Bài giảng Chuyên đề: Sinh lý học: Quá trình tạo nước tiểu

Nội dung text: Bài giảng Chuyên đề: Sinh lý học: Quá trình tạo nước tiểu

1. BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ: SINH LÝ HỌC: QUÁ TRÌNH TẠO NƯỚC TIỂU 1
2. MỤC TIÊU CHUYÊN ĐỀ: Sau khi học xong chuyên đề “Sinh lý học: Quá trình tạo nước tiểu”, người học nắm được những kiến thức có liên quan như: Quá trình siêu lọc; Quá trình tái hấp thu; Quá trình bài tiết tích cực. 2
3. NỘI DUNG Để có được nước tiểu, ở thận có ba quá trình: siêu lọc ở tiểu cầu thận, tái hấp thu và bài tiết tích cực ở tiểu quản thận. I. QUÁ TRÌNH SIÊU LỌC Quá trình siêu lọc thực hiện ở tiểu cầu thận. Quá trình này là một quá trình thụ động, lọc nước và các chất hoà tan trong nước từ huyết tương mao mạch cuộn mạch sang khoang bao Bowman qua màng siêu lọc. Như vậy, muốn có dịch siêu lọc (dịch lọc, nước tiểu đầu), cần phải có hai yếu tố cơ bản là màng siêu lọc và áp lực lọc. Màng siêu lọc và áp lực lọc quyết định số lượng và thành phần các chất dịch siêu lọc. 1. Màng siêu lọc. Màng siêu lọc còn gọi là màng tiểu cầu thận. Màng này ngăn cách giữa huyết tương mao mạch cuộn mạch và dịch siêu lọc trong khoang bao Bowman. Màng có ba lớp: lớp tế bào nội mô mao mạch, lớp màng nền và lớp tế bào biểu mô (lá trong) bao Bowman. Lớp tế bào nội mô mao mạch láng trên lớp màng đáy. Trên tế bào này có những lỗ thủng gọi là cửa sổ (fenestra). Đường kính cửa sổ này là 160 A0. Lớp màng nền là một mạng lưới các sợi collagen và proteoglycan, có tạo ra các lỗ nhỏ các đường kính 110 A0. Các lỗ này tích điện âm (do cấu trúc của proteoglycan). Lớp tế bào biểu mô bao Bowman là một lớp tế bào biểu mô có chân (tua) mỗi tế bào có rất nhiều chân bám lên màng nền. Giữa các tua nhỏ này có các khe nhỏ (slit-pore) có đường kính khoảng 70-75 A0. Trên siêu cấu trúc, 3
4. các lỗ này không phải thông trực tiếp mà trên bề mặt chúng có một màng bịt siêu mỏng Màng siêu lọc có rất nhiều lớp như vậy nhưng lại là một màng sinh học có tính thấm chọn lọc rất cao. Kích thước phân tử và sự tích điện âm của các phân tử đã quyết định khả năng thấm của nó qua màng siêu lọc: Chất hoà tan Trọng lượng phân tử Khả năng thấm qua Inulin 52000 1,000 Các protein phân tử nhỏ 30.000 0,500 Albumin 69.000 0,005 Inulin có trọng lượng phân tử nhỏ nên thấm qua 100%. Albumin có trọng lượng phân tử lớn, lại tích điện âm nên chỉ thấm qua có 0,5%. Các tế bào máu, đương nhiên là không thể qua được màng siêu lọc. Vì vậy trong dịch siêu lọc không có các tế bào máu, không có các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng cao trên 70.000. Các protein phân tử lượng thấp có thể thấm qua màng siêu lọc, nhưng rất ít, vì vậy hàm lượng của nó trong dịch siêu lọc chỉ là 0,03%, có nghĩa là nó chỉ bằng 1/240 hàm lượng protein huyết tương. Do có sự chênh lệch về hàm lượng protein giữa huyết tương và dịch siêu lọc (chênh lệch diện tích âm) nên trong dịch siêu lọc sẽ có nồng độ ion Cl- và HCO3- cao hơn 5% so với huyết tương để giữ cân bằng điện tích âm (cân bằng Donnan). Nhìn chung, trừ những thành phần đã mô tả trên đây không qua được màng siêu lọc, còn lại gần như toàn bộ các chất trong huyết tương và dịch siêu lọc có nồng độ ngang nhau và dịch siêu lọc có áp suất đẳng trương so với huyết tương. 2. Áp lực lọc: FP (filtration pressure). Áp lực lọc là áp lực tác động lên huyết tương của mao mạch cuộn mạch, để đẩy nước và các chất hoà tan trong nước sang khoang bao Bowman. 4
5. Áp lực lọc được tạo nên bởi sự tổng hợp của các áp lực máu mao mạch cuộn mạch, áp lực keo của huyết tương mao mạch cuộn mạch và áp lực trong khoang bao Bowman. Áp lực máu mao mạch cuộn mạch: GP (glomerular pressure). Mao mạch cuộn mạch có áp lực máu rất cao, cao nhất trong các hệ thống mao mạch, thông thường là 60mm Hg. Đây là động lực cơ bản nhất tạo ra áp lực lọc. Ap lực này đẩy nước và các chất hoà tan trong nước từ máu mao mạch cuộn mạch vào khoang bao Bowman. Áp lực keo của huyết tương mao mạch cuộn mạch: GCP (glomerular colloid osmotic pressure). GCP được tạo nên nhờ các hợp chất hữu cơ phân tử lượng cao, đặc biệt là các protein huyết tương. Các chất này có khả năng giữ nước lại cho huyết tương. GCP ở động mạch đến là 28mm Hg (đây là áp lực keo của máu), ở động mạch đi là 36mm Hg (vì nước đã thoát vào khoang bao Bowman) nên áp lực keo ở động mạch đi cao hơn áp lực keo ở động mạch đến. GCP trung bình của máu mao mạch tiểu cầu thận là 32mm Hg. Áp lực trong khoang bao Bowman: CP (capsular pressure). Đây là áp lực của dịch siêu lọc nằm trong khoang bao Bowman tạo nên, còn gọi là áp lực trong bao. Áp lực này đẩy nước từ khoang bao Bowman trở lại huyết tương mao mạch cuộn mạch. Áp lực này bằng 18mm Hg. Như vậy áp lực keo của huyết tương mao mạch cuộn mạch và áp lực trong bao là ngược chiều với áp lực máu mao mạch cuộn mạch. Muốn có dịch siêu lọc thì FP phải lớn hơn 0, nghĩa là GP phải lớn hơn tổng GCP + CP và công thức áp lực lọc là: FP = GP- (GCP + CP) = 60 - (32 + 18) = 10 (mmHg) 5
6. Tổng lượng dịch siêu lọc trong 24 giờ là rất lớn, trung bình là 170-180l. Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá chức năng lọc của tiểu cầu thận là vô cùng quan trọng đối với các nhà lâm sàng đặc biệt là các nhà gây mê-hồi sức. Ngoài FP ra, để đánh giá chức năng lọc của tiểu cầu, người ta còn xác định một số chỉ số như sau: Phân số lọc của tiểu cầu:FF (filtration faction) là tỷ số (%) giữa dịch lọc (ml) và lượng huyết tương qua thận (ml) trong một phút: bình thường tỷ số này bằng 19-21%. GFR FF=-------------- RPF Hệ số lọc của tiểu cầu (filtration coefficient), ký hiệu là Kf. Hệ số lọc Kf là số ml dịch siêu lọc có trong một phút, khi áp lực lọc là 1mm Hg, bình thường Kf = 12,5ml/min. mmHg. Mức lọc cầu thận: GFR (glomerular filtration rate). Mức lọc cầu thận còn gọi là lưu lượng lọc cầu thận. GFR là số ml dịch siêu lọc có trong một phút. Nó được tính bằng tích của hệ số lọc với áp lực lọc của tiểu cầu. GFR = Kf x FP = 12,5 x 10 = 125ml/min. Người ta cũng xác định GFR bằng hệ số thanh thải của inulin (hệ số thanh thải của inulin bằng 125ml/min). 3. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình siêu lọc - Cơ chế tự điều hoà mức lọc cầu thận của bộ máy cận tiểu cầu. Cơ chế tự điều hoà mức lọc cầu thận là cơ chế điều hoà ngược ống thận - tiểu cầu (tubuloglomerular feed bach mechanism). Đây là cơ chế điều hoà ngược vận mạch gây giãn động mạch đến và co động mạch đi và đều là cơ chế điều hoà ngược âm tính. 6
7. Khi lưu lượng lọc cầu thận giảm thì tốc độ dòng dịch qua ống thận bị chậm lại. Hiện tượng này đã làm cho tăng cường tái hấp thu ion Na+ và Cl- ở nhánh lên quai Henle. Nước tiểu đi qua ống lượn xa sẽ có nồng độ ion Na+ và Cl- giảm hơn bình thường. Các tế bào macula densa nhận cảm được sự giảm nồng độ ion Na+ và Cl- trong dịch lòng ống thận khi các chất này qua chúng. Các tế bào macula densa cho những tín hiệu mà thông qua nó đã làm giãn động mạch đến và kích thích tế bào cận tiểu cầu giải phóng renin. Khi giãn động mạch đến, lưu lượng tuần hoàn qua thận (RBF: renal blood flow) sẽ được tăng lên, làm tăng áp lực lọc và như vậy sẽ tăng mức lọc cầu thận. Chức năng lọc của tiểu cầu thận trở về bình thường. Khi tế bào cận tiểu cầu giải phóng renin, nó sẽ tham gia vào một trong những khâu quan trọng xúc tác cho quá trình chuyển angiotensinogen thành agiotensin II. Angiotensin II làm co động mạch đi (vì tế bào cơ thành động mạch đi rất mẫn cảm với angiotensin II). Động mạch đi co, sẽ làm cho áp lực máu trong mao mạch cuộn mạch tăng. Lưu lượng lọc cầu thận tăng lên và chức năng lọc của tiểu cầu thận trở về bình thường. Hai cơ chế giãn động mạch đến và co động mạch đi nhằm mục đích tự duy trì mức lọc cầu thận hằng định, mặc dù huyết áp động mạch có thể thay đổi trong một phạm vi khá rộng từ 75-160mm Hg. - Cơ chế điều hoà của hệ thần kinh giao cảm. Các tận cùng thần kinh giao cảm được phân bố tới tận tế bào cơ trơn thành động mạch đến và động mạch đi của tiểu cầu thận. Các tế bào này cũng có những thụ thể nhận cảm đối với các chất trung gian hoá học của hệ thần kinh giao cảm. Vì vậy, khi hệ thần kinh giao cảm bị hưng phấn hay bị ức chế, các chất trung gian hoá học hệ thần kinh giao cảm tăng lên nhiều hay ít trong phản ứng thích nghi của cơ thể đối với mọi biến đổi của môi trường, sẽ làm 7
8. cho lưu lượng tuần hoàn qua thận biến đổi (dòng máu thận biến đổi). Khi lưu lượng tuần hoàn qua thận thay đổi thì mức lọc cầu thận cũng bị thay đổi theo và như vậy, chức năng lọc của tiểu cầu sẽ được duy trì ở trạng thái sinh lý bình thường. - Sự biến đổi áp lực lọc khi có sự biến đổi của huyết áp động mạch, áp lực keo của huyết tương và áp lực trong bao (trong thận). Trong tất cả các trường hợp có huyết áp động mạch giảm (shock, mất máu, suy tim v.v...) dẫn đến giảm áp lực máu mao mạch cuộn mạch và làm giảm áp lực lọc. Áp lực lọc giảm thì lưu lượng lọc cầu thận giảm. Khi huyết áp động mạch giảm xuống chỉ còn 40-50mm Hg thì vô niệu. Nhưng không phải trường hợp tăng huyết áp nào cũng làm tăng áp lực lọc. Một số trường hợp tăng huyết áp do co mạch, mặc dù huyết áp động mạch tăng rất cao, nhưng lưu lượng lọc cầu thận lại rất giảm, vì có co động mạch đến, làm giảm dòng máu thận. Trái lại, có một vài trường hợp có giảm huyết áp động mạch, nhưng do giãn động mạch đến, làm tăng lưu lượng tuần hoàn thận, nên vẫn còn lưu lượng lọc cầu thận. Như vậy, huyết áp động mạch, dòng máu thận có mối liên quan chặt chẽ với mức lọc cầu thận. Khi bị bỏng, bị ra nhiều mồ hôi (do lao động trong môi trường nóng ẩm), bị nôn mửa hoặc ỉa chảy, cơ thể bị mất rất nhiều nước, áp lực keo của máu tăng rất cao dẫn tới mức lọc cầu thận giảm. Bệnh nhân bị bệnh viêm ống thận, sỏi thận và niệu quản gây cản trở đường dẫn nước tiểu đã làm tăng áp lực trong thận và làm giảm lưu lượng lọc cầu thận. Người ta nhận thấy rằng khi áp lực trong thận lên đến 30-40mm Hg thì áp lực lọc bằng không và cơ thể sẽ vô niệu. - Sự biến đổi cấu trúc màng siêu lọc. 8
9. Khi màng siêu lọc biến đổi về cấu trúc do rất nhiều nguyên nhân khác nhau, chức năng bình thường của màng siêu lọc không còn nữa. Tính thấm của màng siêu lọc tăng làm cho mức lọc cầu thận tăng, tính thấm của màng siêu lọc giảm làm cho mức lọc cầu thận giảm. Đồng thời khi tổn thương màng siêu lọc, dịch siêu lọc sẽ có hồng cầu, có protein làm cho nước tiểu có hồng cầu (đái ra máu), có protein (đái ra protein). II. QUÁ TRÌNH TÁI HẤP THU Quá trình tái hấp thu được thực hiện ở ống thận. Trong quá trình này toàn bộ các chất cần thiết cho cơ thể đều được tái hấp thu trở lại máu. Có những chất được tái hấp thu hoàn toàn, có những chất được tái hấp thu một phần hoặc phần lớn, có những chất không được tái hấp thu vì đó là chất không cần thiết cho cơ thể. Tại ống thận có cả cơ chế vận chuyển tích cực và khuếch tán thụ động. Khi các chất từ lòng ống thận được hấp thu vào dịch gian bào.Từ dịch gian bào các chất (nước và các chất hoà tan trong nước) vào máu theo sự chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh và áp lực keo: tại mao mạch ống thận có áp lực keo là 32mmHg, áp lực thuỷ tĩnh là 13mm Hg. Như vậy áp lực giữ nước lại là 32 - 13 = 19 (mmHg). Tại dịch gian bào có áp lực keo là 15mm Hg, áp lực thuỷ tĩnh là 6mmHg. Như vậy áp lực giữ nước là 15 - 6 = 9 (mmHg). Thực tế sự chênh lệch áp lực giữa máu mao mạch ống thận và dịch gian bào ống thận là 19 - 9 = 10 (mmHg). Nhờ có áp lực này mà nước và các chất hoà tan trong nước được chuyển từ dịch kẽ vào máu mao tĩnh mạch ống thận, rồi theo tuần hoàn chung đi khắp cơ thể. Nếu có chức năng lọc mà không có tái hấp thu, con người không tồn tại được. Một ví dụ đơn giản là nước được lọc trong 24 giờ là 170-180l, nhưng 9
10. nước được đào thải chính thức theo nước tiểu là 1,5 lít, gần như toàn bộ nước đã được tái hấp thu. 1. Tái hấp thu ở ống lượn gần Nhìn chung, có khoảng 80% các chất và nước được tái hấp thu ở ống lượn gần. Vì vậy khi ra khỏi ống lượn gần để vào quai Henle, nước tiểu vẫn đẳng trương mặc dù đã mất rất nhiều nước và ion Na+. - Tái hấp thu glucose. Glucose được tái hấp thu hoàn toàn theo cơ chế vận chuyển tích cực ở ống lượn gần khi nồng độ glucose máu thấp hơn ngưỡng glucose của thận. Khi nồng độ glucose máu cao hơn ngưỡng glucose của thận (>1,7g/l) thì glucose không được tái hấp thu hoàn toàn, một phần glucose có trong nước tiểu, mặc dù ống lượn gần đã có khả năng tái hấp thu glucose cao hơn khi nồng độ glucose bình thường trong máu. - Tái hấp thu HCO3-. HCO3- được tái hấp thu chủ yếu ở ống lượn gần, có một phần ở ống lượn xa. Sự tái hấp thu HCO3- theo cơ chế vận chuyển tích cực, có liên quan chặt chẽ với carboanhydrase (C.A), cũng có một phần HCO3- được tái hấp thu theo cơ chế khuếch tán thụ động. 3- + Trong lòng ống lượn gần: HCO + H H2CO3 CO2 + H2O. CO2 khuếch tán vào trong tế bào ống lượn gần và CO2 + H2O CA HCO3- + H+. ion H+ được vận chuyển tích cực vào lòng ống lượn còn HCO3- được chuyển vào dịch gian bào cùng với Na+. Như vậy HCO3- theo cơ chế vận chuyển tích cực không phải chính HCO3- mà thông qua sự khuếch tán của 3- CO2 được tạo thành từ HCO . Trong 24 giờ có 4000 mEq HCO3- bị lọc vào dịch siêu lọc, nhưng chỉ có 1-2 mEq HCO3- bị thải ra ngoài. Có tới 99,9% HCO3- đã được tái hấp thu. 10