度刺激近曲小管重吸收NaCl;中等浓度进一步刺激肾上腺皮质合成与释放醛固酮;较高浓度进一步收缩血管、升高血压;另外:刺激肾上腺髓质和交感N分泌释放NE、E;刺激ADH、ACTH释放。,醛 固 酮,ACTH,肺血管紧张
9、素转换酶,现代肾脏生理与临床,随着现代分子生物学与生物物理技术的飞速发展及其在肾脏生理领域的广泛应用,对于肾脏生理功能的认识,已从整体研究进入到细胞及亚细胞水平,对于肾脏在稳定机体内环境机制方面已深入涉及到它们的分子生物学基础。本讲座主要阐明如何应用现代肾脏生理知识来理解一些与临床有关的病理生理情况。由于学时所限,仅就肾小球滤过功能,各段肾小管对水钠重吸收、尿液稀释、浓缩机制以及肾脏对酸碱平衡的调节等作简要讨论。,一、肾小球的滤过功能与调节在生理学的学习过程中我们已经知道,肾小球的滤过功能主要受肾小球毛细血管血压、血浆胶体渗透压、囊内压、肾血浆流量、滤过膜的面积和通透性等5个因素的影响。但这五
10、个因素又受哪其他的因素影响呢?这个问题我们以前没有深入讨论。其实,肾小球滤过功能还受肾小球的入球和出球小动脉收缩情况的影响(如何影响?)而此又受许多神经、体液因素支配,包括血管紧张素II(AngII)、内皮素、一氧化氮(NO)、血管加压素(AVP)、前列腺素(PG)以及激肽、心钠素、儿茶酚胺、胰高血糖素、甲状旁腺素(PTH)等。,另外,滤过分数、滤过系数又由滤过面积所决定。特别重要的是,肾小球滤过还受滤过液在肾小管中的情况而定,此即小管-小球反馈(TGF)。大分子物质滤过除受肾小球血流动力学影响以外,还受滤过屏障中的许多因素,包括滤孔大小、电荷等情况而定。下面简述几种病理生理情况下,影响肾小球
11、滤过的各种因素是如何参与发病机制:,(一)蛋白尿大家知道,正常人由于滤过膜的屏障作用,尿中是几乎没有蛋白质的。一旦尿中出现明显的蛋白质,即蛋白尿,就意味着肾脏受到了损害,换句话说,蛋白尿是肾脏受损的标志。不仅如此,它还是一种促进肾脏病进展的独立危险因素。多种血管活性物质可影响肾小球滤过功能而促进蛋白尿,这里特别强调AngII所起的作用,临床应用ACEI(angiotension converting enzyme inhibitors血管紧张素转化酶抑制剂,亦称血管紧张素转化酶抑制因子,即降压多肽。)阻断AngII的产生或应用ATI型受体拮抗剂缬沙坦阻断AngII的作用,可明显减轻蛋白尿。(提
12、问:这说明什么问题?可能原因是什么?),(二)急性肾功能衰竭(ARF)尽管引起ARF病因有所不同,但特征性病理、生理改变均是肾小球滤过率GFR下降,其机制可能与缩血管物质如AngII、内皮缩血管因子等活性增加,扩血管物质如NO、PG等活性下降,致入球小动脉过度收缩有关。最近有人认为管球反馈TGF机制在其中亦起着十分重要作用,缺血、缺氧或中毒等启动因素可增加近端小管细胞内钙水平(为什么?),从而激活钙蛋白酶(Calpain),后者可使细胞骨架蛋白分离、肾小管基底膜Na+-K+-ATP酶极性改变(什么意思?),近端肾小管Na+重吸收减少,,流入髓襻升支粗段(TALH)致密斑部位Na+增加,从而激活
13、管-球反馈TGF,使入球小动脉收缩,肾小球滤过率GFR下降。另外,在许多由肾动脉狭窄所致肾功能损害,肾小球入球小动脉不可能代偿性扩张(为什么),此时,肾小球的滤过功能主要依赖于高肾素性高血压所致的高滤过压而代偿性维持,但另一方面又由于PGE2等分泌大量增加,对抗了高AngII的收缩入球小动脉作用,一旦错误使用吲哚美辛(消炎痛其作用机理为通过对环氧化酶的抑制而减少前列腺素的合成)或大剂量使用ACEI制剂,可造成急性肾功能衰竭。(为什么?),(三)慢性肾脏病进展现在已普遍证实:肾小球高滤过、高灌注是慢性肾脏病病情加重的主要原因之一。其机制主要是残余肾单位入球小动脉较出球小动脉扩张更加显著所致。一般
14、认为入球小动脉扩张与扩血管物质PG分泌过多、对AngII不敏感有关,而出球小动脉扩张相对较少则与该动脉对AngII的敏感性增加有关。另外,入球小动脉对AngII敏感性降低与局部NO分泌增加亦有关。,研究提示,入球小动脉较出球小动脉扩张明显还同残余肾单位管球反馈TGF受抑制有关,其机制是残余肾导致代偿性分泌抗利尿激素(ADH)增多(为什么?),使髓襻升支粗段TALH 对NaCl重吸收增加,而流入致密斑部位NaCl浓度降低,对致密斑的刺激作用减弱,通过局部信息传递使入球小动脉舒张,从而抑制TGF(为什么说是抑制TGF,不说是TGF的另外一种表现?),增加肾小球滤过率即高滤过。,最近,研究发现糖尿病
15、慢性肾功能不全时早期高滤过与肾小球入球小动脉平滑肌细胞葡萄糖转运子4(GluT4)基因及蛋白转位异常有关,因后者可使肾小球入球小动脉细胞内葡萄糖转运减少,能量代谢障碍,从而使平滑肌张力下降,此即糖尿病患者即使血压轻度升高或正常亦会引起严重肾小球高滤过的重要因素之一。(提高:糖尿病的病人尿量有什么变化?为什么?),二、近端肾小管功能与相应疾病近端肾小管推动Na+重吸收的关键动力是位于基底膜的Na+-K+-ATP酶,即钠泵。Na+重吸收与许多氨基酸、葡萄糖、HCO3-重吸收以及H+分泌相耦联。另外,近曲小管还对许多小分子蛋白质重吸收起重要作用(图)。近端小管疾病时,常见症状为:发育障碍(为什么?)
16、、酸中毒(为什么?)、小分子蛋白尿(为什么)、氨基酸尿以及高尿钙血症(为什么?)等等。临床上可根据血、尿相关的一些检查而得到提示。,毒毛花甙G(治疗心衰的一种药物)可以阻止钠泵,使用后降低了近端小管管腔和细胞内Na+化学梯度差,Na+重吸收减少,此为该药直接对心肌作用、改善心脏功能以外的另一重要机制。(这到底对患者有利还是不利?),全身有效血容量状况可以明显影响Na+的重吸收,其中容量过高时,Na+重吸收减少,过少时Na+重吸收增加。输注生理盐水可以扩张有效血容量,使Na+重吸收减少(为什么?),Na+-H+交换减少,HCO3-重吸收随之亦减少。因此,尿中可以出现HCO3-增加,而血pH下降,
17、呈现尿血分离,此即容量过高性酸中毒*。相反,有效血容量过低时,HCO3-重吸收增加,出现容量过低性碱中毒*(为什么?)。,容量对近端小管Na+重吸收的机制主要通过(1)改变了出球小动脉的蛋白浓度(为什么?);(2)影响交感神经的兴奋性(为什么?);(3)AngII可以直接增加滤过液及NaCl、HCO3-在肾小管的重吸收。除容量以外,血K+水平、血PCO2情况等也可影响酸碱平衡。(如何影响?)。,另外,Na+、Cl-浓度在血中比例不一样,但在肾小管重吸收时都以等mol(克分子)比例进行,因此,相对来说,重吸收的结果可造成血Cl-过高,此为许多“高氯性酸中毒*”的发病机制(为什么?)。临床上血Cl
18、-过高,除非同时有呼吸性酸碱平衡状况存在,常常提示有效血容量过少。(为什么?),抑制近端肾小管Na+重吸收的因素可致利尿。高渗葡萄糖、甘露醇以及尿中过量的不吸收性溶质过多,可以造成渗透性利尿*。醋氮酰胺可以直接抑制碳酸酐酶,干扰HCO3-重吸收,引起碱性尿,但这种情况一般不太严重,一方面是随之发生的酸中毒可限制它的利尿效应,另一方面远端肾单位可代偿性增加HCO3-重吸收。碳酸酐酶II基因缺陷可导致近端肾小管性酸中毒及骨质疏松,类似醋氮酰胺的效应。(为什么?),另外,利尿剂氨氯吡咪虽主要作用于集合管,但亦作用于近端小管远端,近年来研制的氨氯吡咪衍生物乙烷基异丙基氨氯吡咪及苯甲酰胍基氨氯吡咪可选择
19、性作用近端小管,抑制其吸收,达到利尿效果。,髓襻功能主要负责尿液稀释浓缩,其中TALH 中的Na+-2Cl-K+协同转运,是形成肾间质从髓质深部到皮质浅部渗透梯度的关键。(图)目前已知ADH、交感神经活性以及AngII可以促进NaCl在该段重吸收,PGE2则抑制。作用结果分别为尿液浓缩或释释创造先决条件。,ACEI可阻断AngII的生成,可从近端、髓襻两个部位促进尿钠排出和尿液的稀释。速尿类髓襻利尿剂,可以直接抑制Na+-2Cl-K+协同转运蛋白活性,具有强大利尿作用。由于肾小球滤过液在髓襻上行过程,NaCl吸收不伴H2O的重吸收,该部尿液渗透浓度可低到50mmol(mosm)/kgH2O,因
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