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1、Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU肾脏毒理学(Toxicology of the Kindey )第二十一章第二十一章21*1Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU【主要内容】概述肾脏结构与功能的生物学基础中毒性肾损伤的部位与类型肾脏的毒性作用机制肾损害的检测与评价方法肾脏毒理学*2Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU掌握肾脏毒理学的基本知识掌握肾脏对
2、外源化学物的易感性了解中毒性肾损伤的部位与类型熟悉肾损害的检测与评价方法【目的要求】肾脏毒理学*3Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU第一节概 述肾脏毒理学*4Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU一、肾脏是毒物的重要靶器官肾脏重量仅占体重的1%，却接受心输出量的20-25%。肾皮质的血液供应量大于人体任何其他器官，每分钟每克组织血流量高达4ml以上。具有从血中“提取”若干物质，并蓄积于肾实质或肾小管腔内的能力。是许多化学物的重要储存
3、器官。肾脏毒理学*5Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU二、常见的肾脏毒物引起肾毒性（nephrotoxicity)的化学物很多，按化学性质可分为：1.金属和类金属 镉、铋、锂、汞、铊、金、镓、铟、铅、镍、铬、锑、硅、砷及砷化氢等。2.有机溶剂 卤代烃类(溴二氯甲烷、四氯化碳、氯仿、二溴氯丙烷、1，2-二溴乙烷、l，2-氯乙烷、环氯丁二烯、戊氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、四氟乙烯等)、芳香烃类(甲苯、二甲苯、苯、乙苯、联苯等)、脂肪烃类(汽油、煤油、柴油等)、脂环烃类(润滑油、松节油、环己烷等)3.农药 五氯苯酚、
4、百草枯、敌草快、氯丹、甲醚菊酯、氟乙酰胺等。4.生物毒物 黄曲霉素B、洁霉素、细菌内毒素、蛇毒等。5.药物 庆大霉素、万古霉素、头孢菌素、甘露醇、丝裂霉素、非那西丁等。6.其他毒物 苯酚、乙烯二乙二醇、二乙烯乙二醇、乙醛、环氧丙烷、腈化物、亚硝胺等。肾脏毒理学*6Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU第二节 肾脏结构与功能的生物学基础肾脏毒理学*7Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU肾脏的解剖肾脏为腹膜后位器官位于脊柱两侧，血供丰富大
5、小：100mm50mm40mm平均重量约134-148g右肾较左肾略低女性略小于男性 肾脏的剖面图肾脏毒理学*8Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU肾单位肾小体肾小管肾小球肾小囊近曲小管降支粗段降支细段升支细段髓 袢远曲小管升支粗段近球小管远球小管 滤液 (原尿)滤过肾单位是肾脏结构和功能的基本单位。肾单位示意图肾脏毒理学*9Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU肾脏是体内化学物的最主要排泄器官;参与化学物生物转化的代谢器官；调节细胞
6、外液量和渗透压；保持体液中的重要电解质（钠、钾、碳酸氢盐及氯离子等），排出氢离子，维持酸碱平衡等内环境自稳机制的重要调节器官;具有分泌如红细胞生成素、肾素、血管紧张素等的能力-内分泌器官。肾脏的生理功能肾脏毒理学*10Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU一、肾小球的滤过功能肾小球（glomerulus）组成：毛细血管丛、肾小球囊和滤过膜作用：阻止血细胞及血浆蛋白滤过。滤过膜的屏障作用：1.机械性屏障：主要根据孔径大小和分子形状等。分子直径小于2nm（分子量小于70,00)的物质一般可以自由通过肾小球滤过膜。2.电
7、荷屏障:主要对白蛋白等带有负电荷的物质发挥作用。肾小球滤过是指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透过肾小球滤过膜而进入肾小囊腔形成肾小球滤液（即原尿）的过程。肾脏毒理学*11Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU二、肾脏的重吸收和分泌功能重吸收：是指物质从肾小管液中转运到血液中的过程。小管液中99%水、100%糖及不同量的钠、尿素等被重吸收；分泌：是指上皮细胞将本身代谢产物或血液中的物质转运至肾小管腔内的过程。肌酐、尿酸、钾等被分泌入小管腔。 三、尿液浓缩和稀释四、肾脏中外源化学物的生物转化肾脏毒
8、理学*12Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU第三节 中毒性肾损伤的部位与类型肾脏毒理学*13Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU肾小球肾近曲小管肾远曲小管及集合管一、肾损伤的部位肾脏毒理学*14Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU二、中毒性肾损害的表现1.急性肾衰竭急性肾衰竭（Acute renal failure)：是指接触毒物后72小时内发生足以
9、产生氮血症的肾功能迅速降低，成人24小时总尿量低于300ml。在此基础上，可合并高钾血症、代谢性酸中毒、少钠血症和少氯血症。2.肾小管综合症肾小管综合症（Renal tubular syndrome)：的特点是明显的肾小管功能衰竭，表现为高氨基酸尿、葡萄糖尿、高磷酸尿、低分子蛋白尿、代谢性酸中毒和浓缩功能衰竭。一般未见肾小球滤过功能的明显损害。3.肾病综合症肾病综合症（Nephrotic syndrome)：是指出现以蛋白尿、低蛋白血症和全身水肿为特征的肾损害，多见于从事汞作业或有机汞作业的工人。肾脏毒理学*15Department of Health ToxicologySchool of
10、Public Health, CSU第四节 肾脏的毒作用机制肾脏毒理学*16Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU一、细胞毒性毒物干扰生化过程而直接影响肾实质细胞代谢，最终导致细胞死亡，可以是坏死，也可以是凋亡。坏死和凋亡在形态和生理上有很大的差别。汞与线粒体膜上含巯基的蛋白质结合破坏线粒体、-酮戊酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和抑制CYP450系统线粒体破坏、琥珀酸脱氢酶活性完全丧失近曲小管上皮细胞混浊肿胀和坏死，直至累及整个肾小管、肾小球肾脏毒理学*17Department of Health ToxicologySc
11、hool of Public Health, CSU有些化学物本身并无毒性，只有通过生物转化形成活性中间代谢产物才有毒性，如烷化剂。乙酰氨基酚和氯仿在小鼠肾内通过P450的作用代谢为活性中间代谢产物N-乙酰-邻-苯喹啉胺和光气。活性中间代谢产物和靶细胞大分子共价结合，影响大分子的正常生物活性，而造成细胞损伤。毒物也可以通过增加活性氧类（reactive oxygen species，ROS），如超氧化物阴离子自由基（O2-）、过氧化氢（H2O2-），和羟基自由基（OH-），诱导氧化应激。ROS可以和一些细胞成分反应诱发毒性，如脂质过氧化，影响细胞膜的流动性、酶的活力、膜的通透性和转运能力；通过
12、氧化靶蛋白的巯基或氨基使细胞酶失活；诱导DNA链或染色体断裂。这些都可以造成细胞损伤和死亡。二、活性中间代谢产物的形成肾脏毒理学*18Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU(三)影响细胞容积和离子内稳态毒物一般都是通过与细胞膜作用，增加离子通透性和抑制能量产生而影响细胞容积和离子内稳态。对肾小管上皮的重吸收至关重要。正常情况下膜的转运可维持细胞内离子的平衡和跨膜离子运动，ATP的失代偿可以抑制膜的转运。随着ATP的耗竭，钠-钾-ATP酶活性受抑制，引起钾外流，钠氯内流，细胞肿胀，最终细胞溶解。(四)细胞骨架和细胞极
13、性的改变(五)细胞内钙稳态失调肾脏毒理学*19Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU第五节 肾损害的检测与评价肾脏毒理学*20Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU一、整体动物实验该试验反映肾浓缩功能。在生理情况下，限制饮水则远曲小管及集合管对水分的重吸收增多，尿量减少，比重上升，大量饮水则尿量增多而比重下降。如果远曲小管及集合管的重吸收功能障碍，可导致肾浓缩-稀释功能下降或丧失。（一）肾浓缩-稀释试验肾脏毒理学*21此项功能测定一般先
14、做浓缩试验，再做稀释试验，两项试验的间隔时间需24h。对人体做试验时，在禁水一定时间后，尿比重应在1.020以上，而稀释试验至少应有一次尿液比重低于1.003。如果某种化学物引起尿量增多伴尿比重下降，提示肾浓缩功能受到损害，可能是由于血管升压素分泌不足或释放障碍。动物实验中，尤其对于小动物，因尿量少不便测定尿比重，可粗略地用尿量来反映其浓缩能力。Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU（二）尿液分析1.尿蛋白因此，在有条件的倩况下，在测蛋白含量的同时最好测定蛋白的分子量。此外，不同动物间尿蛋白的排泄量可相差很大，实验
15、组相对照组动物间的比较很重要。肾脏毒理学*22尿蛋白质一般被认为是肾脏毒性损害的敏感指标。生理情况下，尿蛋白的来源是原尿中未被肾小管完全吸收的少量小分子蛋白质、部分来自肾小管脱落的细胞等。若尿中以大分子蛋白(如清蛋白)为主或出现大量蛋白质，提示肾小球的选择性滤过功能障碍或结构不完整；如果以小分子蛋白(常见的如2-微球蛋白和视黄醇结合蛋白)为主，则提示损伤部位主要在近曲小管，但要除外血中小分子蛋白异常增加的可能性。Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU2.尿糖和氨基酸尿生理情况下，原尿中葡萄糖及氨基酸的浓度未越过肾阈
16、时，能被肾小管全部吸收。因此，如果血糖不高而出现尿中葡萄糖浓度增高，尿中出现大量氨基酸，提示肾小管重吸收功能障碍。3.血尿尿中出现红细胞，可能是肾小球损伤的指征。但只有同时出现颗粒性或透明的红细胞管型时，才能确认尿中红细胞是来自肾脏。肾脏毒理学*23Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU4.尿酶正常情况下尿酶主要来自于：血浆中的酶，般分子量低(80，000)经肾小球滤过后其中极少数未被肾小管吸收，可在尿中检出；肾单位各部分细胞的脱落、溶解，尤其是富含酶的肾小管上皮细胞，这是尿酶的主要来源；泌尿道上皮细胞内含的酶。尿
17、酶是肾损害早期和敏感的指标之一。不同的酶来自肾的不同部位，可以作为肾损害的标记酶。碱性磷酸酶和-谷氨酰转移酶活性增高，是刷状缘受到损害的标记酶而其他的一些酶，如乳酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶分别存在于细胞浆和线粒体，如果它们的活性增高则提示可能有广泛的细胞损伤。值得注意的是，在化学性损害时，由于细胞内的酶大部分在早期即排出，尿酶常常是一过性的，因此如果没有尿酶增高并不一定表示没有肾损害，在急性肾损害比肾损害更有用。 一般而言，大鼠肾酶分布较接近人类，宜作尿酶研究的首选动物。在收集尿样时必须注意防止粪便污染，因为有些酶(如从ALP，LDH等)在粪便中的活性比尿酶高得多。肾脏毒理学*24Departme
18、nt of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU（三）肾小球滤过率肾小球滤过率(glomeraular filtration rate, GFR)可直接通过测定菊糖(inulin)或内生肌酐(creatinine)清除率来反映，也可间接地用测定血中肌酐或血尿素氮(blood urea nitrogen，BUN)来反映。1.菊糖(inulin) 清除试验：菊糖是一种多糖，分子量5200，能从肾小球滤过，不被肾小管重吸收和分泌，不与血红蛋白结合，也不被机体代谢。试验时静脉注射菊糖，收集一定时间内的尿液，测定血浆和尿液中菊糖的浓度。 每分钟尿量尿
19、中菊糖浓度(mg/L) 菊糖清除率（ml/min）= 血浆中菊糖浓度(mg/L)2. 内生肌酐(creatinine)清除率：肌酐为肌酸的代谢产物。经肾小球滤过后，肾小管无任何吸收而全部从鸟排出，仅当血浆中浓度较高时，有小部分由肾小管排泄。 尿肌酐浓度(mg/L) 24小时尿量（L） 肌酐清除率（ml/min）= 血浆肌酐浓度(mg/L)肾脏毒理学*25Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU3. 血清肌酐或血尿素氮(BUN)测定：测定血清肌酐或血尿素氮可间接反映GFR，但不如上述两项试验灵敏。通常在GFR下降50%
20、-70%时血清肌酐或血尿素氮才会增高，易受肾外因素的影响，可继发于脱水，少尿和/或蛋白质分解代谢。4.对氨基马尿酸(p-aminohippuric acid，PAH)清除试验：血中PAH几乎全部通过肾清除，血中PAH经过肾时，被清除的量与肾血浆流量密切相关，故它的清除值一般就看作有效肾血流量(effective renal plasma flow，ERPF)，用红细胞压积校正，就可得出肾血流量。有效肾血流量的计算方法:ERPF=尿中PAH浓度每分钟尿量/血浆中PAH浓度肾血流量= ERPF/（1 红细胞压积）5.酚红排泄试验：酚红（phenol red)又称酚磺肽（phenol sulfonp
21、hthalein, PSP)。酚红注入体内后，90%经近端小管上皮细胞分泌排出，其排泄也受肾血流量的影响。若尿中此染料排泄量减少，说明肾小管功能紊乱。此试验简便实用，注射酚红2h，正常的排泄量平均为70%，功能受损时酚红的排出量可低至40%。染料的排泄主要反映肾小管的分泌能力和血流量。肾脏毒理学*26Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU（四）病理形态学和酶组织化学检查1.大体检查2.光镜检查3.电镜检查4.组织化学检查肾脏毒理学*27Department of Health ToxicologySchool of
22、 Public Health, CSU二、离体实验（一）肾皮质薄片或肾组织片段培养（二）离体灌注肾小管技术（三）其他 如离体肾灌注、原代肾细胞培养、亚细胞器分离以及建立肾细胞株等方法。肾脏毒理学*28Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU整体试验离体试验肾毒性筛检流程图肾脏毒理学*29肾浓缩-稀释试验肾小球滤过率检查尿液检查，血液生化检查形态和酶组织化学检查肾灌注技术肾皮质切片技术肾小管灌注试验肾细胞培养肾亚细胞组分分析Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU本章要点常见的肾脏毒物中毒性肾损伤的部位与类型肾脏的毒性作用机制肾损害的检测与评价方法 怎样进行肾脏毒物的筛检肾脏毒理学*30Department of Health ToxicologySchool of Public Health, CSU
