Sinh lý thận

Thông tin chung

• Vị trí: nephron
  • Đơn vị chức năng của thận, bao gồm:
    • Cầu thận: cấu trúc chính chịu trách nhiệm lọc huyết tương
    • Ống thận: cấu trúc diễn ra quá trình tái hấp thu các chất từ dịch siêu lọc và bài tiết các chất vào dịch siêu lọc
• Mục tiêu
  • Loại bỏ các chất thải (ví dụ: urê, creatinine, các chất chuyển hóa của thuốc)
  • Điều hòa các chất điện giải, áp suất thẩm thấu huyết thanh và cân bằng kiềm-toan
• Quá trình
  1. Máu chảy vào các mao mạch cầu thận thông qua các tiểu động mạch đến
  2. Lọc cầu thận: Các thành phần của huyết tương được lọc từ mao mạch cầu thận qua màng lọc cầu thận vào khoang Bowman. Kết quả là tạo ra dịch siêu lọc ban đầu.
  3. Sau khi đi qua cầu thận, dịch siêu lọc (giờ đây được gọi là “dịch ống thận”) chảy qua hệ thống ống thận. → tái hấp thu và bài tiết các thành phần huyết tương (khoảng 99% dịch siêu lọc được tái hấp thu vào máu) → cô đặc nước tiểu
     • Áp suất thẩm thấu nước tiểu: 50–1400 mOsmol/L
     • pH nước tiểu: 5.5 (trong khoảng 4.5–8.2)
  4. Nước tiểu chảy vào các ống thu thập → bể thận → niệu quản → bàng quang → niệu đạo

Cân bằng nội môi tại thận

Tổng quan
Chất	Vị trí tái hấp thu	Vị trí bài tiết	Chất vận chuyển	Ý nghĩa lâm sàng
H2O	∼ 65% tại ống lượn gần ∼ 20% tại nhánh xuống mỏng của quai Henle 8–15% tại ống thu thập	–	Thẩm thấu (ống lượn gần và nhánh xuống quai Henle) Aquaporin (ống thu thập)	Đái tháo nhạt Hội chứng tiết hormone chống bài niệu không thích hợp (SIADH)
Natri	65–80% tại ống lượn gần 10–20% tại nhánh lên dày của quai Henle 5–10% tại ống lượn xa 3–5% tại ống thu thập		Bơm Na+-K+ ATPase Chất đồng vận chuyển Na+-glucose (ống lượn gần) Kênh Na+-K+-2Cl- (nhánh lên dày của quai Henle) Chất đồng vận chuyển Na+-Cl- (đoạn đầu ống lượn xa) Kênh Natri, kênh natri biểu mô (ENaC) (ống lượn xa, ống thu thập)	Thuốc lợi tiểu quai (kênh Na+-K+-2Cl-) Thuốc lợi tiểu Thiazide (chất đồng vận chuyển Na+-Cl-)
Clo	Cùng vị trí và tỷ lệ như natri		Kênh Na+-K+-2Cl- (nhánh lên dày của quai Henle) Chất đồng vận chuyển Na+-Cl- (đoạn đầu ống lượn xa)	–
Kali	65% tại ống lượn gần 25% tại quai Henle	Đoạn cuối ống lượn xa Ống thu thập	Bơm Na+-K+ ATPase Kênh Na+-K+-2Cl- Chất đối vận chuyển H+/K+ trong tế bào xen kẽ α
Ion H+	–	Nhánh lên dày của quai Henle Ống thu thập (tế bào xen kẽ)	Chất đối vận chuyển Na+/H+ (nhánh lên dày của quai Henle) Bơm H+ ATPase (ống thu thập)
Canxi	Ống lượn gần Quai Henle Ống thu thập	–	Chất trao đổi Na+-Ca2+ Bơm Ca2+ ATPase	Cạnh tranh với magiê Thuốc lợi tiểu Thiazide làm tăng tái hấp thu → tăng canxi máu
Magiê	Ống lượn gần Quai Henle Ống thu thập		Khuếch tán qua kẽ tế bào (paracellular)	Cạnh tranh với canxi
Glucose	100% tại ống lượn gần		Ngưỡng tái hấp thu tối đa của ống lượn gần Chất vận chuyển natri-glucose và chất vận chuyển glucose (GLUT) ở màng đáy	Đường niệu (một dấu hiệu quan trọng của đái tháo đường)
Urê	50% tại ống lượn gần Ống thu thập	Quai Henle	Chất vận chuyển urê (ví dụ: chất vận chuyển urê A1)	Ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu Tăng trong tổn thương thận cấp (AKI)/ bệnh thận mạn (CKD)
Bicarbonat	80–90% tại ống lượn gần 10–20% tại ống thu thập (tế bào xen kẽ α)	–	Đồng vận chuyển với Na+	Duy trì cân bằng kiềm-toan
Phosphat	85% tại ống lượn gần		Chất đồng vận chuyển Na-phosphate	–

• Erythropoietin (EPO)
  • Tiết ra bởi tế bào kẽ quanh ống thận
  • Chức năng: kích thích quá trình tạo hồng cầu trong tủy xương
  • Điều hòa
    • Phản hồi dương: thiếu máu/mất máu, thiếu oxy
    • Được cảm ứng bởi yếu tố cảm ứng thiếu oxy (HIF)
  • EPO có thể bị giảm trong suy thận mạn, có khả năng gây ra thiếu máu trong bệnh thận mạn.
  • Điều trị bao gồm liệu pháp thay thế EPO.
  • Một tác dụng không mong muốn của việc dùng EPO kéo dài là tăng huyết áp do EPO.
• Calciferol: các tế bào của ống lượn gần chuyển đổi calcidiol thành calcitriol hoạt tính
• Prostaglandin: duy trì lưu lượng máu thận thông qua việc giãn tiểu động mạch đến
  • Tiết paracrin bởi tế bào nội mô ở các tiểu động mạch đến
  • Thuốc kháng viêm không steroid (NSAIDs) ức chế cyclooxygenase (COX) và từ đó làm giảm tổng hợp prostaglandin
    • ↓ Prostaglandin → ↓ giãn tiểu động mạch đến → ↓ lưu lượng huyết tương thận → ↓ mức lọc cầu thận (GFR)
    • Liều NSAIDs rất cao hoặc sử dụng NSAIDs trên bệnh nhân đã bị giảm chức năng thận có thể dẫn đến tổn thương thận cấp (AKI).
• Dopamine: được tiết ra bởi các tế bào của ống lượn gần
  • Ở liều thấp: giúp duy trì lưu lượng máu thận và tăng bài tiết natri thông qua việc giãn động mạch gian thùy, tiểu động mạch đến và tiểu động mạch đi mà không ảnh hưởng đến GFR
  • Ở liều cao: hoạt động như một chất gây co mạch
• Renin: Xem “RAAS” trong phần “Lưu lượng máu thận” dưới đây.

Nồng độ EPO tăng cao gây ra sự gia tăng hematocrit và cải thiện khả năng vận chuyển oxy.

Bệnh nhân bệnh thận mạn (CKD) có thể bị thiếu máu do thận vì thiếu hụt tổng hợp EPO.

Sinh lý hệ thống ống thận
Phân đoạn		Vị trí	Chức năng	Điều hòa	Liên hệ lâm sàng
Tiểu động mạch đến		Vỏ thận	Điều hòa lưu lượng máu	Giãn mạch thông qua: Prostaglandin Peptide lợi niệu tâm nhĩ (ANP) Phản hồi cận cầu thận	Mất Na+ → mất thể tích Thuốc chống viêm không steroid (NSAIDs) ức chế tổng hợp prostaglandin → ức chế sự giãn tiểu động mạch đến → giảm tốc độ lọc cầu thận (GFR) và lưu lượng huyết tương thận (RPF)
Ống lượn gần		Vỏ thận	Tái hấp thu phần lớn dịch siêu lọc qua bờ bàn chải Glucose (qua đồng vận chuyển natri-glucose 2 - SGLT2) Axit amin Axit uric Na+, Cl-, K+, HCO3-, PO43-, và H2O Tạo NH3 và bài tiết vào lòng ống (hỗ trợ bài tiết H+)	Parathormone (PTH) làm giảm tái hấp thu PO43- thông qua ức chế đồng vận chuyển Na+-PO43-. Angiotensin II tăng tái hấp thu Na+, HCO3- và H2O thông qua kích thích trao đổi Na+/H+ (gây ra kiềm chuyển hóa do co thắt). Carbonic anhydrase tăng tái hấp thu H2O và HCO3- .	Hội chứng Fanconi Vị trí tác động của: Thuốc chẹn thụ thể angiotensin II (ARBs) Acetazolamide (đóng vai trò là chất ức chế carbonic anhydrase) Toan ống thận gần (type 2)
Quai Henle	Nhánh xuống mỏng của quai Henle	Tủy thận	Cô đặc dịch siêu lọc: tăng áp lực thẩm thấu tủy thận (không thấm Na+) → tái hấp thu thụ động H2O	Angiotensin II tăng tái hấp thu Na+	Hội chứng Bartter Vị trí tác động của thuốc lợi tiểu quai (ức chế đồng vận chuyển Na+-K+-2Cl-)
	Nhánh lên dày của quai Henle		Không thấm H2O → nước tiểu trở nên ít cô đặc hơn (xem “cơ chế nhân nồng độ ngược dòng” bên dưới) Tái hấp thu Na+, K+, Cl- (qua đồng vận chuyển Na+-K+-2Cl-) Sự dịch chuyển K+ tạo ra điện thế lòng ống dương → tạo điều kiện cho tái hấp thu Mg2+ và Ca2+ qua kẽ tế bào
Ống lượn xa (DCT)		Vỏ thận	Tái hấp thu các ion: Na+, Cl-, Mg2+ và Ca2+ Không thấm H2O Giảm áp suất thẩm thấu của dịch siêu lọc	PTH tăng sản xuất vitamin D3 → tăng trao đổi Ca2+ và Na+ → tăng tái hấp thu Ca2+ Angiotensin II tăng tái hấp thu Na+ ANP Aldosterone	Hội chứng Gitelman Vị trí tác động của thuốc lợi tiểu thiazide (ức chế đồng vận chuyển Na+-Cl-)
Ống nối và ống thu thập		Vỏ thận và tủy thận	Tái hấp thu Na+ trao đổi với bài tiết K+ tại tế bào chính: Aldosterone kích thích kênh natri biểu mô (ENaC), vận chuyển K+ ở màng đỉnh và Na+-K+ ATPase. Tăng bài tiết H+, tái hấp thu HCO3- và K+ bởi các tế bào α-xen kẽ (H+ ATPase, đối vận chuyển H+/K+, và trao đổi Cl−/HCO3−) đáp ứng với aldosterone Tính thấm nước chọn lọc: hormone chống bài niệu (ADH) tác động lên thụ thể V2, dẫn đến sự tích hợp các aquaporin ở màng đỉnh tế bào chính. Tái hấp thu urê: ADH làm tăng số lượng các chất vận chuyển urê.	Aldosterone ADH	Hội chứng Liddle Vị trí tác động của thuốc lợi tiểu giữ kali Thuốc đối kháng aldosterone (vd: spironolactone, eplerenon) Thuốc ức chế ENaC (vd: amiloride, triamterene) Toan ống thận xa (type 1) Hội chứng dư thừa mineralocorticoid giả tạo (SAME)
Tiểu động mạch đi		Vỏ thận	Điều hòa lưu lượng máu	Angiotensin II gây co mạch → tăng GFR Phản hồi cận cầu thận	Thuốc ức chế enzyme chuyển angiotensin (ACE inhibitors) ngăn chặn tổng hợp angiotensin II và thuốc chẹn thụ thể angiotensin II (ARBs) ngăn chặn sự gắn kết của angiotensin II với thụ thể angiotensin II → ức chế sự co tiểu động mạch đi → giảm áp lực lọc và GFR Được dùng để giảm protein niệu (vd: trong bệnh thận do đái tháo đường) Có thể làm giảm GFR nghiêm trọng, đặc biệt khi phối hợp với NSAIDs → gây tổn thương thận cấp (AKI)

Cơ chế nhân nồng độ ngược dòng

1. NaCl được vận chuyển tích cực từ dịch ống thận ở nhánh lên vào khoang kẽ.
2. Mô kẽ trở nên ưu trương. Điều này cho phép nước di chuyển theo gradien nồng độ và khuếch tán thụ động từ dịch ống thận có áp suất thẩm thấu thấp hơn sang mô kẽ có áp suất thẩm thấu cao hơn.
3. Quá trình bài xuất nước tiểu liên tục → sự di chuyển liên tục của nước từ dịch ống thận vào mô kẽ → sự gia tăng ổn định của gradien áp suất thẩm thấu → gia tăng đáng kể lượng nước được tái hấp thu tại nhánh xuống.

Cung cấp máu cho thận

• Động mạch thận (từ động mạch chủ) → động mạch phân thùy → động mạch gian thùy → động mạch cung → động mạch gian tiểu thùy → tiểu động mạch đến → cầu thận → tiểu động mạch đi → mao mạch thẳng (vasa recta) (ở thận) và mao mạch quanh ống thận → tĩnh mạch thận (hợp nhất vào tĩnh mạch chủ dưới)

Lưu lượng máu thận

• Lưu lượng máu thận (RBF): thể tích máu chảy qua thận trong một đơn vị thời gian
  • Bình thường: ∼ 20% cung lượng tim, tức là 1,2 L/phút; được duy trì ở mức hằng định nhờ cơ chế tự điều hòa của thận
  • RBF = RPF/(1 - Hct)
• Lưu lượng huyết tương thận (RPF): thể tích huyết tương chảy qua thận trong một đơn vị thời gian
  • Axit para-aminohippuric (PAH): gần như 100% PAH đi vào thận cũng được bài tiết ra ngoài (được lọc và bài tiết hoàn toàn), do đó tốc độ thanh thải PAH được sử dụng để ước tính RPF
  • Lưu lượng huyết tương thận hiệu dụng (eRPF)
    • eRPF = nồng độ PAH trong nước tiểu × (tốc độ dòng nước tiểu/nồng độ PAH trong huyết tương)
    • eRPF tính toán bằng PAH thấp hơn một chút so với RPF thực tế (xem phần “Axit para-aminohippuric” bên dưới)

Điều hòa lưu lượng máu thận

Thận có nhiều cơ chế để tự điều hòa lưu lượng máu của chính nó. Điều này cho phép thay đổi tốc độ lọc cầu thận (GFR) nếu có sự dao động về huyết áp hệ thống.

Tự điều hòa cơ myogenic (hiệu ứng Bayliss)

• Cơ chế
  • Lưu lượng máu trong động mạch thận vẫn không đổi khi huyết áp động mạch thay đổi (trong khoảng 80–180 mmHg).
  • Tiểu động mạch đến co lại nếu huyết áp tăng để duy trì áp lực bình thường trong cầu thận: ↑ huyết áp động mạch → kéo căng các tế bào cơ trơn ở thành tiểu động mạch đến → co cơ trơn mạch máu → co mạch → ↓ RBF
  • Nếu huyết áp giảm, tiểu động mạch đến giãn ra để tăng áp lực trong cầu thận

Prostaglandins

• Cơ chế: giảm tưới máu thận (đặc biệt là ở tủy thận) → kích thích tổng hợp prostaglandin → giãn mạch máu thận → tăng tưới máu thận

Phản hồi ống-cầu thận

• Mô tả: hệ thống phản hồi giữa ống thận và cầu thận nhằm điều chỉnh GFR theo khả năng tái hấp thu của ống thận
• Cơ chế: vết đặc (macula densa) (thuộc bộ máy cạnh cầu thận) cảm nhận sự thay đổi nồng độ NaCl trong ống lượn xa (DCT)
  • Nước tiểu nhược trương (↓ nồng độ Cl^- trong lòng ống) → giãn tiểu động mạch đến → ↑ GFR → ↑ nồng độ Cl^- trong lòng ống → ↑ RBF
  • Nước tiểu ưu trương (↑ nồng độ Cl^- trong lòng ống) → tiết adenosine → co tiểu động mạch đến → ↓ áp lực mao mạch → ↓ GFR → ↓ nồng độ Cl^- trong lòng ống → ↓ RBF

Hệ renin-angiotensin-aldosterone (RAAS)

• Mô tả: hệ thống hormone điều hòa huyết áp động mạch và nồng độ natri
• Cơ chế
  • Các thụ thể áp lực (baroreceptors) ở tiểu động mạch đến phát hiện các tình trạng sau
    • Giảm tưới máu thận (ví dụ: do hạ huyết áp hoặc giảm thể tích tuần hoàn)
    • Hạ natri máu (được vết đặc ghi nhận khi nồng độ natri trong ống lượn xa giảm)
    • Tăng trương lực giao cảm (thông qua kích hoạt các thụ thể β₁ tại thận)
  • Những thay đổi này gây ra sự giải phóng renin bởi các tế bào cạnh cầu thận → chuyển angiotensinogen (do gan sản xuất) thành angiotensin I → chuyển angiotensin I thành angiotensin II thông qua enzyme chuyển angiotensin (ACE) (chủ yếu do phổi sản xuất)
    • Angiotensin II
      • Đóng vai trò là một chất co mạch mạnh
      • Làm giảm độ nhạy của các thụ thể áp lực đối với tình trạng tăng huyết áp, giúp ngăn ngừa phản xạ chậm nhịp tim
      • Kích thích cảm giác khát tại vùng dưới đồi
      • Tăng tiết hormone chống bài niệu (ADH) từ thùy sau tuyến yên
      • Kích thích vỏ thượng thận tiết aldosterone
    • Aldosterone tăng tái hấp thu natri và nước tại thận và tăng bài tiết kali và proton → ↑ dịch extracellular, ↑ huyết áp, ↓ K⁺, ↑ pH
• Tác dụng
  • Hệ thống: ↑ huyết áp động mạch và ↑ thể tích máu
  • Tại thận: duy trì chức năng thận và trạng thái thể tích trong điều kiện giảm thể tích
    • ↑ Co tiểu động mạch đi gây ↑ áp lực lọc hiệu dụng và ↑ phân suất lọc, giúp duy trì GFR (tức là chức năng thận) trong khi giảm tưới máu thận (tức là giảm lưu lượng huyết tương thận)
    • Duy trì GFR (chức năng thận) trong khi giảm tưới máu thận (giảm lưu lượng huyết tương thận) được thực hiện bằng cách ↑ co tiểu động mạch đi, dẫn đến ↑ áp lực lọc hiệu dụng và ↑ phân suất lọc
    • Tăng tái hấp thu Na⁺ bù trừ tại ống lượn gần (PCT) và ống lượn xa (DCT) giúp ngăn chặn mất thể tích thuần

Thuốc ức chế men chuyển (ACE inhibitors) ức chế quá trình chuyển angiotensin I thành angiotensin II. Thuốc chẹn thụ thể angiotensin (ARBs) ức chế tác dụng của angiotensin II. Cả hai nhóm thuốc này đều được sử dụng để điều trị tăng huyết áp động mạch.

Ngoài tác dụng ức chế lên tim (ví dụ: ↓ nhịp tim), thuốc chẹn beta (β-blockers) làm giảm huyết áp bằng cách ức chế các thụ thể β₁ của bộ máy cạnh cầu thận (JGA), dẫn đến giảm giải phóng renin.

Tác động của hormone lên thận

• Peptide lợi niệu
  • Peptide lợi niệu tâm nhĩ (ANP): quá tải thể tích → giãn tâm nhĩ → các tế bào cơ tim tiết ANP
  • Peptide lợi niệu não (BNP): quá tải thể tích → giãn tâm thất → các tế bào cơ tim tiết BNP
  • Tác dụng
    • Ức chế kênh vận chuyển Na⁺ biểu mô ở ống thu thập → tăng bài tiết Na⁺ và nước → giảm áp lực tĩnh mạch trung tâm
    • Giãn tiểu động mạch đến của thận (thông qua ↑ cGMP trong cơ trơn mạch máu) → ↑ GFR (không có sự tái hấp thu Na⁺ bù trừ ) và ↑ bài niệu natri (natriuresis)
    • Ức chế tiết aldosterone, renin, ADH và ACTH
• Hormone chống bài niệu (ADH)
  • Tăng co cơ trơn mạch máu thông qua thụ thể V1 → tăng huyết áp → tăng tưới máu thận
  • Tăng tái hấp thu nước tự do ở ống thu thập (kích thích adenylate cyclase → ↑ cAMP → tích hợp các aquaporin vào màng lòng ống thu thập)
  • Tăng tái hấp thu urê (↑ tích hợp các chất vận chuyển urê ở ống thu thập) → tăng gradient thẩm thấu tủy-vỏ → tạo điều kiện cô đặc nước tiểu
• Angiotensin II và aldosterone: xem phần “Hệ renin-angiotensin-aldosterone“ ở trên
• Hormone tuyến cận giáp (PTH)
  • Sự bài tiết được kích thích bởi ↓ Ca²⁺, ↓ 1,25-(OH)₂ vitamin D3, và ↑ PO₄^3- trong huyết tương
  • Tác dụng lên ống lượn gần (PCT): ↑ tái hấp thu Ca²⁺, ↑ tổng hợp 1,25-(OH)₂ vitamin D3, và ↓ tái hấp thu PO₄^3-

Điều hòa thần kinh tự chủ

• Cơ chế
  • Noradrenaline → gắn vào thụ thể α₁ → co tiểu động mạch → ↑ sức cản → ↓ lưu lượng máu thận
  • Dopamine → gắn vào thụ thể D1 → giãn tiểu động mạch → ↓ sức cản → ↑ lưu lượng máu thận

Sốc giảm thể tích kèm hạ huyết áp nặng sẽ kích hoạt hệ thần kinh giao cảm. Sau đó, tình trạng giảm thể tích và co mạch do noradrenaline gây ra dẫn đến lưu lượng máu thận thấp → GFR thấp → sản xuất nước tiểu thấp → tổn thương thận cấp

Phần này tập trung vào các khoang dịch, những kiến thức cơ bản về lọc cầu thận và bài tiết ống thận. Để biết thêm thông tin về các xét nghiệm chức năng thận, hãy xem “Đánh giá chẩn đoán thận và đường tiết niệu.”

Khoang dịch

• 60% khối lượng cơ thể là nước.
• Hai phần ba tổng lượng nước cơ thể (tức là 40% khối lượng cơ thể) là dịch nội bào, thành phần chủ yếu bao gồm kali, magie và các phosphate hữu cơ.
• Một phần ba tổng lượng nước cơ thể (tức là 20% khối lượng cơ thể) là dịch ngoại bào, thành phần chủ yếu bao gồm natri, clorua, bicarbonate và albumin.
  • 75% dịch ngoại bào là dịch kẽ.
  • 25% dịch ngoại bào là huyết tương.
  • Một lượng nhỏ (khoảng 500 mL) dịch ngoại bào là dịch xuyên tế bào (ví dụ: dịch tiết tiêu hóa, mồ hôi, dịch màng phổi, dịch màng tim, nước tiểu, dịch khớp, dịch trong nhãn cầu, dịch não tủy).
  • Thể tích dịch ngoại bào có thể được đo bằng các chất đánh dấu tinh thể như inulin hoặc mannitol, những chất này phân bố khắp dịch ngoại bào nhưng không đi vào trong tế bào.
• Dịch nội bào và dịch ngoại bào được ngăn cách bởi thành mao mạch và màng tế bào.
• H₂O có thể di chuyển giữa các khoang dịch bằng cơ chế thẩm thấu hoặc đáp ứng với sự chênh lệch áp suất.
• Tổng thể tích máu khoảng 6 L. Máu bao gồm:
  • Khoảng 45% là các thành phần tế bào (trong đó 99% là hồng cầu), tương đương với chỉ số hematocrit
  • Khoảng 55% là huyết tương
• Thể tích huyết tương có thể được tính bằng công thức V_{Huyết tương} = TBV x (1 - Hct)
• Áp suất thẩm thấu huyết thanh (hoặc áp suất thẩm thấu huyết tương): 285–295 mOsm/kg H₂O

Quy tắc 60–40–20 đề cập đến tổng lượng nước cơ thể (60% khối lượng cơ thể), dịch nội bào (40% khối lượng cơ thể) và dịch ngoại bào (20% khối lượng cơ thể).

Hãy nhớ cụm từ HIKIN để ghi nhớ ion chính trong nội bào: HIgh K⁺ INtracellularly (Kali cao trong nội bào).

Độ thanh thải thận

• Mô tả: là thể tích huyết tương được làm sạch một chất nhất định trong một đơn vị thời gian
• Cơ chế
  • C_x = U_x x V/P_x
    • P_x = Nồng độ chất X trong huyết tương (mg/mL)
    • V = Tốc độ dòng nước tiểu (mL/phút)
    • U_x = Nồng độ chất X trong nước tiểu (mg/mL)
    • C_x = Độ thanh thải của chất X (mL/phút)
  • Nếu độ thanh thải của chất X là:
    • > GFR: có sự bài tiết thuần tại ống thận của chất X
    • < GFR: có sự tái hấp thu thuần tại ống thận hoặc chất X không được lọc tự do qua cầu thận
    • = GFR: không có sự bài tiết hay tái hấp thu thuần tại ống thận

Tốc độ lọc cầu thận

• Mô tả: là tốc độ chất lỏng được lọc bởi thận
• Cơ chế
  • GFR bình thường
    • Nam: 95–145 mL/phút/1,73 m²
    • Nữ: 75–125 mL/phút/1,73 m²
    • GFR giảm dần theo sinh lý của tuổi tác.
  • GFR phụ thuộc vào áp suất lọc hiệu dụng và được thúc đẩy bởi sự chênh lệch giữa áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm thấu
    • EFP = (P_GC – P_BS) – (π_GC – π_BS)]
      • GC = mao mạch cầu thận
      • BS = khoang Bowman
      • P = áp suất thủy tĩnh
      • π = áp suất thẩm thấu
    • π_BS thông thường bằng 0
    • Áp suất lọc hiệu dụng bình thường là 13 mm Hg.
  • GFR có thể được mô tả bằng phương trình Starling cho cầu thận: Jv = K_f × [(P_GC - P_BS) - σ(π_GC - π_BS)]
    • Jv = dòng dịch thuần
    • K_f = hằng số lọc
    • σ = hệ số phản chiếu Staverman sigma
  • Trong lâm sàng, hai phương trình thường được sử dụng nhất để tính GFR ước tính là “phương trình nghiên cứu Thay đổi chế độ ăn trong bệnh thận” và “phương trình Hợp tác Dịch tễ học Bệnh thận mạn” (xem phần “Độ thanh thải creatinine“ dưới đây.

GFR được sử dụng để đánh giá chức năng thận và phân giai đoạn bệnh thận mạn.

Nồng độ chất hòa tan tương đối dọc theo ống lượn gần

• Cơ chế
  • Nước được hấp thu dọc theo ống lượn gần cùng với các chất hòa tan khác (ví dụ: creatinine, các chất điện giải, glucose)
  • Ở đầu ống lượn gần, nồng độ của tất cả các chất hòa tan trong dịch ống thận được lọc qua cầu thận tương đương với nồng độ trong huyết tương (P).
  • So với nước, các chất hòa tan có thể được tái hấp thu dọc theo ống lượn gần:
    • Cùng tốc độ →; nồng độ dịch ống thận không thay đổi so với nồng độ huyết tương (TF/P = 1)
    • Tốc độ thấp hơn →; nồng độ dịch ống thận tăng so với nồng độ huyết tương (TF/P > 1)
    • Tốc độ cao hơn →; nồng độ dịch ống thận giảm so với nồng độ huyết tương (TF/P < 1)
  • Các chất hòa tan cụ thể
    • Natri (Na⁺): được tái hấp thu cùng tốc độ với nước trong suốt ống lượn gần → (TF/P)_Natri = 1
    • Inulin
      • Không được tái hấp thu, cũng không được bài tiết dọc theo ống lượn gần → (TF/P)_Inulin > 1
      • Inulin có đặc điểm độc đáo là lượng của nó không thay đổi dọc theo ống lượn gần nhưng nồng độ trong ống thận chỉ được quyết định bởi sự tái hấp thu nước.
    • PAH và creatinine: có sự bài tiết thuần tại ống thận dọc theo ống lượn gần → (TF/P)_PAH/Creat. /Creat. > (TF/P)_Inulin > 1
    • Clorua (Cl^‑): (TF/P)_Clorua > 1 trong suốt ống lượn gần
      • Ban đầu được tái hấp thu với tốc độ chậm hơn nước và natri → (TF/P)_Clorua > 1 và đang tăng
      • Ở đoạn xa hơn của ống lượn gần, được tái hấp thu cùng tốc độ với nước và natri → vẫn (TF/P)_Clorua > 1 nhưng không còn tăng nữa (đạt bình nguyên)
    • Glucose: được tái hấp thu với tốc độ cao hơn nước → (TF/P)_Glucose < 1

Sự gia tăng nồng độ inulin dọc theo ống lượn gần là kết quả của lượng inulin không đổi trong dịch ống thận (không tái hấp thu hay bài tiết) và sự tái hấp thu nước.

Nước được tái hấp thu dọc theo ống lượn gần trong khi lượng inulin trong dịch ống thận giữ nguyên (không tái hấp thu hay bài tiết inulin). Điều này dẫn đến nồng độ inulin tăng dần dọc theo ống lượn gần.

Độ thanh thải Inulin

• Mô tả: được sử dụng để đánh giá GFR
• Cơ chế
  • Inulin được lọc tự do, không được tái hấp thu cũng không được bài tiết trong hệ thống ống thận, nghĩa là lượng inulin trong nước tiểu phản ánh lượng được lọc qua thận.
  • Độ thanh thải inulin có thể được dùng để tính GFR: GFR = U_inulin x V/P_inulin = C_inulin
    • U_inulin = nồng độ inulin trong nước tiểu
    • V = tốc độ dòng nước tiểu
    • P_inulin = nồng độ inulin trong huyết tương
    • C_inulin = độ thanh thải inulin

Độ thanh thải Creatinine

• Mô tả: tốc độ thanh thải creatinine của thận
• Cơ chế
  • Được sử dụng trong lâm sàng để tính GFR
  • Độ thanh thải creatinine = U x V / P
    • U = nồng độ creatinine trong nước tiểu 24 giờ
    • V = tốc độ dòng nước tiểu tính bằng mL/phút
    • P = nồng độ creatinine trong huyết tương
  • Việc tính trực tiếp độ thanh thải creatinine tốn thời gian và trở nên không chính xác nếu việc thu thập nước tiểu 24 giờ không đúng cách.
  • Phương trình Cockroft–Gault cho phép ước tính độ thanh thải creatinine
    • Độ thanh thải creatinine = ((140 - tuổi) x cân nặng (kg) x hằng số)/creatinine huyết thanh (mmol/L)
    • Hằng số = 1,23 đối với nam và 1,04 đối với nữ
  • Có một số phương trình dự đoán được sử dụng trong thực hành lâm sàng để tính eGFR từ nồng độ creatinine huyết thanh và dữ liệu nhân khẩu học:
    • Phương trình nghiên cứu Thay đổi chế độ ăn trong bệnh thận (MDRD)
    • Phương trình Hợp tác Dịch tễ học Bệnh thận mạn (CKD-EPI)
  • Tất cả các phương trình thường ước tính cao hơn một chút so với GFR thực tế vì một lượng nhỏ creatinine được bài tiết bởi các ống thận; trong thực hành lâm sàng, sự ước tính quá mức này có thể bỏ qua.

Acid para-aminohippuric (PAH)

• Mô tả: được sử dụng để ước tính lưu lượng huyết tương thận hiệu dụng
• Cơ chế
  • PAH được lọc tự do tại cầu thận và được bài tiết vào lòng ống thận, nhưng không được tái hấp thu. Do đó, gần như 100% PAH đi vào thận đều được bài tiết ra ngoài.
  • Lưu lượng huyết tương thận hiệu dụng (eRPF)
    • Xem phần “Lưu lượng máu thận” ở trên
    • eRPF = U_PAH x V/P_PAH = C_PAH
      • C_PAH = độ thanh thải PAH
      • P_PAH = nồng độ PAH trong huyết tương
      • V = tốc độ dòng nước tiểu
      • U_PAH = nồng độ PAH trong nước tiểu
  • Độ thanh thải phụ thuộc vào nồng độ PAH trong huyết tương (khoảng 650 mL/phút)
    • Nếu nồng độ PAH trong huyết tương thấp, nó sẽ được bài tiết hoàn toàn khỏi huyết tương thông qua quá trình lọc và bài tiết.
    • Quá trình bài tiết phụ thuộc vào một chất vận chuyển anion hữu cơ nằm trên màng đáy bên của ống lượn gần.
    • Nếu nồng độ PAH vượt quá khả năng vận chuyển của các chất vận chuyển anion (hoặc nếu có tổn thương ở ống lượn gần ), quá trình bài tiết bị suy giảm, làm giảm tổng lượng PAH được bài tiết. Điều này dẫn đến việc ước tính thấp hơn một chút lưu lượng huyết tương thận.

Độ thanh thải Glucose

• Mô tả: được sử dụng để đánh giá tình trạng đường niệu
• Cơ chế
  • Trong trạng thái đường huyết bình thường (glucose máu: 60–120 mg/dL), glucose được lọc hoàn toàn và được tái hấp thu hoàn toàn tại ống lượn gần (PCT) thông qua các đồng vận chuyển natri-glucose (SGLT2). Glucose không được bài tiết, do đó, độ thanh thải của nó thông thường là 0 mL/phút.
  • Ngưỡng glucose
    • Được định nghĩa là nồng độ glucose trong huyết tương mà tại đó glucose không còn được tái hấp thu mà bị bài tiết ra nước tiểu
    • Ngưỡng này tương đương với 180 mg/dL
  • Hiện tượng splay
    • Khi đạt đến ngưỡng glucose, các đồng vận chuyển natri-glucose ở một số nephron bị bão hòa hoàn toàn, khiến glucose bị bài tiết vào nước tiểu.
    • Đồng thời, tốc độ tái hấp thu glucose tối đa ở các nephron khác chỉ đạt được với nồng độ glucose cao hơn (do tính không đồng nhất của các nephron).
    • Do đó, sau khi vượt ngưỡng glucose, tốc độ tái hấp thu glucose tổng thể ban đầu vẫn tiếp tục tăng khi nồng độ glucose tăng cho đến khi tất cả các chất vận chuyển glucose ở tất cả các nephron đều bị bão hòa.
  • Tại tốc độ vận chuyển glucose ống thận là 380 mg/phút, tất cả các chất vận chuyển glucose (SGLT2) bị bão hòa và việc tái hấp thu glucose không thể tăng thêm được nữa.
  • Trên tốc độ lọc glucose 380 mg/phút, độ thanh thải glucose tỷ lệ thuận với nồng độ trong huyết tương.
  • Thai kỳ: ↑ GFR → ↑ lọc tất cả các chất hòa tan (bao gồm cả glucose) → đường niệu dù nồng độ glucose huyết tương bình thường
  • Thuốc ức chế SGLT2: ức chế các đồng vận chuyển natri-glucose → giảm ngưỡng glucose → đường niệu với nồng độ glucose huyết tương dưới 180 mg/dL

SGLT1 nằm ở ruột.
SGLT2 nằm ở ống lượn gần.

Lọc thận

Phân suất lọc (FF)

• Mô tả: tỷ lệ lưu lượng huyết tương thận (RPF) được lọc từ mao mạch vào khoang Bowman
• Cơ chế
  • FF = GFR/RPF (tức là FF = C_Inulin/C_PAH)
    • C_Inulin = độ thanh thải inulin
    • C_PAH = độ thanh thải PAH
  • Bình thường: 20%
  • Được điều hòa thông qua:
    • Prostaglandin → giãn tiểu động mạch đến → ↑ GFR và ↑ RPF (FF không đổi)
    • Angiotensin II → co tiểu động mạch đi → ↑ GFR và ↓ RPF → ↑ FF

PDA - Prostaglandins Dilate Afferent arterioles (Prostaglandin giãn tiểu động mạch đến)

ACE - Angiotensin II Constricts Efferent arterioles (Angiotensin II co tiểu động mạch đi)

Tải lượng lọc

• Mô tả: lượng chất X được lọc qua cầu thận trong một đơn vị thời gian
• Cơ chế: tải lượng lọc (mg/phút) = GFR (mL/phút) x nồng độ chất X trong huyết tương (mg/mL)

Thay đổi trong động lực học cầu thận
	Lưu lượng huyết tương thận	Phân suất lọc	Nguyên nhân có thể
↓ tốc độ lọc cầu thận (GFR)	↓	Không đổi	Co tiểu động mạch đến (VD: do ↓ prostaglandin khi dùng thuốc chống viêm không steroid (NSAIDs)) Hẹp động mạch thận
	Không đổi	↓	Tăng nồng độ protein huyết tương (VD: do đa u tủy xương)
	Không đổi	↓	Bệnh thận do tắc nghẽn
	↓	↑	Mất nước nặng (VD: do tiêu chảy, nôn mửa)
	↓	Không đổi	Viêm cầu thận
↑ tốc độ lọc cầu thận (GFR)	↓	↑	Co tiểu động mạch đi (VD: do ↑ angiotensin II khi kích hoạt hệ renin-angiotensin-aldosterone (RAAS))
	Không đổi	↑	Giảm nồng độ protein huyết tương (VD: do xơ gan, suy dinh dưỡng)

Bài tiết thận

Tốc độ bài tiết

• Mô tả: lượng chất X được bài tiết vào nước tiểu trong một đơn vị thời gian
• Cơ chế: tốc độ bài tiết (mg/phút) = tốc độ dòng nước tiểu (mL/phút) x nồng độ chất X trong nước tiểu (mg/mL)

Bài tiết phân đoạn

• Mô tả: tỷ lệ chất X được lọc qua cầu thận mà thực sự bị bài tiết ra nước tiểu
• Cơ chế
  • Bài tiết phân đoạn = tải lượng bài tiết (tốc độ dòng nước tiểu x nồng độ X trong nước tiểu)/tải lượng lọc (GFR × nồng độ X trong huyết tương)
    • FE < 1: một tỷ lệ lớn chất được lọc được tái hấp thu ở ống thận (ví dụ: nước, glucose, acid amin, natri clorua)
    • FE > 1: một tỷ lệ nhỏ chất được lọc được tái hấp thu hoặc có sự bài tiết thêm tại ống thận (ví dụ: PAH, atropine)
  • Phân suất bài tiết natri (Fe_Na): tỷ lệ phần trăm natri được lọc qua cầu thận bị bài tiết ra nước tiểu
    • Được sử dụng để xác định nguyên nhân gây tổn thương thận cấp
    • Fe_Na = (U_Na x S_Cr/S_Na x U_Cr) x 100
      • U_Na = nồng độ Na trong nước tiểu
      • S_Na = nồng độ Na trong huyết thanh
      • U_Cr = nồng độ creatinine trong nước tiểu
      • S_Cr = nồng độ creatinine trong huyết thanh
  • Tốc độ tái hấp thu = tải lượng lọc (GFR × nồng độ X trong huyết tương) - tải lượng bài tiết (tốc độ dòng nước tiểu x nồng độ X trong nước tiểu)
  • Tốc độ bài tiết = tải lượng bài tiết - tải lượng lọc

Thận và tim là những cơ quan có tỷ lệ chuyển hóa cơ bản và hàm lượng ty thể cao nhất.

• Dị hóa: Thận có nhu cầu cao về chất dinh dưỡng và oxy để sản xuất ATP. Năng lượng này cần thiết cho việc bài tiết các sản phẩm chuyển hóa, tái hấp thu chất dinh dưỡng, cũng như điều hòa huyết áp, điện giải, áp suất thẩm thấu huyết thanh và cân bằng kiềm-toan.
  • Việc sử dụng cơ chất tại từng phân đoạn của nephron được quyết định bởi các yếu tố sau:
    • Sự sẵn có của oxy và phân áp oxy (pO₂): giảm dần từ vỏ thận (nơi phụ thuộc vào beta-oxy hóa và phosphoryl hóa oxy hóa) đến tủy thận (nơi phụ thuộc nhiều hơn vào đường phân kị khí để đáp ứng nhu cầu năng lượng)
    • Mật độ các bơm và kênh sử dụng ATP (chủ yếu là Na⁺/K⁺-ATPase):
      • Quá trình vận chuyển xuyên ống thận càng mạnh thì nhu cầu năng lượng càng cao và việc sử dụng cơ chất càng tăng.
      • Ống lượn gần tái hấp thu 80% dịch lọc, bao gồm các ion, glucose và chất dinh dưỡng, do đó đòi hỏi nhiều ATP cho vận chuyển tích cực hơn so với các phân đoạn khác.
  • Các cơ chất chính
    • Ống lượn gần: axít béo
    • Nhánh lên dày của quai Henle: glucose
    • Ống lượn xa và ống thu thập: glucose
• Đồng hóa: Các tế bào vỏ thận có khả năng tân tạo đường trong trạng thái nhịn ăn.

Việc cung cấp oxy hạn chế cho tủy thận khiến khu vực này rất dễ bị tổn thương do thiếu oxy (đặc biệt là phân đoạn S3 của ống lượn gần và nhánh lên dày của quai Henle vùng tủy).