SINH LÝ DỊCH CƠ THỂ
1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DỊCH CƠ THỂ
Ở người trưởng thành 50-60% trọng lượng cơ thể là dịch.
1.1. Phân bố dịch cơ thể
Dịch của cơ thể được phân bố trong hai ngăn chính:
+ Dịch nội bào (ICF: Intracellular fluid): là lượng dịch nằm trong các tế bào chiếm 2/3 tổng lượng dịch cơ thể.
+ Dịch ngoại bào (ECF: Extracellular fluid): là tất cả các dịch nằm ngoài tế bào chiếm 1/3 tổng lượng dịch cơ thể.
-
- Dịch kẽ: 3 /4 tổng lượng dịch ngoại bào
- Huyết tương: 1 /4 tổng lượng dịch ngoại bào
=> NĐTT: nồng độ thẩm thấu.
1.2. Thành phần dịch cơ thể
Dịch trong cơ thể gồm dung môi là nước và các chất hòa tan được phân thành hai nhóm chính là chất điện giải và chất không điện giải. Về mặt khối lượng, chất không điện giải chiếm tỷ lệ lớn hơn chất điện giải nhưng tính chất thẩm thấu của dịch cơ thể lại được quyết định bởi thành phần điện giải. Sự khác biệt giữa ICF và ECF là ECF chứa chủ yếu các chất dinh dưỡng như oxygen, glucose, acid béo, acid amin, một lượng lớn Na + , Cl- và HCO3 – , ngoài ra ECF cũng chứa một lượng lớn CO2 và các sản phẩm chuyển hóa của tế bào, sẽ được chuyển đến phổi hoặc thận để được bài xuất ra ngoài; còn ICF chứa chủ yếu là K + , Mg 2+ , phosphat.
Dịch ngoại bào: Na+, Cl-, HCO3-
Dịch nội bào: K+,
2. NỘI MÔI
2.1. Khái niệm nội môi
- Tất cả các tế bào đều tiến hành các hoạt động của mình trong một môi trường thống nhất là dịch ngoại bào nên dịch ngoại bào còn được gọi là môi trường bên trong cơ thể hay nội môi.
2.2. Hằng tính nội môi (Homeostasis)
- Hằng tính nội môi là duy trì các trạng thái hoặc điều kiện hằng định trong nội môi.
- Việc duy trì hằng tính nội môi đóng một vai trò vô cùng quan trọng bởi nó là tiền đề cho sự tồn tại và phát triển của các tế bào.
- Tuy nhiên, nội môi cũng cần được liên tục đổi mới và tuần hoàn.
- Do vậy, hằng tính nội môi được quyết định bởi hoạt động của 3 hệ thống:
- Hệ thống tiếp nhận,
- Hệ thống vận chuyển
- Hệ thống bài tiết.
2.2.1. Hệ thống tiếp nhận
Hệ thống này đảm bảo sự ổn định đầu vào cho các thành phần dịch ngoại bào, bao gồm:
– Hệ hô hấp: đảm bảo cung cấp đủ lượng O2 cho tế bào.
– Hệ tiêu hóa: cung cấp các chất dinh dưỡng cho cơ thể bao gồm glucose, acid béo, acid amin, các ion, vitamin…
– Gan: không phải tất cả các chất hấp thu ở đường tiêu hóa đều được tế bào sử dụng. Gan sẽ làm thay đổi thành phần hóa học của chất này thành những dạng thích hợp cho tế bào hoặc dự trữ một số chất khi thừa.
– Các mô khác như mô mỡ, niêm mạc đường tiêu hóa, thận và tuyến nội tiết: giúp thay đổi các chất được hấp thu, dự trữ nó theo nhu cầu cơ thể.
2.2.2. Hệ thống vận chuyển
Hệ thống này đảm bảo cho dịch ngoại bào được tuần hoàn khắp cơ thể, bao gồm: tim và mạch. Sự lưu chuyển được thực hiện liên tục theo 2 chiều:
– Từ nơi tiếp nhận các chất dinh dưỡng đến các mô.
– Từ các mô đến nơi đào thải các sản phẩm chuyển hóa.
2.2.3. Hệ thống bài tiết
Hệ thống này đảm bảo sự ổn định đầu ra cho các thành phần dịch ngoại bào, bao gồm:
– Hệ hô hấp: qua hoạt động thông khí, phổi đào thải CO2 ra ngoài.
– Hệ tiết niệu: qua hoạt động bài tiết nước tiểu, thận đào thải hầu hết các sản phẩm chuyển hóa không cần thiết hoặc các chất có nồng độ vượt quá yêu cầu của cơ thể.
– Hệ tiêu hóa: qua hoạt động tiêu hóa, ruột đào thải một số sản phẩm chuyển hóa ra ngoài dưới dạng phân.
– Da: da vừa làm nhiệm vụ bảo vệ cơ thể vừa là cơ quan bài tiết. Da cũng tham gia vào quá trình thải nhiệt góp phần điều hòa thân nhiệt.
2.3. Các khoang dịch ngoại bào
2.3.1. Huyết tương
– Khái niệm: huyết tương là thành phần lỏng của máu, chiếm 5% trọng lượng
cơ thể. Như vậy, huyết tương là thành phần của ECF nằm trong lòng mạch.
– Chức năng của huyết tương:
+ Protein của huyết tương cao gấp ba lần của dịch kẽ, 7,3g/dL, gồm: albumin,
globulin (ai,, Ơ2, P1, |3:_ Y), fibrinogen. Do có kích thước phân tử lớn, các protein
không thấm qua các lỗ nhỏ của thành mao mạch, tạo ra một lực thẩm thấu vào khoảng
28mmHg, gọi là áp suất keo, áp suất này có khuynh hướng kéo nước vào mao mạch,
đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất qua thành mao mạch.
+ Ngoài ra, huyết tương còn có chức năng điều hòa thăng bằng kiềm toan,
đông máu, bảo vệ cơ thể, vận chuyển các chất…
2.3.2. Dịch kẽ
– Khái niệm: dịch kẽ là dịch nằm trong khoảng kẽ giữa các tế bào, là thành
phần ECF ở bên ngoài hệ thống mạch, chiếm khoảng 15% tổng trọng lượng cơ thể.
– Chức năng của dịch kẽ: cung cấp oxy và các chất dinh dưỡng cho tế bào
đồng thời nhận của các tế bào CO2 và các sản phẩm chuyển hóa để chuyển thải ra
ngoài.
2.3.3. Dịch bạch huyết
– Khái niệm: dịch bạch huyết là dịch kẽ chảy vào hệ thống bạch mạch, đổ vào
tĩnh mạch qua ống ngực và ống bạch huyết phổi.
– Chức năng của dịch bạch huyết:
+ Khoảng 2/3 bạch huyết của cơ thể xuất phát từ gan và ruột nên đây là một
trong những con đường chủ yếu để hấp thu các chất dinh dưỡng từ ống tiêu hóa, đặc
biệt hấp thu mỡ.
+ Dịch bạch huyết cũng sẽ đưa trở lại hệ thống tuần hoàn một lượng protein
và dịch từ dịch kẽ. Vì vậy hệ bạch huyết đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát
nồng độ protein trong dịch kẽ, thể tích và áp suất dịch kẽ. Thành phần protein của
dịch bạch huyết tương tự như dịch kẽ, nồng độ protein khoảng 2g/dL thay đổi tuỳ cơ
quan như: của gan khoảng 6g/dL, của ruột khoảng 3-4g/dL; của ống ngực là 3-5g/dL.
+ Bạch cầu lympho đi vào hệ thống tuần hoàn chủ yếu qua đường bạch huyết
vì vậy có một số bạch cầu lympho trong bạch huyết của ống ngực.
2.3.4. Dịch não tủy
– Khái niệm:
+ Dịch não tủy là dịch trong các não thất, bể chứa quanh não, các khoang dưới màng nhện và tủy sống. Các khoang này lưu thông với nhau và áp suất dịch não tủy được điều hòa ở mức hằng định. Mỗi ngày có khoảng 500 mL dịch não tủy được bài tiết từ các đám rối màng mạch của các não thất, chủ yếu là hai não thất bên và màng ống nội tủy, màng nhện, ngoài ra một phần do não bài tiết qua các khoang quanh mạch đi vào trong não.
+ Hàng rào máu-não và hàng rào máu-dịch não tủy: màng các mao mạch trong não tạo thành 2 hàng rào:
. Hàng rào máu-não: là màng ngăn giữa máu và dịch kẽ của mô não trừ một số vùng như hạ đồi, tuyến yên và postrema. Đây là nơi trực tiếp thực hiện chức năng dinh dưỡng của các mạch não.
. Hàng rào máu-dịch não tủy: là màng ngăn giữa máu và dịch não tủy hay chính là màng của các đám rối màng mạch trong các não thất. Đây là nơi bài tiết ra dịch não tủy.
– Tính chất của hàng rào máu-não và hàng rào máu-dịch não tủy: khác với thành các mao mạch ở những nơi khác trong cơ thể là tế bào nội mô mao mạch não được kết nối với nhau chứ không đứng cách nhau tạo thành các lỗ lọc. Do vậy tính thấm của các hàng rào cũng khác tính thấm của màng mao mạch ở những nơi khác và thành phần dịch não tủy, dịch kẽ của nhu mô não khác với dịch ngoại bào ở những nơi khác.
Cụ thể tính thấm của các hàng rào như sau: tính thấm cao với nước, CO2, O2 và các chất hòa tan trong dầu như rượu, các chất gây mê; ít thấm với các ion như Na + , Cl – , H + và hầu như không thấm với protein và các phân tử hữu cơ có kích thước lớn. Như vậy, các kháng thể và các thuốc không hòa tan trong dầu không vào được dịch não tủy và nhu mô não.
Do tính chất như vậy nên dịch não tủy là dịch không màu, tỉ trọng khoảng 1.005, thành phần: hầu như không có protein (20- 30mg/dL), không có tế bào (5BC lympho/mm 3 ), nồng độ ion Na+ tương đương với huyết tương, nồng độ Cl – cao hơn 15%, nồng độ K+ thấp hơn 40% và nồng độ glucose thấp huyết tương hơn 30%.
– Chức năng của dịch não tủy:
+ Chức năng chính của dịch não tủy là đệm cho não trong hộp sọ cứng (não nổi trong dịch).
+ Dịch não tủy cũng đóng vai trò của một bình chứa để thích nghi với những thay đổi thể tích của hộp sọ: nếu thể tích não hoặc thể tích máu tăng lên, lượng dịch não tủy được hấp thu vào máu tĩnh mạch sẽ tăng lên và ngược lại.
2.3.5. Các khoang dịch khác
– Dịch nhãn cầu: là dịch nằm trong ổ mắt và giữ cho ổ mắt luôn căng ra. Trong ổ mắt, thủy dịch liên tục được tạo ra và được tái hấp thu. Sự cân bằng giữa bài tiết và tái hấp thu của thủy dịch có tác dụng điều hòa thể tích và áp suất của nhãn cầu (15mmHg).
– Dịch trong các khoang tiềm ẩn như khoang phúc mạc, khoang màng phổi, khoang màng tim, bao hoạt dịch: có vai trò giúp các màng bao trượt lên nhau dễ dàng tạo điều kiện thuận lợi cho sự cử động của các tạng.
3. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CƠ THỂ BẰNG CƠ CHẾ THỂ DỊCH
Điều hòa hoạt động cơ thể bằng cơ chế thể dịch là điều hòa thông qua các tính chất của dịch với hai thành phần là nước và các chất hòa tan. Như vậy, điều hòa bằng cơ chế thể dịch có thể là điều hòa bằng:
– Các tính chất chất chung của dịch: thể tích dịch, pH của dịch, các áp suất của dịch.
– Thành phần và nồng độ các chất có trong dịch: các chất khí, ion, chất dinh dưỡng, các sản phẩm của quá trình chuyển hóa và đặc biệt là các hoạt chất sinh học như các hormon.
Giữa các tính chất của dịch và hoạt động của các cơ quan trong cơ thể có mối quan hệ qua lại rất chặt chẽ, mọi sự thay đổi ở một trong hai bên đều dẫn đến sự thay đổi ở phía bên kia và từ đó điều hòa ngược trở lại tạo ra sự ổn định. Nói cách khác, điều hòa hoạt động của các cơ quan trong cơ thể bằng cơ chế thể dịch cũng chính là để điều hòa các tính chất của dịch.
3.1. Điều hòa thể tích dịch
Thể tích dịch trong từng ngăn và trong toàn cơ thể luôn được giữ ổn định thông qua quá trình xuất nhập nước và tái phân bố nước giữa các ngăn, các vùng.
3.1.1. Quá trình xuất nhập nước
Quá trình xuất nhập nước được kiểm soát thông qua hoạt động của hệ nội tiết với vai trò của hormon chống bài niệu ADH-antidiuretic hormone, hệ thống RAA (renin-angiotensin-aldosterone), các peptide lợi niệu NP- natriuretic peptid… và hệ thần kinh với vai trò của cảm giác khát.
Thông qua các cơ chế này, hệ tiêu hóa và tiết niệu sẽ hoạt động làm cho lượng nước cơ thể liên tục dao động trong một giới hạn rất nhỏ (khoảng 1%) giữa trạng thái hơi thừa nước và trạng thái hơi thiếu nước.
3.1.2. Tái phân bố nước giữa các ngăn dịch và các vùng
– Tái phân bố nước giữa các ngăn dịch: nước có thể khuếch tán qua lại giữa các ngăn dịch một cách dễ dàng và nhanh chóng do đó mọi sự thay đổi về thể tích ở một ngăn sẽ dẫn đến sự chia đều cho các ngăn còn lại.
Các áp suất chủ yếu ảnh hưởng lên sự di chuyển của nước là áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm thấu. Áp suất thủy tĩnh có tác dụng đẩy nước đi; trong khi áp suất thẩm thấu có tác dụng kéo nước lại, áp suất keo là một dạng áp suất thẩm thấu đặc biệt do protein tạo ra. Ví dụ: cân bằng Starling là lực quyết định sự trao đổi qua màng mao mạch. Theo Starling, bình thường có một trạng thái cân bằng: lượng dịch tiết ra khỏi tuần hoàn hệ thống (qua mao mạch) = lượng dịch hấp thu vào tuần hoàn (mao mạch và hệ bạch mạch).
Như vậy, ở mao động mạch, dịch bị đẩy ra khỏi mao mạch với áp suất lọc là 13mmHg; ở mao tĩnh mạch, dịch được hút từ khoảng kẽ vào mao mạch với áp suất tái hấp thu là 7mmHg. Lượng dịch được tái hấp thu trở lại mao mạch chỉ bằng 9/10 lượng dịch lọc, 1/10 còn lại sẽ được hệ bạch mạch thu nhận.
Khi xảy ra trường hợp bất thường:
+ Cản trở tuần hoàn bạch mạch.
+ Thay đổi các áp suất: tăng áp suất thủy tĩnh mao mạch, giảm áp suất keo huyết tương.
Những bất thường có thể riêng lẻ hoặc phối hợp nhiều cơ chế dẫn đến một lượng dịch thặng dư không hấp thu hết vào hệ thống tuần hoàn mà ứ đọng trong khoang kẽ, gây ra hiện tượng phù.
– Tái phân bố nước giữa các vùng: nước còn có thể di chuyển từ vùng này đến vùng khác để đảm bảo hoạt động của các cơ quan quan trọng trong cơ thể. Ví dụ: khi thể tích tuần hoàn giảm, một lượng máu dự trữ trong gan sẽ được bổ sung vào vòng đại tuần hoàn để duy trì huyết áp, hoặc khi thể tích máu tăng sẽ tác động lên các áp cảm thụ quan ở xoang động mạch cảnh làm giảm lượng máu lên não.
3.2. Điều hòa thăng bằng kiềm toan
Hầu hết các phản ứng chuyển hóa trong cơ thể muốn xảy ra luôn đòi hỏi một pH thích hợp, trong khi đó phần lớn các sản phẩm chuyển hóa lại có tính acid làm cho pH có khuynh hướng giảm xuống. Ví dụ, sự oxy hóa hoàn toàn carbohydrat và lipid sẽ sinh ra khoảng 22.000mEq CO2 mỗi ngày. CO 2 hóa hợp với nước hình thành acid carbonic (H 2 CO 3 ). Mặt khác, có khoảng 70mEq chất acid cố định (acid không bay hơi) hình thành từ các nguồn chuyển hóa khác: các acid hữu cơ (acid lactic, acid pyruvic, các thể ceton) sinh ra từ sự oxy hóa không hoàn toàn chất carbohydrat và lipid; các acid cố định dưới dạng sulfat (từ oxy hóa các acid amin có chứa sulfua), nitrat và photphat (từ oxy hóa các phosphoprotein).
Tuy các chất chuyển hóa acid được hình thành một cách liên tục như vậy
nhưng pH của các dịch cơ thể vẫn ít thay đổi là nhờ cơ thể tự duy trì pH bằng các hệ
đệm trong và ngoài tế bào, sự đào thải CO2 của phổi và acid của thận.
3.2.1. Khái niệm về pH và ion H +
Theo khái niệm của Bronstedt, acid được định nghĩa như là một chất có thể
giải phóng ion H + , còn base là chất có thể tiếp nhận ion H + . Độ acid của một dung dịch
được biểu thị bằng giá trị pH với:
pH = – logH +
Duy trì cân bằng acid-base trong giới hạn bình thường cũng chính là duy trì
nồng độ ion H + trong giới hạn bình thường. Dung dịch acid chứa một lượng ion H + cao
hơn so với lượng ion OH – , dung dịch base thì ngược lại, còn dung dịch trung tính
lượng ion H + và OH – tương đương nhau và bằng 10 -7 . Chỉ số nồng độ ion H + và OH –
trong dung dịch là một hằng số:
[H + ].[OH – ]=10 -14
Do nồng độ ion H + (aH + ) trong huyết tương khoảng 0,0004mEq/L = 4.10 –
5mEq/L = 4.10 – 8Eq/L. Suy ra: pH máu = – log [H + ]= -(log 4.10 -8 ) = 7,398
Hay theo phương trình Henderson-Haselbach:
pH = pK + log [HCO3 – /H2CO3] = 6,1 + log 20/1 – 7,4
Trong cơ thể ion H + tuần hoàn dưới hai hình thức:
– Các ion H + liên kết với các anion bay hơi (HCO3 – ) liên quan đến những rối
loạn cân bằng acid-base kiểu hô hấp.
– Các ion H + liên kết với các anion cố định, không bay hơi (SO 4 2- , PO 4 3- ,
lactat…) liên quan đến những rối loạn cân bằng acid-base kiểu chuyển hóa.
3.2.2. Các hệ thống điều hòa pH
Cơ thể điều hòa thăng bằng kiềm toan theo 3 bước sau:
– Bước 1: hoạt động của các hệ thống đệm trong cơ thể.
– Bước 2: cơ chế bù trừ của hô hấp qua việc đào thải CO2.
– Bước 3: cơ chế bù trừ của thận để khôi phục lại "kho dự trữ" kiềm và bài tiết
các H + còn thừa trong cơ thể.
3.2.2.I. Điều hòa do hệ thống đệm
* Nguyên tắc hoạt động:
Một hệ thống đệm gồm hai thành phần: một acid yếu và một muối của base
mạnh hoặc một base yếu với muối của nó với một acid mạnh. Ví dụ hệ đệm
bicarbonat gồm H 2 CO 3 /NaHCO 3 (acid yếu: H 2 CO 3 /muối của base mạnh: NaOH), hệ
đệm NH 4 OH/NH 4 Cl (base yếu: NH 4 OH/muối của acid mạnh: HCl).
Trong một hệ thống đệm nhất định khi lượng ion H + phân ly và lượng ion H +
kết hợp bằng nhau và bằng 50% thì người ta nhận thấy pH của hệ đệm không thay đổi
nên gọi là pK của hệ thống ấy (tức pH = pK).
Theo phương trình Henderson-Hassenbach:
pH = pK + log [A – /A – -H + ]
A – là hình thái kết hợp, A – -H + là hình thái phân ly của hệ đệm.
Các hệ thống đệm trong các dịch cơ thể sẽ là những hệ thống hoạt động đầu
tiên và ngay lập tức khi có rối loạn thăng bằng kiềm toan xảy ra.
* Các hệ thống đệm chính:
– Hệ đệm bicarbonat: NaHCO 3 /H 2 CO 3 = HCO 3 – /HCO 3 – -H +
Đây là một hệ đệm rất quan trọng và rất linh hoạt, là hệ đệm chính của ngoại
bào vì:
+ Nồng độ ion bicarbonat dưới hình thái kết hợp NaHCO 3 trong huyết tương
cao. Bình thường nó được thận đào thải và tái hấp thu thường xuyên để có nồng độ ổn
định trong huyết tương là 27mEq/L (còn gọi là dự trữ kiềm).
+ Acid carbonic là một acid bay hơi có thể tăng giảm nồng độ một cách nhanh
chóng nhờ hoạt động của phổi (tăng hoặc giảm thông khí) để có nồng độ ổn định
trong huyết tương là 1,35mEq/L.
– Hệ đệm photphat: Na 2 HPO 4 /NaH 2 PO 4 = NaHPO 4 -/NaHPO 4 –H +
Đây là một hệ đệm của nội bào (PO 4 3- nội bào = 140mEq/L) và của nước tiểu,
có hiệu suất lớn vì pK bằng 6,8 gần với pH sinh lý.
– Hệ đệm proteinat/protein: đây cũng là một hệ thống đệm của huyết tương.
Thành phần của hệ đệm proteinat chính là gốc amin và gốc carboxyl của nó (NH 3 + – R-
COO – ).
– Hệ đệm hemoglobinat/ hemoglobin: đây là hệ đệm của hồng cầu, có hàm
lượng rất lớn nên chúng có vai trò quan trọng trong điều hòa pH máu qua sự bắt giữ
và đào thải CO2 ở phổi.
3.2.2.2 Điều hòa do hô hấp
Khi cơ thể ứ đọng nhiều CO 2 sẽ làm pH giảm, pH giảm tới 7,33 sẽ làm trung
tâm hô hấp bị kích thích mạnh dẫn đến tăng thông khí, nhờ vậy CO 2 được đào thải ra
ngoài. Ngược lại, khi H 2 CO 3 giảm hoặc NaHCO 3 tăng, pH có xu hướng tăng thì trung
tâm hô hấp sẽ bị ức chế dẫn đến thở chậm, CO 2 tích tụ lại. Điều hòa do hô hấp là một
cơ chế điều hòa thăng bằng kiềm toan xảy ra rất nhanh và sớm nhưng thường không
triệt để, cơ chế này phải được tiếp tục bởi sự điều hòa thăng bằng kiềm toan của thận
diễn ra chậm nhưng hiệu quả hơn.
3.2.2.3. Điều hòa do thận
Thận điều hòa thăng bằng kiềm toan thông qua 2 cơ chế:
– Bài tiết H + thừa trong cơ thể.
– Duy trì kho dự trữ kiềm của cơ thể: thận vừa có khả năng tái hấp thu HCO3 –
được lọc vừa có khả năng bổ sung HCO – mới.
Tùy theo tình trạng nhiễm toan hay nhiễm kiềm mà thận sẽ thay đổi hoạt động
cho phù hợp. Quá trình bù trừ của thận đòi hỏi thời gian lâu hơn các cơ chế
trên (vài giờ đến vài ngày) nhưng cho kết quả hoàn hảo hơn (cả pH và tổng lượng
HCO3 – của dịch thể cơ thể đều được khôi phục).
2.3. Điều hòa nồng độ các chất có trong dịch
Duy trì nồng độ các chất có trong dịch cơ thể ở giới hạn bình thường là một trong những điều kiện quan trọng để đảm bảo hằng tính nội môi.
– Các chất khí: sự thay đổi nồng độ O2 và CO2 trong dịch cơ thể sẽ tạo ra những phản xạ điều chỉnh nhanh nhạy làm thay đổi hoạt động thông khí ở phổi. Kết quả cuối cùng là đưa O2 và CO2 trở lại mức bình thường.
– Các ion, các chất dinh dưỡng và các sản phẩm của quá trình chuyển hóa: sự thay đổi thành phần cũng như nồng độ các chất này trong dịch cơ thể sẽ kích thích các cơ quan bài tiết ra các hoạt chất sinh học mà đặc biệt là các hormon. Hormone đóng vai trò quan trọng trong cơ chế thể dịch để điều hòa hoạt động các cơ quan trong cơ thể nhằm giữ hằng tính nội môi.
