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肾脏奥秘:我们的尿最终是怎样在肾脏生成的?

 钱国民 2022-07-11 发布于江苏
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从很久之前,人类就知道肾脏的重要性。这个看起来很普通的“液体阀门”,在很大程度上维系着人体的健康。

肾脏是人体主要的排泄器官。通过尿的生成和排出,肾脏可及时将体内的代谢废物排出体外。

但是,肾脏是如何做到这一点的呢?

如果我们只将其简单理解为溪流汇聚般排出体外,那么这样的答案显然不能满足人们的认知。

肾脏的结构

如果我们拿到一枚肾脏,将其切开,然后就会发现这样几个结构。

在肾脏的最外层,有一层细腻紧致的组织,叫做肾皮质,这里面是肾脏的主要功能区。换句话说,肾脏的排泄源头在这里。

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在皮质之下,有着一个个锥状的三角区,此区被成为髓质区,是将皮质流转下来的初始尿液汇聚的重要部位。

当初始尿液经过髓质汇聚之后,最终会通过肾盂输送到输尿管,而输尿管则将尿液暂时性的储存在膀胱,当膀胱胀大到一定程度,就可刺激大脑神经,然后人体就产生尿意,最终排出尿液。

肾脏皮质部分是尿液产生的源头,但是,这部分的真实源头是来源于出入肾脏的动脉。

携带代谢废物的血液被肾动脉带往肾皮质,而在皮质毛细血管处,代谢废物会被清除,最终血液以静脉血回输机体。

肾单元

肾皮质是肾功能的主要区域。皮质为何会分布在肾脏的表层,是因为位于最外围的皮质如此可以增大足够的表面积和体积,而方便机体快速进行废物代谢。

肾功能代谢的基本单位,被称为肾单元,是一整套系统。它由位于头部的肾小体和肾小管组织。

其中,肾小体又由肾小球和肾小囊组成。

而肾小管是一群弯弯曲曲的组织小管,又可因功能不同,分为近曲小管(也称近端小管)、髓袢和远曲小管(也称远端小管)。

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随着它弯弯曲曲走完之后,最终会与髓质区丰富的集合管对接,而集合管则最终连接输尿管。

肾小球实际上是毛细血管不断弯曲走行之后而堆积成的球状结构,它之所以弯曲走行,实际上是因为要想细致地过滤掉废物显然是一个需要功夫的事情。

但是,即便如此,肾小球滤过产生的初始尿液中,还是会有很多可以利用回收的物质,尤其是水和电解质。

所以,在肾小球之后,出现了一段长长的、弯弯曲曲的肾小管。最终目的是不想浪费任何可以被重复利用的物质。

肾小体

肾小体是一个个球状结构,由肾小球和肾小囊构成

来自肾动脉的血液会被以毛细血管的形式,分流至这些密密麻麻的肾小球。而肾小球实质上是弯弯曲曲的毛细血管。

毛细血管之所以弯曲走行,是为了最大限度地将血浆中的浓度较高的代谢废物等被清理掉。

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当血液流经肾小球时,在滤过压的作用下,毛细血管中的液体就会透过血管壁,进入到血管外,而被生成的过滤液,则会进入肾小囊。

肾小囊是个高度贴合肾小球的组织结构,它可以快速地将毛细血管中的有害物质吸引出来,而由将血浆蛋白质等大分子及带电荷的物质阻断在原尿生成之前。

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形象来讲,血浆经过肾小球之后,除外血浆大分子等有用的物质不可以通过外,很多成分都会流向肾小囊。

因为血流速度很快,所以这是一个效率很高的过程,但是滤过质量却不高

因为在此被形成的滤过液里,含有大量可以再利用的物质,比如钠离子、钾离子、氯离子、钙离子、甚至葡萄糖。

这也就在某种程度上,要求肾小囊后面的肾小管,要对产生的滤过液进行细致详细地筛选过程:有用的物质重新吸收再利用,没用的物质就留在其中。

这也就是为何肾小管会如此弯弯曲曲的缘故了。

近曲小管

来自肾小囊富含氯化钠、水和葡糖糖的滤过液,在近曲小管会被进行重吸收。

而大约70%的氯化钠、水会在这个过程被重吸收,而几乎全部的葡萄糖会被重吸收。

这个重吸收转运过程主要是由细胞膜上的一些特殊通道蛋白质来完成。

近曲小管细胞靠近血浆一侧上,有一些被称为钠钾离子泵的蛋白质。它可以将细胞内的3个钠离子泵出细胞外,同时又从细胞外泵入2个钾离子。

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如此就造成了细胞内的钠离子浓度较细胞外偏低。而在靠近管腔侧细胞膜表面,存在着多种与钠离子藕联的蛋白质转运体。

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因为此前钠钾离子泵的功劳,细胞内钠离子浓度偏低,此时管腔侧的蛋白质转运体就开始运转。

比如钠-氢离子转运体,在从滤过液中吸收一个钠离子之后,同时向滤过液中排入一个氢离子,钠离子就可以进入细胞内了。

而又借助血浆侧的钠钾离子泵,细胞内的钠离子又被泵出,最终进入血浆,如此钠离子就被重吸收了。

而葡萄糖的吸收,是和钠离子藕联在一起的。

在钠离子-葡萄糖藕联转运体的作用下,原尿(滤过液)中的钠离子连同葡萄糖可一起被吸收入细胞外。

而在血浆侧,葡萄糖又回被运出细胞,如此葡糖糖也被吸收了。

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而水的重吸收,则是伴随离子浓度变化和进行的。

因为水分子可以自由出入细胞内外,不需要蛋白质转运(一般不需要),所以,水可通过血浆侧的钠离子浓度的升高,最终通过自由扩散,进入血浆。

而氯离子等其他离子的吸收,其过程也大致类似。实际上,细胞间隙间也可以重吸收钠离子、氯离子等,但是,这个不是最主要的重吸收过程。

髓袢

原尿在经过近曲小管的大致重吸收之后,髓袢则开始了“捕捉落网之鱼”的过程。葡萄糖基本上已经在近曲小管被吸收了。

但是,还剩下一些离子、水等有待重新吸收。比如约20%的NaCl和15%的水是在髓袢被重吸收的。

髓袢根据形态,分为降支和升支,其中,降支等部位钠泵的活性很低,所以一般对钠离子不通透,但是对水通透性较高。而升支对水不通透,却对钠离子、氯离子等很通透。

髓袢的这种特点,导致髓袢上的渗透压呈现出下图中的变化趋势。最终有助于,在降支和升支产生不同的重吸收流程。

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远曲小管和集合管

经过上两步骤的重吸收,其实原尿(滤过液)的可利用的物质,基本上被重吸收的差不多了。

只有约12%的钠离子和氯离子,在远曲小管和集合管被重吸收。

在远曲小管后端和集合管上皮上,存在着钠-钾逆向转运蛋白和钠-氯通向转运蛋白。

在前者的作用下,一个钠离子被吸收进入细胞和一个钾离子会被排入原尿中。

而后者则是同时将钠离子和氯离子转入细胞中,而同样借助另一侧的钠钾泵,钠离子最终被重吸收。

而水的吸收则主要与集合管上的水孔蛋白AQP2有关。AQP2蛋白可通过插入上皮细胞顶端膜来调节上皮细胞对水的通透性。

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实际上,远曲小管和集合管此时的钠离子、水的重吸收是受到机体调节的

比如,大脑通过分泌醛固酮作用于钠离子泵,进而调节钠离子的重吸收。而水的重吸收则受到血管升压素(ADH)的调节,ADH可以作用AQP2蛋白,调控其插入上皮的多少。

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当我们机体缺水时,大脑分泌ADH,作用于远曲小管和集合管上皮,最终AQP2蛋白插入增多,重吸收水增加,尿量减少,甚至无尿。而当我们饮水过多,大脑分泌ADH减少,AQP2插入更少,水的重吸收减少,尿量增加。

当原尿经过远曲小管和集合管重吸收、浓缩和稀释后,终尿就产生了。而它则会被带往输尿管,然后进入膀胱。最终等待尿意来袭,来一场酣畅淋漓地释放!

结语

由上可知,肾脏作为人体的主要排泄器官,它在清除代谢物时的重要性不言而喻。但是,即便是看起来毫不起眼“腰子”,却承载着如此巨大的功能。

值得一提的是,我们平时维持正常生活所需,往往只用到了肾脏的一部分工作。肾脏拥有很大的储备功能,当遇到突发情况时,它可以应对得当。

此外,肾脏不仅是排泄器官,它还是内分泌器官。比如,肾上腺素、糖皮质激素等都是由肾脏分泌。

而你有没有感谢你的肾呢?

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