第三节 肾小管功能检查方法及评价
一、近端肾小管功能评价方法
近端肾小管的主要功能是重吸收，当某种或某些成分重吸收不良时，出现于尿液中或在尿液中浓度升高。
（一）葡萄糖的重吸收
葡萄糖在肾小球自由滤过，原尿中的浓度等于血清浓度。当血清葡萄糖浓度正常时，原尿中的葡萄糖经由近端肾小管完全重吸收。
进入近端肾小管管腔的葡萄糖首先通过上皮细胞管腔侧的钠依赖葡萄糖转运蛋白（sodium-glucose cotransporter，SGLT1和SGLT2）进入肾小管上皮细胞，再通过基底膜侧的葡萄糖转运体（glucose transporter，GLUT1和GLUT2）转移出上皮细胞。被近曲肾小管重吸收的葡萄糖可用下式计算：TGlu=（GFR×PGlu）-（UGlu×V）。式中，TGlu为葡萄糖吸收量［mmol/（min·1.73m2）］，GFR为肾小球滤过率［mL/（min·1.73m2）］，PGlu为血浆葡萄糖浓度（mmol/mL），UGlu为尿葡萄糖浓度（mmol/mL），V为尿量（mL/min）。只要肾小球滤出的葡萄糖不超过近曲肾小管的最大重吸收能力（TmGlu），则葡萄糖不出现于尿中，即（UGlu×V）=0，这样肾小管重吸收的葡萄糖等于肾小球滤出的葡萄糖，即TGlu=（GFR×PGlu）。如果尿中出现了葡萄糖，表明肾小球滤过的葡萄糖超出了肾小管的重吸收能力，此时的TGlu即为肾小管的最大重吸收能力TmGlu。由于TmGlu受GFR的影响，因此需要用GFR进行校正，即TmGlu/GFR。TmGlu和TmGlu/GFR的正常值分别为1.37±0.2mmol/（min·1.73m2）和12.4±0.98mmol/（L·1.73m2）。
如果血糖正常、尿糖阳性，则提示肾脏重吸收葡萄糖能力下降，被定义为肾性糖尿。注意需要同时测定空腹尿糖及空腹血糖进行判断。葡萄糖最大重吸收试验可以测定肾小管重吸收葡萄糖的最大能力。给予患者静脉葡萄糖负荷后，以不断增加的速率静脉点滴葡萄糖溶液，动脉插管多次取血，并留置导尿，测定动脉血和尿液葡萄糖随输液的变化，同时还需要测定GFR。由于临床操作复杂并给受试者造成痛苦，临床应用并不广。肾性糖尿可由近端肾小管SGLT1或SGLT2基因突变所致，亦可继发于多种原发或继发性肾脏实质性疾病，例如特发性或药物过敏性间质性肾炎、多发性骨髓瘤肾损害等。后者往往同时伴发其他物质的重吸收障碍，例如磷、尿酸、氨基酸等。因此需要进行多种检测明确肾性糖尿是单发的还是合并的。
（二）氨基酸的重吸收
大约98%的氨基酸在近端肾小管重吸收。可以测定近端肾小管针对每一种氨基酸的最大重吸收能力。但临床上常通过尿中是否出现氨基酸、尿氨基酸/肌酐比值和氨基酸排泄分数来鉴别、诊断氨基酸尿。氨基酸转运障碍包括单种或多种氨基酸转运障碍。其检测的临床意义见本章第一节。
（三）尿酸的转运
近端肾小管不但重吸收尿酸盐，同时也分泌尿酸盐，最终肾脏的尿酸排泄分数为9%～15%。当尿酸重吸收减少或分泌增加，导致低尿酸血症；若尿酸重吸收增加或排泄减少则可导致高尿酸血症。很多药物可以影响肾脏对尿酸的重吸收或分泌。例如噻嗪类利尿剂、吡嗪酰胺可抑制尿酸分泌，引起高尿酸血症；丙磺舒、苯溴马隆等可促进尿酸排泄，从而降低血清尿酸浓度。
（四）肾脏对磷酸盐的处理
磷的重吸收几乎全部发生在近端肾小管。在近端肾小管，磷通过2a型钠依赖磷载体（type 2a sodiumphosphate cotransporter，NPT2a）被吸收进入肾小管上皮细胞。影响磷重吸收的主要因素是甲状旁腺激素。甲状旁腺激素可减少NPT2a在肾小管上皮的表达，从而减少磷的重吸收，增加磷排泄。儿童中罕见却不少见的低血磷性佝偻病正是一种磷重吸收减少的遗传性疾病。
生理状态下，正常成人磷排泄分数=［（尿磷/血清磷）÷（尿Cr/血清Cr）×100］，约为20%，但临床常用磷的最大重吸收率（Tmpi）来评估肾小管对磷的重吸收功能。由于直接测定Tmpi困难，目前根据血磷和血肌酐、尿磷和尿肌酐计算Tmpi的公式如下（血和尿标本来自清晨空腹）。
1.当磷排泄分数小于0.14时，Tmpi/GFR=（1-磷排泄分数）×血清磷（mmol/L）。
2.当磷排泄分数大于0.14时，Tmpi/GFR=［0.3×（1-磷排泄分数）］÷［1-0.8×（1-磷排泄分数）］×血清磷（mmol/L）。
正常成人男性，Tmpi/GFR正常参考范围为0.8～1.35mmol/L，女性为0.8～1.44mmol/L，该值是血清磷水平的主要决定因素。当遇有低磷血症或高磷血症时，测定Tmpi/GFR可协助判断血磷异常是否为肾性，但解释Tmpi/GFR时要结合血甲状旁腺激素水平。Tmpi/GFR下降，如果甲状旁腺激素水平正常，伴低磷血症，可见于家族性低磷性佝偻病、Fanconi综合征、和NPT2a基因突变。
（五）低分子量蛋白的重吸收
低分子量蛋白是指分子量小于25kDa或者直径小于2.3nm的蛋白质，经过肾小球自由滤过，至近端肾小管上皮细胞重吸收后由溶酶体降解，少部分回吸收入血。循环中的低分子量蛋白约30%～80%经由肾脏清除。
1.血和尿β2-微球蛋白（β2-MG）
近曲肾小管上皮细胞是体内唯一分解β2-MG的场所，故近曲肾小管受损时尿β2-MG明显升高。除可见于药物介导的肾毒性外，尿β2-MG升高还见于低钾性肾病、重金属中毒性肾病、镇痛剂肾病、子痫等。急性上尿路感染时，因肾脏实质受累，尿β2-MG升高，可区别于急性膀胱炎。如果急性肾盂肾炎控制后尿β2-MG仍高，应考虑有否转为慢性肾盂肾炎可能。β2-MG水平易受尿pH、温度及蛋白水解酶的影响。尿液pH（5.7～5.8）可使大量β2-MG降解，而pH=4的尿液4℃保存24小时后只能保留85.7%的β2-MG活性，因此应留取新鲜尿液并尽快检测。此外，庆大霉素和细菌对β2-MG有降解作用。正常情况下，由于其尿中含量极微，需要用放射免疫分析法（radioimmunoassay，RIA）测定，给临床常规应用造成一定困难。
2.α1-微球蛋白（α1-microglobulin，α1-MG）
α1-MG由182个氨基酸残基的多肽链组成，其分子量约33kD，主要由肝细胞产生，广泛存在于人体各种体液。血清α1-MG含量与肌酐、尿素呈正相关，与菊粉清除率、24小时内生肌酐清除率等呈负相关，可作为评价GFR的指标之一，其含量增高则提示体内合成增多，或GFR降低，血清浓度对评估肾小管损伤价值不大。若尿液中含量增高则提示肾小管重吸收降低或机能障碍。α1-MG稳定性比β2-MG好，室温下保存4天仍能保留86.4%的活性，测定方法除RIA等以外，可用免疫浊度法自动分析，简便快速。α1-MG的另一个优势是尿中排出量5～50mg/d，高于β2-MG，因此可减少测定误差，提高准确度，可重复性好，是评价近曲肾小管损害较理想的指标。
3.视黄醇结合蛋白（retinal binding protein，RBP）
RBP在肝细胞内受维生素A刺激后分泌生成，特异性地结合全反式维生素A。它是一种单一肽链的蛋白质，含有184个氨基酸残基，分子量约21kDa。正常时，RBP的尿排出量很少，因为经肾小球滤过的RBP多在近曲肾小管被重吸收、分解。其尿浓度升高可提示近曲肾小管重吸收能力下降。近曲肾小管受损时，尿RBP排量增加。酸性环境下RBP较β2-MG稳定，故认为RBP比β2-MG更容易发现近端肾小管损伤。肾衰竭时肾小球滤过RBP减少，血清RBP相应增高。
二、肾脏的浓缩和稀释功能检查
肾脏对维持机体的水平衡起着举足轻重的作用。从肾小球滤过的水分在近端肾小管、细支降段和集合管重吸收。近端肾小管重吸收水分是等渗的，水分随着溶质的重吸收而被重吸收，如果尿中溶质不能被近端小管重吸收，则水分也不能被重吸收，产生利尿作用，称为渗透性利尿，例如糖尿病血糖控制不佳导致的糖尿、静脉输注甘露醇等。在升支粗段和远曲肾小管没有水分的净吸收。如果没有抗利尿激素的作用，远端肾小管和集合管对水分的通透性极差，只有在抗利尿激素的作用下，水分才能通过远端小管和集合管被重吸收。如果抗利尿激素的水平足够高，集合管全段均可重吸收水分，导致尿液极度浓缩。
（一）尿浓缩功能检查
检查前一天18：00开始禁食、禁水和一切饮料，次日晨抽血、留尿。其血浆渗透压正常280～295mOsm/kgH2O，尿渗透压可达到600mOsm/kgH2O。如果禁水18小时以上，尿流率可降低到0.4mL/min以下，尿渗透压可达到1 000mOsm/kgH2O以上。但是长时间禁水对存在尿浓缩功能不良的患者可能存在危险，因此需要每小时监测体重和血压，每两小时监测血浆渗透压。如果尿渗透压超过800mOsm/kgH2O，应当终止试验，因为能达到这个数值，表明肾脏不存在明显的浓缩功能下降，没有必要继续试验。如果血浆渗透压超过正常高限296mOsm/kgH2O，也应当停止试验。如果继续试验，患者血浆渗透压将进一步升高，可出现容量不足、低血压威胁生命。此外，皮下注射1-脱氨基-8-D-精氨酸-血管加压素（dDAVP），可协助鉴别是肾性尿崩症或是中枢性尿崩症。对于中枢性尿崩症，注射dDAVP后2小时内尿渗透压可达到750mOsm/kgH2O以上；而肾性尿崩症的尿渗透压对注射dDAVP没有反应。如上述试验必须进行，务必严密观察，并做好抢救准备工作。尿浓缩功能除了和血管加压素有关外，还和肾脏皮质和髓质的渗透压梯度有关系。慢性肾脏病时，例如特发性或药物过敏性间质性肾炎、慢性肾小球肾炎、髓质海绵肾、镰状细胞贫血肾损害等，肾脏皮质髓质渗透梯度损害，因此也表现尿浓缩功能下降。
（二）肾脏稀释功能
试验时让患者大量饮水（20分钟内饮水20mL/kg）。正常情况下，尿渗透压可于2小时内降到100mOsm/kgH2O甚至更低，并且4小时内排出80%的饮水量，而血浆渗透压始终正常。肾脏稀释功能下降可见于血管升压素部分抑制、肾上腺功能下降、甲状腺机能低下、低钾血症或某些肝脏疾病。进行稀释试验需要注意：对于肾功能不全或严重肾病综合征等尿量减少的患者，大量饮水可能导致水分潴留，对于充血性心力衰竭的患者可能诱发肺水肿。因此对这些患者进行试验要慎重。
三、尿酸化功能检查
机体代谢不断产生氢离子，氢离子立即被缓冲系统所缓冲，以保证正常血清pH。肾脏对酸碱平衡调节的实现是通过重吸收被肾小球滤出的碳酸氢根、再生碳酸氢根、分泌氢离子并产生缓冲物质结合氢离子排出体外。
（一）碳酸氢根的重吸收
大部分肾小球滤过的碳酸氢钠是从近端肾小管重吸收的。近端肾小管重吸收碳酸氢钠是通过在肾小管上皮管腔侧的钠/氢交换实现的，肾小管腔中的钠进入细胞，同时细胞内的氢离子进入管腔。氢离子也通过细胞管腔侧的氢-ATP酶分泌进入管腔。管腔中的氢离子和碳酸氢根反应，生成碳酸，后者在4型碳酸酐酶的作用下分解为水和二氧化碳。二氧化碳迅速弥散进入上皮细胞，胞浆内的2型碳酸酐酶将二氧化碳和水合成碳酸，碳酸分解为氢离子和碳酸氢根。碳酸氢根在上皮细胞基底膜侧和氯交换进入组织和血液。静脉输注碳酸氢盐时，肾小球滤过碳酸氢盐的量增加，超过肾小管的最大重吸收能力后，随着血液碳酸氢盐浓度的增加，从尿中排出碳酸氢根随血浆水平平行升高。类似葡萄糖最大重吸收试验，可测量碳酸氢根最大重吸收能力。在Ⅱ型肾小管酸中毒（近端型）时，碳酸氢根的重吸收能力下降，导致其从尿液丢失，血浆碳酸氢根浓度逐步下降，当血浆浓度降到肾脏重吸收阈值以下，肾小管能完全吸收经肾小球滤过的碳酸氢根，尿液pH呈酸性，机体在酸性环境达到氢离子产生和排泄的平衡。但当给患者补充碳酸氢盐等碱性药物，血浆碳酸氢根浓度提高，超出肾小管重吸收能力从尿液排出，尿即呈碱性。近端小管酸中毒可以是Fanconi综合征的一部分，也可以单独存在。可见于间质性肾炎、多发性骨髓瘤肾损害等。
（二）尿中氢离子的缓冲系统
正常成人每日产生50～80mEq的氢离子，必须从尿液排出。如此大量的氢离子如果不经缓冲出现于尿中，尿液pH将极低，而实际上尿液pH罕见低于4.5。这是因为氢离子排出体外前经过了磷酸盐和铵离子的缓冲。大约30%的氢离子和磷酸盐结合，称为可滴定酸；70%的氢离子和氨结合形成铵离子。因此尿中氢离子的净排泄量=铵离子+可滴定酸-碳酸氢根。氨产生自近端肾小管，酸中毒和低钾血症可刺激氨的产生，氨在肾小管上皮细胞内或管腔内和氢离子结合形成铵。
对于原因不明的酸中毒，测定尿铵对鉴别诊断很有帮助。尿铵排泄减少，见于肾小管酸中毒、慢性肾衰竭等。如果铵排泄增加则需考虑氢离子产生过多，例如酮症酸中毒、高分解代谢、某些药物如水杨酸、酒精中毒等。盐皮质激素水平不足导致的慢性高钾血症可抑制氨产生，此时虽然尿净酸排泄量是减少的，但由于缺乏缓冲系统，可表现酸性尿。
并不是所有的实验室可测定尿铵离子，可以通过计算尿阴离子间隙（urine anion gap，UAG）=尿钠+尿钾-尿氯，间接代替铵离子。在血浆阴离子间隙正常的酸中毒患者，可以通过计算UAG判断是否为肾脏泌铵障碍。如果计算值为正值，提示肾脏泌铵减少；如果计算值为负值，提示氢离子产生过多。
（三）远端肾小管对氢离子的分泌
升支粗段、远曲肾小管和集合管均可分泌氢离子，这些部位分泌氢离子的详细机制参见相关章节。如果静脉注射或口服一定剂量的碳酸氢盐，过量的碳酸氢盐逃逸近端肾小管的重吸收进入远端肾小管，在远端肾小管内和远端肾小管分泌的氢离子结合形成碳酸，后者缓慢降解为二氧化碳和水，二氧化碳不能弥散进入集合管，而完全从尿中排出。这样，根据尿中二氧化碳的多少可确定远端肾小管分泌氢离子的能力。具体操作时，在给予碳酸氢钠负荷后，每30分钟进行血气和尿气分析。正常情况下，当尿pH超过血pH后，尿二氧化碳分压将远远超过血二氧化碳分压；而在Ⅰ型肾小管酸中毒，尿二氧化碳分压超出血二氧化碳分压不明显，因为近端肾小管对碳酸氢根的最大重吸收能力正常。但在慢性肾衰竭患者，碳酸氢钠负荷甚至不能使尿二氧化碳分压超过血液。由于二氧化碳是挥发性气体，因此血液和尿液离开人体时要立即与空气隔绝。动脉血气检查有专门的血气采集空针；要事先在收集尿液的容器内放置足量的液状石蜡，嘱患者直接将尿尿入容器内，使尿液完全覆盖在液状石蜡下。
四、肾脏对钠、钾、钙的转运能力
（一）钠重吸收率
钠的重吸收发生在肾单位的全段，但不同部位机制不同。近曲肾小管重吸收滤过钠的60%，通过耗能的过程，钠离子和有机或无机溶质偶联，或通过钠-氢交换的形式被主动转运进入上皮细胞；或者经过细胞间途径被浓度梯度吸引进入肾小管周围组织。升支粗段重吸收滤过钠的30%，通过钠-钾-氯联合转运或钠-氢交换进入肾小管细胞，呋塞米通过抑制钠-钾-氯-ATP酶而抑制钠重吸收。远曲肾小管重吸收滤过钠的10%，通过噻嗪类敏感的氯化钠载体进入上皮细胞。在肾小管的各段，上皮细胞内的钠都是通过钠-钾ATP酶被泵出上皮细胞。
肾小管重吸收钠的总体能力用钠排泄分数（filtration excretion fraction of Na+，FENa）表示：FENa=（UNa×V）/（PNa×GFR）。在采用菊粉清除率评估GFR的情况下，由于GFR=（Uinulin×V）/Pinulin，经过转换可知：FENa=（UNa/PNa）/（Uinulin/Pinulin）。其中，UNa和PNa分别代表尿和血浆钠离子浓度，Uinulin和Pinulin分别代表尿和血浆菊粉浓度，V代表尿量。由于用菊粉肾脏清除率的方法测定GFR非常困难，临床多用肌酐清除率代替菊粉清除率，这样FENa公式变为：FENa=（UNa/PNa）/（Ucreatinine/Pcreatinine）。
FENa可用于辅助鉴别肾前性急性肾损伤和急性肾小管坏死。在肾前性急性肾损伤，肾脏低血流灌注导致GFR下降，但由于肾小管功能正常，因此钠重吸增加，FENa低于1%；而在急性肾小管坏死，肾小管重吸收钠减少，FENa常高于2%。
（二）肾脏对钾的重吸收和排泄
近端肾小管重吸收原尿中约70%的钾，通过细胞间途径和伴随钠重吸收，因此近端肾小管不直接调节肾脏钾的排泄。在升支粗段，钾通过钠-钾-氯联合载体被主动重吸收；同时，钾再循环进入管腔使管腔产生正电位，利于其他二价离子重吸收。调节钾排泄的部位是集合管的主细胞，钠通过上皮钠离子通道（epithelial Na+channel，ENaC）进入上皮细胞，这样肾小管管腔产生负电位，有利于钾从肾小管排出。盐皮质激素可增加钠重吸收，刺激钾分泌。与主细胞分泌钾相反，集合管的铰链细胞α和β主要从肾小管腔内重吸收钾，并通过氢-钾-ATP酶排泄氢离子。
肾脏净排泌钾的能力可用以下方法进行评估：钾排泄分数（filtration excretion fraction of K+，FEK）、24小时尿钾、一次尿钾/肌酐比值（UK/UCr）。如果肾脏对钾的调节功能正常，则在低钾血症时，钾的排泄减少，而高钾血症时钾排泄增高，否则应当怀疑肾脏对钾的调节能力出现缺陷，例如慢性肾衰竭时高钾血症是由于肾单位减少导致GFR下降和远端肾小管总体排泄钾的能力下降的共同结果；而在急性间质性肾炎、Barter综合征等的低钾血症，是由于肾脏排钾病理性升高所致。
1.钾排泄分数（FEK）
FEK=（UK/PK）/（Ucreatinine/Pcreatinine）。当临床出现低钾血症或高钾血症时，可测量FEK。
2.24小时尿钾
肾外原因所致低钾血症时，24小时尿钾应＜15mmol。如低钾血症时，24小时尿钾＞20mmol，存在肾性失钾。
3.随机尿钾/肌酐比值（UK/UCr）
肾外原因所致低钾血症应＜1.5mmol/mmol（或＜13mmol/g）。肾外原因所致高钾血症时，应＞20mmol/mmol（或＞200mmol/g）。
（三）钙和镁在肾脏的转运
在近端小管，60%的钙和镁随着水和其他溶质的吸收而被重吸收。在升支粗段，二价离子的重吸收和钠-钾-氯载体的活性有关，与钠的重吸收平行（和钾的再循环有关）。如果使用呋塞米等袢利尿剂抑制该载体，可引起高尿钙和高尿镁。在Barter综合征（一种钾通道基因突变所致），也可出现高尿钙和高尿镁。有两个因素可以促进升支粗段对钙的重吸收：甲状旁腺激素可以刺激钠-钾-氯载体，促进钙重吸收；上皮基底膜侧存在钙受体，血浆离子钙和该受体结合可抑制钠-钾-氯转运体的活性，从而抑制钙重吸收。在远曲肾小管，钙通过上皮细胞钙通道（epithelial Ca2+channel，ECaC）进入上皮细胞，通过钠-钙交换或钙-ATP酶从上皮细胞基底膜侧进入组织。ENaC被噻嗪类利尿剂抑制，或Gitelman综合征时，钙重吸收增加，尿钙排泄降低。甲状旁腺激素和维生素D促进钙重吸收。
有两种方法测定肾脏对钙的排泄，每日尿钙排出量和晨尿钙浓度。每日尿钙排泄量和钙的摄入、胃肠道重吸收、肾脏重吸收多种因素有关，其尿中的最终浓度为1.0～7.5mmol/d，常常用体重标准化，如果每公斤体重超过0.1mmol，应当认为存在钙排泄异常，需要查找原因。清晨空腹钙浓度常常用尿肌酐标化，称为尿钙肌酐比值。正常人该比值＜0.5mmol/mmol。
判断肾脏调控钙的功能是否正常应当结合血清其他化验结果，例如离子钙浓度、维生素D和甲状旁腺激素，进行判解。当血浆钙离子浓度下降，肾脏将增加钙的重吸收，而当血浆钙离子浓度升高，肾脏将增加钙的排泄。肾小管升支粗段基底膜侧的钙敏感受体可发生两种类型的突变，分别导致高尿钙性低钙血症和低尿钙性高钙血症。低钙饮食3天，如果血钙正常而尿钙排泄仍高，提示肾脏保留钙能力下降并同时提示存在溶骨性改变。还有一种情况称为吸收性高钙尿症，表现清晨空腹尿钙/肌酐比值正常，而每日总钙排泄增加，给这类患者口服一定量的钙负荷，可见尿钙/肌酐比值明显增加。
（张爱华）