1) Màng mao mạch cầu thận
Màng mao mạch cầu thận tương tự như các mao mạch khác, ngoại trừ là nó có 3 (thay vì 2 như bình thường) lớp chính: nội mô mao mạch, màng đáy và lớp tế bào biểu mô bao quanh mặt ngoài màng đáy mao mạch (podocyte).
3 lớp này tạo nên hàng rào lọc, mặc dù là có 3 lớp nhưng chúng lọc gấp hàng trăm lần các màng mao mạch bình thường. Với tỉ lệ lọc cao như vậy nhưng màng mao mạch cầu thận vẫn ngăn cản được protein huyết tương.
Tỉ lệ lọc cao này là do cấu trúc đặc biệt của nó. Lớp nội mô mao mạch có hàng ngàn lỗ nhỏ như cửa sổ (fenestrae), tương tự như các mao mạch có lỗ được tìm thấy ở gan. Tuy là các lỗ này tương đối rộng (đường kính 160 angstrom), nhưng các tế bào nội mô lại có rất nhiều thành phần điện tích âm cố định gắn vào vậy nên vẫn ngăn chặn được protein huyết tương đi qua. Bao quanh lớp nội mô là lớp màng đáy, bao gồm một hệ thống collagen và các sợi proteoglycan (là không gian rộng lớn cho một lượng lớn nước và các chất hòa tạn nhỏ có thể lọc). Màng đáy cũng ngăn sự lọc protein huyết tương, một phần do điện tích âm rất mạnh liên quan proteoglycan.
Phần cuối cùng là lớp tế bào biểu mô. Những tế bào này không liên tục mà phân ngón thành những chân bám vào mặt ngoài màng đáy. Những “ngón chân” này ngăn cách bởi các cái lỗ nhỏ đường kính khoảng 70 (slit pore) cho dịch lọc đi qua. Các tế bào biểu mô cũng có điện tích âm lại càng làm tăng thêm sự hạn chế lọc protein huyết tương. Tóm lại 3 lớp của thành mao mạch cầu thận tạo nên một hàng rào lọc vững chắc đối với protein huyết tương.
Khả năng lọc của các chất tan tỉ lệ nghịch với kích thước của chúng.
Màng mao mạch cầu thận thì dày hơn các mao mạch khác, nhưng nó lại xốp hơn (có nhiều lỗ) và vì vậy dịch lọc có tỉ lệ cao hơn. Mặc dù tỉ lệ lọc cao, nhưng hàng rào lọc vẫn chọn lọc trong việc phân tử nào sẽ được lọc, dựa trên kích thước và điện tích của chúng.
Phân tử mang điện tích âm thì lọc khó hơn là phân tử mang điện tích dương cùng kích thước (ví dụ albumin đường kính chỉ là 6nm, trong khi các đường kính lỗ là 8 nm nhưng nó lại bị hạn chế lọc do điện tích âm của nó và lực đẩy tĩnh điện của điện tích âm của proteoglycan ở thành mao mạch cầu thận).
Hình dưới đây nói lên tác động của điện tích lên sự lọc của các phân tử dextran khác nhau.
Vậy thì khi mà điện tích âm trên màng đáy bị mất thì một số protein trọng lượng phân tử thấp, đặc biệt là albumin, sẽ được lọc vào trong nước tiểu (tình trạng này gọi là protein niệu hay albumin niệu).
Thành phần dịch lọc
Sự hình thành nước tiểu bắt đầu bằng việc lọc một lượng lớn dịch qua mao mạch cầu thận vào bao Bowman. Giống như hầu hết các mao mạch khác, mao mạch cầu thận thì tương đối không thấm với protein, do đó dịch lọc (glomerular filtrate) gồm rất ít protein tự do, không chứa hồng cầu.
Nồng độ của các thành phần khác của dịch lọc, gồm hầu hết các muối là các phân tử hữu cơ, thì có nồng độ tương tự như trong huyết tương. Có một số trường hợp ngoại lệ đó là các phân tử có trọng lượng phân tử thấp, như canxi và acid béo, không được lọc một cách tự do bởi chúng gắn một phần với các protein huyết tương. Ví dụ gần ½ canxi huyết tương là hầu hết các acid béo huyết tương gắn với protein và những phần gắn này không được lọc qua mao mạch cầu thận.
2) Tính GFR
Mức lọc cầu thận – GFR (glomercular filtration rate) là lượng dịch lọc (plasma ultrafiltrate) qua cầu thận trong một phút, được tính bằng cách đo lượng một chất trong huyết tương và lượng chất đó được thải ra. Chất dùng để đo GFR phải đảm bảo được lọc tự do qua cầu thận và phải là hoặc được tiết hoặc hấp thu. ngoài ra thì chất đó còn phải đảm bảo là không gây độc cho cơ thể và không bị chuyển hóa bởi cơ thể. Inulin, một polyme của fructoz với trọng lượng phân tử là 5200, đắp ứng được những tiêu chí này ở người và hầu hết các động vật, do đó được dùng để đo GFR.
Độ thanh thải (clearance) huyết tương ở thận là thể tích huyết tương trong đó một chất được loại bỏ hoàn toàn bởi thận trong một đơn vị thời gian (thường là một phút). Lượng chất xuất hiện trong nước tiểu trên một đơn vị thời gian là kết quả sự lọc ở thận một lượng nhất định huyết tương. GFR và độ thanh thải tính bằng đơn vị mL/min.
Qua tiến hành thao tác đo, người ta thu được các số liệu và cách tính độ thanh thải như sau:
Trong đó:
UIN là nồng độ inulin nước tiểu
V là lượng nước tiểu trong một phút
PIN là lượng inulin trong huyết tương động mạch
C là độ thanh thải
Có thể nói lại cách tính như sau:
- U nhân với V ta được lượng inulin được lọc trong một phút
- Theo như giá trị của P, ta có được lượng inulin có trong một ml huyết tương động mạch
ta có lượng inulin được lọc trong một phút là 35x0,9=63/2, vậy để lọc hết 1/4 mg inulin cần 1/126 phút.
Trong 1/126 phút thì "độ thanh thải" là 1ml, vậy suy ra độ thanh thải cần tính (trong một phút) bằng 126 mL/phút (nhân chéo chia ngang).
Độ thanh thải của creatinin cũng có thể được dùng để tính GFR, tuy nhiên đôi khi nó được tiết bởi ống thận vì vậy sẽ làm tăng nhẹ độ thanh thải của nó so với inulin (điều này có thể dễ thấy dựa trên công thức tính trên). Nó được dùng như là một chỉ số đánh giá chức năng thận (bình thường là 1mg/dL).
GFR bình thường
GFR ở người trưởng thành khỏe mạnh trung bình khoảng 125 mL/phút, tương đương 180L/ngày trong khi lượng nước tiểu chỉ có 1L/ngày. Vì vậy 99% hoặc hơn dịch lọc được tái hấp thu. Với tỉ lệ 125mL/phút, trong một ngày thận lọc một lượng dịch bằng 4 lần tổng lượng nước cơ thể, 15 lần thể tích dịch ngoại bào và 60 lần thể tích huyết tương.
3) Điều hòa GFR
Các yếu tố chi phối sự lọc qua mao mạch cầu thận cũng giống như ở các mao mạch khác, đó là kích thước giường mao mạch, tính thấm của mao mạch, áp suất thủy tĩnh và áp cuất thẩm thấu qua thành mao mạch. Với mỗi nephron ta có công thức sau:
ct2.PNG
Trong đó:
Kf là hệ số lọc cầu thận (phụ thuộc tính thấm của mao mạch cầu thận và diện tích bề mặt)
Pgc là áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận, Pt là áp suất thủy tĩnh của bao Bowman
π GC là áp suất keo của mao mạch cầu thận, và
π T là áp suất keo của dịch lọc bao Bowman
Chú ý: ở đây do protein bị ngăn chặn lọc qua màng lọc nên lượng protein hay là áp suất keo ở bao Bowman là không đáng kể. Còn lại 3 thành phần (trong đó chỉ có áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận là thuận lợi cho sự lọc, hai thành phần còn lại thì chống lại sự lọc). Điểm đặc biệt là áp suất keo ở mao mạch cầu thận là 32 mmHg, cao hơn áp suất keo của động mạch cơ thể - chỉ là 25 (do 20% lượng huyết tương qua cầu thận được lọc, trong khi protein lại không qua được màng lọc).
a) Tính thấm
Tính thấm của mao mạch cầu thận khoảng 50 lần mao mạch ở cơ bắp. Các chất trung tính với đường kính nhỏ hơn 4 nm thì được lọc từ do, nhưng nếu đường kính hơn 8 nm thì sự lọc gần bằng 0 (giữa hai giá trị đường kính này, sự lọc tỉ lệ nghịch với đường kính).
Tuy nhiên các sialoprotein (là những glycoprotein chứa acid sialic) ở thành mao mạch cầu thận mang điện tích âm, và các nghiên cứu về dextran (đường đa, tạo bởi nhiều phân tử glucoz) điện tích âm và dương [biểu đồ đã minh họa ở trên] cho thấy rằng điện tích âm của màng lọc đẩy các chất mang điện tích âm trong máu --> sự lọc của chất mang điện tích âm đường kính 4 nm thì ít hơn một nữa so với chất trung tính cùng kích thước. Điều này giúp ta giải thích được trường hợp đối với albumin (nồng độ trong cầu thận của nó chỉ là 0.2%). Ngược lại tỉ lệ lọc các chất mang điện tích dương thì lớn hơn chất trung tính. Số lượng protein nước tiểu bình thường ít hơn 100 mg/ngày, phần lớn không được lọc, một số tạo ra từ các ống thận (điều này giải thích tình trạng protein/albumin niệu có thể xảy ra không phải do tăng kích thước các lỗ ở màng lọc mà là do chính nguyên nhân này).
b) Kích thước giường mao mạch
Kf có thể thay đổi bởi các tế bào mesangial (5a 5b trong hình minh họa, là các tế bào cơ trơn biệt hóa quanh mạch máu thận), sự co của chúng làm giảm diện tích lọc do đó làm giảm Kf. Theo như định nghĩa (Kf là mức lọc cầu thận đối với 1 mmHg áp suất) thì ta có thể dễ nhận ra được rằng khi mà các tế bào này co sẽ gây hẹp lòng mạch, dẫn đến (1) tăng kháng lực mạch máu/ tăng huyết áp và (2) giảm lọc ở cầu thận (do giảm tưới máu thận) --> giảm Kf. Dưới đây là các tác nhân tác động lên các tế bào mesangial:
c) Áp suất keo và áp suất thủy tĩnh
Áp lực mao mạch cầu thận thì cao hơn các giường mao mạch khác do 2 điểm: (1) động mạch đến là các nhành thẳng, ngắn của động mạch gian tiểu thùy, (2) động mạch đi với kháng lực cao.
Áp suất thủy tĩnh của mao mạch chống lại với áp suất thủy tĩnh của bao Bowman, Tương tự như với áp suất keo, tuy nhiên ở đây áp suất keo dịch lọc không đáng kể do đó hiệu số áp suất keo giữa mao mạch và bao Bowman tương đương với áp suất keo của mao mạch.
Một điểm cần lưu ý là áp suất thủy tĩnh của bao Bowman ít thay đổi nên không ảnh hưởng. Tuy nhiên trong trường hợp tắc ống thận/niệu quản, hay phù thận sẽ làm áp suất bao Bowman tăng lên gây giảm lọc.
3. Thay đổi GFR
- Áp suất máu hệ thống tăng thì làm tăng áp suất thủy tĩnh mao mạch à tăng lọc. Tuy nhiên sự tăng là không cân xứng, do cơ chế tự điều hòa (khi mà áp suất động mạch tăng sẽ có các cơ chế làm co tiểu động mạch đến để hạn chế dòng máu tới quá mức).
- Dòng máu thận được giữ tường đối hằng định, do cơ chế tự điều hòa: điều hòa ngược cầu ống (tubuloglomerular feedback: Khi nồng độ Na+, Cl- tới quai Henle giảm --> kích thích macula densa gây giãn tiểu động mạch vào và kích thích các tế bào cận tiểu cầu tiết renin, tạo ra angiotensin II làm co tiểu động mạch ra, 2 cơ chế này làm GFR tăng lên), nghĩa là khi mà mức lọc giảm cơ chế điều hòa này làm giãn động mạch đến. Như vậy dòng máu thận và mức lọc tiểu cầu đều được tăng lên và về mức bình thường.
- Sự co giãn của các tiểu động mạch: động mạch đến nếu giãn sẽ làm tăng dòng máu tới thận và lọc tăng, ngược lại. Đối với động mạch đi, sự co làm tăng áp suất thủy tĩnh mao mạch cầu thận do đó làm tăng lọc (tuy nhiên nếu co mạnh lâu quá thì sẽ giảm lọc vì lúc đó protein ứ lại làm tăng sáp suất keo)
- Trường hợp phù thận và tắc niệu quản thì đã trình bày ở trên, gây giảm lọc.
- GFR cũng phụ thuộc vào Kf.
- Một số yếu tố khác cũng đã trình bày ở trên.
4. Tỉ lệ lọc cầu thận
Là tỉ lệ của GFR (~125 mL.phút) với dòng huyết tương qua thận (renal plasma flow - RPF (~ 650 mL/phút), khoảng 16-20%. GFR thay đổi ít hơn RPF :khi có sự giảm huyết áp hệ thống, GFR giảm ít hơn là RPF do sự co động mạch đi, do đó tỉ lệ lọc tăng lên.
Tài liệu tham khảo:
- Ganongs Review of Medical Physiology, 24th
- Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 12th
- Sinh lý học y khoa của GS. Phạm Đình Lựu
Cuộc đời thì ngắn, mà nghề thì miên man; cơn bệnh phập phù; kinh nghiệm hiểm nguy, còn quyết định thì thật khó. Người thầy thuốc không phải chỉ chuẩn bị để tự mình làm đúng, mà còn khiến cho bệnh nhân, người đi theo và các yếu tố xung quanh hợp tác hài hòa.
Tham gia Group Telegram và Zalo cùng chúng tôi để nhận thông báo mới nhất cũng như giao lưu - chia sẻ nhé
