Cấu Trúc, Chức Năng Của Thận Và Lọc Ở Cầu Thận

Thận có nhiều chức năng quan trọng. Thận tham gia điều hòa hằng định nội môi bằng cách điều hòa thể tích và thành phần dịch ngoại bào và điều hòa thăng bằng acid – base thông qua chức năng bài tiết nước tiểu. Thận còn có vai trò nội tiết do bài tiết hormon renin tham gia điều hòa huyết áp và sản xuất erythropoietin có tác dụng làm tủy xương tăng sản xuất hồng cầu khi oxy mô giảm. Thận còn tham gia vào quá trình chuyển hóa vitamin D3 và chuyển hóa glucose từ các nguồn không phải hydrat carbon trong trường hợp bị đói ăn lâu ngày và bị nhiễm acid hô hấp mạn tính.

Quá trình bài tiết nước tiểu bao gồm: lọc, tái hấp thu, bài tiết và bài xuất (hình 12.2).

1. CẤU TRÚC – CHỨC NĂNG CỦA THẬN

1.1. Đơn vị thận (nephron)

Người bình thường có hai thận nằm ở phía sau trên khoang hông. Mỗi thận nặng khoảng 150 gam và có khoảng 1 triệu đơn vị chức năng của thận là nephron. Chỉ cần 25% số nephron hoạt động bình thường cũng đảm bảo được chức năng của thận. Mỗi nephron gồm cầu thận và các ống thận (hình 12.1).

Hình 12.1. Sơ đồ các thành phần của nephron

Hình 12.2. Quá trình tạo nước tiểu

1.1.1. Cầu thận (hình 12.3) gồm

Bao Bowman là một túi lõm trong có búi mao mạch. Bao Bowman thông với ống lượn gần.
Búi mao mạch gồm các mao mạch (khoảng 20 – 40) xuất phát từ tiểu động mạch đến cầu thận và ra khỏi bao Bowman bằng tiểu động mạch đi. Tiểu động mạch đi có đường kính nhỏ hơn của tiểu động mạch đến. Biểu mô cầu thận dày, dày khoảng 4 micromet (1 µm = 10⁻⁶ m).

Hình 12.3. Cấu tạo màng lọc cầu thận

1.1.2. Các ống thận gồm

Ống lượn gần là đoạn tiếp nối với bao Bowman, có một đoạn cong và một đoạn thẳng (pars recta).
Quai Henle là phần tiếp theo ống lượn gần. Nhánh xuống của quai Henle mảnh, đoạn đầu nhánh lên mảnh và đoạn cuối dày.
Ống lượn xa tiếp nối quai Henle.
Ống góp.

Chiều dài một nephron là 35 – 50 mm. Tổng chiều dài của toàn bộ nephron của hai thận có thể lên tới 70 – 100 km và tổng diện tích mặt trong là 5 – 8 m².

Người ta chia nephron thành 2 loại (hình 12.1):

Nephron vỏ: có cầu thận nằm ở phần vỏ thận, có quai Henle ngắn và cắm vào phần ngoài của tủy thận. Khoảng 85% số nephron là nephron loại này (A).
Nephron cận tủy: có cầu thận nằm ở nơi phần vỏ tiếp giáp với phần tủy thận, có quai Henle dài và cắm sâu vào vùng tủy thận (B). Các nephron này rất quan trọng đối với việc cô đặc nước tiểu nhờ hệ thống nhân nồng độ ngược dòng.

1.2. Mạch máu thận (hình 12.2)

Động mạch thận ngắn và xuất phát từ động mạch chủ, chia nhánh dần và nhánh nhỏ nhất chia thành các tiểu động mạch đến. Thận có hai mạng mao mạch nối tiếp. Mạng thứ nhất nằm giữa tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi (tức là búi mạch nằm trong bao Bowman). Mạng thứ hai xuất phát từ tiểu động mạch đi, tạo thành mạng mao mạch bao quanh các ống thận. Mạng thứ nhất có áp suất cao có ảnh hưởng lên sự cấp máu cho vùng vỏ và quyết định áp suất lọc. Mạng thứ hai có chức năng dinh dưỡng và trao đổi chất. Ở người lớn bình thường, áp suất máu trong tiểu động mạch đến vào khoảng 100 mmHg, trong mao mạch cầu thận là 60 mmHg, trong mao mạch quanh ống thận chỉ còn 13 mmHg.

Mỗi tiểu động mạch đến tạo thành một búi mao mạch nằm trong bao Bowman. Nội mô mao mạch là nội mô có cửa sổ và có màng đáy không hoàn toàn, do đó mao mạch có sức cản yếu (dễ cho huyết tương đi qua) và có tác dụng như một màng sàng lọc (giữ lại các protein và huyết cầu). Các mao mạch trong bao Bowman hợp lại và tạo thành tiểu động mạch đi. Sau khi ra khỏi bao Bowman một đoạn ngắn, các tiểu động mạch đi lại phân chia và tạo thành các mao mạch bao quanh nhiều đoạn của các ống thận. Các mao mạch quanh ống thận xuất phát từ tiểu động mạch đi của nephron vỏ nối thông với mao mạch của nephron khác nhau, tạo thành một mạng lưới mao mạch có chức năng hấp thu nước và các chất hòa tan khuếch tán từ các ống thận. Các mao mạch thận có tính thấm cao (hơn mao mạch cơ xương tới 50 lần) nên sự trao đổi chất ở thận xảy ra rất nhanh. Các tiểu động mạch đi của các nephron tủy tạo thành các mạch thẳng (vasa recta) chạy theo quai Henle vào tủy thận rồi lại quay lại vùng cầu thận. Trên đường đi, các mạch này tạo nhiều mạng mao mạch bao quanh quai Henle. Tĩnh mạch thận được tạo thành từ các mao mạch quanh ống thận, ra khỏi thận ở rốn thận và đổ vào tĩnh mạch chủ. Giữa các tĩnh mạch có nhiều chỗ nối thông nhau.

1.3. Cấp máu cho thận

Mỗi phút có khoảng 1200 ml máu tới thận (420 ml/100 gam mô/phút). Lúc nghỉ ngơi, lưu lượng máu thận chiếm khoảng 20% lưu lượng tim. Khi vận động, lượng máu tới thận giảm do mạch thận co lại và máu tới cơ vân tăng. Ngoài việc cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cho thận, máu tới thận còn cần thiết để đảm bảo quá trình lọc nhằm đào thải các sản phẩm chuyển hóa. Thận tiêu thụ nhiều oxy chỉ sau tim (xấp xỉ 6 ml/100 gam/phút và chiếm khoảng 8% nhu cầu oxy của toàn bộ cơ thể). Mức tiêu thụ oxy của thận thay đổi tỷ lệ thuận với lưu lượng máu thận, liên quan chặt chẽ với sự tái hấp thu tích cực natri, đào thải hydro. Lưu lượng máu thận giảm làm giảm phân số lọc dẫn đến giảm lượng natriclorua (NaCl) được lọc và được tái hấp thu. Mức độ tiêu thụ oxy của thận chủ yếu phụ thuộc vào tái hấp thu natri ở ống thận nên khi máu tới thận giảm thì nhu cầu oxy cũng bị giảm theo.

1.4. Bộ máy cận cầu thận

Các ống lượn xa của mỗi nephron đi qua góc giữa tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi. Tại nơi tiếp xúc với thành mạch, các tế bào biểu mô của ống lượn xa biến đổi cấu trúc, dày hơn ở chỗ khác, tạo thành macula densa. Các tế bào của macula densa có chức năng bài tiết về phía động mạch đến. Ngoài ra, ở chỗ tiếp xúc với macula densa, các tế bào cơ trơn ở thành tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi lại nở to và chứa các hạt renin ở dạng chưa hoạt động. Các tế bào này được gọi là tế bào cận cầu thận. Macula densa và các tế bào cận cầu thận tạo thành bộ máy cận cầu thận. Đây là các tế bào được biệt hóa, vừa có chức năng nhận cảm vừa có chức năng bài tiết các chất vào máu động mạch đến và đi khỏi cầu thận (hình 12.4).

Hình 12.4. Cấu trúc bộ máy cận cầu thận

1.5. Thần kinh chi phối thận

Hệ thần kinh giao cảm có các tận cùng chi phối lớp cơ của mạch máu thận nên tham gia điều hòa lưu lượng tuần hoàn thận. Ở thận không có sợi phó giao cảm.

2. LỌC Ở CẦU THẬN

2.1. Màng lọc ở cầu thận (hình 12.3)

Dịch từ trong lòng mạch đi vào trong bao Bowman phải qua màng lọc gồm ba lớp: (1) Lớp tế bào nội mô mao mạch; trên tế bào này có những lỗ thủng (fenestra) có đường kính là 160 Å; (2) Màng đáy, là một mạng lưới sợi collagen và proteoglycan, có các lỗ nhỏ chừng kính 110 Å, tích điện âm và (3) lớp tế bào biểu mô (lá trong) của bao Bowman là một lớp tế bào biểu mô có chân, giữa các tua nhỏ có các khe nhỏ có đường kính khoảng 70 – 75 Å. Màng lọc là một màng có tính thấm chọn lọc rất cao. Những chất có đường kính < 70 Å (trọng lượng phân tử ≈ 15.000 Dalton) đi qua được màng; những chất có đường kính và có trọng lượng phân tử lớn hơn 80.000 Dalton như globulin không đi qua được màng. Các phân tử có kích thước trung gian mà mang điện tích âm (ví dụ như albumin) khó đi qua màng hơn là các phân tử không mang điện tích. Các chất gắn với protein không qua được màng. Các chất bám vào màng sẽ bị thực bào.

2.2. Áp suất lọc

Nước tiểu trong bao Bowman (được gọi là nước tiểu đầu) có thành phần các chất hòa tan giống như của huyết tương, trừ các chất hòa tan có phân tử lượng lớn. Nước tiểu đầu được hình thành nhờ quá trình lọc huyết tương ở tiểu cầu thận. Quá trình lọc là quá trình thụ động, phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa các áp suất. Cụ thể là:

2.2.1. Các áp suất trong mạch máu

Áp suất thủy tĩnh (P_H) có tác dụng đẩy nước và các chất hòa tan ra khỏi mạch. Bình thường, P_H là 60 mmHg ở đầu vào.
Áp suất keo của huyết tương (P_K) có tác dụng giữ các chất hòa tan và nước. P_K là 28 mmHg (ở đầu vào) và 34 mmHg (ở đầu ra), trung bình là 32 mmHg.

2.2.2. Các áp suất trong bao Bowman

Áp suất keo của bao (P_KB) có tác dụng kéo nước vào bao, áp suất thủy tĩnh của bao (P_B) có tác dụng cản nước và các chất hòa tan đi vào bao. Bình thường, P_KB bằng 0 (protein không qua được mao mạch để vào bao Bowman); P_B bằng 18 mmHg.

Như vậy, quá trình lọc phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa các yếu tố có tác dụng đẩy nước ra khỏi mạch máu (P_H), yếu tố kéo nước vào bao Bowman (P_KB) và các yếu tố giữ nước lại trong mạch (P_K), yếu tố cản nước vào bao Bowman (P_B). Sự chênh lệch về áp suất này tạo thành áp suất lọc (Filtration Pressure P_L):

P_L = P_H – (P_K + P_B)

Thay các trị số cụ thể vào công thức trên, ta có:

PL = 60 – (32 + 18) = 60 – 50 = 10 mmHg

Như vậy để lọc được thì PL = 10 mmHg, nếu PL < 10 mmHg thì sẽ gây thiểu niệu, PL = 0 thì vô niệu.

2.3. Các chỉ số đánh giá chức năng lọc của thận

2.3.1. Hệ số lọc (Filtration coefficient, Kf)

Của cầu thận phụ thuộc vào diện tích của mao mạch và tính thấm của màng lọc. Hệ số lọc được biểu thị bằng ml/phút/mmHg. Tổng diện tích mao mạch thận vào khoảng 1,6 m², trong đó 2 – 3% có vai trò lọc; như vậy diện tích lọc là 320 – 480 cm². Trị số bình thường là 12,5 ml/phút/mmHg, cao hơn ở mao mạch cơ vân 50 – 100 lần.

2.3.2. Lưu lượng lọc cầu thận (Glomerular Filtration Rate, GFR)

Là số ml dịch lọc được tạo thành trong một phút; được tính bằng tích của hệ số lọc nhân với áp lực lọc của cầu thận. Mỗi ngày có khoảng 180 lít dịch được lọc ở cầu thận, lớn hơn nhiều so với lượng dịch được lọc ở các mao mạch vòng đại tuần hoàn (20 lít/ngày). Bình thường, người lớn có diện tích thân thể khoảng 1,7 m² có GFR = 12,5 x 10 = 125 ml/phút.

2.3.3. Phân số lọc của cầu thận (Filtration fraction, FF)

Là tỷ số % giữa lưu lượng dịch lọc (ml) và lưu lượng huyết tương qua thận (ml) trong một phút. Bình thường, tỷ số này bằng 19-21% tức là trong một phút có khoảng 20% lượng huyết tương qua thận được lọc vào bao Bowman.

F_F = 125 ml/650 ml = 19% hoặc 1/5

2.4. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình lọc

Mọi nguyên nhân làm thay đổi một hoặc nhiều áp suất dẫn đến thay đổi áp suất lọc sẽ dẫn đến làm thay đổi lượng nước tiểu đầu.

2.4.1. Lưu lượng máu thận

Lưu lượng máu tại thận tăng làm tăng áp suất mao mạch cầu thận do đó làm tăng phân số lọc. Nếu lưu lượng máu qua thận bình thường thì có khoảng 20% huyết tương được lọc khiến cho nồng độ protein huyết tương trong tiểu động mạch đi tăng và cản trở sự lọc. Lượng máu qua thận tăng sẽ bù cho lượng huyết tương được lọc nên nồng độ protein và áp suất keo không thay đổi mấy. Như vậy, ngay cả khi áp suất mao mạch cầu thận không đổi thì lưu lượng máu qua thận tăng làm lưu lượng lọc tăng. Lưu lượng máu thận phụ thuộc huyết áp động mạch vòng đại tuần hoàn, có nghĩa là phụ thuộc vào thể tích máu toàn thân, vào hoạt động của tim. Nếu mất máu hoặc suy tuần hoàn, huyết áp toàn thân thấp thì huyết áp động mạch thận cũng thấp làm áp suất lọc giảm, thận lọc ít (thiểu niệu) hoặc vô niệu nếu áp suất lọc bằng 0. Ngược lại, huyết áp tăng cao thì lượng nước tiểu cũng tăng (lợi tiểu do huyết áp).

2.4.2. Áp suất keo của huyết tương

Áp suất keo trong huyết tương giảm làm áp suất lọc tăng. Nồng độ protein trong máu giảm quá thấp gây phù (phù dinh dưỡng).

2.4.3. Ảnh hưởng của co tiểu động mạch đến

Co tiểu động mạch đến làm giảm lượng máu đến thận và làm giảm áp suất trong mao mạch cầu thận nên làm giảm lưu lượng lọc. Giãn tiểu động mạch đến gây tác dụng ngược lại.

2.4.4. Ảnh hưởng của co tiểu động mạch đi

Co tiểu động mạch đi cản trở máu ra khỏi mao mạch nên làm tăng áp suất mao mạch cầu thận. Nếu co nhẹ thì làm tăng áp suất lọc. Nếu co mạnh, huyết tương bị giữ lại một thời gian dài

trong dự thận do vậy huyết tương được lọc nhiều và không được bù nên áp suất keo tăng, kết quả là lưu lượng lọc giảm mặc dù áp suất trong mao mạch thận vẫn cao.

2.5. Điều hòa hằng định lọc cầu thận và lưu lượng máu qua thận

2.5.1. Cơ chế tự điều hòa huyết áp tại thận

Cơ chế tự điều hòa này chỉ xảy ra ở thận khi huyết áp trung bình trong động mạch thấp hơn 70 mmHg nhằm tự điều hòa phân số lọc. Cơ chế này xảy ra ở bộ máy (phức hợp) cận cầu thận nên vẫn còn ở thận bị cắt bỏ dây thần kinh, ở thận cô lập, thận được ghép, ở người bị cắt bỏ tuyến thượng thận. Khi lưu lượng lọc giảm thấp, sự tái hấp thu natri và clo ở quai Henle tăng, làm nồng độ các ion này ở macula densa giảm. Các tế bào macula densa phát tín hiệu làm giãn tiểu động mạch đến, máu đến cầu thận nhiều, lưu lượng lọc tăng lên. Cơ chế này cũng giúp cho điều hòa lưu lượng máu thận. Đồng thời, do natri và clo ở macula densa giảm, các tế bào cận cầu thận giải phóng renin. Renin xúc tác quá trình tạo angiotensin II là chất có tác dụng làm co tiểu động mạch đi, kết quả cũng làm tăng áp suất mao mạch thận và tăng lưu lượng lọc. Giãn tiểu động mạch đến và co tiểu động mạch đi xảy ra đồng thời, góp phần duy trì lưu lượng lọc ở mức không đổi trong phạm vi huyết áp động mạch 75 – 160 mmHg.

2.5.2. Thần kinh giao cảm

Thần kinh giao cảm chi phối tiểu động mạch đến, tiểu động mạch đi và một phần của ống thận. Kích thích nhẹ giao cảm thận không gây tác dụng vì cơ chế tự điều hòa mạnh hơn kích thích thần kinh. Kích thích rất mạnh giao cảm thận làm co rất mạnh các tiểu động mạch đến và lưu lượng lọc có thể bằng 0. Nếu kích thích vẫn kéo dài thì lưu lượng lọc dần dần trở về mức bình thường do lượng noradrenalin được sợi giao cảm bài tiết giảm, do tác dụng của các hormon và do sự thay đổi nồng độ các ion trong thận.

2.5.3. Hormon

Các hormon gây co mạch do đó làm giảm máu tới thận và giảm lưu lượng lọc cầu thận: adrenalin, noradrenalin, angiotensin II. Khi bị mất máu, các hormon này làm giảm lượng máu tới thận nhằm giữ lại nước cho cơ thể. Noradrenalin làm co mạnh cả tiểu động mạch đi và tiểu động mạch đến. Kích thích hệ giao cảm làm giải phóng noradrenalin và angiotensin II, gây co mạch. Với nồng độ thấp, angiotensin II chủ yếu gây co tiểu động mạch đi còn với nồng độ cao thì làm co cả tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi.
Các hormon gây giãn mạch do đó làm tăng máu tới thận và tăng lưu lượng lọc dù thận: các prostaglandin PGE2 và prostacyclin (PGI2) có tác dụng tăng lưu lượng máu do làm giãn tiểu động mạch đi và tiểu động mạch đến. Các chất này chỉ hoạt động trong trường hợp bất thường.

2.5.4. Cân bằng chức năng cầu thận – ống thận

Ở thận có cơ chế nội tại đảm bảo cho sự tái hấp thu chất (chủ yếu là natri) ở ống thận được điều chỉnh phù hợp với sự thay đổi lưu lượng lọc cầu thận nhằm đảm bảo thể tích dịch ngoại bào. Khi thể tích dịch giảm, ống lượn gần tăng tái hấp thu natri và nước.

2.6. Kết quả của quá trình lọc cầu thận

Dịch lọc từ huyết tương vào trong bao Bowman được gọi là nước tiểu đầu. Trong nước tiểu đầu không có các chất có phân tử lượng trên 80.000, không có các thành phần hữu hình của máu. Dịch lọc đẳng trương so với huyết tương và có pH bằng pH của huyết tương. Các protein phân tử lượng thấp có thể đi qua màng lọc nhưng rất ít (chỉ bằng 1/240 lượng protein huyết tương). Do có sự chênh lệch về nồng độ protein giữa huyết tương và dịch lọc (chênh lệch điện tích âm) nên trong dịch lọc sẽ có nồng độ ion clo và bicarbonat (HCO₃⁻) cao hơn 5% so với huyết tương để giữ cân bằng về điện tích (cân bằng Donnan). Các thành phần hòa tan khác trong huyết tương và dịch lọc có nồng độ ngang nhau. Bình thường, lượng dịch được lọc trong một ngày trung bình là 170 – 180 lít.

Cập nhật thông tin mới nhất về kiến thức y học và test y học tại facebook TEST Y HỌC

Tham gia nhóm zalo: Tài Liệu Y Học Tổng Hợp

Ôn thi nội trú, sau đại học TẠI ĐÂY

SINH LÝ BÀI TIẾT NƯỚC TIỂU