Cơ chế cô đặc nước tiểu của cầu thận

Sức khỏe

Thận có một cơ chế rất đặc biệt và rất phức tạp để cô đặc nước tiểu gọi là cơ chế nhân ngược dòng. Cơ chế này dựa trên sự sắp xếp giải phẫu của quai Henle và quai mạch thẳng (vasa recta) ở vùng tủy thận (Hình 6-7).

Hình 6-7. Cơ chế ngược dòng cô đặc nước tiểu

Ở người có khoảng 1/3 đến 1/5 số nephron có quai Henle đi sâu vào vùng tủy thận rồi lại quay trở về vùng vỏ thận. Song song vối những quái Henle rất dài này là những mao mạch quanh ống gọi là mạch thẳng. Các quai mạch này cũng từ vùng vỏ đi vào vùng tủy rồi trở lại vùng vỏ.

Cơ chế cô đặc nước tiểu phụ thuộc vào sự duy trì một bậc thang thẩm thấu tăng dần từ vùng vỏ vào vùng tủy thận. Bậc thang này được duy trì nhờ hoạt động của quai Henle như một hệ thông nhân ngược dòng và hoạt động của mạch thẳng như một hệ thống trao đổi ngược dòng. Hệ thống ngược dòng là một hệ thống trong đó dòng đi vào chảy song song, ngược chiều và rất gần với dòng đi ra trong một khoảng nào đây.

Hình (6-8) minh họa hoạt động của một hệ thống ngược dòng, ở bên trái, nguồn nhiệt bao quanh ống dẫn và làm tăng nhiệt độ của nước chảy trong ống dẫn lên đến 10°c. ở bên phải, nguồn nhiệt được đặt vào ống dẫn đã được uốn cong thành quai hình chữ u, với dòng chảy vào ở cạnh dòng chảy ra. Nhiệt ở dòng chảy ra làm nóng dịch trong dòng chảy vào làm cho khi dòng này chảy đến nguồn nhiệt ở chóp quai hình chữ u thì nhiệt độ của nó là 90°c chứ không phải 30°c như lúc mới chảy vào. Do đó lúc này nguồn nhiệt làm tăng nhiệt độ của dịch trong dòng chảy vào từ 90°c lên 100°c chứ không phải từ 30°c lên 40°c.

Xem thêmBài thuốc từ cá ngựa giúp nam giới khắc phục yếu sinh lýChữa yếu sinh lý cho nam giới bằng hà thủ ô

Quai Henle cũng hoạt động theo cách tương tự. Nhánh xuống quai Henle không thấm các chất hòa tan nhưng có tính thấm cao với nước, do đó nước vận chuyển vào dịch kẽ và nồng độ của Na+ trong ống tăng lên. Ngoài ra một số urê cũng đi vào nhánh xuống làm cho khả năng thẩm thấu của dịch ống càng tăng. Đoạn mỏng của nhánh lên không thấm nước và thấm vừa phải với Na+ và urê, nhưng thấm Na+ nhiều hơn urê. Kết quả là Na+ vận chuyển thụ động vào dịch kẽ theo bậc thang

Hình 6-8. Sơ đồ hệ thống ngược dòng
Hình 6-8. Sơ đồ hệ thống ngược dòng

Đoạn dày nhánh lên quai Henle không thấm cả nước và chất hòa tan, nhưng ở đoạn này cả cr và Na+ được vận chuyển tích cực ra khỏi dịch ống, Na+ được bơm vào dịch kẽ nhờ bơm Na+, K+– ATPase, còn cr được vận chuyển tích cực thứ phát cùng với Na+ (cơ chế đồng vận chuyển cùng chiều). Các ông góp vùng vỏ không thấm urê, nhưng thấm nước với sự có mặt của ADH. Kết quả là nước ra khỏi ống và nồng độ urê trong ống góp tăng lên. Các ống góp vùng tủy trong thấm urê và thấm cả nước với sự có mặt của ADH, urê vận chuyển thụ động vào dịch kẽ để duy trì nồng độ thẩm thấu cao ở tháp tủy; nước được tái hấp thu làm cho dịch trong ống góp bị cô đặc.

Nhưng bậc thang thẩm thấu trong tháp tủy sẽ không tồn tại lâu nếu Na+, urê và các ion khác bị dòng máu cuốn đi. Các chất hòa tan này được giữ lại ở tháp tủy vì hai lý do: (1) lưu lượng máu vùng tủy thận rất thấp, chỉ bằng 1 đến 2% lưu lượng máu thận, do đó nó không có khả năng cuốn theo các chất hòa tan ở vùng tủy, (2) các mạch thẳng hoạt động như những hệ thống trao đổi ngược dòng: khi máu chảy xuống theo nhánh xuống của mạch thẳng, ion Na+ và urê sẽ khuếch tán từ dịch kẽ vào máu, trong khi nước khuếch tán từ máu vào dịch kẽ.

Cả hai quá trình này làm cho nồng độ thẩm thấu trong máu mao mạch tăng dần lên đến mức tối đa là 1200mOsm/l ở chóp của mạch thẳng, rồi khi máu chảy lên theo nhánh lên thì tất cả Na+, cr và urê sẽ khuếch tán từ mao mạch vào dịch kẽ, trong khi nước đi vào mao mạch. Như vậy khi máu của mạch thẳng rời khỏi vùng tủy nồng độ thẩm thấu của máu chỉ hơi cao hơn nồng độ thẩm thấu của máu đi vào mạch thẳng ở vùng vỏ.

Điều đó có nghĩa là máu chảy qua mạch thẳng chỉ mang một lượng rất nhỏ các chất hòa tan ra khỏi vùng tủy. Trao đổi ngược dòng ở mạch thẳng là một quá trình thụ động. Quá trình này phụ thuộc vào sự khuếch tán của nước và các chất hòa tan qua thành của mạch thẳng theo cả hai hướng và bậc thang thẩm thấu ở vùng tủy sẽ không được duy trì nếu quá trình nhân ngược dòng trong quai Henle ngừng lại.

Vai trò của ADH trong cơ chế cô đặc nước tiểu. Khi nồng độ ADH trong máu tăng cao, các tế bào biểu mô của ống góp vùng vỏ, ống góp vùng tủy và ống góp trở nên rất thấm nước. Vì vậy, khi dịch chảy qua ống góp, nước sẽ khuếch tán từ lòng Ống vào dịch kẽ theo bậc thang thẩm thấu, rồi lại từ dịch kẽ khuếch tán vào nhánh lên của mạch thẳng và đi vào tuần hoàn chung. Kết quả là dịch trong ống bị cô đặc. Khi dịch chảy vào bể thận, nồng độ thẩm thấu của dịch vào khoảng 1200 mOsm/1, đúng bằng nồng độ thẩm thấu của các chất hòa tan ở vùng tủy trong của thận.