Màng mao mạch cầu thận: bước đầu hình thành nước tiểu

Bước đầu tiên hình thành nước tiểu là lọc số lượng lớn dịch qua mao mạch cầu thận trong khoang Bowman-khoảng 180 lít dịch mỗi ngày được lọc qua thận, nhưng chỉ khoảng 1 lít dịch được thải ra. Phần lớn dịch này được tái hấp dịch qua thận phụ thuộc vào dịch vào. Mức lọc cầu thận cao cần tốc độ dòng chảy qua thận cao, cũng như đặc tính đặc biệt của màng lọc. Trong chương này ta sẽ trao đổi những yếu tố quyết định tốc độ lọc cầu thận (GFR) và cơ chế điều hòa mức lọc cầu thận và dòng chảy máu qua thận.

Màng mao mạch cầu thận tương tự như các mao mạch khác, trừ gồm có 3 lớp chính (bình thường có 2): (1) lớp nội mô, (2) màng đáy, và (3) lớp tế bào biểu mô (podocytes) bao quanh mặt ngoài của màng đáy. 3 lớp này tạo nên hang rào lọc, mặc dù là 3 lớp nhưng chúng lọc gấp hang trăm lần các màng mao mạch bình thường Với tỉ lệ lọc cao như vậy nhưng màng mao mạch cầu thận vẫn ngăn cản được protein huyết tương.

Tỉ lệ lọc cao này do cấu trúc đặc biệt của nó. Lớp nội mô có hàng ngàn lỗ nhỏ, gọi là fenestrae, tương tự như các mao mạch có lỗ được tìm thấy ở gan, mặc dù nhỏ hơn lỗ ở gan. Tuy các lỗ này tương đối rộng, nhưng tế bào nội mô lại mang nhiều thành phần điện tích âm cố định gắn vào nên vẫn ngăn chặn được protein huyết tương đi qua.

Bao quanh nội mô là màng đáy, gồm hộ thống collagen và các sợi pro­ teoglycan, là không gian rộng lớn cho lượn lớn nước và các chất hòa tan có thể lọc. Màng đáy cũng ngăn sự lọc protein huyết tương, một phần do điện tích âm rất mạnh lien quan đến proteoglycans.

Phần cuối cùng là lớp tế bào biểu mô, lót bề mặt ngoài cùng của cầu thận. Những tế bào này không lien tục mà phân ngón thành những chân bám (podocytes) bám vào mặt ngoài màng đáy. Những ngón chân ngăn cách bởi các lỗ nhỏ gọi là slit pores cho dịch lọc đi qua. Tế bào biểu mô cũng có điện tích âm ngăn hạn chế lọc protein huyết tương,. Do đó, tất cả các lớp của thành mao mạch cầu thận tạo hàng rào lọc vững chắc đối với protein huyết tương.

Hình. Giá trị trung bình tổng lưu lượng huyết tương thận (RPF), tốc độ lọc cầu thận (GFR), tái hấp thu ở ống thận (REAB) và tốc độ dòng nước tiểu. RPF bằng lưu lượng máu qua thận × (1 - Hematocrit). Lưu ý rằng mức lọc cầu thận trung bình chiếm khoảng 20% RPF, trong khi tốc độ dòng nước tiểu nhỏ hơn 1% mức lọc cầu thận. Do đó, hơn 99% dịch được lọc sẽ được tái hấp thu một cách bình thường. Phần lọc là GFR / RPF.

Hình. A, Siêu cấu trúc cơ bản của mao mạch cầu thận. B, Mặt cắt của màng mao mạch cầu thận và các thành phần chủ yếu của nó: nội mô mao mạch, màng đáy, biểu mô (podocytes).

Bảng. Khả năng lọc của các chất theo mao mạch cầu thận dựa trên trọng lượng phân tử.

Khả năng lọc của chất tan tỉ lệ ngịch với kích thước của chúng. Màng mao mạch cầu thận dày hơn các mao mạch khác, nhưng có nhiều lỗ nhỏ hơn và do đó lọc dịch tốc độ cao.

Dù tốc độ lọc cao, hàng rào lọc vẫn lựa chọn những phân tử nào được lọc dựa vào kích thước và điện tích.

Bảng chỉ ra kích thước phân tử và khả năng lọc khác nhau. Hệ số lọc là 1.0 nghĩa là chất được lọc là tự do như nước, hay 0,75 nghĩa là chất được lọc chỉ nhanh bằng 75% tốc độ của nước. Lưu ý các chất điện phân như Natri và thành phần nhỏ như glucose được lọc tự do. Các phân tử trọng lượng tương đương albumin, hệ số lọc giảm nhanh, xấp xỉ bằng 0.

Phân tử lớn điện tích âm được lọc khó hơn phân tử điện tích dương cùng kích cỡ. Đường kính phân tử albumin huyết tương chỉ khoảng 6 nanometers, trong khi lỗ của mao mạch cầu thận là khoảng 8 nanometers (80 angstroms). Tuy vậy Albumin vẫn bị hạn chế lọc do nó mang điện tích âm và lực đẩy tĩnh điện bởi điện tích âm proteoglycans ở thành mao mạch cầu thận.

Hình chỉ ra tác động của điện tích đến sự lọc của các phân tử dextrans khác nhau. Dextrans là polysaccharides có thể là phân tử trung tính hoặc mang điện tích âm hoặc mang điện tích dương. Lưu ý rằng phân tử mang điện tích dương được lọc dễ dàng hơn phân tử mang điện tích âm.

Dextrans trung tính được lọc dễ dàng hơn dextrans điện tích âm cùng trọng lượng. Do điện tích âm của màng đáy và tế bào biểu mô có chân giữ vai trò quan trọng để ngăn cản.

Hình. Ảnh hưởng của bán kính phân tử và điện tích của dextran đến khả năng lọc bởi mao mạch cầu thận. Giá trị 1,0 cho biết chất này được lọc tự do như nước, trong khi giá trị của chất này cho biết chất không được lọc. Dextransarepolysaccharid có thể được sản xuất dưới dạng phân tử trung tính hoặc mang điện tích âm hoặc dương và có trọng lượng phân tử khác nhau.

Phân tử điện tích âm lớn, gồm protein huyết tương.

Trong bệnh thận nào đó, điện tích âm của màng đáy bị mất trước thay đổi mô học thận, tình trạng này nói đến bệnh thân thay đổi tối thiểu. Nguyên nhân gây việc mất điện tích âm này không rõ rang, nhưng có thể tin rằng liên quan đến phản ứng miễn dịch với T-cell bất thường tiết cytokines làm giảm anions trong mao mạch cầu thận hay podocyte proteins. Dẫn đến kết quả giảm điện tích âm của màng đáy, một số phân tử protein trọng lượng phân tử thấp, đặc biệt là albumin, được lọc và xuất hiện trong nước tiểu, tình trạng này được biết đến như là proteinuria hoặc albuminuria. Thay đổi nhỏ bệnh học thận này phổ biến chủ yếu ở trẻ em nhưng cũng diễn ra ở người lớn, đặc biệt những người rối loạn miễn dịch.