腎臟生理機能

腎臟主要的功能是維持液體的體積和體液的成份,這是經過glomerulus (腎絲球)的血液過濾,再由tubules(腎小管)來處理這些濾液。主要的功能有三:1.再吸收氨基酸,葡萄糖,2.排出尿素,尿酸,肌酸肝,3.維持水份,電解質,酸鹼,鈣,鎂,磷的平衡。其他的功能還包括,維他命D的代謝,renin腎素的合成和分泌,紅血球的生成(合成erythropoietin紅血球生成素)。
腎臟的結構,是由許多腎小單位構成,最前端是一個腎絲球的構造,後面通稱腎小管,第一個部份稱作近端腎小管(proximal tubule),下面是Henle's loop亨雷氏彎,又分成下降支(Descending limb)與上昇支(Ascending limb),再其次是遠端腎小管(Distal tubule),最後是收集管(collecting duct)。各部份的工作如下:
近端腎小管,回收幾乎所有的葡萄糖,胺基酸,70%-80%的鈉,鉀也是在這個部位主動吸收,氯離子則是被動擴散回收,有60%-70%的鈣離子是在這個部位與鈉離子同時主動回收,所謂主動回收是消耗能量從低濃度的部位強迫回收到高濃度的區域。這一部位鈣離子的回收不受PTH的影響。鎂離子15-30%以被動回收。80%HCO3-的回收,是由近端腎小管細胞釋出氫離子,交換回收鈉離子,HCO3-在細胞刷狀緣中carbonic anhydrase的協助下與氫離子結合形成H2CO3,轉變成CO2透過近端腎小管細胞膜,在細胞內也是以carbonic anhydrase處理成HCO3-再回到血流中。磷80-90%有也是在此部位回收,這部份會受到PTH的影響,PTH上昇時,降低磷的再吸收,使得磷的排出增加。至於H2O則大約70-80%在此與鈉同時收回。
亨雷氏彎是腎小管伸入腎臟髓質的部份,髓腎部份的Osmolality很高,Cl-是以主動運輸的方式以正負離子形態Na+Cl-同時回收,有20-30%的Na+,Cl-,K+,Ca2+是在此區域收回,也有50%-60%的Mg2+在此回收。
遠端腎小管是調節Na+,K+和排出H+相當重要的部位。鈉的吸收在整個腎小管中都可以進行,是在Aldosterone的控制下經過鈉管道(sodium channel)進行,主要在近端腎小管,但有5-10%是在遠端腎小管中進行,這是一個重要的因素,因為Na+的回收,造成腎小管流路負電荷上昇,推動K+和H+在遠端腎小管的排出。因此尿液中K+的含量主要是遠端腎小管細胞分泌出去的,分泌的因素決定於細胞內K+的含量,腎小管尿流速和負電荷的程度。H+也是在遠端腎小管細胞內經由Carbonic anhydrase作用,由H2CO3釋出H+到腎小管流路內,這一種主動運輸出去的氫離子以尿液的緩衝系統平衡避免過酸,這種緩衝系統包括由腎絲球濾液來的HPO4 2-以及腎小管細胞分泌的NH3。鈣離子有10%在此回收,可經由PTH調控。而鎂離子約有2-5%是以被動方式收回。
收集管的功能與遠端腎小管很相近,所以可以想成這是一個細調節的地方。由於在前面亨雷氏彎主要同時回收正負離子,因此造成收集管的入口處滲透壓大約50-100mmol/Kg,假如沒有ADH(antidiuretic hormone)時,尿量會很多很稀,當ADH存在時,收集管負責回收必要的水份。
因此腎臟腎絲球濾液的水份有70-80%在近端腎小管回收是因為Na+的回收,同時帶進來的,其他的則是在收集管由ADH調控的。在亨雷氏彎上昇支與遠端腎小管對水是沒有滲透性的。由於腎上腺髓質為高濃度溶質區,ADH打開收集管的滲透性,讓水份回收。而ADH是在下視丘製造,儲存於腦下腺後葉,它的製造和儲存決定於下視丘對滲透壓的信號接收以及右心房,頸動脤竇對血液體積壓力的接受。此兩個因子前者比較敏感,但後者反應比較強,例如在Addison's病,腎上腺機能不全,Aldosterone不足,引起低血鈉,hypo-osmolality本來會抑制ADH分泌,但是因為血液體積不足,刺激ADH分泌,也就是血液體積的控制強過於滲透壓的控制。其他會使ADH分泌上昇的因素還有壓力,外傷,手術,用藥等等。



鈉與水的平衡是同時考慮的,以脫水的情況來說明,如果身體損失等張濃度的水份,檢驗的結果是血中鈉正常,稱之為 Isotonic dehydration;如果身體失掉的水比失掉的鈉還多,稱之為 hypertonic dehydration,檢驗結果鈉會偏高;反之失掉的鈉比水多,就形成 hypotonic dehydration。
滲透壓是測定溶液中分子與離子的總合,以 mmol/Kg的H2O表示。血漿中對 Osmolality測定的主要成份是Na+(佔大約50%),K+,Cl-,HCO3-,尿素,血糖。所以計算的Osmolality=2x[Na+](mmol/L) + [urea](mmol/L) + [glucose](mmol/L),這是在假設血漿內沒有其他例如酒精,藥物分子會造成分子或離子數上昇的情況下估計的,假如病人使用大量酒精造成測定的滲透壓大於計算的滲透壓(超過10mmol/Kg以上),此差值稱作Osmolal gap。
細胞內離子最主要是K+,細胞外是Na+,因此 extracellular fluid (ECF)滲透壓的調制與Na+息息相關,當ECF鈉上昇時,滲透壓上昇,人體會有渴的感覺,增加水份的攝取,同時ADH分泌上昇,