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水代谢调节机制(内分泌学 水和电解质代谢性疾病)

导语:水代谢调节机制属于内分泌学下的水和电解质代谢性疾病分支内容。本篇围绕内分泌学 水代谢调节机制主题,主要讲述水代谢等方面医学知识。

正常人体体液及其组分的波动范围很小,以保持体液容量、电解质、渗透压和酸碱度等的相对恒定。水是体液的主要成分,正常人的总体液量占体重的百分比随增龄而下降;新生儿占体重的75%~80%,成人为55%~60%;男性比女性约高5%。总体液量分为细胞外液(占体重的20%~25%,其中血浆占体重的4%~5%,组织间液15%~20%)和细胞内液(占体重的35%~40%)两种。正常人每日水的排出和摄入是平衡的。成人需水量约1500~2500ml/d(生理需要量1500ml),或30~40ml/(kg·d)体重,或按每日摄入的热量估算(约1ml/kcal)。

水的代谢调节主要通过口渴感觉、抗利尿激素以及肾脏来调节,汗腺及呼吸也起部分调节作用。水摄入调节主要依赖于神经调节,当有效循环血容量减少、体液高渗或口腔黏膜干燥时,刺激下丘脑的渴感中枢,引起口渴而增加水的摄入量;当摄入量达到一定程度后,渴感消失。水的排泄主要依赖于抗利尿激素、醛固酮和肾的调节:

  1. 抗利尿激素:渗透压的变化作用于视上核和室旁核,通过抗利尿激素分泌的增减调节肾小管水的重吸收;
  2. 醛固酮:血容量的增减通过醛固酮的分泌变化来调节肾小管钠和水的重吸收;
  3. 肾脏:肾小球滤出原尿约170~180L/d,终尿约为1.5L/d,约99%的原尿在肾小管被重吸收,其中80%~85%被近端肾小管被动重吸收,但一般对尿量的影响不大。主要影响尿量的是远端肾小管对水的主动重吸收(受抗利尿激素的调节)。
  4. 心钠素(natriuretic factors):可对抗醛固酮的作用,对肾脏电解质(主要是Na+)和水的重吸收有调节作用。

渴感中枢调节渗透压

渴感中枢的敏感性降低时,水的摄入减少,尿液浓缩,渗透压增高,甚至因高渗而致死。口渴中枢位于下丘脑,其主要有效刺激物是血浆晶状体渗透压。当渗透压增高时,刺激传入大脑,即产生渴感,渴望饮水。相反,当血浆晶状体渗透压降低时,则渴感抑制而不思饮水。渴感刺激也可引起AVP的释放,促使肾脏重吸收水分;反之,抑制渴感随即抑制AVP的分泌,排尿增加。当总体液减缩1%~2%就可引起口渴感觉。失水超过失钠的严重失水(如沙漠水源断绝,上消化道肿瘤、炎症影响水的摄入)、尿崩症失水过多均可引起明显失水和口渴。注射高渗盐水或甘露醇后,虽总体水增加,但因渗透压升高,也会引起渴感。此外,渴感还受细胞外液容量、条件反射等影响。当血容量降低到5%~10%时,有效循环血量明显下降(如出血、腹泻等)则引起渴感,所以临床上出现无法解释的渴感常是内出血的一个重要信号。血容量下降刺激胸腔大血管及在心房的容量感受器,兴奋传至下丘脑,可能是产生渴感的原因之一。此外,肾素-血管紧张素系统也参与了口渴感觉的调节。渴感也可出现于大脑皮质功能紊乱的患者,如肿瘤、创伤、炎症等,可能系病损刺激下丘脑神经细胞所致。这类患者多无失水,甚至水过多,但患者仍感到烦渴,以致饮水过量,尿量增多。相反,也有失水伴失钠的患者,血浆渗透压无明显改变,因而并无渴感。故根据渴感判断机体是否失水还需结合临床及渗透压改变作全面分析,正确判断失水引起的高渗状态(hyperosmolar states)或低渗状态(hyperosmolar states)。

急性血浆渗透压升高时,交感神经兴奋。血浆渗透增高(如高钠血症)刺激前脑终板的渗透压受体(forebrain osmoreceptors),引起持续性交感神经兴奋和高血压。交感神经兴奋的传出纤维为下丘脑旁室核,后者又通过血管加压素-脊髓神经途径(vasopressinergic spinal pathway)和谷氨酸能神经纤维途径(glutamatergic pathway),进一步增强交感神经的兴奋性。

抗利尿激素调节水钠代谢

AVP主要由下丘脑视上核和室旁核神经细胞合成,经下丘脑-垂体束神经纤维的轴浆流进入神经垂体,贮存于神经末梢处。平常仅小量释放入血,当下丘脑受到传入信息的刺激时,较大量的AVP释放入血。AVP主要作用于肾远曲小管和集合管,以提高管腔细胞膜对水的通透性。AVP与肾集合管上皮细胞基底膜的特异受体结合,促进cAMP的生成,激活小管细胞周膜腺苷环化酶,使细胞内cAMP增多,继而活化蛋白激酶,使位于上皮细胞质膜管腔面的蛋白磷酸化,从而增加膜对水的通透性。

AVP的分泌受血浆渗透压调节。在限水或肾外丢失水时,细胞外液渗透压升高,刺激AVP释放,肾皮质和髓质集合管对水的通透性增大。由于肾髓质通过髓袢的反流倍增作用形成高渗状态,水在集合管被重吸收。反之,在水负荷情况下,细胞外液呈低渗,AVP释放减少。当血浆渗透压低于280mOsm/(kg·H2O),血AVP水平甚低,集合管对水的通透性很低或消失,此时,尽管髓质仍处于高渗状态,但是水不被重吸收,尿量增多。AVP释放还受容量感受器和其他非渗透压性因素如激素、精神因素、手术、体液因子和药物等影响。容量感受器位于左心房和胸腔大静脉处,其传入冲动经迷走神经传至下丘脑,能反射性调节AVP的合成和释放。当血容量过多时,心房和大静脉管壁受到较强的牵张,刺激由感受器传入抑制冲动,使AVP的释放减少。反之,作用相反。此外,颈动脉窦和主动脉弓压力感受器也参与AVP调节作用。

肾脏球-管平衡调节水代谢

水分由肾小球滤过又由肾小管重吸收。正常人由肾小球滤过的水分达170~180L/d,其中99%由肾小管重吸收,尿量仅1500ml/d左右。肾脏对水的重吸收分被动与主动吸收两种形式。近曲小管重吸收大量葡萄糖、氨基酸、电解质及其他物质,同时依靠其渗透压梯度重吸收水分,这是被动吸收水分的主要形式,约占水重吸收的80%~90%;其余在肾小管Henle袢升支及远曲小管、部分集合管被主动吸收。

目前认为,球-管平衡的维持水代谢的机制有以下几种可能:①物理因素调节,肾小管周围毛细血管中胶体渗透压能调节近曲小管钠和水的重吸收。当肾小球滤过率(GFR)增高时,滤过排泄分数(肾小球滤过率/肾血浆流量,GFR/ RPF)亦随之增加,由于无蛋白质的滤液增多,流入肾小管周围毛细血管的血液所含蛋白质浓度相对增高,毛细血管内的胶体渗透压也随之增高,从而促进近曲小管钠和水的重吸收。此外,肾小管周围毛细血管流体静水压也能调节近曲小管钠和水的重吸收。②体液因素调节,当GFR增高时,通过致密斑的钠量也增多,从而使球旁细胞肾素分泌增多,血管紧张素形成增多。血管紧张素-2(AT-2)增多引起入球小动脉收缩,结果使GFR下降,从而恢复了球-管平衡。反之,当GFR下降时,AT-2的生成减少,使入球小动脉舒张,GFR增高,也会恢复球-管平衡。③近曲小管重吸收速率调节,近曲小管钠、水重吸收增加时,小管内压下降,有利于肾小球的滤过。反之,当近曲小管钠、水重吸收减少时,小管内压增高,GFR随之下降,从而也能恢复球-管平衡。

肾单位功能的调节不仅受肾内因素还受肾外因素的调节,其中最明显的是下丘脑-AVP系统和肾素-血管紧张素-醛固酮(RAA)系统。