尿的浓缩和稀释

尿的浓缩或稀释，是以尿和血浆的渗透压(以渗透浓度来表达，单位为毫渗/升，即mOsm/L)相比较而言，如果尿的渗透压比血浆的高，称为浓缩尿；反之，则为稀释尿。在人体，尿极度浓缩时，尿的渗透浓度可高达1,200～1,400mOsm/L，约为血浆的4倍，尿的比重约为1.030～1.035；尿极度稀释时，其渗透浓度可降至30～40mOsm/L，比重约为1.001。
比较解剖学和比较生理学的实验研究表明，仅在有真正髓襻的鸟类和哺乳类动物，包括人类，才能排出浓缩尿；而且髓襻相对地越长，尿浓缩的能力越大。对缺水动物的肾进行冰冻切片，检查肾皮质和髓质各层组织液（包括细胞内液）的渗透浓度，发现肾皮质的组织液都是等渗的，肾髓质各层组织液的渗透浓度则由外而内逐步升高，形成一个浓度梯度，到接近乳头部时，可比血浆的渗透浓度高出数倍。由于髓襻和直小血管都呈U形，而且位于高渗的髓质区域，因此根据物理学原理推测，尿的浓缩和稀释过程主要是在肾髓质的这些结构中进行的，从而提出逆流系统假说来阐明尿的浓缩和稀释机理。
肾髓襻的逆流倍增作用 逆流系统假说包括两项内容：一为逆流倍增作用，一为逆流交换作用，其生理意义各不相同。所谓逆流是指液体从U形管的降支流入经过管底而由升支流出时液流方向相反而言。在哺乳动物的肾脏，只有那些髓旁肾单位(约占肾单位总数的15%) 具有较长的髓襻，最长的可伸至乳头部。当液体在这些髓襻中逆向流动时，由于升降两支的管壁通透性不同而形成了髓襻的纵向渗透浓度梯度，使得髓襻底部的渗透浓度比上部增加数倍（如图所示），这种现象便称为逆流倍增作用。关于髓襻纵向渗透浓度梯度的形成，根据目前的研究，首先是由于升支粗段把Cl-主动地转运出管外，Na+乃随之被动运出，同时，NaCl还可从升支细段向管外被动转运； 但水在整个升支中（包括粗段和细段）基本上不能向外通透。这就使得升支中的渗透浓度降低，而其周围组织液的浓度则有所提高。于是组织液中的NaCl顺着浓度差而被动地进入降支，降支中的水分则按渗透压原理而扩散入组织液，这样，降支的渗透浓度也就提高。经过升降支之间的逆向流动，降支中液体的渗透浓度递增，并在接近底部处达到最高；升支中液体浓度则由底部向外髓部相应地递减，在远曲小管开始处明显地变成低渗。髓襻的逆流倍增作用的生理意义是使髓质的组织间液形成了与降支相平衡的渗透浓度梯度，而这种高渗的组织间液正是远曲小管液最后通过集合管时形成浓缩尿的基础。

尿浓缩的机理——逆流系统假说示意图

除了Na和Cl离子外，尿素也是造成髓质高渗的重要成分。这里组织液中的尿素是由内髓部的集合管中透出的，可以被动地转运入髓襻升降两支的细段，然后经过远曲小管而聚积于皮质和外髓部的集合管中，在抗利尿激素作用下，一部分尿素可由内髓部的集合管转到组织液，其余的随尿排出（见图）。
髓质直小血管的逆流交换作用 肾髓质组织间液的高渗浓度梯度形成后能够保持相对稳定状态，有赖于血液在髓质的U形直小血管中逆向流动时不断地与其周围的组织间液被动地转运溶质和水（参见图的右半）。这种简单的物质转运形式称为逆流交换作用，其关键在于直小血管的管壁通透性很大。由于髓质的组织液中存在着高渗的浓度梯度，当血液在直小血管中流动时，髓质组织液中的NaCl和尿素等溶质得以透入直小血管的降支，相应地提高了其中血浆的渗透浓度；当血液返折于升支时，由于升支中血浆的渗透浓度略高于组织液，于是有一部分溶质透出管外而回到组织液。水的透过方向则与溶质相反。这种逆流交换的生理意义是使髓质组织液中的溶质不易被血流大量带走，从而能保持组织液的渗透浓度相对稳定。
集合管在尿浓缩和稀释过程中的作用 浓缩尿或稀释尿的最后形成，取决于集合管的通透性，以及集合管内与髓质间液的渗透平衡。机体在缺水时，抗利尿激素分泌增加，于是便加强了远曲小管和集合管，特别是后者对水的通透性，加之集合管系经过高渗的髓质区而至肾盏，故其中的水分大量外渗到髓质的组织间液中，直至达到渗透平衡时为止，这就极大地提高了集合管内尿液的渗透浓度，结果所排出的终尿将是浓缩尿； 如果机体内水分过多，则由于抗利尿激素的分泌受抑制，集合管中水分不被重吸收或吸收很少，于是终尿将是稀释尿。
激素对尿浓缩和稀释的调节 尿浓缩和稀释的过程受到一些激素的调节，抗利尿激素能加强远曲小管和集合管，特别是后者对水的重吸收。在机体缺水时，抗利尿激素分泌增加，于是小管液中的水分被重吸收而增加，这样一方面保存了体液中的含水量，另方面排出了少量高浓缩的尿。反之，当抗利尿激素分泌受阻时，则排出大量稀释尿。
醛固酮对肾的作用主要是“保钠排钾”，它在促进远曲小管和集合管对钠的重吸收的同时，继发地促进氯与水的重吸收，结果细胞外液量也等渗地增加。这是醛固酮的作用与抗利尿激素不同之处，因为后者只促进游离水的重吸收。所以醛固酮对水的重吸收作用固然明显地影响血浆量和尿量，但并不直接影响血浆和尿的渗透压，因而与尿的浓缩和稀释关系较小。
影响尿浓缩和稀释的因素 尿浓缩和稀释的过程受到下列因素的影响。
髓襻逆流倍增作用的减弱 凡肾脏疾患损及内髓，特别是乳头部组织时，将使尿浓缩能力减弱。例如慢性肾盂肾炎引起的肾髓质纤维化；肾囊肿引起的髓质萎缩；钙盐在肾髓质沉积等等，都将使髓质的逆流系统遭到不同程度的破坏，而减弱尿浓缩的能力。凡能影响髓襻升支粗段对Cl-主动转运的各种因素，必将影响尿量的排出。强效利尿药如速尿和利尿酸，其作用被认为是在于抑制髓襻升支粗段Cl-的主动转运，使髓质组织液的高渗梯度难于形成，从而极大地减少水的渗透性重吸收，引起稀释尿的大量排出。
此外，尿素在形成髓质组织液高渗梯度中起着重要作用，而尿素来自蛋白质的代谢，故在营养不良时，尿浓缩能力减弱。实验表明，给予尿素，可使缺乏蛋白质食物的大白鼠提高尿的浓缩能力。老年人尿浓缩能力衰退者，只要肾髓质结构正常，也可借助于蛋白质食物的增加而得到改善。
直小血管逆流交换作用的减弱 直小血管的逆流交换作用在保持肾髓质高渗梯度中起重要作用，故直小血管的血流变化也将影响尿的浓缩程度。例如当直小血管血流加快时，血浆中的NaCl和尿素等可被大量带走，以致髓质间液难以保持高渗；高血压病初期累及肾脏时，尿浓缩能力降低，也可从肾髓质小血管血流加快来得到解释。在失血性休克发展到一定程度时，由于交感神经兴奋，引起肾内血流量重新分布，皮质血管收缩，血流量减少；而髓质血管受神经作用较小，直小血管血流量相对地较多，结果髓质间液高渗梯度难以保持，以致患者不能排出浓缩尿。
集合管对水通透性的改变 如果集合管管壁本身有病变，如肾脏淀粉样变性必将影响到集合管对水的重吸收，使尿的浓缩能力降低。
此外，如果抗利尿激素释放减少或缺乏，造成集合管管壁对水的通透性显著降低时，尿液的浓缩程度将显著下降。
渗透物质和游离水的清除率 肾对尿浓缩和稀释的能力可以用渗透活性物质清除率 (简称渗透物质清除率Cosm)和游离水清除率(CH₂O)来测定。
渗透物质清除率系指单位时间内，有多少血浆清除了其中所含的与尿中相等的渗透物质总量，以ml/min为单位，其计算式如下：

上式V为单位时间内的尿量(ml/min),Uosm和Posm分别为尿和血浆中的渗透浓度(mOsm/L)，可以冰点下降法测定，也可简单地从比重来推算。正常成人在空腹时，渗透物质清除率约为2～3ml/min。
游离水清除率系指在单位时间内，肾的排尿量与渗透物质清除率之差，单位也为ml/min:
CH₂O=V-Cosm (2)
依照以上二式，如果尿和血浆的渗透浓度相等，即所排的是等渗尿，Uosm=Posm，则游离水清除率将为零(V-Cosm=0)。
如果尿为高渗，尿的渗透浓度比血浆的大得多，而尿量极少。如：Uosm=1200mOsm/L,Posm=300mOsm/L,V=0.5ml/min，则依上列二式：

游离水清除率为负值，可用符号TC_H2O来代表，其中的“C”表示在集合管中有水的净重吸收。由此说明游离水是由肾小管转运于血浆，也即肾有真正的游离水重吸收，其重吸收值相当于1.5ml/min。
反之，如尿为低渗，Uosm和Posm分别为30和300mOsm/L，尿量很多，假定为20ml//min，则：

CH₂O=20-2.0=18.0ml/min
这里，游离水清除率为正值，说明血浆中有一部分游离水被清除，从而使血浆渗透浓度回升。