动物生理学--泌尿--章节知识点

第七章泌尿附皮肤生理

【目的要求】

1.复习肾脏组织结构

2.掌握尿的生成过程及影响因素

3.了解排泄对维持机体稳态的意义

4.自学皮肤的基本生理机能

【讲授重点】

1.尿的生成过程及影响因素

2.尿生成的调节方式

【学习难点】

尿浓缩和稀释的机制

【课时】4学时

【教学内容】

第一节肾脏的结构特点和肾脏血液循环的特征

一、肾脏的解剖特点

肾脏的结构与功能的基本单位称为肾单位(nephron)。肾单位与集合管(collection duct)共同完成泌尿功能。集合管不包括在肾单位内，但在功能上与肾单位密切相关。

（一）肾单位

1.肾单位的组成

(1)肾小体

肾小体包括肾小球和肾球囊。肾小球是一团毛细血管网，其其端分别和入球小动脉和出球小动脉相连。肾球囊为肾小球的包囊。由两层上皮细胞组成，两层上皮之间形成肾囊腔。

(2)肾小管

肾小管起于肾球囊腔，止于集合管，分为近曲小管、髓袢降支粗段、髓袢降支细段、髓袢升支细段、髓袢升支粗段、远曲小管。

2.肾单位的分类

(1)皮质肾单位

主要位于皮质浅表部位，它的肾小球较小，髓袢短，一般只伸入髓质外带，甚至达不到髓质。

(2)髓旁肾单位

集中分布于皮质较深处靠近髓质部位，它的肾小球较大，髓袢较长，可深入到髓质内带。（二）肾小球旁器(juxtaglomerular apparatus)（肾小球旁复合体）

1.球旁细胞(juxtaglomerular cells)

位于近球小动脉中膜内的肌上皮样细胞，内含有肾素的分泌颗粒。当血流量减少时，可分泌肾素。

2.球外系膜细胞(extraglomerular mesangial cells)

3.致密斑(macula densa)

位于远曲小管的起始部，可感受小管液中Na+的含量，并与间质细胞共同参与调节近球细胞对肾素的释放。

二、肾脏血液循环的特征

（一）肾脏的血液供应特点

1.直接来自腹主动脉，血压高、流量大，分布不均匀。

2.两套毛细血管网，压力高，有利于肾小球的滤过，管周围毛细血管网血压较低，胶体渗透压高，有利于重吸收作用。直小血管U型，细长，保持髓质的渗透压梯度，对尿的浓缩有重要意义。

（二）肾血流量的调节

1.自身调节(autoregulation)

(1)全身血压（0.7~24.0KPa）,不依赖肾外神经支配使肾血流量在一定血压变化范围内能保持不变,自身调节泌尿功能.

(2)自身调节的机制：

①肌源学说入球小动脉舒缩与跨壁压变化直接相关

②管-球反馈(tubulogomerular feedback)

2.神经和体液调节

交感神经兴奋时,肾血管收缩,肾血流量减少;肾交感神经活动减弱时,肾血管舒张,肾血流量增加。肾上腺素、去甲肾上腺素、血管紧张素II、血管升压素也能引起血管收缩，前列腺素、乙酰胆碱、心房利尿钠肽则可舒张肾血管。

一般情况下，肾主要依靠自身调节来维持血流量相对稳定，以保证泌尿功能的正常进行，在异常情况下，如大失血、中毒性休克、缺O2等机体处于应急状态时，通过交感神经和一些体液因素的调节使肾血流量减少，这对维持脑、心等重要器官的血液供应有重要意义。

第二节尿的生成

一、尿的生成过程

尿生成的过程是在肾单位和集合管中进行，包括三个环节，肾小球的滤过作用(filtation)、肾小管集合管的重吸收及其分泌。

（一）肾小球的滤过作用

1.滤过膜（filtration menbrance）

滤过膜是指肾小球毛细血管内的血液与肾小囊中超滤液之间的隔膜。由三层结构组成：肾小球毛细血管内皮细胞、基膜、肾小囊的脏层上皮细胞。三层组织构成了滤过的机械屏障。各层组织表面均有唾液蛋白（即酸性糖蛋白带负电）分布，所以同样大小的分子，带正电荷者易过，中性者次之，而带负电荷难于通过，而血浆蛋白质在体液环境下常带负电，所以难于被滤过，此称为电学屏障。以上两个屏障作用一般以机械屏障为主。

总之，对于血浆中除蛋白质大分子外，该滤过膜厚度不足1μm，又有孔隙，其通透性很大。

2.滤过动力——肾小球有效滤过压(effective filtration pressure)

有效滤过压=肾小球毛细血压—（血浆胶渗+肾囊腔内压）

3.滤过率（glomerular filtration rate, GFR）与滤过分数(filtration fraction, FF)

事实上，通常流经两侧肾小球的血浆量（在人为650ml），只有约1/5（人125ml/分钟）滤过到肾囊成为原尿。但这个数字积累起来也甚为可观，一昼夜原尿生成量，人约180L，牛1400L，狗约50L，绵羊140L。

单位时间内原尿生成量称为滤过率，而原尿量与同一时间流经两侧肾小球的血浆量之比称为滤过分数。可反应血液和肾脏机能状况。

（二）肾小管、集合管的重吸收与分泌排泄作用

通过肾小球滤过生成的原尿进入肾小管后称小管液。

1.重吸收的方式（与小肠的吸收相似）

(1)主动重吸收：葡萄糖、Aa、Vit、Na+、Ca2+、K+、PO43+、尿酸根离子等

(2)被动重吸收：水、某些溶质

(3)吞饮作用：极微量的蛋白质在近曲小管

2．肾脏不同部位的重吸收（reabsorption）

（1）近球小管

是大部分物质的主要重吸收部位，滤过液中的约67%Na+、Cl-、K+和水在这里被重吸收，还有85%的HCO3-以及全部的葡萄糖、氨基酸都在此被重吸收。

①Na+和Cl-

原尿中的Na+和Cl-在流经肾小管、集合管时被重吸收99%以上。其中近球小管约重吸收65-70%，常以泵漏模式（pump-leak model）。

在近球小管Cl-的重吸收伴随Na+的主动重吸收而被动重吸收。

②水

67%左右的水的重吸收是在渗透压差作用下而被动吸收。属于等渗重吸收（isosmotic reabsorption）与体水是否缺乏无关。

③HCO3-

HCO3-是以CO2形式重吸收，要有H+分泌（肾小管各段均可分泌H+，Na+-H+交换）。

④K+

绝大部分的K+在近球小管被重吸收。近球小管K+的重吸收是逆浓度差和电位差而进行的主动重吸收，具体机制不清。

⑤葡萄糖

葡萄糖重吸收的部位仅限于近球小管。葡萄糖的重吸收是借助于Na+的主动重吸收而被继发性主动转运（secondary active transport）的。

肾小管对葡萄糖的重吸收有一定限度,肾糖阈（renal glucose threshold）是不出现糖尿的最高血糖浓度值，正常成年人为160-180mg%。肾糖阈可以反映吸收能力低的那部分肾小管对葡萄糖的最大吸收能力。

此外，在近球小管，氨基酸、SO42-、HPO32-也是与Na+相伴经载体同回转运吸收。正常时滤过的少量小分子蛋白通过小管上皮细胞的吞饮作用而重吸收。

（2）髓袢

①Na+和Cl-

髓袢升支粗段对NaCl的重吸收是以1Na+:2Cl-:1K+同向转运模式模式进行的。

只有当Na+、Cl-、K+同时存在，NaCl才能被重吸收。钠泵是NaCl重吸收的重要因素。通过钠泵活动，继发性主动重吸收2Cl-，同时伴随2Na+重吸收，其中1Na+主动、1Na+经细胞旁路被动重吸收，为Na+重吸收节约50%能量。

②水

10%的水在此被重吸收。

（3）远曲小管和集合管

①Na+、Cl-

仍然是继发性主动转运。（此时无回漏，电化学梯度更大）

远曲小管前段：Na+是与Cl-同向转运进入细胞，然后由钠泵泵出细胞而主动重吸收回血。

远曲小管后段与集合管：Na+不与其它物质耦联，通过管腔膜上的Na+通道进入细胞，然后再由Na+泵泵至组织间液被重吸收。

②水

受抗利尿激素的调控,依赖于ADH的存在。与机体是否缺水有关。

3.肾小管和集合管的分泌排泄作用（secretion）

(1)H+

肾小管全程，近球小管Na+-H+交换，消耗Na+梯度，属继发主动转运。排H+，保碱储，酸碱平衡；在远球小管同时还有Na+-K+交换，因此，泌K+与泌H+存在竞争关系。

(2)NH3

一般发生在远曲小管、集合管。上皮细胞代谢产生的NH360%由谷氨酰胺脱氨而来。NH3的分泌不仅促进H+的分泌而排酸,也能增加NaHCO3的重吸收。

正常情况下NH3的分泌主要在远曲小管和集合管,但在酸中毒时NH3的分泌增加,近球小管也可分泌NH3。

（3）K+

终尿中的K+主要由远曲小管和集合管主细胞分泌,K+的分泌与Na+的主动重吸收密切相关。K+-Na+交换（K+-Na+ interchange）与H+-Na+交换（H+-Na+ interchange）具有相互竞争现象

（4）其他物质

代谢产物如肌酐、对氨基马尿酸，能滤过，又能由肾小管排泄。进入体内物质如青霉素、酚红等由近球小管主动排泄。

肾小球滤过生成的原尿，通过肾小管和集合管的重吸收和分泌处理后，就成为终尿并排出体外。

（三）影响尿生成的因素

1.影响滤过的因素

（1）滤过膜

①面积：

人正常时有效滤过面积约1.5m2（双侧肾）急性肾小球肾炎、肿胀，少量至无尿.

②通透性：缺氧、中毒，蛋白分解，通透性增大。电化学屏障的受损导致蛋白尿，机械屏障受损导致血尿。

（2）有效滤过压

有效滤过压= 肾小球毛细血管血压- (血浆胶体渗透压+ 囊内压)

①肾小球毛细血管压

动脉血压在80-180mmHg范围内波动时，可以自身调节；当动脉血压低于80mmHg时，交感神经参与调节；当动脉血压低于40-50mmHg，出现无尿（休克）。

②肾小囊内压

在正常情况下，肾小囊内压变化较小。尿路梗阻，肾小囊内液体流出不畅，囊内压增高，有效滤过压下降，肾小球滤过减少。

有些药物如果浓度太高，可在肾小管的酸性环境中析出结晶，如磺胺类药物，导致囊内压增高。（大量喝水、口服小苏打）

③血浆胶体渗透压

主要取决于血浆蛋白浓度，当血浆蛋白浓度降低，有效滤过压增加，肾小球滤过增多。

（3）血流量

血流量减少，血浆胶渗上升快，肾小球毛细血管中有滤过作用的甲—乙段较短，滤过率较少。当肾小球血浆流量比正常大三倍，血浆胶惨上升速度更慢，全长滤过，滤过率最高。

2.影响重吸收的因素（影响肾小管和集合管泌尿功能的因素）

(1)小管液溶质浓度

(2)肾小管上皮的机能状态

(3)肾小球滤过率——近球小管重吸收率（reabsorption rate）

二、尿的浓缩与稀释(Concentration and Dilution of urine)——(逆流倍增假说(counter-current multiplication))

（一）概况

在物理学中两个并列的管道其中液体的溶质浓度或热量不同，而液体流动方向相反，如果管壁具有通透性或导热性，则液体在流动过程中，其溶质或热量可以在两管之间进行交换，此过程称为逆流交换。

逆流交换的作用是使管中的溶质或热量不易随之大量流失。鸟类、哺乳、人类的肾脏，有真正的髓袢结构，才真正可浓缩。而且髓袢相对地愈长，浓缩尿的能力也愈大。

在生理学中，尿液的浓缩与稀释是根据尿的渗透浓度（osmolality）与血浆渗透压相比较而确定的。尿液的渗透压与血浆渗透压相等或相近，称为等渗尿（isotonic urine）。如果无论机体缺水或水过剩，长时间排出等渗尿，表明肾脏的浓缩和稀释功能严重减退。（二）尿浓缩和稀释的机制

1.渗透梯度的形成与维持

20世纪五十年代，冰点降低法测定大鼠肾脏组织切片的渗透浓度，观察到髓质部组织液与血浆的渗透浓度之比，从外髓部向乳头部依次递增，分别为2.0、3.0、4.0。具有明显的渗透浓度梯度。

内髓部渗透压梯度的形成较复杂，有以下几个方面的作用：

（1）在远曲小管、集合管，NaCl主动吸收后使外髓高渗吸水，不透过尿素，小管液中尿素浓度渐高。

（2）内髓部、外髓部集合管透过尿素，尿素扩散到组织，组织液高渗。

（3）髓袢降支透水不透氯化钠、尿素，水重吸收，管中渗透梯度渐高至转折处达最高（4）髓袢升支处，NaCL透出多于进入的尿素量，也多于髓袢降升支逆流系统。

（5）尿素再循环

直小血管降升支间透出与进入H2O、氯化钠、尿素的交换，有利于肾髓质高渗梯度的维持。血液离开髓质时，仅带有少量的NaCL。溶质保存在骨髓间质液中。

2.影响尿浓缩和稀释的因素

肾脏能否最大限度地排出浓缩尿或稀释尿，主要有赖于髓袢、集合管和直小血管等结构与功能的正常。

（1）髓袢的结构与机能

髓袢结构与机能的完整性是保持肾对尿液浓缩功能的重要条件。

（2）尿素(urea)浓度

尿素为蛋白质代谢的产物，是形成内髓部高渗的重要因素。

（3）直小血管的血流

髓质血流的低容量和低速度在有效的逆流扩散交换过程中是重要的因素。

（4）集合管对水的通透性

取决于血浆ADH。

三、排尿及其调节

（一）排尿

肾脏内尿的生成是连续不断的,输尿管蠕动排入膀胱贮存。随着膀胱内尿的积聚，内压升至20-30mmHg，刺激了膀胱壁牵张感受器，沿盆神经传入脊髓，逐级上传到皮层，皮层根据各个方面的条件综合决定（环境、充盈程度等）。

排尿指令——排尿受大脑皮层的调控，容易形成条件反射，调教动物，定点排尿，改善环境卫生等。

（二）尿生成的调节

如前所述，肾脏的泌尿功能，不仅对于代谢产物的排出，而且对于血浆乃至全身电解质平衡、水盐平衡及酸碱平衡都具有重要意义。机体通过肾脏的自身调节（如肾血流量的恒定，球管平衡等）和神经体液调节来实现的。（与全身情况配合）

1.交感神经系统

肾交感神经兴奋

（1）较弱时，入球小动脉与出球小动脉等比例收缩，GRF不显著；较强时，入球小动脉收缩大于出球小动脉，血浆流量下降，血压下降，有效滤过压降低，GRF降低。

（2）刺激近球小体中的颗粒细胞释放肾素，导致循环中的血管紧张素Ⅱ和醛固酮含量增多，增加肾小管对NaCl和水的重吸收。

（3）低频率低强度电刺激肾交感神经，在不改变肾小球滤过率的情况下，可增加近球小管和髓袢对Na+、CL-和水的重吸收。

2.抗利尿激素(antidiuretic hormone, ADH)

ADH又称血管升压素（arginine vasopressin,A VP），下丘脑视上核和室旁核神经元分泌的9肽激素经下丘脑-垂体束被运到神经垂体释放。

（1）作用于血管平滑肌V1受体导致血管收缩。

（2）增加集合管对水的通透性使水重吸收量增加，尿量减少。

（3）促进内髓部集合管对尿素的通透；促进髓袢升支粗段对NaCl主动重吸收。

3.肾素---血管紧张素---醛固酮系统（RAAS）

(1)肾素分泌的调节

血管紧张素II（angiotensin II）刺激醛固酮合成、分泌，间接起到保钠、保水、排钾的作用。刺激近球小管对NaCl重吸收。

(2)促进ADH释放

4.心房利尿钠钛(atrial natriuretic peptide, ANP)

（1）抑制集合管对NaCL的重吸引。

（2）输入、输出血流量增加，GFR增加。

（3）抑制肾素分泌。

（4）抑制醛固酮分泌。

（5）抑制ADH分泌。

第三节肾脏在维持稳态方面的作用

一、机体水盐平衡调节

（一）哺乳动物

肾通过泌尿活动排出代谢终产物，：如尿素、尿酸、肌酐、氨等含氮物质，硫酸盐和其

他含硫物质，以及无机磷酸盐等，使这些物质不致在体内大量潴留。肾还通过泌尿活动排出水和多种无机离子，如钠、钾、钙、氯和氢离子等，并能依据机体的情况调节这些物质的排出量，使细胞外液的水分、渗透压、酸碱度和各种离子浓度保持相对恒定。

（二）鸟类(选讲)

具有一种叫鼻腺的组织，多数位于头顶或眼眶上方，只是其分泌液是从鼻腔流出而已。鼻腺能分泌大量的氯化钠，可以补充肾脏的排盐功能，对维持体内水盐和渗透压平衡起重要作用。

（三）鱼类(选讲)

鱼类的鳃是交换气体的器官，同时也是离子转运、排泄含氮废物、维持酸碱平衡的器官。

1.在淡水中，由于渗透压梯度的的作用，水由鳃被动扩散进入鱼的体内，而肾则排出大量的渗透压低于血浆的尿以维持体内水分的稳定。从尿中流失的钠离子和氯离子则经由鳃从淡水中主动吸入的这两种离子所补充。

2.在海水中渗透压梯度与在淡水中的相反，水分从鳃的表面扩散出去，趋向于使海水鱼脱水。进入海水鱼体内的一些单价离子（钠离子、氯离子、钾离子）通过鳃的上皮组织主动转运到体外，而二价离子（如镁离子、钙离子）则由肾排出体外。肾排出的尿量较少，而且是与血浆等渗的，这样也可减少水分的损失。

二、机体内酸碱平衡调节

（一）血液

血液中含有多种缓冲物质，它们是成对存在的，主要有：NaHCO3/H2CO3;NaHPO/NaH2PO4和蛋白质-钠/蛋白质等，其中以NaHCO3/H2CO3最为重要；红细胞内含物也含有KHb/HHb和KHb-O2/HHb-O2缓冲对。

红细胞内的还原血红蛋白和氧合血红蛋白的等电点分别为6.80和6.70，而血液的pH约为7.4，因此HHb和Hb-O2均为弱酸性物质，它们组成了两个缓冲对，即KHb/HHb和KHb-O2/HHb-O2，共同参与血液酸碱平衡的调节作用。

（二）呼吸

CO2在血液中以氨基甲酸血红蛋白和碳酸氢盐的形式运输。大部分进入红细胞的CO2，解离生成碳酸氢根和氢，生成的HCO3-量超过血浆中的HCO3-含量时，可扩散入血浆。所生成的HCO3-，在红细胞内与K+结合，在血浆内则与Na+结合，所生成的H+大部分与Hb结合成为HHb。而血浆中的NaHCO3/H2CO3是重要的缓冲对。呼吸作用排出CO2，血浆中溶解的CO2扩散入沛泡，CO2则由红细胞透出，补充血浆中溶解的CO2，由此可以调节血浆中H2CO3浓度。

因此，Hb和HCO3-在运输CO2过程中，对机体的酸碱平衡起重要的缓冲作用。

（三）肾脏途径

肾脏在尿的生成过程中，既可排泄酸性物质，又可回收NaHCO3，有利于保持两者的正常比值，以此调节机体的酸碱平衡。

第四节皮肤及其附属结构(被毛)(自学)

皮肤覆盖于全身体表，由表皮和真皮组成，借皮下组织与深部组织相连，皮肤内有毛发、皮脂腺和汗腺等附属器。

一、表皮

表皮位于皮肤的浅层，厚度不一，眼睑最薄，约0.04mm，手掌最厚，可达1.6mm，表皮为角化的复层扁平上皮，其细胞分为两类：

（一）角蛋白形成细胞，占表皮细胞的绝大多数，分层排列，在增殖分化中合成大量角蛋白，使细胞角化并脱落

1.基底层

一层矮柱状或立方形细胞，胞核卵圆形，胞质较少，嗜碱性，附于基膜上。

2.棘层

4～10层多边形细胞，胞核较大，圆形，胞质嗜碱性，细胞表面有细小突起，相邻细胞间形成细胞间桥。

3.颗粒层

3～5层较扁的梭形细胞细胞核固缩并开始解体，胞质内充满嗜碱性颗粒。

4.透明层

几层扁平细胞，胞核与细胞器已退化。

5.角质层

多层扁平的角化细胞，胞核与细胞器已消失，胞质内充满均质状嗜酸性的角蛋白。（二）非角蛋白形成细胞

非角蛋白形成细胞包括黑素细胞、郎格汉斯细胞与梅克尔细胞，均为多突起细胞。

1.黑素细胞

散在基底细胞之间，有多个较长并分支的突起。

2.郎格汉斯细胞

散在棘细胞之间，具有树枝状突起。

3.梅克尔细胞

存在于毛囊附近的表皮基底细胞之间，具有短枝状突起。

二、真皮

真皮位于表皮与皮下组织之间，身体各部厚薄不一，手掌和足底最厚，可3mm，眼睑与包皮处最薄，约0.6mm。真皮由结缔组织组成，分为乳头层和网状层两层，两层互相移行无明显界线。

（一）乳头层

位于表皮之下，胶原纤维与弹性纤维较细，细胞较多。毛细血管丰富，神经末梢较多，含有血管乳头和神经乳头。

（二）网状层

位于乳头层的深部，胶原纤维粗大且交织成网，弹性纤维较多，有许多血管、淋巴管和神经，毛囊、皮脂腺与汗腺也存在于此层，并常见环层小体。

三、皮下组织

皮下组织不属于皮肤的组成成分，由疏松结缔组织和脂肪组织组成，结构疏松。

四、皮肤的附属结构（被毛）

露在皮肤外的部分称毛干，埋在皮内的部分称毛根。毛根末端膨大部称毛球。毛球底部内陷成一窝，结缔组织伸入其中，形成毛乳头，含丰富的毛细血管。

1.毛干与毛根

毛的中轴是髓质，为一层或多层扁平或立方细胞。周围是皮质，由数层多边形或梭形细胞，呈同心圆状排列而成，胞质内含色素颗粒，使毛呈现一定的颜色。毛的表面还有一层呈覆瓦片状排列的完全角化的无扁平细胞，称毛小皮。

2.毛囊与竖毛肌

毛囊包围毛根，分为两层：内层为上皮鞘，由皮肤表皮围绕毛根内陷而成；外层为结缔组织鞘，由真皮构成。毛根与毛囊斜长在真皮内，与皮肤表面呈钝角的一侧有平滑肌束，称竖毛肌，一端附于毛囊中部，另一端附于真皮乳头层，收缩时可使毛竖立。

3.毛球

毛球是毛与毛囊的生长点，毛球内的细胞幼稚，分裂旺盛，能分化成毛细胞与毛囊上皮鞘的细胞。毛乳头内含丰富的毛细血管和神经纤维，可为毛与毛囊的生长提供营养。

【思考题】

1.尿的生成包括哪几个基本过程？

2.水利尿和渗透利尿有何异同？

3.肾脏在维持机体稳态方面起什么作用？

4.肾血流量及肾小球滤过率的改变对尿的浓缩和稀释有何影响？

【参考文献】

1. 姚泰主编生理学，第五版，北京：人民卫生出版社，200

2.11 P226~254

2. 陈杰主编家畜生理学，第四版，北京：中国农业出版社，200

3.12 P229~258

3. 杨秀平主编动物生理学，北京：高等教育出版社，2002.9 P230~259