第十一章　肾功能不全的实验室生物化学诊断

　　机体新陈代谢过程中产生的代谢终产物，多余的水、无机物以及药物、异物，经血液循环，主要通过肾脏，以尿的形式排出体外。由于从肾脏排出的物质种类较多，并可随着机体的不同情况而改变尿量和尿中的物质排出量，从而维持机体内环境的相对稳定，因而可以说肾脏是机体内最重要的排泄器官。

第一节　概述

　　肾为实质器官。外层为皮质，内层为髓质。髓质由肾锥体组成，开口于肾小盏，肾小盏合成肾盂，肾盂向下逐渐缩小续于输尿管。

　　肾单位（nephron）是肾脏结构和功能的基本单位，它与集合管共同完成泌尿功能。人的两侧约有170万-240万个肾单位，每个肾单位由肾小体和肾小管组成。肾小管中的远曲小管和集合管相连，集合管不包括在肾单位内，但在尿液浓缩与稀释的过程中起着重要作用，可把集合管视为肾小管的终末部分。

　　肾单位可分为两类：一类为皮质肾单位，特点是肾小球体积小，入球小动脉口径比出球小动脉的粗，毛细血管内压较高，与尿液生成有关。另一类为近髓肾单位，体积较大，髓袢较长，入球小动脉与出球小动脉口径无明显差异。出球小动脉离开肾小球后分成两种小血管：一种形成网状小血管，包绕在邻近的近曲小管和远曲小管周围；另一种形成细长的直小血管，与近髓肾单位的长髓袢相伴行。直小血管之间有吻合支，其中血流可以互相流通，近髓肾单位在尿液的浓缩与稀释的功能中起着重要的作用。

　　肾小球旁器（juxtaglomerular apparatus）是指位于肾小球入球小动脉与出球小动脉间的一群细胞，包括肾小球旁细胞、间质细胞和远曲小管致密斑。

　　肾脏的血液供应十分丰富。正常人安静时每分钟约有1200ml血液流过两侧肾脏，相当于心输出量的20％-25％。其中94％左右的血液分布在肾皮质，5％-6％分布在外髓，其余不到1％供应内髓。通常所说的肾血流量（renal blood flow）主要指的是肾皮质血流量。肾血流量既能适应肾脏泌尿功能的需要，又能与全身的血循环相配合，前者主要靠自身调节，后者主要靠神经调节和体液调节，尤其在应激状态时，参与全身血流量的重新分配的调节，以适应整体生理活动的需要。

　　肾脏基本生理功能包括排泄废物、调节体液以及酸碱平衡、分泌激素。其结果是维持机体的内环境稳定，保证新陈代谢正常进行。

　　⒈排泄体内代谢产物，如尿素、肌酐、尿酸等。

　　⒉排泄外来物质，如药物、毒物等。

　　⒊保留体内所需的物质，如蛋白质、氨基酸、葡萄糖等。

　　⒋排泄过多的体液，以保持水的平衡。

　　⒌调节体液的电解质、渗透压和酸碱平衡。

　　⒍内分泌功能，如分泌肾素、促红细胞生成素、前列腺素、羟化的维生素D3及其它一些活性物质（内皮素、内皮细胞源性舒张因子等）。

　　一、肾小球的滤过功能

　　肾小球（毛细血管球）和肾小囊组成肾小体，构成肾单位的一部分。肾小球的滤过是形成尿液的第一个环节。滤过是指当血液流过肾小球毛细血管网时，血浆中的水和小分子溶质，包括少量的分子量较小的血浆蛋白，通过滤膜滤到肾小囊的囊腔内，形成滤液（原尿）的过程。24小时内约有1700L血液通过肾脏，其中约有180L血浆溶液在肾小球滤过生成原尿，除了不含血细胞和血浆蛋白质外，其余成分和血浆中相同。

　　决定肾小球滤过作用的因素主要有三方面：滤过膜通透性是滤过的结构基础；有效滤过压是滤过的动力；肾血浆流量（renal plasma flow）是滤过的物质基础。

　　滤过膜的超微结构由三层组成：①内层为毛细血管的内皮细胞层，可见大量的圆形窗孔，孔径40-100nm，对血浆蛋白几乎不起屏障作用；②中间为非细胞性的基膜层，是由微纤维织成的网状结构，可让水及部分溶质通过，但限制大分子的血浆蛋白质滤出，是滤过膜中主要的屏障；③外层是肾小囊皮细胞，由突起的足细胞构成，足突附着在基膜，足突间有裂隙，称为裂孔，裂孔上有一薄层裂孔膜，是滤过膜的最后一道屏障。滤过膜的屏障作用由两部分组成：①机械性屏障：分子直径小于2nm的物质可自由通过肾小球滤过膜，随着分子直径的增大，通过滤过膜的能力减小，机械屏障的大小与滤过膜上的孔径大以及构型有关；②电荷屏障：正常情况下，血浆白蛋白不能通过肾小球滤过膜，而与白蛋白分子直径相同的中性右旋糖酐则易通过。这是因为白蛋白在正常血浆pH时带负电荷，而且肾小球滤过膜含有涎酸、硫酸肝素等多糖，使滤过膜也带有负电荷，该负电荷形成了电荷屏障，阻止带负电荷的白蛋白滤出。在某些病理状态下，滤过膜上的负电荷消失，使大量白蛋白经滤过膜滤出，形成蛋白尿。

　　有效滤过压（effective filtration pressure）由三种力组成，根据三种力作用方向的不同，可列出下式：

　　肾小球有效滤过压＝肾小球毛细血管血压－（血浆胶体渗透压＋囊内压）

　　肾小球毛细血管血压平均为6.0Pa，囊内压为1.3Pa，血浆胶体渗透压约为2.7Pa，有效滤过压正常时为2.0Pa，依靠此滤过压可使血浆透过肾小球滤膜，进入肾小囊，形成原尿。

　　肾小球的滤过量大小可用肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）表示，单位时间内两肾生成的滤液量称为肾小球滤过率。据测定，体表面积为1.73m²的人肾小球滤过率为125ml/min左右，一昼夜从肾小球滤出的血浆量可达180L，约为体重的3倍，由此可见，肾小球滤过功能在肾的排泄功能中占有重要位置，肾小球滤过率可作为衡量肾功能的重要指标。

　　二、肾小管的重吸收功能

　　肾小管长而弯曲，分为三段：①近端小管，包括近曲小管和髓袢降支粗段；②髓袢细段，包括降支细段和升支细段；③远端小管，包括髓袢升支粗段和远曲小管。近曲小管和远曲小管位于皮质，管道弯曲。髓袢（Henle’s loop）呈U字形，从皮质直行进入髓质不同深度后再折返皮质。

　　重吸收是小管上皮细胞将小管液中的水分和某些溶质，部分地或全部地转运到血液的过程。比较原尿和终尿的量和质可发现，成人每天生成的原尿量约有180L，但终尿量每天只有1.5L左右，表明肾小管的重吸收量达99％。肾小管和集合管和重吸收是有“选择性”的，原尿中葡萄糖、氨基酸和少量蛋白质全部被肾小管重吸收，水和电解质大部分被吸收，尿素只有小部分被重吸收，肌酐则完全不被重吸收。

　　近曲小管是重吸收最重要的部位，原尿中的葡萄糖、氨基酸、维生素及微量蛋白质等，几乎全部在近曲小管重吸收，Na⁺、K⁺Cl^-、HCO₃^-等也绝大部分在此段重吸收。近曲小管对葡萄糖的重吸收是有一定限度的，当血糖浓度在10mmol/L以下，近曲小管对葡萄糖的重吸收率可随血浆浓度的升高而增加，但当血糖浓度超过10mmol/L时，血糖浓度再增加，重吸收不再增加，尿中出现葡萄糖，这个浓度界限称为肾糖阈。

　　髓袢主要吸收一部分和氯化钠，在降支内水的重吸收大于溶质吸收，使管内的渗透压逐渐升高，形成渗透梯度，最高可达1200mOsm/kg以上。升支不透水，而溶质却不断被重吸收，形成逆向的渗透梯度，即从1200mOsm/kg又逐渐下降到等渗，甚至低渗。此段渗透压变化的过程称为“逆流倍增”，在尿液的浓缩稀释等功能中起重要作用。

　　远曲小管和集合管可继续重吸收部分水和Na⁺等，此段的重吸收量受抗利尿激素和醛固酮的调节，在决定尿量和终尿质方面起着十分重要的作用。其主要功能为参与机体对体液及酸碱等的调节，在维持机体内环境稳定中等起主要作用。

　　肾小管重吸收的基本方式可分为被动重吸收和主动重吸收两类。被动重吸收是一种顺电化学梯度进行的扩散过程，不需要消耗细胞的能量。例如尿素、水和Cl^-。主动重吸收是逆电化学梯度进行的转运，需要由细胞本身提供能量，是肾小管上皮细胞主动活动的结果。如葡萄糖、氨基酸和大部分Na⁺的重吸收都是主动的。

　　三、肾小管、集合管的排泄作用

　　肾小管和集合管的上皮细胞具有将细胞产生的或血液中已存在的某些物质转运到管腔的能力，这一过程称为分泌或排泄。能够从肾小管和集合管上皮细胞分泌的主要物质有H⁺、K⁺和NH₃等。

　　肾小管在调节机体酸碱平衡方面起着重要作用，通过分泌H⁺、重吸收NaHCO₃。通过增加或减少体液中的NaHCO₃的浓度以调节H⁺的浓度。在近端小管、远端小管和集合管都能分泌H⁺，发生H⁺-Na⁺交换，达到分泌H⁺而重吸收NaHCO₃的目的。

　　远端小管和集合管分泌NH₃，NH₃主要由谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下脱氨而来，与H⁺结合成铵离子（NH₄⁺）排出。铵盐的生成不仅促进了排H⁺，也促进了NaHCO₃被重吸收。酸中毒时，近端小管也能分泌NH₃，同时碳酸酐酶活性增强，谷氨酰胺活性也增强，氨的分泌增多。这样，起到促进酸的排出和NaHCO₃重吸收的作用，从而调节机体酸碱平衡。若肾小管上皮细胞分泌NH₃功能障碍，可导致酸中毒。

　　尿中的K⁺主要是由远曲小管和集合管分泌的。一般当有Na⁺的主动吸收时，才会有K⁺的分泌，两者转运方向相反，称为K⁺-Na⁺交换。K⁺-Na⁺交换和H⁺-Na⁺交换有相互抑制现象，即H⁺-Na⁺交换增多时，K⁺-Na⁺交换将减少，这就是酸中毒时血钾升高的原因之一。在远曲小管和集合管即存在钾的重吸收，又有钾的分泌，而且，一般是钾的分泌量大于其重吸收量，故尿中排出的K⁺主要来源于钾的分泌过程。

　　正常机体产生的肌酐和对氨基马尿酸等，既能从肾小球滤过，又能由肾小管分泌。此外，进入体内的某些物质，如青霉素、酚红等，则主要通过近端小管的分泌排出体外，临床上常用酚红排泄试验来检查肾小管的分泌功能。

　　四、肾功能的调节

　　肾的功能在于肾小球的滤过和肾小管、集合管的重吸收及分泌功能。

　　肾小球的滤过功能主要取决于肾血流量及肾小球有效滤过压。除了自身调节和肾神经调节外，还有球管反馈和血管活性物质调节。

　　自身调节是指当肾脏的灌注压在一定范围内变化时（10.7-24kPa），肾血流量及肾小球滤过率基本保持不变。

　　肾神经末梢主要分布在入球小动脉、出球小动脉及肾小管，刺激肾神经可引起入球、出球小动脉收缩，但对入球小动脉作用更为明显，导致肾小球滤过率的下降。

　　球管反馈（tubuloglomerular feedback，TGF）是指到达远端肾小管起始段NaCl发生改变，可引起该肾单位血管阻力发生变化，从而引起肾小球滤过率的改变。该反馈的感受部位为致密斑，效应器官主要为入球小动脉和出球小动脉。高速灌流髓袢时，主要表现为入球小动脉收缩；低流量灌注时，入球、出球小动脉同时收缩。TGF的生理意义为在肾单位水平上，通过调节肾小球滤过率，使远端肾小管流量维持在一个狭小的变化范围内，以便对更远端的肾小管作更为精细的调节。

　　血管活性物质有血管紧张素、腺苷、前列腺素、激肽、心钠素、内皮素。血管紧张素可引起入球、出球小动脉收缩，GFR下降；腺苷为调节肾血管阻力的重要因素；前列腺素是在有血管紧张素和肾神经兴奋等缩血管作用因素存在时，产生增加，对抗缩血管引起的GFR下降；激肽（如缓激肽）可使肾血管扩张；心钠素主要使出球小动脉收缩，入球小动脉舒张，引起GFR的升高；内皮素具有很强的缩血管作用，主要产生于内皮细胞的多肽。内皮素可引起GFR的显著下降，还可与各种血管活性物质相互作用，促使前列腺素、内皮细胞源性舒张因子（扩血管作用）和心钠素的分泌。

　　对于肾小管和集合管功能的调节，主要是神经和体液因素对肾小管上皮细胞的重吸收水分和无机离子的调节功能，这在保证体内水和电解质和动态平衡、血浆渗透压及细胞外容量等的相对恒定均有重要意义。其中最重要的是抗利尿激素和醛固酮的调节作用。抗利尿激素（ADH）是一种多肽，它的主要生理作用是提高远曲小管和集合管上皮细胞对水的通透性，从而促进水的重吸收。醛固酮是肾上腺皮质所分泌的，其作用是促进远曲小管和集合管重吸收钠而分泌钾，有间接保水的作用，维持细胞内外的钾、钠浓度相对稳态和保存细胞外液的量。此外，还有血管紧张素、心钠素、甲状旁腺激素的调节作用。