Niere und Wasserhaushalt
水份平衡
定義: 水份攝取與排泄的平衡。
意義: 維持細胞內液與細胞外液的離子濃度與體積。
確認: 臨床水份平衡（比較攝入與排出的水份量）。
測量:
義務性：水份和食物攝取、尿液和糞便排出。
不自覺的水份流失：皮膚和呼吸道。
自覺的水份流失：出汗和喘氣（體溫調節）。
調節: 主要透過尿液和糞便。
水份平衡的組成部分:
最大部分：飲水量和尿液（最強的調節）。
其他組成部分：食物中的水份、代謝水、透過汗液、呼吸和皮膚排出的水份。
水份平衡中的常數
滲透壓: 生物體內所有粒子的量度。
容量: 粒子溶解的體積。
偏差: 可以獨立於彼此偏離正常值。
臨床醫生可測量: 血漿（整體體積的一小部分）。
考慮其他空間: 組織間液、細胞內液、跨細胞液（透過額外檢查，如超音波）。
血漿作為參考點: 對於整體生物體的保水狀態相當可靠。
容量與滲透壓的調節
容量流失 (出血):
血漿容量 ↓，血壓 ↓ → 心血管受體興奮。
低滲液體流失 (出汗):
細胞外液滲透壓 ↑ → 下丘腦/肝臟滲透壓感受器興奮 → ADH分泌，口渴。
ADH分泌:
血漿ADH ↑ → 集合管水份通透性 ↑ → 水份重吸收增加 → 水份排出 ↓ → 細胞外液水份含量 ↑。
水份攝取。
腎臟作為水份調節的主要器官
任務:
排泄尿素氮等廢物。
保存有益物質。
維持水份和電解質平衡、血壓、酸鹼平衡恆定。
激素的產生和失活（紅血球生成素、維生素D3）。
腎元: 腎臟的功能單位。
腎元數量:
人類: 每腎臟 1,000,000
馬: 約 2,700,000
豬: 4,000,000
狗: 400,000
貓: 200,000
腎臟排泄策略:
高血流量和透過過濾進行初步排泄。
原尿（初級尿）約 99\% 的腎小管重吸收。
有益物質和水份的回收。
分泌。
排泄的荷爾蒙調節。
未重吸收物質的排泄。
腎元各節段
腎小球: 超濾（從中擠出初級尿的血管叢）的部位。
近曲小管: 大量重吸收（有益物質、電解質、胺基酸、糖、水）。
亨利氏環: 使尿液濃縮。
遠曲小管和集合管: 調節水份和鹽份的排泄。
腎臟的基本過程 (人類)
腎血流量: 約 1800 升/天。
腎血漿流量: 約 900 升/天。
過濾: 約 180 升/天（初級尿）。
腎小管重吸收: 約 178.2 升/天 (99\%).
排泄: 約 1.8 升/天（濾液的 1\%）。
濾過率: 腎血漿流量的 20\%。
排泄率: 濾液的 1\%。
腎臟解剖學
長度不一的腎元:
短腎元: 只延伸到外髓質。
長腎元: 深入內髓質。
特點:
亨利氏環返回其自身的腎小球。
兩個毛細血管區域串聯（腎小球和額外的毛細血管區域）。
必要性: 腎皮質到髓質的強大滲透壓梯度。
油滴法
發展: 自由大學（早期）。
原理: 透過玻璃毛細管將油注入腎元，以分離各個節段。
分析: 透過氣體毛細管提取和添加液體，以分析單個腎元節段的功能。
執行: 麻醉大鼠的功能完整腎臟（腎豆的大小和形狀）。
腎小球與過濾
結構: 入球小動脈（Vas afferens）和出球小動脈（Vas efferens），遠曲小管返回腎小球。
過濾屏障: 三層過濾器：
血管內皮。
三層基底膜。
上皮細胞足突的裂隙膜。
超濾: 分離不同大小的溶解粒子（不是純粹的液態與固態分離）。
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:
內皮孔徑：75 奈米（有孔內皮）。
足細胞的過濾屏障：半徑為 1 到 4 奈米。
病理生理學相關性: 炎症（腎炎）時過濾電荷的喪失。
腎病綜合征: 腎臟白蛋白排泄增加（每天超過 3.5 克；健康：每天少於 150 毫克）。
腎臟的自動調節
恆定性: 血流量和過濾量與全身血壓無關（在廣泛範圍內）。
必要性: 不受身體活動影響的持續調節。
機制:
貝利斯效應 (Bayliss Effect)。
腎小管-腎小球回饋 (Tubuloglomeruläres Feedback)。
貝利斯效應:
主要作用於入球小動脈。
腎血漿流量增加 → 入球小動脈壁張力 ↑ → 牽張活化鈣通道開放 → 鈣內流 → 收縮。
入球小動脈阻力增加 → 腎血漿流量和腎小球濾過率下降。
腎小管-腎小球回饋:
腎血漿流量 ↓ → 亨利氏環流量 ↓ → 致密斑細胞處鈉和氯化物減少。
致密斑細胞：亨利氏環升支特化的細胞。
鈉和氯化物濃度降低 → 腺苷分泌減少 → 上皮細胞鈣濃度降低 → 入球小動脈血管舒張。
阻力下降 → 腎血漿流量和亨利氏環流量增加 → 鈉和氯化物濃度增加。
腎小管上皮
特化:
近曲小管：許多線粒體（ATP生成）、刷狀緣（增加表面積）。
ATP用於多種轉運機制。
轉運機制:
初級主動轉運：鈉鉀泵（基底外側細胞膜）。
次級主動轉運：利用鈉梯度（例如，鈉-質子交換器、葡萄糖/半乳糖/胺基酸協同轉運體）。
鈉轉運:
亨利氏環粗升支：NKCC（鈉-鉀-氯化物協同轉運體）。
早期遠曲小管：鈉-氯化物協同轉運體 NCC。
皮質和髓質集合管：上皮鈉通道 ENaC。
基底外側：鈉鉀ATP酶。
尿液濃縮
滲透壓梯度:
正常：300 毫滲透壓/升。
腎髓質：高達 1200 毫滲透壓/公斤。
機制:
逆流濃縮原理（亨利氏環和伴隨的血管）。
集合管穿過大的滲透壓梯度。
轉運特性:
亨利氏環粗升支中的鈉和氯化物重吸收（NKCC）。
該區域對水份不滲透。
水份從亨利氏環降支中被抽出 → 粒子被濃縮。
尿素重吸收僅發生在髓質集合管。
直血管在髓質區域血流量低。
水份重吸收:
強大的驅動力。
水通道嵌入的荷爾蒙調控。
利尿形式
抗利尿: 正常排泄狀態（防止脫水）。
排泄體內代謝廢物（代謝最終產物、異生物質）。
水性利尿: 大量尿液，低濃度尿液（排泄過量攝入的水份）。
滲透性利尿: 存在一定數量的滲透溶解粒子。
抗利尿與水性利尿:
抗利尿：水通道蛋白嵌入（ADH）→ 重吸收高達 15\% 的水份 → 約 1\% 排泄。
水性利尿：ADH水平下降 → 水份重吸收減少 → 尿液排泄高達腎小球濾過率的 15\%（約 26-27 升/天）。
水中毒:
血漿變為低滲。
下丘腦中的滲透壓感受器 → ADH合成。
垂體後葉ADH分泌減少。
遠曲小管和集合管的水份通透性增加。
最大水性利尿：腎小球濾過率的 15\%。
ADH在集合管的作用:
ADH與血管加壓素受體結合 → 細胞內信號轉導級聯 → 水通道蛋白磷酸化並嵌入頂膜。
缺乏嵌入 → ADH水平下降時水通道蛋白內化。
水通道蛋白2：唯一受荷爾蒙控制的水通道。
基底外側膜：水通道蛋白3和4（不受調節的）。
其他水通道：水通道蛋白1和7（不受調節的）。
腎性尿崩症:
水通道蛋白：選擇性水孔。
由於水通道蛋白基因或血管加壓素受體基因突變導致水通道蛋白嵌入障礙。
腎小管可能因慢性腎臟疾病或藥物受損。
後果：水份流失、高血鈉、高滲性脫水。
治療：治療基礎疾病、補充液體。
滲透性利尿:
濾過溶質增加（例如，糖尿病）。
血糖濃度升高 → 轉運體飽和 → 葡萄糖留在管腔中並以滲透方式帶走水份。
血糖水平：超過 10 毫摩爾/升。
不可滲透的物質（例如，甘露醇）。
溶質本身就是利尿劑。
抑制單個轉運體。
排泄量可能超過腎小球濾過率的 15\%。
等滲飲料:
血漿不會變為低滲。
心房利鈉肽 (ANP)。
利鈉肽:
降低血壓並增加鈉排泄。
腎素-血管張力素-醛固酮系統。
來自心房的ANP（心房利鈉肽）。
來自腎臟的Urodilatin。
ANP釋放：血容量過多（心房肌拉伸）。
後果：血管舒張、血壓降低、入球小動脈擴張、腎血流量增加、腎小球濾過率增加、鈉重吸收減少（Urodilatin）。
主要為鈉排泄、利尿、血壓下降。
Urodilatin：抑制上皮鈉通道並減少集合管中的鈉重吸收。
腎素-血管張力素-醛固酮系統
參與: 抗利尿、液體和電解質平衡調節、血壓。
組件:
血管張力素原（肝臟）。
腎素（腎臟）→ 將血管張力素原轉化為血管張力素I。
ACE（血管張力素轉化酶）在內皮細胞中 → 將血管張力素I轉化為血管張力素II。
血管張力素II:
血管收縮。
作用於下丘腦和腎上腺皮質 → 醛固酮和ADH的釋放。
鈉通道的嵌入和鈉通道的合成，用於腎臟鈉的重吸收。
水通道嵌入集合管細胞的頂膜。
後果: 腎臟鈉和水份重吸收、血容量增加、血壓升高、鈉含量增加。
血管收縮: 升壓。
清除率
定義: 腎臟的清除能力（腎臟如何處理某些物質）。
清除率: 每單位時間排泄的物質量與該物質血漿濃度的比率。
公式: C = (U * V) / P (C = 清除率，U = 尿液濃度，V = 尿液時間量，P = 血漿濃度)。
學術定義: 在一次腎臟通過時，每單位時間從血液中完全清除一種物質的血漿液體量。
腎小球濾過率 (GFR) 的測定
範例: 肌酐。
肌肉代謝產生的含氮廢物。
內源性恆定生成並自由濾過。
在腎元通過過程中沒有額外的分泌或重吸收。
公式:
GFR = (U{\text{肌酐}} * V) / P{\text{肌酐}}
GFR = 肌酐清除率
U_{\text{肌酐}}：尿液中肌酐的濃度
V：尿液時間量
P_{\text{肌酐}}：血漿肌酐濃度
GFR的估算:
肌酐恆定生成並以恆定速率排泄。
僅從血漿肌酐濃度即可估算GFR。
GFR與血漿肌酐濃度之間的雙曲線關係。
因個體肌肉量（取決於年齡、體重和性別）而異。
只有在血漿肌酐濃度顯著升高時才能做出可靠的判斷。
血漿檢查中肌酐值的常規測定（粗略參考）。
透過輸注菊粉（既不分泌也不重吸收）進行更精確的測定。