第四节　肾脏在水、电解质和酸碱平衡中的作用

机体的组织细胞必须处于适宜的内环境下才能维持正常代谢与生理功能。肾通过滤过和分泌，排泄各种代谢产物以及重吸收水、电解质、葡萄糖、氨基酸等机体所需要的物质，在体内水、电解质和酸碱平衡中起着非常重要的作用。

一、肾在水平衡中的作用

肾主要通过尿的浓缩与稀释来实现对水平衡的调节。当人体缺水或摄盐过多时，排出浓缩尿，可达1200～1400mOsm/L，远远高于人血浆渗透压300mOsm/L，被称为高渗尿，反之则称为低渗尿。如果肾的浓缩与稀释功能严重受损，则不论机体缺水或水过剩，尿的渗透压均接近于血浆，称为等渗尿。一般来说，尿的渗透压与其比重成正比。故可根据尿的渗透压和比重来了解肾对尿液的浓缩与稀释能力。

目前有关尿的浓缩与稀释的机制主要以逆流系统学说来解释，它主要包括以下几个内容：

（一）髓质的逆流倍增机制及髓质高渗梯度的形成

近髓肾单位的髓袢呈“U”型，小管液在髓袢的降支和升支流动的方向相反，而且相邻的集合管也与髓袢平行并紧密靠近，构成逆流倍增的基础。

1.外髓部高渗透梯度的形成

位于外髓部的髓袢升支粗段上皮细胞管腔膜载体能对小管液中的K+、Na+、Cl-进行Na+∶2 Cl-∶K+的耦联主动转运，其中细胞内Na+通过管周膜Na+泵转运进入管周组织间液，管周膜对Cl-通透性高，Cl-扩散到管周组织间液，K+则扩散回小管液。而升支粗段对水和尿素通透性很低。这样，在髓袢升支粗段内的Na+、Cl-不断被重吸收到达外髓部，升高外髓部的渗透压，这样外髓部形成了渗透梯度，愈靠近内髓部渗透压越高。

2.内髓部高渗梯度的形成

尿素在远端肾单位逐渐被浓缩是内髓部形成高渗梯度的关键：①远曲小管和外髓部集合管在ADH作用下，水重吸收增加，而对尿素不通透，导致管内尿素浓度逐渐升高；②内髓部集合管对水、Na+和尿素均能通透，高浓度尿素向内髓部组织间液扩散，参与内髓部高渗的形成，其中尿素约产生45%的渗透浓度；③髓袢降支细段对水通透，对NaCl和尿素相对不通透，由于尿素所形成的内髓部渗透浓度，因而降支内的小管液在流动过程中水不断渗透至组织间隙，使管内NaCl浓度逐渐升高，至袢弓处达到最大值；④髓袢升支细段对NaCl有高度通透性，管内NaCl顺浓度差扩散至组织间液，与内髓部集合管扩散出的尿素构成内髓部间液的高渗梯度。

（二）髓质高渗梯度的维持

髓质高渗梯度的维持与直小血管相关。直小血管呈“U”型，与髓袢平行，升支与降支彼此靠近，对水和溶质具有高度通透性。当降支内的血液下流时，由于血中溶质浓度低于同水平髓质组织间液，组织间液的NaCl和尿素等扩散到管内，水则渗透到间隙，使得管内渗透浓度渐高。而在升支中，管内NaCl和尿素又扩散到间隙，水则渗透至管内。通过上述过程，避免了溶质被大量带走，又可将一部分水带回体循环。

（三）尿的浓缩与稀释

肾对尿的浓缩与稀释取决于两个方面：一是血浆中ADH的浓度，它在远曲小管和集合管对水的通透方面起着开关作用；另一方面决定于髓质高渗的作用。新生儿和幼婴对尿的浓缩功能不足，排出的尿为低渗尿，即使是在缺水的情况下，尿渗透压只有600～700mOsm/L。主要是由于小儿肾髓质间液渗透梯度较成人低，这与小儿肾特点有关：①髓袢的长度是随个体的生长发育而逐渐延伸的，新生儿和婴儿髓袢尚未发育成熟，髓袢很短，导致逆流倍增效率低，不能很好地形成肾髓质高渗梯度；②肾血流进入髓质部分较成人多，因而带走了较多的溶质，减弱了髓质高渗梯度的维持；③尿素的生成和尿素的循环较慢，影响内髓高渗梯度的形成；④血浆ADH水平和活性较低。新生儿及幼婴尿稀释功能接近成人，但因GFR较低，大量水负荷或输液过快时易出现水肿。

病理情况下，例如肾盂肾炎引起的肾髓质纤维化，肾囊肿引起肾髓质萎缩，均可使肾浓缩功能受到破坏，排出低渗尿和多尿。由于肾小管和集合管对ADH不敏感可致“肾性尿崩症”。下丘脑病变使ADH分泌减少时，可致“真性尿崩症”。

二、肾在电解质平衡中的作用

肾在血钠、钾、氯、钙、磷、镁等电解质的相对平衡中均发挥了重要的作用。这里主要介绍钠和钾的平衡及调节。

（一）钠的平衡与调节

一般情况下，钠的排出量与摄入量保持平衡，即多吃多排、少吃少排、不吃不排。由于钠主要从尿液中排出，这就意味着保持血钠浓度的相对恒定是通过调节尿钠的排出量与摄入量而实现的。

1.肾小球滤过率和肾小管的重吸收

摄钠多时，血浆晶体渗透压升高，刺激下丘脑的渗透压感受器，引起渴觉和抗利尿激素释放，渴觉导致饮水，抗利尿激素的作用使血容量增加，肾小球滤过率增加。与此同时，血浆胶体渗透压的下降也使得肾小球滤过率增加，尿排钠量增加。

2.醛固酮的调节

醛固酮具有保钠保水和排钾的作用。摄钠多时，血钠升高，血容量增多，两者均使肾素及血管紧张素分泌减少，醛固酮分泌受到抑制，因而肾小管重吸收钠减少，排钠增加。反之亦然。这是调节钠平衡最重要的途径。

3.心房利钠肽

心房利钠肽为心房细胞合成分泌的具有强烈利尿钠作用的肽类激素。它可能通过以下几个方面增加钠的排出：①直接抑制肾小管重吸收钠；②舒张血管，增加肾血流量；③增加肾小球滤过率；④抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统。

此外，摄钠轻度增加时，前列腺素、缓激肽等的分泌也增加，减少集合管吸收钠。当大量摄入钠时，还可导致管周毛细血管压升高，血浆胶渗压降低，阻碍液体的重吸收，有利于溶质和水“回漏”到管腔，排钠增加。

（二）钾的平衡与调节

与血钠一样，血钾平衡也依赖于调节钾的排出量与摄入量。尿钾的排出特点是多吃多排、少吃少排、不吃也排。故临床上不能进食的患者应当注意补钾。生后头10天的新生儿，钾排泄能力较差，故血钾偏高。

肾小管对血钾是双向转运，既可重吸收又可分泌钾。由于肾小管重吸收钾相对恒定，故调节钾平衡主要是改变钾的分泌量。

1.醛固酮水平

醛固酮水平升高可促进排钾，反之亦然。

2.血钾浓度

血钾浓度升高时，直接促使肾小管上皮细胞摄钾增多，细胞内钾浓度升高，导致远曲小管泌钾增多。同时，也刺激肾上腺皮质分泌醛固酮增加，促进排钾。

3.血H+浓度

酸中毒时，血H+浓度升高，H+-Na+交换加强，竞争性地使H+-K+交换减弱，导致血钾升高。此时，小管细胞摄钾减少，细胞内钾浓度降低，排钾也减少。

4.远曲小管液的Na+浓度

远曲小管重吸收Na+增加时，分泌K+也增加。反之亦然。

5.血浆渗透压

注射高渗盐水或甘露醇可使血钾水平升高，且升高的程度与渗透压的升幅有关。高渗导致高钾的机制尚不清楚。推测为高渗时胞内水转向胞外，同时带出一定的钾。另一原因可能是细胞在高渗下代谢受到影响，导致钾从胞内渗漏增加。

6.胰岛素

胰岛素可刺激体内许多细胞摄钾。它与细胞膜上的特异性受体相结合，激活Na+-K+-ATP酶，使细胞出现超极化。此外，胰岛素尚可激活细胞膜上的H+-Na+交换，导致细胞内碱化，激活磷酸果糖激酶，使钠内流增加，而增加的钠必须由Na+-K+-ATP酶将Na+泵出，从而引起血K+升高。许多研究还表明，胰岛素可增加细胞Ca2+的外流，胞内的Ca2+变化可能是胰岛素对钾作用的第二信使。

三、肾在维持酸碱平衡中的作用

正常人动脉血的pH波动于7.35～7.45，体液pH明显变化时，将影响蛋白质的结构、酶的活性及中枢神经系统的功能，因此，维持体内正常的酸碱平衡是必需的。除了体液缓冲系统和肺脏外，肾在体内酸碱平衡调节中起重要作用。与成人相比，新生儿及婴幼儿易发生酸中毒，原因有：①肾保留HCO3-的能力差，碳酸氢盐的肾阈低；②泌NH3和泌H+的能力低；③尿中排磷酸盐量少，故排出可滴定酸的能力受限。

（一）碳酸氢钠的重吸收

血浆中的NaHCO3是体内最重要的碱储。经肾小球滤过的NaHCO399%都被重吸收，其中80%～90%在近端小管重吸收，10%在远端肾小管重吸收。肾小管上皮细胞通过Na+-H+交换使H+进入小管液，进入小管液的H+与HCO3-结合生成H2CO3，很快生成CO2和水，这一反应由上皮细胞顶端膜表面的碳酸酐酶（CA）所催化，CO2为高度脂溶性，很快以单纯扩散方式进入上皮细胞内，在细胞内，CO2和水又在CA的催化下形成H2CO3，后者很快离解成H+和HCO3-。H+则通过顶端膜上的Na+-H+逆向转运进入小管液，再次与HCO3-结合形成H2CO3。细胞内的大部分HCO3-与其他离子经联合转运方式进入细胞间隙；小部分通过Cl--HCO3-逆向转运进入细胞外液。两种转运方式所需的能量均由基底侧膜上的Na+-K+-ATP酶提供。因此，肾小管重吸收HCO3-是以CO2的形式进行的。

（二）尿液的酸化

近端小管液的pH下降较少，流经远端小管后，尿液已明显酸化。近曲与远曲小管上皮细胞通过Na+-H+交换主动泌H+，但由于远曲小管侧膜缺乏CA，不能催化管腔中形成的H2CO3分解成CO2和H2O，故大量H+在远曲小管中堆积使小管液的Na2HPO4转变成NaH2PO4，故尿呈酸性。在这个过程中，一方面排出了H+，而且形成的NaH2PO4为弱酸盐。缓冲了小管液pH的急剧下降，有利于肾小管持续泌H+。同时，远曲小管细胞中再次形成的HCO3-与Na+一起重吸收到小管周围血液，给机体提供碱储。

（三）NH3的分泌

远曲小管和集合管细胞中60%由谷氨酰胺脱氨、40%由其他氨基酸脱氨生成NH3。NH3具有脂溶性，能通过细胞膜自由扩散。但由于小管液的pH值较低，故NH3较易向小管液中扩散，与小管细胞分泌的H+结合生成NH4+，小管液中NH3浓度因此下降，加速NH3向小管液中扩散，NH4+再与小管液中的Cl-或SO42-结合成铵盐排出。故NH3的分泌与H+分泌密切相关，H+分泌增加促使NH3的分泌增多。其次是小管液中的负离子以Cl-最多，但小管液中只有H+与Cl-结合成HCl。因为HCl为强酸，可使肾小管液pH迅速降至4.5以下，阻碍肾小管进一步泌H+。而H+与NH3结合形成的NH4+再与Cl-结合形成NH4Cl（酸性铵盐），可使肾小管持续分泌H+。而且，肾小管泌H+的同时也有一个新的HCO3-从肾小管细胞转运至血液，因而促进了NaHCO3的重吸收，维持了血浆中HCO3-的正常浓度。

正常情况下，内源性固定酸（硫酸、磷酸、有机酸）的排出，2/3以铵盐形式，1/3以可滴定酸的形式（NH2PO4）。NH3的分泌发生在远曲小管和集合管。但在酸中毒时，近曲小管也分泌NH3。

（四）影响肾泌H+保碱的因素

1.血浆CO2分压

肾小管细胞泌H+的化学反应始于CO2与H2O结合成H2CO3。上皮细胞中CO2可来自管周毛细血管血浆和细胞内代谢产生，尤其以前者更为重要。因此，血浆CO2分压的升降直接影响到肾小管细胞内的H2CO3生成及H+的分泌。任何能提高血浆CO2分压的因素，如降低肺通气量或增加机体代谢率均可增加肾小管分泌。所以，在呼吸性酸中毒时，泌H+作用增强，NaHCO3的重吸收增加，反之亦然。

2.血K+浓度

在远曲小管和集合管处存在Na+-H+交换和Na+-K+交换，两者之间有竞争。高血钾时，Na+-K+交换加强，排K+增多，而Na+-H+交换减弱，H+浓度增加可造成酸中毒。反之亦然。

3.血Cl-浓度

在肾小管中，大量的Na+是与Cl-一起重吸收的。当由于呕吐或胃管引流导致盐酸大量丢失而引起低氯血症时，肾小管中大量Na+不能与Cl-一起被重吸收，而必须通过Na+-H+交换和Na+-K+交换来增加重吸收Na+，因此造成酸性尿和大量钾的丢失，血浆NaHCO3浓度增高而发生低氯性碱中毒。某些利尿引起低血氯时也出现同样结果。

4.盐皮质激素

醛固酮分泌亢进时（如Cushing综合征和Conn综合征），Na+-H+和Na+-K+交换加强，则排H+、排K+增加，Cl-也可因H+、K+排出增加而以KCl或NH4Cl形式排出，引起低血氯。同时，NaHCO3重吸收增加，易产生低钾低氯性碱中毒。但如果在醛固酮增加的同时适当补K+，则可不发生碱中毒，提示醛固酮对酸碱平衡的调节可能通过它对细胞外液量和K+作用而实现。反之亦然。

5.甲状旁激素

甲状旁激素可抑制肾小管对HCO3-的重吸收。

（管茶香）