Cơ chế cô đặc nước tiểu: những thay đổi áp suất thẩm thấu ở các đoạn khác nhau của ống thận

Những thay đổi trong thẩm thấu và thể tích của dịch ống thận khi nó đi qua các phần khác nhau của nephron thể hiện trong hình.

Ống lượn gần

Khoảng 65% các chất điện phân đã lọc được tái hấp thu ở ống lượn gần. Tuy vậy, các màng thuộc ống lượn gần có tính thấm cao với nước, do đó bất cứ khi nào các chất tan được tái hấp thu, nước cũng khuếch tán qua màng ống thận bằng cách thẩm thấu. Sự khuếch tán của nước từ bên này sang bên kia biểu mô ống lượn gần được hỗ trợ bởi các kênh nước aquaporin 1 (AQP-1). Vì thế, nồng độ thẩm thấu của dịch còn lại vẫn khoảng như dịch lọc cầu thận-300 mOsm / L.

Nhánh xuống quai Henle

Khi dịch chảy xuống nhánh xuống quai Henle, nước được tái hấp thu vào tủy thận. Đầu dưới nhánh xuống cũng chứa AQP-1 và có tính thấm cao với nước nhưng ít nhiều cũng có tính thấm với natri clorua và urê. Do đó, độ thẩm thấu của dịch chảy qua nhánh xuống dần dần tăng lên cho đến khi nó gần như tương đương với phần xung quanh dịch kẽ, nó khoảng 1200 mOsm/L khi nồng độ ADH trong máu cao.

Hình. Thay đổi áp suất thẩm thấu của dịch ống thận khi nó đi qua các phân đoạn ống thận khác nhau trong sự hiện diện của nồng độ cao hormone chống bài niệu (ADH) và trong sự vắng mặt của ADH (giá trị bằng số biểu thị thể tích gần đúng bằng mililit mỗi phút hoặc bằng độ thẩm thấu trong milliosmoles mỗi lít dịch chảy dọc theo các phân đoạn ống thận khác nhau).

Khi nước tiểu pha loãng đã được hình thành, như là kết quả của nồng độ ADH thấp, nồng độ thẩm thấu ở kẽ tủy ít hơn 1200 mOsm / L; do đó, sự thẩm thấu dịch ống thận ở nhánh xuống cũng trở nên ít cô đặc hơn. Sự giảm cô đặc này do một phần trong thực tế là urê ít được tái hấp thu vào tủy kẽ từ các ống góp khi nồng độ ADH thấp và thận hình thành một khối lượng lớn nước tiểu pha loãng.

Phần mỏng nhánh lên quai Henle

Đầu dưới phần mỏng nhánh lên về cơ bản không thấm nước nhưng có tái hấp thu một số natri clorua. Do nồng độ natri clorua cao trong dịch ống thận như là kết quả của việc loại bỏ nước từ nhánh xuống quai Henle, có một số sự khuếch tán thụ động của natri clorua từ đầu dưới phần mỏng nhánh lên vào kẽ tủy. Như vậy, dịch ống thận trở nên loãng hơn bởi natri clorua khuếch tán ra khỏi ống thận và nước vẫn còn trong ống thận.

Một số urê tái hấp thu vào kẽ tủy từ các ống góp cũng khuếch tán vào đầu dưới nhánh lên, do đó đưa urê trở lại vào hệ thống ống thận và giúp ngăn ngừa sự rửa trôi của nó từ tủy thận. Sự tái chế urê này là một cơ chế thêm vào góp phần tạo nên vùng tủy thận ưu trương.

Phần dày nhánh lên quai Henle

Phần dày của nhánh lên quai Henle cũng gần như không thấm nước, nhưng một lượng lớn natri, clorua, kali, và các ion khác được vận chuyển tích cực từ ống thận vào kẽ tủy. Do đó, dịch trong đầu dưới phần dày nhánh lên quai Henle trở nên rất loãng, giảm đến một nồng độ khoảng 100 mOsm / L.

Phần đầu ống lượn xa

Phần đầu ống lượn xa có đặc tính tương tự như phần dày nhánh lên quai Henle, nên sự pha loãng thêm nữa dịch ống thận về khoảng 50 mOsm / L xảy ra như là các chất tan được tái hấp thu trong khi nước vẫn còn trong ống thận.

Phần cuối ống lượn xa và các ống góp vùng vỏ

Trong phần cuối ống lượn xa và các ống góp vùng vỏ, áp suất thẩm thấu của dịch phụ thuộc vào nồng độ ADH. Với nồng độ cao ADH, các ống thận này có tính thấm cao với nước và một lượng đáng kể nước được tái hấp thu. Urê, mặc dù, không thấm qua phần này của nephron, dẫn đến làm tăng nồng độ urê giống như nước được tái hấp thu. Quá trình này cho phép hầu hết urê phân phát cho ống lượn xa và ống góp để đi vào các ống góp vùng tủy trong, từ đó nó cuối cùng được tái hấp thu hoặc được bài tiết trong nước tiểu. Trong sự vắng mặt của ADH, có ít nước được tái hấp thu ở phần cuối ống lượn xa và ống góp vùng vỏ; do đó, độ thẩm thấu sẽ giảm hơn nữa vì tiếp tục sự tái hấp thu tích cực của các ion từ các phân đoạn này.

Các ống góp vùng tủy trong

Nồng độ của dịch trong các ống góp vùng tủy trong cũng phụ thuộc vào (1) ADH và (2) độ thẩm thấu xung quanh vùng tủy kẽ được thành lập bởi cơ chế ngược dòng. Trong sự hiện diện của một lượng lớn ADH, các ống góp này có tính thấm cao với nước, và nước khuếch tán từ ống thận vào dịch kẽ cho đến khi cân bằng thẩm thấu đạt được, với dịch ống thận về nồng độ tương tự như vùng kẽ tủy thận (1200-1400 mOsm /L).

Như vậy, một khối lượng nhỏ nước tiểu cô đặc được sản xuất khi nồng độ ADH cao. Bởi vì sự tái hấp thu nước làm tăng nồng độ urê trong dịch ống thận và bởi vì các ống góp vùng tủy trong có “người” vận chuyển urê riêng, điều đó tạo thuận lợi lớn cho sự khuếch tán, nồng độ cao urê trong các ống góp khuếch tán ra khỏi ống thận lumen vào kẽ tủy. Sự tái hấp thu này của urê vào trong tủy thận góp phần tạo nên nồng độ ưu trương của vùng kẽ tủy và khả năng cô đặc cao của thận.

Một số điểm quan trọng được xét đến có thể không rõ ràng từ cuộc thảo luận này. Thứ nhất, mặc dù natri clorua là một trong những chất hoà tan chủ yếu góp phần tạo nên vùng tủy kẽ ưu trương, thận có thể, khi cần thiết, thải ra nước tiểu cô đặc cao có chứa ít natri clorua. Nồng độ ưu trương của nước tiểu trong những trường hợp này là do nồng độ cao của các chất hòa tan khác, đặc biệt là các sản phẩm chất thải như urê. Một điều kiện để xảy ra điều này là sự mất nước kèm theo lượng natri vào thấp. Lượng natri vào thấp kích thích sự hình thành của hormone angiotensin II và aldosteron, chúng cùng nhau gây nên sự tái hấp thu háo hức natri từ các ống thận trong khi để lại urê và các chất hoà tan khác để duy trì nước tiểu đậm đặc cao. Thứ hai, một lượng lớn nước tiểu pha loãng có thể được bài xuất mà không làm tăng sự bài xuất natri. Chiến công này được thực hiện bằng cách giảm sự bài tiết ADH, từ đó làm giảm sự tái hấp thu nước ở các phân đoạn ống lượn xa mà không làm thay đổi đáng kể sự tái hấp thu Na.

Cuối cùng, có một thể tích nước tiểu bắt buộc được quyết định bởi khả năng cô đặc tối đa của thận và một lượng chất tan phải được thải ra ngoài. Vì thế, nếu một lượng lớn chất tan được thải ra, chúng phải được kèm theo một lượng nước tối thiểu cần thiết để đào thải chúng. Ví dụ, nếu 600 milliosmoles chất tan được đào thải mỗi ngày, điều này đòi hỏi phải có ít nhất 0,5 lít nước tiểu nếu khả năng cô đặc nước tiểu tối đa là 1200 mOsm / L.

Định lượng sự cô đặc nước tiểu thận và sự pha loãng nước tự do và độ thanh thải

Quá trình cô đặc hoặc pha loãng nước tiểu đòi hỏi thận bài xuất nước và các chất hoà tan một cách độc lập. Khi nước tiểu được pha loãng, nước được bài xuất dư thừa so với các chất hòa tan. Ngược lại, khi nước tiểu được cô đặc, các chất hoà tan được bài xuất dư thừa so với nước.

Tổng độ thanh thải các chất hòa tan trong máu có thể được thể hiện như nồng độ thanh thải (Cosm); đây là thể tích huyết tương được làm sạch các chất hòa tan mỗi phút, trong cùng một cách đó thì độ thanh thải của một chất đơn lẻ được tính toán:

Cosm = (Uosm x V)/Posm

Uosm là áp suất thẩm thấu nước tiểu, V là tốc độ dòng chảy nước tiểu, và Posm là áp suất thẩm thấu huyết tương.

Ví dụ, nếu áp suất thẩm thấu huyết tương là 300 mOsm/L, áp suất thẩm thấu nước tiểu là 600 mOsm/L, và tốc độ dòng chảy nước tiểu là 1ml/phút (0,001 L/phút), tốc độ bài xuất osmolar là 0,6mOsm/phút (600mOsm/L x 0,001 L/phút) và độ thanh thải thẩm thấu là 0,6 mOsm/phút chia cho 300mOsm/L, hay 0,002 L/phút (2,0 ml/phút). Điều này có nghĩa là 2 ml huyết tương được làm sạch chất tan mỗi phút.

Mức độ liên quan giữa các chất tan và nước được đào thải có thể được đánh giá bằng việc sử dụng khái niệm “ độ thanh thải nước tự do”

Độ thanh thải nước tự do (CH2O) được tính bằng sự chênh lệch giữa sự đào thải nước (tốc độ dòng chảy nước tiểu) và độ thanh thải thẩm thấu:

CH2O = V – Cosm = V - (Uosm x V)/Posm

Như vậy, mức độ của độ thanh thải nước tự do tượng trưng cho mức độ của chất tan-nước tự do được bài xuất qua thận. Khi độ thanh thải nước tự do là dương tính, nước dư thừa được đào thải qua thận; khi độ thanh thải nước tự do là âm tính, các chất tan dư thừa được loại bỏ khỏi máu bởi thận và nước được bảo toàn.

Sử dụng ví dụ đã thảo luận trước đó, nếu tốc độ dòng chảy nước tiểu là 1 ml / phút và độ thanh thải thẩm thấu là 2 ml / phút, độ thanh thải nước tự do sẽ là -1 ml / phút.

Điều này có nghĩa rằng thay vì nước tiếp tục được loại bỏ khỏi thận vượt quá các chất hòa tan, thận đang thực sự đưa nước trở lại vào hệ thống tuần hoàn, giống như xảy ra trong tình trạng thiếu nước. Vì vậy, bất cứ khi nào độ thẩm thấu nước tiểu lớn hơn độ thẩm thấu huyết tương, độ thanh thải nước tự do là âm tính, cho thấy sự bảo toàn nước.

Khi thận đang hình thành một nước tiểu pha loãng (ví dụ, độ thẩm thấu nước tiểu thấp hơn độ thẩm thấu huyết tương), độ thanh thải nước tự do sẽ là một giá trị dương tính, biểu thị rằng nước đang bị loại bỏ khỏi huyết tương qua thận vượt quá các chất tan. Như vậy, nước giải phóng của các chất hòa tan, được gọi là “nước tự do”, đang bị mất đi khỏi cơ thể và huyết tương đang được cô đặc khi độ thanh thải nươc tự do là dương tính.

Sự rối loạn của khả năng cô đặc nước tiểu

Sự suy giảm trong khả năng của thận để cô đặc hoặc pha loãng nước tiểu một cách thích hợp có thể xảy ra với một hoặc nhiều hơn của các bất thường sau đây:

1. Sự bài tiết không thích hợp của ADH. Hoặc quá nhiều hoặc quá ít sự bài tiết ADH dẫn đến sự bài xuất nước bất thường bởi thận.

2. Sự suy giảm của cơ chế ngược dòng. Một vùng kẽ tủy ưu trương là cần thiết cho khả năng cô đặc nước tiểu tối đa. Bất kể sự có mặt ADH nhiều như thế nào, sự cô đặc nước tiểu tối đa bị giới hạn bởi mức độ ưu trương của vùng kẽ tủy.

3. Sự bất lực của ống lượn xa, ống nhú, và các ống góp để đáp ứng với ADH.

Sự suy giảm sản xuất ADH: bệnh đái tháo nhạt “trung ương”

Một sự bất lực trong sản xuất hoặc giải phóng ADH từ tuyến yên sau có thể được gây ra bởi các chấn thương đầu hoặc các nhiễm trùng hoặc nó có thể là bẩm sinh.

Bởi vì các phân đoạn ống thận xa không thể tái hấp thu nước trong sự vắng mặt của ADH, tình trạng này, được gọi là bệnh đái tháo nhạt “trung ương”, kết quả là sự hình thành một khối lượng lớn nước tiểu pha loãng với lượng nước tiểu có thể vượt quá 15 L/ngày. Các cơ chế khát, sẽ được thảo luận sau trong chương này, được kích hoạt khi quá nhiều nước mất khỏi cơ thể; do đó, chừng nào mà người uống đủ nước, sự suy giảm lớn nước trong dịch cơ thể không xảy ra. Các bất thường chủ yếu quan sát được trên lâm sàng ở người bị tình trạng này là có khối lượng lớn nước tiểu pha loãng. Tuy nhiên, nếu lượng nước vào bị hạn chế, giống như có thể xảy ra trong một môi trường bệnh viện khilượng dịch vào bị hạn chế hoặc bệnh nhânbấttỉnh (vídụ,vì một chấn thương ở đầu), sự mất nước nặng có thể xảy ra nhanh chóng.

Việc điều trị cho bệnh đái tháo nhạt trung ương là sự quản lý của một chất tổng hợp tương tự ADH, desmopressin, mà hoạt động chọn lọc trên V2 receptors để làm tăng tính thấm nước ở phần cuối ống lượn xa và ống góp. Desmopressin có thể được dùng bằng đường tiêm, như một thuốc xịt mũi, hoặc bằng đường miệng, và nó nhanh chóng phục hồi lại lượng nước tiểu về bình thường.

Sự bất lực của thận trong đáp ứng vớiADH: bệnh đái tháo nhạt “tại nephron”. Trong một số trường hợp, nồng độ bình thường hoặc cao của ADH có mặt nhưng các phân đoạn ống thận không thể đáp ứng một cách thích hợp. Tình trạng này được gọi là bệnh đái tháo nhạt “tại nephron” vì sự bất thường cư trú trong thận. Sự bất thường này có thể là do hoặc sự thất bại của cơ chế ngược dòng để hình thành một vùng tủy kẽ ưu trương hoặc sự thất bại của các ống lượn xa và các ống nhú và các ống góp trong đáp ứng với ADH. Trong cả hai trường hợp, một khối lượng lớn nước tiểu pha loãng được hình thành, chúng có xu hướng gây ra mất nước trừ khi lượng dịch vào được tăng lên cùng số lượng khối lượng nước tiểu tăng lên.

Nhiều loại bệnh thận có thể làm suy giảm cơ chế cô đặc, đặc biệt là những người có tổn thương tủy thận. Cũng thế, sự suy giảm chức năng của quai Henle, giống như xảy ra với các thuốc lợi tiểu là ức chế sự tái hấp thu chất điện phân ở phân khúc này, chẳng hạn như furosemide, có thể làm tổn hại khả năng cô đặc nước tiểu. thuốc Hơn nữa, một số loại thuốc chẳng hạn như lithium (được sử dụng để điều trị các rối loạn hưng trầm cảm) và tetracyclines (được sử dụng như thuốc kháng sinh) có thể làm giảm khả năng của các phân đoạn nephron xa trong đáp ứng với ADH.

Bệnh đái tháo nhạt tại nephron có thể được phân biệt với bệnh đái tháo nhạt trung ương bởi sự quản lý của desmopressin, chất tổng hợp tương tự ADH. Sự thiếu trong sự suy giảm nhanh chóng khối lượng nước tiểu và trong sự tăng độ thẩm thấu nước tiểu trong vòng 2 giờ sau khi tiêm desmopressin là có tính gợi ý mạnh đến bệnh đái tháo nhạt tại nephron. Việc điều trị cho bệnh đái tháo nhạt tại nephron là để sửa chữa, nếu có thể, các rối loạn thận tiềm ẩn. Sự tăng natri máu cũng có thể làm loãng đi bởi một chế độ ăn ít natri và sự quản lý của một thuốc lợi tiểu giúp làm tăng sự bài xuất natri thận, chẳng hạn như một thuốc lợi tiểu thiazide.