Sự điều hòa bài tiết canxi của thận và nồng độ ion canxi ngoại bào
Sự kiểm soát bài tiết canxi bởi các thận
Sự tái hấp thu canxi của quai Henle và ống lượn xa. Trong quai Henle, sự tái hấp thu canxi được hạn chế đối với nhánh lên dày. Gần 50% sự tái hấp thu canxi trong nhánh lên dày xảy ra thông qua chặng cạnh tế bào bằng sự khuếch tán thụ động do tích điện hơi dương của lòng ống so với dịch kẽ. 50% sự tái hấp thu canxi còn lại trong nhánh lên dày là xảy ra thông qua con đường xuyên bào, một quá trình mà được kích thích bởi PTH.
Trong ống lượn xa, sự tái hấp thu canxi xảy ra gần như hoàn toàn bởi sự vận chuyển chủ động qua màng tế bào. Cơ chế cho sự vận chuyển chủ động này thì tương tự với trong ống lượn gần và nhánh lên dày. Nó liên quan với sự khuếch tán qua màng lòng qua các kênh canxi và thoát qua màng đáy-bên bởi một bơm canxi-ATPase, cũng như là một cơ chế đối vận chuyển natri-canxi. Trong đoạn ống này, cũng như là trong quai Henle, PTH kích thích sự tái hấp thu canxi. Vitamin D (calcitriol) và calcitonin cũng kích thích sự tái hấp thu canxi trong nhánh lên dày của quai Henle và trong ống lượn xa mặc dù các hormone này thì không quan trọng về mặt định lượng như PTH trong việc làm giảm sự bài tiết canxi của thận.
Sự điều hòa tái hấp thu canxi của ống thận. Một trong số các yếu tố kiểm soát chủ yếu của sự tái hấp thu canxi của ống thận là PTH. Tăng các mức PTH kích thích sự tái hấp thu canxi trong nhánh lên dày của quai Henle và ống lượn xa, việc mà làm giảm sự bài tiết canxi trong nước tiểu. Ngược lại, sự giảm PTH làm tăng cường sự bài tiết canxi bằng cách làm giảm sự tái hấp thu trong quai Henle và ống lượn xa.
Tăng nồng độ ion canxi dịch ngoại bào cũng kích thích trực tiếp CSRs, điều mà làm ức chế sự tái hấp thu canxi trong nhánh lên dày của quai Henle. Ngược lại, các sự giảm trong nồng độ canxi sẽ làm giảm hoạt động của CSR và làm tăng sự tái hấp thu canxi trong nhánh lên dày của quai Henle.
Trong ống lượn gần, sự tái hấp thu canxi thường xảy ra song song với sự tái hấp thu natri và nước và độc lập so với PTH. Vì thế, trong các trường hợp tăng thể tích ngoại bào hay tăng áp suất động mạch – cả hai đều làm giảm sự tái hấp thu natri và nước trong ống lượn gần – cũng có một sự giảm trong sự tái hấp thu canxi và kết quả là tăng sự bài tiết canxi trong nước tiểu. Ngược lại, với thể tích dịch ngoại bào giảm hoặc giảm huyết áp, sự bài tiết canxi giảm chủ yếu do tăng sự tái hấp thu trong ống lượn gần.
Một yếu tố khác mà ảnh hưởng đến sự tái hấp thu canxi là nồng độ phosphate huyết tương. Tăng phosphate huyết tương kích thích PTH, yếu tố mà làm tăng sự tái hấp thu canxi bởi các ống thận, bằng cách đó, làm giảm sự bài tiết canxi. Tác động đối nghịch xảy ra với một sự giảm trong nồng độ phosphate huyết tương.
Sự tái hấp thu canxi cũng được kích thích bởi nhiễm kiềm chuyển hóa và bị ức chế bởi nhiễm toan chuyển hóa. Vì thế, tình trạng nhiễm toan có khuynh hướng làm tăng sự bài tiết canxi, ngược lại, nhiễm kiềm có khuynh hướng làm giảm sự bài tiết canxi. Hầu hết tác động của nồng độ ion hydrogen lên sự bài tiết canxi là do các sự thay đổi trong sự tái hấp thu canxi trong ống lượn xa.
Một sự tóm tắt các yếu tố được biết là tác động lên sự bài tiết canxi được thể hiện trong Bảng 1.
Sự điều hòa bài tiết phosphate của thận
Sự bài tiết phosphate bởi các thận được kiểm soát chủ yếu bởi một “cơ chế tràn” (overflow mechanism) mà có thể được giải thích như sau. Các ống thận có một mức vận chuyển tối đa bình thường đối với sự tái hấp thu phosphate là khoảng 0.1 mmol/phút. Khi ít hơn lượng phosphate này xuất hiện trong dịch lọc cầu thận, thì gần như tất cả phosphate sẽ được lọc được tái hấp thu. Khi nhiều hơn lượng này xuất hiện thì lượng dư sẽ được bài tiết. Vì thế, phopshate bình thường bắt đầu “tràn” vào trong nước tiểu khi nồng độ của nó trong dịch ngoại bào tăng lên trên một ngưỡng khoảng 0.8 mM/L, mà tạo ra một tải ống thận của phosphate là khoảng 0.1 mmol/phút, giả sử một GFR là 125 ml/phút. Bởi vì hầu hết mọi người tiêu thụ các lượng lớn phosphate trong các sản phẩm sữa và thịt nên nồng độ của phosphate thường được duy trì trên 1 mM/L; ở mức này, có một sự bài tiết liên tục phosphate vào trong nước tiểu.
Ống lượn gần bình thường tái hấp thu 75% đến 80% lượng phosphate được lọc. Ống lượn xa tái hấp thu khoảng 10% tải phosphate được lọc và chỉ các lượng nhỏ được tái hấp thu trong quai Henle, vi ống thu thập và ống thu thập. Gần 10% phosphate được lọc là được bài tiết trong nước tiểu.
Trong ống lượn gần, sự tái hấp thu phosphate xảy ra chủ yếu thông qua con đường xuyên bào. Phosphate đi vào trong tế bào từ lòng ống thận bởi một chất đồng vận chuyển natri-phosphate và đi ra khỏi tế bào qua màng đáy-bên bởi một quá trình mà không được hiểu rõ nhưng có thể liên quan với một cơ chế đối vận chuyển mà trong đó phosphate được trao đổi với một anion.
Các sự thay đổi trong khả năng tái hấp thu phosphate của ống thận cũng có thể xảy ra trong các tình trạng khác nhau và tác động đến sự bài tiết phosphate. Ví dụ, một chế độ ăn ít phosphate theo thời gian có thể làm tăng mức vận chuyển tái hấp thu tối đa, bằng cách đó, làm giảm khuynh hướng phosphate tràn vào trong nước tiểu.
PTH có thể đóng một vai trò đáng kể trong điều hòa nồng độ phosphate thông qua hai tác động: (1) PTH làm thúc đẩy sự tái hấp thu xương, bằng cách đó, giải phóng các lượng phosphate lớn vào trong dịch ngoại bào từ các muối xương; và (2) PTH làm giảm số lượng của các chất đồng vận chuyển natri-phosphate trong màng đỉnh, việc mà cuối cùng sẽ làm giảm sự tái hấp thu phosphate bởi các ống thận. Vì thế, bất cứ khi nào mức PTH huyết tương tăng lên, sự tái hấp thu phosphate của ống thận bị giảm xuống và nhiều phosphate hơn được bài tiết. Các mối liên hệ qua lại này giữa phosphate, PTH và canxi được bàn luận đến chi tiết hơn trong loạt bài viết khác nhé.
Bảng 2 tóm tắt một số yếu tố mà ảnh hưởng đến sự bài tiết phosphate của thận.
Sự điều hòa bài tiết magie của thận và nồng độ ion magie ngoại bào
Hơn một nửa lượng magie của cơ thể được tích trữ trong các xương. Hầu hết lượng magie còn lại là ở bên trong các tế bào, với dưới 1% là nằm trong dịch ngoại bào. Mặc dù tổng nồng độ magie huyết tương là khoảng 1.8 mEq/L, nhưng hơn một nửa số này là được liên kết với các protein huyết tương. Vì thế, nồng độ ion hóa tự do của magie chỉ là khoảng 0.8 mEq/L.
Lượng magie ăn vào hằng ngày bình thường là khoảng 250 đến 300 mg/ngày, nhưng chỉ khoảng một nửa lượng ăn vào này là được hấp thu bởi đường tiêu hóa. Để duy trì thăng bằng magie, các thận phải bài tiết lượng magie hấp thu này, khoảng một nửa lượng magie ăn vào hằng ngày, hay 125 đến 150 mg/ngày. Các thận bình thường bài tiết khoảng 10% đến 15% lượng magie trong dịch lọc cầu thận.
Sự bài tiết magie của thận có thể tăng một cách đáng kể trong suốt quá trình dư thừa magie hay giảm xuống gần 0 trong suốt quá trình thiếu hụt magie. Bởi vì magie thì liên quan đến nhiều quá trình sinh hóa trong cơ thể, bao gồm cả sự hoạt hóa của nhiều enzyme nên nồng độ của nó phải được điều hòa một cách chặt chẽ.
Sự điều hòa bài tiết magie được đạt được chủ yếu bằng cách thay đổi sự tái hấp thu bởi ống thận. Ống lượn gần thường tái hấp thu chỉ khoảng 25% lượng magie được lọc. Vị trí chủ yếu của sự tái hấp thu là quai Henle, nơi mà khoảng 65% lượng magie được lọc được tái hấp thu. Chỉ một lượng nhỏ (thường <5%) của lượng magie được lọc được tái hấp thu trong ống lượn xa và vi ống thu thập.
Các cơ chế mà điều hòa sự tái hấp thu magie thì không được hiểu rõ, nhưng Bảng 3 tóm tắt một số các yếu tố mà ảnh hưởng đến sự bài tiết magie của thận. Chú ý rằng một số yếu tố mà làm thay đổi sự bài tiết canxi của thận có các tác động tương tự lên sự bài tiết magie.
Sự phối hợp các cơ chế của thận trong kiểm soát dịch ngoại bào
Thể tích dịch ngoại bào được xác định chủ yếu bởi thăng bằng giữa lượng nước và muối ăn vào và thải ra. Trong nhiều trường hợp, muối và dịch ăn vào được tạo ra bởi thói quen của một người hơn là các cơ chế kiểm soát sinh lý. Vì thế, gánh nặng điều hòa thể tích ngoại bào thường được đặt lên các thận, cơ quan mà phải thích nghi sự bài tiết muối và nước của chúng để phù hợp với lượng ăn vào dưới các tình trạng ổn định.
Trong việc bàn luận về sự điều hòa thể tích dịch ngoại bào, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố mà kiểm soát lượng natri chloride trong dịch ngoại bào bởi vì các sự thay đổi trong hàm lượng natri chloride dịch ngoại bào thường gây ra các thay đổi song song trong thể tích dịch ngoại bào, miễn là các cơ chế hormone chống bài niệu (ADH) – khát còn hoạt động. Khi các cơ chế ADH-khát thực hiện chức năng một cách bình thường thì một sự thay đổi trong hàm lượng natri chloride dịch ngoại bào thường được “theo kịp” bởi một sự thay đổi tương tự trong lượng nước ngoại bào và vì thế, sự duy trì nồng độ thẩm thấu và nồng độ natri thì tương đối hằng định.
Lượng natri ăn vào và bài tiết được cân bằng dưới các điều kiện ổn định
Một lưu ý quan trọng trong sự kiểm soát bài tiết natri tổng quan – hay cũng như là sự bài tiết của hầu hết các chất điện giải – là dưới các điều kiện ổn định, sự bài tiết bởi các thận được xác định bởi lượng ăn vào. Để duy trì sự sống, một người phải bài tiết lượng natri ăn vào gần như chính xác trong một khoảng thời gian dài. Vì thế, ngay cả với các rối loạn mà gây ra các sự thay đổi lớn trong chức năng thận, thì cân bằng giữa lượng natri ăn vào và bài tiết thường được phục hồi trong vòng một vài ngày.
Nếu như các rối loạn chức năng thận không quá nghiêm trọng, cân bằng natri có thể được đạt đến chủ yếu bởi các sự điều chỉnh nội thận, với các sự thay đổi nhỏ trong thể tích dịch ngoại bào hay các sự điều chỉnh hệ thống khác. Tuy nhiên, khi các rối loạn đối với các thận là nghiêm trọng và các đền bù nội thận bị cạn kiệt thì các sự điều chỉnh hệ thống thường được huy động, như các sự thay đổi trong huyết áp, các hormone tuần hoàn và hoạt động của hệ thống thần kinh giao cảm.
Các sự điều chỉnh này có thể trả giá về mặt cân bằng nội môi tổng quan bởi vì chúng gây ra các sự thay đổi khác nhau trên khắp cơ thể mà có thể gây tổn thương về lâu về dài. Ví dụ, suy giảm chức năng thận có thể dẫn đến tăng huyết áp, mà cuối cùng, sẽ giúp duy trì sự bài tiết natri bình thường. Trong khoảng thời gian dài, huyết áp cao có thể làm tổn thương các mạch máu, tim và các cơ quan khác. Tuy nhiên, các sự đền bù này thì cần thiết bởi vì một sự mất cân bằng duy trì giữa dịch và chất điện giải hấp thu và bài tiết sẽ dẫn đến sự tích tụ hoặc mất dịch một cách nhanh chóng, gây ra các kết cục tim mạch nghiêm trọng trong vòng một vài ngày. Vì thế, chúng ta có thể xem các sự điều chỉnh hệ thống mà xảy ra trong đáp ứng với các bất thường trong chức năng thận như là một “sự đánh đổi” cần thiết để đưa sự bài tiết chất điện giải và dịch quay trở lại mức cân bằng với lượng ăn vào.
Sự bài tiết natri được kiểm soát bằng cách thay đổi sự lọc cầu thận hoặc các mức tái hấp thu natri của ống thận
Hai biến số mà ảnh hưởng đến sự bài tiết natri và nước là các mức của sự lọc cầu thận và sự tái hấp thu của ống thận:
Sự bài tiết = Sự lọc cầu thận – Sự tái hấp thu của ống thận
GFR bình thường là khoảng 180 L/ngày, sự tái hấp thu ống thận là 178.5 L/ngày và sự bài tiết nước tiểu là 1.5 L/ngày. Vì thế, các sự thay đổi nhỏ trong GFR hoặc sự tái hấp thu ống thận có khả năng gây ra các sự thay đổi lớn trong sự bài tiết của thận. Ví dụ, một sự tăng lên 5% trong GFR (đến 189 L/ngày) sẽ gây ra một sự tăng lên 9 L/ngày trong thể tích nước tiểu nếu như các sự đền bù của ống thận không xảy ra; sự tăng này sẽ nhanh chóng gây ra các sự thay đổi “thảm họa” trong các thể tích dịch cơ thể. Tương tự, các sự thay đổi nhỏ trong sự tái hấp thu của ống thận, trong sự vắng mặt của các sự điều chỉnh đền bù của GFR, cũng dẫn đến các sự thay đổi lớn trong thể tích nước tiểu và sự bài tiết natri. Sự tái hấp thu của ống thận và GFR thường được điều hòa một cách chính xác song song, sao cho sự bài tiết bởi các thận có thể được theo kịp một cách chính xác với lượng nước và các chất điện giải ăn vào.
Thậm chí với các rối loạn mà làm thay đổi GFR hay sự tái hấp thu ống thận, các sự thay đổi trong sự bài tiết trong nước tiểu được giảm thiểu bởi các cơ chế đệm khác nhau. Ví dụ, nếu như các thận trở nên giãn các mạch máu đáng kể và GFR tăng lên (như xảy ra với các loại thuốc nhất định hay sốt cao), thì tình trạng này sẽ làm tăng lượng natri chloride được vận chuyển đến các ống thận, điều mà cuối cùng dẫn đến ít nhất hai sự đền bù nội thận: (1) tăng sự tái hấp thu của ống thận đối với hầu hết lượng natri quá mức được lọc, được gọi là thăng bằng cầu thận-ống thận (glomerulotubular balance); và (2) phản hồi vết đặc (macula densa feedback), trong đó sự tăng vận chuyển natri chloride đến ống lượn xa làm co tiểu động mạch đến và đưa GFR về mức bình thường. Tương tự, các bất thường của sự tái hấp thu ống thận trong ống lượn gần hay quai Henle cũng được đền bù một phần bởi cùng các cơ chế phản hồi nội thận này, như được nói đến trong loạt bài viết trước.
Bởi vì cả hai cơ chế này đều không vận hành một cách hoàn hảo để hồi phục sự vận chuyển natri chloride đến ống lượn xa về mức bình thường nên các sự thay đổi trong GFR hay sự tái hấp thu ống thận có thể dẫn đến các sự thay đổi đáng kể trong sự bài tiết nước và natri nước tiểu. Khi điều này xảy ra, các cơ chế phản hồi khác có thể đóng vai trò, như các sự thay đổi trong huyết áp và các hormone khác nhau; các cơ chế này cuối cùng đưa sự bài tiết natri về bằng với lượng natri ăn vào. Trong một vài phần tiếp theo, chúng ta sẽ bàn đến cách các cơ chế này vận hành cùng với nhau để kiểm soát thăng bằng natri và nước và khi làm như thế, nó cũng đóng vai trò kiểm soát thể tích dịch ngoại bào. Tất cả các cơ chế phản hồi này đều kiểm soát sự bài tiết natri và nước bằng cách thay đổi GFR hay sự tái hấp thu của ống thận.
Tầm quan trọng của lợi niệu natri áp suất và lợi niệu áp suất trong duy trì thăng bằng natri và dịch của cơ thể
Một trong số các cơ chế cơ bản và mạnh mẽ nhất để duy trì thăng bằng natri và dịch, cũng như là để kiểm soát thể tích máu và thể tích dịch ngoại bào, là tác động của huyết áp lên sự bài tiết natri và nước – lần lượt là cơ chế lợi niệu natri áp suất (pressure natriuresis mechanism) và lợi niệu áp suất (pressure diuresis mechanism). Như được nói đến trong loạt bài viết trước, cơ chế phản hồi này cũng đóng một vai trò nổi bật trong điều hòa huyết áp dài hạn.
Hình 1 cho thấy tác động của áp suất động mạch lên lượng natri bài tiết trong nước tiểu. Chú ý rằng các sự tăng lên cấp tính trong huyết áp là 30 đến 50 mm Hg sẽ gây ra một sự tăng lên hai lần đến ba lần trong lượng natri bài tiết trong nước tiểu. Tác động này thì độc lập với các sự thay đổi trong hoạt động của hệ thống thần kinh giao cảm hoặc của các hormone khác nhau như angiotensin II (Ang II), ADH hay aldosterone bởi vì lợi niệu natri áp suất có thể được thực hiện trong một thận phân lập mà được loại bỏ khỏi ảnh hưởng của các yếu tố này. Với các sự tăng lên mạn tính trong huyết áp, tính hiệu quả của lợi niệu natri áp suất được tăng cường đáng kể bởi vì huyết áp tăng lên cũng làm ngăn chặn sự giải phóng renin sau một thời gian trì hoãn ngắn và vì thế, làm giảm sự hình thành của Ang II và aldosterone. Như được bàn đến trước đây, các mức Ang II và aldosterone giảm làm ức chế sự tái hấp thu natri của ống thận, bằng cách đó, làm khuếch đại các tác động trực tiếp của huyết áp tăng lên trong việc làm tăng sự bài tiết natri và nước.
Lợi niệu natri áp suất và lợi niệu áp suất: các thành phần quan trọng của phản hồi thận-dịch cơ thể trong điều hòa các thể tích dịch cơ thể và áp suất động mạch
Tác động của huyết áp tăng lên trong việc làm tăng thể tích nước tiểu là một phần của hệ thống phản hồi mạnh mẽ mà vận hành để duy trì thăng bằng giữa lượng dịch ăn vào và bài tiết, như được thể hiện trong Hình 2. Cơ chế này thì giống với cơ chế được nói đến trong loạt bài viết trước trong kiểm soát áp suất động mạch. Thể tích dịch ngoại bào, thể tích máu, cung lượng tim, áp suất động mạch và thể tích nước tiểu tất cả đều được kiểm soát cùng một lúc như là các phần riêng rẽ của cơ chế phản hồi cơ bản này.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
