Nguyên lý lọc máu trong thận nhân tạo chu kỳ

Để tránh việc quá lan man vào rất nhiều nguyên lý lọc máu trong thận nhân tạo chu kỳ, bào viết này chúng tôi chỉ trọng tâm vào nguyên lý lọc máu với sự giới hạn trong thận nhân tạo chu kỳ. Còn các nguyên lý lọc máu trong các kỹ thuật khác, bạn đọc có thể tìm trong các tài liệu khác trong website này.

I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Việc đầu tiên là chúng ta phải hiểu được về các khái niệm cơ bản nhất. Các khái niệm ở đây bao gồm: (1) Độc tố uremic; (2) màng bán thấm, (3) khuếch tan và (4) siêu lọc

1. Độc tố Uremic – Uremic toxins

Năm 1999, Hiệp hội ghép tạng Châu Âu – European Society of Artificial Organs (ESAO), phối hợp với Hội Thận học, lọc máu và ghép tạng Châu Âu – European Renal Association-European Dialysis Transplantation Association (ERA-EDTA) thành lập nhóm chuyên nghiên cứu các độc tố đã biết và chưa biết ở đối tượng người bệnh bệnh thận mạn (CKD) và người lọc máu. Theo khái niệm, các độc tố uremic bao gồm những chất được bài tiết bởi thận, nồng độ của chúng sẽ tăng lên trong các khoang dịch cơ thể và/hoặc trong các mô khác nhau của người bệnh suy thận.

Các điều kiện để một chất được xác định là độc tố uremic bao gồm:

– Độc tố phải được xác định và các đặc tính về hóa học

– Có thể phân tích định lượng của độc tố trong các dịch sinh học

– Nồng độ của độc tố trong các dịch sinh học phải tăng cao trong bối cảnh tăng ure máu

– Phải có môi tương quan chặt chẽ giữa nồng độ độc tố trong dịch sinh học và có một hay nhiều biểu hiện lâm sàng của tăng ure máu

– Nồng độ độc tố giảm trong dịch sinh học phải làm cải thiện các triệu chứng tăng ure máu

– Việc sử dụng chất độc để đạt được mức độ tương tự như mức quan sát được trong urê huyết phải tái tạo biểu hiện urê huyết ở động vật hoặc người bình thường (nếu chỉ chứng minh trong ống nghiệm về độc tính tế bào là không đủ để đáp ứng tiêu chí này).

– Một cơ chế sinh bệnh học được chứng minh để giải thích mối liên kết giữa độc tính và các biểu hiện lâm sàng.

Với nỗ lực không ngừng, đến nay, các nhà khoa học của EUTox đã phát hiện được 130 độc tố uremic khác nhau. Bạn đọc có thể truy cập vào website để biết được danh sách các độc tố, độc tính của từng độc tố qua đường link sau: https://database.uremic-toxins.org/home.php.

Một vấn đề là phân loại các độc tố này như thế nào trong thận nhân tạo. Trong danh sách các độc tố uremic, bạn đọc có thể tìm thấy cách phân loại độc tố theo trọng lượng phân tử, tính hòa tan trong nước, liên kết protein, cơ chế gây độc của độc tố. Tuy nhiên, trong giới hạn bài viết này, chúng tôi chỉ giới hạn trình bầy phân loại độc tố uremic dựa theo trọng lượng phân tử và tính hòa tan trong nước và/hoặc liên kết protein hay không.

Dựa trên đặc tính hòa tan và liên kết protein, độc tố được phân ra làm 3 nhóm như sau:

– Nhóm 1: các độc tố uremic hòa tan trong nước, trọng lượng phân tử nhỏ hơn 500 Da;

– Nhóm 2: Các độc tố uremic hòa tan trọng nước có trọng lượng phân tử lớn hơn hoặc nhỏ hơn 500 Da nhưng liên kết với protein; và

– Nhóm 3: Các độc tố uremic trọng lượng phân tử lớn.

Trong lọc máu, để một chất hòa tan dễ dàng được lọc, chất đó phải là chất hòa tan trong nước. Đồng thời, trọng lượng phân tử có một ý nghĩa quan trọng liên quan đến vận tốc của phân tử và khả năng đi qua lỗ của màng lọc. Một chất hòa tan có trọng lượng phân tử nhỏ, có vận tốc lớn hơn, dễ dàng đi qua lỗ lọc nên dễ dàng được lọc hơn và ngược lại.

Tuy nhiên, do trong các khoang dịch cơ thể có rất nhiều protein khác nhau như albumin, các globulin miễn dịch. Các chất này có tính phân cực về điện, nghĩa là nó có cực âm và cực dương khác nhau. Các chất hòa tan cũng vậy, nên một số độc tố uremic liên kết chặt chẽ với các protein đó. Dù cho độc tố uremic có trọng lượng phân tử nhỏ, khi liên kết với protein, nó trở thành một chất hòa tan lớn. Chỉ một phần tồn tại tự do được tồn tại mà thôi.

2. Màng bán thấm

Màng bán thấm là một lợi màng tự nhiên hoặc tổng hợp mà cho phép các chất hòa tan gồm các phân tử và ion đi qua màng khi có sự chênh lệch nồng độ giữa hai bên của màng. (Hình 1)

Hình 1: Màng bán thấm cấu tạo có các lỗ lọc, những chất hòa tan có trọng lượng phân từ nhỏ dễ dàng đi qua lỗ lọc từ khoang máu có nồng độ cao đến khoang dịch có nồng độ thấp, các chất có trọng lượng phân tử lớn hơn kích thước lỗ lọc bị giữ lại

Cấu tạo của màng bán thấm có các lỗ lọc. Tuy nhiên, đa số màng có cấu tạo dạng xốp, lỗ lọc được tại thành từ các khoang trên màng lọc như Hình 2 dưới đây:

Hình 1: cấu trúc màng bán thấm

Một đặc tính của màng lọc là tính thấm của màng lọc với chất hòa tan. Như trên đã nói, tính thấm của màng lọc phụ thuộc vào trọng lượng phân tử của chất hòa tan và nồng độ chất hòa tan. Các chất hòa tan có trọng lượng phân tử nhỏ sẽ dễ dàng đi qua lỗ lọc trên màng lọc và ngược lại, chất có trọng lượng phân tử lớn có vận tốt phân tử chậm hơn, kích thước lớn hơn lỗ lọc thì khó có thể đi qua được lỗ lọc. Trong giới hạn kiến thức cơ bản, chúng tôi sẽ không đi quá sâu vào các phương trình tính toán hệ số lọc qua màng bán thấm và các thông số khác. Bạn đọc có thể tìm hiểu sâu hơn ở chủ đề khác.

3. Các nguyên lý lọc máu trong thận nhân tạo

Như phần mở đầu của bài viết này, chúng tôi không muốn bạn đọc quá lan man vào quá nhiều các phương pháp lọc máu khác nhau, nên chúng tôi chỉ giới hạn trong phương pháp chạy thận nhân tạo chu kỳ với hai nguyên lý cở bản gồm khuếch tán và siêu lọc.

3.1. Khuếch tán

Chúng ta lấy một ví dụ như hình 3 dưới đây. Hai dung dịch A và B được ngăn bởi một màng bán thấm. Trong đó, dung dịch A có các độc tố uremic với trọng lượng phân tử khác nhau; dung dịch B cũng có chứa các chất hòa tan khác.

Hình 3: Cơ chế khuếch tán

Ở thời điểm t = 0, nồng độ các chất hòa tan rất khác nhau giữa 2 bên của dung dịch, trong đó, các chất hòa tan ở dung dịch A không có ở bên dung dịch B và ngược lại. Sau một khoảng thời gian, các chất tan nhỏ ở dung dịch A thấm sang bên dung dịch B, các chất hòa tan của dung dịch B cũng thấm sang dung dịch A. Khi nồng độ của hai bên là cân bằng, nghĩa là nồng độ chất hòa tan ở dung dịch A bằng dung dịch B, sự vận chuyển chất tan sang hai bên của màng bán thấm là cân bằng với nhau. Các phân tử hòa tan có trọng lượng phân tử lớn, có tốc vận tốc chuyển qua màng bán thấm chậm hơn.

3.2. Siêu lọc

Nước là một phân tử có trọng lượng phân tử rất nhỏ nên nó dễ dàng đi qua màng bán thấm. CŨng ở ví dụ trên, khi chúng ta tạo một sự chênh lệch áp lực thủy tĩnh giữa dung dịch A và dung dịch B, nước sẽ vận chuyển ừ dung dịch A sang dung dịch B. Sự di chuyển của nước qua màng bán thấm nhờ chênh lệch áp lực thủy tĩnh được gọi là siêu lọc. (Hình 4)

Hình 4: Siêu lọc. Áp lực thủy tĩnh của dung dịch A lớn hơn dung dịch B, do đó nước di chuyển từ dung dịch A sang dung dịch B

Ở ví dụ trên chúng ta thấy, các chất hòa tan trong dung dịch A sẽ thấm sang dung dịch B nhưng các chất ở dung dịch B không thấm qua dung dịch A. Điều này có được là do phân tử nước có tính lưỡng cực (nguyên tử Oxi có điện tích âm, nguyên tử hidro có điện tích dương). Khi nước đi từ dung dịch A sang dung dịch B, nó sẽ kéo chất hòa tan. Đồng thời, dưới tác dụng của dòng chảy, nó sẽ đẩy chất hòa tan đi theo mà không có sự di chuyển ngược chiều dòng chảy. Đây là nguyên lý đối lưu mà sẽ được nhắc nhiều trong mô tả phương pháp lọc máu HDF online sau này.

Như vậy, siêu lọc xảy ra khi có sự chênh lệch áp lực thủy tĩnh. Áp lực này càng lớn, tốc độ vận chuyển của nước sẽ càng lớn. ÁP lực này còn được gọi là Áp lực vận chuyển qua màng (TMP). Trong thận nhân tạo, TMP là hiệu số giữa Áp lực khoang máu (PB) trừ đi áp lực khoang dịch (PD)

TMP = PB – PD (mmHg)

Số lượng nước vận chuyển qua màng trong một giờ khi TMP bằng 1 mmHg được gọi là Hệ số siêu lọc – K_UF . Đơn vị của K_UF là ml/h/mmHg. Hệ số siêu lọc có một ý nghĩa quan trọng, nó gián tiếp đánh giá kích thước lỗ lọc trên màng lọc. Khi hai quả lọc thận có chung diện tích màng, kích thước lỗ lọc lớn, K_UFcàng lớn và là một chỉ số để phân loại màng lọc (low flux, high flux).

Bài tiếp theo: Tỷ lệ lọc, độ thanh thải của quả lọc

Trở về danh sách các bài viết Thận nhân tạo cơ bản

BSCKI Nguyễn Thanh Hùng