过滤膜
肾小球过滤膜从内到外有三层结构:
中层为肾小球基膜(厚约240-370nm),电镜下从内到外分为三层,即内疏松层、致密层及外疏松层,为控制滤过分子大小的主要部分,是机械屏障的主要部分;
外层为
上皮细胞层(厚约40nm),上皮细胞又称
足细胞,其不规则突起称足突,其间有许多狭小间隙,血液经滤膜过滤后,滤液入肾小球囊。在正常情况下,血液中绝大部分蛋白质不能滤过而保留于血液中,仅小分子物质如尿素、葡萄糖、
电解质及某些小分子蛋白能滤过。
系膜
系膜由系膜细胞及系膜基质组成,为
肾小球毛细血管丛小叶间的轴心组织,并与毛细血管的内皮直接相邻,起到肾小球内毛细血管间的支持作用。系膜细胞有多种功能,该细胞中存在收缩性纤维丝,通过刺激纤维丝收缩,调节肾小球毛细血管表面积,从而对肾小球血流量有所控制。系膜细胞能维护邻近基膜及对肾小球毛细血管起支架作用。在某些中毒及疾病发生时,该细胞可溶解,肾小球结构即被破坏,功能也丧失。系膜细胞有吞噬及清除异物的能力,如
免疫复合物、异常蛋白质及其他颗粒。
滤过功能
微穿刺法是利用显微操纵仪将外径6-10μm的微细玻璃插入肾小体的囊腔中。在与囊腔相接部位的近球小管内,注入石蜡油防止起滤液进入肾小管。用微细玻璃管直接抽到囊腔中的液体进行微量化学分析(图8-2)。分析表明,除了蛋白质含量甚少之外,各种晶体物质如葡萄糖、
氯化物、
无机磷酸盐、尿素、
尿酸和
肌酐等的浓度都与血浆中的非常接近,而且渗透压及酸碱度也与血浆的相似,由此证明囊内液的确是血浆的超滤液。
单位时间内(每分钟)两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率(glomerularfiltrationrate,GFR)。据测定,体表面积为1.73m
2的个体,其肾小球滤过率为125ml/min左右。照此计算,两侧肾每一昼夜从肾小球滤出的血浆总量将高达180L。此值约为体重的3倍。肾小球滤过率和肾血浆流量的比例称为滤过分数(filtrationfraction)。经测算,肾血浆流量为660ml/min,所以滤过分数为:125/660×100=19%。滤过分数表明,流经肾的血浆约有1/5从肾小球过滤到囊腔中。肾小球滤过率大小决定于滤过系数(KFR)
滤过指标
滤过率
肾小球滤过率是指单位时间内两肾生成滤液的量,正常成人为125ml/min左右。肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为
滤过分数。每分钟肾血浆流量约660ml,故滤过分数为125/660×100%≈19%。这一结果表明,流经肾的血浆约有1/5由肾小球滤入囊腔生成
原尿。肾小球滤过率和滤过分数是衡量肾功能的指标。
指标
成人每昼夜生成的原尿量可达180L,但每日排出的终尿量仅1~2L,可见原尿经过肾小管和集合管时,约有99%的水分被重吸收回血液。再从成分比较,终尿与原尿也有很大差别,例如原尿含葡萄糖,终尿无;而终尿所含
肌酐、
氨又比
原尿多。说明原尿尚须通过肾小管和集合管的作用,才能生成终尿。
影响因素
滤过膜的通透性和滤过面积的改变对肾小球滤过功能的影响前已述。下面进一步分析肾小球毛细血管血压、
血浆胶体渗透压、囊内压和肾血浆流量变化对肾小球滤过功能的影响。
血管血压
全身动脉血压如有改变,理应影响肾小球毛细血管的血压。由于肾血流量具有自身调节机制,动脉血压变动于10.7~24kPa(80-180mmHg)范围内时,肾小球毛细血管血压维持稳定,从而使肾小球滤过率基本保持不变(图8-5)。但当动脉血压降到10.7kPa(80mmHg)以下时,肾小球毛细血管将相应下降,于是有效滤过压降低,肾小球滤过率也减少。当
动脉血压降到5.3-6.7kPa(40-50mmHg)以下时,肾小球滤过率将降低到零,因而无尿。在高血压病晚期,入球小动脉由于硬化而缩小,肾小球毛细血管血压可明显降低,于是肾小球滤过率减少而导致少尿。
囊内压
在正常情况下,肾小囊内压是比较稳定的。肾盂或
输尿管
结石、肿瘤压迫或其他原因引起的输尿管阻塞,都可使肾盂内压显著升高。此时囊内压也将升高,致使有效滤过压降低,肾小球滤过率因此而减少。有些药物如果浓度太高,可在肾小管液的酸性班干部析出结晶;某些疾病时溶血过多,
血红蛋白过可堵塞
肾小管,这些情况也会导致囊内压升高而影响肾小球滤过。
血浆胶体渗透压
人体血浆胶渗透压在正常情况下不会有很大变动。但若全身
血浆蛋白的浓度明显降低时,血浆胶体渗透压也将降低。此时
有效滤过压将升高,肾小球滤过率也随之增加。例如由静脉快速注入
生理盐水时,肾小球滤过率将增加,其原因之一可能是血浆胶体渗透压的降低。
肾血浆流量
肾血浆流量对肾小球滤过率有很大影响,主要影响
滤过平衡的位置。如果肾血浆流量加大,肾小球毛细血管内
血浆胶体渗透压的上升速度减慢,滤过平衡就靠近出球小动脉端,有效滤过压和滤过面积就增加,肾小球滤过率将随之增加。如果肾血流量进一步增加,血浆胶体渗透压上升速度就进一步减慢,肾小球毛细血管的全长都达不到滤过平衡,全长都有滤过,肾小球滤过率就进一步增加。相反,肾血浆流量减少时,血浆胶体渗透压的上升速度加快,滤过平衡就靠近入球小动脉端,有效滤过压和滤过面积就减少,肾小球滤过率将减少(图8-8)。在严重缺氧、
中毒性休克等病理情况下,由于
交感神经兴奋,
肾血流量和
肾血浆流量将显著减少,
肾小球滤过率也因而显著减少。
球旁器组成
球旁器主要由球旁细胞和
致密斑组成。球旁细胞:是入球小动脉近血管极处的管壁
平滑肌细胞转变成的
上皮样细胞,细胞质内涵丰富的分泌颗粒,可分泌
肾素。致密斑:远端小管直部末端近
肾小体血管极一侧的管壁上皮细胞增高、紧密排列所形成的一个椭圆形斑,称致密斑。致密斑是离子感受器,可感受远端小管内
尿液的Na+浓度变化。
解剖学
肾小球滤过器由20~40个毛细血管袢及覆盖其上的肾球囊的内层所组成。人的肾小球毛细血管总表面面积超过1.5m
2。
肾小球的滤过指血液流经肾小球毛细血管时,除蛋白分子外的血浆成分被滤过进入肾小囊腔形成超滤液的过程。滤过的动力是有效滤过压,其值=肾小球毛细血管血压-(
血浆胶体渗透压+肾小囊内压)。
形态学研究表明,滤过膜是由下列三层膜所组成的:
①内层是衬在肾小球毛细血管内壁的内皮细胞;
②中层是非细胞性基底膜;
③外层是构成肾小球囊的上皮细胞层。内皮细胞与上皮细胞层的膜厚度都约为400×10
-10m,人的基底膜厚度约为3250×10
-10。血浆滤过时,必须经过两层比较薄的和一层比较厚的膜(图10-4)。
滤过膜的内皮细胞层,在
电子显微镜下可见窗孔,孔径为400×10
-10m,滤过膜的外层,是一些具有足突的上皮细胞,在足突之间有裂隙。中层基底膜显示网状结构,网眼可能代表滤过膜孔,决定肾小球膜的分子通透性。
肾滤过膜的通透性比肌肉
毛细血管壁大100倍或更多些,这是因为肾滤过膜孔的总面积占毛细血管总面积的5%~10%,而肌肉毛细血管壁孔的总面积只占毛细血管壁总面积的0.2%,所以肾滤过膜通透性比较大。
通透性
小分子直至相当于
菊粉分子大小(分子量5500)的物质可自由地或不受限制地滤过。这些物质在滤液中的浓度与血浆中所含的浓度相同。随着分子量变大,溶质分子通过孔眼越来越受到妨碍,对
血红蛋白分子(分子量64500)仅3%能滤过,对血浆
白蛋白(分子量69000)则远低于1%。滤过孔眼对分子透出的绝对界限分子量约为80000。较大的蛋白质(血浆球蛋白)则不再能从肾小球滤出。按照计算,肾小球滤过器的平均孔半径为3.5~4μm。这个结果与基底膜的电子显微镜所见很相符。
根据近年的研究,
肾小球滤过膜对各种物质的通透性,不仅决定于滤过孔径的大小,从而对分子大小具有选择性,而且还决定于滤过膜对电荷的选择性。有人用带电荷和不带电荷的右旋糖肝,证明带正电荷的分子易于通过,带负电荷的则不易通过。
滤液证明
本世纪20年代后期发展了一种微穿刺技术,这种技术是利用直径7~15μ的玻璃细管插入两栖类(蛙或蝾螈)或哺乳类(鼠或豚鼠)肾的肾球囊中(图10-5),抽出囊内液加以分析。对这类囊内液的分析表明,它符合超滤液的特点:
①滤液(原尿)中只含有极微量的蛋白质;
③分子量小于一定限度的物质,不论其大小都以同样的速度出现于滤液中,这一点只能用滤过解释,而不能用弥散说明。
入球小动脉中的血液废物机一部分小分子物经过肾小球被肾小囊吸收,稍后在毛细血管与
肾小管的缠绕过程中,多数营养物质。