Hầu hết ion natri của cơ thể nằm bên trong dịch ngoại bào, nơi mà chúng là cation chiếm nhiều nhất. Vì thế, lượng ion natri trong cơ thể là thành phần chủ yếu quyết định thể tích dịch ngoại bào. Lượng ion natri ăn vào thay đổi nhiều giữa các cá thể, thay đổi từ 50 đến 250 mmol/24h. Thận có thể đền bù vào sự thay đổi rộng trong lượng ion natri ăn vào này bằng cách tăng bài tiết ion natri khi có dư lượng ion natri và giữ lại ion natri nếu có sự suy giảm để duy trì thể tích dịch ngoại bào và huyết tương bình thường.
CẤU TRÚC VÀ SINH LÍ CHỨC NĂNG
Đơn vị chức năng cho sự bài tiết của thận là nephron (Hình 14.2). Máu trải qua siêu lọc ở cầu thận, tạo nên một thành phần dịch không có các tế bào và protein và giống như huyết tương về thành phần điện giải. Dịch này được vận chuyển qua các ống thận, nơi mà sự táu hấp thu nước và các chất điện giải khác nhau xảy ra. Tốc độ lọc của cầu thận (GFR) là gần 125 mL/phút (tương đương với 180 L/24h) ở một người trưởng thành bình thường. Hơn 99% lượng dịch lọc được tái hấp thu vào máu ở các mao mạch quanh ống thận trong suốt đường đi của dịch qua các thành phần của nephron, chủ yếu là do sự tái hấp thu natri ở ống thận. Các quá trình trong tái hấp thu natri và các yếu tố điều hòa chúng là điểm then chốt để hiểu được các rối loạn về mặt lâm sàng và sử dụng thuốc trong cân bằng nước và natri.
Nephron có thể được chia ít nhất thành 4 thành phần chức năng khác nhau trong quá trình tái hấp thu natri (Hình 14.3).
ỐNG LƯỢN GẦN
Khoảng 65% lượng natri đi qua màng lọc được tái hấp thu ở ống lượn gần. Cơ chế tế bào thì phức tạp nhưng một vài đặc điểm quan trọng được thể hiện trong hình 14.3A. Natri được lọc trong lòng ống đi vào trong các tế bào ống lượn gần nhờ các protein vận chuyển (transporters) ở màng đỉnh (apical membrane) cùng với ion natri thì glucose, amino acid, phosphate và những phân tử hữu cơ khác đồng thời đi vào. Sự đi vào của ion natri vào bên trong các tế bào ống lượn gần cũng có sự tiết ra ion hydro đồng thời nhờ kênh trao đổi ion natri và ion hydro (NHE-3). Ion hydro bên trong tế bào được tạo ra bên trong tế bào ống lượn gần nhờ sự phân hủy của acid carbonic, được tạo ra từ carbon dioxide và nước dưới tác dụng của carbonic anhydrase. Một số lượng lớn bơm Na,K – ATPase xuất hiện ở màng bên – đáy (basolateral membrane) của các tế bào ống lượn, giúp vận chuyển ion natri từ các tế bào vao trong máu. Thêm vào đó, một lượng lớn dòng ion natri, nước và những chất hòa tan khác xuyên qua lớp biểu mô xảy ra qua cầu nối (gaps) giữa các tế bào (con đường “shunt”). Nhìn chung, sự tái hấp thu dịch và các chất điện giải hầu như là đẳng trương ở thành phần ống lượn gần, bởi vì sự hấp thu nước gần như tương ứng với dòng ion, vì thế nồng độ thẩm thấu của dịch đi vào quai Henle thì rất giống với huyết tương. Một lượng nước cũng đi qua các tế bào nhờ qua kênh nước aquaporin-1 (AQP-1), kênh không nhạy với sự điều hòa của hormon.
QUAI HENLE
Phần dày của nhánh lên quai Henle (Hình 14.3B) tái hấp thu thêm 25% lượng natri được lọc qua màng lọc cầu thận nhưng không thấm với nước, làm cho dịch lọc bị pha loãng. Lực chủ yếu tạo ra từ bơm Na,K-ATPase ở màng bên – đáy, nhưng ở thành phần này ion natri đi vào các tế bào từ lòng ống qua một phân tử chất mang đặc biệt là chất đồng vận chuyển Na,K,2Cl (‘triple co-transporter’ hay NKCC2), cho phép sự trung hòa về điện khi đi vào bên trong tế bào ống thận nhờ sự cân bằng trong vận chuyển các cation (natri và kali) với anion (Cl). Một ít ion kali bên trong tế bào tái thoát vào lòng ống qua màng đỉnh nhờ một kênh kali đặc biệt (ROMK), tạo ra một sự cung cấp liên tục ion kali để phù hợp với nồng độ cao ion natri và clo trong lòng ống. Có một sự chênh lệch nhẹ điện thế dương qua tế bào biểu mô trong lòng ống với mô kẽ, làm cho ion kali, natri, canxi và magie giữa các tế bào đi qua giữa các tế bào, hình thành nên con đường “shunt”.
ĐẦU ỐNG LƯỢN XA
Khoảng 6% lượng natri lọc qua màng lọc được tái hấp thu ở đầu ống lượn xa (Hình 14.3C), một lần nữa được thực hiện bởi Na,K-ATPase. Ở thành phần này, sự đi vào bên trong tế bào của ion natri từ lòng ống xảy ra thông qua một chất mang đồng vận chuyển natri – clo (NCCT). Thành phần này cũng không thấm với nước, kết quả làm cho sự pha loãng hơn nữa của dịch lọc trong lòng ống. Không có dòng ion kali đáng kể đi xuyên qua tế bào biểu mô, nhưng ion canxi được tái hấp thu qua cơ chế như trong hình 14.3C: một kênh trao đổi ion natri và canxi ở màng bên – đáy dẫn đến giảm ion canxi bên trong tế bào, thúc đẩy sự đi vào của ion canxi từ dịch lọc qua kênh canxi.
CUỐI ỐNG LƯỢN XA VÀ ỐNG GÓP
Cuối ống lượn xa và ống góp vùng vỏ có sự liên tục về mặt chức năng và giải phẫu (Hình 14.3D). Ở đây, natri đi vào từ lòng ống diễn ra nhờ kênh natri ở biểu mô ống (ENaC), tạo ra một chênh lệch điện thế mà tích điện âm phía lòng ống. Dòng ion natri đi vào tế bào ống thận được cân bằng bởi sự tiết ra ion kali và ion hydro vào lòng ống và bởi sự tái hấp thu ion clo. Ion kali tập hợp bên trong tế bào bởi Na,K-ATPase ở màng bên –đáy tế bào và đi vào lòng ống theo gradient điện hóa, thông qua một kênh kali ở màng đỉnh (ROMK). Ion clo đi nhiều qua khe giữa các tế bào biểu mô. Ion hydro được tiết ra điều hòa bởi một H+ – ATPase nằm trên màng hướng về phía lòng của các tế bào xen giữa (intercalated cells), đóng góp vào khoảng một phần ba các tế bào biểu mô trong vùng này của nephron. Ống lượn xa và ống góp có tính thấm rất khác nhau với nước, phụ thuộc vào mức vasopressin tuần hoàn (hormone chống lợi niệu, ADH).
ĐIỀU HÒA VẬN CHUYỂN ION NATRI
Lượng ion natri được bài tiết bởi thận thì phụ thuộc vào lượng natri được lọc (phụ thuộc nhiều vào GFR) và sự kiểm soát tái hấp thu ion natri ở ống thận. Một số các cơ chế tác động qua lại đóng vai trò duy trì cân bằng natri toàn cơ thể và vì thế cũng duy trì thể tích ngoại bào, bằng cách duy trì lượng natri thải ra và ăn vào một cách cân bằng (Hình 14.4) và kiểm soát hai quá trình này.
Các cơ chế cảm thụ quan trọng bao gồm các thụ cảm thể thể tích trong tâm nhĩ tim và các tĩnh mạch nội ngực, cũng như các receptor áp lực nằm ở cây động mạch trung tâm (cung động mạch chủ và xoang động mạch cảnh) và các tiểu động mạch đến trong thận. Một tín hiệu đến nữa được tạo ra chính bên trong thận: enzym renin được giải phóng từ các tế bào cơ trơn chuyên biệt ở thành các tiểu động mạch đến và các tiểu động mạch đi, tại điểm chúng có liên hệ với đầu ống lượn xa (macula densa; xem Hình 14.2) để hình thành nên phức hợp cạnh cầu thận. Renin giải phóng được kích thích bởi:
– Giảm áp lực tưới máu trong các tiểu động mạch đến
– Tăng kích hoạt thần kinh giao cảm
– Giảm nồng độ NaCl trong dịch ống lượn xa
Renin đóng vai trò lên một peptide là angiotensinogen (được tạo ra ở gan), để sản xuất ra angiotensin I, sau đó tách ra bởi angiotensin-converting enzyme (ACE), nhiều trong mạng mao mạch phổi, để tạo ra angiotensin II có nhiều tác dụng: chúng kích thích sự tái hấp thu ion natri tại ống lượn gần và giải phóng aldosterone từ vùng tiểu cầu của vỏ thận và làm co các tiểu động mạch nhỏ. Aldosterone làm tăng giữ ion natri nhờ vai trò của nó lên ống thu thập vùng vỏ. Tác dụng chung quy lại của hệ thống renin-angiotensin là làm tăng huyết áp và làm giữ ion natri và giữ nước, bằng cách đó làm tăng thể tích tuần hoàn.
Những sự thay đổi trong GFR làm thay đổi áp lực thủy tĩnh mao mạch quanh ống thận và áp lực keo theo các hướng ngược nhau, làm cho thay đổi trong tái hấp thu ion natri. Thực tế, khi thể tích tuần hoàn giảm và sự giảm trong áp lực thủy tĩnh và sự tăng trong áp lực keo, thì sẽ có sự tăng lên trong tái hấp thu ion natri.
Hệ thống thần kinh giao cảm cũng đóng vai trò trong tăng giữ ion natri, cả thông qua cơ chế huyết động (co các tiểu động mạch đến và giảm GFR) và bằng cách kích thích trực tiếp tái hấp thu natri ở ống lượn gần. Ngược lại, những trung gian dịch thể khác như peptide lợi niệu, có vai trò ức chế tái hấp thu ion natri, đóng góp vào quá trình thải ra ion natri trong suốt quá trình thừa ion natri và nước.
Tăng ăn vào ion natri làm tăng thể tích tuần hoàn, làm tăng tưới máu thận và GFR và làm giảm sản xuất renin thông qua tăng vận chuyển ion natri vào macula densa. Các sự kiện này tạo ra một loạt các quá trình ngược lại với như trong giảm thể tích tuần hoàn, làm tăng tiết ion natri.