1、肾脏毒理学肾脏毒理学优选肾脏毒理学(一一)肾脏是毒物的重要靶器官肾脏是毒物的重要靶器官 肾脏在排泄废物、调节细胞外液容量、电解质和肾脏在排泄废物、调节细胞外液容量、电解质和酸碱平衡上起了很重要的作用，也参与一些激素酸碱平衡上起了很重要的作用，也参与一些激素的合成和释放，如肾素和红细胞生成素，以及维的合成和释放，如肾素和红细胞生成素，以及维生素的活化。生素的活化。毒物不但直接影响肾脏功能，也间接影响全身生毒物不但直接影响肾脏功能，也间接影响全身生理功能。理功能。肾脏有较强的代偿功能和多种解毒功能。肾脏有较强的代偿功能和多种解毒功能。(二二)引起肾毒性的化学物引起肾毒性的化学物.金属和类金属金属和
2、类金属 镉、铋、锂、汞、铊、金、镓、镉、铋、锂、汞、铊、金、镓、铟、铅、镍、铬、锑、硅、砷及砷化氢等。铟、铅、镍、铬、锑、硅、砷及砷化氢等。.有机溶剂有机溶剂 卤代烃类（溴二氯甲烷、四氯化碳、卤代烃类（溴二氯甲烷、四氯化碳、氯仿、二溴氯丙烷、氯仿、二溴氯丙烷、1,21,2二溴乙烷、二溴乙烷、1,21,2二氯乙烷、二氯乙烷、环氯丁二烯、戊氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、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（四氟乙烯等）、芳香烃类（甲苯、二甲苯、三甲甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、联苯等）、脂肪烃类（汽油、煤油、苯、乙苯、联苯等）、脂肪烃类（汽油、煤油、柴油等）、脂环烃类（润滑
3、油、松节油、环乙烷柴油等）、脂环烃类（润滑油、松节油、环乙烷等）等）3.3.农药农药 五氯苯酚、百草枯、敌草快、氯丹、甲醚菊酯、氟乙酰胺等。4.4.生物毒物生物毒物 黄曲霉素、桔霉素、细菌内毒素、蛇毒等。5.5.药物药物 庆大霉素、万古霉素、头孢菌素、甘露醇、丝裂霉素、非那西丁等。6.6.其他毒物其他毒物 苯酚、乙烯二乙二醇、二乙烯乙二醇、乙醛、环氧丙烷、睛化物、亚硝胺等。三三 肾脏对毒物的易感性肾脏对毒物的易感性 皮质接受肾脏总血流量皮质接受肾脏总血流量94%94%，化学物可随血流到达，化学物可随血流到达肾皮质。肾皮质。化化学学物重吸收后在肾小管中被浓缩，使某些在血浆物重吸收后在肾小管中被浓
4、缩，使某些在血浆里无毒的化学物在肾小管内达到有毒的浓度水平；里无毒的化学物在肾小管内达到有毒的浓度水平；使一些相对不可溶的化学物在肾小管的管腔内沉积使一些相对不可溶的化学物在肾小管的管腔内沉积而引起阻塞，进而产生急性肾功能衰竭；而引起阻塞，进而产生急性肾功能衰竭；在肾脏中化学物（或是在其他脏器中代谢的代谢在肾脏中化学物（或是在其他脏器中代谢的代谢产物）可转化成活性基团，与蛋白质发生共价结产物）可转化成活性基团，与蛋白质发生共价结合或启动脂质过氧化，造成细胞损伤。合或启动脂质过氧化，造成细胞损伤。肾脏中外源性化学物代谢酶（如肾脏中外源性化学物代谢酶（如P450P450，谷胱甘肽，谷胱甘肽转硫酶）
5、比肝脏中少。酶在肾脏不同节段中有很转硫酶）比肝脏中少。酶在肾脏不同节段中有很大差异，所以往往在一些节段中肾脏酶的作用有大差异，所以往往在一些节段中肾脏酶的作用有较强的活性。较强的活性。肾脏的损伤部位既代表了化学物蓄积的部位，也肾脏的损伤部位既代表了化学物蓄积的部位，也代表了这些活化化学物的酶的定位。代表了这些活化化学物的酶的定位。二二.肾脏结构与功能的生物学基础肾脏结构与功能的生物学基础 肾是实质器官。外层为皮质，内层为髓质。髓质肾是实质器官。外层为皮质，内层为髓质。髓质由肾锥体组成，开口于肾小盏，肾小盏合成肾盂，由肾锥体组成，开口于肾小盏，肾小盏合成肾盂，肾盂向下逐渐缩小续于输尿管。肾盂向下
6、逐渐缩小续于输尿管。肾单位是肾脏结构和功能的基本单位，它与集合肾单位是肾脏结构和功能的基本单位，它与集合管共同完成泌尿功能。肾脏基本生理功能包括排管共同完成泌尿功能。肾脏基本生理功能包括排泄废物、调节体液以及酸碱平衡、分泌激素。维泄废物、调节体液以及酸碱平衡、分泌激素。维持机体的内环境稳定，保证新陈代谢正常进行。持机体的内环境稳定，保证新陈代谢正常进行。（一）肾小球的滤过功能（一）肾小球的滤过功能 （二）肾脏吸收和分泌（二）肾脏吸收和分泌 (三三)逆流放大系统和尿液浓缩机制逆流放大系统和尿液浓缩机制（四）肾脏中外源化学物的生物转化（四）肾脏中外源化学物的生物转化肾毒性评价的整体性方法也要求与离
7、体研究相结合。(一)肾脏是毒物的重要靶器官大量对乙酰氨基酚进入机体时，引起肾脏坏死。单独使用体内或体外的方法研究化学物的毒性是不能解决需要回答的所有问题。形态学和酶组织化学检查大分子蛋白（如白蛋白）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大分子蛋白（如白蛋白）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（一）肾单位和集合管(三)逆流放大系统和尿液浓缩机制肾小球的损伤主要是小球膜上的一些成分与毒物间相互作用的结果，如庆大霉素造成肾小球滤过率的减少是由于氨基糖苷的阳离子和内皮细胞的阴离子部位的静电相互作用,改变了肾小球的带电状态,影响了内皮细胞滤膜的大小
8、与数目。(二)肾近曲小管损伤(三)细胞容积和离子内稳态 滤过膜滤过膜 指肾小球毛细血管内的血液与肾小囊中超滤液指肾小球毛细血管内的血液与肾小囊中超滤液之间的隔膜。之间的隔膜。滤过的结构基础滤过的结构基础滤过膜滤过膜1 1、滤过膜的组成、滤过膜的组成 三层结构三层结构内层为毛细血管的内皮细胞层，内层为毛细血管的内皮细胞层，对血浆蛋白不起屏障作用对血浆蛋白不起屏障作用中间为非细胞性的基膜层，水及部分溶质可以通过，中间为非细胞性的基膜层，水及部分溶质可以通过，但限制但限制大分子的血浆蛋白质滤出，是滤过膜中主要的屏障；大分子的血浆蛋白质滤出，是滤过膜中主要的屏障；外层是肾小囊皮细胞，由突起的足细胞构成
9、。外层是肾小囊皮细胞，由突起的足细胞构成。作用作用 机械性屏障机械性屏障 电荷屏障电荷屏障(三)髓袢，远曲小管及集合管损伤肾单位是肾脏结构和功能的基本单位，它与集合管共同完成泌尿功能。肾近曲小管是肾性毒物引起肾脏损伤最常见的部位，主要与毒物在近曲小管内选择性蓄积有关，(二)活性中间代谢产物形态学和酶组织化学检查汞对巯基的特殊亲和力，血液中的无机汞都与细胞白蛋白和其它含巯基的蛋白及谷胱甘肽和胱氨酸结合。肾近曲小管是肾性毒物引起肾脏损伤最常见的部位，主要与毒物在近曲小管内选择性蓄积有关，(二)肾近曲小管损伤(一)肾脏是毒物的重要靶器官作为人类镉肾毒性的早期预测生物标志物，可用尿镉、钙、氨基酸、白蛋
10、白、2微球蛋白、NAG和视结合蛋白。远端小管将髓袢升支粗段连接起源于肾皮质的集合管部分。肾小球的损伤主要是小球膜上的一些成分与毒物间相互作用的结果，如庆大霉素造成肾小球滤过率的减少是由于氨基糖苷的阳离子和内皮细胞的阴离子部位的静电相互作用,改变了肾小球的带电状态,影响了内皮细胞滤膜的大小与数目。进而可发展成慢性间质性肾炎。其他毒物 苯酚、乙烯二乙二醇、二乙烯乙二醇、乙醛、环氧丙烷、睛化物、亚硝胺等。多个肾脏靶部位，损伤表现可有多种临床综合症。细胞色素P450和胱氨酸结合溶酶的活性钙作为第二信使在很多细胞功能中起到了很重要的作用。单独使用体内或体外的方法研究化学物的毒性是不能解决需要回答的所有问
11、题。肾皮质薄片(renal cortex)或肾组织片段(renal tissue fragment)培养。免疫复合物可以掺入到小球内部与补体相结合。肾结构示意图肾结构示意图 （一）（一）肾单位和集合管肾单位和集合管 （四）肾脏中外源化学物的生物转化（四）肾脏中外源化学物的生物转化 在肝脏中存在的代谢酶基本上在肾脏亦可出现，含量相对较低。如细胞色素P450在肾脏皮质含量相当肝脏1/5。肾脏中细胞色素P450与肝脏并不相同，吸收峰为452454nm，肝脏450nm。肾脏对外源化学物的代谢转化具有两方面作用肾脏对外源化学物的代谢转化具有两方面作用 （重点掌握）（重点掌握）代谢解毒和代谢活化代谢解毒和
12、代谢活化 一方面，外源化学物在肾脏进行代谢转化过程中形成对肾一方面，外源化学物在肾脏进行代谢转化过程中形成对肾脏具有损害作用的代谢物脏具有损害作用的代谢物:例如氯仿可经代谢活化形成光气；例如氯仿可经代谢活化形成光气；对乙酰胺基酚在肾脏中被代谢转化，经脱乙酰反应形成对对乙酰胺基酚在肾脏中被代谢转化，经脱乙酰反应形成对氨基酚；大量对乙酰氨基酚进入机体时，引起肾脏坏死。氨基酚；大量对乙酰氨基酚进入机体时，引起肾脏坏死。溴苯在肾脏中可经代谢转化形成邻溴苯酚，可降低肾脏中溴苯在肾脏中可经代谢转化形成邻溴苯酚，可降低肾脏中谷胱甘肽含量，造成肾脏坏死。谷胱甘肽含量，造成肾脏坏死。另一方面肾脏的代谢转化具有在
13、肝外代谢中的解毒作用，肾脏中含有催化葡萄糖醛酸结合、硫酸结合和谷胱甘肽结合的酶类，借此可消除或减少这些肾脏毒物对肾脏的损害，多数物质经过肾脏内的代谢降解毒性下降。三中毒性肾损伤的部位与类型三中毒性肾损伤的部位与类型(一一)肾小球损伤肾小球损伤 (二二)肾近曲小管损伤肾近曲小管损伤 (三三)髓袢，远曲小管及集合管损伤髓袢，远曲小管及集合管损伤(四四)肾脏疾病分类肾脏疾病分类(一一)肾小球损伤肾小球损伤 肾小球是肾脏最先接触毒物的部位，但很少毒物能引起肾小球结构的损伤。肾小球的损伤主要是小球膜上的一些成分与毒物间相互作用的结果，如庆大霉素造成肾小球滤过率的减少是由于氨基糖苷的阳离子和内皮细胞的阴离
14、子部位的静电相互作用,改变了肾小球的带电状态,影响了内皮细胞滤膜的大小与数目。毒物可以直接损伤肾小球上皮细胞和肾小球毛细血管膜。免疫复合物可以掺入到小球内部与补体相结合。毒物也可以作为半抗原，与小球蛋白相结合成为全抗原，在小球中形成免疫沉积物。Company Logo(一一)肾小球损伤肾小球损伤 毒性机制 1.毒物改变肾小球的带电状态，影响内皮细胞滤膜的大小和数目，导致肾小球率过滤减少。2.毒物直接损伤肾小球上皮细胞和毛细血管膜。3.毒物可作为半Ag+小球蛋白 全Ag 刺激抗Ab 产生形成免疫复合物沉积在肾小球(二二)肾近曲小管损伤（重点掌握）肾近曲小管损伤（重点掌握）近端小管在保持体内电解质
15、平衡中起着决定性的作用。肾近曲小管是肾性毒物引起肾脏损伤最常见的部位，主要与毒物在近曲小管内选择性蓄积有关，上皮细胞不够紧密，毒物更易渗入到近曲小管细胞内。此处发生转运和蓄积。细胞色素P450和胱氨酸结合溶酶的活性 毒物在肾脏中的转运和蓄积是毒物引起肾脏毒性的必要条件，还可能取决于细胞靶部位的反应能力。细胞色素P450和胱氨酸结合溶酶的活性也是增加肾近曲小管易感性的一个因素，这两个酶主要在肾近曲小管内催化毒物代谢转化，而在肾单位的其它部位几乎无此作用。有些毒物需要由这些酶活化，如氯仿需要细胞色素P450，卤烷结合物需要胱氨酸结合溶酶。(三三)髓袢，远曲小管及集合管损伤髓袢，远曲小管及集合管损伤
16、 远端小管将髓袢升支粗段连接起源于肾皮质的集合管部分。远端小管的功能主要是离子和水的重吸收，与近曲小管相比，化学物造成其它一些片段的损伤较少见，主要表现为浓缩和酸化能力受损，而造成多尿的机制也不尽相同。顺铂在引起髓襻拨和集合管的浓缩功能损伤，造成对抗利尿激素的耐受。(四四)肾脏疾病分类肾脏疾病分类 按肾脏主要的解剖结构（如肾小球、肾小管、间质、血管），与重要的临床综合症联系起来。肾脏毒物可能具有多个肾脏靶部位，损伤表现可有多种临床综合症。1.免疫介导肾小球疾病免疫介导肾小球疾病2.直接肾小球损伤 3.急性肾小管损伤4.急性间质性肾炎5.慢性间质性肾炎（CIN）四肾脏的毒性作用机制四肾脏的毒性作
17、用机制(一一)细胞死亡细胞死亡 凋亡 坏死 一般肾性毒作用都是由细胞坏死而引起细胞死亡。(二二)活性中间代谢产物活性中间代谢产物 毒物引起细胞损伤可有不同的机制，有些毒物能直接与细胞大分子相结合而造成毒作用，如汞和细胞的巯基相结合。但有些化学物本身并无毒性，只有生物转化成活性中间代谢产物才有毒性。(三三)细胞容积和离子内稳态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。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
18、细胞溶解。(四四)细胞骨架和细胞极性细胞骨架和细胞极性 毒物可以引起一些早期膜完整性的变化，如刷状毒物可以引起一些早期膜完整性的变化，如刷状缘的丧失，浆膜变性和细胞极性的改变。这可能缘的丧失，浆膜变性和细胞极性的改变。这可能与毒物诱发的细胞骨架改变有关。与毒物诱发的细胞骨架改变有关。近曲小管有明显的极性，在毒物作用下，由于能近曲小管有明显的极性，在毒物作用下，由于能量代谢紊乱，骨架的重排，导致近曲小管的极性量代谢紊乱，骨架的重排，导致近曲小管的极性破坏。破坏。(五五)钙的内稳态钙的内稳态 钙作为第二信使在很多细胞功能中起到了很重要的作用。钙离子在肾细胞内的分布很复杂，它不但可以与大分子相结合，
19、也可存在亚细胞房室中。细胞内游离钙水平的升高能活化一些钙离子依赖性酶，如磷酯酶和蛋白酶造成细胞骨架和一些与收缩有关成分的功能。五五.肾损害的检测与评价肾损害的检测与评价 单独使用体内或体外的方法研究化学物的毒性是不能解单独使用体内或体外的方法研究化学物的毒性是不能解决需要回答的所有问题。决需要回答的所有问题。肾毒性评价的整体性方法也要求与离体研究相结合。肾毒性评价的整体性方法也要求与离体研究相结合。不仅用不同种系的动物，也要结合人群临床及流行病学不仅用不同种系的动物，也要结合人群临床及流行病学研究。研究。（一）整体实验（一）整体实验 1.1.肾脏浓缩稀释试验肾脏浓缩稀释试验 2.2.尿成份的改
20、变尿成份的改变 3.3.肾小球滤过率（肾小球滤过率（GFRGFR）测定）测定 4.4.形态学和酶组织化学检查形态学和酶组织化学检查1.1.肾脏浓缩稀释试验肾脏浓缩稀释试验 此项功能测定一般先做浓缩试验，再做稀释试验，两项试验的间隔时间需24小时。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，提示肾脏浓缩功能受到损害，可能是由于抗利尿激素分泌不足或释放障碍。动物试验中，尤其是对于小动物，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。2.尿成份的改变(1)(1)尿蛋白尿蛋白(2)(2)尿糖
21、尿糖(3)(3)尿酶尿酶(1)(1)尿蛋白尿蛋白l生理情况:l 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l病理状况:l大分子蛋白（如白蛋白）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l大量小分子蛋白（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(2)(2)尿糖尿糖l生理状态 原尿中葡萄糖浓度未超过肾阈时，能被肾小管全部吸收l病理状态 血糖不高而出现尿中葡萄糖浓度增高，提示肾小管功能障碍(3)尿酶l生理状态l1）血浆中的酶l 一般分子量低（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，含量少；
22、l2）肾单位各部分细胞的脱落、溶解l尤其是富含酶的肾小管上皮细胞，是尿酶的主要来源；l3）泌尿道上皮细胞内含的酶(3)尿酶l病理表现l 尿酶是肾损害早期和敏感的指标之一。不同的酶来自于肾脏的不同部位，可以作为肾脏损害的标记酶l1）碱性磷酸酶和谷氨酰转移酶活性增高，提示刷状缘受到损害l2）乳酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶分别存在于细胞浆和线粒体，活性增高则提示可能有广泛的细胞损伤3.肾小球滤过率（GFR）测定 肾小球滤过率直接通过测定菊糖或内生肌酐清除率，也可间接地用测定血中肌酐或血尿素氮。4.形态学和酶组织化学检查l 作急性或慢性毒性试验结束时，需常规称量肾脏和体重，作急性或慢性毒性试验结束时，需常规
23、称量肾脏和体重，计算脏器系数，脏器系数改变，提示可能有肾脏损害。此计算脏器系数，脏器系数改变，提示可能有肾脏损害。此外，大体检查还能发现肾脏有无充血、水肿、纤维化等病外，大体检查还能发现肾脏有无充血、水肿、纤维化等病理改变。理改变。l 光镜和电镜检查能发现肾脏在组织学以及亚细胞水平上光镜和电镜检查能发现肾脏在组织学以及亚细胞水平上损害的部位、范围、性质、形态学特征以及严重的程度。损害的部位、范围、性质、形态学特征以及严重的程度。l 酶组织化学检查能对某些病损或某些功能（如一些酶活酶组织化学检查能对某些病损或某些功能（如一些酶活性）进行定位研究，肾脏毒理研究中具有很重要意义。性）进行定位研究，肾
24、脏毒理研究中具有很重要意义。（二）离体试验（二）离体试验 1.1.肾皮质薄片肾皮质薄片(renal cortex)(renal cortex)或肾组织片段或肾组织片段(renal(renal tissue fragment)tissue fragment)培养。培养。2.2.离体灌注肾小管技术离体灌注肾小管技术(isolated perfused tubule)(isolated perfused tubule)3.3.其它其它 离体肾脏灌注、原代肾细胞培养、亚细胞器分离以及建离体肾脏灌注、原代肾细胞培养、亚细胞器分离以及建立肾细胞株等方法都已较成熟，在肾脏毒理学中应用。立肾细胞株等方法都已较
25、成熟，在肾脏毒理学中应用。六、六、几种常见的肾性毒物几种常见的肾性毒物（一）、汞（一）、汞 汞对巯基的特殊亲和力，血液中的无机汞都与细胞白蛋白和其它含巯基的蛋白及谷胱甘肽和胱氨酸结合。肾脏是无机汞蓄积的主要靶器官，近曲小管的S3节段是毒性始发部位，随着剂量和接触时限的增加可累及到S1和S2节段。肾脏对汞的摄取很快，接触非中毒剂量的无机汞，其中50%的汞在几小时内就可以在肾脏中发现。（二）镉（二）镉 慢性接触镉的主要途径是食物和吸烟，可引起肾脏毒性。镉对近曲小管的损伤，主要在S1和S2节段，引起糖尿，氨基酸尿，尿钙和尿酶增加。进而可发展成慢性间质性肾炎。作为人类镉肾毒性的早期预测生物标志物，可用尿镉、钙、氨基酸、白蛋白、2微球蛋白、NAG和视结合蛋白。若肾小管细胞内没有足够的金属硫蛋白与游离的镉离子相结合，游离的镉离子就能在细胞内对损伤敏感的部位产生毒作用Company Logo二、镉1.主要靶部位近曲小管2.主要损害引起尿糖、尿氨基酸、尿钙、尿酶升高，慢性间质性肾炎3.毒性机制 镉诱导金属硫蛋白生成，并与之结合成镉金属硫蛋白 易经肾小球滤过 近曲小管重吸收，并降解为游离镉离子和金属硫蛋白 游离的镉离子对近曲小管产生损害
