Y học hạt nhân thận và tiết niệu (Phần I)

Cấu trúc thận có thể được nghiên cứu kỹ bằng siêu âm và X-quang, nhưng để đánh giá chức năng thận và đường dẫn niệu thì các phương pháp y học hạt nhân là rất cần thiết.

Hiện nay rất nhiều dược chất phóng xạ có sẵn trên thị trường để phục vụ cho các phương pháp chẩn đoán thận tiết niệu. Một số thuốc phóng xạ mới vẫn còn đang tiếp tục được nghiên cứu và thực nghiệm. Có một số kỹ thuật y học hạt nhân tiến hành thăm dò độ thanh lọc của thận hoặc trong huyết tương, hoặc ghi hình động, hoặc tĩnh để ghi lại quá trình hoạt động, tập trung và đào thải của thuốc phóng xạ sau khi tiêm vào tĩnh mạch. Qua đó có thể đánh giá được cấu trúc, hình thái, vị trí kích thước, chức năng sinh lý và bệnh lý của thận cũng như hệ thống tiết niệu.

Chức năng thận bao gồm quá trình bài tiết, bài xuất của cầu thận và ống lượn. Chức năng sinh lý của quá trình bài tiết, bài xuất vẫn còn là một lĩnh vực cần được tiếp tục nghiên cứu. Quá trình đó có thể mô tả như sau (xem hình 1)

1. Tuần hoàn thận và vi tuần hoàn

Là một hệ thống riêng biệt, ổn định và độc lập với sự thay đổi áp lực trong máu. Một vài cơ chế có thể tham gia vào hệ thống điều khiển tự động này. Tưới máu thận có thể đo được theo nguyên lý của Fick là dùng ống sông (catheter), nhưng đơn giản hơn thì nên dùng phương pháp y học hạt nhân. Đó là phương pháp ghi thận ký bằng hippuran-T-131 hay -I-123. Vì quá trình tưới máu thận có thể bị thay đổi do hệ thống reninangiotensin của thận. Nó có thể biểu hiện bằng quá trình tăng huyết áp thận. Nghiên cứu chức năng của thận bằng thuốc phóng xạ có thể kết hợp với các thuốc ức chế angiotensin. Sự kết hợp này sẽ làm tăng độ đặc hiệu và độ nhạy của chẩn đoán.


Hình 1. Sơ đồ thận (nephron) và các dược chất phóng xạ thường được sử dụng để nghiên cứu chức năng thận và hình thái thận : Máu đi vào các đơn vị chức năng thận qua động mạch thận(AA). Mạng vi mạch cầu thận lọc nước và các phân tử có ích (G) và chuyển xuống các ống lượn gần(PT). Nước được bài tiết vào nước tiểu đầu tiên qua quai (LH). Các ống lượn xa (DT) thu thập lại góp vào(CD) và dẫn xuống bàng quang.Trong ống lượn đầu tiên của PT,các receptors của megalin/cubilin làm nhiệm vụ tái hấp thu các phân tử có ích. Đồng thời bài tiết từ máu động mạch các chất cơ thể không dùng vào PT theo nước tiểu, đó chính là nơi thanh lọc 99mTc-MAG3. còn 111In-DTPA chỉ được lọc qua cầu thận và trực tiếp vào nước tiểu .99mTc-DMSA một phần bị lọc ở cầu thận , một phần tái hấp thu ở PT. 99mTc-DMSA cũng bị bài tiết ra qua mạch quanh vùng thận, đầu tiên vaò phần thẳng của PT tiếp theo vào phần tủy của thận.RV là tĩnh mạch thận. (nguồn ảnh: http://jnm.snmjournals.org/misc/terms.shtml)

2. Quá trình siêu lọc tại cầu thận và bao Bowman

Cơ chế của quá trình này là rất rõ ràng. Áp lực siêu lọc thay đổi khác nhau giữa mao mạch cầu thận và khoang Bowman là nguyên nhân chính của điều khiển siêu lọc. Kích thước lỗ lọc và độ tích điện của các hàng rào lọc của cầu thận, nghĩa là mao mạch nằm trong màng tế bào cầu thận là các yếu tố ảnh hưởng đến siêu lọc. Do đó sử dụng các thuốc phóng xạ nghiên cứu về chức năng lọc của thận sẽ có các loại thuốc đặc trưng cho từng mục đích riêng. Inulin được lọc tự do vì nó không nặng hoặc không kết hợp với protein. Hầu hết các albumin tạo ra một phức hợp quá lớn nên không thể lọc qua lỗ lọc của màng lọc của màng tế bào cầu thận gây ra hạn chế khả năng lọc của chúng. Một số khác có liên kết nhưng ở mức độ thấp, nhỏ bé nên không gây ra hiện tượng gì. Các chất như hippuran, MAG, DMSA và glucoheptonate có liên kết với protein huyết tương gây ra sự khác biệt cao hơn, do đó làm thay đổi thực sự khả năng lọc của thận. Độ thanh lọc của các chất này có thể gây ra hiệu quả là làm mất thông tin hoặc hạn chế thông tin về tốc độ lọc của cầu thận (glomerular filtration rate - GFR).

3. Tái hấp thu ở ống lượn và sự khuyếch tán trở lại của các dung dịch, các hợp chất và nước

Việc đo tái hấp thu ở ống lượn chưa có chất đặc hiệu thực sự. Cũng có một số chất vẫn dùng trong chẩn đoán lâm sàng để nói lên mức độ tái hấp thu khác nhau mà cũng chưa thật sự chính xác về lượng và vị trí khu vực của các ống lượn. Riêng chất TcO4 không được tái hấp thu trở lại ở ống lượn đã được xác minh bởi các chất MAG3, DMSA và EC.

4. Sự bài tiết các chất và dung dịch ở các ống lượn

Đây là một lĩnh vực vẫn được tiếp tục nghiên cứu. Có thể có cả cơ chế tích cực và bị động. Một số thuốc phóng xạ như hippuran, MAG3 được dùng để nghiên cứu sự bài tiết ở các ống lượn. Quá trình bài tiết này tùy thuộc vào cấu trúc giải phẫu của từng vùng trong ống sinh niệu (nephron) (xem hình 1)

Theo giải phẫu thì các nephron bao gồm các cầu thận với khoang Bowman (a), các ống lượn xoắn gần (b), đoạn ống thẳng (c), đoạn nhánh đi xuống (d), đoạn nhánh vòng đi xuống của quai Henle (e), đoạn xoắn xa (f), ống thu thập (g) và ống Bellini (h) (xem hình 1). Mỗi đoạn của hệ thống tiết niệu trong nephron tương ứng với một số thuốc phóng xạ trong thăm dò chức năng. Sự khác nhau về chức năng là do sự tồn tại của chúng trong nephron, nghĩa là nằm ở phần vỏ ngoài hay phần tủy sâu. Xa hơn là các đoạn cô đặc dần các chất dịch bởi sụ tái hấp thu nước trong các ống lượn của quai Henle.

5. Vận chuyển nước tiểu vào bàng quang

Sự siêu lọc diễn ra qua các phân đoạn của các ống tiểu quản của nephron đi từ phần vỏ đến phần tủy. Bình thường thì 90-99% nước ở phần dịch lỏng nằm trong các đoạn được tái hấp thu. Cuối cùng còn lại là nước tiểu được dẫn qua các ống Bellini đi vào nhú (papilla) đến đài thận (calix) và cuối cùng là đổ vào bàng quang do sự co bóp của ống niệu quản và khung chậu. Sự co thắt niệu quản được nghiên cứu bằng MAG3 và được ghi hình động bằng gamma camera.

Thuốc phóng xạ dùng trong lâm sàng thận cho nhiều thông tin khác nhau và tùy thuộc vào cơ chế chức năng của từng vị trí trong nephron mà có những thuốc phóng xạ thích hợp. Các thuốc phóng xạ của thận có thể được chia ra bốn loại chính: nhóm thăm dò tưới máu thận, nhóm đo tốc độ lọc cầu thận, nhóm xác định khối lượng thận, nhóm miễn dịch đặc hiệu và các hình ảnh khác. Cơ chế bài tiết của các thuốc phóng xạ nghiên cứu chức năng thận vẫn chưa được biết rõ ràng. Ví dụ phối hợp các chất như paraaminohippurate hippuran và MAG3 được bài tiết ở cả hai nơi là cầu thận và ống lượn với các mức độ khác nhau.

Sau đây là một số nghiệm pháp YHHN chẩn đoán chức năng thận .

Thăm dò tưới máu thận

Theo hình 2 cho thấy PAH dùng thăm dò bài tiết của thận rất có hiệu quả. Thăm dò tưới máu thận chính là thăm dò dòng chảy plasma của thận. Nếu chỉ số bài xuất (extraction ratio - ER) là chỉ số giữa nồng độ động mạch và ven động mạch. Như ta đã biết dòng chảy huyết tương thận (Renal plasma flow : RPF) được đo bởi độ thanh lọc của một chất nào đó (RPE=clearance/ER). Độ thanh lọc của một chất được xác định bằng lượng huyết tương được lọc sạch bởi thận trong một đơn vị thời gian và được tính bằng lượng chất đó đi vào nước tiểu (nghĩa là tính lượng nước tiểu được tạo ra trong một đơn vị thời gian - tập trung nước tiểu) thông qua nồng độ chất đó trong huyết tương. Không có chất nào được bài tiết hoàn toàn ra khỏi máu bằng đường thận. Ví dụ chỉ số ER là 100% nhưng ER của PAH chỉ đạt 90%. Do đó giá trị dòng chảy huyết tương thận được gọi là "dòng chảy thận hiệu ứng" (Effective renal plasma flow : ERPF). Hippuran cũng tương tự như PAH, dùng để đo ERPF. Một số chất dùng để đo ERPF cần phải đạt các tiêu chuẩn sau:

1.Không tham gia chuyển hóa trong thận

2.Phải tách ra khởi phức hợp với các protein huyết tương trong khi vận chuyển qua các bộ phận lọc của thận

3.Phải được bài tiết ra khỏi thận với một nồng độ cao và dễ xác định

4.Phải là một chất dễ phân tích trong huyết tương và nước tiểu.

Ví dụ như Hippuran đánh dấu I-131 được sử dụng rất rộng rãi trong nghiên cứu ERPF là vì dựa trên sự thanh lọc hằng định của nó (hình 2).


Trong bảng 1 cho thấy liều hấp thụ của một số thuốc phóng xạ dùng trong thăm dò chức năng và hình thái thận người lớn .

Bảng 1. Liều hấp thụ của một số thuốc phóng xạ dùng trong thận người lớn

Thuốc phóng xạ	Liều hiệu ứng mSv/MBq	Thận (mGy/MBq)	Vách bàng quang (mGy/MBq)	Gonad (mGy/MBq)	Liều dùng (MBq)
DTPA-Tc99m	0,0052	0,0044	0,065	0,0043	200
EDTA-Cr51	0,0021	0,0018	0,023	0,0016	200
Iothalamate-I125	0,0072	0,0074	0,120	0,0033	200
OIH-I131	0,0530	0,1500	0,630	0,0260	200
OIH-I123	0,0120	0,0270	0,110	0,0079	75
MAG3-Tc99m	0,0072	0,0040	0,120	0,0010	70
DMSA-Tc99m	0,0087	0,1700	0,019	0,0037	100
Glucoheptanate-Tc99m	0,0054	0,0490	0,056	0,0046	100
Citrate-Ga67	0,1100	0,1100	0,810	0,0820	80

Đo tốc độ lọc cầu thận

Một số chất được bài tiết qua cầu thận, những chất này có thể dùng để đánh giá tốc độ lọc của cầu thận (Glomerular filtration rate: GFR). Các chất này thường phải bảo đảm các tính chất sau đây:

1- Chúng phải được lọc trước qua màng capillary của cầu thận và không liên kết với protein hoặc bị bẻ gãy trong quá trình lọc.

2- Chúng phải là một chất trơ sinh học (inert), nghĩa là không được tái hấp thu, không được bài tiết hoặc chuyển hóa trong thận.

3- Chúng phải là những chất có thể định lượng được chính xác trong nước tiểu, huyết tương bằng các phương pháp phân tích có độ tin cậy cao.

4- Chúng phải là những chất không có ảnh hưởng gì đến chức năng thận khi đi qua thận.

5- Nếu được đánh dấu bằng hạt nhân phóng xạ thì chúng phài là những chất bền hóa phóng xạ.

Các chất inulin và polyfructosan (trọng lượng phân tử 5000) hoàn toàn thỏa mãn những yêu cầu trên và cho đến nay nó vẫn là những chất có tiêu chuẩn vàng để dùng trong đánh giá tốc độ lọc cầu thận (GFR) bằng phương pháp phân tích hóa học. Nếu đánh dấu inulin bằng C-14 hoặc H-3 được dùng trong thực nghiệm ở động vật. Các chất liên kết chelate như DTPA-Tc99m và Cr-51-EDTA cũng là những chất lý tưởng dùng trong đánh giá GFR với liều phóng xạ thấp (xem bảng 1)

Vì nước tái hấp thu ở nephron trừ đoạn ống lượn quai Henle, nên hầu hết các chất được bài xuất vào nước tiểu và nồng độ các chất tăng dần dọc theo nephron (Xem hình 3).

Đối với các chất không tái hấp thu hoặc không được bài tiết như inulin, DTPA và EDTA nồng độ thanh lọc được chỉ gián tiếp qua lượng nước tái hấp thu. Sự bài tiết ở các đoạn tiểu quản cũng làm tăng nồng độ các chất theo nephron và giá trị đạt cao nhất là chất PAH, orthoiodohippuric acid (OIH) và MAG3 (xem hình 1). Do nồng độ cao của các chất này nên khi chúng ở dạng thuốc phóng xạ, ta có thể ghi đo dễ dàng và toàn bộ các hệ thống tạo nước tiểu của thận đều được nghiên cứu triệt để.

Ước đoán khối lượng thận hoạt động

Các thuốc phóng xạ thận như DMSA-Tc99m hoặc glucoheptonate-Tc99m không dùng trong thăm dò chức năng lọc của thận vì chúng có thể tạo phức hợp, tập trung và thải trừ ở các giai đoạn. Quá trình tạo phức này còn được gọi là cố định ống tiểu quản. Các hợp chất này được dùng để ước đoán khối lượng thận hoạt động. Và thường nhưng không luôn luôn quan hệ chặt với GFR và ERPF, trừ các bệnh nhân có acidosis các tiểu quản thận, các tiểu quản không hoạt động, bệnh nhân đang được điều trị gentamicin hoặc cisplatin. Vì các chất này được bài tiết rất chậm, nên ghi hình tĩnh của phần vỏ thận có chất lượng chẩn đoán rất cao trong nhiễm trùng thận và các khối u thận.

Mặc dù sự khác nhau của các chất đã được thử nghiệm và sử dụng qua hàng thập kỷ trong y học hạt nhân, chỉ có các chất thích hợp (relevant) và sự định vị bài tiết sẽ được thảo luận kỹ trong các phần chi tiết sau đây.

DTPA-Tc99m

DTPA-Tc99m , viết tắt từ tên hóa học: diethylene triamine pentaacetic acid, là một hợp chất liên kết chelate với Tc99m. Chất này được sử dụng trong y học hạt nhân từ năm 1970. Vì nó là một chất để tẩy các kim loại độc hại qua đường lọc cầu thận mà không bị biến đổi do chuyển hóa. Một vài nghiên cứu đã chứng minh rằng DTPA-Tc99m có các ưu điểm để dùng trong đánh giá tốc độ lọc của cầu thận. Tuy nhiên nó cũng bị hạn chế bởi lý do là chúng có liên kết với các protein huyết tương ở những mức độ khác nhau mặc dù các kit bán sẵn đã có những cải thiện nhằm khắc phục những nhược điểm trên. Dù còn thua kém inulin một chút, nhưng nó vẫn là một chất lý tưởng để ghi hình thận vì sự đơn giản và thuận tiện trong điều chế.

Tính chất hóa phóng xạ của DTPA-Tc99m

Nó là dạng kit được điều chế sẵn trong thị trường, khi dùng chỉ cần pha dung dịch vào dạng đông khô của kit và thêm TcO4-99m và dung dịch có sẵn trong kit là muối CaNa3DTPA với sự có mặt của chloride thiếc (stannous chloride). Sản phẩm tạo thành là chất tinh khiết hóa phóng xạ. Nó tích điện -2. Chỉ số Sn/Tc là rất quan trọng trong phân bố sinh học tối ưu, đối với tinh khiết hóa phóng xạ và độ bền vững của chúng. Hướng dẫn sử dụng, bảo quản, đóng gói và hạn sử dụng, những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của GFR đã được chỉ sẵn và có cả phương pháp kiểm tra chất lượng kèm theo.

Quá trình động học

Sau khi tiêm DTPA-Tc99m vào tĩnh mạch, theo hệ tuần hoàn chúng sẽ thoát vào gian bào. Khoảng 1-2 giờ sau khi cân bằng với khoang dịch ngoài tế bào và có thể làm cho căng mọng dưới da DTPA không khuếch tán vào tế bào vì nó hòa tan vào mỡ và tích điện âm. Tuy nhiên có một số liên kết với protein đã được tìm thấy với một lượng khác nhau, có khi lên tới 10% tăng theo nguồn gốc sản xuất. Mặc dù vậy ta có thể sử dụng bằng cách lọc ly tâm để kiểm tra trước. Lượng DTPA-Tc99m không liên kết với protein huyết tương và được thải ra nước tiểu qua cầu thận. Chỉ có một lượng nhỏ DTPA-Tc99m được phân bố vào một số tổ chức khác nhau tại 24h, khả năng là do liên kết không chelate, bị tách Tc99m ra khỏi DTPA và phân tán vào tổ chức. DTPA không bị các tiểu quản của thận tái hấp thu hoặc bài tiết. Độ thanh lọc của DTPA-Tc99m so với một số chất chỉ điểm cầu thận (glomerular makers) như inulin, iothalamate-I-123 và diatrizoate-I-131 làm trên động vật thực nghiệm và người đã chứng minh rằng chúng có độ tương quan rất chặt, tỷ số tương quan lên tới 0,92-0,97.

Ưu nhược điểm của DTPA-Tc99m

Nhược điểm chính là DTPA vẫn còn bị liên kết với protein huyết tương ở mức độ khác nhau nên đã gây ra một số lỗi trong xác định GFR.

Ưu điểm của DTPA-Tc99m là dễ điều chế kit và mua sẵn có trên thị trường. GFR toàn phần hay tương đối đều có thể ước đoán được trên mẫu máu hoặc đo hoạt tính phóng xạ ngoài cơ thể mà không bị ảnh gì do can thiệp vào bệnh nhân.

(Còn nữa)

PGS.TS. Mai Trọng Khoa , PGS.TS.Trần Xuân Trường- Trung tâm Y học hạt nhân & Ung bướu, bệnh viện Bạch Mai