Thể tích và nồng độ thẩm thấu của các dịch ngoại bào và nội bào trong các trạng thái bất thường
Một số yếu tố khác nhau mà có thể làm cho các thể tích dịch ngoại bào và nội bào thay đổi một cách đáng kể là sự ăn vào quá mức hoặc sự giữ lại quá mức của thận đối với nước, tình trạng mất nước, truyền tĩnh mạch các loại dịch khác nhau, sự mất các lượng dịch lớn khỏi đường tiêu hóa và sự mất các lượng dịch bất thường do bài tiết mồ hôi hoặc thông qua các thận.
Các sự thay đổi trong các thể tích dịch nội bào và ngoại bào và các loại liệu pháp mà nên được thiết lập có thể được tính toán nếu như các nguyên lý cơ bản sau được nhớ trong đầu:
1. Nước di chuyển một cách nhanh chóng qua các màng tế bào; vì thế, các nồng độ thẩm thấu của các dịch nội bào và ngoại bào gần như luôn bằng nhau, trừ khoảng thời gian một vài phút sau một sự thay đổi trong một trong số các thành phần dịch.
2. Các màng tế bào thì gần như hoàn toàn không thấm đối với nhiều chất tan, như natri và chloride; vì thế, số osmoles trong dịch ngoại bào hoặc nội bào nhìn chung là tương đối hằng định nếu như không có các chất tan được thêm vào hoặc mất đi từ thành phần dịch ngoại bào.
Với các nguyên lý cơ bản này trong đầu, chúng ta có thể phân tích các tác động của các tình trạng dịch bất thường khác nhau đối với các thể tích dịch ngoại bào và nội bào và các nồng độ thẩm thấu.
Tác động của việc bổ sung dung dịch saline (dung dịch muối) vào trong dịch ngoại bào
Nếu như dung dịch saline đẳng trương được bổ sung vào trong thành phần dịch ngoại bào thì nồng độ thẩm thấu của dịch ngoại bào không thay đổi. Tác động chính là một sự tăng lên trong thể tích dịch ngoại bào (Hình 6A). Natri và chloride phần lớn vẫn ở trong dịch ngoại bào bởi vì màng tế bào hoạt động như thể nó hầu như không thấm đối với natri chloride.
Nếu như một dung dịch ưu trương được thêm vào trong dịch ngoại bào, nồng độ thẩm thấu của dịch ngoại bào tăng lên và gây ra hiện tượng thẩm thấu của nước ra khỏi các tế bào và vào trong thành phần dịch ngoại bào (xem Hình 6B). Một lần nữa, gần như tất cả natri chloride được thêm vào vẫn ở trong thành phần dịch ngoại bào và dịch khuếch tán khỏi các tế bào vào trong khoang ngoại bào để đạt được cân bằng thẩm thấu. Tác động toàn phần là một sự tăng lên trong thể tích ngoại bào (lớn hơn thể tích của dịch thêm vào), một sự giảm trong thể tích nội bào và một sự tăng lên trong áp suất thẩm thấu của cả hai thành phần dịch.
Nếu như một dung dịch nhược trương được thêm vào trong dịch ngoại bào, nồng độ thẩm thấu của dịch ngoại bào giảm và một ít nước dịch ngoại bào khuếch tán vào trong các tế bào cho đến khi các thành phần dịch nội bào và ngoại bào có cùng các nồng độ thẩm thấu (xem Hình 6C). Cả thể tích nội bào và ngoại bào đều tăng lên bởi sự bổ sung của dịch nhược trương mặc dù thể tích nội bào thì tăng lên nhiều.
Sự tính toán các sự dịch chuyển của dịch và các nồng độ thẩm thấu sau khi truyền dung dịch saline ưu trương. Chúng ta có thể tính toán các tác động kế tiếp của việc truyền các dung dịch khác nhau lên các thể tích dịch nội bào và ngoại bào và các nồng độ thẩm thấu. Ví dụ, nếu như 2 lít dung dịch natri chloride 3.0% ưu trương được truyền vào trong thành phần dịch ngoại bào của một bệnh nhân nặng 70 kg mà nồng độ thẩm thấu huyết tương ban đầu của bệnh nhân là 280 mOsm/L, các thể tích dịch nội bào và ngoại bào và các nồng độ thẩm thấu sau cân bằng thẩm thấu là bao nhiêu?
Bước đầu tiên là tính toán các điều kiện ban đầu, bao gồm thể tích, nồng độ và tổng milliosmoles trong mỗi thành phần dịch. Giả sử rằng thể tích dịch ngoại bào là khoảng 20% trọng lượng cơ thể và thể tích dịch nội bào là 40% trọng lượng cơ thể, các thể tích và các nồng độ sau đây có thể được tính toán.
Tiếp theo, chúng ta tính toán tổng milliosmoles được thêm vào trong dịch ngoại vào đối với 2 lít dịch natri chloride 3.0%, hay 30 grams natri chloride trên mỗi lít. Bởi vì trọng lượng phân tử của natri chloride là khoảng 58.5 g/mol nên điều này có nghĩa là có khoảng 0.5128 mol natri chloride trên mỗi lít dung dịch. Đối với 2 lít dung dịch, con số này sẽ là 1.0256 mol natri chloride. Bởi vì 1 mol natri chloride bằng với gần 2 osmoles (natri chloride có hai phần tử hoạt động về mặt thẩm thấu cho mỗi mol phân tử) nên tác động toàn phần của việc bổ sung 2 lít dung dịch này là giúp thêm 2051 milliosmoles natri chloride vào trong dịch ngoại bào.
Trong bước 2, chúng ta sẽ tính toán tác động tức thời của việc thêm 2051 milliosmoles natri chloride vào trong dịch ngoại bào cùng với 2 lít dịch thể tích. Sẽ không có sự thay đổi trong nồng độ dịch nội bào hay thể tích của nó và cũng sẽ không có sự cân bằng thẩm thấu. Tuy nhiên, trong dịch ngoại bào, sẽ có một sự bổ sung thêm 2051 milliosmoles của tổng lượng chất tan, tạo ra một tổng cộng là 5971 milliosmoles bởi vì thành phần ngoại bào bây giờ có 16 lít thể tích dịch nên nồng độ bây giờ có thể được tính toán bằng cách chia 5971 milliosmoles cho 16 lít dịch để thu được một nồng độ là khoảng 373 mOsm/L. Vì thế, các giá trị sau đây sẽ xuất hiện một cách tức thời sau khi bổ sung dung dịch.
Trong bước thứ ba, chúng ta sẽ tính toán các thể tích và các nồng độ mà sẽ được phát hiện thấy trong một vài phút tiếp theo sau khi cân bằng thẩm thấu phát triển. Trong trường hợp này, các nồng độ trong các thành phần dịch nội bào và ngoại bào sẽ bằng nhau và có thể được tính toán bằng cách chia tổng lượng milliosmoles trong cơ thể, là 13.811, cho tổng thể tích, bây giờ là 44 lít. Sự tính toán này tạo ra một nồng độ là 313.9 mOsm/L. Vì thế, tất cả các thành phần dịch trong cơ thể sẽ có cùng nồng độ sau cân bằng thẩm thấu. Giả sử rằng không có chất hòa tan hoặc nước mất khỏi cơ thể, và không có sự di chuyển của natri chloride vào trong hoặc ra khỏi các tế bào, chúng ta sau đó sẽ tính toán các thể tích của các thành phần dịch nội bào và ngoại bào. Thể tích dịch nội bào được tính toán bằng cách chia tổng milliosmoles trong dịch nội bào (7840) cho nồng độ (313.9 mOsm/L) để thu được thể tích là 24.98 lít. Thể tích dịch ngoại bào được tính toán bằng cách chia tổng milliosmoles trong dịch ngoại bào (5971) cho nồng độ (313.9 mOsm/L) để thu được một thể tích là 19.02 lít. Một lần nữa, các sự tính toán này là dựa trên sự giả sử là natri chloride được bổ sung vào trong dịch ngoại bào vẫn ở đó và không di chuyển vào trong các tế bào.
Vì thế, chúng ta có thể thấy từ ví dụ này là bổ sung 2 lít dung dịch natri chloride gây ra một sự tăng lên hơn 5 lít trong thể tích dịch ngoại bào, trong khi làm giảm thể tích dịch nội bào đi khoảng 3 lít.
Phương pháp tính toán các sự thay đổi trong các thể tích dịch nội bào và ngoại bào và các nồng độ thẩm thấu này có thể được áp dụng vào trong hầu như bất cứ vấn đề lâm sàng nào của sự điều hòa thể tích dịch. Bạn đọc nên làm quen với các sự tính toán như vậy bởi vì một sự hiểu biết về các khía cạnh toán học của sự cân bằng thẩm thấu giữa các thành phần dịch nội bào và ngoại bào là cần thiết để hiểu hầu hết tất cả các bất thường dịch của cơ thể và sự điều trị của chúng.
Glucose và các dung dịch khác được sử dụng cho mục đích dinh dưỡng
Một số loại dịch được truyền tĩnh mạch để cung cấp dinh dưỡng cho những người mà không thể tiêu hóa đủ các lượng chất dinh dưỡng. Các dung dịch glucose được sử dụng một cách rộng rãi; các dung dịch amino acid và chất béo đồng nhất được sử dụng ít rộng rãi hơn. Khi các dụng dịch này được truyền, các nồng độ các chất hoạt động về mặt thẩm thấu của chúng thường được điều chỉnh gần như đẳng trương hoặc chúng được truyển đủ chậm để chúng không làm phá vỡ cân bằng thẩm thấu của các dịch cơ thể.
Sau khi glucose hoặc các chất dinh dưỡng khác được chuyển hóa, một lượng dư nước thường vẫn được giữ lại, đặc biệt là nếu như có dịch bổ sung thêm đường uống. Thông thường, các thận bài tiết dịch này ở dạng nước tiểu loãng. Vì thế, kết quả cuối cùng là chỉ bổ sung cho cơ thể các chất dinh dưỡng.
Một dung dịch glucose 5%, mà gần như đẳng thẩm thấu, thường được sử dụng để điều trị mất nước. Bởi vì dung dịch là đẳng thẩm thấu nên nó có thể được truyền tĩnh mạch mà không gây ra sự phình của các tế bào hồng cầu như xảy ra với sự truyền nước tinh khiết. Glucose trong dung dịch nhanh chóng được vận chuyển vào trong các tế bào và được chuyển hóa. Vì thế, sự truyền một dung dịch glucose 5% làm giảm nồng độ thẩm thấu của dịch ngoại bào và vì thế giúp hiệu chỉnh sự tăng lên trong nồng độ thẩm thấu dịch ngoại bào liên quan với tình trạng mất nước.
Các bất thường lâm sàng của sự điều hòa thể tích dịch: Hạ natri máu và tăng natri máu
Một sự đo đạc sẵn có để các bác sĩ lâm sàng đánh giá tình trạng dịch của một bệnh nhân là nồng độ natri huyết tương. Nồng độ thẩm thấu huyết tương thì không được đo một cách thường xuyên nhưng bởi vì natri và các anion liên quan của nó (chủ yếu là chloride) đóng góp hơn 90% chất tan trong dịch ngoại bào nên nồng độ natri huyết tương là một sự chỉ điểm hợp lý của nồng độ thẩm thấu huyết tương dưới nhiều tình trạng. Khi nồng độ natri huyết tương bị giảm nhiều hơn một vài milliequivalents (mili đương lượng) dưới mức bình thường (khoảng 142 mEq/L) thì một người được cho là bị hạ natri máu (hyponatremia). Khi nồng độ natri huyết tương tăng lên trên mức bình thường thì một người được cho là tăng natri máu (hypernatremia).
Các nguyên nhân của hạ natri máu: Quá nhiều nước hoặc mất natri
Giảm nồng độ natri có thể là do sự mất natri khỏi dịch ngoại bào hoặc sự tăng thêm của nước vào trong dịch ngoài bào (Bảng 4). Một sự mất natri ban đầu thường gây ra hạ natri máu và mất nước (mất dịch) (dehydration) và có liên quan với thể tích dịch ngoại bào giảm. Các tình trạng mà có thể gây ra hạ natri máu do mất natri bao gồm tiêu chảy và nôn mửa. Lạm dụng thuốc lợi tiểu mà làm ức chế khả năng của thận trong việc bảo toàn natri và một số loại bệnh thận làm mất natri cũng có thể gây ra các mức độ hạ natri máu rõ rệt. Bệnh Addison, do giảm bài tiết hormone aldosterone, làm suy giảm khả năng của các thận trong việc tái hấp thu natri và có thể gây ra một mức độ hạ natri máu rõ rệt.
Hạ natri máu cũng có thể liên quan với việc giữ nước quá mức, điều mà làm loãng natri trong dịch ngoại bào, một tình trạng mà được gọi là “hyponatremia-overhydration” (tạm gọi là hạ natri máu-quá mức dịch). Ví dụ, sự bài tiết quá mức của hormone chống bài niệu (ADH) có thể làm tăng sự tái hấp thu nước bởi các ống thận, có thể dẫn đến hạ natri máu và quá mức dịch.
Hạ natri máu làm phù tế bào
Các sự thay đổi nhanh trong thể tích tế bào do hạ natri máu có thể có các tác động sâu lên chức năng mô và cơ quan, đặc biệt là não. Chẳng hạn, một sự giảm nhanh trong nồng độ natri huyết tương có thể gây ra phù tế bào não và các triệu chứng thần kinh, bao gồm đau đầu, buồn nôn, lơ mơ và mất phương hướng. Nếu như nồng độ natri huyết tương giảm nhanh chóng xuống dưới 115 đến 120 mmol/L thì phù não có thể dẫn đến co giật, hôn mê, chết não vĩnh viễn và tử vong. Bởi vì hộp sọ thì cứng nên não không thể tăng thể tích của nó nhiều hơn 10% mà không bị đẩy xuống cổ (sự thoát vị [herniation]), điều này có thể dẫn đến chấn thương não vĩnh viễn và tử vong.
Khi hạ natri máu tiến triển chậm hơn, qua một vài ngày, não và các mô khác đáp ứng bằng cách vận chuyển natri, chloride, kali và các chất tan hữu cơ như glutamate, từ các tế bào vào trong thành phần dịch ngoại bào. Đáp ứng này làm giảm nhẹ đi dòng nước thẩm thấu vào trong các tế bào và sự phình lên của các mô (Hình 7).
Tuy nhiên, sự vận chuyển của các chất tan khỏi các tế bào trong suốt quá trình hạ natri máu đang phát triển chậm có thể làm cho não dễ bị chấn thương nếu như sự hạ natri máu được điều chỉnh quá nhanh. Khi các dung dịch ưu trương được bổ sung quá nhanh để thay đổi tình trạng hạ natri máu thì sự can thiệp này có thể vượt quá khả năng của não trong việc nhận lại các chất tan bị mất khỏi các tế bào và có thể dẫn đến chấn thương thẩm thấu của các tế bào thần kinh mà liên quan với sự mất bao myelin (demyelination), nghĩa là một sự mất của bao myelin khỏi các tế bào thần kinh. Sự mất bao myelin do thẩm thấu của các tế bào thần kinh có thể tránh được bằng cách giới hạn sự điều chỉnh tình trạng hạ natri máu kéo dài xuống dưới 10 đến 12 mmol/L trong vòng 24 giờ và xuống dưới 18 mmol/L trong vòng 48 giờ. Tốc độ chậm này của sự điều chỉnh cho phép não hồi phục osmoles mà bị mất khỏi các tế bào do sự thích nghi với hạ natri máu kéo dài.
Hạ natri máu là rối loạn điện giải thường gặp nhất trong thực hành lâm sàng và có thể xuất hiện ở 15% đến 25% số bệnh nhân nhập viện.
Các nguyên nhân của tăng natri máu: Mất nước hoặc Quá mức natri
Một sự tăng lên trong nồng độ natri huyết tương, tình trạng mà cũng làm cho nồng độ thẩm thấu tăng lên, có thể là do sự mất nước khỏi dịch ngoại bào, tình trạng mà làm “cô đặc” hơn các ion natri, hoặc các lượng natri quá mức trong dịch ngoại bào. Sự mất nước ban đầu khỏi dịch ngoại bào gây ra tăng natri máu và mất nước. Tình trạng này có thể xảy ra do sự mất khả năng bài tiết ADH, là hormone cần cho các thận để bảo toàn lượng nước. Kết quả của sự thiếu hụt ADH là các thận bài tiết các lượng lớn nước tiểu loãng (một rối loạn được gọi là đái tháo nhạt trung ương [central diabetes insipidus]), gây ra sự mất nước và tăng nồng độ natri chloride trong dịch ngoại bào. Trong một số loại bệnh thận nhất định, các thận có thể không đáp ứng với ADH, gây ra một loại bệnh đái tháo nhạt do thận (nephrogenic diabetes insipidus). Một nguyên nhân thường gặp hơn của tăng natri máu liên quan với giảm thể tích dịch ngoại bào là sự mất nước (dehydration) được gây ra bởi tình trạng mà lượng nước hấp thụ ít hơn so với lượng nước mất, như xảy ra khi chảy mồ hôi trong suốt quá trình gắng sức kéo dài.
Tăng natri máu cũng có thể xảy ra khi lượng natri chloride quá mức được thêm vào trong dịch ngoại bào. Điều này thường gây ra “hypernatremia-overhydration” (tạm dịch là tăng natri máu-quá mức dịch) bởi vì natri chloride ngoại bào quá mức cũng thường liên quan đến ít nhất là một ít sự giữ nước bởi các thận. Ví dụ, sự bài tiết quá mức của hormone giữ natri, là aldosterone, có thể gây ra tăng natri máu mức độ nhẹ và tình trạng quá mức dịch. Nguyên nhân mà tăng natri máu không trở nên nghiêm trọng hơn đó là sự giữ natri cũng kích thích sự bài tiết của ADH và làm cho các thận tái hấp thu các lượng nước lớn hơn.
Vì thế, trong việc phân tích các bất thường của nồng độ natri huyết tương và quyết định liệu pháp thích hợp thì chúng ta đầu tiên nên xác định liệu bất thường được gây ra bởi một sự mất hay tăng natri ban đầu hay một sự mất hay tăng giữ nước ban đầu.
Tăng natri máu gây ra teo tế bào
Tăng natri máu thì ít thường gặp hơn nhiều so với hạ natri máu và các triệu chứng nghiêm trọng thường chỉ xảy ra với các sự tăng nhanh và nhiều trong nồng độ natri huyết tương đến trên 158 đến 160 mmol/L. Tăng natri máu thường làm tăng cường cơn khát dữ dội và kích thích sự bài tiết ADH, hormone mà ngăn chặn cả sự tăng lên nhiều của natri trong huyết tương và trong dịch ngoại bào, như được nói đến trong các bài viết sau. Tuy nhiên, tăng natri máu nặng có thể xảy ra ở những bệnh nhân mà có các tổn thương vùng hạ đồi mà làm suy giảm cảm giác khát, ở những đứa trẻ mới sinh mà có thể chưa sử dụng nước, ở những bệnh nhân lớn tuổi có trạng thái tâm thần thay đổi hoặc ở những người mà mắc đái tháo nhạt.
Sự điều chỉnh tình trạng tăng natri máu có thể đạt được bởi việc sử dụng một dung dịch natri chloride giảm thẩm thấu hoặc dung dịch dextrose. Tuy nhiên, nên thận trọng điều chỉnh tình trạng tăng natri máu một cách từ từ ở những bệnh nhân mà mắc các tình trạng tăng lên kéo dài trong nồng độ natri huyết tương của họ bởi vì tăng natri máu cũng hoạt hóa các cơ chế “phòng vệ” mà bảo vệ tế bào khỏi các sự thay đổi thể tích. Các sự “phòng vệ” này thì đối nghịch với những gì xảy ra trong hạ natri máu và bao gồm các cơ chế mà làm tăng nồng độ nội bào của natri và các chất tan khác.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
