第一节 肾小球的滤过功能
肾脏的主要功能是生成尿液。尿液的生成包括三个环节：肾小球的滤过作用、肾小管和集合管的重吸收和分泌作用。肾小球的滤过作用是尿液生成的第一步，即当血液流经肾小球毛细血管时，血液中的水分和小分子溶质通过肾小球滤过膜进入肾小囊囊腔，形成肾小球滤液。肾小球的滤过作用决定于两个因素：肾小球滤过膜的通透性和有效滤过压。
一、肾小球滤过膜的通透性
肾小球滤过膜从里向外可分为三层。内层是肾小球毛细血管壁的内皮细胞。上面有无数小孔，直径为50～100nm，称为窗孔。水、各种溶质以及大分子蛋白质可以自由通过窗孔，但是可以阻止血细胞通过，起到血细胞屏障的作用。中层是肾小球毛细血管的基膜，由致密的糖蛋白纤维网在胶样基质中组成。血浆中的大分子物质，如蛋白质不能通过基膜。基膜是肾小球防止大分子蛋白滤过的主要屏障。外层是肾小球上皮细胞足突之间的滤过裂隙。滤过裂隙上覆盖着滤过裂隙膜，它可以阻止大分子蛋白质通过，是肾小球滤过的附加屏障。利用已知的超微结构和滤过屏障组成成分的流体动力学性质的数学模型研究发现，毛细血管内皮的窗孔仅占总分子流动阻力的2%，基膜几乎占总分子流动阻力的50%，肾小球上皮细胞足突之间的滤过裂隙占总分子流动阻力的48%，而且滤过裂隙膜的阻力具有重要意义。
滤过膜对颗粒直径有选择性。中性葡聚糖的有效分子半径<2nm时，能自由滤过；当有效分子半径>4.2nm时不能被滤过。当有效分子的半径介于两者之间时，其滤过量随分子大小的增加而进行性地减少。此外，滤过膜对颗粒的电荷也有选择性。在任何一个给定的有效分子半径时，阳离子分子比阴离子分子更易被滤过。循环中阴离子的滤过受到较大限制，是由于正常肾小球滤过膜的各层都带负电荷的糖蛋白，其能阻碍循环血中带负电荷物质如血清蛋白通过。总之，肾小球滤过膜在允许液体高速滤过的同时，对血浆蛋白和其他大分子物质的滤过起到屏障作用。通过对各种带电荷和中性示踪剂的研究发现，肾小球滤过膜既是分子大小的选择性过滤器，又是分子电荷的选择性过滤器。
大分子通过肾小球毛细血管壁的通路依次为肾小球毛细血管内皮窗孔、肾小球基膜和滤过裂隙膜。肾小球对蛋白质滤过的限制不仅发生在基膜水平上，也发生在滤过裂隙膜水平上。基膜是一个粗的滤过器，而滤过裂隙膜是一个更精细的屏障。应用阳离子染色形态学技术研究证实，正常肾小球滤过膜的三层都含带负电荷的物质。电荷不同的大分子物质通过肾小球滤过屏障的解剖学定位不同。对于循环中的多聚阴离子，可能带负电荷的肾小球内皮细胞是主要屏障；对于中性大分子物质，肾小球基膜通常被认为是主要的限制屏障；对带正电荷的物质来说，肾小球上皮的滤过裂隙膜发挥重要的屏障功能。
二、肾小球滤过率及其影响因素
（一）肾小球滤过率和有效滤过压
肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）是指单位时间内（每分钟）两肾生成的超滤液量。GFR可通过对菊粉清除率的测定而获得。两肾在单位时间内能将一定量血浆中所含的某种物质完全清除，这个能完全清除某种物质的血浆毫升数，称为该物质的清除率，它反映了肾脏对不同物质的排泄能力。肾对各种物质的排泄是通过肾小球滤过、肾小管和集合管的重吸收与分泌完成的，所以只有某种物质经肾小球自由滤过后，既不被肾小管和集合管重吸收也不分泌，才可以通过测定这种物质的清除率推算GFR。由于菊粉完全符合上述条件，因而被用来测定GFR。其计算公式见式（2-1）。
式（2-1）中，Cin为菊粉的清除率，Uin为尿中菊粉的浓度（mg/100ml），Pin为血浆中菊粉的浓度（mg/100ml），V 为每分钟尿量（ml/min）。
按照人的体表面积为1.73m2计算，其GFR为125ml/min，每天形成肾小球滤液总量约为180L。通过肾小管时，99%以上的滤液被重吸收，只有不到1%的滤液生成尿排出体外。通常情况下，在不同个体之间，GFR也存在差异，与体表面积呈一定比例。因此，用单位体表面积的GFR比较时，个体间差异就会明显减少。在不同情况下，决定GFR大小的主要因素是有效滤过压（effective filtration pressure）和滤过系数（filtration coefficient）。
有效滤过压是指促进超滤的动力与对抗超滤的阻力之间的差值，是肾小球毛细血管中血浆滤过的动力。超滤的动力包括肾小球毛细血管静水压和肾小囊内液胶体渗透压，而超滤的阻力包括肾小球毛细血管内的血浆胶体渗透压和肾小囊内静水压。因此，肾小球有效滤过压=（肾小球毛细血管静水压+肾小囊内液胶体渗透压）-（血浆胶体渗透压+肾小囊内静水压）。正常情况下，肾小球毛细血管静水压就等于肾小球毛细血管压（约为45mmHg），肾小囊内液胶体渗透压接近于0mmHg，肾小球毛细血管血浆胶体渗透压约为25mmHg，肾小囊内静水压约为10mmHg，则肾小球毛细血管始端的有效滤过压为10mmHg。
肾小球毛细血管不同部位的有效滤过压是不相同的，越靠近入球动脉端，有效滤过压越高。这主要是因为肾小球毛细血管内的血浆胶体渗透压并非固定不变，在血液从入球动脉端向出球动脉端流经肾小球毛细血管时，由于不断生成超滤液，血浆中蛋白质的浓度就会逐渐升高，即血浆胶体渗透压逐渐升高，所以超滤的阻力也就随之增大，因而有效滤过压就会逐渐减少。当超滤的阻力等于超滤的动力时，有效滤过压为零，称为滤过平衡，此时滤过停止。由此可见，肾小球毛细血管并非全段都有滤过作用，只有从入球动脉端到滤过平衡点这一段才有滤过作用。而且，滤过平衡点越靠近出球动脉端，有效滤过的毛细血管长度越长，有效滤过压和滤过面积就越大，肾小球滤过率也就越高。
（二）影响肾小球滤过率的因素
肾小球滤过率等于有效滤过压与滤过系数的乘积，所以，凡能影响两者的因素都可以影响肾小球的滤过。此外，肾血流量的变化对肾小球滤过率也有很大影响。
肾血流量对肾小球滤过率有很大影响，但是其对肾小球滤过率的影响并非通过改变有效滤过压，而是通过改变滤过平衡点实现的。当肾血流量增大时，肾小球毛细血管内血浆胶体渗透压的上升速度减慢，滤过平衡点靠近出球动脉端，使有效滤过压面积增加，肾小球滤过率也随之增高；反之，当肾血流量减少时，血浆胶体渗透压的上升速度加快，滤过平衡点靠近入球动脉端，使滤过面积减少，肾小球滤过率也随之降低。在剧烈运动、大失血、严重缺氧和中毒性休克等病理情况下，交感神经强烈兴奋，继而引起入球动脉收缩，血管阻力明显增大，导致肾血流量和肾血浆流量显著减少，肾小球滤过率也因此显著降低。
在正常情况下，血浆胶体渗透压不会发生很大波动。当全身血浆蛋白的浓度明显改变时，血浆胶体渗透压将发生明显变化，例如，静脉快速输入大量生理盐水可使血浆蛋白稀释，或肝功能严重受损导致血浆蛋白合成减少，或肾毛细血管通透性增加导致血浆蛋白丧失等，均可导致血浆蛋白浓度降低，即血浆胶体渗透压下降，所以有效滤过压和肾小球滤过率增高。
在安静状态下，当动脉血压在80～160mmHg范围内变动时，肾小球毛细血管血压通过自身调节可保持相对稳定，从而使肾小球滤过率保持基本不变。若动脉血压超出这一生理自身调节范围，肾血流量的自身调节作用将不再发挥作用。因此，肾小球毛细血管血压、有效滤过率及肾小球滤过率就会发生相应的改变。例如，在循环血量减少、剧烈运动、情绪激动等情况下，交感神经活动加强，引起肾小球入球动脉强烈收缩，导致肾血流量、肾小球毛细血管血压下降，从而影响肾小球滤过率。在高血压晚期，入球动脉由于硬化而缩小，肾小球毛细血管血压可明显降低，于是肾小球滤过率降低而导致少尿。
正常情况下，肾小球囊内压一般比较稳定。但在病理状态下，输尿管阻塞时肾小管液或终尿排出受阻，可引起逆行性压力升高，导致肾小球囊内压也随之升高，从而使有效滤过压降低，肾小球滤过率降低。
滤过系数是指在单位有效滤过压的驱动下，单位时间内通过滤过膜的滤液量。滤过系数是滤过膜的有效通透系数和滤过膜面积的乘积。因此，凡能影响滤过膜通透系数和滤过膜面积的因素都能影响肾小球滤过率。肾小球滤过率可受多种因素的调节，其调节机制和肾血流量的基本相同。安静时，可通过自身调节维持相对稳定，而应急状态下则通过神经和体液方式进行调节。