肾功能监测基础

    一、肾功能监测基础

    (一)肾脏的基本结构

    人体有两个肾脏，位于腹膜后。中国成人肾的长、宽、厚分别约为10．5～11．5cm，5～7．2cm，2～3cm，男性肾脏重量约为100～140g，女性略轻。

    肾由肾单位、肾小球旁器，以及肾间质、血管、神经等组成。肾单位是肾脏的基本功能单位，是制造尿液的主要场所。人体每个肾脏有100万～120万个肾单位，肾单位受到损伤后一般不能再生，老年人肾脏中有功能的肾单位逐渐减少，在这种情况下，剩余的肾单位可进行功能上的代偿。肾单位由肾小体(包括肾小球和肾小囊)及肾小管组成。肾小管分为近端肾小管、髓袢、远端肾小管以及连接小管四部分。髓袢又可分为直部(近端小管的垂直部分)、降支细段、升支细段和升支粗段。每一个远端小管最终流入集合管，集合管贯穿肾皮质层、外层髓质和内层髓质，在肾乳头处注入肾盂。

    肾小球旁器位于肾小球的血管极，包括一组具有特殊功能的细胞群，如入球小动脉终末部壁上的球旁颗粒细胞、致密斑，以及无颗粒的球外系膜细胞，其与肾素的分泌与调节密切相关。

    肾间质是填充于肾单位各部分和血管之间的组织，由间质细胞和细胞外基质组成。皮质部的Ⅰ型细胞是肾脏产生促红细胞生成素之处，肾髓质的间质细胞是前列腺素合成的主要场所。间质细胞可合成间质中的基质物质。

    (二)肾脏生理

    1．肾小球滤过功能　肾脏最主要的功能是维持身体的液体和离子的动态平衡，调节这些物质的排泄和重吸收。尽管只占全身体重的0．5%，但是肾脏能接受心输出量的20%～25%。这个构成了比其他重要脏器更多的单位体积血流量，确保有效的滤过。尽管肾动脉灌注压波动范围很大(80～180mmHg)，但是通过肾血管阻力的自动调节(入球和出球动脉)，使肾血流量维持稳定。其中肾素－血管紧张素、前列腺素和交感神经系统是最主要的调节因素。大约20%的肾血流(600mL/min)通过肾小球滤过，导致肾小球滤过率为120mL/min。肾小球滤过率由血流速、肾小囊中的静水压、毛细血管的超滤分数和滤过膜面积来决定。同时肾小球滤过膜的孔径屏障和电荷屏障，能有效限制相对分子质量大于菊粉(5200Da)的物质的通过和带负电荷的蛋白(白蛋白)的排出。

    2．肾小管重吸收和分泌功能　每天从血浆中通过超滤排泄的原尿约180L，但正常人每日排出的尿量仅1500mL左右，原尿中约99%以上的水和很多物质被肾小管重吸收。

    近端肾小管主要承担滤液的重吸收功能，滤过的葡萄糖、氨基酸100%重吸收，90%的碳酸氢根、70%的水和NaCl被重吸收。还与有机酸排泄有关。

    髓袢在逆流倍增过程中起着重要作用，维持髓质、间质的高张及尿液的浓缩和稀释。

    远端肾小管，特别是连接小管是调节尿液最终成分的主要场所。

    3．肾脏内分泌功能　肾脏也是一个重要的内分泌器官，所分泌的激素分为血管活性激素和非血管活性激素。血管活性激素参与肾的生理功能，调节肾脏的血流动力学和水盐代谢，它包括肾素、血管紧张素、前列腺素、激肽类等。肾生成的非血管活性激素主要作用于全身，包括α－羟化酶和促红细胞生成素等。

    4．肾内血流分布　肾血流主要供应肾皮质，来调节肾小球滤过和溶质重吸收。相反，肾髓质的血流速很低，以维持渗透压梯度和增加尿浓度。在髓质内，肾小管和直小血管呈发卡结构分布，通过逆流倍增来浓缩尿液浓度。氧气从动脉经过直小血管向静脉弥散，使外层髓质缺氧。在这个区域，髓襻升支粗段通过激活NaCl的重吸收形成渗透压梯度，这是一个高氧耗的过程。在正常情况下，肾髓质缺氧能被微电极感知，这已在多种哺乳动物中证实，包括人。髓质缺氧是哺乳动物为了成功浓缩尿液必须付出的代价。

    (三)急性肾衰竭病理生理

    急性肾衰竭(acute renal failure，ARF)是由各种原因引起的肾功能在短时间内急剧地进行性下降而出现的临床综合征，表现为血肌酐和尿素氮迅速升高，水、电解质和酸碱平衡紊乱，以及全身各系统并发症。常伴有少尿(＜400mL/d)、无尿(＜100mL/d)，有些为尿量无明显变化，称为非少尿型。

    1802年，William Herberden观察到肾脏功能损伤会造成少尿现象，称为“ischuria renalis”。1909年，Dr．Bright分析急性肾功能丧失的可能原因包括感染、外伤、药物等，当时称作“acute Bright’s disease”。到了第二次世界大战，许多学者发现非肾脏外伤也可引起急性肾损伤，称作“war nephritis”。一直到1951年，由Homer W Smith提出“急性肾衰竭(acute renal failure，ARF)”概念，他对急性肾损伤有较完整的生理、病理及临床观察。近年研究表明，肾功能轻度损伤即可导致ARF发病率及病死率增加，住院患者血清肌酐的轻微改变即与不良预后相关。因此，近年来国际肾脏病和急救医学界趋于用急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)取代ARF的概念。本书仍统一沿用ARF。

    ARF是一个综合征，而不是疾病分类学的诊断。依据病因的不同，在临床上常分为肾前性、肾性和肾后性ARF。

    1．肾前性　肾前性ARF是由于肾前因素使有效循环血容量减少、肾血流灌注量不足引起的肾功能损害。当休克或有效血容量严重不足时，肾血流(renal blood flow，RBF)可比正常时减少50%～70%。RBF的急剧减少，主要发生在肾小球所在的皮质部分，因此肾小球血液灌注显著降低，肾小球滤过率(glomerular filtration rate，GFR)随之下降。肾前性ARF多处于氮质血症期，肾组织尚未发生器质性改变，其GFR的改变多是可逆性的。然而，随着病情的不断进展，这种功能性的疾患亦可演变成为具有器质性损害的ARF。肾前性ARF在住院的ARF患者中约占50%。

    肾前性ARF主要的病理生理变化包括:①肾脏通过自动调节能够保证肾小球的正常血流，使肾小球灌注压保持在60～100mmHg。低血压时，交感神经系统兴奋，激活肾素－血管紧张素系统等，肾脏血流重新分布，肾皮质血流量减少，促进肾小管对钠、水、尿素和肌酐再吸收，尿量和尿钠排出减少，尿渗透压增加，尿素氮和肌酐增高，形成肾前性氮质血症。②非甾体抗炎药(nonsteroidal anti－inflammatory drugs，NSAIDs)和血管紧张素转换酶抑制剂(angiotensin converting enzyme inhibitors，ACEI)亦可对上述发病机制中的某些环节产生影响，使GFR降低。NSAIDs是前列腺素环氧化酶抑制剂，可抑制前列腺素的合成，抑制其对肾血管的扩张作用。ACEI类药物可抑制血管紧张素Ⅱ，使肾小球出球动脉扩张，引起肾灌注压降低，对GFR产生不利的影响。

    2．肾实质性 肾实质损害，约占所有ARF患者的25%～40%。从临床病理观点可将肾实质性急性肾衰竭分为肾血管阻塞、肾小球或肾微血管病、缺血性或肾毒性急性肾小管坏死、间质性肾炎等。大多数肾实质性急性肾衰竭是由缺血或肾毒素所致，常伴急性肾小管坏死(acute tubular necrosis，ATN)。肾脏血液灌注不足加上恢复不良是肾脏缺血的重要原因，大出血、感染性休克、血清过敏性反应等临床上较常见;而血清过敏性反应主要包括外源性毒素和内源性毒素两类。但肾缺血和肾毒性损伤往往不能截然分开，常交叉存在，如挤压综合征、感染性休克、大面积深度烧伤等。

    肾实质性ARF的主要病理生理包括:①肾脏管球反馈机制，即ARF时肾小管对钠、氯重吸收功能降低，使到达致密斑处的小管内液钠、氯浓度升高，促使肾素－血管紧张素作用于入球小动脉，肾小球内压力升高，阻力增大，RBF减少，进一步使GFR下降。由此可见，肾小管功能障碍直接影响GFR。②肾小管阻塞和滤液渗漏:肾小管上皮细胞变性坏死、脱落，与小管中刷状缘纤毛形成囊泡状物，与管腔液中Tamm－Horsfall蛋白形成管型，阻塞肾小管，造成小管内高压，使GFR下降，导致少尿。肾小管基底膜断裂，肾小管内原尿液反渗入间质，引起间质水肿，压迫肾单位，加重ARF。③肾血流动力学异常:主要为RBF不断下降，肾内血流重新分布，早期表现为肾皮质血流量减少，后期髓质尤其是外层髓质也出现缺血，重吸收能力减低。造成上述血流动力学障碍的原因很多，主要有:交感神经过度兴奋;肾内肾素－血管紧张素系统兴奋;肾内舒张血管性前列腺素(主要为PGI₂、PGE₂)合成减少，缩血管性前列腺素(血栓素A₂)产生过多;由于血管缺血，导致血管内皮损伤，血管收缩因子(内皮素)产生过多，舒张因子(NO)产生相对过少。目前认为本机制可能是最主要的:管－球反馈过强，造成肾血流及GFR进一步下降。④肾小管上皮细胞代谢障碍:主要为缺氧所致，表现为ATP明显减少，Na－K－ATP酶活性下降，使细胞内Na⁺、Cl^－浓度上升，K⁺浓度下降，细胞肿胀;Ca²⁺－ATP酶活性下降，使胞浆中Ca²⁺浓度明显上升，线粒体肿胀，能量代谢失常;细胞膜上磷脂酶因能量代谢障碍而大量释放，进一步促使线粒体及细胞膜功能失常;细胞内酸中毒等。⑤近来对生长因子以及细胞间黏附因子(ICAM－l)的研究取得了一定的进展，并发现应用ICAM－l单克隆抗体对缺血性ATN有保护作用。

    3．肾后性 由于尿路梗阻所致。肾后性氮质血症如能及时解除梗阻，肾功能可迅速改善，如长期梗阻超过几个月，则可造成不可逆转的肾损害。梗阻性肾病有以下特点:①尿量突然变为少尿或无尿，梗阻部位以上尿潴留，氮质血症日益加重;②有尿路梗阻或尿路感染既往史或有骨盆或腹膜后疾病史或手术史者;③有易患肾乳头坏死的病史，如糖尿病、镰状细胞病，滥用NSAIDs;④有膀胱排尿梗阻表现，如排尿困难、夜尿、尿频、排尿不畅等;⑤进行性肾衰竭而尿检无异常;⑥B型超声检查或静脉肾盂造影见双肾增大，有肾盂、肾盏、输尿管扩张积液现象;⑦放射性核素肾图见梗阻图形;⑧腹部X射线平片对诊断尿路结石有很大帮助，90%以上结石是不透过X射线的;⑨CT、MRI对测量肾脏大小、结构、诊断肾盂积水和发现结石、肿瘤均有帮助。