膀胱和尿道的生理和药理.doc
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膀胱和尿道的生理和药理
Michael B. Chancellor, MD
Naoki Yoshimura, MD, PhD
相关解剖和生物力学
膀胱生物力学
充盈的机械力学
膀胱的调适
排尿机制
组织生物力学和膀胱功能
膀胱
平滑肌
基质
血管
膀胱粘膜
尿道
尿道肌肉
固有层和尿道周围组织
下尿道的神经控制
周围神经系统
控制排尿的反射回路
排尿反射之脊髓反射通路和脊髓上反射通路
调节排尿反射的中枢通路
骶髓神经调节作用的机制假说
膀胱反射发育上的改变
药理学
周围神经药理学
辣椒辣素, 树脂毒素, 类香草素受体和C神经纤维的药物治疗
药物对膀胱平滑肌的作用
脊髓上行通路和下行通路
脑桥排尿中枢和脊髓上机制
膀胱不稳定之机制
脊髓损伤和神经原膀胱
膀胱出口梗阻
炎症
衰老
膀胱不稳定之神经原机制
小结
将来的研究
尿失禁和膀胱不稳定正成为国际上的热点。有这些问题的患者数量惊人，现正受到关注，也有难以置信的经济上潜在影响。美国估计有一千七百万男性和女性的膀胱控制有问题，其中许多人罹患膀胱不稳定。估计美国每年要化二百六十亿美元对付膀胱失控(世界卫生组织，1999)。所有发达国家中人口持续衰老与膀胱控制的有关问题确将持续增加。本章里，我们回顾了膀胱和尿道的神经肌肉生理和病理生理学。我们讨论了有助于更好地治疗排尿功能不全患者的药理学新方法。在结尾部分，我们推测了将来可征服尿失禁的治疗方法，如基因治疗。
排尿过程可视为大脑和脊髓中的神经回路协调膀胱和尿道平滑肌活动的集成(Torrens 1987; de Groat 等人，1993； Yoshimura和 de Groat, 1997a)。这些回路起着开关般的作用，交互着贮尿和排尿这两种下尿道作用模式。
成人神经系统的损伤或疾病破坏排尿的自主控制，引起反射性排尿重新出现，导致膀胱不稳定和急逼性尿失禁(图23-1)(Torrens, 1987; Wein, 1992; de Groat 等，1993； Yoshimura和de Groat, 1997a)。由于下尿道中枢神经控制的复杂性，急逼性尿失禁的出现可以是一系列神经疾患的结果。此外，急逼性尿失禁可能是由于逼尿肌固有的肌原性畸形，导致逼尿肌运动不稳定(Brading, 1997)。评论了逼尿肌的形态和功能，包括粘膜带来的新的启迪。
尿道功能不全同样是女性和男性尿失禁的一个重要原因。许多未受过泌尿学训练的卫生保健专业人员错误地相信尿道功能不全只是由真正意义上的压迫性尿失禁(stress incontinence)引起。良性前列腺增生的男性膀胱出口处尿道阻力增加，逼尿肌-括约肌协同失调的年轻一点的男性和女性(即脊髓损伤，多发性硬化)引起继发性膀胱改变。膀胱出口处阻力增加，引起继发性膀胱结构改变，导致急逼性尿失禁。此外，混合有压迫性尿失禁和急逼性尿失禁的患者，推测压迫性尿失禁引起了急逼性尿失禁。尿液溢入尿道(压迫性尿失禁)会刺激尿道的传入神经，诱发非自主的排尿反射(急逼性尿失禁)。
本章回顾了给人启发的人体及动物研究：
* 控制下尿道的神经通路组织
* 涉及贮尿和排尿反射的神经递质
* 包括尿道粘膜和平滑肌的逼尿肌功能
* 平滑肌和骨骼肌对于尿道功能的作用，尿道和膀胱功能间的相互作用
* 药物对膀胱的作用
* 膀胱不稳定的可能机制
* 有关下尿道研究和治疗将来之须持的推测
随着人类基因组图的破译，我们相信我们正处于临床医学大挪移的边缘。未来将授分子医学于泌尿学工作者手中。
排尿类型
不自主(反射)
成熟出现缺陷 (婴儿) 成熟
不自主 治疗自主
(新生儿反射)(成人)
(成人)不自主
(新的反射)(成人)
疾病，神经损伤，衰老
图23-1。成熟、病理和衰老对膀胱"生命环"的影响。婴儿的排尿由反射回路启动和协调。中枢神经通路成熟后，排尿自主地由位于大脑的更高级中枢控制。神经成熟的缺陷使不自主排尿滞留于成人。衰老、神经损伤或诸如良性前列腺增生等疾病能破坏中枢自主排尿神经通路。咎于出现于婴儿的原始反射机制重新出现或突触再塑而出现的病理过程，能够引起新的反射回路形成。治疗目标是将病理过程逆转，重新确立正常的排尿自主控制。
相关解剖和生物力学
膀胱可分成两部分：输尿管开口之上的"体"部，膀胱三角和膀胱颈组成的"底"部(Elbadawi和Schenk, 1966)。膀胱体的组织学检查显示肌原纤维按随机方向排列成束(Donker等，1982)。这一结构与输尿管或胃肠道个别的环状或纵向排列的平滑肌层不同。
膀胱出口由膀胱底、尿道和尿道外括约肌组成(图23-2)。膀胱底部有薄片状结构，膀胱三角区下有浅层的纵向肌层。浅层下的深面，肌层与逼尿肌延续(Tanagho, 1982;Dixon 和Gosling, 1987; Zderic 等，1996)。膀胱底部深面肌层的细小肌束主要呈环向。
尿道始于膀胱的尿道内口，延伸至尿道外口。男性尿道的四个节段易于识别。首先为前列腺前部或为膀胱颈部，接着尿道前列腺部通过腺体的全长，至于前列腺尖。尿道膜部从前列腺尖延伸，通过盆底肌结构，直至在阴茎根部成为尿道球部和阴茎海绵体部(第四段)。女性尿道穿过阴道前壁的远侧1/3，从膀胱颈到尿道口。尿道由协助排尿控制排尿的组织组成，远过于某一块单独的、隐约可见的"括约肌"。女性脉管状上皮下组织的网络结构起到了封闭尿道的作用。
逼尿肌或膀胱三角是否突入近端尿道(见图23-2)存在争议。胚胎学的资料支持膀胱和尿道肌肉有各自起源的概念(Dixon和Gosling,1987; Zderic等，1996)。组织学研究表明膀胱底的纵向肌肉向远端延伸入尿道，形成了内纵层(Hutch 和Rambo, 1967; Tanagho, 1982)。成人及胎儿标本的检验表明横纹肌和平滑肌接合入尿道，与纤维性的前列腺囊交织在一起(Oerlich, 1980)。相反，还描述了男性膀胱颈部一个完整的、有力的平滑肌环(Gosling,1999)。女性中找不到如此围脖状肌肉。男性和一些女性膀胱颈部受损或开放仍可控制排尿这一事实提出了质疑，膀胱颈部可能不是控制排尿的主要部位(Chapple等，1989)。作为维持控制排尿主要区域的膀胱，其重要性众说纷纭。
膀胱颈在生殖方面发挥重要作用。男性膀胱颈关闭利于前向射精。这一过程中交感神经去甲神经能支配活跃，射精时积极地收缩膀胱颈。然而，据报道女性中膀胱颈的肾上腺素能的支配密度比男性的为低(de Groat和Booth，1993)。
要懂得排尿和排尿控制，需要平滑肌和横纹肌收缩性能的一些工作常识。膀胱平滑肌细胞的收缩性能非常适合尿液的贮存和排出。生理性地慢速充盈膀胱维持的膀胱内压低于10cmH20(Klevmark, 1974)。膀胱急性去神经时察觉不到这一低下的充盈压有改变(Langley和Whiteside, 1951)。这个概念用以支持假说，即细胞和细胞外组成成分的固有肌原性或膀胱弹力特性是促成膀胱低压充盈及其顺应性的主要因素(见"膀胱活动过度的机制")。相反，排尿时快速且保持平滑肌收缩是需要神经输入的。
图23-2. 膀胱及其出口的解剖。左侧名词由Gosling和Dixon制定，右侧的由Elbadawi及其协作者制定。(摘自Torrens M, Morrison JFB: The Physiology of the Urinary Bladder. Berlin, Springer-Verlag, 1987,p 1.)
(左侧)
逼尿肌
三角区浅层(Superficial trigone)
三角区深层
膀胱颈
尿道平滑肌
尿道周围横纹肌
横纹肌性括约肌或壁内横纹肌
(右侧)
体部逼尿肌
输尿管三角
输尿管周围鞘柔性括约肌(lissosphincter)
底部逼尿肌
尿道肌层
横纹括约肌
膀胱生物力学
哪些膀胱的基本流体力学和生物力学特性是开业泌尿医生所应该知道的呢？他们又为什么得知道这些呢？这些问题是我们在本节中试图解答的。Laplace公式(Chancellor 等，1996)表述的膀胱形态、大小、压力和张力间的关系是我们立论的基础。Marquis Pierre-Simon de Laplace (1879-1927)被称为"法国的牛顿"。他细致地观察到：要维持容器内一个给定的压力，容器壁内的张力直接地与任何一点上的曲线半径成比例。这就是Laplace公式。
泌尿学家直觉地想到在膀胱内压与膀胱大小间有一种关系，这种关系影响着膀胱壁的张力。膀胱壁张力增加激活了膀胱传入神经，诱发了膀胱充盈的感觉，同样也诱发了不自主的膀胱收缩。膀胱内压的大幅度增加，特别在肥厚的小容量膀胱，能够惊人地提高膀胱壁张力，产生缺血、膀胱输尿管反流，同样引起细菌排入静脉系统和/或淋巴系统。膀胱壁张力和膀胱内压提高可能是膀胱破裂的原因，有时可见于回肠膀胱成形术后。
Laplace等式表达了壁张力和膀胱内压及膀胱大小间有一种直接的关系。等式中，T表示张力，P表示膀胱内压，R表示膀胱半径，d是膀胱壁厚度。在膀胱充盈中，Pves相对恒定。膀胱完全撑开时，由于d相对纤薄，与其它参数相比可以忽略，除非有膀胱壁肥厚的情况存在。因此，T=P·R/2近似完全正常膀胱的张力(图23-3)。
Laplace公式 T=PvesR/2d
图23-3. Laplace等式将膀胱壁张力(T)描写为膀胱半径(R)、膀胱内压(P)、壁厚度(d)的函数。
充盈的机械力学
膀胱和尿道粘膜弹性的表现依赖于神经肌肉和机械性能。机械性能随伸展的程度(膨胀)改变，即使是在丧失三磷酸腺苷(ATP)(如，死后)的组织中也一样。机械特性对组织结构和成分特别敏感。当膀胱和尿道这些组织受到应力(力/区域)时，胶原和弹性蛋白的含量对于粘膜弹性有显著影响。除了平滑肌，人类膀胱大致由50%胶原和2%弹性蛋白组成。损伤、梗阻或去神经时，胶原含量增加(Macarak和Howard, 1999)。当收缩蛋白含量超过胶原时，可获得更大的膨胀度(顺应性)。反之，当胶原水平增加，顺应性下降。膀胱顺应性(C)可定义为相对于膀胱内压(Pchange)每一改变的容量(Vchange)改变：
C=Vchange/Pchange
顺应性或传出神经冲动下降可改变膀胱壁张力，引起传入增加，故改变了膀胱感觉和排尿的容量阈值。膀胱容量增加，膀胱壁应力或张力(T)增加，正如Laplace等式所定义的(图23-3)。
膀胱的调适
膀胱的表面大小在排空到充盈的过程中经历了难以置信的改变。其改变程度体内实在没有其它任何器官能与之匹配。这种改变既由膀胱粘膜也由膀胱壁平滑肌和结缔组织调适。
膀胱固有层厚度及逼尿肌的改变是膀胱适应尿量增加的机械力学上的要求。充盈过程中，固有层变薄的速度超过肌层。有人提出充盈过程中膀胱壁变薄是肌束重新排列和胶原螺旋结构改变的结果(Macarak和Howard,1999)。低膀胱内压时的尿量调适需要肌肉和结缔组织的空间结构一起改变(Change等，1999)。
充盈过程中，逼尿肌重组，肌束移行位置从"顶-底"改为"侧-侧"构象。在重组中，以直角连接肌束的螺旋化Ⅲ型胶原纤维伸展开，变长，绷紧，呈现出方向为纤维与腔平行。
排空的机械力学
膀胱内压反映为异常压(Pabd)与逼尿肌压(Pdet)的联合因素。因此，Pdet=Pves-Pabd
排尿依赖神经介导的逼尿肌收缩，引起Pdet升高，Pabd没有显著变化。要评估逼尿肌收缩的力度，单一的Pdet 还不够。肌肉耗能要么产力，要么缩短其长度。由于膀胱是一个中空的囊，尽管纤维缩短的速度与尿流量(Q)有关，积蓄起来的力促成了Pdet。这是产生Pdet和尿流量之间的一种平衡。Griffiths(1988) 综述得很精彩。如果尿道阻力低下，象女性的括约肌功能不足，甚至是排尿控制正常的女性，Pdet也几乎测不出。况且，Pdet一般的女性尿流率正常。Pdet和Q之间的平衡关系类似于机械功常量(W)：
W=Pdet×Q
这个公式解释了为什么女性尽管排尿压低下，但逼尿肌收缩正常，逼尿肌做功也正常。排尿中，Pdet反映出口阻力。当尿流量(Q)高，尿道畅开，只需很小的Pdet，产生必要的功以排空膀胱。关键的信息是女性低下的排尿压不等同于受损的逼尿肌收缩性；只是因为她能够畅开尿道。而且，用来诊断男性梗阻的压力-流量列线图，未经验证不可应用于女性。
图23-4. 膀胱主要关键曲线(A)和次要关键曲线(B)。灰度提示曲线的量级，向量反映方向。本例中，膀胱充盈得很满，由于碰触到周围的盆腔内结构，曲线上的变化很大。
组织生物力学和膀胱功能
除了重要的分子学参数和细胞学参数，组织水平和器官水平的特性对于充盈过程中的膀胱功能很重要(Damaster, 1999)。基本的机械力学特性包括应力-张力关系、粘膜弹性和变形的膀胱组织。全膀胱特性包括膀胱形态、实质和膨胀度。使用膀胱压力容积曲线常常可获得器官水平的压力-容量估计。虽然它是泌尿学家的必备工具，仅靠它不能严格地鉴别组织顺应性改变的效应与整个器官的形态和应力分布。例如，脊髓损伤的膀胱压力容积曲线改变既可为膀胱形态改变的结果(Ogawa， 1988)，也可为组织特性改变的结果。因此，要评估膀胱壁固有特性的改变，恰当地评估膀胱功能的改变需要理解膀胱壁的生物力学特性。就生物力学成分对于组织机械力学反应的作用，在孤立的逼尿肌组织中进行研究(Wagg和Fry,1999)。尽管如此，要确定临床观察到的逼尿肌功能改变是由于可收缩部件或周围细胞外基质的改变仍是个问题。......（后略) ......
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膀胱和尿道的生理和药理
Michael B. Chancellor, MD
Naoki Yoshimura, MD, PhD
相关解剖和生物力学
膀胱生物力学
充盈的机械力学
膀胱的调适
排尿机制
组织生物力学和膀胱功能
膀胱
平滑肌
基质
血管
膀胱粘膜
尿道
尿道肌肉
固有层和尿道周围组织
下尿道的神经控制
周围神经系统
控制排尿的反射回路
排尿反射之脊髓反射通路和脊髓上反射通路
调节排尿反射的中枢通路
骶髓神经调节作用的机制假说
膀胱反射发育上的改变
药理学
周围神经药理学
辣椒辣素, 树脂毒素, 类香草素受体和C神经纤维的药物治疗
药物对膀胱平滑肌的作用
脊髓上行通路和下行通路
脑桥排尿中枢和脊髓上机制
膀胱不稳定之机制
脊髓损伤和神经原膀胱
膀胱出口梗阻
炎症
衰老
膀胱不稳定之神经原机制
小结
将来的研究
尿失禁和膀胱不稳定正成为国际上的热点。有这些问题的患者数量惊人，现正受到关注，也有难以置信的经济上潜在影响。美国估计有一千七百万男性和女性的膀胱控制有问题，其中许多人罹患膀胱不稳定。估计美国每年要化二百六十亿美元对付膀胱失控(世界卫生组织，1999)。所有发达国家中人口持续衰老与膀胱控制的有关问题确将持续增加。本章里，我们回顾了膀胱和尿道的神经肌肉生理和病理生理学。我们讨论了有助于更好地治疗排尿功能不全患者的药理学新方法。在结尾部分，我们推测了将来可征服尿失禁的治疗方法，如基因治疗。
排尿过程可视为大脑和脊髓中的神经回路协调膀胱和尿道平滑肌活动的集成(Torrens 1987; de Groat 等人，1993； Yoshimura和 de Groat, 1997a)。这些回路起着开关般的作用，交互着贮尿和排尿这两种下尿道作用模式。
成人神经系统的损伤或疾病破坏排尿的自主控制，引起反射性排尿重新出现，导致膀胱不稳定和急逼性尿失禁(图23-1)(Torrens, 1987; Wein, 1992; de Groat 等，1993； Yoshimura和de Groat, 1997a)。由于下尿道中枢神经控制的复杂性，急逼性尿失禁的出现可以是一系列神经疾患的结果。此外，急逼性尿失禁可能是由于逼尿肌固有的肌原性畸形，导致逼尿肌运动不稳定(Brading, 1997)。评论了逼尿肌的形态和功能，包括粘膜带来的新的启迪。
尿道功能不全同样是女性和男性尿失禁的一个重要原因。许多未受过泌尿学训练的卫生保健专业人员错误地相信尿道功能不全只是由真正意义上的压迫性尿失禁(stress incontinence)引起。良性前列腺增生的男性膀胱出口处尿道阻力增加，逼尿肌-括约肌协同失调的年轻一点的男性和女性(即脊髓损伤，多发性硬化)引起继发性膀胱改变。膀胱出口处阻力增加，引起继发性膀胱结构改变，导致急逼性尿失禁。此外，混合有压迫性尿失禁和急逼性尿失禁的患者，推测压迫性尿失禁引起了急逼性尿失禁。尿液溢入尿道(压迫性尿失禁)会刺激尿道的传入神经，诱发非自主的排尿反射(急逼性尿失禁)。
本章回顾了给人启发的人体及动物研究：
* 控制下尿道的神经通路组织
* 涉及贮尿和排尿反射的神经递质
* 包括尿道粘膜和平滑肌的逼尿肌功能
* 平滑肌和骨骼肌对于尿道功能的作用，尿道和膀胱功能间的相互作用
* 药物对膀胱的作用
* 膀胱不稳定的可能机制
* 有关下尿道研究和治疗将来之须持的推测
随着人类基因组图的破译，我们相信我们正处于临床医学大挪移的边缘。未来将授分子医学于泌尿学工作者手中。
排尿类型
不自主(反射)
成熟出现缺陷 (婴儿) 成熟
不自主 治疗自主
(新生儿反射)(成人)
(成人)不自主
(新的反射)(成人)
疾病，神经损伤，衰老
图23-1。成熟、病理和衰老对膀胱"生命环"的影响。婴儿的排尿由反射回路启动和协调。中枢神经通路成熟后，排尿自主地由位于大脑的更高级中枢控制。神经成熟的缺陷使不自主排尿滞留于成人。衰老、神经损伤或诸如良性前列腺增生等疾病能破坏中枢自主排尿神经通路。咎于出现于婴儿的原始反射机制重新出现或突触再塑而出现的病理过程，能够引起新的反射回路形成。治疗目标是将病理过程逆转，重新确立正常的排尿自主控制。
相关解剖和生物力学
膀胱可分成两部分：输尿管开口之上的"体"部，膀胱三角和膀胱颈组成的"底"部(Elbadawi和Schenk, 1966)。膀胱体的组织学检查显示肌原纤维按随机方向排列成束(Donker等，1982)。这一结构与输尿管或胃肠道个别的环状或纵向排列的平滑肌层不同。
膀胱出口由膀胱底、尿道和尿道外括约肌组成(图23-2)。膀胱底部有薄片状结构，膀胱三角区下有浅层的纵向肌层。浅层下的深面，肌层与逼尿肌延续(Tanagho, 1982;Dixon 和Gosling, 1987; Zderic 等，1996)。膀胱底部深面肌层的细小肌束主要呈环向。
尿道始于膀胱的尿道内口，延伸至尿道外口。男性尿道的四个节段易于识别。首先为前列腺前部或为膀胱颈部，接着尿道前列腺部通过腺体的全长，至于前列腺尖。尿道膜部从前列腺尖延伸，通过盆底肌结构，直至在阴茎根部成为尿道球部和阴茎海绵体部(第四段)。女性尿道穿过阴道前壁的远侧1/3，从膀胱颈到尿道口。尿道由协助排尿控制排尿的组织组成，远过于某一块单独的、隐约可见的"括约肌"。女性脉管状上皮下组织的网络结构起到了封闭尿道的作用。
逼尿肌或膀胱三角是否突入近端尿道(见图23-2)存在争议。胚胎学的资料支持膀胱和尿道肌肉有各自起源的概念(Dixon和Gosling,1987; Zderic等，1996)。组织学研究表明膀胱底的纵向肌肉向远端延伸入尿道，形成了内纵层(Hutch 和Rambo, 1967; Tanagho, 1982)。成人及胎儿标本的检验表明横纹肌和平滑肌接合入尿道，与纤维性的前列腺囊交织在一起(Oerlich, 1980)。相反，还描述了男性膀胱颈部一个完整的、有力的平滑肌环(Gosling,1999)。女性中找不到如此围脖状肌肉。男性和一些女性膀胱颈部受损或开放仍可控制排尿这一事实提出了质疑，膀胱颈部可能不是控制排尿的主要部位(Chapple等，1989)。作为维持控制排尿主要区域的膀胱，其重要性众说纷纭。
膀胱颈在生殖方面发挥重要作用。男性膀胱颈关闭利于前向射精。这一过程中交感神经去甲神经能支配活跃，射精时积极地收缩膀胱颈。然而，据报道女性中膀胱颈的肾上腺素能的支配密度比男性的为低(de Groat和Booth，1993)。
要懂得排尿和排尿控制，需要平滑肌和横纹肌收缩性能的一些工作常识。膀胱平滑肌细胞的收缩性能非常适合尿液的贮存和排出。生理性地慢速充盈膀胱维持的膀胱内压低于10cmH20(Klevmark, 1974)。膀胱急性去神经时察觉不到这一低下的充盈压有改变(Langley和Whiteside, 1951)。这个概念用以支持假说，即细胞和细胞外组成成分的固有肌原性或膀胱弹力特性是促成膀胱低压充盈及其顺应性的主要因素(见"膀胱活动过度的机制")。相反，排尿时快速且保持平滑肌收缩是需要神经输入的。
图23-2. 膀胱及其出口的解剖。左侧名词由Gosling和Dixon制定，右侧的由Elbadawi及其协作者制定。(摘自Torrens M, Morrison JFB: The Physiology of the Urinary Bladder. Berlin, Springer-Verlag, 1987,p 1.)
(左侧)
逼尿肌
三角区浅层(Superficial trigone)
三角区深层
膀胱颈
尿道平滑肌
尿道周围横纹肌
横纹肌性括约肌或壁内横纹肌
(右侧)
体部逼尿肌
输尿管三角
输尿管周围鞘柔性括约肌(lissosphincter)
底部逼尿肌
尿道肌层
横纹括约肌
膀胱生物力学
哪些膀胱的基本流体力学和生物力学特性是开业泌尿医生所应该知道的呢？他们又为什么得知道这些呢？这些问题是我们在本节中试图解答的。Laplace公式(Chancellor 等，1996)表述的膀胱形态、大小、压力和张力间的关系是我们立论的基础。Marquis Pierre-Simon de Laplace (1879-1927)被称为"法国的牛顿"。他细致地观察到：要维持容器内一个给定的压力，容器壁内的张力直接地与任何一点上的曲线半径成比例。这就是Laplace公式。
泌尿学家直觉地想到在膀胱内压与膀胱大小间有一种关系，这种关系影响着膀胱壁的张力。膀胱壁张力增加激活了膀胱传入神经，诱发了膀胱充盈的感觉，同样也诱发了不自主的膀胱收缩。膀胱内压的大幅度增加，特别在肥厚的小容量膀胱，能够惊人地提高膀胱壁张力，产生缺血、膀胱输尿管反流，同样引起细菌排入静脉系统和/或淋巴系统。膀胱壁张力和膀胱内压提高可能是膀胱破裂的原因，有时可见于回肠膀胱成形术后。
Laplace等式表达了壁张力和膀胱内压及膀胱大小间有一种直接的关系。等式中，T表示张力，P表示膀胱内压，R表示膀胱半径，d是膀胱壁厚度。在膀胱充盈中，Pves相对恒定。膀胱完全撑开时，由于d相对纤薄，与其它参数相比可以忽略，除非有膀胱壁肥厚的情况存在。因此，T=P·R/2近似完全正常膀胱的张力(图23-3)。
Laplace公式 T=PvesR/2d
图23-3. Laplace等式将膀胱壁张力(T)描写为膀胱半径(R)、膀胱内压(P)、壁厚度(d)的函数。
充盈的机械力学
膀胱和尿道粘膜弹性的表现依赖于神经肌肉和机械性能。机械性能随伸展的程度(膨胀)改变，即使是在丧失三磷酸腺苷(ATP)(如，死后)的组织中也一样。机械特性对组织结构和成分特别敏感。当膀胱和尿道这些组织受到应力(力/区域)时，胶原和弹性蛋白的含量对于粘膜弹性有显著影响。除了平滑肌，人类膀胱大致由50%胶原和2%弹性蛋白组成。损伤、梗阻或去神经时，胶原含量增加(Macarak和Howard, 1999)。当收缩蛋白含量超过胶原时，可获得更大的膨胀度(顺应性)。反之，当胶原水平增加，顺应性下降。膀胱顺应性(C)可定义为相对于膀胱内压(Pchange)每一改变的容量(Vchange)改变：
C=Vchange/Pchange
顺应性或传出神经冲动下降可改变膀胱壁张力，引起传入增加，故改变了膀胱感觉和排尿的容量阈值。膀胱容量增加，膀胱壁应力或张力(T)增加，正如Laplace等式所定义的(图23-3)。
膀胱的调适
膀胱的表面大小在排空到充盈的过程中经历了难以置信的改变。其改变程度体内实在没有其它任何器官能与之匹配。这种改变既由膀胱粘膜也由膀胱壁平滑肌和结缔组织调适。
膀胱固有层厚度及逼尿肌的改变是膀胱适应尿量增加的机械力学上的要求。充盈过程中，固有层变薄的速度超过肌层。有人提出充盈过程中膀胱壁变薄是肌束重新排列和胶原螺旋结构改变的结果(Macarak和Howard,1999)。低膀胱内压时的尿量调适需要肌肉和结缔组织的空间结构一起改变(Change等，1999)。
充盈过程中，逼尿肌重组，肌束移行位置从"顶-底"改为"侧-侧"构象。在重组中，以直角连接肌束的螺旋化Ⅲ型胶原纤维伸展开，变长，绷紧，呈现出方向为纤维与腔平行。
排空的机械力学
膀胱内压反映为异常压(Pabd)与逼尿肌压(Pdet)的联合因素。因此，Pdet=Pves-Pabd
排尿依赖神经介导的逼尿肌收缩，引起Pdet升高，Pabd没有显著变化。要评估逼尿肌收缩的力度，单一的Pdet 还不够。肌肉耗能要么产力，要么缩短其长度。由于膀胱是一个中空的囊，尽管纤维缩短的速度与尿流量(Q)有关，积蓄起来的力促成了Pdet。这是产生Pdet和尿流量之间的一种平衡。Griffiths(1988) 综述得很精彩。如果尿道阻力低下，象女性的括约肌功能不足，甚至是排尿控制正常的女性，Pdet也几乎测不出。况且，Pdet一般的女性尿流率正常。Pdet和Q之间的平衡关系类似于机械功常量(W)：
W=Pdet×Q
这个公式解释了为什么女性尽管排尿压低下，但逼尿肌收缩正常，逼尿肌做功也正常。排尿中，Pdet反映出口阻力。当尿流量(Q)高，尿道畅开，只需很小的Pdet，产生必要的功以排空膀胱。关键的信息是女性低下的排尿压不等同于受损的逼尿肌收缩性；只是因为她能够畅开尿道。而且，用来诊断男性梗阻的压力-流量列线图，未经验证不可应用于女性。
图23-4. 膀胱主要关键曲线(A)和次要关键曲线(B)。灰度提示曲线的量级，向量反映方向。本例中，膀胱充盈得很满，由于碰触到周围的盆腔内结构，曲线上的变化很大。
组织生物力学和膀胱功能
除了重要的分子学参数和细胞学参数，组织水平和器官水平的特性对于充盈过程中的膀胱功能很重要(Damaster, 1999)。基本的机械力学特性包括应力-张力关系、粘膜弹性和变形的膀胱组织。全膀胱特性包括膀胱形态、实质和膨胀度。使用膀胱压力容积曲线常常可获得器官水平的压力-容量估计。虽然它是泌尿学家的必备工具，仅靠它不能严格地鉴别组织顺应性改变的效应与整个器官的形态和应力分布。例如，脊髓损伤的膀胱压力容积曲线改变既可为膀胱形态改变的结果(Ogawa， 1988)，也可为组织特性改变的结果。因此，要评估膀胱壁固有特性的改变，恰当地评估膀胱功能的改变需要理解膀胱壁的生物力学特性。就生物力学成分对于组织机械力学反应的作用，在孤立的逼尿肌组织中进行研究(Wagg和Fry,1999)。尽管如此，要确定临床观察到的逼尿肌功能改变是由于可收缩部件或周围细胞外基质的改变仍是个问题。......（后略) ......
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