
在前面的学习中,我们已经了解了人体是如何通过消化系统将食物分解、吸收营养物质,以及通过呼吸系统获取氧气。这些营养物质和氧气经过血液循环系统的运输,被送往全身各处的细胞。细胞利用这些物质进行各种生命活动,产生能量来维持我们的身体运作。例如,运动、思考、消化食物,甚至是在安静休息时,细胞都在不间断地新陈代谢。在这些生命活动过程中,细胞除了利用营养物质释放能量之外,还会不可避免地产生一些代谢废物,如二氧化碳、水、尿素等。
这些代谢废物如果不能及时有效地排出体外,就会在体内逐渐蓄积,影响细胞的正常功能,甚至导致疾病发生。例如,尿素等含氮废物对细胞具有毒性,若长期滞留体内会影响神经系统和其他器官的健康。因此,及时排除代谢废物对维持人体健康和内环境的稳定具有非常重要的意义。
人体为此建立了完善的排泄系统,通过多种途径来清除体内产生的废物。其中,呼吸系统将二氧化碳排出体外,皮肤通过出汗排出一部分水分和盐分。而排除大部分代谢废物(尤其是尿素、多余的水和无机盐)的任务,则主要由泌尿系统来承担。泌尿系统不仅能够排出体内的有害物质,还对调节体内水盐平衡,维持血压稳定等起着关键作用。
本部分内容将带领我们详细探索人体是如何通过泌尿系统高效地清除代谢废物,保障内环境的稳定性,进一步理解人体自我调节与保护机制的奥秘。同时,我们还将了解泌尿系统在健康和疾病中的重要作用,以及日常生活中如何保护泌尿系统的健康。
人体细胞时刻都在进行新陈代谢。细胞呼吸分解有机物产生能量的同时,也产生了二氧化碳和水。蛋白质在体内分解代谢后,除了产生二氧化碳和水,还会产生含氮废物,主要是尿素。无机盐代谢也会产生一些废物。这些代谢废物必须及时排出体外。
排泄是指将细胞代谢产生的废物,以及体内过多的水分和无机盐等排出体外的过程。需要注意的是,排泄与排遗是两个不同的概念。排遗是指将食物消化后的残渣(如食物纤维、未消化的物质)通过粪便排出体外,这些残渣并没有进入细胞参与代谢,不属于代谢废物。
人体排泄代谢废物的途径主要有三条。
二氧化碳主要通过呼吸系统排出。细胞呼吸产生的二氧化碳进入血液,随血液运到肺部,通过肺泡与外界进行气体交换,随呼气排出体外。这是我们在呼吸系统学习中已经了解的内容。
水、无机盐和少量尿素可以通过皮肤排出。皮肤中有大量汗腺,汗腺分泌汗液。汗液的主要成分是水,还含有少量无机盐(主要是氯化钠)和尿素。夏天气温高时,我们会大量出汗,这不仅能排出代谢废物,还能通过汗液蒸发带走热量,起到调节体温的作用。
尿素、多余的水和无机盐主要通过泌尿系统以尿液的形式排出。泌尿系统是人体排泄的主要途径,在维持体内水盐平衡、排出代谢废物方面起着关键作用。
尿素是蛋白质代谢的主要废物,含有氮元素。如果尿素在体内蓄积,会对细胞产生毒害作用。因此,及时排出尿素对维持身体健康至关重要。肾功能衰竭的患者体内尿素蓄积,会出现尿毒症,危及生命。
人体的泌尿系统由肾脏、输尿管、膀胱和尿道组成。
肾脏是泌尿系统的主要器官,位于腹腔后壁,脊柱两侧,左右各一个,形状像蚕豆。肾脏的主要功能是形成尿液。每个肾脏重约120-150克,虽然体积不大,但功能强大。肾脏接受从心脏输出的大量血液,每天流经肾脏的血液约1500-1800升,相当于全身血液循环300次以上。
输尿管是连接肾脏和膀胱的管道,左右各一条。输尿管管壁有平滑肌,能够蠕动,将肾脏生成的尿液不断输送到膀胱。
膀胱是储存尿液的囊状器官,位于盆腔内。膀胱壁有平滑肌,富有弹性,能够扩张和收缩。正常成年人的膀胱容量约为300-500毫升。当膀胱中储存的尿液达到一定量时,膀胱壁受到牵拉刺激,产生尿意。
尿道是排出尿液的管道,从膀胱通向体外。当膀胱收缩、尿道括约肌舒张时,尿液就会排出体外,这个过程叫做排尿。
泌尿系统中各器官的分工明确,共同完成尿液的生成、运输、储存和排出。肾脏是核心器官,负责生成尿液;输尿管运输尿液;膀胱储存尿液;尿道排出尿液。

肾脏的内部结构很精细。从外向内,肾脏可分为肾皮质、肾髓质和肾盂三部分。肾皮质位于肾脏外层,颜色较深;肾髓质位于内层,呈锥体状;肾盂是肾脏中央的腔,与输尿管相连。
肾脏的基本结构和功能单位是肾单位,也叫肾小体。每个肾脏约有100万个肾单位。肾单位由肾小球、肾小囊和肾小管三部分组成。
肾小球是由毛细血管弯曲盘绕形成的血管球。肾小球外面包裹着肾小囊,肾小囊呈杯状,像一个双层的囊,肾小球就嵌在这个囊中。肾小球的血管壁和肾小囊的囊壁都很薄,适合进行物质的过滤。
肾小囊连接着一条细长弯曲的小管,叫做肾小管。肾小管周围也有丰富的毛细血管。肾小管最后汇入收集管,多条收集管汇合后通向肾盂。
肾单位的这种精巧结构是形成尿液的基础。血液流经肾小球时,一部分物质被过滤到肾小囊中,形成原尿。原尿流经肾小管时,有用的物质被重新吸收回血液,最终形成尿液。
肾脏虽然体积不大,但结构复杂、功能强大。两个肾脏共有约200万个肾单位,每天能够过滤约180升原尿,最终形成约1.5升尿液。肾脏昼夜不停地工作,维持着体内环境的稳定。
当血液流经肾小球时,除了血细胞和大分子蛋白质外,血浆中的其他成分,包括水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、尿素等小分子物质,都可以通过肾小球的毛细血管壁和肾小囊壁过滤到肾小囊中。这个过程叫做肾小球的滤过作用。
肾小球滤过作用的动力来自血压。心脏泵血产生的压力推动血液流经肾小球,在压力作用下,小分子物质被压出血管,进入肾小囊。肾小球毛细血管的管壁有许多小孔,加上肾小囊壁很薄,这些结构特点使滤过作用能够高效进行。
滤过到肾小囊中的液体叫做原尿。原尿的成分与血浆相似,含有水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、尿素等,但不含血细胞和大分子蛋白质。正常人每天形成的原尿约为180升,这是一个惊人的数字,相当于全身血浆的60倍。
原尿并不是最终的尿液。当原尿流经肾小管时,其中对身体有用的物质会被重新吸收回血液,这个过程叫做肾小管的重吸收作用。
肾小管周围有丰富的毛细血管,肾小管壁和毛细血管壁都很薄,便于物质交换。肾小管能够主动吸收原尿中的全部葡萄糖、大部分水分、部分无机盐,将它们送回血液。同时,肾小管对尿素不重吸收或只吸收很少一部分,使尿素浓度不断升高。
经过肾小管重吸收后,原尿的成分发生了很大变化。葡萄糖被全部重吸收,正常尿液中不含葡萄糖。大部分水分(约99%)被重吸收,尿液的量大大减少。无机盐根据身体需要选择性重吸收,多余的排出。尿素浓度大幅升高,从原尿中的0.03%升高到尿液中的2%,增加了约60倍。
最终形成的尿液主要成分是水、尿素和无机盐。正常人每天排出的尿液约1.5升,只是原尿量的1/120左右。这说明肾小管的重吸收作用非常强大,能够回收大部分有用物质和水分,同时将代谢废物浓缩排出。
让我们通过数据来理解尿液形成过程中物质的变化。
从表格可以清楚地看到,蛋白质不能通过肾小球滤过,血浆和原尿、尿液中都不含蛋白质。葡萄糖虽然能被滤过,但会被全部重吸收,尿液中正常不含葡萄糖。尿素和无机盐在重吸收过程中浓度大幅升高,成为尿液的主要成分。水分大部分被重吸收,只有很少部分随尿液排出。
肾脏通过滤过和重吸收两个过程形成尿液。这种“先过滤、再吸收”方式,既能彻底清除代谢废物,又能保留有用物质,体现了生物体精密调控的特点。肾脏是人体最精密的"过滤器"。

正常的新鲜尿液呈淡黄色,清澈透明,略有特殊气味。尿液的主要成分是水,约占95%。固体成分主要是尿素,约占2%,此外还有无机盐、尿酸、肌酐等,约占3%。
尿液的成分会受到多种因素影响。饮水多时,尿液稀释,颜色变浅,量增多;饮水少时,尿液浓缩,颜色变深,量减少。早晨起床后的第一次尿液通常颜色较深,浓度较高,因为夜间长时间没有饮水。运动后大量出汗,尿量会减少。
尿液成分的变化可以反映身体的健康状况。正常尿液中不应该含有葡萄糖和蛋白质。如果尿液中出现葡萄糖,可能患有糖尿病;如果出现蛋白质,可能有肾脏疾病;如果出现红细胞,可能泌尿系统有出血或炎症。因此,尿液检查是体检的重要项目之一。
让我们看一个关于饮水量与尿量关系的数据。
从图表可以看出,饮水量与尿量呈正相关关系。饮水量增加,尿量也相应增加,但尿量的增加幅度小于饮水量,这是因为还有部分水分通过皮肤、呼吸道等途径排出。即使饮水很少(如500毫升),肾脏仍会形成一定量的尿液(约500毫升),以排出代谢废物。这说明保证充足的饮水对维持正常的排泄功能非常重要。
尿液在肾脏中不断形成,通过输尿管流入膀胱。膀胱起到储存尿液的作用。当膀胱中的尿液达到一定量(通常约150-250毫升)时,膀胱壁受到牵拉刺激,刺激信号通过神经传到大脑,产生尿意。
排尿是一个受神经系统控制的复杂过程。当膀胱充盈到一定程度,产生尿意后,大脑发出指令,膀胱壁的平滑肌收缩,尿道括约肌舒张,尿液就从尿道排出体外。成年人可以在一定程度上随意控制排尿,但婴幼儿的神经系统发育不完善,不能很好地控制排尿,这就是为什么小婴儿需要用尿布的原因。
正常成年人每天排尿4-6次,每次尿量约200-400毫升,24小时总尿量约1000-2000毫升。尿量会受到饮水量、气温、运动、情绪等多种因素影响。
排尿对维持身体健康具有重要意义。
排尿能够排出代谢废物。尿素是蛋白质代谢的主要废物,具有毒性,必须及时排出。如果肾功能衰竭,尿素在体内蓄积,会引起尿毒症,危及生命。
排尿能够调节体内水分平衡。人体需要维持相对稳定的水分含量。当饮水多、体内水分过多时,肾脏会增加尿量,排出多余水分;当饮水少、体内水分不足时,肾脏会减少尿量,保留水分。肾脏就像一个精密的调节阀,时刻调节着体内的水分。
排尿能够调节无机盐平衡。体内需要维持钠、钾、钙等无机盐的适宜浓度。当某种无机盐过多时,肾脏会增加其排出量;当不足时,肾脏会减少排出或加强重吸收。这种调节功能对维持内环境稳定至关重要。
排尿能够调节血液的酸碱平衡。肾脏可以选择性地排出氢离子或碳酸氢根离子,调节血液的pH值,使其维持在7.35-7.45的正常范围。
肾脏不仅是排泄器官,更是重要的调节器官。它通过形成和排出尿液,维持体内水分、无机盐、酸碱的平衡,保持内环境的稳定,这对生命活动至关重要。
泌尿系统疾病会严重影响身体健康。常见的疾病包括肾炎、肾结石、膀胱炎、尿路感染等。
肾炎是指肾脏发生炎症,肾小球或肾小管受损。急性肾炎常由链球菌感染引起,患者会出现血尿、蛋白尿、水肿、高血压等症状。慢性肾炎病程长,可能逐渐发展为肾功能衰竭。
肾结石是泌尿系统的常见病。尿液中的某些成分(如钙盐、尿酸等)浓度过高时,会结晶沉淀,形成结石。小结石可以随尿液排出,大结石会堵塞输尿管,引起剧烈疼痛,医学上称为肾绞痛。2021年,浙江一位35岁男性因长期不喝水、常喝碳酸饮料,肾脏里形成了420颗结石,医生用了两个小时才取出,这个极端案例提醒我们养成良好饮水习惯的重要性。
膀胱炎和尿路感染通常由细菌感染引起,患者会出现尿频、尿急、尿痛等症状。女性因尿道较短,更容易发生尿路感染。
肾功能衰竭是最严重的肾脏疾病。肾功能严重受损后,无法正常形成尿液,代谢废物在体内蓄积,导致尿毒症。尿毒症患者需要定期进行血液透析(俗称“洗肾”),或者进行肾移植。2022年中国慢性肾脏病患者约1.2亿人,约占成年人口的10.8%,肾脏疾病已成为重要的公共卫生问题。
保护泌尿系统健康,首先要养成良好的饮水习惯。每天应饮水1500-2000毫升,使尿液保持稀释状态,既能及时排出代谢废物,又能预防结石形成。有些人工作忙,常常忘记喝水,这是不好的习惯。应该主动饮水,不要等到口渴才喝。
其次,不要憋尿。有尿意时应及时排尿,长时间憋尿会使膀胱过度充盈,损伤膀胱肌肉,还容易引起尿路感染。有些学生上课时不好意思去厕所而憋尿,这是应该避免的。
另外,注意个人卫生。每天清洗外阴,保持清洁干燥,预防尿路感染。女性更应注意,经期要特别注意卫生。
合理饮食也很重要。不要过多摄入高蛋白、高盐、高钙食物,以免增加肾脏负担或促进结石形成。多吃新鲜蔬菜水果,保持营养均衡。
积极预防和治疗感染性疾病。感冒、扁桃体炎等感染如果治疗不彻底,可能引发肾炎。一旦发现这些疾病,要及时就医,彻底治疗。
定期体检也很重要。尿常规检查能够早期发现肾脏疾病。血压、血糖、血脂异常也会损害肾脏,要定期监测。高血压、糖尿病患者尤其要注意保护肾脏。
避免滥用药物。有些药物对肾脏有毒性作用,如某些抗生素、止痛药等。用药应遵医嘱,不要自行长期大量使用。
肾脏疾病早期往往没有明显症状,容易被忽视。当出现明显症状时,往往已经比较严重。因此,定期体检、早期发现、早期治疗非常重要。如果出现尿量异常、尿液颜色改变、水肿、腰痛等症状,应及时就医。
第一题:下表是某人血浆、原尿和尿液的成分比较(单位:克/100毫升)。请根据表格回答问题。
(1)比较血浆和原尿的成分,说明肾小球有什么功能?
(2)原尿中含有葡萄糖,而尿液中不含葡萄糖,这说明什么?
(3)尿液中尿素浓度比原尿高很多,这是为什么?
(4)如果某人尿液中检出葡萄糖和蛋白质,可能分别患什么病?
答案: (1)比较血浆和原尿成分的变化: 血浆中含有蛋白质(8.0克/100毫升),而原尿中不含蛋白质(0克/100毫升)。血浆和原尿中葡萄糖、尿素、无机盐的浓度完全相同。
说明肾小球的功能: 肾小球具有滤过作用。当血液流经肾小球时,小分子物质(如水、葡萄糖、尿素、无机盐等)能够通过肾小球的毛细血管壁和肾小囊壁,被滤过到肾小囊中,形成原尿。大分子物质(如蛋白质)和血细胞不能通过,仍留在血液中。因此,原尿中含有与血浆浓度相同的葡萄糖、尿素和无机盐,但不含蛋白质。
这种选择性滤过的特点保证了:一方面,代谢废物能够从血液中滤出;另一方面,重要的大分子物质不会丢失。
(2)原尿中含有葡萄糖(0.1克/100毫升),而尿液中不含葡萄糖(0克/100毫升),说明葡萄糖在从原尿到尿液的过程中被重新吸收了。
具体解释: 这个过程发生在肾小管。当原尿流经肾小管时,肾小管具有重吸收作用,能够主动吸收原尿中对身体有用的物质,将它们送回血液。葡萄糖是人体重要的能量物质,会被肾小管全部重吸收,因此正常尿液中不含葡萄糖。
这种重吸收功能避免了有用物质的浪费,体现了肾脏的精密调节作用。肾小管周围有丰富的毛细血管,肾小管壁和毛细血管壁都很薄,便于物质交换,这是结构与功能相适应的体现。
(3)尿液中尿素浓度(2.0克/100毫升)比原尿中(0.03克/100毫升)高约67倍,原因有两个方面:
第一,水分大量被重吸收。原尿流经肾小管时,约99%的水分被重吸收回血液,只有约1%随尿液排出。水分减少,但尿素总量基本不变(肾小管对尿素不重吸收或只吸收很少一部分),导致尿素浓度大幅升高。这就像一杯糖水,水蒸发了,糖的浓度就升高了。
第二,原尿量大,尿液量小。正常人每天形成约180升原尿,但只排出约1.5升尿液,尿液只是原尿的1/120。体积缩小,尿素浓度自然大幅升高。
这种浓缩作用非常重要,既能彻底清除代谢废物,又能避免排出过多水分,保持体内水分平衡。
(4)如果尿液中检出葡萄糖和蛋白质,可能的疾病:
尿液中出现葡萄糖(尿糖):可能患糖尿病。 原因:糖尿病患者血糖浓度过高,当血糖超过一定水平(约160-180mg/100ml,称为肾糖阈)时,肾小管无法将滤过的全部葡萄糖重吸收,多余的葡萄糖就会随尿液排出,出现尿糖。尿糖是糖尿病的重要诊断指标之一。
需要注意:并非所有尿糖都是糖尿病。短时间内大量进食糖类食物,血糖暂时升高,也可能出现尿糖,这叫生理性糖尿,不是疾病。因此,诊断糖尿病需要结合空腹血糖、糖化血红蛋白等多项指标。
尿液中出现蛋白质(蛋白尿):可能患肾炎等肾脏疾病。 原因:正常情况下,蛋白质分子较大,不能通过肾小球滤过,血浆和原尿、尿液中都不应含蛋白质。如果肾小球的滤过膜受损(如肾炎、肾病综合征等),通透性增加,蛋白质就会漏到原尿中,并随尿液排出,出现蛋白尿。蛋白尿是肾脏疾病的重要信号。
需要注意:剧烈运动后、发热时,也可能出现少量暂时性蛋白尿,休息后消失,这是生理性的。如果持续出现蛋白尿,则要警惕肾脏疾病,需要及时就医检查。
知识点:本题综合考查尿液形成的过程,包括肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用。要求学生能够通过比较血浆、原尿、尿液的成分差异,理解尿液形成的机制,并能分析尿液成分异常的原因和意义。
第二题:某研究小组测定了不同饮水量情况下一天的尿量和尿液中尿素浓度,结果如下表:
(1)分析饮水量与尿量、尿素浓度的关系。
(2)为什么饮水多时尿液稀释,但尿素排出总量反而增加?
(3)如果一个人长期饮水很少,对泌尿系统有什么影响?
(4)医生为什么建议每天饮水1500-2000毫升?
答案: (1)饮水量与尿量、尿素浓度的关系:
饮水量与尿量的关系: 饮水量越多,尿量越多,两者呈正相关。饮水1000毫升,尿量1000毫升;饮水2500毫升,尿量2100毫升。尿量增加幅度略小于饮水量增加幅度,因为还有部分水分通过皮肤(汗液)、呼吸道(呼出的水蒸气)等途径排出。
饮水量与尿素浓度的关系: 饮水量越多,尿素浓度越低,两者呈负相关。饮水1000毫升时,尿素浓度为2.5克/100毫升;饮水2500毫升时,尿素浓度降为1.5克/100毫升。这是因为饮水多时尿液稀释,虽然尿素总量不变或略有增加,但浓度降低。
(2)饮水多时尿液稀释,但尿素排出总量反而增加的原因:
第一,肾脏血流量增加。饮水多时,血容量增加,流经肾脏的血液量增多,肾小球滤过率提高,形成的原尿量增加,更多的尿素被滤出到原尿中。
第二,肾脏功能改善。充足的水分使肾脏工作在较好的状态,滤过和排泄功能更高效。水分充足时,尿素更容易从血液中滤出并排出体外。
第三,尿液稀释促进排泄。尿液稀释时,尿素浓度梯度更大,有利于尿素从血液向尿液的扩散和排泄。
第四,身体代谢改善。水分充足时,全身代谢更旺盛,蛋白质代谢产生的尿素量可能略有增加。
从数据看:饮水1000毫升时,尿素排出25克;饮水2500毫升时,尿素排出31.5克,增加了6.5克,增幅26%。这说明充足饮水有利于代谢废物的排出。
(3)长期饮水很少对泌尿系统的影响:
第一,肾结石风险增加。饮水少,尿液浓缩,尿液中的钙盐、尿酸等物质浓度升高,容易析出结晶,形成结石。肾结石会引起肾绞痛、血尿、尿路梗阻等问题。临床研究表明,饮水少是肾结石的重要危险因素。
第二,尿路感染风险增加。尿液有冲刷尿道的作用,能将细菌冲走。饮水少,尿量少,细菌在尿道停留时间长,容易繁殖,引起尿路感染。表现为尿频、尿急、尿痛等。
第三,代谢废物排出不畅。饮水少时,尿量减少,虽然尿素浓度升高,但总排出量减少(如表格中饮水1000毫升只排出25克尿素)。代谢废物在体内蓄积时间长,浓度升高,可能对细胞产生毒害作用。
第四,肾脏负担加重。为了在尿量减少的情况下排出足够的代谢废物,肾小管需要更努力地浓缩尿液,肾脏长期在高负荷状态下工作,容易受损。
第五,其他健康问题。饮水少还会导致便秘、皮肤干燥、血液黏稠度增加等问题,影响整体健康。
(4)医生建议每天饮水1500-2000毫升的原因:
第一,保证充足尿量。每天饮水1500-2000毫升,可以产生约1400-1700毫升尿液(如表格数据),这个尿量能够充分稀释尿液,有效排出代谢废物,预防结石形成。
第二,最佳的尿素排泄。从表格数据看,饮水1500-2000毫升时,尿素排出量为28-30.6克,既能有效排出代谢废物,又不会过度稀释尿液。尿素浓度在1.8-2.0克/100毫升,既不会因为过度浓缩引起肾脏负担,也不会因为过度稀释而降低排泄效率。
第三,平衡补充与排出。人体每天通过尿液排出约1500毫升水分,通过皮肤蒸发和呼吸排出约500-1000毫升水分,还有食物中含有约500-700毫升水分,体内代谢产生约300毫升水分。综合计算,每天需要从饮水中补充1500-2000毫升水分,才能维持水平衡。
第四,促进整体健康。充足饮水不仅有利于泌尿系统,还能促进血液循环、帮助消化、调节体温、保持皮肤健康等。
第五,安全适宜。这个饮水量对大多数人来说既安全又有效,不会对肾脏造成过度负担,也不会导致水中毒。当然,具体饮水量还要根据年龄、体重、活动量、气温等因素调整。
实用建议:分次饮水,每次150-200毫升,不要一次大量饮水;口渴是缺水的信号,要主动饮水,不要等到口渴才喝;早晨起床、运动后、睡前要适量饮水。
知识点:本题综合考查饮水与泌尿系统功能的关系,要求学生能够分析数据,理解尿液形成和排泄的机制,认识充足饮水对健康的重要性,培养健康的生活习惯。
第三题:下图是肾单位结构示意图(假设A是肾小球,B是肾小囊,C是肾小管,D是入球小动脉,E是出球小动脉,F是肾小管周围的毛细血管)。请根据图示回答问题。
(1)血液流经肾单位的路径是怎样的?
(2)尿液形成的两个主要过程分别在哪里进行?
(3)如果E(出球小动脉)堵塞,会对尿液形成产生什么影响?为什么?
(4)为什么肾小管周围要有丰富的毛细血管?
答案: (1)血液流经肾单位的路径: 入球小动脉(D)→ 肾小球(A)→ 出球小动脉(E)→ 肾小管周围的毛细血管(F)→ 小静脉
详细说明: 血液从肾动脉进入肾脏,经过多级分支,形成入球小动脉。入球小动脉进入肾小囊,弯曲盘绕形成肾小球。血液流经肾小球时,发生滤过作用。流出肾小球的血液不是直接进入静脉,而是形成出球小动脉。出球小动脉再次分支,形成毛细血管网,缠绕在肾小管周围。这些毛细血管参与肾小管的重吸收作用,然后汇合成小静脉,最后汇入肾静脉流出肾脏。
这种血管分布的特点: 第一,肾小球本身是毛细血管,入球小动脉和出球小动脉之间是毛细血管,这种"动脉→毛细血管→动脉"的结构在人体中比较特殊。 第二,血液在肾脏中经过两次毛细血管(肾小球毛细血管和肾小管周围毛细血管),为两次物质交换(滤过和重吸收)提供了结构基础。 第三,这种精密的血管结构保证了肾脏高效的滤过和重吸收功能。
(2)尿液形成的两个主要过程及其发生部位:
第一个过程:肾小球的滤过作用,发生在A(肾小球)和B(肾小囊)之间。 当血液流经肾小球时,在血压作用下,血浆中的小分子物质(水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、尿素等)通过肾小球毛细血管壁和肾小囊壁,滤过到肾小囊腔中,形成原尿。大分子物质(如蛋白质)和血细胞不能滤过,留在血液中。
第二个过程:肾小管的重吸收作用,发生在C(肾小管)处。 当原尿流经肾小管时,肾小管主动吸收原尿中有用的物质(全部葡萄糖、大部分水分、部分无机盐),通过肾小管壁将它们送回F(肾小管周围的毛细血管)中的血液。尿素不被重吸收或只吸收很少一部分,浓度不断升高。经过重吸收后,原尿变成尿液。
这两个过程的关系: 滤过是"全面过滤",将小分子物质都滤出;重吸收是"选择回收",将有用物质收回。两个过程配合,既彻底清除了代谢废物,又保留了有用物质,体现了肾脏的精密调控功能。
(3)如果出球小动脉(E)堵塞,会对尿液形成产生严重影响:
第一,肾小球滤过压升高。出球小动脉堵塞,肾小球的血液流不出去,肾小球内血压急剧升高,滤过压增大,短期内滤过率可能增加,原尿量增多。
第二,肾小球血流淤滞。血液在肾小球内流动缓慢,停留时间长,更多的物质被滤出,可能导致异常物质(如蛋白质)也被滤出。
第三,肾小管缺血。出球小动脉堵塞,无法形成肾小管周围的毛细血管网,肾小管得不到血液供应,缺血缺氧。肾小管细胞的重吸收是主动运输,需要消耗能量,缺氧时重吸收功能严重下降。
第四,重吸收障碍。由于肾小管缺血,重吸收功能减弱或丧失,原尿中的葡萄糖、水分、无机盐等不能被有效重吸收,大量随尿液排出。患者会出现多尿、尿糖、低血糖、脱水、电解质紊乱等症状。
第五,肾功能受损。长期堵塞会导致肾小球和肾小管坏死,肾功能永久性损伤,可能发展为肾衰竭。
这说明肾脏的血液供应非常重要,任何影响肾脏血流的因素(如血栓、动脉硬化、休克等)都会严重损害肾功能。
(4)肾小管周围需要有丰富的毛细血管(F)的原因:
第一,物质交换的需要。肾小管的重吸收作用是将原尿中的有用物质(葡萄糖、水分、无机盐等)送回血液。这些物质从肾小管腔进入肾小管上皮细胞,再从上皮细胞进入周围的毛细血管。丰富的毛细血管提供了充足的"接收场所",使重吸收的物质能够迅速进入血液循环,避免在肾小管周围蓄积。
第二,浓度梯度的维持。毛细血管中的血液不断流动,将重吸收的物质带走,维持了肾小管周围组织液与毛细血管之间的浓度差,使重吸收能够持续高效地进行。如果没有丰富的毛细血管,重吸收的物质无法及时运走,浓度升高,就会影响进一步的重吸收。
第三,营养和氧气的供应。肾小管上皮细胞进行主动重吸收需要消耗大量能量,需要充足的氧气和营养物质。丰富的毛细血管为肾小管细胞提供氧气和营养,保证其旺盛的代谢活动。
第四,结构与功能相适应。肾小管周围毛细血管的这种分布特点,与肾小管的重吸收功能高度适应。毛细血管壁很薄(只有一层上皮细胞),肾小管壁也很薄,两者紧密接触,物质交换距离短,效率高。
第五,血液的再利用。从肾小球流出的血液通过出球小动脉到达肾小管周围,这样血液在肾脏中有两次发挥作用的机会:第一次在肾小球滤过,第二次在肾小管重吸收。这种设计非常精妙,提高了血液的利用效率。
知识点:本题考查肾单位的结构和功能,要求学生理解肾脏独特的血液循环特点,掌握尿液形成的过程,能够分析肾脏结构异常对功能的影响,认识生物体结构与功能相适应的特点。
第四题:某医院对一位患者进行了尿液检查,结果如下:
该患者还有口渴、多饮、乏力、体重下降等症状。
(1)这位患者的尿液检查有哪些异常?
(2)根据检查结果和症状,这位患者可能患什么病?为什么?
(3)为什么正常尿液中不含葡萄糖,而该患者尿液中出现葡萄糖?
(4)如果不及时治疗,这种疾病会对身体造成什么危害?
答案: (1)患者尿液检查的异常项目:
第一,尿量异常增多。患者24小时尿量为3500毫升,而正常范围是1000-2000毫升,尿量明显增多,接近正常上限的2倍。这种尿量异常增多的现象称为多尿。
第二,尿糖阳性。正常尿液中不含葡萄糖,尿糖应为阴性。该患者尿糖阳性(++),说明尿液中含有较多葡萄糖。
第三,尿酮体阳性。正常尿液中不含酮体,该患者尿酮体阳性(+),说明体内脂肪代谢异常,产生了酮体并随尿液排出。
第四,尿比重偏高。尿比重反映尿液的浓缩程度,正常为1.015-1.025。该患者尿比重为1.030,偏高,说明尿液中溶质(主要是葡萄糖)含量增加。
尿蛋白阴性,这是正常的,说明肾小球滤过膜功能正常。
(2)根据检查结果和症状,该患者可能患糖尿病。
判断依据:
症状方面: 患者有"三多一少"的典型症状:多尿(尿量3500毫升)、多饮(口渴、多饮)、多食(虽然题中未明确说明,但糖尿病患者常有)、体重下降(消瘦)。这是糖尿病的典型临床表现。
检查结果方面: 尿糖阳性是关键指标。正常人尿液中不含葡萄糖,出现尿糖提示血糖升高。尿酮体阳性说明因为糖利用障碍,身体开始分解脂肪供能,产生酮体。乏力是因为细胞不能有效利用葡萄糖,能量不足。
病理机制: 糖尿病是由于胰岛素分泌不足或作用障碍,导致血糖升高。血糖超过肾糖阈(约160-180mg/100ml)时,肾小管无法将滤过的全部葡萄糖重吸收,多余的葡萄糖随尿液排出,出现尿糖。尿液中的葡萄糖产生渗透作用,带走大量水分,导致多尿。多尿又引起失水,刺激口渴中枢,出现多饮。
确诊需要: 虽然根据症状和尿液检查可以初步判断为糖尿病,但确诊需要进行空腹血糖、餐后2小时血糖、糖化血红蛋白等检查。空腹血糖≥7.0mmol/L或餐后2小时血糖≥11.1mmol/L可诊断为糖尿病。
(3)正常尿液中不含葡萄糖,而该患者尿液中出现葡萄糖的原因:
正常情况: 血浆中含有少量葡萄糖(约0.1克/100毫升,相当于80-120mg/100ml)。当血液流经肾小球时,葡萄糖作为小分子物质,能够被滤过到原尿中。但在原尿流经肾小管时,肾小管会主动将全部葡萄糖重吸收回血液,因此尿液中不含葡萄糖。
肾小管重吸收葡萄糖是有限度的,当血糖浓度正常(80-120mg/100ml)时,滤过的葡萄糖量在肾小管的重吸收能力范围内,可以被全部重吸收。
患者的异常情况: 糖尿病患者血糖浓度大幅升高,可能达到200、300甚至更高(mg/100ml)。血糖越高,经肾小球滤过到原尿中的葡萄糖量就越多。当血糖超过160-180mg/100ml(肾糖阈)时,滤过的葡萄糖量超过了肾小管的最大重吸收能力,多余的葡萄糖无法被重吸收,就会随尿液排出,出现尿糖。
形象比喻: 肾小管重吸收葡萄糖就像一个水泵抽水。正常情况下,水不多,水泵能把水全部抽走。但当水太多,超过了水泵的最大抽水能力,就会有水溢出。同样,当血糖过高,葡萄糖量超过肾小管的重吸收能力,就会有葡萄糖"溢"到尿液中。
需要注意: 尿糖是糖尿病的重要信号,但并非所有尿糖都是糖尿病。短时间大量摄入糖类也可能出现暂时性尿糖。反过来,有些糖尿病早期患者肾糖阈升高,血糖虽高但可能不出现尿糖。因此,诊断糖尿病主要依靠血糖检测,尿糖只是参考指标。
(4)如果不及时治疗,糖尿病会对身体造成严重危害:
急性并发症: 第一,糖尿病酮症酸中毒。当胰岛素严重不足时,细胞不能利用葡萄糖,只能大量分解脂肪供能,产生大量酮体。酮体是酸性物质,在体内蓄积会导致酸中毒,患者出现恶心、呕吐、腹痛、呼吸深快、意识障碍,严重时会昏迷,危及生命。该患者尿酮体阳性,提示已有酮症倾向。
第二,高渗性昏迷。严重高血糖(常超过600mg/dl)、脱水、意识障碍,死亡率高。
慢性并发症: 第三,心脑血管疾病。长期高血糖会损伤血管,导致动脉粥样硬化,增加冠心病、心肌梗死、脑卒中的风险。糖尿病患者心脑血管疾病风险是正常人的2-4倍。
第四,肾脏损害(糖尿病肾病)。长期高血糖会损害肾小球,导致蛋白尿、肾功能下降,最终发展为肾衰竭,需要透析或肾移植。糖尿病肾病是导致尿毒症的主要原因之一。
第五,眼部并发症(糖尿病视网膜病变)。高血糖损害视网膜血管,导致视力下降、视网膜出血、失明。糖尿病是成年人失明的主要原因之一。
第六,神经病变。周围神经受损,出现手脚麻木、疼痛、感觉减退。自主神经受损,出现消化不良、直立性低血压、泌尿功能障碍等。
第七,糖尿病足。下肢血管和神经病变,足部感觉减退,容易受伤而不自知,伤口难以愈合,感染后可能需要截肢。中国每年约有100万糖尿病患者截肢。
其他影响: 第八,免疫力下降,容易感染。 第九,影响生长发育(儿童糖尿病)。 第十,影响生育能力。 第十一,生活质量下降,心理压力大。
预防和治疗: 糖尿病虽然不能治愈,但可以控制。通过合理饮食(控制总能量、少吃糖类、多吃粗粮蔬菜)、适量运动、控制体重、规律用药(胰岛素或降糖药)、监测血糖,可以将血糖控制在正常范围,延缓并发症的发生发展,糖尿病患者同样可以享有正常的寿命和生活质量。
知识点:本题综合考查尿液检查、糖尿病的诊断和危害。要求学生能够分析尿液检查结果,理解尿糖出现的原因和机制,认识糖尿病的危害,培养健康意识。本题将生物学知识与临床医学、健康教育相结合,体现了生物学的应用价值。