Qua sự tạo nước tiểu, thận có khả năng duy trì sự ổn định về thành phần và nồng độ các chất trong huyết tương, áp suất thẩm thấu, thể tích máu và dịch ngoại bào, độ pH và điều hòa huyết áp.
1.1. Thận điều hòa thành phần và nồng độ các chất trong huyết tương được lọc qua tiểu cầu thận.
Phần lớn các chất cần thiết cho cơ thể có trong dịch lọc sẽ được ống thận tái hấp thu; còn các sản phẩm thải của quá trình chuyển hóa, và các chất dư thừa như muối khoáng, nước v.v… sẽ được thải qua nước tiểu. Như vậy thông qua sự tạo nước tiểu mà thận duytrì sự ổn định về thành phần và nồng độ các chất trong huyết tương và dịch kẽ.
1.2. Thận điều hòa áp suất thẩm thấu của dịch ngoại bào
Áp suất thẩm thấu trung binh của dịch ngoại bào là 300 mOsm/L, nó được xác định chủ yếu iàdo nồng độ ion Na+ trong dịch ngoại bào, vl Na+ là ion dương chính, chiếm hơn 90 phần trăm, và khi nó được tái hâp thu bởi ống thận, sẽ kéo theo các ion âm. Ngoài ra glucoz và urê, là các chất hòa tan thẩm thấu không ion trong dịch ngoại bào, chỉ tạo ra khoảng ba phần trăm độ thẩm thấu toàn phần, còn Na+ chiếm trên 90 phần trăm.
Có ba hệ thông điều hòa độ thẩm thấu ngoại bào, và nồng độ Na+, đó là (1) hormon ADH, (2) cảm giác khát, và (3) cơ chế thèm ăn muối.
1.2.1. Hormon ADH của vùng dưới đồi
Khi độ thẩm thâu của dịch ngoại bào tăng, nó kích thích bộ phận nhận cẳm thẩm thấu trong phần trước của vùng dưới đồi, gần nhân trên thị. Bộ phận nhận cảm này, đến lượt nó, kích thích nhân trên thị và nhân cạnh não thất, các xung thần kinh sẽ truyền theo sợi trục của các nơrôn tới đỉnh của nó, tận cùng ở thùy sau tuyến yên, gây giải phóng ADH vào máu mao mạch của thùy sau tuyến yên. Khoảng 5/6 lượng ADH được tạo thành do nhân trên thị và chỉ 1/6 được tạo thành do nhân cạnh não thất. ADH theo máu đến thận, làm tăng tính thấm của ông xa đoạn sau, ống góp vỏ và ống góp tủy đốì vđi nước, gây tăng tái hấp thu nước cho cơ thể. Thận gây giữ nước, nhưng thải Na+ và các chất thẩm thấu khác qua nước tiểu, làm giảm natri vầ các chất thẩm thấu trong dịch ngoại bào. Như vậy điều chỉnh dịch ngoại bào ban đầu cô đặc trở về độ thẩm thấu bình thường.
Ngược lại khi dịch ngoại bào trở nên quá loãng, nhân trên thị và nhân cạnh não thất không bị kích thích, thùy sau tuyến yên sẽ tiết ít ADH, và thận thải nhiều nước qua nước tiểu, tương ứng với dịch ngoại bào loãng, như vậy làm cô đặc dịch hướng trở về bình thường.
Một người uống 1 lít nước, 45 phút sau thì lượng nước tiểu tăng lên gấp 8 lần bình thường, và duy trì ở mức đó trong 2 giờ, cho đến khi độ thẩm thấu của dịch ngoại bào trở lại bình thường, do ức chế sự bài tiết ADH.
Còn khi ADH tiết nhiều, nó sẽ làm giảm lượng nước tiểu và tăng thể tích máu, vì tăng tái hấp thu nước. Hậu quả là nước tiểu sẽ cô đặc và dịch ngoại bào thì loãng, vì lượng nước nhiều và nồng độ natri giảm.
1.2.2. Cảm giác khát và sự điều hòa độ thẩm thấu dịch ngoại bào
Trung tâm cảm giác khát nằm ở vùng dọc theo vách trước bụng của não thất ba, và ở vị trí trước bên, trong vùng trước thị của vùng dưới đồi. Tiêm dung dịch muối ưu trương vào các vùng trung tâm khát, gây thấm nước từ các tế bào thần kinh ra ngoài và gây cảm giác khát. Vì vậy chức năng của những tế bào này như là bộ phận nhận cảm thẩm thấu, hoạt hóa cơ chế khát, có lẽ đó cũng là bộ phận nhận cảm thẩm thấu hoạt hóa hệ thống ADH. Tăng áp suất thẩm thâu của dịch não tủy trong não thất III cũng gây khát nước.
Những kích thích cơ bản gây khát là: (1) sự mất nước trong tế bào, (2) nồng độ thẩm thấu của dịch ngoại bào tăng, đặc biệt là nồng độ Na+ tăng gây thấm dịch từ tế bào thần kinh của trung tâm khát ra ngoài, (3) mất quá nhiều K+ từ cơ thể, làm giảm K+ trong các tế bào của trung tâm khát.
Người khát uống nước vào sẽ làm giảm ngay cảm giác khát, cả khi nước chưa kịp hấp thu vào máu qua bộ máy tiêu hóa.
Sự thực là ở người bị mở thực quản, nước uống không vào dạ dày, vẫn mất cảm giác khát, nhưng đó chỉ là tạm thời, và cảm giác khát lại trở lại sau 15 phút hay hơn. Sau khi uống nước, phải từ nửa đến 1 giờ sau, nước mới được hấp thu và phân phối đều khắp Cơ thể. Cảm giác khát nếu không tạm thời mất đi, thì người ta sẽ uống tiếp tục, và lượng nước vào sẽ quá mức cần thiết, dịch ngoại bào lại loãng quá mức bình thường, cơ thể lại phải điều hòa trong vòng lẩn quẩn là thải nước qua thận.
1.2.3. Điều hòa sự thu thập Na+ bằng cơ chế thèm ăn muối
Có hai tác nhân chính kích thích thèm ăn muối: (1) sự giảm nồng độ Na+ trong dịch ngoại bào, và (2) suy tuần hoàn, gây ra do giảm thể tích máu. Tuy nhiên sự khác nhau chính giữa khát và thèm ăn muối là khát thì xảy ra ngay lập tức, còn thèm ăn muối thường chậm sau nhiều giờ và tăng lên dần dần. Trung tâm thèm ăn muối ở não cũng là trung tâm khát.
Cung phản xạ tuần hoàn tạo bởi áp suất máu thấp, hay thể tích máu giảm đều qua các trung tâm ở não, để tác dụng đến khát và thèm ăn muối.
1.3.1. Điều hòa thể tích máu
Khi thể tích máu tăng, làm tăng lưu lượng tim và tăng áp suất động mạch. Tăng áp suất động mạch sẽ làm tăng mức lọc tiểu cầu, và lưu lượng nước tiểu, cơ thể mất bớt nước và thể tích máu trở về bình thường. Còn khi thể tích máu giảm thì quá trình, ngược lại, thận bài xuâ’t ít nước tiểu, nước được tái hấp thu về cơ thể, và thể tích máu trở về bình thường. Có nhiều yếu tố thần kinh và nội tiết điều hòa thể tích máu.
Phản xạ thể tích: khi thể tích máu tăng làm áp suất động mạch tăng, áp suất động mạch phổi và áp suất các mạch khác trong lồng ngực tăng. Sức căng của thụ thể áp suất động mạch ở quai động mạch chủ và xoang động mạch cảnh gây phản kạ ức chế thần kinh giao cảm, làm giãn tiểu động mạch vào tiểu cầu thận, tăng lượng nước tiểu, và giảm thể tích máu, phản xạ này được gọi là phản xạ thể tích.
Tác dụng của yếu tô’ 1ỢỈ tiểu Na+ của tâm nhĩ: khi hai tâm nhĩ bị căng ra do tăng thể tích máu, nó giải phóng yếu tố lợi tiểu Na+ của tâm nhĩ (Atrial Natriuretic Factor: ANF) vào máu, châ’t này hoạt động trên thận làm tăng bài xuất Na+ gấp từ 3 đến 10 lần. Tuy nhiên tác dụng này trên lưu lượng nước tiểu không kéo dài.
Tầc dụng của aldosteron: làm tăng tái hấp thu Na+, kéo theo nước, làm tăng thể tích máu lên từ 10 đến 20 phần trăm, rồi áp suất động mạch tăng do tăng thể tích máu và thận bắt đầu bài xuất Na+ bằng với số lượng ăn vào hàng ngày, mặc dầu vẫn có mặt của aldosteron, .vì lợi niệu áp suất xẩy ra khi áp suất động mạch tăng.
Vai trò của angiotensin: không làm tăng thể tích máu lên quá từ 5 đến 10 phần trăm, mặc dù angiotensin II có cả hai tác dụng: trực tiếp trên thận, gây ứ nạ tri và nước, và gián tiếp khi nó kích thích tuyến thượng thận bài tiết aldosteron,
Tác dụng của ADH: truyền một lượng lớn ADH cho con vật, làm tăng thể tích máu lên từ 15 đến 25 phần trăm trong ít ngày đầu tiên. Tuy nhiên áp suất động mạch cũng tăng, và gây bài xuất nước, sau đó thể tích máu đo được không quá từ 5 đến 10 phần trăm trên bình thường, và áp suất động mạch cũng trở về bình thường. Như vậy không có sự thay đổi thể tích máu trầm trọng, nhưng con vật bị giảm nặng Na+ ngoại bào, vì thận vẫn tiếp tục đào thải Na+, trong khi nước ứ lại làm pha loang dịch.
1.3.2. Điều hòa thể tích dịch ngoại bào
Những yếu tố chính gây phù là: (ỉ) tăng áp suất mao mạch, (2) giảm áp suất keo huyết tương, (3) tăng áp suất keo tổ chức, và (4) tăng tính thấm của mao mạch.
Sự phân phối bình thường của thể tích dịch giữa khoảng kẽ và hệ thống mạch là như sau: khi một lượng lổn dịch tích lại ở khoảng ngoài tế bào, do uống vào quá nhiều nước, hay do giảm lượng nước tiểu, khoảng từ 17 tới 34 phần trăm dịch quá mức này ở lại trong máu, làm tăng thể tích máu, phần còn lại của dịch sẽ ứ lại trong khoảng kẽ. Tuy nhiên, khi thể tích dịch ngoại bào tâng lên từ 30 đến 50 phần trăm trên mức bình thường, thì rất ít dịch ở lại trong máu, Hầu hết nó đi vào khoảng kẽ, áp suất dịch khoảng kẽ từ trị số âm bình thường tới trị số dương, khoảng kê trở nên quá tải, đôi khi thể tích tăng lên từ 10 đến 30 lít, gây phù nặng.
1.4. Thận điều hòa nồng độ ion H+ và độ pH của cơ thể
1.4.1. Sự bài tiết ion H+
Tế bào biểu mô ống liên tục bài tiết ion H+ ra lòng ống, cơ chế là như sau: khi C0 2 từ dịch kẽ khuếch tán vào tế bào biểu mô, dưới tác dụng của. men anhydraz carbonic (car-bonic anhydrase), nó sẽ kết hợp với nước để cho axít cacbonic (carbonic acid: H-jCOj).
Axít cacbonic là axít yếu, dễ phân ly cho ion H+ và ion HC0 3– , ion H+ được vận chuyển tích cực ra lòng ống, trong khi đó Na+khuếch tán thụ động từ lòng ông vào tế bào, theo bậc thang điện hóa. Còn ion HC0 3– khuếch tán thụ động ra dịch kẽ, do bậc thang điện thế tạo ra do sự di chuyển tích cực Na+ ra dịch kẽ. Đối với một ion H+ được bài tiết ra lòng ống, một ion HC0 3– và một ion Na+ đi ra dịck kẽ và từ đó khuếch tán qua mao mạch vào trong dòng máu Trong phần đầu của ống thận: ông gần, đoạn dày ngành lên của quai Henle, và ống xa, ion H+ được bài tiết ra lòng ống theo cơ chế vận chuyển tích cực thứ phát. Còn trong phần sau của ông thận, bắt đầu từ ông xa sau, đến ống góp vỏ và ống góp đổ vào bể thận, ion H+đưực bài tiết bằng cơ chế vận chuyển tích cực nguyên phát. Nó khác với vận chuyển tích cực thứ phát ở chỗ: (1) nó chỉ chiếm dưới 5 phần trăm của toàn bộ ion H+ bài xuất, (2) nó có thể cô đặc ion H+ cao đến 900 lần, so với chỉ 3 đến 4 lần nồng độ có thể đạt được ở ống gần, và 10 đến 15 lần ở đoạn đầu ông xa. Nồng độ 900 lần của ion H+làm giảm dộ pH của dịch ống tới 4,5, đó là giới hạn thấp nhất cho phép đạt được ở nước tiểu bài xuất. Vì dịch ống càng axít càng chống lại sự bài tiết tích cực ion H mức pH bằng 4,5 làm ngừng bài tiết ion H+, và hậu quả là ion H+ ứ lại cơ thể, gây nhiễm axít. Nếu không có các chất đệm trung hòa bớt ion H+ trong dịch ông, mức pH bằng 4,5 này sẽ nhanh chóng đạt tới. Ba phản ứng quan trọng trong dịch ống, vận chuyển ion H+ tự do, cho phép nhiều axít hơn được bài tiết là: phản t?ng với HC0 3~ để tạo thành C0 2 và nước, phản ứng với P0 43‘ để tạo thành H 2P0 4 ‘ và phản ứng vơi NH3 để tạo thành
Ion H+ được vận chuyển trực tiếp bằng protein vận chuyển đặc biệt, hydrogen – transporting adenosin triphosphataz. Năng lượng cần cho sự bơm ion H+ chống lại bậc thang nồng độ 900 lần lấy từ sự cắt ATP thành ADP
1.4.2. Phản ứng của bicacbonat với ion H+ trong ống
Sự tái hấp thu bicacbonat mở đầu bằng phản ứng trong ống giữa bicarbonat trong dịch lọc cầu thận xuống ống, và ion H+ được bài tiết bởi tế bào ống, để tạo thành H 2C0 3. H 2C0 3 sẽ bị phân ly cho C0 2 và H 20 dưới sự xúc tác của các men anhydraz carbonic, men này nằm trong bờ bàn chải của tế bào biểu mô ông gần, không có trong ống xa C0 2 dễ dàng khuếch tán qua màng sinh học vào trong tế bào ống. Vì vậy H+ được tiêu thụ, nên độ pH của dịch ông không thay đổi, và HC0 3– được tái hấp thu. Cho mỗi một mol HC0 3– kết hợp với H+, một mol HC0 3 ‘ khuếch tán từ tế bào ống vào máu, mặc dầu nó không phải cùng một moi mà nó đã biến mất từ dịch ống.
1.4.3. Sự điều chỉnh của thận đối với tình trạng toan huyết – Sự tăng bicacbonat trong dịch ngoại bào
1.4.4. Sự điều chỉnh của thận đối với tình trạng kiềm huyết – Sự giảm bicacbonat trong dịch ngoại bào
1.4.5. Sự kết hợp của ion H+ quá mức với hệ đệm ống và thải qua nước tiểu
Hệ phosphat: H+ phản ứng với phosphat hai kiềm (HP042~) để tạo thành phosphat một kiềm (H2P04-).
Khi có quá nhiều ion H+ được bái tiết vào ống, nó thường không ở dạng tự do, mà kết hợp với các chất đệm trong ống và thải . qua nước tiểu, Có hai hệ đệm rất quan trọng để vận chuyển các ion H+ quá mức là hệ phosphat và ammoni, ngoài ra còn một số hệ đệm yếu khác, ít quan trọng như urat và citrat.
Hệ ammoni: NH3 được bài tiết trong hệ thông ống thận.
Phản ứng chủ yếu xảy ra ở ống xa và ống góp, vì phosphat thoát khỏi sự tái hấp thu của ống gần, và tập trung một lượng lớn ở đây, phosphat một kiềm NaH 2P0 4 sẽ được thải qua nước tiểu,