肾单位的组成、肾小球基底膜及其细胞成分
组成肾脏结构和功能的基本单位是肾单位，包括肾小体和与之相连的肾小管。人类的每个肾脏约由100万（80万～110万）个肾单位组成，出生时婴儿体重与肾单位数目呈正相关。根据肾小体在皮质中的位置，可分为表浅、中间和髓旁三种肾单位。表浅肾单位的肾小体位于离皮质表面几毫米之内，髓旁肾单位的肾小体位于皮质深层，靠近皮质与髓质交界处，中间肾单位的肾小体则位于以上两者之间。
肾小体由肾小球和肾小囊组成，通过滤过作用形成原尿。肾小管是细长迂回的上皮性管道。平均长度为30～38 mm，具有重吸收和排泌功能，通常分为三段：第一段与肾小囊相连，称近端小管，依其走行的曲直，又有曲部和直部之分；第二段称为细段，管径细，管壁薄；第三段称远端小管，分为直部和曲部，其曲部末端与集合管相连。近端小管的直部、细段与远端小管的直部连成“U”字形，称为髓襻或Henle襻。肾单位的各部在肾脏中的分布有其相应的较固定的位置。肾小体存在于肾皮质迷路，近端小管曲部和远端小管曲部分布于肾皮质迷路和肾柱，髓襻则和集合管一起分布于髓质肾锥体和皮质髓放线中。
通常，根据髓襻的长度可将肾单位分为短髓襻和长髓襻肾单位两种。表浅肾单位及大多数中间肾单位属于短髓襻肾单位，其髓襻在髓质外带返回。髓旁肾单位及少数中间肾单位属于长髓襻肾单位，其髓襻一般由髓质内带返回。长髓襻肾单位只占肾单位总数的10%～20%，它的长髓襻对尿的浓缩与稀释起着重要作用，但因其血液循环不如短髓襻肾单位丰富，故较易受损伤。
（一）肾小体
肾小体是形成原尿的主要结构，位于皮质迷路，近似球形，直径约为200μm，近髓质者比位于皮质浅层者大20%左右。肾小体的中央部分是由毛细血管组成的肾小球，肾小球外面紧包着肾小囊。肾小体有两个极，小动脉出入肾小体的区域称血管极，对侧是与肾小管相连的尿极。
1.肾小球
肾小球约占肾皮质体积的9%，占肾重量的5%。肾小球通过其反复分支的毛细血管系统来增加其滤过面积。成年人肾小球毛细血管长度约13 km。其肾小球基底膜面积约为1.6 m2。入球小动脉进入肾小球后分为5～8个主支，使血管球形成相应的毛细血管小叶或肾小球节段。每个主支又分出数个小支，最后形成20～40个盘曲的襻状毛细血管网，称毛细血管襻。各小叶的毛细血管返至血管极处，又汇聚成主支，最后合成出球小动脉。肾小球毛细血管襻是体内唯一的介于两条小动脉之间的毛细血管床（其他毛细血管网都是介于一条小动脉及一条小静脉之间），这种特殊的解剖结构保证了肾小球毛细血管内的静水压较身体其他部位的毛细血管静水压高，有利于毛细血管滤过功能的发挥。另一方面，也使血液内的异常物质（如免疫复合物等）易于沉积在肾小球。肾小球毛细血管壁由内皮细胞、基底膜和上皮细胞组成，其结构较其他部位的毛细血管更加复杂。
（1）内皮细胞：内皮细胞呈扁平状，被覆于毛细血管壁腔侧，与血流接触，内皮细胞核位于毛细血管的轴心侧（即系膜侧），细胞质环绕于血管腔，内皮细胞的胞体布满直径为70～100 nm的小孔，称为窗孔，大约覆盖毛细血管表面积的30%。内皮细胞内有丰富的中间丝、微丝和微管，细胞表面被覆有富含唾液酸蛋白的多阴离子表面糖蛋白，所以内皮细胞带有丰富的负电荷。内皮细胞构成了肾小球毛细血管壁的第一道屏障，使血细胞及一些大分子物质受到阻拦而不被滤出；内皮细胞表面的负电荷构成了肾小球毛细血管壁电荷屏障的重要组成部分。内皮细胞可黏附细菌和白细胞、具有重要的抗凝血及抗血栓作用，还参与基底膜的合成及修复。内皮细胞可合成一氧化氮，此反应由内皮源性一氧化氮合成酶催化，该酶位于细胞质膜内陷所形成的细胞质膜囊泡。一氧化氮是内皮细胞释放的最重要的血管舒张因子，尚有抑制炎症及血小板聚集的作用。内皮细胞还可合成及释放内皮素及Ⅷ因子。内皮细胞表面具有血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）受体，实验研究证明，由足细胞分泌的VEGF可与内皮细胞表面的VEGF受体结合，从而调节内皮细胞的功能及通透性。
（2）脏层上皮细胞：贴附于肾小球基底膜外侧，是肾小球内最大的细胞。光镜下其形态难以确认，但细胞核最大，着色较浅，并凸向肾小囊囊腔。该细胞由三个部分组成：含有细胞核的细胞体、从细胞分出的几个大的主突起和再依次分出的次级突起，称足突，故该细胞又名足细胞。用扫描电镜观察证实，来自不同细胞的足突相嵌形成指状交叉，足突顶部与基底膜外疏松层相接触。足突之间的间隙称裂孔，直径为25～60 nm，由裂孔隔膜桥接。电镜下可见这种细胞具有发育完好的高尔基体和多数溶酶体，并有包括微管，中间丝和微丝在内的大量细胞骨架，对维持足细胞正常形态及跨膜蛋白和裂孔隔膜的正常位置有重要作用。
足细胞足突可分为三个特异的膜区：即基底部、顶部和裂孔隔膜三个区域。足细胞的基底部具有特殊分子，是保持足细胞与基底膜附着的主要分子。另外，足突基底部具有Heymann肾炎抗原，可与肾小管刷状缘抗体结合导致膜性肾病。足细胞顶部表面覆盖着一层带负电荷富含涎酸糖蛋白的多糖蛋白复合物，是肾小球负电荷屏障的重要组成部分，对足细胞独特结构的形成及相邻足突间的融合有重要作用。
裂孔隔膜并非一层完整的膜，从其横切面看，隔膜有许多长方形面积为4 nm×14 nm的小孔，形成铰链状。这些解制铰链可能是一种变性的黏性连接，是肾小球滤过孔径屏障的基础。裂孔隔膜是由多个蛋白分子组成的复合体样结构，裂孔隔膜蛋白控制肾小球的通透性。近年的研究显示，许多裂孔隔膜蛋白的基因突变，可导致肾脏疾病及大量蛋白尿。
上皮细胞本身可表达某些造血抗原。此外，上皮细胞有很强的吞饮功能。严重蛋白尿患者，上皮细胞胞质内可出现很多蛋白滴、次级溶酶体、包涵物以及空泡变性。上皮细胞除具有合成基底膜、维持肾小球通透性和对肾小球毛细血管襻起结构上的支持作用之外，也是参与肾小球疾病的主要细胞成分。
（3）系膜：位于肾小球毛细血管小叶的中央部分，由系膜细胞和系膜基质组成。它从肾小体血管极处广泛地联系着每根毛细血管，将毛细血管悬吊于肾小体的血管极，同时肾小球系膜与小球外系膜在血管极处相延续。在常规3μm厚的组织切片中，每个远离血管极的系膜区正常时不应超过3个系膜细胞。面向毛细血管腔的系膜部分由内皮细胞覆盖，与毛细血管基底膜移行的部位称副系膜，由肾小球基底膜覆盖。因此，肾小球基底膜并不包绕整个毛细血管腔。肾小球系膜的总面积可随生理和病理情况而改变，新生儿期，它占肾小球切面的6.2%，老年时可达10.4%，病理状态下可明显增宽。
系膜细胞有多种生理功能：①对肾小球毛细血管襻有支持和保护作用。②调节肾小球微循环及滤过率。③吞噬与清洁功能。④参与免疫反应。⑤对肾小球局部损伤的反应。⑥迁移功能。
（4）壁层上皮细胞：覆盖肾小囊外壁，细胞呈立方或扁平状，游离面偶见微绒毛，有为数较少的线粒体、吸收小泡以及高尔基体。壁层上皮细胞在肾小体尿极与近端小管上皮细胞相延续，在血管极与脏层上皮细胞相连。
（5）肾小球基底膜：基底膜有中间的致密层和两侧的电子密度较低的内疏松层及外疏松层组成。成年人的基底膜厚度由于检测方法及受检对象不同略有差异（270～380 nm），其中男性较女性略厚。儿童基底膜较成年人薄且随年龄增长而增厚，新生儿一般小于150 nm，1岁时的平均厚度为194 nm，到11岁时增至297 nm。肾小球基底膜可分毛细血管周围和系膜周围（即副系膜区）两部分。肾小球基底膜带负电荷，此负电荷主要由硫酸类肝素的硫酸根引起，这也是肾小球滤过膜电荷屏障的重要组成部分。基底膜的主要功能是保证毛细血管壁的完整性和一定的通透性。
基底膜的生化组成较复杂，主要由下列三类成分构成。①胶原：主要为Ⅳ型胶原。②糖蛋白：包括层粘连蛋白、纤连蛋白及内动蛋白/巢原蛋白。③蛋白聚糖：主要为硫酸肝素多糖。
（6）肾小球滤过屏障：包括四个部分：①肾小球内皮细胞表面的细胞衣，也称之为多糖蛋白质复合物。②肾小球毛细血管的有孔内皮细胞。③肾小球基底膜。④足细胞的裂孔隔膜。肾小球滤过屏障可有效地阻止血浆中白蛋白及更大分子量的物质进入尿液。
2.肾小囊
肾小囊是肾小管盲端扩大并内陷所构成的双层球状囊，囊的外层称为壁层，内层称为脏层，两层之间的裂隙称为肾小囊腔。脏层即肾小球的脏层上皮细胞，壁层由肾小囊基底膜和壁层上皮细胞组成。肾小囊基底膜较厚，为1 200～1 500 nm，在肾小体的尿极移行为近端肾小管基底膜；在血管极，与入、出球小动脉及肾小球毛细血管基底膜相移行。
3.肾小球旁器
肾小球旁器是位于肾小球血管极的一个具有内分泌功能的特殊结构。其主要功能包括维持肾小管-肾小球反馈系统及调节肾素的合成及分泌。肾小球旁器由致密斑、肾小球外系膜、入球小动脉的终末部和出球小动脉的起始部所组成。其细胞成分包括球旁颗粒细胞、致密斑、球外系膜细胞和极周细胞。
（1）球旁颗粒细胞：主要由入球小动脉壁上的平滑肌细胞衍化而成。然而近来有人提出与此相反的观点，认为入球小动脉的肌细胞是从球旁颗粒细胞衍化而来。一般认为，当入球小动脉接近肾小体血管极时，管壁平滑肌细胞变态为上皮样细胞，胞体较大，呈立方形或多边形，细胞核呈圆形或卵圆形，弱嗜碱性。粗面内质网丰富，线粒体较多，核糖体散在，并见较多的有膜包绕的内分泌颗粒，多数颗粒呈均质状，少数可见结晶状物质。最近研究证明，球旁颗粒细胞的这些内分泌颗粒主要含有肾素，同时也含有血管紧张素Ⅱ。肾素通过细胞排泌作用被释放到周围间质。球旁颗粒细胞受交感神经末梢支配。病变时球旁颗粒细胞甚至可延续到小叶间动脉壁，而且部分球旁细胞可位于出球小动脉管壁。
（2）致密斑：远端肾小管（髓襻升支粗段）接近于肾小球血管极时，紧靠肾小球侧的上皮细胞变得窄而高，形成一个椭圆形隆起，称为致密斑（macula densa）。致密斑细胞之间近腔面为紧密连接，侧面为指状相嵌连接，基部有短皱褶。细胞核呈圆形，位于细胞顶部，胞质内见高尔基体，较多的线粒体，内质网和多聚核糖体，细胞顶部有胞膜内陷而成的小泡。致密斑与球外系膜细胞和入球小动脉有广泛接触。与髓襻升支粗段其他细胞不同，致密斑不含有Tamm-Horsfall（T-H）蛋白。致密斑表达高浓度的神经源性一氧化氮合成酶（neuronal nitric oxide synthase，nNOS）及环氧合酶2（cyclooxygenase，COX-2）。致密斑细胞为渗透压感受器，感受流经远端肾小管滤过液中NaCL浓度，通过调节肾素的释放来调节入球小动脉血管张力，以此来控制肾小球滤过率，这称为肾小管-肾小球反馈机制。致密斑还可通过释放NO抑制肾小管-肾小球反馈。
（3）球外系膜细胞：又称极垫细胞，是位于肾小体血管极的入球小动脉、出球小动脉和致密斑之间的一群细胞，它们与肾小球（内）系膜细胞相连。细胞表面有突起，细胞核呈长圆形，细胞质清晰，细胞器较少，细胞间有基底膜样物质包绕，并与致密斑的基底膜相连。在某些刺激下，球外系膜细胞可以转化为具有肾素颗粒的细胞。
（4）极周细胞：位于肾小囊壁层细胞与脏层细胞的移行处。因其环绕着肾小体血管极，故而得名。极周细胞内有大量球形分泌颗粒、白蛋白、免疫球蛋白、神经元特异性烯醇酶和transthyretin。极周细胞的功能目前尚不很清楚。它是否是肾小球旁器的一部分，目前仍有争议。
（二）肾小管
肾小管占正常肾皮质体积的80%～90%，是肾单位的另一个重要组成部分，与肾小体合成一个密不可分的结构和功能单位，所以肾小球和肾小管的病变是相互影响的。不同节段肾小管之上皮细胞结构有很大不同，在一定程度上与其功能相关。肾小管的上皮细胞有强大的重吸收功能，可重吸收约99%的肾小球滤出原尿。另外肾小管的不同节段尚有一定的分泌功能，虽然每个肾单位的小管系统可从形态及功能上分为至少15个节段，但通常分为三大节段，即近端小管、髓襻和远端小管。
1.近端小管
近端小管重吸收大部分肾小球滤过的水和溶质，在肾小管的各段中最粗最长，外径约40μm，长约14 mm，被覆单层立方或低柱状上皮。根据上皮细胞的主要形态和功能特点，近端小管又可分为曲部和直部两部分。
（1）近端小管曲部（近曲小管）：主要位于肾小体周围，构成皮质迷路的大部分。近曲小管上皮细胞呈立方或低柱状，细胞核较大，圆形，位于细胞基底部，细胞质嗜酸性，略呈颗粒状，腔面有发达的刷状缘，紧贴基底膜的基底面有垂直的基底纵纹。电镜下，上皮细胞内可见多数与基底膜垂直排列的线粒体、粗面和滑面内质网、核蛋白体、各级溶酶体及丰富的微管和微丝。其最大特点是细胞的腔面、侧面及基底面均形成复杂的形态结构，从而使细胞表面积增加，以利于它的重吸收功能。细胞的腔面有大量密集的凸向管腔的指状细长突起，称为微绒毛，相当于光镜下的刷状缘。微绒毛的轴心为细胞质，并有6～10根纵行的微丝（直径1～6 nm），含有肌动蛋白，与微绒毛的收缩摆动及重吸收有关。近曲小管可重吸收原尿中滤出的蛋白，经过吞饮和细胞内消化成为氨基酸被吸收。
近曲小管上皮细胞间为复合连接，细胞基底面、细胞膜内陷形成许多基底褶，在细胞的侧面还向外伸出许多突起，称为侧突，相邻细胞的侧突相互形成指状交叉。细胞基底部侧突尚分成更细小的次级侧突，伸至相邻细胞的基底褶之间，从而形成复杂的细胞外间隙。近曲小管的主要功能是重吸收原尿中的Na+、K+、Cl-、HCO3-、Ca2+、PO34-、水及一些有机物质（如葡萄糖和氨基酸）等。近端小管的腔面及基底侧面细胞膜上存在水通道蛋白-1，按照渗透梯度，水分子通过此通道穿过上皮细胞。基底侧膜上存在Na+-K+-ATP酶，将重吸收的Na+主动泵到细胞间隙，Cl-和HCO3-也被动向细胞间隙转移。HCO3-的重吸收可通过Na+/HCO3-的共同转运子NaCl完成。腔面细胞膜上尚存在Na+-H+交换器，将Na+由腔面重吸收到细胞内。另外，近端小管还是肾脏产生并分泌氨的主要部位。
（2）近端小管直部：与近端小管曲部相连，位于髓放线（medullary ray），由于它位于髓襻降支的上段，管径粗于细段，故又称降支粗段。直部也由单层立方上皮组成。只是微绒毛较短，缺少侧突和基底褶，线粒体较少，排列紊乱，顶浆小管、小泡、大泡及溶酶体也减少。上述改变表明直部的重吸收功能减弱。与此相吻合，近端小管直部Na+-K+-ATP酶的活性较曲部明显降低。近端小管直部与有机阴、阳离子的分泌有关。
2.髓襻细段
髓襻细段为连接近端小管直部和远端小管直部的细直管部分，这一段的长度依不同类型的肾单位有明显区别，皮质（短髓襻）肾单位的细段很短，主要位于髓质外带；髓旁（长髓襻）肾单位的细段较长，可达10 mm，起始于髓质外带，延伸至内带乃至肾乳头口近端小管直部在髓质外带内、外区交界处，骤然转变为髓襻降支细段，在不同深度反折后成为髓襻升支细段，然后移行至远端小管直部。细段的管径细，只有15μm，管壁也薄，被覆单层扁平上皮细胞，细胞核呈椭圆形，凸向腔面，细胞质少，着色浅。
与近端小管类似，髓襻降支细段表达高浓度水通道蛋白-1，该段细胞膜对水的通透性很高；同时，髓襻降支细段存在大量A型尿素转运子参与髓质的尿素循环，对尿浓缩功能具有重要作用。
3.远端小管
远端小管包括直部、致密斑和曲部。在肾髓质外带内、外区交界处，髓襻细段升支移行为远端小管直部，入髓放线，行至皮质迷路的肾小球血管极处，形成致密斑，继而移行为远端小管曲部，纡曲分布于近端小管之间，最后又行至髓放线进入集合管。远端小管直部又称髓襻升支粗段，由单层立方上皮组成。腔面有短小的微绒毛，基底部有基底褶，众多线粒体与基底膜呈垂直排列，相邻细胞间有大量侧突呈指状交叉。大多数细胞具有一根纤毛，极少数细胞有两根，事实上，除集合管的嵌入细胞外，所有肾小管的上皮细胞均具有纤毛。近年来认为，纤毛为一个机械感受器，通过感受小管液的流量而调节细胞增生。如果此功能缺失，会出现小管细胞增生失调而导致多囊肾。另外，远端小管直部产生并分泌T-H蛋白，这是一种糖蛋白，其功能包括抗微生物（抵御尿路感染）等。
远端小管曲部又称远曲小管，也由单层立方上皮构成。该段细胞膜在所有小管中具有最高的Na+-K+-ATP酶活性，其腔面细胞膜尚存在Na+-Cl-共同转换子TSC，重吸收Na+和Cl-是远曲小管的主要功能。另外，远曲小管存在有较高的Ca2+-Mg2+-ATP酶活性，参与Ca2+的重吸收。与近端小管相比，远端小管管径小，管腔大，上皮细胞体积小，故在小管切面上有较多细胞核。
4.连接小管
连接小管为远端小管曲部和皮质集合管起始段的过渡节段，由多种细胞组成，包括连接小管细胞以及混杂的远曲小管和集合管细胞。细胞腔面有少数微绒毛，有细胞侧突和基底褶，细胞核位于细胞顶部，线粒体较少，不均匀地分布于基底褶附近。
连接小管具有明显的分泌K+的功能，而且对H+的释放也有重要作用。此外，连接小管基底侧膜存在Na+-Ca2+交换子和Ca2+-ATP酶，对Ca2+重吸收起重要作用。
（三）集合管
集合管不是肾单位的组成部分。根据其所在位置，集合管可分为三段：皮质集合管、髓质集合管和髓质内带集合管。髓质内带集合管行至锥体乳头，称乳头管，并开口于肾乳头形成筛状区。集合管上皮由主细胞及嵌入细胞组成。
主细胞遍布集合管全长，占细胞总数的60%～65%，细胞界限清晰，腔面覆有一层糖蛋白复合物，胞核呈圆形，位于细胞中央，胞质浅淡，电镜下线粒体较少，分布杂乱，腔面有少数短小微绒毛，侧面有不发达的小侧突，基底褶也较浅。主细胞上存在水通道蛋白-2（aquaporin 2，AQP2），其活性受抗利尿激素调节。
嵌入细胞散布于主细胞之间，腔面有较长的微绒毛，基底面有很多复杂的内褶，细胞质内有丰富的线粒体、溶酶体，游离核蛋白体、粗面及滑面内质网。嵌入细胞分为A、B两型细胞，A型嵌入细胞腔面表达H+-ATP酶，可分泌H+；B型嵌入细胞的基底侧膜表达H+-ATP酶，可分泌HCO3-并重吸收H+。
集合管是肾脏调节水和电解质平衡的最后部位，对Na+、K+、Cl-和酸碱调节起重要作用。集合管通过抗利尿激素参与尿浓缩功能的调节。
（四）肾间质
位于肾单位以及集合管之间的间叶组织称为肾间质。肾间质由间质细胞以及半流动状态的细胞外基质组成，后者由硫化或非硫化的糖胺多糖组成。肾皮质所含间质很少，但随着年龄的增长可略有增加，在小于36岁的人群中，肾间质约占肾皮质总体积的11.7%，在大于36岁的人群约占15.7%。肾间质的相对体积由皮质到肾乳头逐渐增加，髓质外带占髓质总体积的20%，肾乳头部可达30%～40%。
1.皮质肾间质
肾皮质肾小管之间的间质相对较多，而肾小管基底膜与肾小管周围毛细血管间的间质则较少，后者或许有助于将肾小管重吸收的物质向血流中转运。肾皮质含有两种间质细胞。第一种皮质间质细胞与成纤维细胞相似，又称为Ⅰ型皮质间质细胞，主要位于肾小管基底膜与毛细血管之间，星星芒状，有形状不规则的细胞核和发育完好的粗面及滑面内质网。Ⅰ型肾皮质间质细胞产生促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）。第二种肾皮质间质细胞数量相对较少，为单核或淋巴样细胞，圆形，胞质很少，仅有少数细胞器，此类细胞来自骨髓。间质细胞之间为细胞外基质和少量胶原纤维，主要为Ⅰ型、Ⅲ型胶原和纤粘连蛋白。
2.髓质肾间质
髓质间质细胞有三种，第一种髓质间质细胞与Ⅰ型皮质肾间质细胞相似，呈不规则星芒状，位于髓襻细段和直小血管之间，与细段长轴垂直排列，有如旋体状，细胞突起与肾小管及直小血管直接相连。与Ⅰ型皮质肾间质细胞不同处是其胞质内含有类脂包含体或脂粒，呈均质状，界膜不明显。该细胞可产生糖胺多糖、前列腺素以及其他降压物质，其中前列腺素的合成是由环氧合酶-2（COX-2）所催化。第二种髓质肾间质细胞呈圆形，与Ⅱ型皮质肾间质细胞相同，属于单核细胞或淋巴细胞，主要位于髓质外带及髓质内带的外部，无类脂包涵体，具有吞噬功能，有较发达的溶酶体。第三种髓质肾间质细胞属于血管周细胞，位于髓质外带及髓质内带的外部。其功能尚不清楚。
（五）肾盏、肾盂和输尿管
肾盂占据并附着于肾窦的内侧，是输尿管上部的囊状扩张。如前所述，肾盂向肾实质伸出2～3个肾大盏，继续分支形成8～9个肾小盏。肾小盏呈杯形，包绕肾乳头。肾乳头的数目超过肾小盏，因此，一个肾小盏可接受来自多个肾乳头的尿液。乳头管被覆单层柱状上皮，开口于肾乳头，乳头侧面逐渐变成移行上皮。肾盏及肾盂黏膜均为移行上皮，中层为两层平滑肌细胞，外膜为纤维结缔组织。肾盏和肾盂有节奏性蠕动，有促进排尿的作用。输尿管的黏膜形成许多纵行皱襞，移行上皮较厚，固有膜由致密的结缔组织构成，肌层为纵行和环形平滑肌组成，外膜为疏松结缔组织。