Quá trình lọc máu ở cầu thận là một trong 3 quá trình tạo nước tiểu ở thận. Quá trình lọc máu ở cầu thận là bước đầu tiên, và kết quả thu được sau quá trình này là dịch lọc được gọi là “nước tiểu đầu”
Cầu thần được cấu tạo bởi một mạng lưới mao mạch xếp song song và được bao Bowman bao quanh. Dịch lọc từ huyết tương vào bao Bowman gọi là dịch lọc cầu thận. Trong quá trình lọc máu ở cầu thận, dịch phải đi qua màng lọc cầu thận.
1.1. Cấu tạo và tính chất màng lọc cầu thận
Màng lọc cầu thận có cấu tạo đặc biệt gồm 3 lớp:– Lớp tế bào nội mô của mao mạch cầu thận. Giữa các tế bào này có lỗ nhỏ gọi là các “cửa sổ”. Đường kính khoảng 160A0.
– Màng đáy là một mạng lưới các sợi collagen và proteoglycan đan với nhau tạo thành. Giữa các sợi có các khe nhỏ đường kính khoảng 110A0.
– Tế bào biểu mô thành bao Bowman: Là những tế bào rất to, hình thể không đều. Có hàng nghìn đến hàng triệu các tua nhô ra phủ lên màng đáy. Những tua này tạo nên các khe hở với đường kính khoảng 70A0.
Như vậy, dịch lọc từ phía mạch máu đi vào bao Bowman phải đi qua 3 lớp của màng lọc cầu thận. Với kích thước các lỗ lọc nhỏ dần. Tuy có nhiều lớp nhưng tính thấm của màng lọc cầu thận lớn hơn các mao mạch nơi khác. Lớn hơn khoảng 100 – 500 lần. Do cấu trúc màng lọc, do áp suất ở cầu thận lớn. Tuy nhiên, màng loc cũng có tính chọn lọc cao. Tùy theo kích thước của các phân tử mà nó cho qua lỗ lọc. Tính thấm của màng lọc cầu thận khác nhau tùy thuộc vào trọng lượng phân tử các chất. Tính thấm của màng lọc được biểu thị bằng tỷ lệ nồng độ chất hòa tan trong dịch lọc so với nồng độ chất đó trong huyết tương.
Vì vậy, một chất có trọng lượng phân tử bằng hoặc nhỏ hơn 5200 sẽ được lọc qua màng 100%. albumin chỉ qua được với tỷ lệ 0,5%.
Tính chọn lọc của màng phụ thuộc vào hai yếu tố:– Kích thước các lỗ lọc: các chất có kích thước lớn hơn đường kính lỗ lọc sẽ bị giữ lại. Các chất hòa tan có kích thước phân tử nhỏ và nước thì đi qua dễ dàng.
– Lực tĩnh điện của thành lỗ lọc: các lỗ lọc có kích thước nhỏ nhất khoảng 70A0. Như vậy chất có kích thước nhỏ hơn lỗ lọc sẽ đi qua được. Tuy nhiên, một số chất có đường kính nhỏ hơn lỗ lọc nhưng vẫn không qua được màng lọc. Nguyên nhân là do lỗ của màng đáy được lát bằng phức hợp proteoglycan tích điện âm rất mạnh. Các protein của huyết tương cũng tích điện âm. Do đó, chính lực đẩy tích điện của thành lỗ lọc đã ngăn cản các phân tử protein có kích thước nhỏ hơn lỗ lọc trên đi qua.
Trong bệnh lý như trong viêm cầu thận cấp, tổn thương xảy ra ở lớp màng đáy. Nên có rất nhiều chất có trọng lượng phân tử lớn đi qua màng lọc như hồng cầu, protein,…
1.2. Cơ chế lọc qua màng cầu thận trong quá trình lọc máu ở cầu thận
Quá trình lọc máu ở cầu thận cũng có cơ chế như sự trao đổi chất ở các mao mạch có áp suất thủy tĩnh cao khác. Đó là cơ chế thụ động, phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất trong và ngoài thành mạch.
– Áp suất thủy tĩnh của thành mao mạch thận [huyết áp]: Ở người bình thường khoảng 60mmHg. Áp suất này có tác dụng đẩy nước và các chất hòa tan từ trong mao mạch vào bao Bowman [PH].
– Áp suất keo trong mao mạch cầu thận [PK]: do protein máu quyết định. Áp suất keo có tác dụng giữ nước và các chất hòa tan trong lòng mạch. Áp suất này có giá trị khoảng 38mmHg. Áp suất keo của máu khi đến mao mạch cầu thận vào khoảng 28mmHg. Khoảng 1/5 lượng huyết tương trong mao mạch được lọc vào bao Bowman. Mà protein lại không đi qua được màng lọc, nên nồng độ protein tăng lên 20% khi máu từ động mạch đến mao mạch cầu thận đến khi máu đi ra khỏi mao mạch cầu thận.
Nên áp suất keo trong tiểu động mạch đi khoảng 36mmHg. Ta lấy giá trị trung bình là 32mmHg.
– Áp suất thủy tĩnh trong bao Bowman [PB]: có giá trị khoảng 18mmHg. Nó có tác dụng ngăn cản sự lọc trong quá trình lọc máu ở cầu thận.
Như vậy, áp suất lọc [PL] là áp suất thực sự có tác dụng đẩy dịch qua màng cầu thận vào bao Bowman.
Áp suất lọc PL = PH – [PB + PK]
Từ công thức trên thay vào ta được PL = 10mmHg
1.3. Các chỉ số đánh giá chức năng lọc của cầu thận trong quá trình lọc máu ở cầu thận.
Hệ số lọc cầu thậnHệ số lọc ký hiệu là KF [Filtration coeficient] là tỷ lệ giữa lưu lượng lọc và áp suất lọc. Được tính bằng đơn vị ml/phút/mmHg. Trị số bình thường của hệ số lọc là 12,5ml/phút/mmHg. Cao hơn ở mao mạch cơ vân khoảng 50 -100 lần.
Lưu lượng lọc trong quá trình lọc máu ở cầu thậnLưu lượng lọc của cầu thận là lượng huyết tương được lọc trong một phút ở tất cả các nephron của cả hai thận. Ở người bình thường, mỗi phút có khoảng 1200ml máu chảy qua hai thận. Tương đương với 650ml huyết tương. Nhưng chỉ có 125ml huyết tương được lọc qua màng cầu thận vào bao Bowman. Do đó, 125ml huyết tương được lọc qua màng cầu thận trong một phút được gọi là lưu lượng lọc cầu thận.
Trong một ngày, hai thận lọc được 180l dịch. Có tới 99% lượng dịch này được tái hấp thu tại ống thận. Chỉ có lượng nhỏ 1- 1,5l tạo thành nước tiểu thải ra ngoài.
Phân số lọcLà tỷ số giữa lượng huyết tương được loc với lượng huyết tương đi qua hai thận trong một phút. Bình thường phân số lọc là 125/650 = 19%.
Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng lọc trong quá trình lọc máu ở cầu thận.Có 3 yếu tố chính ảnh hưởng đến lưu lượng lọc của cầu thận là:
– Áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận.
– Áp suất keo của huyết tương.
– Áp suất trong bao Bowman.
Những yếu tố nào làm ảnh hưởng đến ba yếu tố trên đều ảnh hưởng đến lưu lượng lọc của cầu thận.
– Áp suất thủy tĩnh của bao Bowman có trị số thấp, ít thay đổi, và khi dịch lọc vào bao Bowman được chuyển ngay sang ống thận nên ít ảnh hưởng đến lưu lượng lọc.
– Áp suất keo của protein tăng làm giảm mức lọc và ngược lại. Áp suất keo tuy khá cao nhưng ít dao động, ít ảnh hưởng đến lưu lượng lọc.
– Áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận trung bình là 60mmHg. Vì vậy lưu lượng lọc cầu thận chủ yếu phụ thuộc vào lưu lượng và áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận.
Ảnh hưởng của lưu lượng máu qua thận đến quá trình lọc máu ở cầu thận.Lưu lượng máu qua thận tăng sẽ làm tăng áp suất trong mao mạch cầu thận và làm tăng lưu lượng lọc. Mặt khác, nếu bình thường có 20% lượng huyết tương qua thận được lọc qua màng lọc cầu thận, sẽ làm cho áp suất keo ở mao mạch tăng lên, [do protein không được lọc], ngăn cản sự lọc. Nhưng khi lưu lượng máu qua thận tăng lên, lượng huyết tương đến cầu thận tăng, bù cho lượng huyết tương đã lọc qua bao Bowman, làm cho nồng độ protein và áp suất keo trong mao mạch cầu thận không tăng lên nhiều. Kết quả là ngay khi áp suất mao mạch không đổi, lưu lượng máu qua thận càng tăng, thì lưu lượng lọc cũng càng tăng.
Ảnh hưởng của sự co giãn tiểu động mạch đến đến quá trình lọc máu ở cầu thận.Co tiểu động mạch đến làm giảm lưu lượng máu đến. Đồng thời làm giảm áp suất thủy tĩnh trong mao mạch cầu thận. cả hai tác dụng này đều làm giảm lưu lượng lọc cầu thận. Ngược lại, giãn tiểu động mạch đến làm tăng lưu lượng lọc cầu thận.
Ảnh hưởng của sự co tiểu động mạch đi đến quá trình lọc máu ở cầu thận.– Co tiểu động mạch đi làm tăng sức cản của mạch, cản trở máu ra khỏi mao mạch cầu thận. Làm tăng áp suất thủy tĩnh của mao mạch cầu thận và tăng khả năng lọc.
– Nếu tiểu động mạch đi co nhẹ sẽ làm tăng lưu lượng lọc. Nhưng nếu co vừa hoặc co mạnh sẽ làm giảm lưu lượng lọc. Mặc dù áp suất thủy tĩnh ở cầu thận tăng, nhưng vì thời gian ứ lại của huyết tương trong cầu thận lâu, bị lọc nhiều hơn và protein ứ lại sẽ làm tăng áp suất keo, chống lại áp suất lọc.
2. Điều hòa lưu lượng lọc cầu thận và lưu lượng máu qua thận
2.1. Cơ chế tự điều hòa huyết áp tại thận
Cơ chế này chỉ xảy ra ở thận khi huyết áp trung bình trong động mạch thấp hơn 70mmHg nhằm tự điều hòa phân số lọc.
Cơ chế tự điều hòa huyết áp tại thận xảy ra ở bộ máy cận cầu thận. Khi lưu lượng lọc cầu thận giảm, tốc độ chảy chậm, sẽ làm tăng tái hấp thu Na+ và K+ ở nhánh lên của quai Henle. Do đó làm giảm nồng độ của các ion này ở macula densa. Các tế bào Madela densa phát ra tín hiệu làm giãn tiểu động mạch đến.
Máu đến cầu thận tăng lên, áp suất mao mạch cầu thận tăng. Do đó, lưu lượng lọc cầu thận tăng trở lại mức bình thường. Cơ chế này giúp cho sự điều hòa lưu lượng máu thận. Đồng thời sự giảm nồng độ Na+ và Cl– ở Madela densa cũng làm cho các tế bào cạnh cầu thận giải phóng ra Renin hoạt động. Renin xúc tác cho quá trình tạo Angiotensin II. Angiotensin II làm co các tiểu động mạch đi [do các tiểu động mạch đi rất mẫn cảm với Angiotensin II]. Kết quả là áp suất mao mạch cầu thận tăng. Làm cho lưu lượng lọc trở lại bình thường.
2.2. Vai trò của thần kinh giao cảm với quá trình lọc máu ở cầu thận
Thần kinh giao cảm chi phối cả tiểu động mạch đến, đi và một phần của ống thận.
– Kích thích nhẹ thần kinh giao cảm chỉ có tác dụng rất nhẹ lên lưu lượng máu thận và lưu lượng lọc. Vì cơ chế tự điều hòa mạnh hơn kích thích thần kinh.
– Kích thích thần kinh giao cảm với cường độ vừa phải làm tiểu động mạch đến co lại. Dẫn đến giảm lưu lượng lọc.
– Kích thích rất mạnh thần kinh giao cảm có thể làm co tiểu động mạch mạnh đến mức làm lưu lượng máu thận giảm xuống chỉ còn 10 – 30% so với bình thường. Và lượng nước tiểu bằng 0. Nếu kích thích mạnh kéo dài thì cả lưu lượng máu thận, lưu lượng lọc và lượng nước tiểu sẽ trở về bình thường trong 20 – 30 phút. Nguyên nhân một phần do giảm giải phóng chất truyền đạt thần kinh giao cảm. Nhưng chủ yếu là do cơ chế tự điều hòa lưu lượng lọc cầu thận tại nephron.
2.3. Vai trò của hormon với quá trình lọc máu ở cầu thận
– Các hormon gây co mạch: Làm giảm lưu lượng máu tới thận và làm giảm lưu lượng lọc. Các hormon như andrenalin, norandrenalin, angiotensin II. Khi cơ thể bị mất máu, các hormon này làm giảm lượng máu tới thận nhằm giữ lại nước cho cơ thể.
Norandrenalin làm co cả tiểu động mạch đi và tiểu động mạch đến ảnh hưởng đến quá trình lọc máu ở cầu thận. Kích thích hệ giao cảm làm giải phóng norandrenalin và angiotensin II gây co mạch. Với nồng độ thấp, angiotensin II chủ yếu gây co tiểu động mạch đi. Nồng độ cao thì làm co cả tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi.
– Các hormon gây giãn mạch: Làm tăng máu tới thận và tăng lưu lượng lọc cầu thận. Các hormon như prostaglandin PGE2 và Prostacylin PGI2 có tác dụng làm giãn tiểu động mạch đi và đến. Làm tăng lưu lượng máu. Các chất này chỉ hoạt động trong trường hợp bất thường.
2.4. Vai trò của sự cân bằng chức năng giữa cầu thận và ống thận trong quá trình lọc máu ở cầu thận
Ở thận có cơ chế nội tại đảm bảo cho sự tái hấp thu [ chủ yếu là Na+ ] ở ống thận. được điều chỉnh phù hợp với sự thay đổi lưu lượng lọc ở cầu thận nhằm đảm bảo thể tích dịch ngoại bào. Khi thể tích dịch giảm, ống lượn gần tăng tái hấp thu nước và natri.
3. Kết quả của quá trình lọc máu ở cầu thận
Dịch lọc từ huyết tương vào bao Bowman được gọi là nước tiểu đầu. Trong nước tiểu đầu không có các phân tử có phân tử lượng trên 80.000. Không có các thành phần hữu hình của máu. Dịch lọc đẳng trương so với huyết tương. Dịch lọc của cầu thận có pH từ 7,4 đến 7,45. Áp suất thẩm thấu là 300 mOsm/lít. Các chất điện giải và chất hòa tan tương tự như trong huyết tương.
Kết quả của quá trình lọc máu ở cầu thận là lượng protein trong dịch lọc rất thấp. Chỉ bằng 1/200 của huyết tương. Vì dịch lọc có rất ít protein mang điện âm nên theo cân bằng Donnan thì các ion âm Cl– và HCO3– trong dịch lọc sẽ cao hơn so với nồng độ của chúng trong huyết tương khoảng 5%. Các chất không phân ly như ure, cretinin có nồng độ trong dịch lọc cao hơn so với nồng độ của chúng trong huyết tương.
Bình thường, lượng dịch lọc của 2 thận trung bình là 170 – 180 lít/ngày.