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VL Klinische Biochemie und Physiologie III - Wasserhaushalt & Niere

水分平衡與腎臟

水分平衡

  • 水分平衡：水的攝取和排出。

    • 攝取：飲用水、食物、新陳代謝。

    • 排出：皮膚、呼吸道、尿液、糞便、乳汁等。

      • 不顯性失水

      • 顯性失水：出汗、喘氣

  • 體溫調節

  • 水分平衡的調節：滲透壓調節和體積調節。

腎臟的功能

  • 排出含氮廢物。

  • 保存有價值的物質。

  • 維持/調節：

    • 水和電解質平衡。

    • 血壓。

    • 酸鹼平衡。

  • 產生/去活化激素：EPO、維生素D3。

腎臟的結構

  • 腎皮質

  • 腎髓質

  • 腎盞

  • 腎盂

  • 腎動脈 (A. renalis)

  • 腎靜脈 (V. renalis)

  • 輸尿管 (Ureter)

腎元

  • 人：2 * 1 百萬腎元

  • 牛：2 * 4 百萬

  • 狗：2 * 40 萬

  • 貓：2 * 20 萬

  • 馬：2 * 2.7 百萬

腎臟排泄的策略

  1. 高血流和通過過濾“初步”排泄。

  2. 腎小管重吸收約 99% 的濾液，以回收有價值的物質和水（也包括：分泌）。

  3. 調節：排泄受到激素調節。

  4. 經過濾然後未被重吸收的物質被排出。

腎元節段

  • 腎小球

  • 近端腎小管

  • 亨利氏環

  • 遠端腎小管

  • 集合管

基本過程及相關數字

  1. 腎血流量 (RBF): 1800 \, \text{l/d}

  2. 腎血漿流量 (RPF): 900 \, \text{l/d}

  3. 腎小球濾過率 (GFR): 180 \, \text{l/d}

  4. 腎小管重吸收 (淨效應): 178,2 \, \text{l/d}

  5. 排泄: 1,8 \, \text{l/d}

  • 約 20% 的 RPF 被過濾。

  • 約 1% 的濾液被排出。

腎元和血管

  • 亨利氏環總是回到它自己的腎小球。

  • 兩個連續的毛細血管區域。
    - 腎小球

    • 腎小管周圍毛細血管網

油滴法

  • 用於測量腎小管中重吸收和分泌的經典研究方法。
    - 添加用於重吸收測量

    • 添加用於分泌測量

  • 麻醉大鼠的功能完整的腎臟

  • 添加和移除腎小管液體

  • 分析

腎小球

  • 超濾的電荷依賴性

    • 內皮孔：半徑 75 nm

    • 有孔足細胞：半徑 1-4 nm

    • 具有負電荷的基底膜

  • 定義：

    • 健康：白蛋白排泄 < 150 mg / d

    • 腎病症候群：白蛋白排泄 > 3.5 g / d

  • 病理生理學：腎臟白蛋白排泄

  • 腎炎：過濾電荷的損失

GFR 的自 регуляция

  • 在 80 和 180 mmHg 之間，RPF 和 GFR 幾乎保持不變。

  • 血流和過濾保持恆定。

  • 兩種機制：

    1. Bayliss效應：局部肌源性反應

    2. 腎小管-腎小球反饋：腺苷介導

Bayliss 效應

  • RPF 的增加導致入球小動脈中壁張力增加。

  • 這激活了伸展激活的 Ca^{2+} 通道。

  • 增加的 Ca^{2+} i 導致血管收縮。

  • 結果：保持 RPF 和 GFR 恆定。

腎小管-腎小球反饋

  • RPF 的增加導致通過亨利氏環的流速增加。

  • 管狀 MD 細胞處 [Na+] 和 [Cl–] 增加。

  • 腺苷分泌增加導致上皮樣細胞中 Ca^{2+} i 增加。

  • 血管舒張（入球小動脈）

  • 結果：保持 RPF 和 GFR 恆定。

尿液濃縮的運輸特性

  1. 在亨利氏環的粗上升部分中 Na^+ 和 Cl^- 重吸收。

  2. 亨利氏環上升部分的不透水性。

  3. 髓質集合管中的尿素重吸收。

  4. 髓質區域中直血管的低血流。

利尿形式

  • 抗利尿：正常的排泄狀態，防止脫水。

  • 水利尿

  • 滲透性利尿

利尿形式的比較

  • 抗利尿激素 (ADH)：在抗利尿中起作用。

  • 水利尿：ADH 分泌減少。

  • 滲透性利尿：葡萄糖 (>10 mM)、甘露醇或甜味劑等物質充當利尿劑。

  • Saluretika：促進鈉排泄。

  • 血壓：可以影響利尿。

  • 狹義滲透性利尿：溶質本身是利尿劑。

示例 1：喝水

  1. 血漿變得輕微低滲。

  2. 下丘腦：滲透壓感受器和 ADH 合成。

  3. 垂體後葉：儲存 ADH。

  4. 通過降低神經衝動的速率：減少 ADH 分泌。

  5. 在沒有 ADH 的情況下，遠端腎小管和集合管的透水性大大降低。

  6. 最大水利尿的上限：GFR 的 15%。

ADH (=VP) 到 AQP2 的信號轉導

  • AQP2 = 水通道蛋白-2- 頂端

    • 僅在集合管中

    • 作為唯一受激素調節的

  • 上皮中的其他水通道：
    - 頂端：AQP1，較少 AQP7

    • 基底外側：所有地方 AQP3、AQP4

  • ADH 調節 AQP2 的插入。

腎性尿崩症

  • 原因：AQP-2 和 VR 基因突變導致 AQP-2 未能插入腎小管細胞的頂端膜中

  • 還有：由於慢性腎臟疾病或藥物對腎小管的損害

  • 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

鈉尿肽 (NP)

  • 降低血壓並增加 Na^+ 排泄。

  • 抑制腎素-血管收縮素-醛固酮系統。

  • ANP（心房鈉尿肽）來自心房

  • Urodilatin 來自腎臟

Urodilatin

  • 形成：來自 ANP（在遠端腎小管上皮中）

  • 釋放：進入管腔

  • 腎臟效應：抑制 ENaC，從而減少集合管中 Na^+ 重吸收。

ANP
形成

  • 主要在右心房

觸發因素

  • 血容量過多，導致心房心肌擴張，以及其他觸發因素

受體

  • 鈉尿肽受體 A 型 (NPR-A)

效應

  • 一般血管舒張

  • 降低血壓

  • 擴張入球小動脈，導致 RBF 和 GFR 增加

  • 減少 Na^+ 重吸收不是由 ANP 引起，而是由 Urodilatin 引起

  • 總體而言：增加鈉排泄、利尿並降低血壓

示例 2：等滲飲料 (~300 mosmol)
腎素-血管收縮素-醛固酮系統

  • 下丘腦

  • 小管中的 [Na+]（緻密斑）

  • 入球小動脈中的血壓

  • 血管收縮素原被腎素轉化為血管收縮素 I。

  • 血管收縮素 I 被 ACE（血管收縮素轉換酶）轉化為血管收縮素 II。

  • 血管收縮素 II 刺激腎上腺皮質釋放醛固酮，並刺激下丘腦釋放 ADH。

  • 醛固酮和 ADH 促進腎臟 Na^+/H_2O 重吸收。

  • 這導致血容量增加、血管收縮和血壓升高。

Clearance
一般 Clearance-公式

cX [\text{ml / min}] = \frac{VU \cdot [X]U}{[X]P}

Clearance 的定義

  1. 功能性定義：每單位時間排泄的物質量與相關物質的血漿濃度之比。Clearance：腎臟的清除能力

  2. 學術定義：在單次腎臟通過中，每單位時間從物質 X 完全清除的血漿液體量。

肌酸酐-Clearance 作為 GFR 的量度

GFR = \frac{VU \cdot [Kr]U}{[Kr]_P}

  • 肌酸酐：
    - 是一種含氮代謝的最終產物

    • 是內源性恆定形成的

    • 是自由過濾的

  • 其他物質：磺胺酸鈉、菊粉

計算

  • 每時間的肌酸酐-過濾 = 每時間的肌酸酐-排泄 = 恆定

  • 因此，GFR 與肌酸酐的血漿濃度（[肌酸酐]P）成反比。

  • GFR = \frac{\text{肌酸酐-形成}}{\text{[肌酸酐]_P}}

  • 因此，僅從 [肌酸酐]P 即可估計 GFR。

[肌酸酐]P 作為 GFR 的粗略量度

  • 肌酸酐-形成：
    - 1,2 g/d

    • 1,7 g/d

    • 2,3 g/d

  • 根據肌肉質量的個別常數

  • 肌肉質量取決於：
    - 年齡（遞減）

    • 重量（遞增）

    • 性別（女：遞減，男：遞增）