Niere und Wasserhaushalt

水分平衡

• 攝取與排出： 水分的攝取必須與排出相符，以維持體積和離子濃度的恆定。

• 檢查： 臨床醫生會建立水分平衡表，以比較攝取和排出的水量。

• 測量： 必須測量水分和食物的攝取量，以及尿液和糞便的排出量。

• 水分流失：

  • 無感性：經由皮膚和呼吸道。

  • 感性：經由出汗和喘氣進行體溫調節。

• 調節： 主要經由尿液和糞便的排出。

• 水分平衡的組成：

  • 最大比例：飲水量和尿液（受到嚴格調節）。

  • 疾病情況：可能增加糞便中的水分排泄。

  • 其他組成：來自食物和新陳代謝的水分。

  • 排出：汗水、呼吸、皮膚。

滲透壓與體積

• 恆定： 滲透壓（生物體內的粒子數量）和體積必須保持恆定。

• 獨立性： 這兩個量可以彼此獨立地偏離正常值。

• 可及性： 血漿通常是臨床醫生唯一可取得的數值，但僅佔總體積的一小部分。

• 考量： 也必須考慮組織間液、細胞內液、跨細胞液。

• 檢查： 超音波檢查用於檢測腹腔內的液體積聚。

• 指標： 血漿通常提供關於整體生物體水合程度的可靠指標。

體積與滲透壓的調節

• 體積喪失：

  • 例子：出血。

  • 後果：血漿體積和血壓下降。

  • 刺激：心血管壓力感受器受到刺激。

• 低張液體喪失：

  • 例子：出汗。

  • 後果：細胞外液的滲透壓增加。

  • 刺激：下丘腦或肝臟中的滲透感受器受到刺激。

• ADH 分泌：

  • 這兩種情況都會導致 ADH 分泌和口渴。

  • 血漿 ADH 升高會增加集尿管中的水通透性。

  • 增加水分再吸收會減少水分排泄。

  • 增加細胞外液的含水量。

腎臟：水分調節的主要器官

• 任務：

  • 排泄含氮物質，保存可保存的物質。

  • 維持水和電解質平衡、血壓、酸鹼平衡的恆定。

  • 形成和去活化激素（例如，紅血球生成素、維生素 D3）。

• 腎元： 腎臟的功能元件。

  • 人類腎臟：每個腎臟約 1,000,000 個腎元。

  • 馬：約 2,700,000 個腎元。

  • 豬：約 4,000,000 個腎元。

  • 狗：約 400,000 個腎元。

  • 貓：約 200,000 個腎元。

腎臟排泄

• 策略：

  • 高血流量和透過過濾的初步排泄。

  • 腎小管重吸收約 99% 的濾液（原尿）：回收可保存的物質和水分。

  • 分泌。

  • 激素調節排泄。

  • 排泄過濾且未被重吸收的物質。

• 腎元節段：

  • 腎絲球：超濾（原尿形成）的場所。

  • 近端腎小管：電解質、胺基酸、糖、水的大量重吸收。

  • 亨利氏環：實現尿液濃縮。

  • 遠端腎小管和集尿管：調節水和鹽的排泄。

腎臟中的基本過程（以人類為例）

• 腎臟血流量： 約 1800 升/天。

• 腎臟血漿流量： 約 900 升/天（血流量的一半）。

• 過濾： 約 180 升原尿/天（約血漿流量的 1/5）。

• 腎小管重吸收： 重吸收約 99% 的 180 升（178.2 升）。

• 排泄： 約 1% 的過濾體積（1.8 升/天）。

• 解剖學先決條件：

  • 不同長度的腎元（直到外髓或內髓）。

  • 亨利氏環返回到自身的腎絲球。

  • 兩個毛細血管區域串聯（腎絲球 + 另一個毛細血管區域）。

  • 從腎皮質到髓質的強烈滲透梯度。

研究方法

• 油滴法：

  • 在柏林自由大學開發。

  • 透過玻璃毛細管將油注入腎元，以隔離各個部分。

  • 能夠分析各個腎元節段的功能。

  • 在麻醉的大鼠身上進行。

  • 測量分泌和重吸收。

腎絲球和過濾

• 結構：

  • 腎絲球具有傳入（Vas afferens）和傳出（Vas efferens）血管。

  • 遠端腎小管返回到自身的腎絲球。

• 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顆粒。

  • 依賴電荷：基底膜中的負電荷排斥帶負電的顆粒。

  • 孔徑大小：

    • 內皮孔：75 奈米。

    • 原足細胞的過濾屏障：半徑為 1-4 奈米。

• 病理生理學相關性：

  • 發炎過程（腎炎）中過濾電荷的喪失。

  • 腎病症候群：腎臟白蛋白排泄增加（>3.5 克/天，而不是 <150 毫克/天）。

腎臟的自動調節

• 恆定維持： 血流和過濾獨立於全身血壓保持恆定。

• 範圍： 腎動脈中的平均血壓為 80 到約 180 毫米汞柱。

• 機制：

  • Bayliss 效應。

  • 腎小管-腎絲球回饋。

Bayliss 效應

• 位置： Vas afferens。

• 機制：

  • 腎臟血漿流量增加會增加 Vas afferens 中的壁張力。

  • 開啟應變激活的鈣通道。

  • 鈣流入並引起血管收縮。

  • Vas afferens 中的阻力增加。

  • 腎臟血漿流量和腎絲球過濾率減少。

腎小管-腎絲球回饋

• 機制：

  • 腎臟血漿流量下降會降低亨利氏環的流速。

  • 較少的 Na^+ 和 Cl^- 到達緻密斑細胞。

  • 腺苷分泌減少。

  • 上皮樣細胞中的 Ca^{2+} 濃度降低。

  • Vas afferens 的血管舒張。

  • 阻力降低。

  • 腎臟血漿流量和亨利氏環的流速增加。

腎小管上皮

• 專業化：

  • 近端腎小管：許多粒線體（ATP 產生）和大刷狀緣（表面積增加）。

  • ATP 提供運輸機制（主要、次要、三次主動）。

• 運輸機制：

  • 主要主動運輸：Na^+/K^+-ATPase 在基底外側膜中。

  • 次要主動運輸機制利用 Na^+ 梯度（例如 Na^+/H+-Exchange、葡萄糖/半乳糖/胺基酸共轉運蛋白）。

• 鈉的運輸過程：

  • 亨利氏環的粗上升部分：NKCC (Na+/K+/2Cl--重吸收)。

  • 早期遠端腎小管：Na+/Cl--共轉運蛋白 (NCC)。

  • 皮質和髓質集尿管：上皮鈉通道 (ENaC)。

  • 基底外側：Na+/K+-ATPase。

尿液濃縮

• 滲透梯度： 從皮質中的 300 毫滲透壓/升到髓質中的 1200 毫滲透壓/公斤。

• 機制：

  • 逆流濃縮原理（亨利氏環和直血管）。

  • 集尿管穿過滲透梯度。

• 運輸特性：

  • 亨利氏環的粗上升部分中的 NaCl 重吸收 (NKCC)。

  • 該區域對水的不滲透性。

  • 水可以從亨利氏環的下降部分中抽出。

  • 尿素重吸收僅在髓質集尿管中。

  • 髓質區域中的直血管的血流量低。

• 激素控制： 水通道蛋白（水通道蛋白）的嵌入受到激素控制。

利尿形式

• 抗利尿： 正常排泄狀態，防止脫水。

• 水性利尿： 大量尿液，濃度低（排泄多餘的水分）。

• 滲透性利尿： 滲透溶解的顆粒數量增加。

抗利尿與水性利尿

• 抗利尿：

  • 存在 ADH -> 嵌入水通道蛋白。

  • 高達 15% 的水被重吸收（僅約 1% 被排泄）。

• 水性利尿：

  • ADH 水平下降 -> 水通道蛋白減少。

  • 尿液排泄量高達腎絲球過濾率的 15%（約 26-27 升/天）。

ADH 分泌的調節

• 例子： 在 10 分鐘內攝取 1 升水。

• 後果： 血漿變得輕微低滲（稀釋）。

• 下丘腦中的滲透感受器： 合成 ADH。

• 腦垂腺後葉： 儲存 ADH。

• ADH 分泌減少： 透過降低神經衝動的速率。

• 後果： 遠端腎小管和集尿管的水滲透性降低。

• 最大水性利尿： 高達腎絲球過濾率的 15%。

ADH 在集尿管中的作用

• ADH 結合： 在血管加壓素受體上。

• 訊號轉導： 透過 cAMP -> 蛋白激脢 A。

• 水通道蛋白-2 的磷酸化和嵌入： 到頂端膜中。

• 水通道蛋白-2 的內化： 在 ADH 水平下降時。

• 水通道蛋白-3 和水通道蛋白-4： 在基底外側膜中（不受調節）。

腎性尿崩症

• 水通道蛋白： 選擇性水孔。

• 紊亂的原因：

  • 水通道蛋白-2 基因或血管加壓素受體基因中的突變。

  • 慢性腎臟疾病或藥物對腎小管的損害。

• 後果： 水分流失、高血鈉症、高張性脫水。

• 治療： 治療基礎疾病，補充水分。

滲透性利尿

• 原因：

  • 過濾的溶質增加（例如 糖尿病）。

  • 輸注不滲透物質（例如 甘露醇）。

  • 抑制單個轉運蛋白。

• 糖尿病：

  • 血糖濃度升高 -> 原尿中的葡萄糖濃度高。

  • 重吸收載體已達飽和 -> 葡萄糖重吸收不完全。

  • 葡萄糖殘留在管腔中，並滲透地吸走水分。

  • 通常從血糖水平 >10 毫莫耳/升開始。

等滲飲料

• **沒有血漿低滲。

• 心房利鈉肽 (ANP)：

  • 降低血壓並增加鈉排泄。

  • 腎素-血管收縮素-醛固酮系統與 ANP。

  • 來自心房的 ANP，來自腎臟的 Urodilatin。

  • 血容量過多 -> 心房心肌擴張 -> ANP 釋放 -> 血管舒張、腎血流量和腎絲球過濾率增加、鈉重吸收減少。

腎素-血管收縮素-醛固酮系統

• 組件：

  • 血管收縮素原（肝臟）。

  • 腎素（腎臟）。

  • 血管收縮素轉換酶 (ACE)（內皮細胞）。

  • 血管收縮素 I 和 II。

  • 醛固酮（腎上腺皮質）。

• 作用：

  • 血管收縮素 II：血管收縮，作用於下丘腦和腎上腺皮質（釋放醛固酮和 ADH）。

  • 醛固酮：嵌入鈉通道並合成以促進鈉重吸收。

  • ADH：嵌入水通道。

  • 腎臟鈉和水分重吸收增加 -> 血容量增加，血壓升高 -> 鈉含量增加。