Trình bày cơ chế điều hoà hấp thu nước ở thận người

Chức năng tạo nước tiểu của thận được thực hiện thông qua 3 quá trình:

Quá trình lọc ở cầu thận.

Quá trình tái hấp thu các chất từ ống thận vào máu.

Quá trình bài tiết một số chất từ máu vào ống thận.

Nước tiểu là kết quả của cả 3 quá trình trên.

Quá trình lọc ở cầu thận

Cầu thận được cấu tạo bởi một mạng lưới mao mạch xếp song song và được bao quanh bởi bao Bowman. Dịch được lọc từ huyết tương vào trong bao Bowman gọi là dịch lọc cầu thận. Trong quá trình lọc, dịch phải đi qua màng lọc cầu thận.

Màng lọc cầu thận

Hình. Cấu tạo màng lọc cầu thận.

Màng lọc cầu thận gồm 3 lớp (hình 3) theo thứ tự đi từ lòng mao mạch vào bao Bowman:

Lớp tế bào nội mô của mao mạch cầu thận có hàng ngàn lỗ nhỏ gọi là các “cửa sổ”

Các lỗ nhỏ có kích thước 160 A0.

Màng đáy:

Là một mạng lưới các sợi collagen và proteoglycan đan chéo nhau tạo thành, giữa các sợi có các khe nhỏ với kích thước khoảng 110 A0.

Tế bào biểu mô thành bao Bowman:

Là những tế bào biểu mô rất to, hình thể không đều đặn, có nhiều tua bào tương dài và lớn nằm song song với màng đáy. Từ những tua bào tương này phát sinh nhiều tua nhỏ thẳng góc và tận cùng trên màng đáy với những khoảng cách đều nhau. Những tua nhỏ này tạo ra những khe hở với kích thước khoảng 70 A0.

Như vậy, dịch lọc từ phía mạch máu đi vào bao Bowman phải đi qua 3 lớp của màng lọc cầu thận với các lỗ lọc có kích thước nhỏ dần. Mặc dùì có nhiều lớp nhưng màng lọc cầu thận rất xốp và có tính thấm lớn hơn mao mạch các nơi khác hàng trăm lần. Tuy tính thấm rất lớn như vậy nhưng màng cũng có tính chọn lọc cao đối với các phân tử mà nó cho qua. Tính chọn lọc của màng phụ thuộc vào 2 yếu tố:

Kích thước và trọng lượng của các phân tử  qua màng:

Các chất có trọng lượng và kích thước phân tử nhỏ như nước, Na+, Glucose, inulin... thì đi qua dễ dàng. Ngược lại, các chất có kích thước và trọng lượng phân tử lớn hơn như myoglobin, albumin, huyết cầu... rất khó đi qua.

Lực tích điện của các phân tử qua màng:

Các lỗ của màng đáy được lát bằng phức hợp proteoglycan tích điện âm rất mạnh, các phức hợp proteoglycan này sẽ đẩy các phân tử cùng dấu. Do đó, các phân tử tích điện âm khó đi qua màng hơn các phân tử tích điện dương dù  chúng có cùng kích thước. Các albumin của huyết tương cũng tích điện âm và chính lực tích điện của thành lỗ lọc đã ngăn cản không cho các phân tử albumin đi qua màng.

Trong một số bệnh lý ở thận (viêm cầu thận cấp, hội chứng thận hư, đái tháo đường...), khả năng tích điện âm của màng đáy giảm xuống, một lượng lớn albumin có thể đi qua màng lọc, ống thận không tái hấp thu hết được và xuất hiện trong nước tiểu. Vì vậy, albumin niệu là một trong những xét nghiệm dùng để chẩn đoán một số bệnh thận.

Thành phần của dịch lọc cầu thận

Dịch lọc cầu thận có thành phần gần giống huyết tương, không có huyết cầu, lượng protein trong dịch lọc rất thấp, chỉ bằng khoảng 1/200 của huyết tương. Vì có rất ít protein (mang điện tích âm) nên theo cân bằng Donnan, các ion âm trong dịch lọc sẽ cao hơn so với nồng độ của chúng trong huyết tương chừng 5%, còn nồng độ các ion dương thì lại thấp hơn so với nồng độ của chúng trong huyết tương chừng 5%.

Cơ chế lọc qua màng lọc cầu thận

Quá trình lọc ở cầu thận cũng có cơ chế như sự trao đổi chất ở các mao mạch có áp suất thủy tĩnh cao khác trong cơ thể. Đó là cơ chế thụ động, phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa các áp suất bên trong mao mạch cầu thận và bao Bowman. Các áp suất đó gồm có:

Áp suất thủy tĩnh của mao mạch thận (PH):

Áp suất này có tác dụng đẩy nước và các chất hòa tan từ mao mạch cầu thận vào bao Bowman. Bình thường, áp suất trong mao mạch thận khoảng 60 mm Hg.

Áp suất keo trong mao mạch cầu thận (PK):

Áp suất keo do protein trong mao mạch tạo nên. Áp suất này có giá trị khoảng 32 mm Hg.

Áp suất thủy tĩnh trong bao Bowman (PB):

Áp suất này ngăn cản sự lọc. Bình thường có giá trị khoảng 18 mm Hg.

Áp suất lọc hữu hiệu (PL):

Là áp suất thực sự có tác dụng đẩy dịch qua màng lọc cầu thận, áp suất lọc hữu hiệu được tính bằng:

P L =  PH - (PK + PB) =  60 -  (32 + 18) = 10 mm Hg.

Quá trình lọc chỉ xảy ra khi PL  > 0 hay PH  > P K + PB.

Tốc độ lọc cầu thận

Tốc độ lọc cầu thận là lượng huyết tương được lọc trong 1 phút ở toàn bộ cầu thận của cả 2 thận.

Ở người bình thường, trong một phút có khoảng 1.200 ml máu chảy qua hai thận (chứa 650 ml huyết tương), nhưng chỉ có 125 ml huyết tương được lọc qua màng lọc cầu thận vào bao Bowman và gọi là tốc độ lọc cầu thận.

Trong một ngày đêm, toàn bộ cầu thận lọc được khoảng 180 lít dịch. Tuy nhiên, có tới 99% số dịch này được tái hấp thu ở ống thận, chỉ có một lượng nhỏ (1 - 1,5 lít) tạo thành nước tiểu thải ra ngoài.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ lọc cầu thận

Có 3 yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ lọc cầu thận: lưu lượng máu ở thận, áp suất lọc hữu hiệu PL , hệ số lọc (Kf).

Ảnh hưởng của lưu lượng máu ở thận:

Khi lưu lượng máu ở thận tăng lên sẽ làm tăng tốc độ lọc cầu thận. Ngược lại, khi lưu lượng máu giảm, tốc độ lọc cũng giảm xuống.

Ảnh hưởng của hệ số lọc Kf:

Hệ số lọc Kf là tỷ lệ giữa lưu lượng và áp suất lọc:

Kf = (lưu lượng)/ (áp suất lọc)  = (125ml/phút)/ (10mmHg) =   12,5 ml/phút/mmHg.

Hệ số lọc Kf thể hiện khả năng lọc của mao mạch cầu thận. Hệ số này phụ thuộc vào tính thấm và diện tích của mao mạch cầu thận.

Do mao mạch cầu thận có tính thấm cao (gấp vài trăm lần nơi khác) và có diện tích rất lớn nên bình thường, hệ số Kf có giá trị rất cao gấp 400 lần so với các mao mạch khác trong cơ thể.

Khi diện tích hoặc tính thấm mao mạch cầu thận thay đổi, hệ số lọc Kf  cũng thay đổi theo và ảnh hưởng đến tốc độ lọc cầu thận.

Diện tích mao mạch cầu thận giảm khi thận bị tổn thương làm một số lượng lớn cầu thận mất chức năng.

Tính thấm mao mạch cầu thận thay đổi trong các trường hợp bệnh lý như đái tháo đường, cao huyết áp mãn tính... Khi đó, màng lọc cầu thận dày lên làm giảm tính thấm, giảm hệ số lọc Kf và giảm tốc độ lọc cầu thận. 

Ảnh hưởng của áp suất lọc hữu hiệu PL:

Tốc độ lọc cầu thận phụ thuộc chủ yếu vào áp suất lọc hữu hiệu. Vì vậy, những yếu tố ảnh hưởng đến áp suất lọc hữu hiệu cũng ảnh hưởng đến tốc độ lọc cầu thận, những yếu tố này bao gồm: Áp suất thủy tĩnh trong mao mạch cầu thận (PH), áp suất keo của huyết tương (PK), áp suất thủy tĩnh trong bao Bowman (PB).

Áp suất thủy tĩnh của bao Bowman:

Áp suất này có trị số thấp và dịch lọc vào bao Bowman được chuyển ngay sang ống thận nên ít ảnh hưởng đến tốc độ lọc cầu thận. Tuy nhiên, trong một số trường hợp bệnh lý làm tắc nghẽn ống thận (sỏi, u...), áp suất thủy tĩnh trong bao Bowman sẽ tăng lên làm giảm tốc độ lọc.

Áp suất keo của huyết tương:

Áp suất này tuy khá cao nhưng ít dao động nên cũng không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ lọc cầu thận.

Áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận:

Đây là áp suất ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ lọc cầu thận. Khi áp suất thủy tĩnh mao mạch cầu thận tăng, tốc độ lọc tăng lên. Ngược lại, khi áp suất này giảm, tốc độ lọc cầu thận cũng giảm xuống.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến áp suất thủy tĩnh mao mạch cầu thận:

Sự thay đổi của huyết áp hệ thống.

Sự co giãn của tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi

Sự thay đổi của huyết áp hệ thống:

Khi huyết áp hệ thống thay đổi trong khoảng 75 - 160 mm Hg, thận có khả năng tự điều hòa nên áp suất thủy tĩnh mao mạch cầu thận vẫn giữ được ổn định. Tuy nhiên, khi trị số huyết áp thay đổi ngoài mức trên, khả năng điều hòa của thận không đáp ứng được làm thay đổi tốc độ lọc cầu thận. Nếu huyết áp tăng quá cao, tốc độ lọc cầu thận sẽ tăng lên. Ngược lại, khi huyết áp giảm , tốc độ lọc cầu thận giảm xuống. Nếu huyết áp giảm quá thấp, có thể gây nên thiểu niệu, vô niệu. 

Sự co giãn của tiểu động mạch đến:

Khi lưu lượng máu đi vào cầu thận tăng hơn bình thường, tiểu động mạch đến sẽ co lại để giữ cho áp suất mao mạch cầu thận không tăng lên. Cơ chế co lại của tiểu động mạch đến là do lưu lượng máu đến thận nhiều, cơ trơn tiểu động mạch đến bị căng giãn ra làm nó co lại.

Ngược lại, khi lưu lượng máu đến thận giảm, tiểu động mạch đến sẽ giãn ra để giữ cho áp suất mao mạch cầu thận không bị giảm xuống. Cơ chế giãn ra của tiểu động mạch đến do nhiều yếu tố gây nên:

Do lưu lượng máu đến thận ít, tế bào cơ trơn tiểu động mạch đến sẽ giãn ra.

Do cơ chế feedback ống thận - cầu thận: khi tốc độ lọc cầu thận giảm, dịch lọc chảy chậm trong ống thận, sự hấp thu tăng lên làm giảm Na+ và Cl- trong dịch lọc. Hai ion này giảm sẽ tác động lên các tế bào macula densa của ống lượn xa gây nên tác dụng điều hòa ngược làm giãn tiểu động mạch đến và tăng tiết renin để tăng lưu lượng máu thận và tốc độ lọc cầu thận.

Sự co lại của tiểu động mạch đi:

Khi lưu lượng máu đi vào cầu thận giảm hơn bình thường hoặc chế độ ăn có Na+ thấp, thể tích dịch lọc cầu thận và Na+ trong dịch lọc giảm xuống, các tế bào macula densa của ống lượn xa sẽ bị tác động gây ra cơ chế feedback ống thận - cầu thận làm giãn tiểu động mạch đến đồng thời kích thích bộ máy cạnh cầu thận tăng bài tiết renin và tăng tạo angiotensin II. Angiotensin II có 2 tác dụng:

Làm tăng huyết áp để tăng lưu lượng máu thận.

Co tiểu động mạch đi để tăng áp suất trong mao mạch cầu thận.

Hai tác dụng này sẽ làm tăng tốc độ lọc cầu thận.

Quá trình tái hấp thu và bài tiết ở ống thận

Sau khi lọc vào bao Bowman, dịch lọc cầu thận được chuyển liên tục vào hệ thống ống thận của nephron gồm ống lượn gần, quai Henle, ống lượn xa và ống góp.

Khi dịch lọc đi qua hệ thống ống thận, tại các tế bào biểu mô của ống thận sẽ xảy ra quá trình tái hấp thu và bài tiết một số chất để biến dịch lọc cầu thận thành nước tiểu. Trong đó, quá trình tái hấp thu có tính chọn lọc rất cao và được thực hiện theo 2 cơ chế tích cực và thụ động.

Quá trình tái hấp thu và bài tiết xảy ra khác nhau ở mỗi đoạn của ống thận.

Tái hấp thu và bài tiết ở ống lượn gần

Cấu tạo tế bào ống lượn gần có những đặc điểm sau:

Chứa nhiều ty lạp thể.

Trên màng tế bào có nhiều protein mang.

Màng tế bào phía lòng ống có bờ bàn chải làm tăng diện tích tiếp xúc với dịch trong ống thận lên khoảng 20 lần.

Vì vậy, khả năng tái hấp thu của tế bào ống lượn gần rất mạnh.

Tái hấp thu Na+:

Na+ được hấp thu khoảng 65% ở ống lượn gần theo cơ chế như sau:

Ở bờ bên và bờ đáy của tế bào, Na+ được vận chuyển theo cơ chế tích cực nguyên phát vào dịch kẽ nhờ Na+-K+-ATPase, điều này dẫn đến 2 hiện tượng:

Nồng độ Na+ trong tế bào giảm xuống so với dịch trong lòng ống thận.

Do nồng độ Na+ trong tế bào giảm xuống nên điện thế trong tế bào cũng giảm xuống thấp hơn điện thế dịch trong lòng ống.

Như vậy, giữa tế bào biểu mô và dịch ống thận xuất hiện một bậc thang điện hóa. Nhờ đó, ở phía bờ bàn chải, Na+ được vận chuyển từ lòng ống thận vào trong tế bào xuôi chiều bậc thang điện hóa theo cơ chế khuếch tán dễ dàng với sự hỗ trợ của protein mang nằm trên bờ bàn chải.

Tái hấp thu Glucose:

Glucose được tái hấp thu hoàn ở phần đầu của ống lượn gần theo cơ chế vận chuyển tích cực thứ cấp cùng protein mang với Na+ như sau:

Khi Na+ được vận chuyển theo cơ chế khuếch tán dễ dàng xuôi chiều bậc thang điện hóa từ lòng ống thận vào trong tế bào, protein mang gắn với Na+ nhưng đồng thời nó cũng gắn với glucose và vận chuyển đồng thời cả 2 chất đi qua bờ bàn chải vào bên trong tế bào. Năng lượng vận chuyển glucose sinh ra từ cơ chế vận chuyển xuôi theo chiều bậc thang nồng độ của Na+. Nhờ đó, glucose được vận chuyển ngược bậc thang nồng độ vào trong tế bào. Ở đó, glucose sẽ đi vào dịch kẽ theo 2 cách: khuếch tán đơn thuần hoặc khuếch tán dễ dàng.

Khi nồng độ glucose thấp hơn 180 mg/100 ml huyết tương (180 mg%), ống lượn gần sẽ tái hấp thu hết glucose trong dịch lọc. Vì vậy, glucose không xuất hiện trong nước tiểu. Nhưng khi nồng độ glucose tăng cao hơn 180 mg%, ống lượn gần không thể hấp thu hết glucose và glucose bắt đầu xuất hiện trong nước tiểu. Vì vậy, nồng độ glucose 180 mg% được gọi là ngưỡng đường của thận.

Tuy nhiên, khi nồng độ glucose trong huyết tương tăng cao hơn ngưỡng đường của thận, ống lượn gần vẫn có khả năng tái hấp thu thêm một lượng glucose nữa nhưng khả năng này cũng chỉ giới hạn ở một mức nào đó. Nếu trên mức độ đó, tế bào biểu mô ống lượn gần không có khả năng tái hấp thu thêm nữa. Lượng glucose được tái hấp thu ở giới hạn đó được gọi là mức vận chuyển glucose tối đa (Transport Maximum of Glucose: TmG).

Bình thường  TmG  =   320 mg/phút.

Tái hấp thu protein và acid amin:

Acid amin được tái hấp thu theo cơ chế vận chuyển tích cực thứ cấp cùng với Na+ tương tự như tái hấp thu glucose.

Riêng protein được hấp thu theo cơ chế ẩm bào như sau: protein trong dịch lọc tiếp xúc với tế bào biểu mô tại bờ bàn chải, màng tế bào lõm vào và đưa phân tử protein vào bên trong tế bào. Tại đó, protein được phân giải thành các acid amin rồi đi vào dịch kẽ qua màng đáy theo cơ chế khuếch tán dễ dàng. Quá trình vận chuyển này cũng cần năng lượng nên đây cũng là một hình thức vận chuyển tích cực.

Tái hấp thu nước:

Ống lượn gần có tính thấm đối với nước rất cao. Khi Na+ và glucose được tế bào ống lượn gần tái hấp thu, nước cũng được tái hấp thu thụ động theo cơ chế thẩm thấu. Khoảng 65% nước được tái hấp thu ở đây, tương đương 117 lít/24 giờ.

Còn lại khoảng 63 lít tiếp tục đi vào quai Henle, do nước được hấp thu tương ứng với Na+ nên dịch đi vào quai Henle là dịch đẳng trương.

Tái hấp thu Cl - và ure:

Khi nước được tái hấp thu thụ động theo Na+ và glucose, nồng độ Cl- và ure trong dịch lòng ống tăng lên. Vì thế, 2 chất này sẽ được tái hấp thu thụ động theo cơ chế khuếch tán đơn thuần. Tuy nhiên, do tế bào biểu mô ống lượn gần kém thấm với ure nên chỉ khoảng 50% ure trong dịch lọc được tái hấp thu. Còn Cl-, ngoài chênh lệch nồng độ còn có sự chênh lệch điện thế do Na+ tái hấp thu làm dịch lòng ống tích điện  (-) nên được tái hấp thu thụ động khá mạnh. Ngoài ra, ở phần sau của ống lượn gần, Cl- còn được tái hấp thu theo cơ chế tích cực thứ cấp cùng với Na+.

Khoảng 65% Cl- được tái hấp thu ở ống lượn gần.

Tái hấp thu HCO3- và bài tiết H +:

Khi protein mang vận chuyển Na+ từ lòng ống vào tế bào xuôi theo chiều bậc thang điện hóa, nó cũng vận chuyển ngược chiều H+ từ trong tế bào đi ra lòng ống (vận chuyển ngược chiều).

Khi H+ đi ra lòng ống, nó sẽ kết hợp với HCO3- tạo ra H2CO3 và giúp hấp thu HCO3- theo cơ chế như sau:

 Chúc bạn học tốt