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2019考研农学动物生理学知识:泌尿
一、肾脏的结构与功能
(一)排泄的概念
1、排泄：是指机体将物质代谢终尾产物及过剩的、无用的或有害的物质经过血液循环由排泄器官向外排出的过程。
未被吸收的食物残渣由大肠排出体外的过程，因食物残渣未参加体内细胞代谢,又没有经过血液循环向体外排出,所以不属于排泄,食物残渣也不叫排泄物。
2、脊椎动物的排泄器官有:①呼吸器官;②消化器官;③皮肤;④肾脏。
3、动物机体的排泄途径主要有四条：
①代谢产生的挥发性酸(如H2CO3以CO2形式)、少量水分以气体的形式由呼吸器官排泄，鱼类的鳃还可排泄一些盐类和易扩散的NH3和尿素;
②由肝脏代谢产生、经胆管排到小肠的胆色素及由小肠分泌的无机盐(钙、镁、铁等)随粪便由大肠(消化道)排泄;
③代谢终产物的一部分水、盐类、氨、尿素通过汗腺分泌由皮肤排泄;
④由含氮化合物代谢所产生、比较难扩散的终产物如尿酸、肌酸、肌酐等;脂肪代谢产生的非挥发性酸的盐(硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐)及部分摄入过量的和代谢产生的水、电解质等均以尿的形式由肾脏排泄。
(二)肾单位
1、肾单位：肾单位是肾脏的基本结构和功能单位
肾单位由肾小体、肾小管组成，肾单位和集合管共同构成了执行排泄功能的功能单位。
2、球旁器(近球小体)：主要分布于皮质肾单位，由球旁细胞(也叫颗粒细胞)、球外系膜细胞和致密斑三者组成。球外系膜细胞，位于入球小动脉和出球小动脉之间的一群细胞，具有吞噬作用。致密斑与入球小动脉和出球小动脉接触，可感受小管液中NaCl含量的变化，并将信息传递到颗粒细胞，调节肾素的分泌与释放。球旁器主要分布在皮质肾单位，因而皮质肾单位含肾素较多，对尿的生成起主要作用。
(三)肾血流量及其调节
1.肾脏血液供应的特点：
(1)两侧肾血流量十分丰富，占心输出量的1/5~1/4，其中90%以上分布在皮质，5%~6%分布在外髓，不足1%分布在内髓，这与肾小球(主要分布在皮质)滤过血液的机能相适应。
(2)肾脏血液经两次毛细血管分支后才汇合成静脉，其中肾小球毛细血管是滤过血液的重要结构，而球后毛细血管内血压较低，有利于肾小管的重吸收作用。
2.肾脏血流的调节
(1)自身调节：动脉血压在80~180mmHg范围内变化时，肾脏血流量维持不变。
(2)神经和体液调节：当全身机能状况发生变化时，肾脏血流主要受神经、体液调节，使肾血流量与全身血液分配的需要相适应。
总之，在通常情况下，在一般的血压变动范围内，肾主要依靠自身调节来保持血流量的相对稳定，在紧急状况下，全身血液将重新分配，通过交感神经及肾上腺素的作用来减少肾血流量，使血液分配到脑、心脏等重要器官。
二、肾小球的滤过作用及影响因素
1、肾小球的滤过作用：血浆中的水和小分子溶质，包括分子量较小的血浆蛋白可以滤入肾小囊，形成超滤液或称原尿。
滤过分数：肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数
2、滤过膜及其通透性：
肾小球滤过膜——滤过的结构基础。
滤过膜由肾小球毛细血管内皮细胞、基膜和肾小囊脏层上皮细胞构成。血浆中除大分子蛋白质外，其余成分都可通过滤过膜形成原尿，因此，原尿是血浆的超滤液。
滤过膜的三层结构中，基膜上的空隙较小，对大分子物质起主要屏障作用。物质通过滤过膜的难易决定于分子量和所带电荷，电荷中性分子的通透性取决于分子量的大小，带正荷物质通透性大于带负电荷物质。滤过膜通透性发生变化会导致原尿成分的改变，如出现大分子蛋白质等，而终尿内出现异常物质(如大分子蛋白质)可能病变在肾小球滤过膜，也有可能病变在肾小管、集合管等部位。
滤过分数，肾小球滤过率和肾血浆流量的比值。
3、有效滤过压和滤过平衡：
有效滤过压——肾小球滤过的动力。
有效滤过压=肾小球毛细血管压-(血浆胶体渗透压+肾小囊内压)
滤过平衡：在血液流经肾小球毛细血管时，由于不断生成滤过液，血液中血浆蛋白浓度会逐渐增加，血浆胶体渗透压也随之升高，有效滤过城市逐渐下降，当有效滤过压降为零时，达到滤过平衡，滤过便停止。
动脉血压在80~180mmHg内变化时，通过自身调节维持肾血流量恒定，因此肾小球毛细血管压也相对恒定。
皮质肾单位的入球小动脉粗而短，血流阻力小;出球小动脉细而长，血流阻力大，因此肾小球毛细血管血压较其它器官的毛细血管血压高。
4、影响肾小球滤过的因素
有四个方面：(1)滤过面积(2)滤过膜通透性(3)有效滤过压(4)肾血流量也有关。
a、肾小球滤过膜面积及其通透性:爬行类、两栖类和鱼类，会因其生活环境的水和盐度不同，其肾单位数量及其结构而有很大的差异。
b、肾小球有效滤过压:凡能影响毛细血管血压、囊内压、血浆胶渗压的因素都能影响到肾小球的有效滤过压，从而影响到肾小球的滤过率。
(1)肾小球毛细血管血压由于血管平滑肌具有肌源性自身调节机制，动脉血压在10.6～23.9kPa(80～180mmHg)范围内变化时,具有自身调节机制。肾小球的肾血流量可维持恒定，肾小球毛细血管血压及有效滤过压也能维持恒定。
(2)囊内压鱼类和两栖类的肾小管颈区和中段小管壁有纤毛，纤毛的不断摆动可把小管液不断从肾小囊移向肾小管，从而降低囊内压，增加肾小球的滤过作用。
(3)血浆胶体渗透压正常情况下变化不大，只有当全身血浆蛋白浓度明显下降，则血浆胶体渗透压降低，肾小球有效滤过压增加。肾血浆血流：影响肾小球毛细血管的血浆胶体渗透压。
三、肾小管和集合管的泌尿功能
肾小球滤过液进入肾小管称为小管液,小管液经过肾小管和集合管的重吸收与分泌作用最后排出体外的液体称为终尿。
重吸收是指溶质从小管液中转运到血液中的过程。肾小管和集合管对各种物质重吸收具有选择性;
分泌是指上皮细胞将本身代谢产物或血液中的物质转运至小管液(腔)中的过程。
学习这一部分需要注意的问题:
①各种物质的转运应该说小管液在流经肾小管和集合管整段时都具有,只不过有多有少,以那一段为主罢了.而且物质总是在进进出出。
②只要有跨膜转运,相同或同类物质几乎都具有相同的转运机制，因此在以前各章中所涉及到的机制可以通用。因此以采取归类学习记忆,灵活运用为好。
③一种物质转运时会影响到其它种物质的转运,有链式转运过程,如:
以Na+为原发性主动转运,可导致Cl-、H+、K+、Ca+、葡萄糖、氨基酸等的继发性主动转运，Na+泵活动是原动力。
Na+的转运→电荷不平衡→Cl-转运→渗透压不平衡→H2O的转运。同样HCO3-浓度梯度扩散→电荷不平衡→Cl-转移.类似的例子很多,自己可总结。
④同一种物质可能有多种转运方式，具体要看在什么地方和当时的主要条件(矛盾)如何。如,扩散,不论什么物质只要有电化学梯度,就会有扩散,但有时我们又较重点强调了主动转运等过程,这可能与突出重点讨论膜的某个特性而将它忽略了有关.所以有时就感到问题复杂了。
⑤在理解小管液中物质转运过程时,应有一个小管液在流动的过程中浓度发生了变化、小管的通透性在变化的观念，要有一个动的概念才好理解。
(2)近端小管的转运功能
①Na+、Cl-、HCO3-的重吸收及H+的分泌
Na+和葡萄糖一起与同向转运体蛋白结合顺着浓度梯度扩散到细胞内，Na+泵活动是主要动力。Na+和细胞内的H+共同与管腔膜上的逆向转运体(又称交换体)蛋白结合，以相反的方向转运，为Na+-H+交换。
近球小管对HCO3-的吸收是以CO2的形式进行。因为小管液中的HCO3-不易通过管腔膜,而CO2是高脂溶性物质，小管液中的HCO3-必须先与H+结合成H2CO3，再解离为CO2和H2O。才迅速通过管腔膜进入细胞内。HCO3-则是由进入细胞的CO2与H2O在碳酸酐酶的催化下再合成H2CO3，后者解离成的HCO3-和H+。
到近球小管后半段，Na+、Cl-的重吸收都是被动吸收的。Cl-可顺着浓度差经细胞旁路,重吸收回血,同时引起Na+顺着电位梯度，通过细胞旁路被重吸收。
②水靠渗透作用和跨细胞两条路径被重吸收。
③K+是主动重吸收，机制尚不清楚。
④葡萄糖、氨基酸全部被肾小管重吸收，而且仅限于近球小管前半部。肾小管对葡萄糖的吸收有一定的限度。当血液中葡萄糖的浓度超过160～180mg?100ml-1时，有一部分肾小管对葡萄糖的吸收已达到极限，滤液中的葡萄糖不能全部被重吸收，尿中开始出现葡萄糖。此时血中葡萄糖的浓度称为肾糖阈。
⑤其它物质的跨膜转运,少量小分子蛋白质可通过吞饮作用被重吸收。HPO42-、SO42-与Na+一起同向转运。NH4+由小管上皮细胞代谢产生的NH3，可与细胞内H+结合成为NH4+，以NH4+-Na+交换的形式分泌到管腔。体内的代谢产物和进入机体内的某些物质，如青霉素、酚红、大多数利尿药等，由于与血浆蛋白结合，不能被肾小球滤过，只能在近端小管被主动分泌到小管液中。
(3)髓袢的转运功能
髓袢降支对水有较好的通透性，对Na+、K+、尿素的通透性很低，因此随着小管液中水的重吸收，溶质浓度和渗透压逐渐升高;
髓袢升支细段对水几乎不通透，对Na+、Cl-和尿素都有通透性，Na+、Cl-的吸收完全是被动扩散;
髓袢升支粗段对水的通透性仍很低，此时，首先是Na+泵的活动,造成细胞内浓Na+度较低，使Na+顺着浓度梯度从小管液扩散到细胞内,同时通过同向转运体造成2个Cl-和1个K+转运到细胞内，这时的Cl-K+仍是一种继发性主动转运，然后由于Cl-和K+的反向被动扩散,造成Na+的被动扩散.
总的效果是由于Na+泵活动的结果，继发性地主动重吸收了2Cl-，同时伴随的2Na+重吸收，其中有一个Na+是主动重吸收，另一个Na+是被动重吸收，这是最节省能量的。
(4)远曲小管和集合管的转运功能
远曲小管和集合管重吸收机能的最大特点是Na+和H2O的重吸收分离。Na+的重吸收受醛固酮的调节;水的重吸收则受抗利尿激素的控制。
①K+的分泌：K+是唯一既可被肾小管重吸收，又能被分泌的离子。泌K+是一种被动过程，与Na+的重吸收关系密切Na+,吸收一个Na+，同时分泌一个K+，称为Na+-K+交换。与H+-Na+交换相拮抗。一方面是由于Na+泵的活动，使管腔内剩下较多的负离子(如PO42-，SO42-等)，管腔负电位增大，从而使K+顺着电位差进入小管液;另一方面，Na+进入肾小管上皮(主)细胞后，可刺激细胞基侧膜上的Na+泵，使更多K+从细胞间隙泵入细胞内，提高了细胞内K+的浓度，使更多的K+可顺着浓度差通过管腔膜进入小管液。
③NH3的分泌：小管上皮细胞代谢产生的NH3,可以向小管液或细胞间隙液自由扩散。小管液中的NH3与H+结合生成NH4+，进一步与强酸盐(如NaCl)的负离子结合随尿排出。(除以NH3分泌外还有一NH4+的形式分泌,不仅远曲小管,而且几乎整个肾小管都有这种过程)。NH3的分泌及NH4+盐的生成促进H+-Na+交换。
④Na+和Cl-的重吸收,Na+和Cl-，通过Na+-Cl-同向转运体主动转运进入细胞，继而被重吸收进入血液。
⑤HCO3-以CO2的形式被重吸收，集合管还能重吸收尿素。
⑥葡萄糖、氨基酸的重吸收方式是继发性主动重吸收，必须与Na+同向转运入细胞内，而这种转运依赖Na+主动转运形成的细胞内低Na+。
四、肾脏泌尿功能的调节
(一)抗利尿激素的作用及其分泌调节
1、抗利尿激素(ADH)即血管升压素AVP)：是调节尿量的重要激素，能增加远曲小管和集合管对水的通透性，使尿量减少。
引起抗利尿激素分泌的有效刺激有：血浆晶体渗透压升高，循环血量减少，动脉血压降低，痛刺激等。当大量出汗，严重呕吐或腹泻时，血浆晶体渗透压升高，尿量减少。大量饮水后，血浆晶体渗透压降低，抗利尿激素分泌减少，尿量增多，称为水利尿。
下丘脑病变导致抗利尿激素合成，释放障碍时，出现尿崩症。
3、抗利尿激素的主要作用是提高远曲小管和集合管上皮细胞对水的通透性，增加对水的重吸收，使尿液浓缩，尿量减少，即发生抗利尿作用。
抗利尿激素与远曲小管、集合管上皮细胞膜上的受体结合，依次激活兴奋性G蛋白与腺苷酸环化酶，使上皮细胞中cAMP的生成量增加，从而激活蛋白激酶，使位于管腔膜附近、含有水通道的小泡镶嵌在管腔膜上，使管腔膜上的水通道数增加并开放，从而增加对水的通透性。上皮细胞的基侧膜对水可自由通过，因此水通过管腔膜后可自由通过基侧膜进入毛细血管，被重吸收。
当抗利尿激素缺乏时，管腔膜上的水通道返回到细胞内原来的位置，管腔膜上的水通道消失，对水不通透。
4、ADH的分泌调节引起抗利尿激素释放的有效刺激主要是血浆晶体渗透压的增高和循环血量的减少。
①血浆晶体渗透压的改变在下丘脑的视上核及其周围区域有渗透压感受器。
②循环血量：在高等动物的左心房壁内，在鱼类的第三鳃动脉和腹主动脉交界处有容量感受器。
③大量饮用清水后尿量增多的现象称为水利尿
(二)醛固酮的作用及其分泌调节
(1)是肾上腺皮质球状带分泌的一种激素。
(2)它能促进远曲小管、集合管对Na+的主动重吸收，同时促进K+的排出，故有保Na+排K+作用。对维持血浆K+、Na+平衡和正常细胞外液量起到重要作用。醛固酮到达远曲小管、集合管的上皮细胞后，与胞浆受体结合,并进入核膜，与核中受体结合调节特异性mRNA转录，促进线粒体中ATP的合成，为上皮细胞Na+泵活动提供更多的能量;增强基侧膜上Na+泵的活性，促进Na+-K+交换。导致醛固酮诱导蛋白的合成。诱导蛋白可能是管腔膜的Na+通道蛋白，因此使管腔膜的Na+通道数增加;
(3)醛固酮的分泌调节
①肾素-血管紧张素-醛固酮系统
②血K+浓度升高和Na+降低可直接刺激肾上腺皮质分泌醛固酮
③心房利尿钠肽：由心房肌合成，有：
a)明显的抑制集合管对NaCl重吸收，
b)使肾小球动脉尤其是入球小动脉舒张，增加肾血流量和肾小球滤过率，
C)抑制肾素、醛固酮、抗利尿激素的分泌。这些都能促进NaCl和水的排出，尿量增加。
(三)肾素一血管紧张素一醛固酮系统
入球小动脉处的牵张感受器，可感受血流量对其的牵张刺激;致密斑能感受流经它的小管液中的Na+量。当动脉压下降、循环血量减少，Na+量减少都可引起肾素分泌增加。
肾素使血浆中的血管紧张素元依次变为血管紧张素I、II，后二者可刺激肾上腺皮质分泌醛固酮
五、尿液的浓缩与稀释
(一)肾髓质高渗梯度的存在是尿浓缩的动力，抗利尿激素的作用是浓缩的条件。
1.外髓渗透压梯度主要是由于升支粗段NaCl的主动重吸收形成，在此通过Na+—K+—2Cl-转运系统发挥作用。
2.内髓部渗透压梯度的形成与尿素的再循环和Na+重吸收有关。
3.直小血管有保持髓质高渗梯度稳定的作用，因为组织液进入血管升支的水量超过降支丧失的水量，所以水可随血流返回体循环。
(二)渗透压高于血浆的尿叫高渗尿，低于血浆的尿叫低渗尿。
(1)肾髓质部的渗透梯度，是尿液稀释和浓缩的基础。其结构基础是髓袢降支与升支中的小管液流动的方向不同，构成的逆流系统：
①髓袢降支对水有较好的通透性，对Na+、K+、尿素的通透性很低，因此随着小管液水的重吸收，其渗透压和NaCl浓度逐渐升高。
②髓袢升支对水几乎不通透，对Na+、Cl-、尿素有通透性。因此随着对NaCl的重吸收，小管液的渗透压又逐渐下降。
③由于NaCl在升支细段的扩散和升支粗段对NaCl的主动转运，提高了肾单位间质的渗透压，并形成从外髓层向内髓层逐渐升高的渗透梯度。
(2)髓襻和集合管对尿素的通透性特点，起到维持髓质渗透梯度的重要作用。
①髓袢升支粗段、远曲小管和集合管的皮质段及外髓段对尿素的通透性都很低，由于抗利尿激素的作用和外髓部的高渗都使水被吸收，小管内尿素浓度逐渐升高;
②集合管的内髓段，对尿素有了通透性，尿素的扩散又使内髓质渗透压升高;升③髓袢升支细段对尿素有通透性，扩散出来的尿素，一部分又可进入升支细段，并随小管液流入集合管内髓段，并重新扩散到髓质形成尿素的再循环，以维持内髓层的高渗透梯度。
(3)直小血管是维持肾髓质高渗最有效的结构基础
深入髓质的直小血管也是“U”型，构成逆流交换系统，并与髓襻平行。血液在直小血管下降过程中，Na+和尿素不断升高。在血液折返进入直小血管升支时，Na+和尿素又重新扩散到组织间隙液中，而且还可以再进入直小血管降支。这样Na+和尿素可以不断地在直小血管降支和升支之间循环运行，因而髓质的溶质不会被血浆大量带走。但从降支渗透出的水量一般小于返回升支的量，所以水可随血浆返回体循环，这样就维持了肾髓质的渗透梯度。
(4)浓缩尿和稀释尿的形成
在近球小管的重吸收是等渗重吸收，因而它的各段小管液的渗透压都与血浆的相等。流经髓袢的小管液都经历了一个浓缩与稀释的过程，到了远曲小管都是低渗的，但排出体外的尿是低渗的还是高渗的还取决于小管液流经远曲小管和集合管时抗利尿激素和醛固酮分泌情况。
集合管与髓袢并行，同处在一个渗透梯度的环境中，若此时有抗利尿激素分泌，管内液逐渐变为高渗，而形成浓缩的尿排出体外。若此时没有抗利尿激素分泌，而从髓袢升支粗段进入远曲小管和集合管的低渗小管液，不管有无抗利尿激素，由于Na+的进一步被主动重吸收，其渗透压进一步下降，最后形成更稀释的尿排出体外。醛固酮的分泌增多可使尿量减少。
六、实验
影响尿液生成的因素。
动物生理学在业务课试卷中所占分值50%，说明是考核的重点，以上是文都考研集训营为大家总结的农学动物生理学基础知识，希望2019考研农学的考生认真学习。最后，文都考研集训营会一直伴随2019考生一起备考。