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肾小球的滤过机能

循环血液经过肾小球毛细血管时,血浆中的水和小分子物质可以滤出并进入到肾小囊的囊腔中,称为滤出液或原尿(primary urine)。用微玻管抽取肾小囊内的液体进行微量分析,结果表明除蛋白质含量极少外,各种晶体物质如葡萄糖、氯化物、无机磷酸盐、尿素和肌酐等的浓度都与血浆中的非常接近,而且渗透压和酸碱度也与血浆的相似,由此证明囊内液的确是血液的超滤液。每分钟两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率(GFR)。体表面积为1.73m2的个体,其GFR为125ml/min左右。按此计算,每昼夜两肾从肾小球滤出的血浆总量达180L。 GFR和肾血浆流量的比值称为滤过分数滤过分数(filtration fraction)。经测算,肾血浆流量为660ml/min,所以滤过分数为:125/660×100=19%。肾小球滤过率和肾小球的滤过分数是两项重要的肾功能衡量指标。

(一)肾小球滤过膜

滤过膜的组成
滤过膜的组成

1.滤过膜的组成

滤过膜由外、中和内三层结构组成,每层结构上都存在有不同直径的微孔(右图)。

内层:由毛细血管内皮细胞构成,内皮细胞上有直径为50~100μm的小窗孔。

中层:非细胞性的基膜(水合凝胶构成的微纤维网,有4~8nm的多角形网孔),是滤过膜的主要屏障。

外层:肾小囊脏层的上皮细胞构成,其相互交错的足突之间形成裂隙,裂隙上有一层膜,膜上有直径4~14nm的孔。

2.滤过膜的面积

人两侧肾脏全部肾小球毛细血管总面积约为1.5m2,正常情况下保持稳定,这样大的面积有利于血浆的滤过。但在急性肾小球肾炎时,由于肾小球毛细血管管腔变窄或完全阻塞,以至有滤过功能的肾小球数量减少, 有效滤过面积也因而减少,导致GFR降低,出现少尿(每昼夜尿量小于400ml以致无尿(每昼夜尿量少于100ml)。

滤过膜的通透性
滤过膜的通透性

3.滤过膜的通透性

滤过膜对血浆中物质滤过的通透性(permeability)取决于物质分子半径的大小及所带电荷的正负。

(1)物质的分子大小:滤过量与分子的有效半径成反比。有效半径小于2nm的物质可以被完全滤过。随着物质有效半径的增大,滤过量逐渐降低,而大于3.6nm的大分子物质则几乎完全不能滤过(下表)。

(2)物质所带电荷:有效半径相同时,带正电荷的比带负电荷的容易通透。因为滤过膜上糖蛋白主要带有负电荷,它们可排斥带负电荷较多的蛋白质。在某些病理情况下,因滤过膜的通透性增加或膜上带负电荷的糖蛋白减少,会导致带负电荷的血浆蛋白滤出增多而出现在尿中,称为蛋白尿。

一些物质的有效半径和肾小球滤过能力的关系
物质 分子量 有效半径(nm) 滤过能力
H2O 18 0.10 1.0
Na 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
血红蛋白 68000 3.25 0.03
血浆白蛋白 69000 3.55 <0.01

(二)有效滤过压

有效滤过压示意图
有效滤过压示意图

肾小球滤过作用的动力是有效滤过压(effective filtration pressure,EFP),在滤过膜的通透性和肾的血流量不变时,原尿的生成量主要由有效滤过压决定,EFP由滤过的动力和阻力来决定,是二者的差值。

EFP=肾小球毛细血管血压-(血浆胶体渗透压+肾小囊内压)

a.肾小球毛细血管血压:用微穿刺法测定为45mmHg(6.0kPa)。

b.血浆胶体渗透压:

入球端:约25mmHg(3.3kPa)。

出球端:约35mmHg(4.7kPa)。因血浆中的水和晶体物质不断滤出,而蛋白质不能滤出所致。

c.肾小囊内压:约10mmHg(1.3kPa)。由于肾小囊与肾小管相通。故压力较低,而且稳定。

肾小球毛细血管血压、胶体渗透压和囊内压对GFR的影响

必须指出,并不是肾小球毛细血管全段都有滤过作用,只有从入球小动脉端(EFP=10mmHg,1.4kPa)到滤过平衡(filtration equilibrium,即EFP=0时)之间的一段才有滤过作用。 滤过平衡越靠近入球小动脉,可滤过的毛细血管的长度就越短,滤过面积就越小,GFR就越低。滤过平衡越靠近出球小动脉,则有滤过的毛细血管长度越长,滤过面积就越大,滤过液量就越多。

(三)影响肾小球滤过的因素

1.肾小球滤过膜的通透性和有效滤过面积

当滤过面积减少可影响肾小球的滤过。如急性肾小球肾炎时,由于肾小球炎症,毛细血管内皮细胞增生、肿胀,有功能活动的肾小球数目减小,可使滤过面积减少,严重时出现少尿。当滤过膜通透性增加时,往往发现尿液成分的变化。表现为蛋白尿或血尿。

2.肾小球毛细血管血压

动脉血压(BP)在80~180mmHg(10.7~24kPa)范围内变动时,(PGC)维持稳定(肾血流自动调节),GFR基本不变。

当BP低于80mmHg(10.7kPa)以下时,PGC将相应下降,EFP降低,GFP也减少。 当BP降到40~50mmHg(5.3~6.7kPa)以下时,GFR将降到零,因而无尿。

3.囊内压

生理情况下,囊内压比较稳定。而当发生尿路阻塞(肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫)时,囊内压升高,EFP降低,GFR下降。

4.血浆胶体渗透压

在正常情况下不会有很大变动。若血浆蛋白浓度明显降低(严重营养不良、静脉快速注入大量生理盐水)时,血浆胶体渗透压下降,EFP 升高,滤过增加。

5.肾血浆流量

肾血浆流量对GFR有很大的影响,主要影响滤过平衡的位置。如果肾血浆流量增多,则πGC的上升速度下降,滤过平衡就靠近出球小动脉端,EFP和滤过面积就增加,GFR将随之增加。 如果肾血浆流量进一步增加,πGC上升速度就进一步减小。肾小球毛细血管全长都达不到滤过平衡,全长都有滤过,GFR就进一步增加。反之,则相反。在严重缺氧、中毒性休克时,肾血流量和肾血浆流量显著下降,GFR也显著下降。


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