一、腎臟調節水分平衡的基本原理（Basic Principles of Renal Water Regulation）
1️⃣ 滲透壓（Osmolarity）的定義
- 滲透壓（osmolarity）是指溶液中每公升所含滲透活性粒子的總數，單位為毫滲透莫耳每公升（mOsm/L）。
- 血漿正常滲透壓約為 300 mOsm/L。
滲透壓決定水分跨膜移動方向：
- 高滲區（hyperosmotic region）：溶質濃度高，水傾向流入
- 低滲區（hyposmotic region）：溶質濃度低，水傾向流出
2️⃣ 尿液濃縮與稀釋的定義
- 濃縮尿（concentrated urine）：尿液滲透壓高於血漿滲透壓，可達約 1200 mOsm/L
- 稀釋尿（dilute urine）：尿液滲透壓低於血漿滲透壓，最低可約 50 mOsm/L
腎臟調節目標為：
- 在缺水時保留水分
- 在水分過多時排出水分
二、腎髓質高滲環境的形成（Formation of Hyperosmotic Renal Medulla）
1️⃣ 腎髓質滲透壓梯度（Medullary Osmotic Gradient）
- 腎間質液滲透壓從皮質約 300 mOsm/L，逐漸上升至乳頭部約 1200 mOsm/L
- 此縱向梯度是尿液濃縮能力的基礎。
2️⃣ 產生梯度的兩大主要來源
鈉氯主動運輸（Active NaCl transport）
位置：亨利氏環粗升支（thick ascending limb）
特徵：
- 升支對水幾乎不通透
- 透過 Na⁺-K⁺-2Cl⁻ 同向運輸蛋白（Na-K-2Cl cotransporter）主動將 NaCl 移至間質
- 間質溶質濃度上升
- 管腔液體滲透壓下降
此作用造成「局部橫向滲透差」。
尿素再循環（Urea recycling）
尿素（urea）為蛋白質代謝終產物，於高 ADH 狀態下：
- 集合管對尿素通透性增加
- 尿素由集合管進入髓質間質
- 部分再進入亨利氏環降支
- 再回到集合管
此循環使尿素在髓質累積，約佔高滲梯度 40%～50%。
三、逆流倍增機制（Countercurrent Multiplier Mechanism）
1️⃣ 逆流的定義
- 逆流（countercurrent）指相鄰兩管段內液體流動方向相反。
- 亨利氏環降支與升支呈 U 型結構，形成逆流系統。
2️⃣ 降支（Descending limb）的特性
- 對水高度通透
- 對 NaCl 幾乎不通透
- 管液向下流動時，水因滲透壓差外流
- 管液滲透壓逐漸升高
3️⃣ 升支（Ascending limb）的特性
- 對水不通透
- 主動將 NaCl 運出
- 管液滲透壓下降
- 間質滲透壓升高
4️⃣ 倍增的形成
橫向差異反覆沿縱向放大，形成 300 → 600 → 900 → 1200 mOsm/L 的縱向梯度。
四、直小血管逆流交換（Countercurrent Exchange in Vasa Recta）
1️⃣ 直小血管結構
直小血管（vasa recta）為 U 型毛細血管。
2️⃣ 下行支作用
- 水由血管流出至間質
- 溶質進入血管
- 血液滲透壓上升
3️⃣ 上行支作用
- 溶質流出血管
- 水回流入血管
4️⃣ 功能意義
維持髓質溶質濃度，防止被血流沖淡。
五、抗利尿激素（ADH, Antidiuretic Hormone）
1️⃣ 定義
抗利尿激素，又稱血管加壓素（vasopressin），為下視丘神經元合成，經腦下垂體後葉釋放。
2️⃣ 分泌刺激因素
- 血漿滲透壓上升
- 血容量下降
- 嚴重出血
3️⃣ 作用部位
- 遠曲小管晚段（late distal tubule）
- 集合管（collecting duct）
4️⃣ 分子作用機制
- ADH 與 V2 受體結合
- 活化腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase）
- 產生 cAMP
- 促進 AQP-2（Aquaporin-2）插入管腔膜
結果
- 水通透性增加
- 水順滲透梯度移動至高滲間質
當 ADH 減少
- AQP-2 被回收至細胞質
- 水通透性下降
六、各腎小管段滲透壓變化（Osmolarity Changes Along Nephron）
1️⃣ 近曲小管（Proximal tubule）
- 再吸收約 65% 濾過電解質
- 對水高度通透
- 管液維持約 300 mOsm/L
2️⃣ 亨利氏環
- 降支：滲透壓逐漸升高
- 升支：滲透壓下降至約 100 mOsm/L
3️⃣ 遠曲小管
- 早段：為稀釋段（diluting segment）
- 對水不通透
- 繼續排鹽
4️⃣ 集合管
無ADH
- 對水不通透
- 排出大量低滲尿
高ADH
- 對水高度通透
- 水大量再吸收
- 尿液可濃縮至 1200 mOsm/L
七、最大濃縮能力限制因素
腎臟最大濃縮能力取決於
- ADH 水平
- 髓質間質滲透壓
若髓質血流增加
- 高滲梯度下降
- 濃縮能力降低
八、稀釋尿的形成機制
稀釋尿形成需要：
- 升支持續排鹽
- 無 ADH
- 集合管對水不通透
此時
- 管液持續變稀
- 排出大量低滲尿
九、臨床相關病理
1️⃣ 中樞型尿崩症（Central Diabetes Insipidus）
定義：ADH 分泌不足
結果：大量低滲尿、多飲
2️⃣ 腎性尿崩症（Nephrogenic Diabetes Insipidus）
定義：腎小管對 ADH 反應異常
原因：
- V2 受體缺陷
- AQP-2 缺陷
3️⃣ 腎髓質破壞
如慢性腎病：
- 無法建立高滲梯度
- 尿濃縮能力下降
十、整體整合機制總結
腎臟濃縮與稀釋能力建立於：
- 亨利氏環逆流倍增
- 直小血管逆流交換
- 尿素再循環
- ADH 調控水通透性
- 髓質高滲梯度維持
透過上述多層級機制整合，使人體可在極端水分變化下維持血漿滲透壓穩定。
