生理学——肾脏在酸碱平衡中的应用
学术
2024-11-18 07:03
上海
公告：现在公众号内容已分类，可以通过主页三个板块浏览内容。- 重吸收碳酸氢盐（HCO3−）：肾脏将碳酸氢盐从尿液中重新吸收到血液中，帮助缓解血液中的酸性。
- 分泌氢离子（H+）：肾脏将氢离子分泌到尿液中，帮助降低血液中的酸度。
通过调节重吸收和分泌的量，肾脏能够维持血液的pH平衡。![]()
肾脏通过将流入肾脏的血液分配到数百万个称为肾单位的小功能单位来持续过滤血液。每个肾单位包含一个叫肾小球的组织，肾小球是一小团毛细血管，是血液过滤开始的地方。当血液通过肾小球时，大约五分之一的血浆从肾小球毛细血管流出，进入肾小管系统。肾小管系统的任务是重吸收有益的物质：水和电解质，并留下有害的物质：废物和酸。![]()
肾小管由几个部分组成：近曲小管、U形的髓袢（包括降支和升支）、远曲小管，最后进入集合管，集合管收集最终的尿液，并最终将尿液输送到肾盂，准备排出体外。![]()
每个肾小管的内壁都被刷状缘细胞覆盖，这些细胞具有两个表面。
首先一个是顶端表面，面向肾小管腔，覆盖着微绒毛，这些微小的突起增加了细胞的表面积，有助于溶质的重吸收。另一个是基侧表面，面向沿着肾单位运行的周围毛细血管。因此，在碳酸氢盐重吸收过程中，当滤液离开肾小球时，它首先进入近曲小管。起初，这种滤液中的电解质浓度与它来源的血浆相同。但当一分子碳酸氢盐接近刷状缘细胞的顶端表面时，它与刷状缘细胞分泌的氢离子（H+）结合，以交换来自小管中的钠离子，形成碳酸。在此时，一种名为碳酸酐酶4的酶潜伏在小管的微绒毛中，像鲨鱼一样游动，将碳酸分解成水和二氧化碳。与被困在小管中的带电碳酸氢盐阴离子不同，水和二氧化碳能够轻松地扩散穿过膜进入细胞内，在那里碳酸酐酶2促进反向反应——将它们结合形成碳酸，碳酸再分解成碳酸氢盐和氢离子。基侧表面的钠-碳酸氢盐协同转运蛋白捕获碳酸氢盐和附近的钠离子，并将它们一起运输到血液中。或者，碳酸氢盐-氯离子交换蛋白将碳酸氢盐（HCO3−）与氯离子（Cl−）进行交换，使碳酸氢盐离开血流进入细胞。所有这些化学机制有效地将小管中过滤的99.9%的碳酸氢盐重新转移回血液中。![]()
带正电荷的氢离子（H+）不自然地穿过细胞膜排入尿液中，它们需要被“推动”出去。有两种机制可以完成这一过程。其中一种机制是钠-氢对流运输。顶端壁上的载体蛋白结合来自细胞的氢离子（H+）和小管液中的钠离子（Na+）。小管液中较高的钠浓度使载体蛋白像一个小旋转门一样转动，将氢离子推出并将钠离子带入细胞内。请记住，这是在近曲小管中发生的，但在远曲小管和收集管中还有另一种涉及α-闰细胞的机制。这些细胞拥有一种不同的泵，它利用ATP的能量将氢离子H+推入管腔中。![]()
然而，尿液只能容纳有限量的游离氢离子（H+），因为尿液的pH值会迅速降得太低，而小管无法维持尿液pH值低于大约4.5。因此，为了绕过这一限制并容纳更多的氢离子，尿液中含有化学缓冲剂，这些缓冲剂与氢离子结合，防止pH值过低。最重要的缓冲系统是氨缓冲系统，肾脏通过一个叫做氨生成的过程来实现。氨生成（Ammoniagenesis）从近曲小管细胞开始，它们将氨基酸（如谷氨酸）分解成氨（NH₃）。氨是脂溶性的，因此它可以自由扩散进入小管，在那里与氢离子结合形成铵离子（NH4+）。铵离子（NH4+）与尿液中的氯离子（Cl-）结合。由于氯化铵只有弱酸性，即使尿液中含有大量氢离子（H+），pH值也不会大幅下降。大部分铵离子（NH4+）随尿液排出，这有助于肾脏清除大量氢离子（H+）。![]()
单氢磷酸盐（HPO42-）从血浆进入小管。由于它在小管中被重吸收的程度较低，因此会在小管中浓缩。它通过与分泌的氢离子结合形成二氢磷酸盐（H2PO4-），然后随尿液排出，起到缓冲作用。![]()
以上图片内容来源：Osmosis.org
https://www.osmosis.org/learn/The_role_of_the_kidney_in_acid-base_balance?from=/md/foundational-sciences/physiology/renal-and-urinary-system/acid-base-physiology/acid-base-physiology如发现文字或者图片错误，请留言或私信指正，因为每篇文章修改次数非常有限，所以我会在留言区置顶标记的错误😉公告：现在公众号内容已分类，可以通过主页三个板块浏览内容。![]()
