生理學(xué)課件-腎臟生理

1、腎臟生理 Renal Physiology -腎臟的排泄功能Excretory Function of the Kidney1機體通過(皮膚-呼吸-肝臟-消化道)腎臟排出代謝終產(chǎn)物及異物保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定Overview: Renal Function2The kidney performs the following function by formation and excretion of urine腎臟通過尿的生成和排泄，執(zhí)行以下主要功能 1. 調(diào)節(jié)水電解質(zhì)平衡Na+, K+, Cl-, H+, HCO3-. Regulation of water and inorganic-ion b

2、alance 2. 排泄機體代謝終產(chǎn)物及藥物和毒物. Removal of waste and foreign chemicals from blood 3. Secretion of Hormones: Renin, active VitD3, 促紅細胞生成素Erythropoietin (EPO), postglandins. 腎衰，腎透析, 貧血, 補EPO; 補鈣與VitD33腎小球濾過膜是原尿形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)4（一）腎小管與集合管轉(zhuǎn)運功能一、腎小管各段重吸收和分泌的機理（一）近球小管 （二）髓袢：（三）遠曲小管: 二、集合管重吸收和分泌的機理5腎小管與集合管轉(zhuǎn)運功能每天腎小球濾過180

3、 L, 但尿量約1.5 L. 重吸收:將腎小管液中的物質(zhì)運至血中 被動: 順 電化學(xué)梯度 主動: 逆 電化學(xué)梯度 原發(fā)性: ATP泵供能繼發(fā)性: Na泵供能 分泌：將腎小管上皮細胞產(chǎn)生的或血中物質(zhì)運至腎小管腔內(nèi)678Diffusion or mediated transportIn mediated transport, substance crosses the luminal membrane, diffuses through the cytosol of the cell, and then crosses the basolateral membrane9近球小管具有強大的主動和被動

4、重吸收能力 67Na+ K+ Cl- H2O,吸收 100%的葡萄糖,氨基酸 85% HCO3-分泌鈉泵提供動力10近球小管具有強大的主動和被動重吸收能力11近曲小管的重吸收 (67)上皮細胞向組織間液主動轉(zhuǎn)運Na+, 導(dǎo)致胞內(nèi)Na+濃度降低, 小管液中Na+順電化學(xué)梯度進入胞內(nèi)。葡萄糖、氨基酸、PO43-、乳酸, HCO3-, Cl- 等與Na+的吸收餌聯(lián), 共轉(zhuǎn)運. K+逆電化學(xué)梯度主動重吸收,但機理不詳.Na+-H+交換,H+進入小管液,維持電中性,并有利于HCO3-的重吸收.H+HCO3-H2CO3H2O+CO2吸收因組織間液滲透壓增加, 水被被動吸收12腎糖閾renal glucos

5、e threshold:近球小管對葡萄糖的吸收有一定的限度, 超過此限度,葡萄糖不能被完全吸收, 出現(xiàn)糖尿. 此時血漿葡萄糖濃度稱為腎糖閾糖尿病患者, 尿糖升高, 導(dǎo)致滲透性利尿, 尿量增加13腎小管髓袢段的重吸收和分泌髓袢： 細段 降枝、升枝 粗段 1.降枝與升枝細段：對H2O、NaCl、urea通透相反，被動擴散, 形成滲透壓梯度，尿濃縮14髓袢升枝粗段的重吸收(25%)和分泌152.髓袢升枝粗段的重吸收 重吸收25%Na+，Na+愈多重吸收也愈多Na+-K+-2Cl-共轉(zhuǎn)運體，動力來源于Na+細胞外內(nèi)梯度和Na+泵Cl-隨Na+泵出到血;K+部分到血,部分回到小管, 造成管腔為正電荷,

6、進一步驅(qū)動Na+泵出對水不通透, 利于尿液的稀釋.快速利尿藥, 如速尿和利尿酸主要抑制髓袢Na-Cl重吸收, 稀釋尿液，使尿量增加16遠端小管近端主動轉(zhuǎn)運和吸收Na+-Cl-對水不通透, 進一步稀釋尿液氫氯噻嗪類利尿藥, 抑制Na+-Cl-轉(zhuǎn)運體, 排鈉利尿17遠端小管遠端和集合管重吸收和分泌通過Na+ -K+泵重吸收少量3%的Na+, 重吸收大部分H2O分泌功能：Na+ -K+泵分泌K+Na+-H+交換分泌H+,NH3+H+NH4+NH4Cl可被調(diào)節(jié)醛固酮調(diào)節(jié)Na+-K+泵 抗利尿激素ADH, H2O吸收18集合管的重吸收(3%)和分泌ATPaseNa+K+Na+ENacurineblood

7、Principle cellIntercalated cellNa+H+CO2+H2OHCO3-CO2CAH+H2O+CO2HCO3-CAH+CO2urineATPaseCA, carbonic Anhydrase+HCO3-H2O+NH3H+NH3NH4+19Factors affecting tubules reabsorption & secretionCConcentration of solutes in tubular fluid: Oosmotic diuresis glomerular filtration rate: glumerulotubular balanceRreab

8、sorption rate=filtration rate(6570%)GGFRperitubular capillary pressure, colloid osmotic pressurereabsorptionHormones:ADH, aldosterone20GRPCCDQFYAntidiuretic Hormone21Vasopressin Receptor22Vasopressin V2 Receptor Mutations in Congenital Nephrogenic Diabetes Insipidus232425Aquaporin Water ChannelsAqua

9、porin-1 Alias CHIP-28 (CHannel-forming Integral Protein) Expressed in RBCs, proximal neprhon segments, choroid plexus, hepatobiliary ducts, capillary endothelium Coulton blood group antigenAquaporin-2 Homologous to CHIP-28 Expressed primarily in collecting duct Vasopressin regulated Mutations cause

10、non-X linked congenital nephrogenic DI26272829Constitutively activeRegulated30AQP1ProximalTubuleAQP1DTLAQP2CCDAQP3AQP4CCDCCD31Water Transport in Proximal Tubule32Expression of AQP1 in Proximal Tubule33Expression of AQP1 in Proximal Tubule34AQP1 in DTLExpression of AQP1 in DTL35Expression of AQP1 in

11、DTL36Water Transport in CCD37Expression of AQP2 in CCD38ooCOOHCOOHCH3CH3CH3CH3H3CH3CH3CH3CCH3CH3COOHCOOHRXRaRXRaPPARgPPREPPRETranscription =Transcription =Promoter regionPromoter regionAdipogenesis Insulin sensitivityLipid metabolismAntiinflammationVascular tone regulationCell growth and differentia

12、tionNNNNNNAAGGGGTTCCAANNAAGGGGTTCCAADNADNA15-deoxy-12,149 cis RA9 cis RAPeroxisome proliferator-activated receptor g (PPARg)A therapeutic target for the metabolic syndrome?TZDs: troglitazone rosiglitazone39Cre transgenic mice and conditional gene targetingA strain harboring two loxP-containing allel

13、es of PPARg1 geneA transgenic strain expressing Cre recombinase in collecting duct cellsA mouse strain lacks PPARg expression in renal collecting duct40PIoglitazone treatment increases body weight in wild-type, but not in AQP2flox/flox miceGuan Y, et al. Nature Med 200541Localization of AQP-3 in IMC

14、D42（二）尿液濃縮和稀釋用冰點降低法測鼠腎皮質(zhì)、外髓部、內(nèi)髓部的滲透壓，發(fā)現(xiàn)從皮質(zhì)到乳頭P是逐漸升高的，存在著明確的滲透梯度。為什么如此，有何生理意義？43尿液濃縮和稀釋腎臟接受抗利尿激素的調(diào)節(jié), 通過濃縮或稀釋尿液調(diào)節(jié)體液容量和滲透壓尿液的稀釋血容量 及 血漿晶體滲透壓 , 導(dǎo)致抗利尿激素 遠端小管和集合管對水吸收 產(chǎn)生稀釋尿, 量大水利尿, 滲透性利尿44ADH調(diào)節(jié)尿液的濃縮和稀釋血容量 及 血漿晶體滲透壓 , 抗利尿激素 45尿液濃縮血容量 及 血漿晶體滲透壓 , 導(dǎo)致抗利尿激素 遠端小管和集合管對水吸收 產(chǎn)生濃縮尿, 量少大量出汗,失血46尿液濃縮有賴高ADH水平和腎髓質(zhì)高滲壓腎皮質(zhì)

15、、外髓、內(nèi)髓滲透壓逐漸升高，存在著明確的滲透梯度。近髓腎單位髓袢參與形成滲透梯度, 是尿液濃縮的必要條件沙鼠, 長髓袢, 20-fold 高滲尿豬, 短髓袢, 1.5-fold 滲尿人, 4.5-fold47尿液濃縮機理近髓腎單位髓袢與集合管髓質(zhì)滲透壓梯度 Urea Recycling直小血管 48逆流倍增Countercurrent multiplication參與形成并維持腎髓質(zhì)的滲透壓梯度和尿的濃縮49505152近髓腎單位的髓袢降枝及升枝對H2O和NaCl通透性有差別，而且流動方向反：降枝對H2O通透,上端高而下端低;因此自上而下小管液的滲透壓逐漸升高.升枝對水不通透，但可將NaCl主

16、動轉(zhuǎn)運到腎髓質(zhì)組織液,導(dǎo)致小管液滲透壓下降,同時髓質(zhì)組織滲透壓升高.髓袢不同部位對Na+水和尿素的重吸收程度不同, 形成腎髓質(zhì)滲透壓梯度53集合管重吸收水，尿液被逐漸濃縮54尿素再循環(huán)Urea Recycling參與形成和維持髓質(zhì)滲透壓梯度Urea是蛋白質(zhì)在肝臟的代謝產(chǎn)物。腎小管對urea通透性很低，但內(nèi)髓部的集合管對其通透性高，其次為降枝和升枝細段。 隨著水的重吸收，urea在集合管濃度增加，順濃度差擴散到組織液，提高髓質(zhì)滲透壓。urea經(jīng)近髓集合管髓質(zhì)組織液髓袢升枝細段再循環(huán)。維持髓質(zhì)滲透壓梯度55尿素再循環(huán) Urea Recycling腰花烹調(diào)秘籍56直小血管Vasa recta參與滲透

17、梯度維持直小血管是毛細血管與內(nèi)髓層腎小管的髓袢相伴行的部分，呈U形，也是一種逆流系統(tǒng) 57Cortical and Juxtamedullary Nephrons58Three-dimensional reconstruction showing spatial relationships of DVR (green tubules) and DTLs (red tubules) to CDs (blue tubules) for a single CD cluster. 59Three-dimensional reconstruction of single CD segment (blue

18、) with multiple AVR (red). Inner medullary UTB-expressing DVR (green) tend to be distant from CDs A.B.60直小血管的作用:維持髓質(zhì)滲透壓梯度, 參與尿液濃縮與稀釋直小血管對溶質(zhì)和水的通透性均高，直小血管向髓質(zhì)深部下行時，周圍組織液的滲透壓逐漸升高;所以直小血管中的水進入髓質(zhì)組織液，而后者的溶質(zhì)（Na-Cl和Urea）進入到直小血管內(nèi)，達到平衡, 并在直小血管位于內(nèi)髓層的彎曲處滲透壓最高.61直小血管升枝出口處：由于直小血管是逆流系統(tǒng)，因此當直小血管升枝由髓質(zhì)深部返回外髓部，其中溶質(zhì)濃度高， 溶質(zhì)又回到髓質(zhì)的組織間液，水則從髓質(zhì)的組織液到直小血管因此，直小血管內(nèi)血漿的滲透壓無明顯改變;通過在高滲透壓的腎髓質(zhì)部的循環(huán)流動,直小血管參與動態(tài)維持腎髓質(zhì)滲透壓梯度.62尿生成調(diào)節(jié)水的重吸收, 與小管液溶質(zhì)濃度呈反比水利尿, 甘露醇