肾小管和集合管中物质转运的方式

• 肾小管和集合管重吸收量大并具有高度选择性：
  • 正常人两肾生成的超滤液可达 180L/d，而终尿仅约 1.5L/d，其中约 99% 的水被肾小管和集合管重吸收
  • 葡萄糖和氨基酸全部被重吸收
  • Na+、Ca2+和尿素等不同程度地被重吸收
  • 肌酐、H+等则可被分泌到小管液中而排出体外
• 物质转运的方式：
  • 方式分类：
    • 被动转运：水通道蛋白
    • 主动转运
      • 逆向转运：Na⁺-葡萄糖同向转运体、Na⁺-氨基酸同向转运体、Na⁺-K⁺-2Cl^- 同向转运体
      • 同向转运：Na⁺-H⁺ 逆向转运体、Na⁺-K⁺逆向转运体
    • 入胞：小管液中的小分子蛋白质
  • 路径分类：
    • 跨细胞途径
    • 细胞旁途径

肾小管和集合管中各种物质的重吸收与分泌

Na⁺、Cl^- 和水的重吸收

近端小管

近端小管是 NaCl 和水重吸收的主要（65%–70%）部位。

• 约 2/3 经跨细胞途径被重吸收，主要发生在近端小管的前半段；

  

  • 由于上皮细胞基底侧膜中钠泵的作用，造成细胞内低 Na⁺。
  • Na⁺ 进入上皮细胞的过程与 H⁺ 的分泌以及与葡萄糖、氨基酸的转运相耦联：
    • H⁺ 分泌：小管液中的 Na⁺ 和 H⁺ 由顶端膜的 Na⁺-H⁺ 交换体进行逆向转运，H⁺ 被分泌到小管液中，而小管液中的 Na⁺ 则顺浓度梯度进入上皮细胞内。
    • 葡萄糖、氨基酸重吸收：通过 Na⁺-葡萄糖同向转运体和 Na⁺-氨基酸同向转运体，在 Na⁺ 顺电-化学梯度通过顶端膜进入细胞的同时，也将葡萄糖和氨基酸转运入细胞内。
• 约 1/3 经细胞旁途径（非主动吸收）被重吸收，主要发生在近端小管的后半段。

  

  • 上皮细胞顶端膜中存在 Na⁺-H⁺ 交换体和 Cl^--HCO₃^- 交换体（Cl^- 重吸收第一次便车），其转运结果使 Na⁺ 和 Cl^- 进入细胞内，H⁺ 和 HCO₃^- 进入小管液，HCO₃^- 可以 CO₂ 的形式单纯扩散重新进入细胞，见HCO₃^- 的重吸收与 H⁺ 的分泌。
  • 上皮细胞基底膜存在 Na⁺-K⁺ 泵（只有细段没有）和 K⁺-Cl^- 同向转运体（Cl^- 重吸收第二次便车），以及 AQP2。
  • 经细胞旁途径，Cl^- 顺浓度梯度被动重吸收，使得小管液中正电荷相对增多，促使 Na⁺ 顺电位梯度被动转运。
• 特点：近端小管对水的重吸收主要是通过水通道蛋白 1（AQP1）在渗透压作用下完成的。AQP1 主要分布在近端小管上皮细胞顶端膜和基底侧膜，是完成水的跨细胞重吸收的主要通道（参与超滤液中 60%–70% 水的重吸收）。近端小管中物质的重吸收为等渗性重吸收，小管液为等渗液。

髓袢

1. 髓袢降支细段：
   • 通透性：
     • 对溶质的通透性很低；
     • 对水通透性高（上皮细胞的顶端膜和基底外侧膜存在大量 AQP1），小管液渗透浓度压不断地增加。
   • 物质转运：
     • 顶端膜：AQP1、UT-A2（尿素入）
     • 基底膜：AQP1（水出）、UT-A2、钠泵
2. 髓袢升支细段：
   • 通透性：
     • 对 Na⁺、Cl^- 易通透，经易化扩散进入组织间液，小管液渗透浓度逐渐降低（尿液稀释）；
     • 对水不通透。
3. 髓袢升支粗段：
   • 通透性：
     • 上皮细胞厚，有很高的代谢活性，对 Na⁺、K⁺ 和 Cl^- 具有主动重吸收作用，小管液在此处稀释最快。
     • 对水不通透，故小管液在沿其流动的时候，渗透压逐渐降低。
   • 物质转运：
     • 顶端膜：
       • NKCC2（Ⅱ 型 Na⁺-K⁺-2Cl^- 同向转运体）：参与尿液稀释和髓质高渗的形成，可被呋塞米、依他尼酸抑制
       • Na⁺-H⁺ 交换体
       • 钾通道：让 K⁺ 返回小管液，造成小管液的正电位
     • 基底膜：钠泵、氯通道
     • 细胞旁途径：K⁺ 返回小管造成小管液正电位 → 重吸收 Na⁺、K⁺、Ca²⁺

远曲小管和集合管

此处对 Na⁺，Cl^- 和水的重吸收可根据机体水和盐平衡的状况进行调节。

• Na⁺ 的重吸收：主要受醛固酮的调节
• 水的重吸收：主要受抗利尿激素的调节
• 肾小管和集合管上皮细胞的碳酸酐酶活性受 pH 影响，pH 降低的时候，活性增加，有利于 H⁺ 的分泌。

• 顶端膜：Na⁺-Cl⁺ 同向转运体（NCC），主动重吸收 NaCl，可被噻嗪类利尿剂抑制
• 基底膜：钠泵、氯通道
• 对水不通透

• 闰细胞：主要分泌 H⁺（两种质子泵），也涉及 K⁺ 的重吸收（H⁺，K⁺-ATP 酶），见碳酸氢根的重吸收和氢离子的分泌。
• 主细胞：重吸收 NaCl 和水，分泌 K⁺

  

  • 保钠：
    • 基底侧膜中的钠泵活动可造成和维持细胞内低 Na⁺，并成为小管液中 Na⁺ 经顶端膜上皮钠通道（ENaC）进入细胞的动力来源。
    • 利尿剂阿米洛利可抑制 ENaC，既可减少 Na⁺ 的重吸收，又能减少 Cl^- 经细胞旁途径的被动转运。
  • 保水：
    • 主细胞顶端膜和胞质中的囊泡内含水通道蛋白 2（AQP2），而在基底侧膜中则有 AQP3 和 AQP4 分布。上皮细胞对水的通透性取决于顶端膜 AQP2 的数量，抗利尿激素参与这一调节过程。
    • 内髓部存在 UT-A1（顶端膜）、UT-A3（基底膜），参与尿素浓度梯度的形成。
  • 排钾：肾外髓部钾通道（ROMK）
• 细胞旁途径：Na⁺ 重吸收造成小管液呈负电位，驱使 Cl^- 经细胞旁途径被动重吸收。

HCO₃^- 的重吸收与 H⁺ 的分泌

• 从肾小球滤过的 HCO₃^- 约 80% 由近端小管重吸收。
• 近端小管是分泌 H⁺ 的主要部位，并以 Na⁺-H⁺ 交换的方式为主。

• 顶端膜：
  • Na⁺-H⁺ 交换体（为主）
    • 交换出去的 H⁺ 与小管液中的 HCO₃^- 结合为 H₂CO₃，很快解离成 CO₂ 和水；
    • CO₂ 通过单纯扩散的方式进入上皮细胞；
    • 进入上皮细胞后在碳酸酐酶的催化下又形成 H₂CO₃，并解离成 H⁺和 HCO₃^-，H⁺ 再次被交换出去。
  • 质子泵（小部分）
• 基底膜：
  • 细胞内大部分 HCO₃^- 与其他离子以同向转运（Na⁺-HCO₃^- 同向转运）的方式进入细胞间液；
  • 小部分则通过 Cl^--HCO₃^- 交换的方式进入细胞间液（Cl^- 在近端小管后半段才开始吸收，HCO₃^- 的重吸收优先于 Cl^- 的重吸收）。

碳酸酐酶（CA）在 HCO₃^- 的重吸收中起重要作用。肾小管和集合管上皮细胞的碳酸酐酶活性受 pH 的影响，当 pH 降低时，其活性增加，有利于肾的排 H⁺ 保碱；碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺则可抑制 H⁺ 的分泌。

• 髓袢：对 HCO₃^- 的重吸收主要发生在升支粗段，其机制与近端小管相同。
• 远曲小管：通过 Na⁺-H⁺ 交换，参与 HCO₃^- 的重吸收。
• 集合管：
  • A 型闰细胞可主动分泌 H⁺，其顶端膜上存在两种质子泵——氢泵（H⁺-ATP 酶）、H⁺-K⁺ 交换体（H⁺，K⁺-ATP 酶），可将细胞内的 H⁺ 泵入小管液中。
  • 肾小管和集合管分泌的 H⁺ 量与小管液的酸碱度有关。

NH₃ 和 NH₄⁺ 的分泌与 H⁺ 和 HCO₃^- 的转运的关系

• 不同部位的 NH₃ 和 NH₄⁺/H⁺ 的分泌方式：
  • 近端小管（主要）及髓袢升支粗段、远端小管：
    • H⁺ 通过 Na⁺-H⁺ 交换体，以继发性主动转运的方式分泌。
    • NH₄⁺ 通过上皮细胞顶端膜 Na⁺-H⁺ 交换体（由 NH₄⁺ 代替 H⁺）进入小管液（泌 NH₄⁺ 与泌 H⁺ 相互抑制）。
    • 1 分子谷氨酰胺被代谢时，可生成2 个 NH₄⁺ 进入小管液，同时回收 2 个 HCO₃^-。
  • 集合管：
    • 闰细胞主要分泌 H⁺，缺乏 Na⁺-H⁺ 交换体，通过质子泵以原发性主动转运的方式分泌。
    • NH₃ 是脂溶性分子，可以单纯扩散的方式进入小管腔，也可通过基底侧膜进入细胞间液
    • 集合管上皮细胞膜对 Na⁺ 高度通透，而对 NH₄⁺ 的通透性则较低（缺乏 Na⁺-H⁺ 转运体），故细胞内生成的 NH₃ 以自由扩散方式进入小管液。
• NH₃ 分泌的意义：
  • NH₃/NH₄⁺ 的分泌与 HCO₃^- 的重吸收密切相关：每有一分子 NH₄⁺（或 NH₃ + H⁺）随尿液排出，可有一分子 HCO₃^- 被重吸收进入组织液。
  • NH₃ 的分泌与 H⁺ 的分泌密切相关：在生理情况下，肾脏分泌的 H⁺ 有 50% 由 NH₃ 缓冲。如果集合管分泌 H⁺ 被抑制，则尿中排出的 NH₄⁺ 也减少。
  • NH₃/NH₄⁺ 的分泌的主要生理意义是（肾脏）调节酸碱平衡：慢性酸中毒时可刺激肾小管和集合管上皮细胞谷氨酰胺的代谢，增加 NH₄⁺ 和 Na⁺ 的排泄和生成 HCO₃^-。

HCO₃^- 重吸收方式无特殊之处，HCO₃^- 与 Na⁺ 一同跨基底侧膜进入组织间液（Na⁺-HCO₃^- 同向转运）。

K⁺ 的重吸收和分泌

• 重吸收：小管液中的 K⁺ 有 65%–70% 在近端小管被重吸收，25%–30% 在髓袢被重吸收，K⁺ 在这些部位的重吸收比例是比较固定的。
• 分泌：远端小管和皮质集合管既可以重吸收 K⁺ 也可以分泌 K⁺，肾脏对 K⁺ 的排出量主要取决于远端小管和集合管上皮细胞 K⁺ 的分泌量近端小管对 K⁺ 的重吸收。
  • 浓度差：
    • 排钾利尿剂：远端小管液流量增大，K⁺ 可快速带走，细胞内的 K⁺ 向小管液扩散的驱动力增大，故有利于 K⁺ 的分泌。
    • 钠泵造成细胞内高钾，提供浓度梯度。
  • 电位差：
    • 保钾利尿剂（阿米洛利）：可抑制顶端膜的钠通道（ENaC），减少 Na⁺ 的重吸收，使小管液负电位减小，因此 K⁺ 分泌减小。
    • Na⁺ 重吸收造成小管液负电位：小管液负电位，K⁺ 分泌增加；小管液增电位，阻止 K⁺ 分泌。
  • K⁺ 的分泌还与肾小管泌 H⁺ 有关：
    • 在近端小管除有 Na⁺-H⁺ 交换外，还有 Na⁺-K⁺ 交换，两者之间存在竞争性抑制关系。
    • 这是酸中毒时出现高钾血症的原因：酸中毒时，Na⁺-H⁺ 交换加强，而 Na⁺-K⁺ 交换抑制，导致血 K⁺ 浓度升高。

葡萄糖和氨基酸的重吸收

• 滤过的葡萄糖均在近端小管，特别是近端小管前半段被重吸收。
• Na⁺-葡萄糖同向转运体、Na⁺-氨基酸同向转运体
• 肾糖阈：尿中开始出现葡萄糖时的血浆葡萄糖浓度，一般为 180 mg/100 ml。

钙的重吸收与排泄

1. 近端小管（70%）：
   • 细胞旁途径（80%）：
     • 溶剂拖拽：是指当水分子通过渗透被重吸收时，有些溶质可随水分子一起被转运。
   • 跨细胞途径（20%）：
     • 上皮细胞内 Ca2+ 浓度远小于小管液，且细胞內电位相对小管液为负，驱使 Ca2+ 从小管液扩散进入上皮细胞
     • 基底膜侧的钙泵、Na+-Ca2+交换体可将细胞内的 Ca2+转运出细胞
2. 髓袢（20%）：
   • 降支细段和升支细段对Ca2+不通透
   • 升支粗段能重吸收Ca2+：小管液为正电位,该段对Ca2+也有通透性,故可能存在被动重吸收,也可能存在主动重吸收
3. 远端小管和集合管（9%）：
   • 小管液为负电位，故 Ca2+的重吸收为主动转运
4. 随尿排出（小于 1%）：

尿素的重吸收与排泄

内髓部集合管末端依赖抗利尿激素调控的尿素通道蛋白 UT-A1 和 UT-A3 对尿素高度通透。

• 近端小管可以吸收 40%–50% 肾小球滤过的尿素。
• 尿素再循环：
  • 肾小管尿素重吸收：
    • 髓袢升支细段至皮质和外髓部集合管集合管对尿素不通透，集合管开始对水进行重吸收，导致尿素在集合管浓度不断升高。
    • 内髓部集合管末端依赖 ADH 调控的 UT-A1 和 UT-A3 对尿素高度通透，使浓缩的尿素扩散到内髓部组织。
    • 髓袢降支细段 UT-A2 介导的尿素通透增加，尿素重新进入髓袢。
  • 直小血管对尿素渗透梯度的影响：
    • 内髓部组织间液 → 直小血管升支（通过内皮细胞微孔方式通透尿素）→ 外髓部组织间液 → 直小血管降支 UT-B → 内髓部
    • 维持肾外髓部到内髓部的尿素浓度和渗透压梯度
    • NaCl 和尿素对维持内髓部高渗的作用各约占 50%
• 排泄：20%–30% 经尿液排出体外。

其他一些代谢产物和进入体内的异物的排泄

• 肌酐：：可通过肾小球滤过，也可被肾小管和集合管分泌和重吸收
• 青霉素、酚红和一些利尿剂
  • 可与血浆蛋白结合，不能被肾小球滤过
  • 可在近端小管被主动分泌进入小管液中而被排出
  • 进入体内的酚红，94% 由近端小管主动分泌进入小管液中并随尿液排出，引起检测酚红的排泄量可作为判断近端小管排泄功能的粗略指标

影响肾小管和集合管重吸收与分泌的因素

小管液中溶质的浓度渗透性利尿

小管液中溶质浓度升高，由于渗透作用部分水保留在小管内，Na⁺ 被稀释而浓度减低，Na⁺ 重吸收减少，小管液中 Na⁺ 浓度升高又使小管液中保留较多的水，结果是水的重吸收减少，尿量和 NaCl 排出量增多。

• 糖尿病患者由于血糖浓度升高而使超滤液中的葡萄糖量超过近端小管对糖的最大转运率，造成小管液溶质浓度升高，结果使水和 NaCl 的重吸收减少，尿量增加。
• 临床上利用渗透性利尿的原理，甘露醇和山梨醇等，可用作脱水药，降低颅内压和眼内压，治疗脑水肿和青光眼。

球-管平衡近端小管的定比重吸收

• 近端小管对溶质和水的重吸收随肾小球滤过率的变化而变化：
  • 当 GFR 增大时，肾小管周围毛细血管网中小管液的血浆胶体渗透压升高，近端小管对 Na⁺ 和水的重吸收率也增大；
  • 反之，当 GFR 减少时，近端小管对 Na⁺ 和水的重吸收率也减少。
• 近端小管中 Na⁺ 和水的重吸收率总是占肾小球滤过率的 65%–70%，这称为近端小管的定比重吸收，这种定比重吸收的现象称为球-管平衡。