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=== 学习目标  ===
完成本章后，学生应能回答以下问题：  

# 为何水平衡变化会改变细胞外液（ECF）的Na+？  
# 精氨酸加压素（AVP）的分泌如何受体液渗透压、血容量和全身血压变化的调控？  
# AVP作用于集合管时伴随哪些细胞事件？这些事件如何增加该肾单位节段的水通透性？  
# ''Henle's loop''在产生稀释尿和浓缩尿过程中有何作用？  
# 髓质间质液的成分是什么？它如何促进尿液浓缩？  
# 直小血管（vasa recta）在尿液稀释和浓缩过程中有何作用？  
# 如何量化肾脏的稀释和浓缩能力？  
# 为何Na+平衡变化会改变细胞外液容量？  
# 有效循环容量（effective circulating volume）是什么？Na+平衡如何影响它？它又如何影响肾脏的Na+排泄？  
# 哪些机制调控有效循环容量？  
# 改变肾脏Na+排泄的主要信号是什么？
# 细胞外液体积的变化如何影响不同肾单位节段中的Na+转运，以及这些变化如何调节肾脏的Na+排泄？  
# 哪些机制导致水肿形成，肾脏在此过程中起什么作用？  

体液渗透压是人体生理学中受到高度调控的参数之一。肾脏分别通过调节水分和NaCl的排泄来控制体液的渗透压和体积。本章将讨论水分和NaCl排泄的肾脏机制。第2章已回顾了不同体液分区的组成和体积。  

== 体液渗透压的调控：尿液浓缩与稀释  ==
如第2章所述，水约占健康成年人体重的60%。水分分布于两个主要区室——细胞内液（ICF）和细胞外液（ECF），由于水通道蛋白（如''Aqp1''）使细胞膜对水具有通透性，这两个区室处于渗透平衡状态。体内水分的主要来源是液态食物和含液体成分的固体食物的经口摄入，水也产生于摄入食物的代谢过程（如碳水化合物代谢）。在疾病状态下，静脉输液是重要的水分补充途径。  

肾脏负责调节水平衡，且在大多数情况下是体内水分排出的主要途径（表35.1）。水分也会通过胃肠道丢失。正常情况下粪便失水量较少（约100毫升/天），但在腹泻时显著增加（如霍乱时可达20升/天）。呕吐也会导致胃肠道失水。汗液生成是主动的水分和电解质排出过程。通过肾脏、胃肠道和汗腺的水分丢失称为显性失水，因为这些过程可被人体感知。其他水分排出途径包括皮肤细胞和呼吸道的蒸发，这些统称为隐性失水，因其过程不易被察觉。在高温环境、运动时或发热状态下，出汗和隐性失水量会显著增加（表35.2）。  

尽管出汗、排便以及肺部和皮肤蒸发导致的水分丢失会因环境条件或疾病状态而变化，但这些途径的水分丢失不可调控。相比之下，肾脏的水分排泄受到严格调控以维持水平衡。维持水平衡需要水分摄入与丢失精确匹配。若摄入超过丢失，则存在正水平衡；反之若摄入低于丢失，则存在负水平衡（稳态平衡详见第2章）。

当摄水量减少或水分过度流失时，肾脏通过生成低容量、高渗（相对于血浆）的浓缩尿来保存水分。反之，当摄水量较高时，则会产生大量低渗尿。<u>健康个体的尿液渗透压（urine osmolality，Uosm）可在约50至1200mOsm/kg H2O之间变化，相应的尿量范围约为每日18升至0.5L。</u>重要的是，肾脏能够独立于总溶质（如Na+、K+、尿素等）的排泄来调节水的排泄（图35.1）。这种独立调节水排泄的能力对生存至关重要，因为它可以在不影响肾脏其他稳态功能的前提下实现水平衡。
[[文件:BL-35.1.png|缩略图|'''图35.1''' 血浆抗利尿激素（AVP）水平与尿液渗透压、尿流率及总溶质排泄量的关系。Max：最大值；Min：最小值。（引自Koeppen BM, Stanton BA. Renal Physiology. 5th ed. Philadelphia: Elsevier; 2013.）]]
需要明确的是，水平衡紊乱表现为体液渗透压的改变，通常通过血浆渗透压（plasma osmolality，Posm）的变化来检测。由于血浆渗透压的主要决定因子是Na+（及其伴随阴离子Cl-和HCO3-），这些紊乱也会导致血浆或血清[Na+]的变化（图35.2）。临床上最常见的体液电解质紊乱之一即是血清Na+的异常。当发现个体血清Na+异常时，常被误认为是Na+平衡问题。然而，这类问题通常与水平衡相关，而非Na+平衡。如后文所述，Na+平衡的改变会导致细胞外液容量（ECFV）而非其渗透压的变化。

肾脏通过排泄1升低渗尿液（hypoosmotic urine）排出水分，使容量恢复至14\textiota，并使Na+和渗透压恢复正常。

当个体饮水时，肾脏排泄高渗尿液（hyperosmotic urine），使容量恢复至14\perp，并使Na+和渗透压恢复正常。  
[[文件:BL-35.2.png|缩略图|• 图35.2  对水平衡变化的反应。图示为在70公斤个体ECF中增减1升水的影响。正水平衡：（1）增加1升水使ECFV升高并降低其渗透压，[Na+]也降低（低钠血症）；（2）正常肾脏反应是排泄1升低渗尿液；（3）通过肾脏排水，ECFV、渗透压和\left[\mathsf{N a}^{+}\right]恢复正常。负水平衡：（4）ECF流失1升水使其容量减少、渗透压升高，[Na+]也升高（高钠血症）；（5）肾脏通过排泄少量高渗尿液来保存水分；（6）通过口渴刺激饮水和肾脏保水，ECF容量、渗透压及[Na+]恢复正常。方框大小表示ECF相对容量。（From Koeppen BM, Stanton BA. Renal Physiology. 5th ed. Philadelphia: Elsevier; 2013.）]]

=== 临床视角 ===
在临床中，低渗状态（血浆渗透压降低）会使水分进入细胞，导致细胞肿胀（见第2章）。低渗状态相关症状主要与脑细胞肿胀有关，例如Posm快速下降可影响神经功能，导致恶心、不适、头痛、意识模糊、嗜睡、癫痫发作和昏迷。当Posm升高（即高渗状态）时，细胞会失水。高渗状态的症状也以神经系统为主，包括嗜睡、乏力、癫痫发作、昏迷甚至死亡。

=== 体液渗透压改变相关的临床症状 ===
与体液渗透压变化相关的临床症状因变化速度而异。快速发生的渗透压变化（即数小时内）相对于逐渐发生的变化（即数天至数周内）耐受性较差。事实上，长期（数周至数月）发生体液渗透压改变的个体可能完全无症状。这反映了神经元通过补偿机制随时间推移最大限度地减少细胞体积变化。例如，细胞通过清除细胞内渗透颗粒（osmoles）应对低渗状态，同时生成新的细胞内渗透颗粒应对高渗状态（参见第2章）。

下文将讨论肾脏排泄低渗（稀释）或高渗（浓缩）尿液的机制，并阐述精氨酸加压素（arginine vasopressin, AVP）分泌的调控及其在调节肾脏排水功能中的核心作用（另见第41章）。

=== 精氨酸加压素 ===
精氨酸加压素（arginine vasopressin, AVP）是一种九肽（nonapeptide），在下丘脑视上核（supraoptic nucleus, SON）和室旁核（paraventricular nucleus, PVN）合成。AVP通过加压素（vasopressin, V）受体发挥作用。多个肾单位节段表达2型受体（V₂），该受体介导肾脏调节尿量和渗透压的能力。当血浆AVP水平降低时，大量尿液被排出（利尿效应），且尿液渗透压低于血浆（即稀释尿）；当血浆AVP水平升高时，少量尿液被排出（抗利尿效应），且尿液渗透压高于血浆（即浓缩尿）。因此，AVP也被称为抗利尿激素（antidiuretic hormone, ADH）。

神经垂体分泌AVP受多种因素影响。生理条件下，AVP分泌受两大机制调控：渗透压性（血浆渗透压变化）和血流动力学性（血压或血容量变化）。其他影响AVP分泌的因素包括恶心、急性低血糖、血管紧张素II（刺激作用）和心房利钠肽（抑制作用）。多种药物和娱乐性药物可影响AVP分泌，例如尼古丁刺激分泌，而乙醇和止吐药抑制分泌。

• 图35.3  下丘脑与垂体解剖结构（正中矢状切面）显示AVP分泌通路。同时展示了调控AVP分泌的相关通路。来自压力感受器的传入纤维通过迷走神经和舌咽神经传导。插图为下丘脑与垂体结构的放大示意图。

=== AT THE CELLULAR LEVEL ===

==== AVP分泌的渗透压调控  ====
体液渗透压的变化在调节AVP分泌中起最重要的作用。位于下丘脑终极板血管器（''organum vasculosum of the lamina terminalis'', OVLT）的特化神经元——渗透压感受器（osmoreceptors），可感知275至295 mOsm/kg H₂O正常范围内的渗透压变化。这些渗透压感受细胞通过有效溶质（如Na⁺及其阴离子）浓度的微小变化来感知体液渗透压的改变，而对无效溶质（如尿素和葡萄糖）无反应（参见第1章）。  

有效溶质指那些缓慢或完全不能穿透细胞的物质，从而形成渗透梯度导致水跨细胞膜外流。当有效血浆渗透压（张力）升高时，渗透压感受细胞的皱缩会激活膜非选择性阳离子通道，产生内向电流使细胞去极化。随后，OVLT神经元中由渗透压触发的动作电位通过突触将电活动传递至视上核（SON）和室旁核（PVN）的下游效应神经元，最终引发AVP释放。相反，当有效血浆渗透压降低时，AVP的合成和分泌被抑制。由于AVP在血浆中迅速降解，其循环水平可在数分钟内降至零。最新数据显示，决定渗透压感受器活性的因素是细胞膜牵张而非细胞体积。  

哺乳动物的渗透压刺激由瞬时受体电位香草素（transient receptor potential vanilloid, TRPV）阳离子通道家族介导，包括TRPV1、TRPV2和TRPV4。这些通道通过细胞膜牵张激活，并在低渗状态下介导渗透压感受器的失活。目前尚不清楚高渗状态下响应细胞皱缩的牵张失活阳离子通道（stretch-inactivated cationic channels）的分子介质。

渗透压感受器（osmoreceptors）的激活与抑制成分通过协同作用形成阈值（threshold）或调定点（set point）。图35.4A展示了血浆渗透压（plasma osmolality）变化对循环中AVP水平的影响。该关系的斜率十分陡峭，反映了系统的敏感性。调定点指AVP分泌开始增加时对应的血浆渗透压值，低于此值时几乎不释放AVP。由于遗传因素对系统调定和敏感性的影响，不同个体中AVP达到最低有效浓度和最高有效浓度时对应的有效血浆渗透压绝对值存在显著差异。但AVP释放的平均调定点对应血浆渗透压为280\mathrm{mOsmol/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}，通常仅需升高2\%至4\%即可达到最大抗利尿效果。健康个体的调定点相对稳定，但妊娠、月经周期、雌激素水平升高或血压/血容量显著下降时可使其降低。妊娠期间调定点偏移的机制可能与某些激素（如松弛素（relaxin）和绒毛膜促性腺激素（chorionic gonadotropin））水平升高有关。

• 图35.4  AVP分泌的渗透压和血流动力学（非渗透压）调控。A、血浆渗透压变化（血容量和血压恒定）对血浆AVP水平的影响；B、血容量或血压变化（血浆渗透压恒定）对血浆AVP水平的影响；C、渗透压刺激与血容量/血压刺激对血浆AVP水平的交互作用  

==== 血流动力学（非渗透压）对AVP分泌的调控 ====

=== 在循环系统中 ===
血容量或血压下降也会刺激AVP分泌。负责这一反应的感受器同时位于循环系统的低压侧（左心房和大肺血管）和高压侧（主动脉弓和颈动脉窦）。由于低压感受器位于循环系统的高顺应性侧（即静脉侧），且大部分血液存在于静脉侧，这些低压感受器可被视为对整体血管容量作出反应。高压感受器则对动脉压作出反应。两组感受器都对所在结构壁的牵张敏感（如心心房和主动脉弓），因此被称为压力感受器（baroreceptors）。

来自这些感受器的信号通过迷走神经和舌咽神经的传入纤维传递至脑干（延髓的孤束核），这是调节心率和血压中枢的一部分（另见第18章）。信号随后从脑干中继至下丘脑视上核和室旁核的AVP分泌细胞。压力感受器系统的敏感性低于中枢渗透压感受器，需要血容量或血压下降5%到10%才能刺激AVP分泌。这一机制如图35.4B所示。

多种物质已显示通过影响血压来改变AVP分泌。包括缓激肽（bradykinin）和组胺（histamine）——它们降低血压从而刺激AVP分泌，以及去甲肾上腺素（norepinephrine）——其升高血压并抑制AVP分泌。

血容量和血压的变化也会影响对体液渗透压变化的反应（见图35.4C）。当血容量或血压下降时，调定点会向更低渗透压值偏移，且相关曲线的斜率变得更陡峭。从个体生存角度来看，这意味着面临循环衰竭时，肾脏将继续保留水分，即使这样做会降低体液的渗透压。当血容量或血压升高时，则发生相反情况：调定点向更高渗透压值偏移，曲线斜率降低。

=== 临床应用 ===
垂体后叶AVP释放不足会导致大量稀释尿的排泄（多尿症）。为补偿水分丢失，个体必须摄入大量水分（烦渴）以维持体液渗透压恒定。若个体被限制饮水，体液将变为高渗状态。这种情况称为中枢性（垂体性）尿崩症（central diabetes insipidus, CDI）。该病可遗传，但较为罕见。CDI更常见于头部创伤后以及脑肿瘤或感染时。CDI患者的尿液浓缩缺陷可通过外源性AVP给药纠正。

遗传性（常染色体显性）CDI由AVP基因不同区域的突变引起（即AVP、copeptin和神经垂体素）。人类胎盘产生的半胱氨酸氨肽酶可降解AVP。某些女性因血管加压素酶水平过高而导致尿崩症。相关多尿症状可通过合成AVP类似物去氨加压素（desmopressin, DDAVP）治疗。

==== 抗利尿激素分泌异常综合征（SIADH）  ====
<nowiki>抗利尿激素分泌异常综合征（Syndrome of Inappropriate AVP (ADH) Secretion，SIADH）是一种相对常见的临床问题，其特征是血浆AVP水平升高超出根据体液渗透压、血容量或血压预期的范围——因此称为"不适当"的AVP（ADH）分泌。AVP在肾脏集合管的作用导致水通道（见下文）的募集，从而增强AVP刺激肾脏水潴留的效应。SIADH患者会潴留水分，其体液逐渐变为低渗状态。此外，基于体液低渗状态，其尿液呈现超出预期的高渗性。SIADH可由药物、中枢神经系统感染或肿瘤、肺部疾病或肺癌引发。这些病理状态通过改变AVP分泌细胞的神经输入来刺激AVP分泌，或直接分泌AVP（如小细胞癌）。药物相关性SIADH日益常见，可能与多种非处方药和处方药相关，包括质子泵抑制剂（proton pump inhibitors）、非甾体抗炎药、抗抑郁药、抗惊厥药、抗精神病药和抗肿瘤药。AVP受体拮抗剂通过与\vee_{\mathtt{1A}}和\mathsf{V}_{2}受体结合，诱导水利尿（aquaresis），用于治疗SIADH及其他由AVP依赖性肾脏水潴留引起的病症（如充血性心力衰竭和肝硬化）。  </nowiki>

==== AVP对肾脏的作用  ====
AVP对肾脏的主要作用是通过增加远端小管后段和集合管对水的通透性，促进肾小管液中水的重吸收。此外，AVP还显著增加集合管髓质段对尿素（urea）的通透性。最后，AVP可刺激亨利袢（Henle’s loop）升支粗段、远端小管和集合管对NaCl的重吸收。  

在缺乏AVP的情况下，位于远端小管后段及集合管的主细胞（principal cells，参见第34章）顶膜对水的通透性较低。这反映了以下事实：在AVP缺失时，这些细胞的顶膜仅含有少量水通道（aquaporins），因为这些通道储存在细胞内。因此，缺乏AVP时，这些肾单位节段几乎不重吸收水分。当AVP与主细胞基底外侧膜上的\mathrm{V}_{2}受体结合后，会促使水通道蛋白（AQP2）募集到顶膜，使水从管腔进入细胞。随后，这些水通过基底外侧膜的AQP3和AQP4水通道（因其固有通透性）离开细胞。因此，在AVP存在时，水从肾小管中被重吸收。  

==== 细胞水平机制（AT THE CELLULAR LEVEL） ====

= 水通道蛋白的调节机制 =
编码V₂受体的基因位于X染色体，其表达的371个氨基酸蛋白质属于具有七个跨膜结构域并与异源三聚体G蛋白偶联的受体家族。如图35.5所示，精氨酸加压素（AVP）与基底侧膜上的受体结合会激活腺苷酸环化酶。细胞内环磷酸腺苷（cAMP, cyclic adenosine monophosphate）水平升高可激活蛋白激酶A（PKA, protein kinase A），导致AQP2水通道磷酸化，并通过激活cAMP反应元件（CRE, cAMP-response element）增强AQP2基因的转录。

含有磷酸化AQP2的胞内囊泡在分子马达动力蛋白的驱动下沿微管向顶膜移动。当接近顶膜时，SNARE蛋白与含AQP2的囊泡相互作用，促进其与质膜融合。AQP2嵌入膜后，在渗透压梯度（管腔渗透压 < 细胞渗透压）驱动下允许水分子进入细胞。随后水分通过基底侧膜上组成型表达的AQP3和AQP4水通道排出细胞。当V₂受体未被AVP占据时，AQP2水通道通过网格蛋白介导的内吞作用从顶膜移除，从而使顶膜对水不通透。被内吞的AQP2分子可储存于胞内囊泡（血浆AVP水平升高时可重新插入顶膜）或被降解。

AVP还调控AQP2和AQP3的长期表达。长期大量摄入水分（如精神性烦渴）会减少主细胞中AQP2和AQP3的数量，导致限水时无法最大程度浓缩尿液。反之，限水状态可增加主细胞中AQP2和AQP3的表达，促进最大尿浓缩。

在伴有尿液浓缩稀释功能障碍的病理状态下，AQP2（有时包括AQP3）的表达会发生改变。尿浓缩能力受损的情况（如高钙血症、低钾血症）中AQP2表达降低，而水潴留状态（如充血性心力衰竭、肝硬化、妊娠）中AQP2表达增加。

AVP还通过增加髓质内层集合管末段对尿素的通透性，促进尿素重吸收，从而提高髓质间质液渗透压（这是实现最大尿浓缩的必要条件）。该段上皮细胞表达两种尿素转运体（UT, urea transporter）：顶膜定位的UT-A1和基底侧膜定位的UT-A3。AVP通过cAMP/PKA信号级联上调UT-A1和UT-A3表达。此外，肾髓质间质液渗透压升高（通过磷脂酶C/蛋白激酶C（PKC, protein kinase C）通路）也可增强UT-A1和UT-A3表达，从而提高该段对尿素的通透性。

【注】原文中"heterotrimeric  proteins"的符号显示异常，根据上下文判断应为"G proteins"，此处译为"G蛋白"；"SNAREs"为专业术语保持原文不译。

• 图35.5  精氨酸加压素（AVP）通过\mathsf{V}_{2}受体对远曲小管末端和集合管主细胞（principal cell）的作用机制。详见正文。AC，腺苷酸环化酶；AP2，水通道蛋白2基因；AQP2，水通道蛋白2；cAMP，环磷酸腺苷；CRE，cAMP反应元件；CREB-\cdot P，磷酸化cAMP反应元件结合蛋白；P，磷酸化蛋白。（改编自Brown D, Nielsen S. The cell biology of vasopressin action. In: Brenner BM, ed. The Kidney. 7th ed. Philadelphia: Saunders; 2004.）  

<nowiki>AVP还刺激Henle袢升支粗段、远曲小管和集合管皮质段的NaCl重吸收。这种Na+重吸收的增加与三种Na+转运体数量的增加相关：\mathrm{Na^{+}/K^{+}/2Cl^{-}}同向转运体（Henle袢升支粗段）、\mathrm{Na^{+}/Cl^{-}}同向转运体（远曲小管）以及Na+通道ENaC（远曲小管末端和集合管）。对升支粗段NaCl转运的刺激作用有助于维持髓质高渗状态，这对集合管髓质段的水分重吸收至关重要（见下文）。  </nowiki>

=== 临床聚焦  ===
当集合管对AVP无法产生正常反应时，尿液无法达到最大浓缩度，导致多尿和烦渴。该临床病症称为肾性尿崩症（nephrogenic diabetes insipidus, NDI），以区别于中枢性尿崩症。NDI可由多种全身性疾病引起，少数为遗传性。获得性NDI由集合管AQP2表达减少所致，AQP2表达降低会损害低钾血症（hypokalemia）、锂摄入（约35%双相情感障碍患者长期服用锂制剂会出现不同程度的NDI）、尿路梗阻、低蛋白饮食和高钙血症等情况下的尿液浓缩能力。AVP \mathsf{V}_{2}受体AVPR2基因或AQP2基因的突变会导致遗传性NDI。约90%的遗传性病例由AVPR2基因突变引起，其余10%由AQP2基因突变导致。由于AVPR2基因位于\textsf{X}染色体上，其突变会导致X连锁NDI。AQP2基因位于12号染色体，其突变可导致常染色体隐性遗传型NDI，极少数情况下导致常染色体显性遗传型NDI。AQP2通道在细胞膜上以同源四聚体形式发挥作用。导致隐性NDI的突变会影响AQP2基因中与同源四聚体水通道孔形成相关的区域。杂合携带者可同时产生正常和缺陷型AQP2单体。由于缺陷型AQP2单体会滞留在内质网中，水通道仅由正常单体形成，因此携带者无症状。与此相反，导致显性NDI的突变会影响AQP2基因中与翻译后修饰（如AQP2磷酸化）相关的区域，而非水通道孔区域。

=== 抗利尿激素不适当分泌综合征（NSIAD） ===
AVPR2基因的功能获得性（gain-of-function）突变会导致肾源性抗利尿不适当综合征（nephrogenic syndrome of inappropriate antidiuresis, NSIAD）。在这种X染色体连锁的疾病中，\mathsf{V}_{2}受体处于持续性激活状态。患者的实验室检查结果与SIADH相似，包括血浆渗透压降低、低钠血症（血浆[Na+]降低）以及尿液浓缩程度超过体液渗透压降低的预期水平。然而，与SIADH不同（SIADH患者循环中AVP水平升高并导致肾脏水潴留），这些患者的血浆AVP水平无法检测到。

=== 口渴 ===
口渴感知受血浆渗透压、血容量或血压变化的影响。血浆渗透压升高以及血容量或血压下降会增强口渴感。在这些刺激中，高渗透压的作用更强——仅升高2\%至3\%即可引发强烈的饮水欲望，而血容量丢失或血压下降需达到10\%至15\%才能产生同等程度的口渴反应。

如前所述，AVP分泌存在由基因决定的阈值（即当体液渗透压超过该值时，AVP分泌增加）。类似地，触发口渴感也存在基因决定的阈值。然而，口渴阈值高于AVP分泌阈值。平均而言，AVP分泌阈值约为280\mathrm{mOsm/kg}\ \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}，而口渴阈值约为295\mathrm{mOsm/kg}\ \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}。由于这种差异，当AVP分泌接近最大时（对应体液渗透压水平），口渴感才会被激活。

调节水摄入的中枢（口渴中枢）位于下丘脑，与调节AVP分泌的区域相同。但目前尚不确定是否由同一细胞执行这两种功能。实际上，与AVP分泌调节类似，口渴反应仅对有效溶质（如NaCl）产生应答。关于血容量或血压下降引发口渴反应的神经通路所知更少，但推测其与调节AVP分泌的血容量和压力相关通路相同。血管紧张素II（angiotensin II）通过作用于口渴中枢的细胞也能诱发口渴感。由于血容量和血压下降时血管紧张素II水平会升高，这种效应有助于通过稳态反应恢复并维持体液于正常容量。

通过饮水行为即可缓解口渴感，甚至在胃肠道吸收足量水分以纠正血浆渗透压之前就会发生。值得注意的是，冷水缓解口渴感的效果更显著。这一反应可能涉及口咽部和上胃肠道的受体。但通过这些受体缓解口渴感的作用短暂，只有血浆渗透压、血容量或血压恢复正常时，口渴感才会完全消失。

显然，AVP（精氨酸加压素）和口渴系统协同工作以维持水稳态。血浆渗透压升高会引发饮水行为，并通过AVP在肾脏的作用促进水分重吸收。相反，当血浆渗透压降低时，口渴感被抑制，且在缺乏AVP的情况下，肾脏水分排泄增加。当液体摄入由文化和社会因素而非口渴驱动时，维持正常体液渗透压完全依赖肾脏的排水能力。本章后续章节将详细讨论肾脏实现这一功能的机制。

==== 临床相关知识 ====
在可获得充足水分的情况下，口渴机制能预防高渗状态的发生。该机制可解释中枢性尿崩症（CDI）和肾性尿崩症（NDI）患者多尿引发的烦渴（polydipsia）现象。多数个体即使没有口渴感也会摄入水/饮料。正常情况下，肾脏可通过排泄高达18升/天的尿液来处理这些过量水分。然而在某些情况下，尤其是短时间内摄入的水量可能超过肾脏的排泄能力，此时体液将呈现低渗状态。

马拉松长跑是水分摄入超过肾脏排泄能力的典型案例。一项针对波士顿马拉松参赛者的研究发现，13%的跑者在比赛中出现低钠血症。b 这反映部分跑者为保持"良好水合状态"而在比赛中过量摄入水或其他低渗饮料的普遍做法。此外，运动中肌糖原和甘油三酯代谢也会产生水分。由于比赛中水分摄入量和内生水量超过肾脏排泄量与汗液流失量的总和，跑者出现正水平衡，最终导致低钠血症。部分参赛者的低钠血症严重到足以引发神经系统症状。

肾脏的最大排水能力取决于溶质排泄量，而后者又受食物摄入量影响。例如，当尿液达到最大稀释度（Uosm=50mOsm/kg H2O）时，仅当溶质排泄速率为900mmol/天时才能实现18升/天的最大尿量：

$$

<nowiki>\begin{array}{r}{\mathsf{U}_{\circ\mathsf{s m}}=\mathsf{S O}|\mathsf{U t e}\mathsf{e x c r e t i o n/V o l u m e}\mathsf{e x c r e t e d}}\ {\mathsf{\Gamma}50\mathsf{m O s m/k g H}_{2}\mathsf{O}=900\mathsf{m m o l/18L}}\end{array}</nowiki>

$$

若溶质排泄减少（如老年人因进食减少常见的情况），最大尿量将相应降低。例如当溶质排泄仅为400mmol/天时，在Uosm=50mOsm/kg H2O条件下最大尿量仅能达到8升/天。因此食物摄入减少的个体排水能力会下降。

bAlmond CS, et al. Hyponatremia among runners in the Boston Marathon.   N Engl J Med; 2005;352:1150-1556.  

==== 肾脏稀释与浓缩尿液的机制 ====
如前所述，水的排泄与溶质的排泄是分开调节的。要实现这一点，肾脏必须能够排出相对于体液呈低渗（hypoosmotic）或高渗（hyperosmotic）的尿液。这种排出不同渗透浓度尿液的能力，要求肾单位某段能将溶质与水分离。如第34章所述，近端小管的溶质重吸收会导致相应比例的水分重吸收。因此，溶质和水在肾单位的这一部分并未分离。此外，无论肾脏排出稀释尿还是浓缩尿，近端小管的水与溶质重吸收之间都保持这种比例关系。因此，近端小管重吸收了大部分滤过的溶质和水分，但并未产生稀释或浓缩的小管液。亨利袢（loop of Henle），尤其是厚壁升支（thick ascending limb），是溶质与水分离的主要部位。因此，稀释尿和浓缩尿的排出都需要亨利袢的正常功能。

• 图35.6 存在精氨酸加压素（+AVP）和不存在（−AVP）时肾单位各段小管液的渗透浓度。详见正文。（改编自Sands JM等. Urine concentration and dilution. 见: Taal MW等主编. Brenner and Rector's The Kidney. 第9版. Philadelphia: Saunders; 2012.）

低渗尿的排泄相对容易理解。肾单位只需从小管液中重吸收溶质，同时阻止水的重吸收。如前所述（后续将更详细描述），溶质重吸收而不伴随水重吸收的现象发生在亨利袢升支。在适当条件下（即缺乏AVP时），远曲小管和集合管也通过重吸收溶质但不重吸收水分来稀释小管液。

高渗尿（即尿液浓缩）的排泄更为复杂，本质上是将水从小管液中移除而不带走溶质。由于水的移动是被动的，由渗透梯度驱动，肾脏必须建立一个高渗区室，使水分能通过渗透作用从管腔液中被重吸收而不伴随溶质。实现这一功能的高渗区室是肾髓质间质。亨利袢对生成高渗的髓质间质至关重要。一旦建立，这个高渗区室驱动水从集合管重吸收，从而实现尿液浓缩。

图35.6总结了在AVP存在和缺失时，肾单位各点的小管液渗透浓度。需注意：从近端小管进入亨利袢的小管液与血浆等渗，且无论AVP是否存在均是如此；此外，无论AVP是否存在，离开厚壁升支的小管液相对于血浆呈低渗。在AVP缺失时，沿集合管的小管液渗透浓度相对于血浆呈低渗；而在AVP存在时，其渗透浓度逐渐升高（即从皮质到内髓质）形成高渗。

= 髓质高渗状态的建立与维持  =
自1940年代以来，髓质高渗状态的建立与维持一直是研究课题，目前模型仍不完善。尽管普遍认为外髓部通过称为逆流倍增机制（countercurrent multiplication）的主动过程参与渗透梯度的形成，但内髓部梯度的来源仍未完全明确。需要说明的是，当前模型仍需完善，此处介绍该模型是因为其体现了该过程的一些基本概念。  

逆流倍增机制涉及亨氏袢（Henle’s loop）升支向周围髓质间质主动重吸收溶质（主要为NaCl）而不伴随水的重吸收。这会降低小管液的渗透压，同时提高该处间质的渗透压。间质渗透压的升高进而促使水从亨氏袢降支重吸收，从而增加该段小管液的渗透压。因此，在亨氏袢的任意位置，升支内液体的渗透压均低于相邻降支内的液体。这种渗透压差异被称为单一效应（single effect）。由于降支（液体流向髓质）与升支（液体流出髓质）中液体呈逆流方向流动，这种单一效应可被放大，最终形成髓质间质内的渗透梯度：肾乳头尖端的渗透压可达1200\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}，而皮髓交界处仅为300mOsm/kg H2O。  

图35.7示意了尿液稀释与浓缩的过程。这些过程基于三个关键概念：  

# 尿液浓缩依赖于集合管（collecting duct）中AVP介导的水分重吸收。  
# 亨氏袢升支对NaCl的重吸收稀释了小管液，同时使髓质间质中形成高\mathrm{[NaCl]}（肾乳头尖端可达600\mathrm{mmol/L}），后者驱动集合管中水分的重吸收。
# 尿素在髓质间质中积累（高达600\mathrm{mmol/L}），这使得肾脏能够排出具有相同高尿素浓度的尿液。这种机制允许大量尿素以相对较少的水分排出。首先需要理解当抗利尿激素（AVP）水平低下或缺如时，肾脏如何排出稀释尿液（水利尿或水排泄）。以下编号对应图35.7A中的圈注数字：
# 从近端小管进入Henle袢降支细段的液体与血浆等渗。这反映了近端小管溶质和水的重吸收本质上是等渗的（参见第34章）。（注：水通过AQP1从近端小管各段被重吸收）
# 水从Henle袢降支细段被重吸收。大部分水在外髓质被重吸收，从而限制进入内髓质最深部间质的含水量，维持该区域的高渗状态。（注：水通过AQP1被重吸收）
# 在内髓质，降支细段的末端部分和整个升支细段对水不通透。（注：此处不表达AQP1）这些相同的肾单位节段表达Cl-通道CLCN1，介导Cl-的重吸收，Na+则通过细胞旁途径随之移动。这种不伴随水重吸收的NaCl被动重吸收过程启动了小管液的稀释。
# Henle袢升支粗段同样对水不通透，并主动从小管液重吸收NaCl，从而进一步稀释液体（参见第34章）。此处的稀释作用如此显著，使得该节段常被称为肾脏的稀释段。离开升支粗段的液体相对于血浆呈低渗（见图35.6）。
# 远曲小管和集合管的皮质部分主动重吸收NaCl。在缺乏AVP时，这些节段对水不通透（即细胞顶膜不含AQP2）。因此当AVP缺如或水平低下时（如血浆渗透压降低），由于NaCl在无水重吸收的情况下被重吸收，小管液渗透压进一步降低。在此状态下，离开集合管皮质部的液体相对于血浆呈低渗（见图35.6）。
# 髓质集合管主动重吸收NaCl。即使缺乏AVP，该节段仍具有轻微水通透性，部分水被重吸收。
# 尿液渗透压可低至约50mOsm/kg H2O，且含有低浓度NaCl。每日尿量最高可达18升，约为肾小球滤过率（GFR）的10%。

接下来将讨论当血浆渗透压和血浆AVP水平升高时，肾脏如何排出浓缩尿液（抗利尿）。以下编号对应图35.7B中的圈注数字：

1–4.  这些步骤与稀释尿的生成过程相似。理解浓缩尿如何生成的一个关键点是认识到：虽然Henle袢（loop of Henle）的升支细段和粗段对NaCl的重吸收稀释了小管液，但被重吸收的NaCl在髓质间质中积累并提高了该区域的渗透压。髓质间质中NaCl的积累对于生成高渗于血浆的尿液至关重要，因为它为髓质集合管（medullary collecting duct）的水分重吸收提供了渗透驱动力。如前所述，AVP通过刺激Henle袢粗升支的NaCl重吸收，在髓质集合管向该区域添加水分（这可能导致渗透梯度消散）时维持髓质间质渗透梯度。

# 由于Henle袢升支对NaCl的重吸收，到达集合管的小管液相对于周围间质液呈低渗状态。因此，在集合管两侧建立了渗透梯度。当存在AVP时（AVP通过将AQP2插入细胞顶膜，增加远曲小管（distal tubule）后段和集合管的水通透性），水分从管腔扩散出去，小管液渗透压升高。这种水分从集合管腔扩散出去的过程启动了尿液浓缩机制。远曲小管和集合管皮质段小管液能达到的最大渗透压约为290\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}（即与血浆相同），这与肾脏皮质内间质液和血浆的渗透压一致。
# <nowiki>当小管液向髓质深部下行时，水分继续从集合管重吸收，使小管液渗透压在乳头尖端处升高至1200\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\dot{\mathrm{O}}。</nowiki>


A  

Antidiuresis   • 图35.7  参与尿液稀释与浓缩的肾单位节段示意图。显示近髓肾单位（juxtamedullary nephrons）的Henle袢。A，稀释尿（水利尿）排泄机制。AVP缺失时集合管对水基本不通透。注意在水利尿状态下，由于直小血管（vasa recta）血流量增加和部分尿素进入髓质集合管，髓质间质的渗透压会降低。B，浓缩尿（抗利尿）排泄机制。血浆AVP水平达峰值，集合管对水高度通透。此状态下髓质间质渗透梯度最大。详见正文。

# 当AVP水平升高时生成的尿液渗透压为1200\mathrm{mOsm/kgH_{2}O}，含有高浓度尿素和其他未被重吸收的溶质。此状态下尿量可低至0.5\:\mathrm{L}/天。

=== 髓质间质组织  ===
通过比较上述两种生理状态，可以明显看出：相对恒定量的低渗小管液被输送至肾单位对AVP敏感的部分（远曲小管后段和集合管）。此时血浆AVP水平决定了这些节段对水的重吸收量。当AVP水平较低时，这些节段重吸收的水量相对较少，从而排出大量低渗尿液（可达滤过水量的10\%）。当AVP水平较高时，这些相同节段重吸收大量水分，仅排出少量高渗尿液（<滤过水量的1\%）。在抗利尿状态（antidiuresis）下，大部分水分在远曲小管、集合管皮质部及外髓部被重吸收。因此，仅有少量液体到达内髓部集合管并被重吸收。这种沿集合管全长分布的水分重吸收模式（即皮质部 > 外髓部 > 内髓部）通过最小化进入内髓部的水量，维持了内髓部高渗的间质环境。  

=== 髓质间质组织  ===
<nowiki>如前所述，肾脏髓质间质液在尿液浓缩过程中具有关键作用。间质液的渗透压为髓袢降支细段和集合管的水分重吸收提供驱动力。髓质间质液的主要溶质是NaCl和尿素，但这些溶质的浓度在整个髓质并非均匀分布（即存在从皮质到肾乳头的梯度）。其他溶质（如\mathrm{NH_{4}}^{+}和\mathrm{K}^{+}）也会在髓质间质中积聚，但含量最高的溶质仍是NaCl和尿素。为简化讨论，本节假设NaCl和尿素是唯一的溶质。  </nowiki>

如图35.8所示，NaCl和尿素在肾髓质积聚，内髓部乳头尖端的间质液最高渗透浓度可达1200\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}，其中约600\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}来自NaCl（300\mathrm{mmol/L}），另600\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}来自尿素（600\mathrm{mmol/L}）。NaCl梯度的建立在外髓部与内髓部交界处基本完成。

髓质中的NaCl浓度梯度来源于逆流倍增(countercurrent multiplication)过程中髓质肾单位节段重吸收的NaCl积累。在此过程中最重要的结构是髓袢升支。髓质间质内的尿素积累机制更为复杂，在排泄高渗尿液（即抗利尿状态）时最为有效。当产生稀释尿液时（尤其是长期持续状态），髓质间质的渗透压会下降（见图35.7A）。这种渗透压降低几乎完全由尿素浓度下降所引起，反映了直小血管（后文讨论）的冲刷作用，以及尿素从间质向集合管髓质部分管腔液的扩散——即使在没有AVP的情况下，该段对尿素也具有通透性。（注：集合管的皮质部和外髓部对尿素通透性较低，而内髓部由于存在尿素转运蛋白UT-A1和UT-A3，其通透性相对较高，这些转运蛋白的表达受AVP上调。）部分被重吸收的尿素通过尿素转运蛋白UT-A2分泌至髓袢降支细段，另一部分则通过UT-B转运蛋白进入直小血管。分泌至髓袢降支细段的尿素随后被"截留"在肾单位内，直到再次到达髓质集合管时重新进入髓质间质。因此，尿素在间质和肾单位之间形成循环。这种尿素再循环过程促进了髓质间质中尿素的积累，使其在乳头尖端浓度可达600\mathrm{mmol/L}。

• 图35.8  髓质间质梯度主要由NaCl和尿素构成。图中NaCl和尿素的浓度反映抗利尿状态（即排泄高渗尿液）时的水平。详见正文。（改编自Sands JM等. Urine concentration and dilution. 见: Taal MW等编. Brenner and Rector’s The Kidney. 第9版. Philadelphia: Elsevier; 2012.）

==== 髓质高渗状态的维持机制  ====
<nowiki>如前所述，高渗髓质（hyperosmotic medulla）对于浓缩集合管中的小管液至关重要。由于集合管的水分重吸收由髓质间质建立的渗透梯度驱动，尿液渗透浓度永远无法超过乳头区间质液的浓度。因此，任何降低髓质间质渗透浓度的病理状态都会损害肾脏最大程度浓缩尿液的能力。髓质间质中的尿素（urea）对尿液总渗透浓度有贡献。然而，由于内髓集合管（inner medullary collecting duct）对尿素具有高通透性（尤其是在AVP存在时），尿素无法驱动该肾单位节段的水分重吸收。相反，小管液和髓质间质中的尿素会达到平衡，最终排出少量含高浓度尿素的尿液。真正负责从髓质集合管重吸收水分，从而浓缩尿液中非尿素溶质（如\mathrm{NH_{4}}^{+}盐、K+盐、肌酐（creatinine））的是髓质间质中的NaCl浓度。  </nowiki>

==== 直小血管（Vasa Recta）的功能  ====
直小血管（vasa recta）是为髓质供血的毛细血管网，对溶质和水分具有高通透性。与髓袢（loop of Henle）类似，直小血管在髓质内形成平行排列的U型袢（参见第33章）。直小血管不仅为髓质内的肾单位节段提供营养和氧气，更重要的是能够清除这些肾单位节段持续向髓质间质添加的过量水分和溶质。直小血管维持髓质间质梯度的能力具有血流依赖性：直小血管血流量显著增加会削弱髓质梯度（即导致髓质间质渗透分子被"冲刷"）；而血流量减少则会降低向髓质肾单位节段的氧输送。由于盐类和其他溶质的转运需要氧气和ATP，髓质血流量减少会降低髓质肾单位节段的溶质转运能力，最终导致髓质间质渗透梯度无法维持。  

总之，肾脏维持着从皮髓交界处到内髓顶端的渗透梯度。皮质组织与血浆等渗，而内髓顶端呈高渗状态。该梯度在抗利尿时变得陡峭，在利尿时幅度降低。最新研究聚焦于肾脏功能结构的精细解析，包括三维重建和数学建模，以期更全面地理解肾单位节段的通透特性及其三维排列如何协同作用，生成并维持尿液浓缩所需的渗透梯度。  

==== 肾脏稀释与浓缩功能的评估  ====
肾脏水处理能力的评估包括尿液渗透浓度和尿量测定。尿液渗透浓度范围为50至1200\mathrm{mOsm/kg}\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}，对应尿量范围为18\mathrm{~L~}/天至最低0.5 L/天。这些范围并非固定值，存在个体差异并可受疾病进程影响。

= 肾脏稀释与浓缩尿液的能力 =
肾脏稀释或浓缩尿液的能力需要溶质与水分的分离（即逆流倍增系统的单一效应）。这种溶质与水分的分离实质上产生了"无溶质"的水量。当尿液被稀释时，无溶质水（solute-free water）从体内排出；当尿液被浓缩时，无溶质水则返回体内（即被保留）。

== 最大排泄无溶质水的条件（约18L/天） ==
要实现肾脏最大程度排泄无溶质水（即18\mathrm{L}/\mathrm{day}），必须满足以下条件：

# '''必须缺乏精氨酸加压素（AVP）'''：若无AVP，集合管无法重吸收大量水分  
# '''负责分离溶质与水分的肾小管结构（即稀释小管液的功能）必须正常运作'''。在AVP缺失时，以下肾单位节段可稀释肾小管液：  
#* 髓袢细升支（''ascending thin limb of Henle's loop''）  
#* 髓袢粗升支（''thick ascending limb of Henle's loop''）  
#* 远曲小管  
#* 集合管    由于高转运速率，髓袢粗升支在溶质与水分分离过程中具有最重要的定量意义。  
# '''必须有足够量的小管液输送至上述肾单位部位'''：任何减少输送量的因素（如肾小球滤过率降低或近端小管重吸收增强）都会削弱最大排泄无溶质水的能力  

== 最大保水条件（6-8L/天） ==
肾脏要实现最大程度保水，必须满足以下要求：

# '''足够量的小管液必须输送至负责溶质分离的肾单位节段'''：其中最重要的是髓袢粗升支。小管液向髓袢的输送量取决于肾小球滤过率和近端小管重吸收  
# '''肾单位节段对NaCl的重吸收必须正常'''：此处最重要的节段仍然是髓袢粗升支  
# '''必须存在高渗的髓质间质'''：间质液渗透压的维持依赖于：  
#* 髓袢对NaCl的重吸收（条件1和2）  
#* 尿素的有效蓄积（尿素蓄积又取决于充足的膳食蛋白质摄入）  
# '''必须存在最大浓度的AVP，且集合管对AVP需保持正常反应'''  

== 细胞外液容量的调控与肾脏NaCl排泄的调节  ==
细胞外液（ECF）的主要溶质是Na+盐类（见第2章）。其中，NaCl含量最为丰富。由于NaCl也是ECF渗透压的主要决定因素，通常认为Na+平衡的改变会扰乱ECF渗透压。然而在正常情况下，这种情况并不会发生，因为抗利尿激素（AVP）系统和口渴机制能将体液渗透压维持在一个非常狭窄的范围内（前文已讨论）。如图35.9所示，向ECF中添加或移除NaCl会改变其容量，而不会改变Na+（比较初始状态与最终状态）。例如，向ECF中添加NaCl（不伴随水分）会提高该腔室的Na+和渗透压（由于ECF与细胞内液（ICF）的渗透平衡作用，ICF渗透压也会升高）。作为响应，AVP分泌和口渴机制被激活，从而导致水分摄入增加且肾脏水分流失减少。这使血浆渗透压（以及血清Na+）恢复到初始值，但此时ECF容量已增加。当ECF丢失NaCl时则发生相反的过程。ECF容量（ECFV）的变化可通过测量体重来监测，因为1\textrm{L}的ECF相当于1\mathrm{kg}的体重。  

肾脏是机体排泄NaCl的主要途径。每日Na+总丢失量中仅有约10\%通过非肾途径（如汗液和粪便）排出。因此，肾脏在调节ECFV中至关重要。正常情况下，肾脏通过调整NaCl排泄量使其与饮食摄入量相匹配，从而维持ECFV恒定（称为正常血容量状态，euvolemia）。若摄入量超过排泄量，ECFV会升高至正常水平以上（容量扩张）；反之，若排泄量超过摄入量则会发生容量收缩。  
----• 图35.9  \mathsf{Na}^{+}平衡改变对ECFV的影响。（1）向ECF中添加NaCl（不伴随水分）会增加\left[\mathsf{Na}^{+}\right]和渗透压。（2）ECF渗透压升高刺激神经垂体分泌AVP，后者作用于肾脏以保留水分。（3）肾脏水分排泄减少与水分摄入共同作用，使血浆渗透压和血浆[Na+]恢复正常。但此时ECF容量已增加1升。（4）从ECF中移除NaCl（不伴随水分）会降低血浆[Na+]和渗透压。（5）ECF渗透压下降抑制AVP分泌。血浆AVP水平降低导致肾脏排泄水分。（6）肾脏水分排泄增加使血浆[Na+]和渗透压恢复正常。但此时ECF容量已减少1升。如图所示，由于AVP系统高效维持体液渗透压正常，\mathsf{Na}^{+}平衡的变化会通过改变ECFV实现调节。（改编自Koeppen BM, Stanton BA. Renal Physiology. 5th ed. Philadelphia: Elsevier; 2013.）

=== 有效循环容量的概念  ===
如第2章所述，细胞外液（ECF）可分为两个部分：血管内（血浆）和血管外（组织间液）。钠平衡（Na+ balance）——进而影响ECF容量（ECFV）——涉及一个复杂的传感器和效应信号系统，这些信号主要作用于肾脏以调节NaCl排泄。血浆容量决定血管容量、血压和心输出量。由于该系统的核心传感器位于血管系统的大血管中，因此血管容量、血压和心输出量的变化是调节肾脏NaCl排泄的主要因素（后文讨论）。在健康个体中，ECFV的变化会导致血管容量、血压和心输出量的变化。ECFV减少会导致血管容量、血压和心输出量降低；反之，ECFV增加则会导致血管容量、血压和心输出量升高。这些心血管参数变化的程度取决于ECF收缩或扩张的程度以及心血管反射机制的有效性（参见第18和19章）。当个体处于负钠平衡（negative Na+ balance）时，ECF收缩，肾脏NaCl排泄减少；反之，在正钠平衡（positive Na+ balance）时，ECF扩张，肾脏NaCl排泄增加（即尿钠排泄【natriuresis】）。  
----典型饮食每天约含140\mathrm{mEq}的Na+（相当于\mathrm{8~g}的NaCl），因此尿液中Na+的排泄量也约为140\mathrm{mEq/天}。然而，肾脏能在很大范围内调节Na+的排泄。当个体采用低盐饮食时，排泄率可低至10 mEq/天；反之，当摄入高盐饮食时，肾脏可将排泄率提高至超过1000~\mathrm{mEq/天}。这些Na+排泄的变化发生时，机体ECFV和Na+含量仅发生轻微改变。  

肾脏对NaCl摄入量突然变化的反应通常需要数小时至数天，具体时间取决于变化的幅度。在此过渡期内，Na+的摄入与排泄不会像稳态时那样匹配。因此，个体会经历正钠平衡（摄入＞排泄）或负钠平衡（摄入＜排泄）。然而，在过渡期结束时，新的稳态会建立，摄入与排泄再次相等。  

本节重点讨论控制ECFV的受体，并解释作用于肾脏以调节NaCl排泄的各种信号。此外，还将考虑肾单位节段对这些信号的反应。

然而，在某些病理状态下（如充血性心力衰竭、肝硬化），肾脏对Na+的处理与细胞外液量（ECFV）不相关。矛盾的是，此时ECFV增加而肾脏对NaCl的排泄减少。要解释这两种病理状态下肾脏对Na+的处理机制，必须理解有效循环容量（effective circulating volume, ECV）的概念。与ECFV不同，ECV并非可测量的独立体液分区。有效循环容量指血管系统中实际灌注组织的有效细胞外液部分。更具体地说，ECV反映了血管系统内容量感受器（后文讨论）的活动状态。

=== 临床视角  ===
充血性心力衰竭患者常表现为ECF容量增加，具体表现为血浆容量增加和肺（肺水肿）及外周组织（全身性水肿）间质液积聚。这种过量的ECFV是肾脏滞留NaCl和水分的结果。尽管ECFV增加，但肾脏仍持续滞留NaCl的反应看似矛盾。这些患者由于心输出量降低、低血压或毛细血管液体渗漏至间质区，虽然ECF总量增加，但实际有效循环容量（ECV）却降低。因此，血管系统中的感受器会像在ECFV减少时一样做出反应，促使肾脏滞留NaCl和水分。

在健康个体中，ECV与ECFV呈正相关，由血管系统（动脉和静脉）容量、动脉血压及心输出量共同决定。但需注意，在某些疾病状态下这种关系并不成立。本章后续章节将重点探讨健康成人ECFV与肾脏NaCl排泄的关系。

=== 容量感知系统  ===
容量感受器被称为血管容量受体或压力感受器（baroreceptors），因其能对所在结构（如血管或心房心室）壁的压力性牵张产生反应。

==== 低压心肺循环中的容量感受器  ====
位于左右心房、右心室和大型肺血管壁内的压力感受器可感知这些结构的扩张（详见第18、19章）。由于循环系统低压侧具有高顺应性，这些感受器主要反映血管系统的"充盈度"。这些压力感受器通过舌咽神经和迷走神经（第IX和X对脑神经）的传入纤维向脑干发送信号。感受器活动可同时调节交感神经输出和精氨酸加压素（AVP）分泌。例如，肺血管和心房充盈度降低会增强交感神经活动并刺激AVP分泌；反之，这些结构的扩张则会抑制交感神经活动。通常需要至少5\%的血容量和压力变化才能激活这些反应。

=== 心脏心房的附加调节机制  ===
心脏心房拥有一个与调控肾脏NaCl排泄相关的附加机制。心房肌细胞合成并储存一种肽类激素——心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide, ANP）。当心房扩张时，ANP被释放，并通过本章后续描述的机制降低血压并增加肾脏对NaCl和水的排泄。心脏心室也产生一种钠尿肽——脑钠尿肽（brain natriuretic peptide, BNP），其命名源于它最初从脑部分离。与ANP类似，BNP也会因心室扩张而从肌细胞中释放，其作用与ANP相似。  

==== 高压动脉循环的容量感受器  ====
循环系统的动脉侧也存在压力感受器（baroreceptors），位于主动脉弓、颈动脉窦和肾入球小动脉的管壁中。主动脉弓和颈动脉压力感受器通过舌咽神经和迷走神经的传入纤维向脑干发送信号，以改变交感神经输出和抗利尿激素（AVP）分泌。血压降低会增强交感神经活性和AVP分泌，而血压升高则会抑制交感神经活性（并激活副交感神经活性）。高压压力感受器的敏感性与血管系统低压侧的感受器相似。  

肾脏的球旁器（juxtaglomerular apparatus, JGA）（见第33章），尤其是入球小动脉，可直接对压力变化作出反应。如果入球小动脉的灌注压降低，球旁细胞会释放肾素（renin）。相反，当灌注压升高时，肾素分泌被抑制。如本章后续所述，肾素决定了血管紧张素II和醛固酮的血浆水平，两者均会减少肾脏的NaCl排泄。  

=== 临床指南  ===
肾动脉狭窄（如动脉粥样硬化斑块所致）会降低肾脏灌注压，从而刺激JGA入球小动脉分泌肾素。肾素会促进强效血管收缩剂血管紧张素II的生成，后者作用于全身血管的动脉，升高全身血压。血压升高会被对侧肾脏（即无肾动脉狭窄的肾脏）的JGA感知，从而抑制该肾脏的肾素分泌。此外，血管紧张素II水平升高也会通过负反馈抑制对侧肾脏的肾素分泌。肾动脉狭窄患者的治疗策略包括使用血管紧张素II受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂，或通过手术修复肾动脉狭窄。  

=== 容量感受器信号  ===
当血管容量感受器检测到细胞外液容量（ECFV）变化时，它们会向肾脏发送信号以调节NaCl和水的排泄。因此，当ECF扩张时，肾脏的NaCl和水排泄增加；反之，当ECF收缩时，其排泄减少。连接容量感受器与肾脏的信号包括神经和激素途径，总结见方框35.1。  

==== 调控肾脏NaCl和水排泄的信号 • 方框35.1  ====

==== ↓肾交感神经（活性：NaCl排泄）  ====
肾小球滤过率（GFR）  肾素分泌  沿肾单位\uparrow\mathsf{Na}^{+}重吸收  

==== ↓肾素-血管紧张素-醛固酮（分泌：NaCl排泄） ====

=== 肾素-血管紧张素-醛固酮系统  ===
肾素是一种天冬氨酸蛋白酶，可启动级联反应生成血管紧张素II——一种能升高血压和ECFV的强效血管收缩剂。表达肾素的细胞位于肾小球入口处的入球小动脉壁，因此被称为近球细胞（JG细胞）。肾素的合成和分泌受肾压力感受器、β-肾上腺素能受体和致密斑调控：  

# '''肾压力感受器'''：入球小动脉作为高压压力感受器发挥作用。当肾脏灌注压降低时，肾素分泌被激活；反之，灌注压升高则抑制肾素释放。  
# '''β-肾上腺素能受体'''：来自肾主神经的交感神经纤维密集支配入球小动脉。激活β-肾上腺素能受体可刺激肾素分泌。  

==== 血管紧张素II对肾单位各段的Na⁺重吸收具有刺激作用  ====
醛固酮主要刺激远端小管和集合管的Na⁺重吸收，对亨利袢升支粗段的作用较弱  血管紧张素II刺激抗利尿激素（AVP）分泌  

==== 利钠肽：ANP、BNP与尿扩张素（分泌效应：促进NaCl排泄）  ====
肾小球滤过率（GFR）  肾素分泌  醛固酮分泌（通过血管紧张素II间接作用及直接作用于肾上腺）  集合管对NaCl和水的重吸收  AVP分泌，并抑制AVP对远端小管和集合管的作用  

==== 抗利尿激素（AVP）（分泌效应：减少H₂O排泄）  ====
增加远端小管和集合管对H₂O的重吸收  

==== 肾交感神经  ====
如第33章所述，交感神经纤维支配肾小球入球及出球小动脉，以及肾单位细胞。ECF容量减少会激活低压力和高压力血管压力感受器，导致交感神经活动增强（包括支配肾脏的神经纤维）。这种刺激会产生以下效应：  

# '''入球与出球小动脉收缩'''（由α-肾上腺素能受体介导）。入球小动脉的血管收缩作用更显著，可降低肾小球毛细血管腔内的静水压，从而减少GFR。GFR降低会减少Na⁺滤过量。  
# '''激活近球细胞分泌肾素'''（由β-肾上腺素能受体介导）。后文将详述，肾素最终会升高血管紧张素II和醛固酮的循环水平，二者均可刺激肾单位重吸收Na⁺。  
# '''直接激活肾单位各段对NaCl的重吸收'''（由α-肾上腺素能受体介导）。由于近端小管重吸收的Na⁺量最大，因此交感神经活动增强对该节段的定量效应最为显著。  

综上，肾交感神经活动增强可减少NaCl排泄，这种适应性反应有助于ECFV恢复正常。当ECF扩张时，肾交感神经活动减弱，上述效应通常发生逆转。

==== 在细胞水平  ====
成年肾脏仅含有少量近球细胞（JG cells），这些细胞在稳态期间能产生足量肾素以维持血压、体液和电解质平衡。相比之下，低血压、脱水或钠缺乏等威胁稳态的情况需要更高水平的肾素来恢复血压及水电解质平衡。这种对肾素的更高需求通过募集肾小动脉沿途的额外细胞来生产肾素得以满足。这些被募集的细胞来源于完成肾脏形态发生后的肾素祖细胞，这些祖细胞已分化为小动脉平滑肌细胞。被募集的平滑肌细胞发生去分化，重新获得产生肾素的能力。  

肾素的合成与分泌由细胞内[Ca²⁺]的降低所刺激——这与大多数分泌细胞的反应相反（通常分泌由细胞内[Ca²⁺]升高触发）。相反，增加细胞内[Ca²⁺]的信号会抑制肾素分泌。肾素的分泌与释放主要受cAMP通路调控。与G蛋白α亚基偶联的β-肾上腺素能受体，以及JG细胞特异的腺苷酸环化酶V和VI，对JG细胞中cAMP的生成至关重要。cAMP的有效浓度是腺苷酸环化酶正向活性与钙调蛋白激活的磷酸二酯酶1C（calcium calmodulin-activated phosphodiesterase 1C）降解活性共同作用的结果。急性升高细胞内[Ca²⁺]可通过抑制腺苷酸环化酶活性和增强磷酸二酯酶活性来降低净cAMP生成。  

细胞外[Ca²⁺]通过钙敏感受体（CaSR）影响细胞内[Ca²⁺]。急性刺激CaSR会导致cAMP水平显著下降并抑制肾素释放。相反，慢性CaSR刺激会引起肾素水平升高。这些效应的具体亚细胞机制是当前研究的热点领域。

=== 肾素-血管紧张素-醛固酮系统的调控机制 ===
<nowiki>入球小动脉的牵张、血管紧张素-II（angiotensin-II）和内皮素（endothelin）通过增加细胞内\left[\mathrm{Ca^{++}}\right]浓度来抑制肾素分泌。交感神经活动对肾素分泌的刺激作用由去甲肾上腺素介导，后者通过\upbeta-肾上腺素能受体增加细胞内cAMP水平。前列腺素\mathsf{E}_{2}同样通过提升JG细胞cAMP水平刺激肾素分泌。利钠肽（natriuretic peptides）和一氧化氮（NO）则通过增加细胞内环磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate, cGMP）抑制肾素分泌。</nowiki>

致密斑（macula densa）对肾素分泌的调控机制复杂，涉及多种旁分泌因子，包括ATP、腺苷和前列腺素\mathsf{E}_{2}（详见第33章）。

图35.10概括了肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS）的核心组成。肾素本身不具生理功能，仅作为蛋白水解酶发挥作用。其底物是肝脏产生的循环蛋白——血管紧张素原（angiotensinogen）。肾素将血管紧张素原切割为10个氨基酸的肽段——血管紧张素I（angiotensin I）。血管紧张素I同样无已知生理功能，随后被血管内皮细胞表面存在的血管紧张素转化酶（angiotensin-converting enzyme, ACE）切割为8个氨基酸的肽段——血管紧张素II。肺和肾内皮细胞是血管紧张素I转化为血管紧张素II的重要场所。ACE还可降解强效血管舒张剂缓激肽（bradykinin）。血管紧张素II具有以下重要生理功能：

# 刺激肾上腺皮质分泌醛固酮  
# 引起小动脉血管收缩，升高血压  
# 刺激抗利尿激素（AVP）分泌和口渴反应  
# 增强近端小管、髓袢升支粗段、远端小管和集合管对NaCl的重吸收。其中近端小管的作用最为显著  

血管紧张素II是醛固酮（由肾上腺皮质球状带细胞分泌的主要盐皮质激素）的重要促泌素。远端小管后段和集合管通过表达盐皮质激素受体（mineralocorticoid receptor）及\mathbf{11}\mathsf{\upbeta}-羟类固醇脱氢酶2（11β-hydroxysteroid dehydrogenase 2），以及髓袢升支粗段和远端小管前段（程度较轻）赋予对醛固酮的敏感性。醛固酮与盐皮质激素受体结合，而该酶通过代谢另一类激素——糖皮质激素（glucocorticoids）来提升醛固酮的特异性，防止糖皮质激素占据盐皮质激素受体。

• 图35.10 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）核心组分的示意图。RAAS激活可减少肾脏Na+和水的排泄。注：血管紧张素I通过所有血管内皮细胞表面存在的血管紧张素转化酶转化为血管紧张素II。如图所示，肺内皮细胞在此转化过程中起重要作用。详见正文。

=== 醛固酮的肾脏作用 ===
醛固酮在肾脏中具有多种效应（另见第34、36和37章）。关于细胞外液容量（ECFV）的调节，醛固酮可刺激NaCl的重吸收。它通过增加主细胞顶膜中上皮钠通道（\mathrm{ENaC}）的数量和活性来促进Na+的进入。细胞基底外侧膜的Na+外排由Na+,K+ -ATP酶介导，其数量也受醛固酮上调。因此，醛固酮可增加远端肾单位对肾小管液中NaCl的重吸收，而醛固酮水平降低则会减少NaCl的重吸收量。

如框35.1所述，ECFV收缩时肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）被激活，导致肾脏NaCl排泄减少。ECFV扩张则会抑制RAAS，从而增加肾脏NaCl的排泄。

=== 临床意义  ===
肾上腺皮质疾病可改变醛固酮水平，从而损害肾脏维持Na+平衡和正常血容量（euvolemia）的能力。当醛固酮分泌减少（低醛固酮血症）时，主要由醛固酮敏感远端肾单位介导的NaCl重吸收降低，导致尿液中NaCl丢失。若尿NaCl丢失量超过饮食摄入量，则会出现Na+负平衡并导致ECFV减少。为应对ECFV收缩，交感神经张力增加，导致肾素、血管紧张素II和精氨酸加压素（AVP）水平升高。醛固酮分泌增加（高醛固酮血症）则产生相反效应：醛固酮敏感远端肾单位对NaCl的重吸收增加，排泄减少，导致ECFV扩张。这些效应会降低交感神经张力及肾素、血管紧张素II和AVP水平。后文将提到，此时心房钠尿肽（ANP）和脑钠尿肽（BNP）水平会升高。

=== 利钠肽（Natriuretic Peptides）  ===
多种内源性物质可作用于肾脏以增加NaCl排泄（见第34章）。目前对心脏和肾脏产生的利钠肽机制研究最为深入，以下将重点讨论。

心脏产生两种利钠肽：心房钠尿肽（ANP）由心房肌细胞合成并储存，脑钠尿肽（BNP）由心室肌细胞合成并储存。在容量扩张或心力衰竭导致心脏扩张时，两种肽类均会分泌。BNP和ANP可舒张血管平滑肌张力，并促进肾脏NaCl和水排泄。尿扩张素（urodilatin）是肾脏产生的利钠肽，可促进肾脏NaCl排泄。利钠肽通过以下机制拮抗RAAS对肾脏NaCl和水排泄的调节作用：

# 通过扩张入球小动脉和收缩出球小动脉，增加肾小球滤过率（GFR）及滤过的NaCl量；
# 抑制入球小动脉分泌肾素；
# 抑制醛固酮分泌：（a）间接通过减少肾素分泌，从而降低血管紧张素II诱导的醛固酮水平；（b）直接抑制肾上腺皮质球状带细胞的醛固酮分泌。

==== 抑制集合管的NaCl重吸收  ====
这一作用也部分由醛固酮水平降低引起。然而，利钠肽（natriuretic peptides）会增加cGMP，后者可抑制髓质集合管细胞顶膜（apical membrane）的阳离子通道，从而减少NaCl的重吸收。

==== 抑制垂体后叶分泌AVP及其对集合管的作用  ====
这些效应会减少集合管对水的重吸收，从而增加尿中水的排泄。

利钠肽的净效应是通过肾脏增加NaCl和水的排泄。

==== 精氨酸加压素（Arginine Vasopressin）  ====
如前所述，ECF容量减少会刺激垂体后叶分泌AVP。AVP水平升高可减少肾脏水分排泄，从而重建正常血容量（euvolemia）。

==== 正常血容量状态下NaCl排泄的调控  ====
维持Na⁺平衡（即正常血容量）需要精确平衡摄入量与排泄量。如前所述，肾脏是Na⁺排泄的主要途径。因此，在血容量正常的个体中，每日尿Na⁺排泄量等于Na⁺摄入量。

在限盐（即低盐饮食）条件下，尿液中几乎不出现Na⁺。相反，在摄入大量盐的个体中，肾脏Na⁺排泄量可超过1000 mEq/天。肾脏调整Na⁺排泄的时间进程（数小时至数天）取决于盐摄入量变化的幅度。与小幅度的盐摄入变化相比，适应大幅度的盐摄入变化需要更长时间。

图35.11显示了Na⁺沿肾单位转运的基本特征。肾小球滤过的Na⁺大部分（67%）由近端小管（proximal tubule）重吸收。另有25%由髓袢升支粗段（thick ascending limb）重吸收，剩余部分由远曲小管（distal tubule）和集合管重吸收。

• 图35.11  肾单位节段性Na⁺重吸收。各肾单位节段重吸收的Na⁺滤过负荷百分比已标注。CD：皮质集合管（cortical collecting duct）；DT：远曲小管（distal tubule）；PT：近端小管（proximal tubule）；TAL：升支粗段（thick ascending limb）。

正常成人每日Na⁺滤过量（负荷）约为25,000 mEq/天：

<nowiki>#</nowiki>公式35.1  

$$

<nowiki>\begin{array}{r l} &{\mathrm{Na}^{+}=(\mathrm{GFR})\times(\mathrm{Plasma}Na+)}\\ &{=(180\mathrm{L}/\mathrm{day})\times(140\mathrm{mEq}/\mathrm{L})}\\ &{=25,200\mathrm{mEq}/\mathrm{day}} \end{array}</nowiki>

$$

==== 维持恒定输送至远曲小管的 NaCl 的机制  ====
在典型饮食条件下，仅有不到 1\% 的滤过量通过尿液排出（约 140\mathrm{mEq/天}）。由于 Na+ 的滤过量极大，肾单位对其重吸收的微小变化即可显著影响 Na+ 平衡，从而影响细胞外液容量（ECFV）。例如，若 Na+ 排泄量从滤过量的 1\% 增至 3\%，则意味着每日额外损失约 500~\mathrm{mEq} 的 Na+。由于细胞外液的 Na+ 为 140~\mathrm{mEq/L}，这种 Na+ 损失将导致细胞外液容量减少超过 3\mathrm{L}（即水的排泄会伴随 Na+ 的损失以维持体液渗透压恒定：500~\mathrm{mEq/天} \div 140~\mathrm{mEq/L} = 3.6~\mathrm{L/天} 的体液损失）。对于一个 70\mathrm{kg} 的个体，这种体液损失相当于细胞外液容量减少 26\%。

在正常血容量的个体中，位于亨利袢（Henle loop）远端的肾单位节段（远曲小管和集合管）是调节 Na+ 重吸收以维持排泄量与饮食摄入量相适应的主要部位。然而，这并不意味着其他肾单位节段不参与此过程。由于远曲小管和集合管的重吸收能力有限，其他肾单位节段（即近曲小管和亨利袢）必须重吸收大部分滤过的 Na+。在正常血容量状态下，肾单位对 Na+ 的处理分为两个连续阶段：  

# '''近曲小管和亨利袢对 Na+ 的处理'''：将滤过 Na+ 量的相对恒定部分输送至远曲小管。这些肾单位节段的联合作用重吸收了约 92\% 的滤过 Na+，并将 8\% 输送至远曲小管。  
# '''远曲小管和集合管对 Na+ 的处理'''：最终通过尿液排出的 Na+ 量等于饮食摄入的 Na+ 量。  

==== 维持 NaCl 恒定输送至远曲小管的机制  ====
多种机制共同维持 Na+ 恒定输送至远曲小管的起始端。这些机制包括肾小球滤过率（GFR）的自身调节（从而调节滤过的 Na+ 量）、肾小球-小管平衡（glomerulotubular balance），以及亨利袢对 Na+ 重吸收的负荷依赖性（load dependency）。  

'''肾小球滤过率的自身调节'''（见第33章）可在较宽的灌注压范围内维持相对恒定的滤过率。由于滤过率恒定，滤过的 Na+ 量也保持恒定。  

尽管存在 GFR 的自身调节，仍可能出现微小波动。若这些变化未通过调整肾单位的 Na+ 重吸收进行补偿，Na+ 排泄量将发生显著改变。幸运的是，在正常血容量状态下（尤其是近曲小管），Na+ 重吸收会随 GFR 的变化而同步调整。这种现象称为'''肾小球-小管平衡'''。因此，若 GFR 增加，近曲小管重吸收的 Na+ 量也会增加；反之亦然（详见第34章）。

==== 远端小管和集合管NaCl重吸收的调节  ====
当Na+输送量恒定时，主要通过醛固酮敏感的远端肾单位（aldosterone-sensitive distal nephron）对Na+重吸收进行微小调整，足以平衡排泄与摄入。醛固酮是Na+重吸收（因而也是NaCl排泄）的主要调节因子。当醛固酮水平升高时，这些节段的Na+重吸收增加（\mathbf{\nabla}^{\prime}\mathrm{N}\mathbf{a}^{\dag}排泄减少）。当醛固酮水平降低时，Na+重吸收减少（NaCl排泄增加）。其他因素（如血管紧张素II、利钠肽）也被证明可改变Na+重吸收，但它们在正常血容量（euvolemia）状态下的作用尚不明确。  

只要膳食盐摄入量的变化较小，上述机制即可维持正常血容量。然而，这些机制无法有效处理Na+摄入量的显著变化，导致细胞外液容量（ECFV）扩张或收缩。在极端情况下，其他因素会作用于肾脏以调整Na+排泄，从而重建正常血容量状态。  

=== 容量扩张期间NaCl排泄的调控  ===
在ECFV扩张期间，高压和低压血管容量感受器向肾脏发送信号以增加NaCl和水的排泄。这些信号包括：  

# 肾交感神经活动降低。  
# 心脏分泌的ANP和BNP以及肾脏分泌的尿扩张素（urodilatin）释放减少。  
# 抑制神经垂体分泌AVP及其在集合管的作用。  
# 肾素分泌减少，进而减少血管紧张素II的生成。  
# 由于血管紧张素II水平降低和利钠肽水平升高，醛固酮分泌减少。  

肾单位对这些信号的整合反应如图35.12所示。对ECFV扩张的总体反应可分为三类（编号与图35.12中圈注对应）：  

# 肾小球滤过率（GFR）增加。GFR的增加主要源于交感神经活动降低。交感神经纤维支配肾小球的入球和出球小动脉，并控制其直径。交感神经活动降低导致小动脉扩张和肾血浆流量（RPF）增加。由于入球小动脉的效应似乎更显著，肾小球毛细血管内静水压升高，从而增加GFR。由于RPF的增加幅度大于GFR，滤过分数（filtration fraction，GFR/RPF）降低。利钠肽也通过扩张入球小动脉和收缩出球小动脉来增加GFR。因此，ECFV扩张时升高的利钠肽水平促进了这一反应。随着GFR的增加，Na+的滤过负荷也增加。
# 近端小管（proximal tubule）和亨利袢（loop of Henle）对Na+的重吸收减少。多种机制共同导致近端小管对Na+的重吸收降低。由于支配该肾单位节段的交感神经纤维（sympathetic nerve fibers）激活会刺激近端小管Na+重吸收，因此ECF扩张引起的交感神经活动减弱会降低Na+重吸收。此外，血管紧张素II（angiotensin II）可直接刺激近端小管的Na+重吸收。由于在此状态下血管紧张素II水平也降低，近端小管的Na+重吸收随之减少。近端小管两侧的Starling力也发生改变：肾小球毛细血管静水压升高会增加管周毛细血管（peritubular capillaries）的静水压。同时，滤过分数（filtration fraction）降低会减小管周毛细血管胶体渗透压（oncotic pressure）。这些毛细血管Starling力（即静水压和胶体渗透压）的改变会减少侧细胞间隙（lateral intercellular space）对溶质（如NaCl）和水的吸收，从而降低肾小管对NaCl的重吸收（该机制的完整描述参见第34章）。近端小管的滤过负荷（filtered load）增加和NaCl重吸收减少，导致更多NaCl被输送至亨利袢。由于交感神经激活、血管紧张素II和醛固酮（aldosterone）均可刺激亨利袢升支粗段（thick ascending limb）的NaCl重吸收，ECF扩张引起的神经活动减弱以及血管紧张素II和醛固酮水平降低，会减少升支粗段对NaCl的重吸收。因此，被输送至远端小管（distal tubule）的滤过负荷比例增加。

• 图35.12 ECF扩张的整合反应。数字对应正文中反应机制的描述。ANP：心房利钠肽（atrial natriuretic peptide）；BNP：脑利钠肽（brain natriuretic peptide）；GFR：肾小球滤过率（glomerular filtration rate）；P_{Na^+}：血浆[Na+]；R：\mathrm{Na^+}的肾小管重吸收；U_{Na^+}\dot{V}：\mathrm{Na^+}排泄率。

# 远端小管和集合管（collecting duct）对Na+的重吸收减少。如前所述，输送至远端小管的Na+量超过正常血容量状态（即输送至远端小管的Na+量与ECF扩张程度成正比）。增加的Na+负荷超过了远端小管和集合管的重吸收能力。由于血管紧张素II和醛固酮水平降低，以及利钠肽（natriuretic peptides）水平升高，NaCl的重吸收也受到抑制。

=== 对细胞外液容量扩张反应的最终环节——水排泄增加 ===
随着钠离子（Na+）排泄增加，血浆渗透压开始下降。这会减少精氨酸加压素（AVP）的分泌。此外，升高的钠尿肽（natriuretic peptide）水平也会抑制AVP分泌。钠尿肽还可抑制AVP对集合管的作用。这些效应共同减少集合管对水的重吸收，从而增加肾脏的水排泄。钠离子和水的排泄是协同进行的；正常血容量得以恢复，体液渗透压也回归正常水平。这种反应的时间进程（数小时至数天）取决于细胞外液容量（ECFV）扩张的程度以及持续的钠离子和水摄入量。若ECFV扩张程度较小，相关机制通常可在24小时内恢复正常血容量；若扩张程度较大，则可能需要数天时间。

总结而言，肾脏对ECFV扩张的反应涉及整个肾单位的协同作用：（1）滤过的钠离子量增加；（2）近端小管和髓袢对钠离子的重吸收减少（在此情况下不会发生肾小球-小管平衡）；（3）远曲小管和集合管对钠离子的重吸收因醛固酮水平降低而减少；（4）滤过钠离子的更大比例被排泄，从而恢复正常血容量。

• 图35.13  对ECFV收缩的整合反应。数字对应文中描述的响应步骤。ANP 心房钠尿肽；BNP 脑钠尿肽；GFR 肾小球滤过率；P_{Na+} 血浆[Na+]；R 肾小管对Na+的重吸收；U_{Na+}\dot{V}，Na+排泄率。

=== 容量收缩期间NaCl排泄的调控 ===
在ECFV收缩期间，高/低压血管容量感受器向肾脏发出信号以减少NaCl和水的排泄，从而恢复正常血容量。这些信号包括：

# 肾交感神经活动增强  
# 肾素分泌增加（导致血管紧张素II和醛固酮水平升高）  
# 心脏分泌的ANP/BNP和肾脏分泌的尿扩张素受到抑制  
# 神经垂体AVP分泌被激活  

下文将描述肾单位对这些信号的整合反应（见图35.13）。编号与图中对应：

# 肾小球滤过率（GFR）下降。由于肾交感神经活动增强，入球和出球小动脉发生收缩。由于入球小动脉的收缩效应更显著，肾小球毛细血管静水压下降，导致GFR降低。

由于肾血浆流量（RPF）的下降幅度大于GFR，滤过分数（filtration fraction）增加。GFR的降低减少了钠离子的滤过量。

= 关键概念  =

# 体液渗透浓度（osmolality）的调节（即稳态平衡）要求机体摄入的水量必须与丢失量完全匹配。水分通过显性（sensible）和非显性（insensible）机制从体内丢失。肾脏通过垂体后叶分泌的AVP调控水分排泄。当AVP水平升高时，尿量减少且尿液呈高渗状态。当AVP水平降低时，尿量增加且渗透浓度下降。  
# 近端小管（proximal tubule）和''Henle袢''（loop of Henle）对Na+的重吸收增加。多种机制增强了近端小管的Na+重吸收。例如，交感神经活性增强和血管紧张素II水平升高可直接刺激Na+重吸收。肾小球毛细血管内静水压的降低也减少了管周毛细血管的静水压。此外，如前所述，滤过分数（filtration fraction）的增加会提高管周胶体渗透压（oncotic pressure）。这些毛细血管Starling力的改变促进液体从细胞侧间隙（lateral intercellular space）进入毛细血管，从而增强近端小管对NaCl和水的重吸收（该机制的完整描述参见第34章）。交感神经活性增强以及血管紧张素II和醛固酮水平升高可刺激髓袢升支粗段（thick ascending limb）对Na+的重吸收。  
# 远曲小管（distal tubule）和集合管（collecting duct）的Na+重吸收增强。由于滤过减少以及近端小管和''Henle袢''重吸收增加，输送至醛固酮敏感性远端肾单位（aldosterone-sensitive distal nephron）的少量Na+几乎被完全重吸收。尽管交感神经活性和血管紧张素II水平升高也可能参与此反应，但醛固酮水平升高进一步增强了对该节段Na+重吸收的刺激。  

最后，远曲小管后段和集合管对水的重吸收因AVP而增强，其水平通过低压力和高压力血管容量感受器（low- and high-pressure vascular volume sensors）以及血管紧张素II的激活而升高。结果导致水排泄减少。由于肾脏以同等比例保留水和Na+，正常血容量（euvolemia）得以重建，体液渗透浓度恢复正常。重建正常血容量所需的时间（数小时至数天）和程度取决于ECF收缩的幅度、Na+和水的摄入量（肠内或肠外）以及持续的Na+和水的丢失量（显性和非显性）。  

简而言之，肾单位对ECFV收缩的应答涉及所有节段的协同作用：(1)滤过的Na+量减少；(2)近端小管和''Henle袢''的Na+重吸收增强（GFR降低而近端重吸收增加，因此在此情况下不发生肾小球-小管平衡（glomerulotubular balance））；(3)输送至醛固酮敏感性远端肾单位的Na+量减少，同时该节段对Na+和水的重吸收增强，从而几乎完全消除尿中Na+和水的排泄。  

= 关键概念  =

# 体液渗透浓度（osmolality）的调节（即稳态平衡）要求机体摄入的水量必须与丢失量完全匹配。水分通过显性（sensible）和非显性（insensible）机制从体内丢失。肾脏通过垂体后叶分泌的AVP调控水分排泄。当AVP水平升高时，尿量减少且尿液呈高渗状态。当AVP水平降低时，尿量增加且渗透浓度下降。