现代肾脏生理与临床

博**学

随着现代分子生物学与生物物理技术的飞速发展及其在肾脏生理领域的广泛应用，对于肾脏生理功能的认识，已从整体研究进入到细胞及亚细胞水平，对于肾脏在稳定机体内环境机制方面已深入涉及到它们的分子生物学基础。本文主要阐明如何应用现代肾脏生理知识来理解一些与临床有关的病理生理情况。由于篇幅所限，仅就肾小球滤过功能，各段肾小管对水钠重吸收、尿液稀释、浓缩机制以及肾脏对酸碱平衡的调节等作简要讨论。
　　一、肾小球滤过功能与调节
　　肾小球滤过功能受肾小球的入球和出球小动脉收缩情况的影响，而此受许多神经、体液因素支配，包括血管紧张素II(AngII)、内皮素、一氧化氮(NO)、血管加压素(AVP)、前列腺素(PG)以及激肽、心钠素、儿茶酚胺、胰高血糖素、甲状旁腺素(PTH)等。另外，滤过分数、滤过系数又由滤过面积所决定。特别重要的是，肾小球滤过还受滤过液在肾小管中的情况而定，此即小管-小球反馈(TGF)。大分子物质滤过除受肾小球血流动力学影响以外，还受滤过屏障中的许多因素，包括滤孔大小、电荷等情况而定。
　　下面简述几种病理生理情况下，影响肾小球滤过的各种因素是如何参与发病机制：
　　（一）蛋白尿
　　蛋白尿除作为一种肾脏损害标志外，更是一种促进肾脏病进展的***危险因素。多种血管活性物质可影响肾小球滤过功能而促进蛋白尿，这里特别强调AngII所起的作用，临床应用ACEI阻断AngII产生或应用ATI型受体拮抗剂阻断AngII的作用可明显减轻蛋白尿。
　　（二）急性肾功能衰竭(ARF)
　　尽管引起ARF病因有所不同，但特征性病理、生理改变均是SNGFR下降，其机制可能与缩血管物质如AngII、ET-1活性增加，扩血管物质如NO、PG等活性下降，致入球小动脉过度收缩有关。
　　晚近有认为TGF机制在其中亦起着十分重要作用，缺血、缺氧或中毒等启动因素可增加近端小管细胞内钙水平，从而激活钙蛋白酶(Calpain)，后者可使细胞骨架蛋白分离、肾小管基底膜Na+-K+-ATP酶极性改变，近端肾小管Na+重吸收减少，流入髓襻升支粗段(TALH)致密斑部位Na+增加，从而激活TGF，使SNGFR下降。
　　最后，在许多由肾动脉狭窄所致肾功能损害，肾小球入球小动脉不可能代偿性扩张，此时，肾小球的滤过功能主要依赖于高肾素性高血压所致的高滤过压而代偿性维持，但另一方面又由于PGE2等分泌大量增加，对抗了高AngII的作用，一旦错误使用吲哚美辛或大剂量使用ACEI制剂，可造成急性肾功能衰竭。
　　 （三）慢性肾脏病进展
　　普遍证实肾小球高滤过、高灌注是主要原因之一。其机制主要是残余肾单位入球小动脉较出球小动脉扩张更加显著所致。一般认为入球小动脉扩张与扩血管物质PG分泌过多、对AngII不敏感有关，而出球小动脉扩张相对较少则与该动脉对AngII的敏感性增加有关。另外，入球小动脉对AngII敏感性降低与局部NO分泌增加亦有关。
　　研究提示入球小动脉较出球小动脉扩张明显还同残余肾单位TGF受抑制有关，其机制是残余肾代偿性分泌抗利尿激素(ADH)增多，肾髓质直小血管内NaCl浓度降低，流入TALH的 NaCl浓度增加，进而TALH NaCl重吸收增加，而流入致密斑部位NaCl浓度降低，通过局部RAS抑制TGF，增加肾小球滤过率即高滤过。
??最近，研究发现糖尿病慢性肾功能不全时早期高滤过与肾小球入球小动脉平滑肌细胞葡萄糖转运子4(GluT4)基因及蛋白转位异常有关，因后者可使肾小球入球小动脉细胞内葡萄糖转运减少，能量代谢障碍，从而使平滑肌张力下降，此即糖尿病患者即使血压轻度升高或正常亦会引起严重肾小球高滤过的重要因素之一。
　　二、近端肾小管功能与相应疾病
　　近端肾小管推动Na+重吸收的关键动力是位于基底膜的Na+-K+-ATP酶，即钠泵。Na+重吸收与许多氨基酸、葡萄糖、HCO3-重吸收以及H+分泌相耦联。另外，近曲小管还对许多小分子蛋白质重吸收起重要作用。近端小管疾病时，常见症状为：发育障碍、各种肾病、酸中毒、小分子蛋白尿、氨基酸尿以及高尿钙血症等等。临床上可根据血、尿相关的一些检查而得到提示。
　　毒毛花甙G可以阻止钠泵，使用后降低了近端小管管腔和细胞内Na+化学梯度差，Na+重吸收减少，此为该药直接对心肌作用改善心脏功能以外的另一重要机制。
　　全身有效血容量状况可以明显影响Na+的重吸收，其中容量过高时，重吸收减少，过少时增加。输注盐水可以扩张有效血容量，使Na+重吸收减少，Na+-H+交换减少，HCO3-重吸收随之亦减少。因此，尿中可以出现HCO3-，血pH下降，此即容量过高性酸中毒。相反，有效血容量过低时，HCO3-重吸收增加，出现容量缩碱性碱中毒。容量对近端小管Na+重吸收的机制主要通过(1) 改变了出球小动脉的蛋白浓度； (2) 兴奋交感神经；(3) AngII可以直接增加滤过液及HCO3-在肾小管的重吸收。除容量以外，血K+水平、血PCO2情况等也可影响。尽管Na+、Cl-浓度在血中比例不一样，但在肾小管重吸收时都以等mol(克分子)比例进行，因此，相对来说，重吸收的结果可造成血Cl-过高，此为许多“高氯性酸中毒”的发病机制。临床上血Cl-过高除非同时有呼吸性酸碱平衡状况存在，常常提示有效血容量过少。
　　抑制近端肾小管Na+重吸收的因素可致利尿。高渗葡萄糖、甘露醇以及尿中过量的不吸收性溶质过多，可以造成渗透性利尿。醋氮酰胺可以直接抑制碳酸酐酶，干扰HCO3-重吸收，引起碱性尿，但这种情况一般不太严重，一方面是随之发生的酸中毒可限制它的利尿效应，另一方面远端肾单位可代偿性增加HCO3-重吸收。碳酸酐酶II基因缺陷可导致近端肾小管性酸中毒及骨质疏松，类似醋氮酰胺的效应。
　　最后，利尿剂氨氯吡咪虽主要作用于[根据相关法规进行屏蔽]管，但亦作用于近端小管远端，近年来研制的氨氯吡咪衍生物乙烷基异丙基氨氯吡咪及苯甲酰胍基氨氯吡咪可选择性作用近端小管。
　　三、亨氏襻生理功能新认识与临床
　　髓襻功能主要负责尿液稀释浓缩，其中TALH 中的Na+-2Cl--K+协同转运，是形成肾间质从髓质深部到皮质浅部渗透梯度的关键。目前已知ADH、交感神经活性以及AngII可以促进NaCl在该段重吸收，PGE2则抑制。作用结果分别为尿液浓缩或释释创造先决条件。
　　ACEI可阻断AngII的生成，可从近端、髓襻两个部位促进尿钠排出和尿液的稀释。速尿类襻利尿剂，可以直接抑制Na+-2Cl--K+协同转运蛋白活性，具有强大利尿作用。由于肾　小球滤过液在髓襻上行过程，NaCl吸收不伴H2O的重吸收，该部尿液渗透浓度可低到50mmol(mosm)/kgH2O，因此使血渗明显升高，该药使用后可以治疗低钠血症（但如果利尿时间过长则又可因血容量过低，**ADH分泌，而使血渗下降，必须注意）。一般渗透性或其他利尿剂虽然可以利尿，但较难改变血液渗透浓度。
??TALH 中Na+-2Cl--K+的协同转运是肾脏能量消耗的重要部分。速尿除利尿外，由于阻断TALH的能量消耗，在ARF时应用还可起到类似肾脏“冬眠”作用，一定程度保护了再灌注阶段肾脏的损伤。
　　TALH 的Na+-2Cl--K+协同转运蛋白基因突变典型疾病代表为I型Bartter综合征。该征类似于应用襻利尿剂的症状，表现为容量缩减、低钾、酸中毒、高尿钙症及高肾素血症，但常无高血压。与TALH Na+-2Cl--K+协同转运蛋白转运有关的离子通道基因突变典型疾病代表分别为II型和III型Bartter氏综合征，前者是TALH管腔膜负责K+再循环的RomK K+通道基因突变，而后者则为TALH基底膜Cl-通道基因突变，但两型引起的症状往往较I型Bartter氏综合征轻。原因是II型Bartter氏综合征仅仅一个Romk K+通道异常，K+再循环可通过其它途径进行，而III型Bartter氏综合征Cl-异常时，Cl-还可通过K+-Cl-协同蛋白转运。
　　髓襻在皮质表浅部与远曲小管相连，该段存在K+-Cl-协同运转运蛋白，亦可重吸收Na+,另外，该段是Ca2+重吸收的重要场所。Ca2+在该段重吸收与Na+重吸收并不相连。噻嗪类利尿剂可抑制该段Na+重吸收，其效应类似于襻利尿剂，但前者可减少尿钙排泄，而后者可增加尿钙排泄，原因是襻利尿剂在抑制Na+重吸收的同时可抑制钙重吸收，而噻嗪类利尿剂在抑制Na+重吸收同时可(1) 增加细胞浆钙结合蛋白(Calbindin)活性，保进钙跨膜重吸收；(2) 降低细胞浆Na+浓度，增加Ca2+-Na+逆向转运蛋白活性，亦促进Ca2+重吸收。此为应用本类利尿剂治疗肾结石的重要机制，K+-Cl-协同转运蛋白基因异常典型疾病代表为Gitelman综合征，可引起类似噻嗪类利尿剂的症状和体征。
　　此外，与TALH相邻的致密斑(macula densa, MD)部分除具有重要的TGF功能、维持肾小球血流动力学稳定外，该部分与PG代谢亦密切相关。前列腺H2(PGH2)是所有前列腺素类物质前体，由花生四烯酸(AA)在环氧化酶(COX)作用下产生。现已证实COX存在两种异构体即COX1和COX2，它们功能相似，但氨基酸序列仅66％同源。COX1主要分布于肾小球入球小动脉上皮细胞、系膜细胞、包曼氏囊层上皮细胞、[根据相关法规进行屏蔽]管及髓质间质细胞，产生的前列腺素如TXA2、PGE2等在维持肾脏正常组织灌注，水电解质稳定方面起重要作用，而COX2主要分布于致密斑和TALH上皮细胞，产生的前列腺素如PGE2在促进肾素分泌方面起着重要作用，可引起肾组织局部肾素增加，产生肾素依赖性高血压及肾脏肥大。动物实验和临床研究表明COX非选择性抑制剂消炎痛及水杨酸类物质可降低血压，但该类药物亦抑制了COX1活性，干扰了肾脏正常的PG产生及功能，长期应用反而会促进肾功能进展。最近，研制的COX2选择性抑制剂已在动物实验中证实可特异性抑制MD、TALH部位PG，降低血压、抑制肾脏肥大，延缓肾功能进展，值得进一步研究。
　　四、远端肾小管功能与水盐、酸碱平衡代谢
　　远端肾小管远曲小管、连接小管、[根据相关法规进行屏蔽]管，后者又有皮质和髓质部[根据相关法规进行屏蔽]管，它们受到许多激素作用的影响，主要有心钠素、ADH、醛固酮、PG等，对决定尿钠、尿钾排出浓度，尿液浓缩或稀释，以及血液酸碱平衡的调节起最后控制的关键作用。除上述激素以外，从上段小管来的滤过液成分、流速、总量等也对它们起影响。
　（一）对水的调节
　　现在认为肾脏对水的调节主要由水孔蛋白(aquaporins, AQPs)或水通道介导。AQP1主要位于近端小管、AQP2主要位于[根据相关法规进行屏蔽]管、AQP3主要位于[根据相关法规进行屏蔽]管基底膜、AQP4主要在脑组织被发现、AQP5则主要分布于唾液腺、泪腺及呼吸系统。迄今为止，AQP2是唯一生理调节功能比较明确的水通道，为精氨酸加压素(AVP)或ADH敏感的水通道，其活性可被汞制剂所抑制。AVP通过其V2受体及第二信使cAMP对AQP2进行调节，此机制在肾脏浓缩功能中起着重要作用。现已证实AQP2主要分布于肾脏[根据相关法规进行屏蔽]管上皮细胞的管腔侧膜及近管腔侧的胞浆囊泡内，AVP对AQP2的调节主要是通过使管腔侧膜的胞浆囊泡以出胞作用的方式，使囊泡膜与管腔侧膜融合，胞浆中的AQP2分子插入管腔侧膜，水通道开放；AVP撤除后，细胞膜上的AQP2再次类似入胞作用的方式回至膜下的胞浆区域，水通道关闭，此即AQP2的“穿梭机制”(Shuttle hypothesis)，介导水的重吸收。
　　AQP2基因异常可导致水重吸收下降，此即遗传性尿崩症的主要病因。
　　除AVP、无机汞外，AQP2尚受其它因素调节，给大鼠锂饮食(40～60mol/kg饲料)10～25天，可使肾脏AQP2明显减少，与大鼠出现的严重多尿相符；停止给予锂饮食，禁水2天或7天与dDAVP治疗仅部分纠正锂盐所致的多尿及AQP2的低表达，此与临床长期予锂盐治疗患者出现肾脏浓缩功能损害的情况相符。
慢性低钾血症临床上出现的顽固性多尿，亦与AQP2减少有关。
　　肾性尿崩症患者用氯磺丙脲治疗可有部分疗效，其机理之一就是增加肾脏内髓质[根据相关法规进行屏蔽]管细胞AQP2含量。
　　（二）对钠、钾的调节
　　[根据相关法规进行屏蔽]管上皮细胞调节Na+、K+转运主要由上皮性钠通道(ENaC)执行。该通道由两个α亚单位、一个β亚单位和一个γ亚单位组成，其功能密切受醛固酮调控。此型通道亦分布在机体其它部分如肺、结肠、汗腺、唾液等上皮细胞上。
　　在[根据相关法规进行屏蔽]管上皮细胞上ENaC激活如盐皮质激素效应可增加Na+重吸收、K+与H+分泌，而氨氯吡咪、三氨喋啶可阻断该通道作用。醛固酮拮抗剂螺旋内酯可下调ENaC活性。一些先天性缺陷可影响ENaC功能，如在糖皮质激素可纠正的醛固酮过多症(Glucocorticoid remediable aldosteronism, GRA) 患者，由于b11－羟化酶缺陷，皮质醇合成障碍，导致促肾上腺皮质激素(ACTH)分泌增加，产生的类固醇物质不能转化为皮质醇而向盐皮质激素转化过多，引起钠重吸收增加。其它如b11－羟基－甾体脱氢酶基因缺陷或其抑制剂甘草类制剂应用过多，糖皮质激素不能在盐皮质激素靶组织转化为氢化可的松，这些组织皮质醇可充当盐皮质激素效应，结果亦增加Na+重吸收、K+分泌，此即假性高醛固酮血症。而在先天性盐皮质激素受体缺陷的患者，情况正好相反，Na+大量丢失，此即假性低醛周醛血症。
　　最后，ENaC本身亦存在基因缺陷，有趣的是，ENaCβ和γ亚单位基因突变可致其开放数目或活性增加。此类典型疾病代表为Liddle氏综合征，临床上表现为Na+重吸收增加、低钾及盐依赖性高血压(类似假性高醛固酮血症)，ENaC其它突变可致其功能丧失，伴Na+大量丢失，类似假性低醛同醛血症。
　　（三）对酸碱的调节
　　酸排泄受皮质[根据相关法规进行屏蔽]管(CCT)的主细胞以及CCT和髓质[根据相关法规进行屏蔽]管 (MCT)A型间介细胞调节，碱的分泌则由CCT的B型间介细胞调节。CCT与MCT管腔侧有H+泵，在ATP作用下可分泌H+，而使HCO3-生成CO2、HPO42-形成H2PO4-即可滴定酸，以及NH3转变为NH4+，此为总酸排泄增加。H+泵由ATP供能，而醛固酮则能加速细胞内三羧酸循环，使线粒体内产生ATP增加。CCT B型间介细胞血管侧有H+泵，有利于H+向血管内重吸收，而管腔侧则可分泌HCO3-，在碱中毒可分泌较多的HCO3-。
　　由于醛固酮在酸化功能上起十分重要作用，因此在各种因素所致的醛固酮分泌过低(如RAS抑制)，或者水平正常而肾小管对醛固酮作用反应欠佳，都可引起酸中毒，即高钾型肾小管性酸中毒。
　　此外，酸中毒时肾小管亦代偿地重吸收一些可氧化有机阴离子如枸橼酸等，因尿中枸橼酸的减少，使尿钙以可溶性形式排泄减少，同时酸中毒又可抑制肾小管钙重吸收，此即酸中毒引起肾结石和肾石病的重要原因。
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