生理學(xué)/腎小球的濾過功能
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循環(huán)血液經(jīng)過腎小球毛細(xì)血管時，血漿中的水和小分子溶質(zhì)，包括少量分子量較小的血漿蛋白，可以濾入腎小囊的囊腔而形成濾過液。用微穿刺法實(shí)驗(yàn)證明，腎小球的濾過液就是血漿中的超濾液。
微穿刺法是利用顯微操縱儀將外徑6-10μm的微細(xì)玻璃插入腎小體的囊腔中。在與囊腔相接部位的近球小管內(nèi)，注入石蠟油防止起濾液進(jìn)入腎小管。用微細(xì)玻璃管直接抽到囊腔中的液體進(jìn)行微量化學(xué)分析（圖8-2）。分析表明，除了蛋白質(zhì)含量甚少之外，各種晶體物質(zhì)如葡萄糖、氯化物、無機(jī)磷酸鹽、尿素、尿酸和肌酐等的濃度都與血漿中的非常接近，而且滲透壓及酸堿度也與血漿的相似，由此證明囊內(nèi)液確是血漿的超濾液。
單位時間內(nèi)（每分鐘）兩腎生成的超濾液量稱為腎小球?yàn)V過率（glomerularfiltration rate,GFR）。據(jù)測定，體表面積為1.73m2的個體，其腎小球?yàn)V過率為125ml/min左右。照此計算，兩側(cè)腎每一晝夜從腎小球?yàn)V出的血漿總量將高達(dá)180L。此值約為體重的3倍。腎小球?yàn)V過率和腎血漿流量的比例稱為濾過分?jǐn)?shù)（filtration fraction）。經(jīng)測算，腎血漿流量為66ml/min，所以濾過分?jǐn)?shù)為：125/660×100=19%。濾過分?jǐn)?shù)表明，流經(jīng)腎的血漿約有1/5幔有小球小茁到囊腔中。腎小球?yàn)V過率大小決定于濾過系數(shù)（Kf）(即濾過膜的面積及其通透性的狀態(tài))和有效濾過壓。腎小球?yàn)V過率=Kf×PUF,PUF表示有效濾過壓。
目錄 |
一、濾過膜及其通透性
人體兩側(cè)腎全部腎小球毛細(xì)血管總面積估計在1.5m2以上，這樣大的濾過面積有利于血漿的濾過。在正常情況下，人兩腎的全部腎小球?yàn)V過面積可以保持穩(wěn)定。但是在急性腎小球腎炎時，由于腎小球毛細(xì)血管管腔變窄或完全阻塞，以致有濾過功能的腎小球數(shù)量減少，有效濾過面積也因而減少，導(dǎo)致腎小球?yàn)V過率降低，結(jié)果出現(xiàn)少尿（每晝夜尿量在100-500ml之間）以致無尿（每晝夜尿量不到100ml）。
表8-1 物質(zhì)的有效半徑和腎小球?yàn)V過能力的關(guān)系
| 物質(zhì) | 分子量 | 有效半徑（nm） | 濾過能力 |
| 水 | 18 | 0．10 | 1．0 |
| 鈉 | 23 | 0．14 | 1．0 |
| 尿素 | 60 | 0．16 | 1．0 |
| 葡萄糖 | 180 | 0．36 | 1．0 |
| 蔗糖 | 342 | 0．44 | 1．0 |
| 菊粉 | 5500 | 1．48 | 0．98 |
| 肌球蛋白 | 17000 | 1．95 | 0．75 |
| 卵白蛋白 | 43000 | 2．85 | 0．22 |
| 血紅蛋白 | 68000 | 3．25 | 0．03 |
| 血漿白蛋白 | 69000 | 3．55 | <0．01 |
濾過能力（filterability）值為1.0表示該物質(zhì)可自由濾過，0則表示不能濾過
不同物質(zhì)通過腎小球?yàn)V過膜的能力決定于被濾過物質(zhì)的分子大小及其所帶的電荷。表8-1表示被濾過物質(zhì)的分子量和有效半徑對濾過的影響。一般來說，有效半徑小于1.8nm的物質(zhì)，如葡萄糖（分子量180）的有效半徑為0.36nm，它可以被完全濾過。有效半徑大于3.6nm的大分子物質(zhì)，如血漿白蛋白（分子量約69000）則幾乎完全不能濾過。有效半徑介于葡萄糖和白蛋白之間的各種物質(zhì)，隨著有效半徑的增加，它們被濾過的量逐漸降低，以上事實(shí)提示，濾過膜上存在著大小不同的孔道，小分子物質(zhì)很容易通過各種大小的孔道，而有效半徑較大的物質(zhì)只能通過較大的孔道，用不同有效半徑的中性右旋糖酐分子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也清楚地說明了被濾過物質(zhì)的大小對濾過的影響。有效半徑小于1.8nm的中性右旋糖酐能自由通過濾過膜，有效半徑大于3.6nm的右旋糖酐就完全不能通過。有效半徑在1.8-3.6nm的右旋糖酐，其濾過量與有效半徑成反比，即隨著有效半徑增大，濾過量就不斷減少（圖8-6）。
圖8-6 不同的有效半徑和帶不同電荷對右旋糖酐濾過能力的作用
濾過能力的值為1.0，表示自由濾過 0則不能濾過
濾過膜的通性還決定于被濾過物質(zhì)所帶的電荷。用帶不同電荷的右旋糖酐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察到，即使有效半徑相同，帶正電荷的右旋糖酐較易被濾過，而帶負(fù)電荷的右旋糖酐則較難通過（圖8-6）。血漿白蛋白雖然其有效半徑為3.5nm，由于其帶負(fù)電荷，因此就難于通過濾過膜。
濾過膜的上述特性可由濾過膜的超微結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)來說明。濾過膜由三層結(jié)構(gòu)組成（圖8-3）；①內(nèi)層是毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞。內(nèi)皮細(xì)胞有上許多直徑50-100nm的小孔，稱為窗孔（fenestration），它可防止血細(xì)胞通過，但對血漿蛋白的濾過可能不起阻留作用。②中間層是非細(xì)胞性的基膜，是濾過膜的主要濾過屏障?；な怯伤?a href="/w/%E5%87%9D%E8%83%B6" title="凝膠">凝膠（hydrated gel）構(gòu)成的微纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，水和部分溶質(zhì)可以通過微纖維網(wǎng)的網(wǎng)孔。有人把分離的基膜經(jīng)特殊染色證明有4-8nm的多角形網(wǎng)孔。微纖維網(wǎng)孔的大小可能決定著分子大小不同的溶質(zhì)何者可以濾過。③外層是腎小囊的上皮細(xì)胞。上皮細(xì)胞具有足突，相互交錯的足突之間形成裂隙。裂隙上有一層濾過裂隙膜（filtration slit membrane），膜上有直徑4-14nm的孔它是濾過的最后一道屏障。通過內(nèi)、中兩層的物質(zhì)最后將經(jīng)裂隙膜濾出，裂隙膜在超濾作用中也很重要。
濾過膜各層含有許多帶負(fù)電荷的物質(zhì)，主要為糖蛋白。這些帶負(fù)電荷的物質(zhì)排斥帶帶負(fù)電荷的血漿蛋白，限制它們的濾過。腎在病理情況下，濾過膜上帶負(fù)電荷的糖蛋白減少或消失，就會導(dǎo)致帶負(fù)電荷的血漿蛋白濾過量比正常時明顯增加，從而出現(xiàn)蛋白尿。
二、有效濾過壓
腎小球?yàn)V過作用的動力是有效濾過壓。像其它器官組織液生成的機(jī)制那樣，腎小球有效濾過壓=（腎小球毛細(xì)血管壓+囊內(nèi)液膠體滲透壓）-（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓）（圖8-7）。由于腎小囊內(nèi)的濾過液中蛋白質(zhì)濃度較低，其膠體滲透壓可忽力略不計。因此，腎小球毛細(xì)血管血壓是濾出的唯一動力，而血漿膠滲透壓和囊內(nèi)壓則是濾出的阻力。有效濾過壓=腎小球毛細(xì)血管壓-（血漿膠體滲透壓+腎小囊內(nèi)壓）。皮質(zhì)腎單位的入球小動脈粗而短，血流阻力較小；出球小動脈細(xì)而長，血流阻力較大。因此，腎小球德細(xì)血管血壓較其它器官的毛細(xì)血管血壓高。用微穿刺法沒得腎小球毛細(xì)血管平均值為6.0kPa(45mmHg)(為主動脈平均壓的40%左右)；用微穿法還發(fā)現(xiàn)，由腎小球毛血管的入球端到出球端，血壓下降不多，兩端的血壓幾乎相等。腎小囊內(nèi)壓與近曲小管內(nèi)壓力相近。囊內(nèi)壓為1.3kPa(10mmHg)。據(jù)測定，在大鼠的腎小球毛細(xì)血管入球端的血漿膠體滲透壓約為3.3kPa(25mmHg)左右。
圖8-7 有效濾過示意圖
在入球端，有效濾過壓=6.0-(3.3+1.3)=1.4kPa。但腎小球毛細(xì)血管內(nèi)的血漿膠體滲透壓不是固定不變的。在血液流經(jīng)腎小球毛細(xì)血管時，由于不斷生成濾過液，血液中血漿蛋白濃度就會逐漸增加，血漿膠體滲透壓也隨之升高。因此，有效濾過壓也逐漸下降。當(dāng)有效濾過壓下降到零時，就達(dá)到濾過平衡（filtration equilibrium），濾過便停止了（圖8-8）。由此可見，不是腎小球毛細(xì)血管全段都有濾過作用，只有從入球小動脈端到濾過平衡這一段才有濾過作用。濾過平衡越靠近入球小動脈端，有效濾過的毛細(xì)血管長度就越短，有效濾過壓和面積就越小，腎小球?yàn)V過率就低。相反，濾過平衡越靠近出球小動脈端，有效濾過的毛細(xì)血管長度越長，有效濾過壓和濾過面積就越大，腎小球?yàn)V過率就越高。如果達(dá)不到濾過平衡，全段毛細(xì)血管都有濾過作用（圖8-8）。
圖8-8腎小球毛細(xì)血管血壓，膠體滲透壓和囊內(nèi)壓對腎小球?yàn)V過率的作用
三、影響腎小球?yàn)V過的因素
濾過膜的通透性和濾過面積的改變對腎小球?yàn)V過功能的影響前已述。下面進(jìn)一步分析腎小球毛細(xì)血管血壓、血漿膠體滲透壓、囊內(nèi)壓和腎血漿流量變化對腎小球?yàn)V過功能的影響。
（一）腎小球毛細(xì)血管血壓
全身動脈血壓如有改變，理應(yīng)影響腎小球毛細(xì)血管的血壓。由于腎血流量具有自身調(diào)節(jié)機(jī)制，動脈血壓變動于10.724kPa(80-45mmHg)范圍內(nèi)時，腎小球毛細(xì)血管血壓維持穩(wěn)定，人而使腎小球?yàn)V過率基本保持不變（圖8-5）。但當(dāng)動脈血壓降到10.7kPa(80mmHg)以下時，腎小球毛細(xì)血管將相應(yīng)下降，于是有效濾過壓降低，腎小球?yàn)V過率也減少。當(dāng)動脈血壓降到5.3-6.7kPa(40-50mmHg)以下時，腎小球?yàn)V過率將降低到零，因而無尿。在高血壓病晚期，入球小動脈由于硬化而縮小，腎小球毛細(xì)血管血壓可明顯降低，于是腎小球?yàn)V過率減少而導(dǎo)致少尿。
（二）囊內(nèi)壓
在正常情況下，腎小囊內(nèi)壓是比較穩(wěn)定的。腎盂或輸尿管結(jié)石、腫瘤壓迫或其他原因引起的輸尿管阻塞，都可使腎盂內(nèi)壓顯著升高。此時囊內(nèi)壓也將升主，致使有效濾過壓降低，腎小球?yàn)V過率因此而減少。有些藥物如果濃度太高，可在腎小管液的酸性班干部析出結(jié)晶；某些疾病時溶血過多，血紅蛋白過可堵塞腎小管，這些情況也會導(dǎo)致囊內(nèi)壓升高而影響腎小球?yàn)V過。
（三）血漿膠體滲透壓
人體血漿膠滲透墳在正常情況下不會有很大變動。但若全身血漿蛋白的濃度明顯降低時，血漿膠體滲透壓也將降低。此時有效濾過壓將升高，腎小球?yàn)V過率也隨之增加。例如由靜脈快速注入生理鹽水時，腎小球?yàn)V過率將增加，其原因之一可能是血漿膠體滲透壓的降低。
（四）腎血漿流量
腎血漿流量對腎小球?yàn)V過率有很大影響，主要影響濾過平衡的位置。如果腎轎漿流量加大，腎小球毛細(xì)血管內(nèi)血漿膠體滲透壓的上升速度減慢，濾過平衡就靠近出球小動脈端，有效濾過壓和濾過面積就增加，腎小球?yàn)V過率將隨之增加。如果腎血流量進(jìn)一步增加，血漿膠體滲透壓上升速度就進(jìn)一步減慢，腎小球毛細(xì)血管的全長都達(dá)不到濾過平衡，全長都有濾過，腎小球?yàn)V過率就進(jìn)一步增加。相反，腎血漿流量減少時，血漿膠體滲透壓的上升速度加快，濾過平衡就靠近入球小動脈端，有效濾過壓和濾過面積就減少，腎小球?yàn)V過率將減少（圖8-8）。在嚴(yán)重缺氧、中毒性休克等病理情況下，由于交感神經(jīng)興奮，腎血流量和腎血漿流量將顯著減少，腎小球?yàn)V過率也因而顯著減少。
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