SỰ SINH MỚI BICARBONATE – HỆ ĐỆM PHOSPHATE VÀ AMMONIA

Chỉ có một lượng nhỏ H+ được bài xuất theo nước tiểu dưới dạng ion tự do. Vì sao? Là vì pH nước tiểu thấp nhất có thể là 4.5 tương ứng với nồng độ ion H+ tối đa trong nước tiểu là 0.03 mEq/L. Nghĩa là cứ 1 lít nước tiểu thải ra thì loại thải được 0.03 mEq H+ .Trong khi đó, lượng acid không bay hơi tạo ra trong một ngày là khoảng 80 mEq. Như vậy nếu H+ chỉ được thải dưới dạng tự do thì một ngày chúng ta phải tống xuất ra 2667 lít nước tiểu!!!

Do đó phần lớn H+ trong dịch lọc sẽ kết hợp với hệ đệm. Trong đó ta sẽ nhắc đến 2 hệ đệm quan trọng nhất là hệ đệm phosphate và hệ đệm ammonia.

Khi H+ được “chuẩn độ” với HCO3-, lúc đó sẽ có 1 HCO3- được hấp thu vào máu cho mỗi H+ bài xuất vào dịch lọc. Tuy nhiên khi H+ tăng quá mức trong dịch lọc như khi cơ thể nhiễm toan chẳng hạn, H+ sẽ kết hợp với các hệ đệm khác ngoài HCO3- dẫn đến sự tạo mới HCO3- và HCO3- này sẽ đi vào máu, chống lại tình trạng toan hóa.

HỆ ĐỆM PHOSPHATE

Hệ đệm phosphate gồm HPO42-/H2PO4-. Cả 2 chất này đều được cô đặc trong dịch lọc do chúng được tái hấp thu với tốc độ chậm hơn so với nước. Do đó dù hệ đệm phosphate không phải là một hệ đệm ngoại bào quan trọng nhưng nó lại tỏ ra có hiệu quả hơn trong trường hợp này. Một lí do nữa là vì pK của hệ đệm này bằng 6.8. Ở điều kiện bình thường nước tiểu hơi toan nên pH nước tiểu khá gần với pK của hệ đệm phosphate. Từ 2 yếu tố trên có thể kết luận rằng phosphate là một hệ đệm ống thận quan trọng.

Ban đầu khi lượng HCO3- trong dịch lọc còn dư, phần lớn H+ được bài tiết sẽ kết hợp với HCO3- tạo H2CO3 dưới sự xúc tác của carbonic anhydrase bờ bàn chải (brush border carbonic anhydrase) chuyển thành CO2 và H2O, vào trong tế bào biểu mô ống thận. Sau đó dưới sự có mặt của carbonic anhydrase nội bào (intracellular carbonic anhydrase)chúng kết hợp lại tạo H2CO3 và phân li thành H+ và HCO3-. H+ được bơm trở lại vào dịch lọc còn HCO3- được hấp thu vào máu (Hình 1)

Hình 1: Cơ chế tái hấp thu HCO3- đã được lọc tại 1 tế bào biểu mô ống lượn gần
Nguồn: Linda S.Costanzo, Physiology, 4th edn, Elsevier Saunders, 2010: Fig 7.5, page 306

Nhưng một khi toàn bộ HCO3- được hấp thu và không còn khả năng kết hợp với H+ nữa, H+ có thể kết hợp với HPO42- hoặc các hệ đệm khác trong ống thận tạo H2PO4-. Sau đó H2PO4- sẽ được bài tiết dưới dạng muối NaH2PO4 mang theo H+ dư xuất ra khỏi cơ thể (Hình 2)

Hình 2: Quá trình tạo acid chuẩn độ và sinh mới HCO3-
Nguồn: Walter F.Boron, Emile L.Boulpaep, Medical Physiology, Updated 2nd edn, Elsevier Saunders, 2012, Fig 39-2B, page 854

Ở đây có sự khác biệt so với bài tiết H+ minh họa trong Hình 1 ở trên. Trong trường hợp này, HCO3- được sinh mới trong tế bào biểu mô ống thận và đi vào máu, tạo ra một sự tăng thực thụ HCO3- trong máu chứ không phải chỉ đơn thuần là quá trình đưa HCO3- đã được lọc trở lại vào máu như đã thể hiện trong Hình 1. Vì thế, bất cứ khi nào có một H+ được bài tiết vào trong lòng ống kết hợp với một hệ đệm khác ngoài HCO3-, tác động thực sự là thêm 1 HCO3- mới vào trong máu.


Dưới điều kiện bình thường, phần lớn phosphate sau khi lọc sẽ được tái hấp thu, chỉ có khoảng 30-40mEq/ngày có khả năng đệm với H+ . Do đó, đa số H+ dư khi cơ thể nhiễm toan sẽ được đệm bằng hệ đệm ammonia.


HỆ ĐỆM AMMONIA

Hệ đệm ammonia bao gồm ammonia (NH3) và ion ammonium (NH4+). NH4+ được tổng hợp từ glutamine, chủ yếu là từ chuyển hóa amino acid tại gan. Glutamine được phân phối cho thận sẽ vào tế bào biểu mô ống thận gần, đoạn dày cành lên quai Henlé và ống thận xa.


*Trong tế bào biểu mô ống thận gần, đoạn dày cành lên quai Henlé và ống thận xa: 

Nguồn: Guyton and Hall, Textbook of Medical Physiology, 12th edn, Elsevier Saunders, Fig 30-8, page 389

Khi vào trong tế bào, glutamine sẽ trải qua một chuỗi phản ứng chuyển hóa để cuối cùng tạo ra 2 NH4+ và 2 HCO3-. NH4+ sau đó theo kênh đối vận Na+-NH4+ bơm vào trong lòng ống thận, tại đây chúng kết hợp với Cl- và được bài xuất ra ngoài dưới dạng muối NH4Cl. HCO3- được vận chuyển qua màng đáy bên, cùng với tái hấp thu Na+, vào trong dịch kẽ vào vào mao mạch quanh ống. Từ đó, với mỗi phân tử glutamine được chuyển hóa, có 2 NH4+ được bài xuất vào trong nước tiểu và 2 HCO3- được tái hấp thu vào máu. Quá trình này tạo thành 2 HCO3- mới.

*Trong tế bào biểu mô ống góp:

Nguồn: Guyton and Hall, Textbook of Medical Physiology, 12th edn, Elsevier Saunders, Fig 30-9, page 389

Sự thêm NH4+ vào trong dịch lọc có điểm khác. H+ được bơm vào lòng ống, sau đó kết hợp với NH3 tạo thành NH4+. Bởi vì tế bào biểu mô ống góp thấm tốt với NH3, nên NH3 có thể dễ dàng khuếch tán vào trong lòng ống. Tuy nhiên màng tế bào biểu mô ống góp lại không thấm NH4+ . Do đó một khi H+ đã kết hợp với NH3 tạo NH4+ thì NH4+ bị giữ lại trong lòng ống và bài xuất vào trong nước tiểu dưới dạng muối NH4Cl, mang theo H+ dư ra ngoài. Như vậy, với mỗi NH4+được bài xuất, có 1 HCO3-mới được tạo ra và thêm vào máu.

Hệ đệm ammonium/ammonia hoạt động với mục đích là kiểm soát sinh lý bình thường. Có nghĩa là khi nồng độ H+ ngoại bào tăng kích thích sự chuyển hóa glutamine tạo ra NH4+ và HCO3- mới để chống lại tình trạng toan hóa. Và ngược lại với khi nồng độ H+ ngoại bào giảm. Dưới điều kiện bình thường, số lượng H+ được bài xuất thông qua hệ đệm ammonia chiếm khoảng 50% acid được bài xuất và 50% HCO3- sinh mới bởi thận.