第二节　尿生成的过程

尿由肾单位和集合管共同生成，尿生成的过程包括肾小球的滤过、肾小管和集合管的重吸收、肾小管和集合管的分泌三个基本环节。

一、肾小球的滤过

肾小球的滤过和组织液的滤过类似，肾小球的滤过是指循环血液经过肾小球毛细血管网时，血浆中的水和小分子溶质及少量较小相对分子质量的血浆蛋白，经滤过膜滤入肾小囊的囊腔而形成超滤液的过程，经过肾小球的滤过所形成的超滤液又称为原尿。

肾小囊囊腔的微穿刺实验表明，超滤液的成分与血浆基本一致：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，只是超滤液缺乏大部分血浆蛋白。表8-1所示为血浆、超滤液、尿液成分对比。

表8-1　血浆、超滤液、尿液成分对比　单位：g/L

（一）肾小球滤过率

肾小球滤过率（glomerularfiltrationrate，GFR）是指单位时间（通常是每分钟）内两肾生成的超滤液量。正常成人（体重60kg、体表面积为1.73m2的个体）肾小球滤过率为125 mL/min，照此计算，两肾每昼夜从肾小球滤过的血浆总量高达180L。肾小球滤过率是反映肾滤过功能的直接指标。

肾小球滤过率与每分钟肾血浆流量的比值，称为滤过分数（filtrationfraction）。正常人安静时肾血浆流量为660mL/min，滤过分数=125/660×100%=19%。滤过分数表明，肾的血浆流量中约有1/5由肾小球滤过到肾小囊形成了超滤液，其余4/5则通过出球小动脉流入肾小管周围毛细血管网。

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肾小球滤过率的应用价值

肾小球滤过率在肾疾病的相对早期就有变化，并且肾小球滤过率的下降与肾病损害的严重程度密切相关。正常成人，肾小球滤过率应大于90mL/min。肾小球滤过率低于60mL/min时提示患者已处于肾功能衰竭三期，需要积极治疗。肾小球滤过率小于15 mL/min则需透析。直接测定肾小球滤过率不易，现多采用换算的方法，公式为

男性肾小球滤过率=（140-年龄）×体重/肌酐浓度（mL/dL）×72

女性肾小球滤过率=（140-年龄）×体重/肌酐浓度（mL/dL）×72×0.85

由于肾小球滤过率除了受肾功能水平影响外，还受其他因素包括年龄、性别、体表面积、蛋白质摄入量、无机盐摄入量、水潴留状态及体位等因素的影响，肾小球滤过率在正常人群中变异度很大，故滤过功能的诊断不能单凭肾小球滤过率的变化来确定。

（二）肾小球滤过的结构基础——滤过膜

血浆经肾小球毛细血管网滤过到肾小囊囊腔形成原尿过程中通过的结构称为滤过膜（filtrationmembrane）。滤过膜通常由三层结构组成。①内层是毛细血管内皮细胞层，其上有许多直径为50～100nm的小孔，称为窗孔（fenestration）。窗孔可防止血细胞通过，但对血浆蛋白的滤过阻挡能力较差。②中间层是非细胞性的基底膜，基底膜是滤过膜的主要屏障，基底膜是由水合凝胶构成的微纤维网分子筛结构，其上有4～8nm的多角形小孔，称为网孔。水和部分溶质可以通过微纤维网分子筛的网孔，微纤维网分子筛的网孔的大小基本决定了何种溶质可以滤过。③外层是肾小囊上皮细胞层。肾小囊上皮具有足突，相互交错的足突之间形成裂隙，裂隙上有一层裂隙膜，裂隙膜上有直径为4～14nm的孔，称为裂孔。这些孔的开闭可随时调节，进而影响肾小球滤过率。上述三层结构形成了滤过膜（图8-6）的机械屏障，正常情况下只允许相对分子质量为69000以内的物质通过。

除三层膜之外，滤过膜的通透性还取决于被滤过物质所带的电荷。滤过膜各层都带有负电荷的糖蛋白（涎蛋白），称为电学屏障。这些带负电荷的物质排斥同样带负电荷的血浆蛋白，可有效限制血浆蛋白的滤过。例如，血浆中白蛋白的相对分子质量虽然小于69000（相对分子质量为66458），但仍难以通过滤过膜，就是由于其携带负电荷。在病理情况下，滤过膜上带负电荷的糖蛋白减少或消失，可致带负电荷的血浆蛋白滤出，形成蛋白尿。

（三）肾小球滤过的动力——有效滤过压

与组织液的生成和回流类似，肾小球滤过的动力也是有效滤过压，该压力主要取决于滤过的动力和阻力之差。在血流量和通透性稳定的情况下，其大小决定了滤过生成超滤液的量。由于超滤液中蛋白质极少，其胶体渗透压可忽略不计，故

肾小球有效滤过压=肾小球毛细血管血压-（血浆胶体渗透压+肾小囊囊内压）

图8-6　滤过膜结构实物切片

由此公式可以看出，肾小球毛细血管血压是滤过的唯一动力，而血浆胶体渗透压和肾小囊囊内压则是滤过的阻力。

肾小球毛细血管血压平均值为45mmHg，肾小囊囊内压为10mmHg左右，毛细血管入球端的血浆胶体渗透压为25mmHg左右。故在毛细血管入球端，有效滤过压=［45-（25+10）］mmHg=10mmHg。由于入球小动脉粗而出球小动脉细，肾小球毛细血管血压在肾小球毛细血管网各处能够基本保持一致（45mmHg）。正常情况下肾小囊的超滤液生成过程和向肾小管输送的过程保持平衡，故肾小囊囊内压也基本不变（10mmHg）。但肾小球毛细血管网内的血浆胶体渗透压不是固定不变的，在血液流经肾小球毛细血管网时，由于不断生成超滤液，血浆胶体渗透压也随之升高，有效滤过压逐渐下降。当血浆胶体渗透压上升到35mmHg时，有效滤过压=［45-（35+10）］mmHg=0，达到滤过平衡（图8-7），滤过停止。安静状态下肾小球毛细血管网全段并不都具有滤过功能，具有滤过功能的只有从入球小动脉端至达到滤过平衡的那一段毛细血管。产生滤过作用的毛细血管长度取决于有效滤过压下降的速度。当有效滤过压下降的速度减小时，具有滤过作用的毛细血管长度延长，生成的超滤液量增多；反之，则超滤液减少。

图8-7　滤过平衡过程示意图

（四）影响肾小球滤过的因素

肾小球的滤过是由流经肾小球的血浆经过滤过膜，在有效滤过压的作用下进行的，因此影响肾小球滤过的因素如下。

1.肾血浆流量

肾血浆流量是滤过的前提条件，它主要通过改变滤过平衡的位置来影响肾小球滤过率。如果肾血浆流量加大，则肾小球毛细血管网内血浆胶体渗透压上升的速度减慢，滤过平衡向出球小动脉端靠近，具有滤过作用的毛细血管长度延长，滤过面积增加，肾小球滤过率增高。反之，当肾血浆流量减少时，血浆胶体渗透压上升的速度加快，滤过平衡向入球小动脉端靠近，具有滤过作用的毛细血管长度缩短，滤过面积减少，肾小球滤过率降低。

在心搏出量减少、肾动脉器质性病变、肾功能减退、严重缺氧及中毒性休克等病理情况下，交感神经兴奋，肾血浆流量显著减少，肾小球滤过率也因而显著减小，患者出现水肿、少尿，甚至无尿。

2.滤过膜的面积和通透性

两肾所有肾小球毛细血管网的总面积在1.5m2以上，滤过面积很大。正常情况下，滤过膜的面积和通透性都比较稳定，有利于血浆的充分滤过。

在急性肾小球肾炎时，由于肾小球毛细血管网的管腔变窄或完全阻塞，有效滤过面积也因而减小，肾小球滤过率降低，导致患者出现少尿甚至无尿。

炎症、损伤和免疫复合物可破坏滤过膜的完整性或降低其所带的负电荷，导致滤过膜通透性增大，肾小球滤过率增大，同时血浆蛋白滤出增多，患者可出现多尿、蛋白尿甚至是血尿。而当肾小球发生急性炎症时，内皮细胞的肿胀、炎性渗出物和免疫复合物的堆积可使滤过膜通透性降低，导致肾小球滤过率降低，患者出现少尿甚至是无尿。

3.有效滤过压

（1）肾小球毛细血管血压：当肾小球毛细血管血压升高时，肾小球滤过率增大。正常情况下，当血压在80～180mmHg（10.7～24.0kPa）范围内变化时，肾小球毛细血管血压并不会随着全身动脉血压的变化而明显波动，肾小球滤过率可保持相对稳定，这种现象称为肾血流量的自身调节机制。由于肾血流量自身调节的能力有限，如果超出了自身调节的范围，肾小球毛细血管血压、有效滤过压、肾小球滤过率都会发生相应的改变。当动脉血压降到80mmHg（10.7kPa）以下，超出了自身调节范围时，肾小球毛细血管血压相应地下降，有效滤过压降低，肾小球滤过率也降低，导致尿量减少。当动脉血压降到40mmHg以下时，肾小球滤过率将降低到0%，导致无尿。例如，低血容量性休克时，由于严重腹泻、剧烈呕吐、大面积烧伤等多种原因造成体内或血管内血液、血浆或体液大量丢失，有效血容量急剧减少，导致血压降低和微循环障碍，临床表现为尿少，甚至无尿。

二、肾小管和集合管的重吸收

人两肾每天生成的肾小球滤过液达180L，滤过液经肾小囊收集后流入肾小管，此时称为小管液。小管液流经肾小管和集合管时与血液进行物质交换，最后排出体外，称为终尿。成人正常情况下每天终尿量仅为1.5L左右，只占肾小球滤过液的1%左右，可见肾小球滤过液中99%以上的液体在流经肾小管和集合管时被重吸收回体内。重吸收是指肾小管小管液中的物质经由肾小管和集合管上皮细胞，从肾小管管腔中转运至血液的过程。

（一）肾小管和集合管的重吸收特点

1.重吸收量大

因为肾小管和集合管可重吸收小管液中99%的水和无机盐及全部的氨基酸和葡萄糖，所以正常情况下尿中是不含葡萄糖的。

2.选择性重吸收

肾小管和集合管的重吸收具有高度的选择性。正常情况下营养成分，如葡萄糖和氨基酸等完全被重吸收；水和电解质，如钠、氯和碳酸氢根等，绝大部分被重吸收；而一些代谢产物如尿素、肌酐、尿酸等物质，重吸收量很少或完全不被重吸收。

3.重吸收的节段性

各段肾小管和集合管并不具有相同的吸收能力。事实上，肾小管和集合管的绝大部分重吸收过程集中在近端小管，60%～70%的水和无机盐、100%的葡萄糖和氨基酸均在此段重吸收，其余各段只重吸收剩下30%～40%的水和无机盐。

（二）肾小管和集合管重吸收的方式

肾小管和集合管重吸收的方式包括主动重吸收和被动重吸收两种。两种重吸收的方式以主动重吸收为核心，被动重吸收虽不直接消耗细胞的能量，但其重吸收的动力也间接来自主动重吸收。主动重吸收一旦受限，被动重吸收也将明显减少。

主动重吸收可分为原发性主动重吸收和继发性主动重吸收，继发性主动重吸收又分为同向转运和逆向转运。同向转运指两种耦联转运物质向细胞膜相同方向进行转运，如葡萄糖与Na+耦联的重吸收。逆向转运是指两种耦联转运物质向相反方向通过细胞膜的转运，如肾小管细胞分泌H+与重吸收Na+是相耦联的。

被动重吸收包括单纯扩散、易化扩散、渗透和溶剂拖曳等方式。溶剂拖曳是指当水分子通过渗透而被重吸收时，有些溶质也可随水分子一起被重吸收的一种方式。

（三）主要物质的重吸收

1.Na+和Cl-的重吸收

小管液中Na+和Cl-重吸收的量达99%，其中近端小管重吸收的量约为67%，髓袢重吸收的量约为20%，远端小管和集合管重吸收的量约为12%。

（1）近端小管：在近端小管的前半段，Na+通过Na+泵转运至细胞间隙，使细胞内低Na+并处于负电位，小管液中的Na+和葡萄糖与管腔膜上的同向转运体结合，Na+顺电化学梯度进入近端小管腔上皮细胞内，进入细胞内的Na+又被细胞基侧膜上的Na+泵泵至细胞间隙后扩散入血。另一部分Na+通过Na+-H+交换而主动重吸收，小管液中的Na+和上皮细胞内的H+与管腔膜上的交换体结合进行逆向转运，小管液中的Na+顺浓度梯度通过管腔膜进入细胞，进入细胞内的Na+也被Na+泵泵至细胞间隙而主动重吸收。Cl-的重吸收是被动的，由于Na+的重吸收使得近端小管腔负电荷较多而细胞内正电荷较多，细胞内对负电荷吸引力增加促使Cl-顺着电化学梯度进入细胞内，并随Na+一起进入细胞间隙后扩散入血。

在近端小管的后半段，也就是髓袢降支粗段，由于近端小管前半段Na+的主动重吸收，造成细胞内电位升高，其中，优先重吸收的是HCO-3，而Cl-的重吸收很少，导致Cl-的浓度升高，到近端小管后半段，浓度很高的Cl-顺浓度梯度被动重吸收回血，形成了对正电荷的吸引，驱使其顺电位梯度而被动重吸收。

综上所述，在近端小管的前半段，大部分Na+与葡萄糖、氨基酸同向转运，Na+与H+逆向转运而主动重吸收，Cl-顺电化学梯度被动重吸收。在近端小管后半段，Na+和Cl-主要通过细胞旁路途径被动重吸收。水一直随溶质重吸收而被动重吸收，所以近端小管的渗透压与血浆晶体渗透压始终相同，属于等渗性重吸收。图8-8所示为近端小管NaCl和水的重吸收。

图8-8　近端小管NaCl和水的重吸收
注：X表示葡萄糖、氨基酸、磷酸盐、Cl-；F-表示甲酸盐；HF表示甲酸。

（2）髓袢升支粗段：髓袢升支粗段的Na+和Cl-通过管腔膜上的Na+-K+-2Cl-同向转运体复合物主动重吸收。其具体机制：先由管腔细胞基侧膜Na+泵将Na+由细胞内泵入组织间液，造成管腔内与细胞内产生明显的Na+浓度梯度。管腔内Na+、Cl-和K+与管腔膜上同向转运体结合，形成Na+-K+-2Cl-同向转运体复合物，Na+顺电化学梯度将Cl-和K+一起同向转运至上皮细胞内。进入细胞内的Na+再由Na+泵泵至组织间液，以维持管腔内与细胞内的Na+浓度梯度。Cl-经基侧膜Cl-通道扩散进入组织间液，造成组织间液负电位。K+则顺浓度梯度经管腔膜而扩散返回管腔内，一方面造成管腔内正电位，另一方面可继续参与Na+-K+-2Cl-的同向转运，循环利用。需注意的是，经此机制重吸收的只有Na+和Cl-，K+并没有重吸收，而是重复利用。图8-9所示为Na+-K+-2Cl-同向转运模式示意图。

图8-9　Na+-K+-2Cl-同向转运模式示意图

Na+-K+-2Cl-同向转运体复合物对呋塞米等利尿剂很敏感，呋塞米可与其结合并抑制其转运功能，使Na+和Cl-的重吸收受到抑制，水的重吸收也随之减少，产生利尿作用。

（3）远曲小管和集合管：在远曲小管和集合管，可重吸收大约12%的Na+和Cl—，同时耦联分泌一定量的K+和H+。

远曲小管初段可通过Na+-Cl-同向转运主动重吸收Na+和Cl-。水的重吸收很少，因细胞膜对水的通透性低。Na+-Cl-同向转运体可被噻嗪类利尿药所抑制。

远曲小管后段和集合管含有两类细胞，即主细胞和闰细胞。主细胞通过管腔膜上的Na+通道重吸收Na+，同时分泌K+，进而重吸收水。闰细胞则主要分泌H+。

2.水的重吸收

水的重吸收都是被动的，其主要方式为渗透。由于Na+、Cl-、HCO-3、葡萄糖、氨基酸等大量溶质重吸收至细胞间隙，造成细胞间隙渗透压高于细胞内，细胞内渗透压又高于管腔内。在渗透压差的作用下，水不断地从小管液进入上皮细胞，又不断从细胞进入细胞间隙。细胞间隙水分积聚造成静水压升高，水便被重吸收进入毛细血管。

其中，近端小管重吸收水约为67%，髓袢重吸收水约为15%，这部分水伴随溶质的吸收而重吸收，为等渗性重吸收，因此，这部分水的重吸收与体内是否缺水无关，不参与机体对水平衡的调节。而远曲小管和集合管对水的重吸收量则是根据机体水平衡的状态进行调节的，主要受抗利尿激素等影响，从而导致尿液的浓缩或稀释。当机体缺水时，远曲小管和集合管在抗利尿激素的作用下，水的重吸收增加，补充体内水分，减少排尿量，导致尿液浓缩。

3.葡萄糖的重吸收

如前所述，葡萄糖可与Na+耦联，以继发性主动转运的形式重吸收。当Na+顺着电化学梯度进入管腔上皮细胞时，其释放的能量将葡萄糖同向转运进入细胞内。重吸收葡萄糖的部位仅限于近端小管，其他各段肾小管都没有重吸收葡萄糖的能力。如果在近端小管没能将葡萄糖全部重吸收，尿中将出现葡萄糖而形成糖尿。

近端小管对葡萄糖的重吸收有一定的限度，临床上常用近端小管重吸收葡萄糖的能力来代表肾的重吸收能力，相应的指标为肾糖阈。肾糖阈是尿中出现葡萄糖时的最低血糖浓度。正常人当血液中葡萄糖浓度超过10mmol/L（1.8g/L）时，近端小管对葡萄糖的重吸收达到极限，尿中开始出现葡萄糖，此时的血糖浓度即为肾糖阈。肾糖阈降低，提示患者重吸收功能下降。糖尿病患者出现尿糖，就是由于其血糖浓度超过了肾糖阈。超滤液中葡萄糖的浓度和血浆中的相等，正常人血糖浓度为4.48～6.72mmol/L（0.8～1.2g/L），终尿中几乎不含葡萄糖。人的两肾全部近端小管在单位时间内能重吸收葡萄糖的最大量，称为葡萄糖的吸收极限量。此时，近端小管全部上皮细胞对葡萄糖的吸收均已达极限（全部转运体均达到饱和）。在这种情况下，随着血糖的升高，尿中排出的葡萄糖也呈平行性增加。人类的肾对葡萄糖的吸收极限量：在体表面积为1.73m2的个体中，男性的为20.95 mmol/min（0.375g/min），女性的为16.78mmol/min（0.3g/min）。

4.K+的重吸收

小管液中大部分K+在近端小管重吸收回血液，具体机制尚不清楚。每日滤过K+的总量为36g，排泄量约为2.3g，重吸收量占总滤过量的94%。其中，在近端小管K+的重吸收量占滤过量的65%～70%，髓袢升支粗段可重吸收少量K+。至远端小管始段，小管液中的K+仅为滤过量的5%～10%，这部分K+在远端小管和集合管可被继续重吸收，特别是在K+的摄入过度减少时尤其明显。小管液中的K+含量同细胞外液的相同，约为4 mmol/L，细胞内K+的含量约为150mmol/L。小管液中K+逆浓度差主动转运入细胞，然后扩散至管周组织液并重吸收入血液。终尿中的K+绝大部分是由集合管和远端小管分泌的，其分泌量的多少取决于血钾浓度，并受醛固酮的调节。

5.重吸收

在血浆中主要以NaHCO3的形式存在，滤液中的NaHCO3进入肾小管后可解离成Na+和。小管液中的是以CO2的形式重吸收的。在近端小管重吸收80%～90%，其余的大多在远端小管和集合管重吸收。的重吸收量占滤过总量的99%以上。不易透过上皮细胞膜，其重吸收是与上皮细胞的交换（H+的分泌）耦联进行的。分泌入小管液中的H+与生成H2CO3，H2CO3再分解为CO2和水。CO2为高脂溶性物质，可迅速扩散入上皮细胞内，在碳酸酐酶（carbonicanhydrase，CA）的催化下与细胞内的水又生成H2CO3，H2CO3解离成H+和，前者经交换再进入小管液，后者与Na+生成NaHCO3而转运入血（图8-10）。CO2通过管腔膜的速度明显高于Cl-的速度，故的重吸收优先于Cl-。是体内主要的碱储备物质，其优先重吸收对于体内酸碱平衡的维持具有重要意义，正常情况下几乎全部被重吸收，随尿排出的量极少。

图8-10　的重吸收示意图

6.其他物质的重吸收

氨基酸、、等物质的重吸收机制与葡萄糖基本相同，但转运体可能不同。部分尿酸在近端小管重吸收。大部分的Ca2+和Mg2+在近端小管和髓袢升支粗段重吸收。小管液中微量的蛋白质，在近端小管通过入胞作用将其摄入细胞内，再经溶酶体酶水解成氨基酸后，通过与葡萄糖重吸收相同的机制进入组织液。近端小管、髓袢升支细段及集合管，对尿素有不同程度的通透性。水的重吸收使近端小管中尿素浓度增加，尿素顺浓度差扩散而被吸收。

三、肾小管和集合管的分泌功能

从表8-1中可以看出，与血浆相比，终尿中某些成分的浓度明显升高，表明这些物质被肾小管和集合管分泌到小管液中。肾小管和集合管的分泌是指肾小管上皮细胞和集合管上皮细胞将本身代谢产生的物质或血液中的某些物质转运至小管液。体内的某些代谢产物或过多的物质，如H+、NH3、K+等，通过单纯的滤过不能充分排出。某些物质如青霉素、酚红、利尿剂等药物，由于与血浆蛋白结合不能经肾小球滤过，这时就需要肾小管和集合管发挥分泌功能，将其主动分泌到小管液中而排出体外。主要的分泌物质如下。

（一）H+的分泌

H+的分泌主要发生在近端小管，远曲小管和集合管的闰细胞也可分泌少量的H+。H+的分泌与的重吸收相耦联，通过管腔膜进行Na+-H+交换，H+由细胞内分泌到小管液中，Na+进入细胞内。小管液中的与分泌进入管腔的H+结合生成H2CO3，分解出的CO2迅速穿过管腔膜扩散回上皮细胞内，再结合生成H2CO3，H2CO3又解离成H+和。H+再通过管腔膜进行Na+-H+交换，由细胞内分泌到小管液中，则与Na+一起转运入血。因此，肾小管上皮细胞每分泌一分子H+就可使一分子和一分子Na+重吸收，这样既排酸又保碱，这在体内的酸碱平衡调节中极为重要（图8-11）。

（二）NH3的分泌

正常情况下，NH3的分泌发生在远端小管和集合管，与H+的分泌相互促进。血液中的谷氨酰胺流经肾时，可被肾小管上皮细胞中的谷氨酰胺酶分解，生成谷氨酸和NH3。NH3是脂溶性分子，易透过细胞膜，生成的NH3大部分可由上皮细胞扩散进入小管液中，随尿排出体外。在小管液中，H+与NH3可结合生成，而是水溶性物质，不易透过生物膜向细胞内扩散，可充分排出体外。尿中阴离子Cl-较多，NH3的终尿排放形式是NH4Cl。因此，肾产生的NH3是回收入血液，还是随尿排出，主要取决于小管液的pH值。小管液pH值较低时，NH3随尿排出体外。若小管液的pH值较高，则NH3易被重吸收入血液（图8-11）。

（三）K+的分泌

小管液中的K+绝大部分在近端小管已被重吸收，终尿中的K+主要是由远曲小管和集合管分泌的，与H+的分泌相互拮抗。其与H+的分泌类似之处在于，K+的分泌主要方式为Na+-K+交换。Na+的主动重吸收促使K+被动转运入小管液，完成分泌过程（图8-11）。

图8-11　H+、NH3、K+的分泌示意图

由于K+的分泌与H+的分泌都有赖于Na+的重吸收，因此，有一定的互相拮抗作用，这种现象称为竞争性抑制。所以临床上高血钾患者有时会伴随酸中毒，反之亦然。

体内的K+主要由肾排泄。正常情况下，机体摄入的K+和排出的K+保持动态平衡。体内K+代谢的特点是“多吃多排，少吃少排，不吃也要排泄一部分”。故在临床上，为维持体内K+的平衡，对不能进食的患者应适当补充K+，以免引起血钾降低。肾功能不全的患者，排K+功能障碍，可发生高钾血症。血钾过高或过低对人体功能尤其是对神经和心脏的兴奋性产生不利的影响。

四、尿浓缩与尿稀释原理

（一）尿浓缩与尿稀释的概念和意义

终尿的尿量和渗透压可由于不同的情况而发生大幅度的变动。体内缺水时，机体将排出渗透压明显高于血浆渗透压的高渗尿，称为尿浓缩。体内水过剩时，机体将排出渗透压低于血浆渗透压的低渗尿，称为尿稀释。肾的尿浓缩功能和尿稀释功能，在维持机体水平衡和渗透压的平衡中起着极为重要的作用。高等动物通过尿浓缩功能可忍受长时间的饥渴而保持内环境的稳态，高等动物活动范围比低等动物的明显扩大，高等动物对外界环境的适应性大大提高。

（二）尿浓缩与尿稀释的基本过程

1.尿浓缩

尿浓缩是由于小管液中水的重吸收增加，而溶质的重吸收减少而产生的。尿浓缩的基础一是建立肾髓质渗透梯度，二是保持集合管对水的通透性。

肾髓质渗透梯度是指随着肾皮质向肾髓质方向的深入，组织间隙的渗透压不断升高。肾皮质部的组织液渗透压与血浆渗透压的比值为1.0，二者是等渗的，而随着向肾髓质方向的深入，二者的比值逐渐升高到2.0、3.0、4.0。在远曲小管和集合管（尤其是集合管）对水保持良好通透性的前提下，小管液顺着集合管向肾乳头方向流动时，由于渗透作用，水便不断进入高渗的组织间液，小管液不断地被浓缩，形成高渗尿，这就是尿浓缩的本质（图8-12）。

形成稳定的肾髓质渗透梯度的结构基础一是产生渗透梯度的结构——髓袢，二是维持渗透梯度的结构——直小血管。

（1）髓袢的逆流倍增效应：逆流是指两个并列平行的管道，其中液体流动的方向相反；倍增是指这两个管道如果一端是连通的，且两个管道间的隔膜容许液体中的溶质在两个管道间交换，在液体流动过程中，其中一个管道中的液体就会出现倍增现象。

假设液体由甲管流进，通过甲管下端的弯曲部分返流入乙管，再从乙管反向流出。若乙管能将溶质运到甲管，则甲管内的液体在流动的过程中因为获得了越来越多的溶质，其浓度就越来越高；从乙管回流时，由于溶质不断被运出，浓度越来越低。这样向着甲管与乙管转弯的方向就形成了渗透梯度，不论是甲管还是乙管，越靠近转弯部渗透压就越高。如果乙管再转折形成丙管，又只允许乙管和丙管之间的水自由渗透的话，则丙管内的液体向开口流动的过程中水分逐渐向管外渗透，最后形成高渗液（图8-13）。

图8-12　肾髓质渗透梯度示意图

图8-13　逆流倍增效应示意图

上述结构是肾髓质渗透梯度的简单模型，髓袢相当于甲管、乙管，集合管相当于丙管。实际上尿浓缩机制是十分复杂的。

肾髓质的渗透梯度不但存在于肾小管内，也存在于肾小管周围的组织液中。且肾髓质的渗透梯度有两个形成部位：外髓部和内髓部，两部位形成渗透梯度的机制类似，但溶质是不一样的。

图8-14所示为肾髓质浓度梯度的形成示意图。在外髓部，如前文所述，髓袢升支粗段可通过Na+-K+-2Cl-同向转运体复合物主动重吸收Na+和Cl-，将NaCl转运到管外组织液中，但髓袢升支粗段对水不通透，所以只有溶质被重吸收，水都留在管腔内。故这部分小管液由肾髓质向肾皮质方向流动时，管腔内NaCl浓度逐渐降低，形成低渗液，而管外组织液NaCl则浓度升高，形成高渗液。由于管腔内NaCl浓度逐渐降低，越靠近肾皮质的管腔中能运出的NaCl越少，故NaCl运至组织液最多的部位是靠近内髓部的髓袢，这样在外髓部就形成了组织液的渗透梯度，愈靠近肾皮质，渗透浓度越低，愈靠近内髓部，渗透浓度越高。

图8-14　肾髓质渗透梯度的形成示意图
注：Xs表示未被重吸收溶质。

在内髓部，渗透梯度的形成与尿素的再循环和NaCl重吸收有密切关系。远曲小管和集合管起始端对尿素不易通透，对水易通透。由于外髓部高渗，水被重吸收，小管液中溶质（包括尿素）浓度升高。当小管液流经集合管后半段时，管壁对尿素的通透性增大，尿素就顺浓度梯度向内髓部组织间液扩散，造成了内髓部组织间液中尿素浓度的增高和高渗状态。髓袢降支细段对溶质不通透而对水通透，于是小管液被浓缩，水进入组织间液，小管液中的NaCl浓度和渗透压浓度越来越高。当小管液绕过髓袢顶端返流入髓袢升支细段时，由于髓袢升支细段对溶质易通透，Na+顺浓度梯度而被动扩散至内髓部组织间液，随着扩散的进行，小管液溶质Na+的浓度逐渐降低，扩散量也逐渐下降，导致内髓部的渗透梯度进一步提高，越靠近内髓组织间液渗透压越高。

由于髓袢升支上皮细胞对尿素具有部分通透性，从内髓部集合管扩散到组织间液的尿素可以进入髓袢升支细段，而后经升支粗段、远曲小管、肾皮质集合管、外髓部集合管和内髓部集合管，再扩散到内髓部组织间液，这样就形成了尿素的再循环和重复利用。

渗透梯度的形成需要消耗能量。从渗透梯度形成的全过程来看，消耗能量的主要部位是髓袢升支粗段，其余部位以水或溶质被动扩散为主。因此，髓袢升支粗段对NaCl的主动重吸收是建立肾髓质渗透梯度的主要动力，一旦此处的主动重吸收受到抑制，整个渗透梯度就会遭到破坏，肾的尿浓缩功能就会降低。

（2）直小血管的逆流交换机制：直小血管是肾微循环第二套毛细血管在近髓肾单位的特殊形式，这种血管形状及长度都与髓袢类似，血液由肾皮质进入肾髓质，再从肾髓质进入肾皮质，这种往返的血流通路对渗透梯度的维持非常重要。

假如直小血管不是往返走行而是单向走行的话，随着血流的前行，周围组织液的溶质浓度越来越高，而直小血管通透性高，允许溶质自由向血液中扩散，这会导致大量溶质迅速进入血液，肾髓质组织间液溶质浓度降低，渗透梯度被破坏（图8-15）。

直小血管降支在向内髓方向走行时，虽然直小血管降支不断地得到组织液的溶质，但直小血管升支在向外髓方向走行时又会将溶质反向扩散到组织液中，这称为直小血管的逆流交换。因此，当直小血管升支离开外髓部时，只会将少量的多余的溶质带回血液循环中，而不会破坏肾髓质组织间液的渗透梯度（图8-15）。

图8-15　直小血管的逆流交换机制示意图

2.尿的稀释

尿的稀释主要是由于小管液中水的重吸收减少而造成的。在髓袢升支粗段形成的低渗小管液流经远曲小管和集合管时，假如远曲小管和集合管对水不通透（缺乏抗利尿激素），虽然肾髓质组织间液存在渗透梯度，在此处水也不能被重吸收，但NaCl和尿素在此处还会被继续重吸收，人体就会排出大量的低渗尿，从而导致尿的稀释。

（三）尿浓缩与尿稀释的影响因素

肾髓质高渗梯度的形成和保持集合管对水的通透性是尿浓缩的两个必要条件，因此，不论是肾髓质高渗梯度的破坏，还是集合管对水的通透性的减小，都会损害尿浓缩功能。

1.肾髓质高渗梯度的破坏

肾髓质高渗梯度的形成和维持有赖于髓袢的逆流倍增效应和直小血管的逆流交换机制，这既需要维持髓袢和直小血管结构的完整，也需要维持二者功能的正常，如具备物质转运功能、有充足的溶质形成高渗梯度、直小血管血流稳定等。

（1）髓袢结构破坏：慢性肾盂肾炎后期往往引起肾髓质的纤维化或者严重的肾囊肿压迫肾髓质，都会破坏髓袢的正常结构，减少髓袢的数量，进而降低髓袢的逆流倍增作用，破坏肾髓质高渗梯度的形成，导致尿浓缩功能降低，患者表现为多尿及夜尿。

（2）利尿药：水肿或心脏前负荷过大的患者需要及时脱水，常用的方法是利尿。呋塞米等强效利尿药可抑制髓袢升支粗段的Na+-K+-2Cl-同向转运体复合物，使髓袢升支粗段对Na+和Cl-的主动重吸收减少，肾髓质高渗梯度形成的动力减弱，导致肾髓质高渗梯度降低，尿浓缩功能降低，患者排出大量的低渗尿，从而纠正水肿或过大的心脏前负荷。

（3）尿素浓度变化：老年人蛋白质代谢率降低，尿素生成减少，形成肾髓质高渗梯度的溶质产生不足，尿浓缩功能也会降低，导致老年人夜尿增多。

（4）直小血管的血流速度：直小血管血流速度过快或过慢都会降低肾髓质高渗梯度。当直小血管血流速度过快时，迅速扩散进入血液的溶质来不及在逆流交换时扩散回到组织间液，导致血流带走的溶质增多，髓质高渗梯度降低，尿浓缩功能降低。例如，高血压合并肾损害患者前期症状可表现为夜尿增多。当直小血管血流速度过慢时，如血液黏滞性过高的患者，其直小血管单位时间内所带走的水分过少，亦可导致肾髓质高渗梯度降低，尿浓缩功能降低。

2.集合管对水的通透性

集合管对水的通透性主要取决于抗利尿激素的分泌水平。当抗利尿激素分泌减少时，远曲小管、集合管对水的通透性降低，水的重吸收减少，尿浓缩功能急剧下降，导致患者排出大量稀释尿，如垂体性尿崩症患者。当集合管抗利尿激素受体过少或对抗利尿激素不敏感时也有类似表现，且应用抗利尿激素治疗无效，如肾性尿崩症患者。