肾小管和集合管的分泌作用
肾小管和集合管上皮细胞将自身代谢产生的物质转运至小管液中为其分泌作用(secretion);将血液中的某种物质排入小管液则为其排泄作用(excretion)。二者的物质都是排入管腔,通常统称为分泌。在肾小管和集合管的分泌活动中,通常同时伴有对小管液中物质的重吸收。
(一)分泌H+
近端小管、远曲小管和集合管上皮细胞均有分泌H+的功能,但主要在近端小管。在近端小管细胞内的H+和小管液中Na+与细胞膜上的转运体结合后,H+被分泌到小管液中,小管液中的Na+则被重吸收入细胞(图5-6)。H+的分泌与Na+的重吸收呈逆向转运,二者相互联系,称为Na+-H+交换(sodium-hydrogen exchange)。小管液中的Na+是顺电化学梯度进入小管细胞内,H+则利用Na+所释放的势能由细胞内逆着浓度梯度进入小管液。在远端小管和集合管,H+则是通过管腔膜上的H+泵在耗能的条件下转运入小管液的。分泌入小管液中的H+同HCO3-生成H2CO3,最后生成CO2和水,H+被排出,有利于肾小管继续分泌H+;CO扩散入细胞,最后生成HCO-和H+。在细胞内生成的HCO-233扩散至管周组织液,同其中的Na+生成NaHCO3并入血。如此循环往复,每分泌1个H+,可重吸收1个Na+和1个HCO3-回到血液。碳酸氢钠是体内重要的碱贮备,因此,肾小管和集合管分泌H+的作用对维持体内酸碱平衡是非常重要的。慢性间质性肾炎,由于肾小管的泌H+功能障碍,小管细胞内的碳酸酐酶活性降低,HCO-3生成减少等因素,可导致肾小管性酸中毒。
(二)分泌NH3
正常情况下,NH3主要由远曲小管和集合管分泌。酸中毒时,近端小管也可分泌NH3。细胞内的NH3主要来源于谷氨酰胺的脱氨反应,其他氨基酸也可氧化脱氨生成NH3。在代谢性酸中毒时,肾小管上皮细胞内的谷氨酰胺酶活性增强,NH3生成增多。NH3是脂溶性物质,其扩散的方向朝着pH较低的一侧进行,故易于通过细胞膜扩散入小管液中。进入小管液的NH3与其中的H+结合成NH4+,NH4+的生成减少了小管液中的H+,有助于H+的继续分泌。NH4+是水溶性的,不能通过细胞膜。小管液中的NH4+则与强酸盐(如NaCl)的负离子结合生成铵盐(如NH4Cl)随尿排出(图5-6)。强酸盐的正离子(如Na+)则与H+交换进入肾小管细胞与HCO-3生成NaHCO3而入血,小管液中NH3降低,有利于NH3的继续分泌。
由此可见,NH3的分泌与H+的分泌密切相关,H+分泌增加可促使NH3分泌。肾小管和集合管细胞在分泌H+和NH3的同时,促进了NaHCO3的重吸收,从而实现了肾脏排酸保碱的功能。(https://www.daowen.com)
慢性肾衰竭时,一方面体内酸性代谢产物如磷酸、硫酸等因排泄障碍而潴留,另一方面,肾小管分泌H+的功能缺陷和肾小管制造NH+4的能力降低,二者均可影响HCO-3的重吸收,使血中HCO-3浓度下降而导致酸中毒。
(三)分泌K+
小管液中的K+绝大部分被肾小管各段和集合管重吸收入血,只有极少部分从尿排出。尿液中的K+主要是由远曲小管和集合管分泌的。远曲小管和集合管具有主动重吸收Na+的作用。Na+的重吸收使管腔内成为负电位(-10~-40mV),为K+的分泌提供动力,Na+泵的活动使组织液的K+进入细胞,增加细胞内和小管液之间的K+浓度差,二者均有利于K+的分泌。在小管液中的Na+重吸收入细胞内的同时,K+被分泌到小管液内,这种分泌K+与重吸收Na+相互关联的现象,称为Na+-K+交换(sodium-potassium exchange)。由于Na+-K+交换和Na+-H+交换都是Na+依赖性的,故二者呈竞争性抑制。在代谢性酸中毒时,小管细胞内的碳酸酐酶活性增强,H+生成增多,Na+-H+交换增强,以增加NaHCO3的重吸收;而Na+-K+交换减弱,K+随尿排出减少,可能出现血钾升高。在代谢性碱中毒时,Na+-H+交换减弱,Na+-K+交换增强,排出的K+增多,可能发生血钾降低。
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。体内的K+代谢特点是:多吃多排,少吃少排,不吃也要排出一部分。故在临床上,为维持体内的K+平衡,应对不能进食的患者适当地补K+,以免引起血K+降低。肾功能不全的患者,排K+功能障碍,可发生高血K+症。血K+过高或过低,都会对人体的功能,尤其是对神经和心脏的兴奋性产生不利的影响。
(四)排出血浆中某些物质
肾小管细胞可将血浆中的某些物质如肌酐,以及进入体内的某些异物如青霉素等直接排入小管液。每日随尿排出的肌酐量大于滤过的总量,表明其不但未被重吸收,反而还被肾小管和集合管细胞将其排入小管液中。血肌酐水平是判定肾功能的一个重要指标,肾小球滤过率减少或肾小管功能受损时,血肌酐含量均可增多。此外,进入体内的物质如青霉素、酚红、呋塞米和依他尼酸等,它们在血液中大多数与血浆蛋白结合而运输,很少被肾小球滤过,主要由近端小管排入小管液。排入小管液的呋塞米和依他尼酸的浓度可比血浆高数倍,有利于在髓袢升支粗段发挥利尿作用。