泌尿模块 | 泌尿系统组织学

泌尿系统(urinary system)由肾脏(kidney)、输尿管(ureter)、膀胱(urinary bladder)和尿道(urethra)，以及相关的血管、淋巴和神经等组成。

1 肾

• 肾(kidney)呈蚕豆型，外侧缘隆凸，内侧缘中部凹陷称肾门，是肾血管、淋巴管、神经和输尿管的出入之处。
• 肾表面有致密结缔组织构成的被膜。
• 肾实质由浅层的皮质(cortex)和深层的髓质(medulla)两部分构成。
• 肾皮质呈红褐色，颗粒状。
• 肾髓质色淡，内有十余个肾锥体(medullary pyramids)，锥体的基底朝向皮质，顶部钝圆突入肾小盏，称为肾乳头(renal papillae)。
• 髓质呈放射状伸入皮质，构成髓放线(medullary ray)，髓放线之间的皮质称为皮质迷路(cortical labyrinth)。每条髓放线及其周围的皮质迷路组成一个肾小叶(renal lobule)，皮质迷路中央有小叶间动脉和静脉穿行。
• 肾锥体之间由皮质向髓质伸入的部分称为肾柱(renal column)。
• 一个肾锥体与其相连的皮质组成肾叶(renal lobe)。
• 肾乳头的顶端有许多乳头孔(papillary foramina)，尿液经此孔排入肾小盏(minor calyx)，相邻肾小盏合并为肾大盏，最后合并为漏斗形的肾盂(renal pelvis)，出肾门后续于输尿管(ureter)。

• 肾实质由大量肾单位(nephron)、集合小管(collecting tubule)和集合管(collecting duct)组成，其间的少量结缔组织、血管和神经构成肾间质。肾间质主要分布于髓质内，含丰富的纤维和以成纤维细胞为主的多种间质细胞(interstitial cell)。
• 肾单位由肾小体(renal corpuscle)与其相连的肾小管(renal tubule)组成。肾小体分布在皮质内，肾小管细长而无分支，包括3段：
• 近端小管(proximal tubule)，分为曲部（近曲小管，proximal convoluted tubule）和直部（近直小管，proximal straight tubule）。曲部盘曲于肾小体的周围，直部位于髓放线内，直行进入髓质，骤然变细，成为细段。
• 细段(thin limb, thin segment)，在髓质内反折一段后后管径增粗，延续为远端小管。
• 远端小管(distal tubule)，分为直部（远直小管，distal straight tubule）和曲部（远曲小管，distal convoluted tubule）。直部直行于髓质和髓放线，离开髓放线后盘曲于所属肾小体周围的一段为曲部。
• 近直小管、细段和远直小管共同构成“U”形袢状结构，称为髓袢(medullary loop)或亨利袢(Henle's loop)，位于髓放线和髓质内。髓袢下行的一段称降支(descending limb)，上行的一段称升支(ascending limb)。
• 集合小管位于皮质迷路内，由远曲小管汇合而成，随后汇入集合管。集合管分为皮质集合管(cortical collecting duct)（沿髓放线直行）和髓质集合管(medullary collecting duct)（走行于髓质），到达肾锥体乳头处称乳头管(papillary duct)，开口于肾小盏。

1.1 肾单位

每侧肾有100万~400万个肾单位(nephron)，是肾结构和功能的基本单位，由肾小体和与其相连的肾小管组成。

• 浅表肾单位(superficial nephron)：约占85%，位于皮质的浅层和中层，肾小体体积小、髓袢较短，在尿液形成中起主要作用。
• 髓旁肾单位(juxtamedullary nephron)：约占15%，靠近髓质分布，肾小体体积大、髓袢较长，与尿液浓缩密切相关。

1.1.1 肾小体

肾小体(renal corpuscle)呈球形，由血管球(glomerulus)和肾小囊(renal capsule, Bowman's capsule)组成。每个肾小体有两个极，血管出入端称血管极(vascular pole)，相对的另一端与近曲小管相连，称尿极(urinary pole)（单层扁平上皮移行为单层立方上皮）。

血管球(glomerulus)由蟠曲的毛细血管和血管系膜组成。

• 入球微动脉(afferent arteriole)从血管极进入肾小体，逐渐形成网状的毛细血管袢(capillary tuft)。血管袢之间有血管系膜支持。毛细血管逐渐汇成一条出球微动脉(efferent arteriole)。
• 入球微动脉管径较出球微动脉粗，使得毛细血管内血压较高。
• 毛细血管为有孔型(fenestrated)，孔径50~100nm，孔上无隔膜。
• 血管球基膜(glomerular basement membrane, GBM)在电镜下分为3层，即内疏松层(lamina rara interna)、中间的致密层(lamina densa)、外疏松层(lamina rara externa)。硫酸乙酰肝素蛋白等糖蛋白带大量负电荷分布于内、外疏松层构成电荷屏障。中间的致密层以Ⅳ型胶原形成网状结构，构成孔径为4~8nm的物理屏障。

• 血管系膜(mesangium)位于血管球的毛细血管之间，由球内系膜细胞(intraglomerular mesangial cell)和系膜基质(mesangial matrix)构成。系膜细胞形状不规则，有突起伸至内皮与基膜之间，光镜下核深染、相对较小，胞质PAS阳性，单个系膜区正常不超过3个系膜细胞。电镜下可见丰富的核糖体、粗面内质网、高尔基体等细胞器。其功能包括支持、收缩、吞噬、分泌等。

肾小囊(renal capsule, Bowman's capsule)是由肾小管起始部膨大凹陷而形成的杯状双层囊。

• 外层称壁层(parietal layer)，单层扁平上皮。
• 内层为脏层(visceral layer)，上皮细胞高度特化，称足细胞(podocyte)。光镜下卵圆形核较大，着色较浅，胞体突向肾小囊腔。电镜下可见胞体伸出几支初级突起(primary process)，初级突起再发出足突(foot process)，相邻足突相嵌成栅栏状，紧贴于毛细血管的基膜外。相邻足突之间的间隙约25nm，称裂孔(slit pore)或滤过隙(filtration slit)，孔上有裂孔隔膜(slit diaphragm, SD)，nephrin分子在裂孔形成拉链样多孔滤过结构。
• 两层之间为肾小囊腔(Bowman's space)，暂时储存原尿。

有孔内皮、血管球基膜(GBM)和足突之间的滤过隙这3层结构构成滤过膜(filtration barrier)，选择性屏障不同大小和不同电荷的分子。分子量在70kD以下的物质一般可通过，带正电荷的物质容易通过。滤出的液体称为原尿(primary urine)，除不含大分子蛋白外与血浆相似。

1.1.2 肾小管

• 近端小管：是肾小管中最粗、最长的一段，管径大，管腔小而不规则。
• 近曲小管(proximal convoluted tubule, PCT)：位于皮质。上皮细胞为立方形或锥形，细胞分界不清，细胞体积较大，细胞质嗜酸，细胞核圆，偏基底部，数量相对少。腔面有刷状缘(brush border)。电镜下可见刷状缘由大量微绒毛(microvilli)密集排列而成，微绒毛表面有丰富的碱性磷酸酶和ATP酶，微绒毛基部之间凹陷形成吞饮小泡(pinocytic vesicle)，细胞侧面靠近微绒毛处有不完全封闭的紧密连接，相邻指状侧突(lateral interdigitation)相互嵌合使细胞分界不清，细胞基底部可见许多质膜内褶(plasma membrane infolding)，内褶之间有大量纵行排列的线粒体，质膜上含有丰富的钠钾泵。这些结构有利于重吸收。
• 近直小管(proximal straight tubule, PST)：位于髓放线和肾锥体。结构与曲部基本相似，但上皮细胞较矮，微绒毛、侧突和质膜内褶不如曲部发达。

• 细段(thin limb, TL)：位于髓质。管径细，管壁为单层扁平上皮，细胞核椭圆形，含核部分凸向管腔，细胞质着色较浅，无刷状缘。降支对水高度通透，而升支对水不通透。

• 远端小管：管腔较大而规则。
• 远直小管(distal straight tubule, DST)：位于肾锥体和髓放线。上皮细胞为立方形，比近端小管细胞体积小，细胞核位于中央或靠近管腔，胞质嗜酸性弱于近曲小管，游离面无刷状缘。电镜下可见细胞表面有少量短而小的微绒毛，细胞侧面有完整的紧密连接，有少量侧突，基底面质膜内褶发达。向管腔分泌Tamm-Harsefall蛋白，有明显的胶体形成趋势，导致对水不通透。
• 远曲小管(distal convoluted tubule, DCT)：位于皮质。结构与直部基本相似，但质膜内褶不如直部发达。

1.2 集合管系

集合小管(collecting tubule)（位于皮质迷路内）、皮质集合管(cortical collecting duct)（沿髓放线直行）和髓质集合管(medullary collecting duct)（走行于肾锥体）统称为集合管系(collecting duct system)。

• 从皮质到肾乳头，管径逐渐变粗。
• 随着管径增粗，管壁上皮由单层立方逐渐增高为单层柱状，至乳头管处为高柱状，在肾盏移行为尿路上皮(urothelium)。
• 光镜下，细胞界限清晰，胞质着色浅，核圆，位于细胞中央。

• 电镜下，上皮由主细胞和闰细胞组成。
• 主细胞(principal cell)也称亮细胞(light cell)，数量多，在细胞的游离面上有少量微绒毛，胞质内的细胞器少。
• 闰细胞(intercalated cell)也称暗细胞(dark cell)，主要存在于皮质集合管内，数量少，形态较长，胞质色深，单个散在于主细胞之间。

总结：

• 肾小体周围可见近曲小管、远曲小管和集合管。
• 髓放线中可见近直小管、远直小管和集合管。
• 肾髓质分布有近直小管、远直小管、细段和集合管。
• 近端小管：管腔小而不规则。上皮细胞为立方形或锥形，细胞分界不清，细胞体积较大。细胞质嗜酸，细胞核圆，偏基底部，数量相对少。
• 远端小管：管腔较大而规则。上皮细胞为立方形，比近端小管细胞体积小。胞质嗜酸性弱于近曲小管，细胞核位于中央或靠近管腔。
• 集合管：细胞界限清晰，胞质着色浅，核圆，位于细胞中央。
• 细段：管径细。管壁为单层扁平上皮（上皮厚度较毛细血管内皮厚），胞质着色较浅，细胞核椭圆形，含核部分凸向管腔。

1.3 球旁复合体

球旁复合体(juxtaglomerular complex)主要分布于浅表肾单位，由球旁细胞、致密斑和球外系膜细胞组成，位于肾小体血管极处由致密斑、入球动脉和出球动脉构成的三角区。

• 球旁细胞(juxtaglomerular cell)：由入球动脉管壁上的平滑肌细胞转变而成。光镜下细胞体积较大，常呈立方形，核大而圆，胞质丰富，呈弱嗜碱性，内含许多分泌颗粒。电镜下粗面内质网、核糖体、高尔基体丰富，分泌颗粒呈均质状，内含肾素(renin)。
• 致密斑(macular densa)：由远端小管靠近血管极一侧的上皮细胞转化而成。细胞呈高柱状，排列紧密，核呈椭圆形，靠近顶部。是一种离子感受器，可感受远端小管内Na+浓度变化，当Na+浓度降低时刺激球旁细胞分泌肾素以增强远端小管和集合管中Na+的重吸收。
• 球外系膜细胞(extraglomerular mesangial cell)：形态与球内系膜细胞相似，胞体小，有突起，与球内系膜细胞相延续，也具有收缩和吞噬功能。可能在球旁复合体中传递信息。

1.4 肾的血液循环

• 肾动脉自肾门入肾，分为几支叶间动脉(interlobar artery)，走行于肾锥体之间。
• 叶间动脉在肾锥体底部分支形成弓形动脉(arcuate artery)，位于皮质和髓质之间。弓形血管可指示皮髓交界处。
• 弓形动脉沿途分出许多小叶间动脉(interlobular artery)，走行于皮质迷路内。
• 小叶间动脉沿途向周围分出许多侧支，即入球微动脉(afferent arteriole)，进入肾小囊后形成血管球，继而汇合成出球微动脉(efferent arteriole)。
• 出球微动脉离开肾小体后又分支形成管周毛细血管网(peritubular capillary network)（球后毛细血管网），分布于近曲小管与远曲小管周围。
• 管周毛细血管网依次汇合成小叶间静脉、弓形静脉和叶间静脉，与动脉伴行，最后经肾静脉离开肾门。
• 髓旁肾单位的出球动脉还分出直小血管(vasa recta)与髓袢伴行。

2 输尿管

输尿管(ureter)上接肾盂，下连膀胱，管壁结构分为3层：

• 黏膜(mucosa)：由尿路上皮（变移上皮）(urothelium, transitional epithelium)（4~5层）和固有层(lamina propria)组成。
• 肌层(muscle layer)：主要由平滑肌组成，上2/3为内纵(longitudinal)、外环(circular)，下1/3为内纵、中环、外纵。
• 外膜(adventitia)：疏松结缔组织。

3 膀胱

膀胱(urinary bladder)贮存尿液。

• 黏膜：变移上皮（8~10层）和固有层。变移上皮包括基底细胞、中间细胞和表层盖细胞(dome cell, umbrella cell)，盖细胞之间有大量细胞连接，可防止尿液渗漏。膀胱空虚时黏膜聚集成皱襞，充盈时皱襞消失，上皮细胞层数变少，表层盖细胞由立方变扁平。
• 肌层：内纵、中环、外纵。中层环行平滑肌在尿道内口处增厚为括约肌。
• 外膜：疏松结缔组织。

参考资料

[1] 李继承，曾园山主编：组织学与胚胎学（第9版），人民卫生出版社，2018

[2] 徐长福，魏强主编：泌尿系统，人民卫生出版社，2015

[3] 组织学彩色图谱（实习指导），中国协和医科大学出版社，2021