Niere und Wasserhaushalt

水平衡

• 攝取與排出：

  • 水對所有生命過程至關重要。

  • 水的攝取必須與排出相符，以保持離子濃度和體積的恆定。

  • 臨床水平衡：攝入和排出水量的對比。

• 測量：

  • 必須測量：水和食物的攝入、尿液和糞便的排出。

  • 無感水分流失：皮膚和呼吸道。

  • 有感水分流失：出汗和喘氣（體溫調節）。

  • 主要調節：尿液和糞便。

• 健康人的水平衡範例：

  • 最大比例：飲水量和尿液（最強的調節）。

  • 疾病情況：糞便中的水分排泄可能顯著增加。

  • 其他成分：來自食物的水、來自代謝的水、通過汗水、呼吸、皮膚的排出。

• 維持恆定：

  • 滲透壓（所有粒子量的量度）。

  • 體積（溶解粒子的體積）。

  • 這兩個量可以彼此獨立地變化。

• 臨床可及性：

  • 血漿（總體積的一小部分）。

  • 其他考慮因素：組織間隙、細胞內空間、跨細胞空間（通過超聲等進一步檢查）。
    
    

    *血漿通常提供關於水合程度的可靠線索。

• 平行調節體積和滲透壓：

  • 體積減少的例子：出血導致血漿體積和血壓下降，刺激心血管受體。

  • 低滲液體流失的例子：出汗增加細胞外液的滲透壓，刺激下丘腦/肝臟中的滲透受體，ADH分泌，口渴。

  • 血漿ADH升高：增加集合管中的水滲透性，增加水的重吸收，減少水的排泄，增加細胞外液的含水量。

腎臟：水調節的主要器官

• 任務：

  • 排泄含氮物質，保存可保留的物質。

  • 維持水和電解質平衡、血壓、酸鹼平衡。

  • 形成和滅活激素（促紅細胞生成素、維生素D3）。

• 腎元：

  • 腎臟的功能元件。

  • 人腎：每個約1,000,000個腎元。

  • 馬：約2,700,000個腎元，豬：4,000,000，狗：400,000，貓：200,000。

• 腎臟排泄策略：

  • 高流量和通過過濾的初步排泄。

  • 約99％濾液（原尿）的湍流重吸收，物質和水的回收。

  • 分泌。

  • 激素調節排泄。

  • 排泄過濾的、未重吸收的物質。

• 腎元段：

  • 腎小球：超濾的場所（從中壓出原尿的血管球）。

  • 近端小管：物質、電解質、氨基酸、糖、水的定量重吸收。

  • 亨利氏環：實現尿液濃縮。

  • 遠端小管和集合管：調節水和鹽的排泄。

• 基本過程（以人為例）：

  • 腎血流量：$1800$$$1800$$升/天。

  • 腎血漿流量：$900$$$900$$升/天。

  • 過濾：$1/5$$$1/5$$的血漿流量，$180$$$180$$升原尿/天。

  • 腎小管重吸收：$99$$$99%$$的$180$$$180$$升 = $178.2$$$178.2$$升。

  • 排泄：$1$$$1%$$的濾液，$1.8$$$1.8$$升/天。

  • $20$$$20%$$的腎血漿流量被過濾，$1$$$1%$$的濾液被排泄。

• 解剖學前提：

  • 不同長度的腎元（直到外髓或內髓）。

  • 亨利氏環返回到其自身的腎小球。

  • 兩個毛細血管區域串聯連接（腎小球和額外的毛細血管區域）。

  • 需要從腎皮質到髓質的強滲透梯度

• 油滴法：

  • 在自由大學開發。

  • 將油注入腎元以分離各個部分。

  • 允許分析各個腎元段的功能。

  • 在麻醉大鼠的功能完整的腎臟上進行。

• 腎小球中的染料滴注（影片）：

  • 染料在腎元中的分佈。

  • 可見的近端腎元表面積增大。

  • 滴劑流經髓質中的亨利氏環。

  • 亨利氏環的下降和上升部分平行定位。

  • 上升部分返回到腎小球（調節機制的接觸）。

• 腎小球（示意圖）：

  • 輸入（入球小動脈）和輸出血管（出球小動脈）。

  • 遠端小管返回到腎小球。

  • 過濾屏障（三層過濾器）：選擇性地形成原尿。

  • 血管內皮

  • 基底膜

  • 上皮細胞（足細胞）到腎元腔的裂隙膜

• 超濾：

  • 分離不同大小的溶解粒子（非純液體/固體分離）。

  • 電荷依賴性：基底膜中的負壁電荷排斥帶負電荷的粒子，孔徑大小：內皮孔75 nm，具有過濾屏障的足細胞（半徑1-4 nm）。

  • 病理生理學相關：過濾電荷的損失（腎炎），腎臟白蛋白排泄增加（腎病綜合徵 > $3.5$$$3.5$$g/天，健康 < $150$$$150$$mg/天）
    
    

    *含氮物質：代謝終產物（例如肌酸酐）

腎臟的自動調節

• 維持恆定：

  • 血流和過濾在很大程度上獨立於全身血壓保持恆定。

  • 需要獨立於身體活動的持續調節。

  • 確保恆定的腎小球過濾率。

  • 腎動脈的平均血壓：在$80$$$80$$到約$180$$$180$$ mmHg之間。

• 機制：

  • Bayliss效應。

  • 腎小管-腎小球反饋。

• Bayliss效應：

  • 主要在入球小動脈中。

  • 腎血漿流量增加會增加入球小動脈的壁張力。

  • 開啟伸張激活的鈣通道，鈣流入，血管收縮。阻力增加，腎血漿流量和腎小球過濾率降低。

• 腎小管-腎小球反饋：

  • 腎血漿流量降低會降低通過亨利氏環的流速。

  • 較少的鈉和氯到達緻密斑細胞。

  • 腺苷分泌減少（入球小動脈舒張）。阻力降低。腎血漿流量、通過亨利氏環的流速和濃度增加
    
    

    *腎小球過濾率的自動調節。

腎小管上皮

• 專業化：

  • 許多線粒體（ATP產生），尤其是在近端小管中。

  • 腔膜的大表面積增加（刷狀緣）。
    
    

    *為膜蛋白提供能量

• 運輸機制：

  • 初級主動運輸：基底外側細胞膜中的鈉-鉀泵

  • 次級主動運輸：利用鈉梯度（NHE、葡萄糖/半乳糖/氨基酸-同向轉運蛋白）。

  • 近端小管主要具有初級主動運輸和次級主動運輸鈉梯度被利用（NHE、葡萄糖/半乳糖/氨基酸-同向轉運蛋白）。

• 鈉的運輸過程：

  • 亨利氏環的粗上升部分：NKCC（鈉-鉀-氯化物重吸收）。

  • 早期遠端小管：鈉-氯化物同向轉運蛋白NCC。

  • 皮質和髓質集合管：上皮鈉通道ENAK（鈉重吸收），外側：鈉-鉀-ATP酶。

尿液濃縮

• 多種機制的相互作用：

  • 從皮質到髓質的高滲透梯度。

  • 血液中的正常滲透壓：$300$$$300$$毫滲透壓/升。

  • 腎髓質中的強濃度：高達$1200$$$1200$$毫滲透壓/千克。

• 逆流濃縮原理：

  • 通過亨利氏環和伴隨的血管保證
    
    

    *集合管暴露於大的滲透梯度。

• 運輸特性：

  • 亨利氏環粗上升部分中的鈉和氯化物重吸收（NKCC）。

  • 這個區域對水不通透。

  • 水從亨利氏環的下降部分被拉出，濃度增加。

  • 尿素重吸收僅在髓質集合管中發生

• 前提：

  • 髓質區域中直小血管的血流較低

• 驅動力：

  • 水通道的整合（激素控制）。
    
    

    *相反，如果未整合水通道，水會離開身體

利尿形式

• 區別：

  • 抗利尿 = 正常狀態。防止脫水。排泄代謝產物和異生素。

  • 水利尿 = 尿量較大，低濃度尿液。快速排泄過量攝入的水。

  • 滲透性利尿 = 存在一定數量的滲透溶解粒子。

• 抗利尿與水利尿：

  • 抗利尿：水通道蛋白允許重吸收高達15％的保留水（僅約1％被排泄）。通過ADH（抗利尿激素/血管加壓素）整合水通道。

  • 水利尿：ADH水平降低，整合的水通道減少，可能排出高達腎小球濾過率的15％的尿液（每天180升時約26-27升）。

• 喝水的例子：

  • 10分鐘內吸收1升水：血漿變得低滲。

  • 下丘腦中的滲透受體合成ADH。

  • ADH儲存在垂體後葉中。

  • 下丘腦 = 植物神經系統的聲音位置。

  • 神經衝動率降低時，ADH分泌減少。

  • 在大量ADHS的情況下，遠端小管和集合管的水滲透性大大降低，最大水利尿的上限是腎小球濾過率的15％。

ADH在集合管中的作用

• 機制：

  • ADH/血管加壓素與血管加壓素受體結合。

  • 細胞內信號轉導級聯（通過CAMP，蛋白激酶A）導致水通道蛋白的磷酸化和整合到頂端膜中。

  • 在ADH水平下降時，水通道蛋白的缺失整合/內化。

  • 水通道蛋白的整合（血管加壓素誘導）和降解（在低ADH水平下的內吞作用）的動態過程。

  • 水通道蛋白2 = 唯一受激素控制的水通道。

• 顯微鏡圖像：

  • 水通道蛋白更多地整合到頂端膜中。

  • 基底外側膜中的水通道蛋白3和4（不受調節）。

  • 上皮細胞中的其他水通道：水通道蛋白1和7（也不受ADH控制）。

腎性尿崩症

• 水通道蛋白：

  • 具有狹窄點的選擇性水孔。

  • 只有一排水分子可以通過。
    
    

    *沒有離子或其他小溶解物質通過。

• 干擾：

  • 水通道蛋白基因的突變。

  • 血管加壓素受體（HDR受體）基因的突變。

  • 腎小管可能因慢性腎臟疾病或藥物而受損胞腎小管可能因慢性腎臟疾病或藥物而受損。

• 後果：

  • 失水，高鈉血症，高滲性脫水。

• 治療：

  • 治療基礎疾病，補充液體。

滲透性利尿

• 原因：

  • 過濾的溶質增加（例如，糖尿病：血液中葡萄糖濃度升高，載體飽和，葡萄糖保留在管腔中並吸水。通常在血糖水平 > $10$$$10$$ mmol/L時）。

  • 輸注不滲透物質（例如，甘露醇）。

• 機制：

  • 溶質本身是利尿劑。

• 策略：

  • 抑制單個轉運蛋白 => 增加排泄。
    
    

    *增加超過腎小球濾過率的15％的體積的排泄。

等滲飲料攝取

• 心房鈉肽（ANP）：

  • 降低血壓並增加鈉排泄。

  • 腎素-血管緊張素-醛固酮系統與ANP（心房）和Urodilatin（腎臟）。

• ANP形成：

  • 右心房。

• 觸發：

  • 血容量過多（體積增加導致心房心肌擴張）。
    
    

    *擴張輸入小動脈。

• 後果：

  • 一般血管舒張，降低血壓，擴張Mas Afferenz。 腎血流量因此增加，腎小球濾過率也增加，並且鈉的重吸收減少，這不是由AMP引起的，而是由Urodilatin引起的。

  • 主要的鈉排泄，利尿，血壓下降。
    
    

    *體積的減少會導致血壓的降低。

• Uroildatin：

  • 在腎臟中由ANP形成，釋放炎症因子。

  • 抑制上皮鈉通道並減少集合管中的鈉重吸收。

腎素-血管緊張素-醛固酮系統

• 參與：

  • 對於抗利尿至關重要，調節體液和電解質平衡以及血壓。
    
    

    *通過兩個平行運行的機制調節血壓。

• 組成部分：

  • 血管緊張素原（肝臟）通過腎素（腎臟）轉化為血管緊張素I。

  • 血管緊張素I通過ACE（內皮細胞）轉化為血管緊張素II。

• 血管緊張素II的作用：

  • 血管收縮。

  • 對下丘腦和腎上腺皮質的作用（釋放醛固酮和ADH）。

• 醛固酮作用：

  • 整合鈉通道並合成鈉通道以進行腎臟鈉重吸收。

• ADH作用：

  • 將水通道整合到集合管細胞的頂端膜中

• 結果：

  • 腎臟鈉和水的重吸收增加，血容量增加，血壓升高，鈉濃度升高。
    
    

    *血管收縮也升高血壓。

清除率（腎臟的清除能力）

• 定義：

  • 描述腎臟如何處理物質。

  • 每單位時間排泄的物質量與血漿濃度之比。
    
    

    *功能性清除率 = 每單位時間排泄的物質量與相關物質的血漿濃度之比。

• 公式：

  • $清除率 = (尿液時間體積 * 尿液中物質的濃度) / 血漿濃度$$$清除率 = (尿液時間體積 * 尿液中物質的濃度) / 血漿濃度$$

• 學術定義：

  • 在一次腎臟通過中完全清除了物質X的每時間的血漿液量。
    
    

    *在一次腎臟通過中完全清除了1種物質x的每時間的血漿液量。

• 腎小球濾過率（GFR）的測定：

  • 考慮肌酸酐（或硫酸鈉/菊粉）。

  • 肌酸酐是肌肉代謝的代謝最終產物，內源性地恆定形成並自由過濾。
    
    

    *過濾的肌酸酐量等於每時間排泄的量。

• 用於GFR計算的清除率公式：

  • $GFR = 肌酸酐清除率 = (尿液時間體積 * 尿液中肌酸酐的濃度) / 肌酸酐血漿濃度$$$GFR = 肌酸酐清除率 = (尿液時間體積 * 尿液中肌酸酐的濃度) / 肌酸酐血漿濃度$$

• 從肌酸酐血漿濃度估算GFR：
  
  

  *肌酸酐恆定形成，因此也以恆定速率排泄。

• GFR與肌酸酐血漿濃度的關係：

  • 雙曲線：在生理最大GFR時，肌酸酐血漿濃度較低，但存在一定的散射。

• 散射：

  • 取決於肌肉量（年齡，體重，性別）。

  • 只有在一定的臨界下降後才能做出可靠的聲明。

• 常規測定肌酸酐值：

  • 粗略的指示。通過菊粉輸注進行更精細的測定。