二、发病机制
不同原因所致急性肾损伤的发病机制有所不同,至今尚未彻底阐明,但其中心环节均为肾小球滤过率降低。下面主要阐述肾缺血和肾毒物引起少尿型急性肾损伤的发病机制。
(一)肾血流及血管异常
1.肾灌注压下降 当平均动脉压在70~180mmHg范围内变动时,肾血管可通过自身调节(肌源性学说以及管-球反馈机制)使肾血流量和肾小球滤过率保持稳定。当有效循环血量减少、平均动脉压<70mmHg时,肾血管失去自身调节,肾血浆流量明显减少,则滤过平衡点靠近入球小动脉端,导致肾小球滤过率减少;同时肾小球毛细血管血压下降,使肾小球有效滤过压(肾小球有效滤过压=肾小球毛细血管血压-肾小球囊内压-血浆胶体渗透压)减小,GFR降低。
2.肾血管收缩 肾血管收缩的原因如下。
(1)交感-肾上腺髓质系统兴奋:各种病因导致机体有效循环血量明显减少时,交感-肾上腺髓质系统兴奋,血中儿茶酚胺急剧增加,通过血管平滑肌上的α肾上腺素能受体使肾血管收缩。由于皮质肾单位的入球小动脉对儿茶酚胺敏感性高,故急性肾损伤时以肾皮质血管收缩、血流量减少最为明显,GFR降低,称为肾内血流分布异常。
(2)肾素-血管紧张素系统激活:①缺血时肾灌注压降低,入球小动脉管壁受牵拉程度减小,可刺激球旁细胞(juxtaglomerular cell)分泌肾素。②肾交感神经兴奋时主要释放去甲肾上腺素,作用于球旁细胞的β肾上腺素能受体,引起肾素释放;同时血液循环中儿茶酚胺(肾上腺素和去甲肾上腺素)浓度增加,肾素释放增加。③肾缺血时,肾小球滤过率减少,导致流经致密斑的小管液中Na+量减少,可刺激球旁细胞释放肾素。
肾素产生增多,促使血管紧张素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ)生成增多。Ang Ⅱ浓度较低时,主要引起出球小动脉收缩(出球小动脉对Ang Ⅱ的敏感性比入球小动脉大),在这种情况下,肾血流量减少,但肾小球毛细血管血压升高。因此,肾小球滤过率变化不大,这是肾小球滤过率自身调节的机制之一;Ang Ⅱ在高浓度时,引起入球小动脉强烈收缩,则肾血流量进一步减少,GFR降低。因肾皮质中的肾素含量丰富,且急性肾损伤时主要是皮质外层的血管紧张素含量增多,故肾素-血管紧张素系统激活,致使肾皮质缺血更甚。
(3)肾内血管收缩及舒张因子释放失衡:肾缺血、肾中毒时,肾髓质间质细胞合成前列腺素(PGE2和PGI2)减少,血栓素A2(thromboxane A2,TXA2)相对增加;肾血管内皮细胞受损后,一氧化氮(NO)释放减少,而内皮缩血管肽(endothelin,ET)分泌增多,导致肾血管持续收缩,肾血流量进一步减少,GFR降低。
3.肾血管内皮细胞肿胀 肾缺血及肾中毒时,由于ATP生成不足或肾毒物的直接作用,使Na+,K+-ATP酶活性减弱,肾血管内皮细胞发生钠、水潴留,细胞水肿。尤其是肾小球毛细血管内皮细胞肿胀可致血管管腔狭窄,肾血流量进一步减少,GFR降低。(https://www.daowen.com)
4.肾血液流变学改变 肾长期缺血及肾中毒导致肾毛细血管内皮细胞受损、炎症介质释放增多(如IL-6、IL-8、TNFα、TGFβ、MCP-1等)、血管通透性增强,可致血浆外渗、血液浓缩、血黏度增加,极易继发肾血管内凝血;同时红细胞和血小板聚集,黏附因子表达上调导致白细胞黏附、嵌塞于内皮细胞,造成微血管阻塞,导致肾血流量进一步减少。
(二)肾小管损伤
持续性肾缺血和肾中毒可致肾小管上皮细胞发生变性、坏死和凋亡,导致肾小管重吸收与分泌功能紊乱。急性肾小管坏死引起肾小球滤过率急剧降低的机制如下。
1.肾小管阻塞 肾小管上皮细胞片状和灶状坏死后,脱落的细胞碎片可阻塞肾小管;溶血性疾患或挤压综合征使大量血红蛋白、肌红蛋白在肾小管内形成管型;其他如多发性骨髓瘤本周蛋白、磺胺等药物结晶、草酸盐及尿酸盐结晶等均可沉积在肾小管管腔内,造成广泛的肾小管阻塞,使原尿不易通过,引起少尿;同时,由于管腔内压升高,继而使肾小球囊内压增加,有效滤过压降低,导致肾小球滤过率降低。目前认为,管型阻塞是AKI持续期导致GFR减少的重要因素。
2.原尿返漏 ATN时,肾小管上皮细胞广泛坏死,基底膜断裂,原尿经断裂的基底膜扩散到肾间质,除直接造成少尿外,回漏的原尿还引起肾间质水肿,压迫肾小管,造成肾小球囊内压升高,有效滤过压降低;同时肾小管周围的毛细血管受压,使肾小管血供进一步减少,导致肾损伤加重,形成恶性循环。
3.管-球反馈异常激活 管-球反馈(tubuloglomerular feedback,TGF)是肾血流量自身调节的一种机制。当肾血流量和肾小球滤过率增加时,到达远曲小管致密斑的小管液流量及Na+、K+、Cl-增加,致密斑将信息反馈至肾小球,使入球小动脉收缩,肾血流量和肾小球滤过率恢复正常;反之,当肾血流量和肾小球滤过率减少时,流经致密斑的小管液流量减少,致密斑又将信息反馈至肾小球,使肾血流量和肾小球滤过率增加至正常水平。采用微穿刺灌注方法的研究证实,增加致密斑的NaCl浓度可使单个肾单位GFR下降50%。有关管-球反馈的机制主要与肾脏局部产生的腺苷及肾素-血管紧张素系统有关。病理条件下,肾持续缺血、肾毒物导致近曲小管上皮细胞损伤,其重吸收Na+和Cl-减少,可使流经远曲小管致密斑的NaCl量增加,Na+-K+-2Cl-同向转运体的转运速率增加,该转运体的活动依赖ATP的水解,产生大量一磷酸腺苷(AMP),AMP经5'-核苷酸酶脱去磷酸,生成腺苷;或经质膜中的ecto-5'-核苷酸酶脱磷酸生成腺苷。与腺苷在机体其他部位引起血管扩张的作用不同,在肾脏,腺苷具有显著的缩血管作用,可通过A1受体收缩入球小动脉,而作用于A2受体则扩张出球小动脉,从而使肾血流量、肾小球毛细血管血压明显降低,GFR降低。另外,由于致密斑小管液中Na+量增多,可抑制球旁细胞肾素的分泌以及出球小动脉的收缩,从而加重了GFR的下降。
(三)肾小球滤过系数降低
肾小球滤过系数(filtration coefficient,Kf)代表肾小球的通透能力,与滤过膜的面积及其通透性有关。肾小球滤过率=滤过系数×有效滤过压。肾缺血和肾中毒时,由于肾小球毛细血管内皮细胞肿胀,滤过膜上的窗孔变小、密度减少,Kf降低。同时AngⅡ、TXA2和某些肾毒物(如庆大霉素)可直接促使肾小球系膜细胞收缩,导致肾小球血管阻力增加、滤过面积减少和Kf降低,进而促使GFR持续降低。