肾小管与集合管的转运功能

 

第三节　肾小管与集合管的转运功能

　　人两肾每天生成的肾小球滤过液达180L，而终尿仅为1.5L。这表明滤过液中约99%的水被肾小管和集合管重吸收，只有约1%被排出体外。不仅如此，滤过液中的葡萄糖已全部被肾小管重吸收回血；钠、尿素告示不同程度地重吸收；肌酐、尿酸和K ⁺ 等还被肾小管分泌入管腔中。

一、肾小管与集合管的转运方式

肾小管和集合管的转运包括重吸收和分泌。重吸收是指物质从肾小管液中转运至血液中，而分泌是指上皮细胞本身产生的物质或血液中的物质转运至肾小管腔内。肾不球滤过液进入肾小管后称为小管液。

物质通过细胞的转运包括被动转运和主动转运。被动转运是指溶质顺电化学梯度通过肾小管上皮细胞的过程。水的渗透夺之差是水的转运动力。水从渗透压低一侧通过细胞膜进入渗透压高一侧。

　　主动转运是指溶质逆电化学梯度通过肾小管上皮细胞的过程。主动转运需要消耗能量，根据主动转运过程中能量来源的不同，分为原发性主动转运和继发性主动转运。原发性主动转运（简称为主动转运）所需要消耗的能量由ATP水解直接提供。例如Na ⁺ 和K ⁺ 的主动转运是靠细胞膜上的Na ⁺ 泵水解ATP直接提供能量的。继发性主动转运所需的能量不是直接来自Na ⁺ 泵。而是来自其他溶质顺电化学梯度转运时释放的。例如一些物质的继发性主动转运的动力直接来自Na ⁺ 顺电化学梯度转运时释放的能量。释放的之些能量归根到底也是来自Na ⁺ 泵。由于上皮细胞基侧膜上存在Na ⁺ ，将细胞内的Na ⁺ 泵至细胞外，造成细胞内的Na ⁺ 浓度明显低于细胞外，细胞外K ⁺ 被泵回细胞内，造成细胞内K ⁺ 浓度明显高于细胞外，并维持细胞内的负电位。这样，小管液中的Na ⁺ 便顺电化学梯度通过管腔膜进入细胞，并释放能量提供其他物质的转运。许多物质的转运都与Na ⁺ 的主动转运相耦联，例如小管液中的葡萄糖、氨基酸、有机酸和CI ^- 等物质的重吸收都与Na ⁺ 同向转运（cotransport）有关。同向转运是指两种物质与细胞膜上的同向转运体（cotransporter,symporter）特殊蛋白质结合，以相同方向通过细胞膜的转运；又如肾小管细胞分泌H ⁺ 是与Na ⁺ 的逆向转运相耦联。逆向转运（antiport）是指两种物质与细胞膜上的逆向转运体（antiport）又称交换体（exchanger）结合，以相反方向通过细胞膜的转运。可见，Na ⁺ 的主动转运在肾小管上皮细胞的转运中起着关键作用（图8-9）。一个带下电荷和另一个带负电荷的两种物质的同向转动，或电荷相同的两种物质的逆向转运都不会造成小管内外电位改变，这种转运称为电中性转动。如果一个物质是离子，另一个是电中性物质，这种转运就会使小管内外出现电位差，称为生电性转运。如在近球小管，Na ⁺ 与葡萄糖的同向转运，因葡萄糖是电中性物质，Na ⁺ 和葡萄糖被重吸收就会造成小管内较小管外带负电位。又如在近球小管的后半段，小管液CI ^- 浓度比管外高，CI ^- 顺浓度差被动重吸收造成管内带正电位。

图8-9　Na ⁺ 转运与其他溶质转运之间的伴联关系

二、各段肾小管和集合管的转运功能

（一）近球小管

　　肾小球滤过流经近球小管后，滤过液中67%Na ⁺ 、CI ^- 、K ⁺ 和水被重吸收，85%的HCO ₃ 也被重吸收，葡萄糖、氨基酸全部被重吸收；H ⁺ 则分泌到肾小管中。近球小管重吸收的关键动力是基侧膜上的Na ⁺ 泵；许多溶质，包括水的重吸收都与Na ⁺ 泵的活动有关。

　　1．Na ⁺ 、CI ^- 和水的重吸收在近球小管前半段，大部分Na ⁺ 与葡萄糖，氨基酸同向转运、与H ⁺ 逆向转运而被主动重吸收；面近球小管后半段，Na ⁺ 和CI ^- 主要通过细胞旁路而被被动重吸收。水随NaCI等溶质重吸收而被重吸收，因此，该段小管注与血浆渗透压相同，是等渗重吸收。

　　在近球小管前半段，由于Na ⁺ 泵的作用，Na ⁺ 被泵至细胞间隙，使细胞内Na ⁺ 浓度低，细胞内带负电位。因此，小管液中的Na ⁺ 和葡萄糖与管腔膜上的同向转运体结合后，Na ⁺ 顺电化学梯度通过管腔膜的同时，释放的能量将葡萄糖同向转运入细胞内。进入细胞内的Na ⁺ 即被细胞基侧膜上的Na ⁺ 泵泵出至细胞间隙，这样，一方面使细胞内Na ⁺ 的浓度降低，小管液中的Na ⁺ -葡萄糖便可不断转运进入细胞内，细胞内的葡萄糖由易化扩散通过细胞基侧膜离开细胞回到血液中；另一方面，使细胞间隙中的Na ⁺ 浓度升高，渗透压也升高，通过渗透作用，水随之进入细胞间隙。由于细胞间隙在管腔膜侧的紧密连接相对是密闭的，Na ⁺ 和水进入后就使其中的静水压升高，这一压力可促使Na ⁺ 和水通过基膜进入相邻的毛细血管而被重吸收，但也可能使部分Na ⁺ 和水通过紧密连接回漏（back-leak）至小管腔内（图8-10A）。

　　另一部分的Na ⁺ -H ⁺ 交换而主动重吸收。小管液中的Na ⁺ 和细胞内的H ⁺ 与管腔膜上的交换体结合进行逆向转运，使小管液中的Na顺浓度梯度通过管腔膜进入细胞的同时，将细胞内的H ⁺ 分泌到小管液中；进入细胞内的Na ⁺ 随即被基侧膜上的Na ⁺ 泵泵至细胞间隙而主动重吸收。分泌到小管液中的H ⁺ 将有利于小管液中的HCO ₃ 的重吸收。

图8-10 近球小管重吸收NaCI 的示意图

A：近球小管的前半段 X代表葡萄糖、氨基酸、磷酸盐CI ^-

B：近球小管的后半段F ^- 代表甲酸盐 HF，甲酸

　　在近球小管后半段，NaCI是通过细胞旁路和跨上皮细胞两条途径而被重吸收的。小管液进入近球小管后半段时，绝大多数的葡萄糖、氨基酸已被重吸收。由于HCO ₃ 重吸收速率明显大于CI ^- 重吸收，CI ^- 留在小管液中，造成近球小管后半段的CI ^- 浓度比管周组织间液高20%-40%。因此，CI ^- 顺浓度梯度经细胞旁路（即通过紧密连接进入细胞间隙）而重吸收回血。由于CI ^- 被动重吸收是生电性的，使小管液中正离子相对较多，造成管内外电位差，管腔内带正电，管外带负电，在这种电位差作用下，Na ⁺ 顺电位差通过细胞旁路而被动重吸收。CI ^- 通过细胞旁路重吸收是顺浓度梯度进行的，而Na ⁺ 通过细胞旁路重吸收是顺电位梯度进行的，因此，NaCI是重吸收都是被动的（图8-10B）。

　　NaCI跨上皮细胞重吸收与H ⁺ 和甲酸盐（formate,F ^- ）再循环有关，要通过管腔膜上相互耦联的Na ⁺ -H ⁺ 交换和CI ^― 甲酸根交换。在正常肾小管液中含有低浓度甲酸根，通过Na ⁺ 、H ⁺ 交换，Na ⁺ 进入细胞，H ⁺ 分泌到小管液中，并与小管液中的甲酸根结合形成甲酸（formic acid,HF）。甲酸是脂溶性的，可迅速通过管腔膜进入细胞，在细胞内分解为H ⁺ 和甲酸根。甲酸根和小管液中的CI ^- 进行逆向转运，结果，CI ^- 进入细胞内并通过基侧膜而被重吸收，而甲酸根则人细胞内进入小管液。细胞内的H ⁺ 则与小管液中的Na ⁺ 进行逆向交换，Na ⁺ 进入细胞，并被Na ⁺ 泵泵至细胞间隙，然后进入管周毛细血管而被重吸收；H ⁺ 分泌至小管液，再与小管液中的甲酸根据结合，形成甲酸再进入细胞。因此，H ⁺ 和甲酸根可再循环使用，CI ^- 和Na ⁺ 则被重吸收回血。

　　水的重吸收是被动的，是靠渗透作用而进行的。水重吸收的渗透梯度存在于上皮细胞和细胞间隙之间。这是由于Na ⁺ 顺电化学梯度通过管腔膜进入细胞后，细胞内的Na ⁺ 被基侧膜上的Na ⁺ 泵泵至细胞间隙，使细胞间隙渗透压升高。在渗透作用下，水便不断从小管液进入上皮细胞，并从细胞不断进入细胞间隙，造成细胞间隙静水压升高；加上管周毛细血管内静水压较低，胶体渗透压较高，水便通过周围组织间隙进入毛细血管而被重吸收。

　　2．HCO ₃ 重吸收与H ⁺ 的分泌 HCO ₃ 的重吸收与小管上皮细胞管腔膜上的Na ⁺ -H ⁺ 交换有密切关系。HCO ₃ 在血浆中钠盐（NaHCO ₃ ）的形式存在，滤过中的Na