[Sinh lý Guyton số 19] Tổng quan về hệ tuần hoàn; sinh lí huyết áp, dòng chảy và kháng trở

Chức năng của hệ tuần hoàn là cung cấp máu cần thiết cho mô-vận chuyển dinh dưỡng tới mô cơ quan, đồng thời vận chuyển chất thải, vận chuyển hormon từ 1 số cơ quan trong cơ thể đến những nơi khác, giữ ổn định nồng độ các chất trong nội môi trong cơ thể giúp các tế bào tồn tại và thực hiện tốt các chứng năng của mình.

1.ĐẶC TÍNH SINH LÝ CỦA TUẦN HOÀN

Hệ tuần hoàn, trong hình 14-1 bao gồm tuần hoàn hệ thống và tuần hoàn phổi. Vì tuần hoàn hệ thống cấp máu cho toàn bộ các mô trong cơ thể bao gồm cả phổi nên còn được gọi là vòng tuần hoàn lớn hay tuần hoàn ngoại vi

Chức năng của hệ tuần hoàn. Trước khi nói đến đặc điểm chức năng của hệ tuần hoàn, điều quan trọng là cần hiểu vai trò từng phần của hệ tuần hoàn.

Chức năng của động mạch là chuyển máu dưới áp lực đến mô. Để đảm bảo chức năng này, động mạch có thành dày, và máu di chuyển với tốc độ cao trong lòng động mạch.

Các tiểu động mạch là những nhánh nhỏ cuối cùng của động mạch, chúng hoạt động như các ống điều khiển lượng máu qua đó vào trong lòng mao mạch. Tiểu động mạch có lớp cơ dày có thể đóng hoàn toàn tiểu động mạch, cũng có thể giãn toàn bộ mạch, như vậy, khả năng biến lưu lượng máu đến mô là rất lớn khi cần thiết.

Chức năng của mao mạch là trao đổi dịch, dinh dưỡng, điện giải, hormone, và các chất khác giữa máu và dịch kẽ. Để đảm bảo chức năng này, thành mao mạch mỏng và có nhiều khe mao mạch cho phép nước và các chất phân tử thấp đi qua.

Tĩnh mạch nhỏ nhận máu từ mao mạch rồi hợp lại, đổ vào tĩnh mạch lớn

Chức năng của tĩnh mạch là hệ thống ống đưa máu từ tiểu tĩnh mạch trở về tim. Nó giống như một bể chứa máu phụ. Vì áp lực máu ở tĩnh mạch rất nhỏ, thành tĩnh mạch mảnh. Mặc dù vậy, lớp cơ của nó đủ để co hoặc giãn, bằng cách đó đáp ứng được chức năng điểu hòa chức năng chứa máu với lượng lớn hoặc nhỏ phụ thuộc và nhu cầu của hệ tuần hoàn.

Lượng máu trong các phần khác nhau của hệ tuần hoàn. Hình 14-1 đưa một cái nhìn tổng quát về hệ tuần toàn và tỉ lệ phần trăm của toàn bộ lượng máu trong các phần lớn của hệ tuần hoàn. Ví dụ như 84% toàn bộ lượng máu của cơ thể ở tuần hoàn hệ thống, 16% ở tim và phổi, 13% ở động mạch, 7% ở tiểu động mạch và mao mạch. Quả tim chứa 7% lượng máu và tĩnh mạch phổi chiếm 9%.

Điều đáng ngạc nhiên là lượng nhỏ máu ở trong mao mạch. Tuy nhiên lại có chức năng quan trọng nhất của tuần hoàn là nơi xảy ra trao đổi chất giữa máu và mô. Chức năng này được nói đến kĩ hơn ở chương 16.

Diện tích cắt ngang và tốc độ dòng máu. Nếu tất cả các mạch của mỗi loại được đặt cạnh nhau thì tổng diện tích mặt cắt ngang trung bình xấp xỉ :

Có thể nhận thấy diện tích mặt cắt ngang của tĩnh mạch lớn hơn nhiều so với động mạch, trung bình khoảng 4 lần so với động mạch tương ứng. Sự khác biệt này giải thích khả năng chứa máu lớn hơn của hệ tĩnh mạch khi so sánh với hệ động mạch.

Bởi vì có cùng lượng máu phải chảy qua mỗi đoạn trong cùng một phút (F), tốc độ dòng chảy (v) tỉ lệ nghịch với thiết diện cắt ngang của đoạn mạch:

v = F/A

Do đó, khi nghỉ ngơi, tốc độ trung bình của dòng máu khoảng 33cm/s ở động mạch,nhưng tốc độ ở mao mạch chỉ 1/1000 số đó, khoảng 0,3mm/s. Tuy nhiên, vì mao mạch có độ dài đặc thù khoảng 0,3 đến 1mm, máu lưu lại ở mao mạch chỉ khoảng 3s. Điều này gây ngạc nhiên vì mọi sự khuếch tán của các chất dinh dưỡng, điện giải thông qua thành mao mạch phải diễn ra trong thời gian ngắn này.

Huyết áp ở những phần khác nhau của hệ tuần hoàn bởi vì tim bơm máu vào động mạch, nên huyết áp ở động mạch cao khoảng 100mmHg. Cũng vì thế, do tim bơm máu theo nhịp đập của tim, huyết áp động mạch dao động giữa mức huyết áp tâm thu khoảng 120mmHg và huyết áp tâm trương khoảng 80mmHg, thấy phía bên trái Hình 14-2

Cùng với việc máu chảy trong hệ tuần hoàn, có nghĩa là huyết áp giảm dần về 0 mmHg vào thời điểm máu chảy đến cuổi của tĩnh mạch chủ trên và tĩnh mạch chủ dưới đổ vào tâm nhĩ phải.

Huyết áp trong hệ mao mạch khoảng 35mmHg khi ở gần tiểu động mạch và còn khoảng 10mmHg khi ở gần tiểu tĩnh mạch, nhưng mức huyết áp “chức năng” trung bình của phần lớn giường mao mạch khoảng 17mmHg, mức huyết áp đủ thấp để các hạt nhỏ trong huyết tương có thể đi qua được các khe của thành mao mạch, mặc dù dinh dưỡng có thể lan tỏa một cách dễ dàng thông qua những khe này ở xa mô tế bào.

Ghi chú phía bên phải của hình 14-2 là huyết áp tương ứng của các phần khác nhau của tuần hoàn phổi. Ở động mạch phổi, huyết áp dao động theo nhịp đập, huyết áp tâm trương khoảng 25mmHg, huyết áp tâm thu khoảng 8mmHg. Có nghĩa là huyết áp động mạch trung bình chỉ khoảng 16 mmHg, huyết áp trung bình mao mạch phổi khoảng 7mmHg. Tổng lượng máu qua tuần hoàn phổi trong mỗi phút bằng với tổng lương máu qua tuần hoàn hệ thống mỗi phút.

Huyết áp thấp ở tuần hoàn phổi phù hợp với nhu cầu của phổi vì chức năng của nó là đẩy máu qua mao mạch đổi để trao đổi oxy và các khí khác trong phế nang.

2.NHỮNG ĐIỂM CHÍNH CỦA CHỨC NĂNG HỆ TUẦN HOÀN

Ba điểm chính về chức năng hệ tuần hoàn:

1. Máu chảy tới các mô được điều chỉnh theo nhu cầu của mô. Khi mô hoạt động, chúng tăng nhu cầu được dinh dưỡng, do đó, máu đến nhiều hơn khi mô nghỉ ngơi, khoảng 20- 30 lần khi nghỉ. Hơn nữa, tim thông thường không thể tăng nhịp lên quá 4 -7 lần nhanh so với khi nghỉ ngơi. Do đó, nó không thể tăng lượng máu đến bất cứ mô nào trong cơ thể khi nhu cầu của mô tăng.

Thay vào đó, mạch nhỏ của mỗi mô giám sát liên tục nhu cầu mô, như sự có sẵn của oxy và dinh dưỡng và tích tụ của carbon dioxide và sản phẩm chuyển hóa của mô kích thích các mạnh nhỏ này, đến lượt mình, các mạch này hoạt hóa trực tiếp các mạch tại mô, giãn hay co mạch nhằm điều chỉnh lượng máu chính xác với lượng cần thiết cho hoạt động của mô. Đồng thời, thần kinh điều khiểu của hệ tuần hoàn từ thần kinh trung ương và hormone cũng góp phần vào điều hòa máu tới mô.

2 Cung lượng tim là tổng của tất cả các dòng máu tới các mô. Khi dòng máu qua mô, ngay lập tức quay lại tim qua hệ tĩnh mạch. Tim đáp ứng tự động với sự tăng máu đến bằng việc bơm máu trở lại động mạch. Do đó, tim hoạt động như một cái máy tự động đáp ứng với yêu cầu của mô. Tuy nhiên, tim thường cần giúp đỡ bởi những tín hiệu thần kinh đặc hiệu để khiến nó bơm.

3. Sự điều chỉnh huyết áp động mạch phụ thuộc vào sự điều chỉnh dòng máu tới mô hay sự điều chỉnh cung lương tim. Tuần hoàn hệ thống được cung cấp một hệ thống lớp để điều chỉnh huyết áp động mạch. Theo đó, bất kì khi nào huyết áp giảm dưới mức mình thường khoảng 100mmHg. Trong vòng vài giây, xung thần kinh đáp ứng với nó sẽ hoạt hóa một chuỗi các sự thay đổi trong hệ tuần hoàn nhằm nâng huyết áp trở lại bình thường. Xung thần kinh đặc biêt (a) tăng nhịp tim, (b) co các tĩnh mạch lớn để dồn máu về tim, (c) co mạch đến nhiều mô, từ đó máu tập trung vào các động mạch lớn để nâng huyết áp. Sau đó, quá trình kéo dài quá vài giờ hoặc vài ngày, thận sẽ hoạt động đóng vai trò chủ đạo trong điều chỉnh huyết áp bằng việc tiết hormone điều chỉnh huyết áp và thay đổi thể tích máu

Vì vậy, nhu cầu của từng mô riêng được đáp ứng đặc hiệu bởi hệ tuần hoàn. Trong phần còn lại của hệ tuần hoàn, chúng ta sẽ nói về các điểm cơ bản của việc điều chỉnh tưới máu mô, điều chỉnh cung lương tim và huyết áp động mạch.

3.MỐI QUAN HỆ GIỮA HUYẾT ÁP, DÒNG CHẢY, LỰC CẢN

Dòng máu qua mạch được quyết định bởi 2 yếu tố : (1) chênh lệch áp lực máu giữa 2 đầu của đoạn mạch, còn được gọi là “gradient huyết áp”, thứ sẽ đẩy máu qua mạch. Và (2) sức cản chống lại dòng máu qua mạch, hay còn được gọi là sức cản thành mạch. Hình 14-3 giải thích mối quan hệ này, một mạch máu bất kì trong hệ thống tuần hoàn.

P1 giới thiệu lại huyết áp ở gốc đoạn mạch, và đầu kia huyết áp là P2. Lực cản xuất hiện như là kết quả của sự va đập giữa dòng máu với nội mô thành mạch dọc đoạn mạch.

Dòng chảy có thể tính bởi công thức sau, còn được gọi là định luật Ohm :

với F là lưu lượng máu, ∆P là chênh lệch huyết áp (P1-P2) giữa 2 điểm cuối của ống mạch, R là sức cản.

Thông qua công thức này có thể thấy lưu lượng máu tỷ lệ thuận với chênh lệch huyết áp nhưng tỷ lệ nghịch với sức cản.

Chú ý rắng chênh lệch huyết áp ở giữa 2 điểm cuối của lòng mạch, không phải là huyết áp tuyệt đối trong lòng mạch, quyết định tốc độ máu. Ví dụ nếu huyết áp tại cả 2 điểm cuối là 100 mmHg, không có sự khác biệt huyết áp tại 2 điểm cuối này nên không có dòng máu chẩy qua mặc dù huyết áp là 100mmHg.

Định luật Ohm, đã nêu ở trên đã nói rõ một số điều quan trọng trong tất cả các mối tương quan giúp cho người đọc hiểu được huyết động học trong hệ tuần hoàn. Công thức này rất quan trong, nên người đọc cũng nên biết 1 số công thức đại số khác của nó :

4.DÒNG MÁU

Dòng máu là lưu lượng máu đi qua 1 điểm trong hệ tuần hoàn trong 1 đơn vị thời gian.

Thông thường lưu lượng máu được xác định bằng số ml/phút hoặc l/phút, nhưng nó có thể xác định là số ml máu trong 1 giây hay 1 đơn vị máu trong 1 đơn vị thời gian.

Tất cả lưu lượng máu trong toàn bộ hệ tuần hoàn ở người trưởng thành khoảng 5000ml/phút. Đó là lượng lưu lượng tim bởi vì lượng máu bơm qua động mạch bởi tim trong mỗi phút.

Cách thức đo lưu lượng máu. Có nhiều thiết bị cơ khí, điện tử có thể luồn vào mạch máu hoặc đặt bên ngoài mạch để đo lưu lượng máu. Những thiết bị đó là Lưu lượng kế.

Lưu lượng kế điện tử.  Đó là 1 thiết bị đo lưu lượng máu mà không cần mở mạch máu.

Nguyên tắc của máy được làm rõ trong hình 14-4. Hình 14-4A cho thấy sự phát điện của lực điện động (Hiệu điện thế) trong dây đó là di chuyển nhanh trong theo 1 đường chéo thông qua từ trường. Điều này có thể hiểu là nguồn gốc của lực điện bởi dòng điện. Hình 14-4B cho thấy nguyên tắc của sự phát sinh lực điện động trong máu là di chuyển do từ trường. Trong trường hợp dòng máu ở giữa 2 cực của 1 nam châm và 2 điện cực ở 2 bề mặt của mạch máu vuông góc với đường từ tính. Khi dòng máu đi qua mạch, 1 điện thế cân đối với dòng máu phát ra giữa 2 điện cực và điện áp ghi lại qua máy vôn kế thích hợp hoặc máy điện tử. Hình 14-4C cho thấy 1 “máy dò” tại nơi có mạch máu lớn để ghi lại lưu lượng máu. Máy dò gồm 2 nâm châm mạnh và điện cực.

Lợi thế đặc biệt của lưu lượng kế điện tử là nó có thể ghi lại sự thay đổi của lưu lượng máu dưới 1/100 giây, theo dõi dự thay đổi của nhịp đập trong dòng chay, cũng như dòng chảy ổn định

Lưu lượng kế siêu âm Doppler. Đó là một loại lưu lượng kế khác để đo phía ngoài thành mạch và thiết bị này có một vài thuận lợi hơn so với đo bằng lưu lượng kế điện tử, đó là lưu lượng kế siêu âm Doppeler, hiện trên hình 14-5. Một tinh thể điện áp phút được gắn ở một đầu trong các vách của thiết bị. Tại tinh thể, khi có năng lượng điện hoá với 1 thiết bị điện tử thích hợp, truyền sóng âm với tần số vài trăm ngàn chu kì trên 1 giây xuôi theo dòng chay của máu. Một phần của âm thanh sẽ phản xạ ngược trở lại bởi hồng cầu trong dòng máu. Sóng siêu âm phản xạ dội lại từ tế bào máu tới tinh thể. Sóng dội lại có tần số thấp hơn so với sóng truyền đi bởi vì hồng cầu đã hấp thụ đi từ sóng truyền tới. Hiệu ứng này là Hiệu ứng Doppler.

Lưu lượng kế trên hình 14-5 sử dụng sóng siêu âm có tần số cao liên tục, và sóng phản xạ được thu lại phía trên bản tinh thể và được khuếch đại lên bởi máy điện. Một phần khác của thiết bị điện tử xác định tần số khác giữa sóng truyền đi và sóng phản xạ, như vậy xác định được tốc độ dòng máu. Miễn là đường kính của mạch máu không thay đổi, thay đổi dòng máu trong mạch sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ dòng chảy.So với lưu lượng kế điện tử, lưu lượng kế siêu âm Doppler có khả năng ghi lại nhanh chóng, nhịp thay đổi trong dòng chảy, cũng như là dòng chẩy đều.

Thành mạch máu. Khi dòng máu chẩy trong lòng mạch với tốc độ đều đặn, nó chẩy theo dòng, với mỗi lớp máu còn lại cùng một khoảng cách ra thành mạch. Ngoài ra phần lớn máu giữ lại ở trung tâm của thành mạch. Loại dòng chẩy này được gọi là dòng laminar hoặc dòng streamline, và nó đối lập với dòng turbulent, là máu được chẩy ở tất cả các đường trong mạch và tiếp tục pha trộn với thành mạch, nó cứ tiếp tục như vậy.

Hiện tượng Parabol trong dòng chẩy Laminar. Khi xẩy ra dòng chẩy laminar, tốc độ dòng chẩy ở trung tâm lòng mạch là lớn nhất và giảm dần về phía ngoài. Hiện tượng này được trình bày trong hình 14-6.

Trong hình 14-6A, lòng ống chứa 2 dịch lỏng, một là bên trái có mầu bởi thuốc nhuộm và một dịch còn lại ở bên phải trong suốt, nhưng không có dòng chẩy trong lòng mạch. Khi chất lỏng chẩy, hình thành 1 đường parabol trên bề mặt giữa 2 dòng, như trên hình 14-6B; phần chất lỏng ngay thành mạch di chuyển rất khó, phần hơi ra xa thành mạch di chuyển với tốc độ chậm, và phần ở trung tâm thành mạch di chuyển rất nhanh. Hiệu ứng này gọi là “Hiện tượng parabol của dòng máu chẩy”.

Hiện tượng parabol của dòng chẩy do nguyên nhân: Những phân tử chất lỏng tiếp xúc với thành mạch chẩy chậm do dính chặt vào thành động mạch. Lớp tiếp theo củaphân tử chất lỏng trượt lên trên, lớp thứ 3 so với lớp thứ 2, lớp thứ 4 so với lớp thứ 3. Vì thế chất lớp chất lỏng ở giữa thành mạch di chuyển nhanh do trượt trên nhiều lớp phía dưới những lớp giữ trung tâm lòng mạch và thành mạch; vì thế khi hướng về phía trung tâm lòng mạch tốc độ máu nhanh dần và ngược lại.

Tình trạng dòng máu chẩy hỗn loạn. Khi tốc độ dòng máu trở nên quá lớn, khi nó ngừng chẩy bởi tắc  trong lòng mạch, nó có vòng xoáy mạnh hoặc khi nó có bề mặt xù xì, dòng chẩy trở nên hỗn loạn, hoặc lộn xộn hơn dòng chẩy bình thường (Hình 14-6C). Dòng chẩy hỗn loạn nghĩa là dòng máu chẩy chéo trong mạch và trong suốt chiều dài mạch, luôn luôn tạo thành vòng xoắn trong dòng máu, gọi là dòng xoáy. Những vòng xoáy này tương tự như xoáy nước được thấy khi dòng sống chẩy nhanh tại 1 điểm tắc.

Khi dòng xoáy tồn tại, dòng máu có cản trở lớn so với dòng chẩy thông thường bởi vì dòng xoáy tạo ra va chạm rất lớn của dòng chẩy trong thành mạch.

Dòng chẩy hỗn loạn có xu hướng tăng lên trong đối xứng với tốc độ của dòng máu, đường kính của mạch máu, và tỷ trọng của máu và làm giảm tỷ trọng của mạch máu trong giới hạn cho phép theo công thức:

với: Re là hệ số Reynold (là các biện pháp của các xu hướng bất ổn xẩy ra)

v là tốc độ dòng máu (cm/s)

d  là đường đường kính mạch máu (cm)

η là độ nhớt (poise)

ρ là tỷ trọng của máu.

Độ nhớt của máu thông thường là 1/30 poise, tỷ trọng của máu xấp xỉ 1. Khi hệ số Reynold tăng lên khoảng 200-400, dòng chẩy hỗn loạn sẽ xẩy ra tại 1 vài nhánh của mạch nhưng sẽ gây chết dần trong suốt phần trơn nhẵn của bề mặt. Tuy nhiễn, khi hệ số Reynold tăng lên khoảng 2000, hỗn loạn sẽthường xuyên xẩy ra đoạn mạch thẳng và nhẵn.

Hệ số Reynold cho dòng chẩy trong hệ tuần thông thường khoảng 200-400 trong những động mạch lớn; kết quả là gần như luôn có 1 lượng nhỏ hỗn loạn trong dòng chẩy tại điểm chia nhánh của mạch. Ở phần đầu gần của động mạch chủ và động mạch phổi, hệ số Reynold có thể lên tới vài nghìn trong suốt giai đoạn tống máu của tâm thất, nên có hỗn loạn lớn tại đây, điều kiện xẩy ra sự hỗn loạn: (1) tốc độ dòng máu nhanh, (2) nhịp đập tự nhiên của dòng chẩy, (3) thay đổi đường kính đột ngột, và (4) đường kính lòng mạch lớn. Tuy nhiễn, trong mạch máu nhỏ, hệ số Reynold hầu như không bao giờ quá cao để xẩy ra sự hỗn loạn.

5.HUYẾT ÁP

Các đơn vị chuẩn của huyết áp. Huyết áp máu luôn luôn có đơn vị đo là milimet thuỷ ngân(mmHg) bởi vì các tài liệu tham khảo chuẩn để đo áp lực kể từ khi phát minh áp kế thuỷ ngân của Poiseuille vào năm 1846.

Hiện nay, huyết áp nghĩa là lực của máu tác động lên 1 đơn vị điện tích của thành mạch. Khi nói áp lực của thành mạch máu là 50 mmHg, đó là lực tác dụng đủ để đẩy cột thuỷ ngân lên đến 1 mức độ cao 50mm. Nếu áp lực là 100 mmHg, nó sẽ đẩy cột thuỷ ngân cao lên 100 mm.

Thỉnh thoảng, áp suất dùng đơn vị là cmH2O. Một đơn vị áp suất là 10 cm H2O nghĩa là lực tác dụng đủ để đẩy cột nước cao lên 10 cm. Một mm của huyết áp thuỷ ngân bằng với 1.36 cm của huyết áp sử dụng cột nước bởi vì trọng lượng riêng của thuỷ ngân bằng 13.6 lần so với nước và 1cm bằng 1mm.

Phương pháp đo chính xác huyết áp.

Thuỷ ngân trong một áp kế quá chậm để nó có thể đi lên hoặc hạ xuống. Từ những lý do đó, huyết áp thuỷ ngân dùng để đo những áp lực ổn định, không thể đáp ứng lại những huyết áp thay đổi xẩy ra nhanh chóng trong một chu kì 2-3 giây. Bất cứ khi nào cần ghi lại nhanh chóng sự thay đổi áp lực cần có một loại máy áp kế khác. Hình 14-7 làm rõ nguyên tắc cơ bản của máy biên năng huyết áp điện tử thông thường sử dụng sử dụng để biến đổi áp lực máu hoặc những biến đổi nhanh chóng của áp lực thành tín hiệu điện và ghi lại những tín hiệu điện trong một máy ghi điện tốc độ cao.

Mỗi máy biến năng sử dụng màng kim loại rất mỏng và được kéo căng tạo thành một bức tường của thành chất lỏng. Thành chất lỏng liên tục liên hệ thông qua một cái kim hoặc ống chèn vào thành mạch máu nơi có áp lực nhịp nhàng. Khi áp lực cao, màng mỏng phồng lên, và khi thấp, màng mỏng trở về vị trí nghỉ ngơi của mình.

Trong Hình 14-7A, một tấm bọc kim loại thông thường mỏng một phần vài trăm bọc. Khi màng phồng, màng tiến tới đóng tấm bọc, làm tăng điện dung và thay đổi trong điện dung có thể ghi lại sử dung một thiết bị điện thích hợp.

Trong Hình 14-7B, một đầu sắt nhỏ trong màng, và đầu sắt có thể đi chuyển lên trên một trung tâm không gian thành một cuộn dây điện. Chuyển động của sắt trong cuộn làm tăng tự cảm của cuộn dây và điều này cũng có thể ghi bằng máy.

Cuối cùng, trong Hình 14-7C, một dây điện trở rất mỏng, kéo căng và được nối với màn. Khi dây bị kéo căng quá mức, điện trở tăng ; khi nó bị kéo căng ít, điện trở sẽ giảm xuống. Nhưng thay đổi này có thể ghi lại bằng hệ thống điện.

Những tín hiệu điện từ máy biến năng gửi đi các khuyếch đại và ghi lại thích hợp. Với những độ chính xác cao của máy ghi, chu kì áp lực có thể ghi lại được tới 500 chu kì/ 1giây. Thông thường sử dụng phổ biến chu kì ghi từ 20 đến 100 chu kì/ 1 giây, như máy ghi trên hình 14-7C

6.TRỞ KHÁNG VỚI DÒNG MÁU

Đơn vi của trở kháng. Trở kháng là sự cản trở với dòng máu trong mạch, nhưng nó không không thể đo bằng bất kì phương tiện trực tiếp. Thay vào đó, trở kháng chỉ được tính từ những công thức, phép đo của dòng máu và sự chênh lệch áp lực giữa 2 điểm trên mạch. Nếu chênh lệch áp lực giữa 2 điểm là 1 mmHg và tốc độ dòng chẩy là 1ml/s, trở kháng được coi là 1 đơn vị kháng ngoại biên, thường viết tắt là PRU.

Biểu hiện của trở kháng trong đơn vị CGS.  Thỉnh thoảng, một đơn vị vật lý cơ bản gọi là đơn vị CGS (cm, grams, giây) sử dụng để xác định rõ trở kháng. Đơn vị này là dyne giây/cm. Trở kháng trong những đơn vị này có thể tính theo công thức :

Tổng trở kháng mạch ngoại vi và tổng động mạch phổi kháng. Tốc độc của dòng máu thông qua hệ tuần hoàn là bằng với tốc độ máu bởi nhịp đập của tim- đó là lượng máu tim đẩy ra. Ở người trưởng thành, tốc này khoảng 100ml/s. Chênh lệch áp suất từ hệ thống động mạch tới hệ thống tĩnh mạch khoảng 100 mmHg. Vì thế trở kháng của toàn bộ hệ thống tuần hoàn gọi là tổng trở kháng ngoại vi, khoảng 100/100 hoặc 1 PRU.

Trong điều kiện toàn bộ mạch máu khắp cơ thể trở nên siết mạnh, tổng trở kháng ngoại vi thỉnh thoảng lên quá mức cao tới 4 PRU. Ngược lại, khi lòng mạch trở nên dẫn ra, sức cản có thể hạ xuống mức thấp như 0.2 PRU.

Trong hệ thống hô hấp, áp lực động mạch phổi trung bình là 16 mmHg và áp lực tâm nhĩ trái khoảng 2 mmHg, tạo nên chênh lệch áp suất là 14mm. Vì thế, khi tim đẩy ra thông thường là khoảng 100 ml/s, tổng áp lực máu hệ tuần hoàn phổi khoảng 0.14 PRU (Khoảng 1/7 so với hệ tuần hoàn máu lớn).

‘Độ dẫn’ của máu trong mạch là nghịch đảo của trở kháng. Độ dẫn là tiêu chuẩn để đánh giá dòng máu chẩy thông qua mạch khi áp suất thay đổi. Đo lường thường được biểu diễn theo ml/s hoặc mm của áp suất kế, nhưng nó nó thể được biểu diễn bằng l/s hoặc mmHg trong 1 đơn vị dòng chẩy và áp suất.

Rõ ràng độ dẫn tỷ lệ nghịch với trở kháng phù hợp với công thức sau:

Đường kính mạch thu nhỏ ảnh hưởng đến độ dẫn. Những thay đổi nhỏ trong đường kính của mạch gây ra những thay đổi rất lớn tới khả năng dẫn máu của mạch khi dòng máu chẩy bình thường. Hiện tượng này được chứng minh trong thi nhiệm trên hình  14-8A, với 3 mạch có 3 đường kính tỷ lệ với nhau 1,2 và 4 nhưng cùng 1 áp lực là 100 mmHg giữa 2 điểm cuối của mạch, mặc dù đường kính của những mạch này tăng lên 4 lần, các dòng tương ứng là 1, 16, 256, đó là sự gia tăng 256 lần của dòng chẩy. Như vậy, độ dẫn của dòng máu tăng thêm tỷ lệ với mũ số 4 của đường kính mạch, theo công thức :

Độ dẫn = Đường kính⁴

Định luật Poiseuille. Nguyên nhân của độ dẫn tăng lên rất lớn khi đường kính tăng có thể giải thích như trên hình minh hoạ Hình 14-8A, hiện lên mặt cắt của mạch lớn, nhỏ. Những vòng tròn đồng tâm phía trong lòng mạch cho thấy tốc độ dòng chẩy trong mỗi vòng tròn là khác nhau bởi vì dòng chẩy laminar, như đã nêu trong các chương trước. Máu trong vòng chạm vào thành mạch hầu như không chẩy vì nó gắn ở lớp nội mạc mạch máu. Vòng tròn tiếp theo hướng về trung tâm mạch máu qua vòng tròn thứ nhất và bởi vậy dòng chẩy nhanh hơn. Dòng chẩy của các vòng tròn tiếp theo cũng tăng lên. Vì thế, máu ở gần thành mạch có tốc độ chậm, càng xa thành mạch, tốc độ càng nhanh lên.

Trong mạch máu nhỏ, cơ bản tất cả các dòng máu đều gần thành mạch, nên dòng chẩy nhanh ở trung tâm của mạch máu gần như không tồn tại. Bằng cách kết vận tốc của tất cả các vòng tròn đồng tâm của dòng chẩy và nhân chúng với diện tích của vòng tròn, ta được 1 công thức, đó là định luật Poiseuille :

Với : F là tốc độ máu

∆P là chênh lệch áp lực.

r là bán kính của mạch

l là độ dài của mạch

η là độ nhớt của máu

Đặc biệt từ công thức này, ta thấy tốc độ của dòng máu tỷ lệ với mũ số 4 của bán kính mạch. Chứng minh được đường kính mạch máu là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ dòng máu qua mạch.

Tầm quan trọng của đường kính mạch ‘Định luật luỹ thừa 4’. Trong hệ thống tuần hoàn, khoảng 2/3 của tổng sức cản của máu là sức cản trong những động mạch nhỏ.

Đường kính của động mạch từ 4 µm đến 25µm. Tuy nhiên, thành mạch máu khoẻ cho phép đường kính có thể thay đổi, thường dãn tới gấp 4 lần. Từ định luật luỹ thừa 4 đã nêu từ trước liên quan trực tiếp với đường kính mạch máu, khi đường kính tăng 4 lần tốc độ dòng máu tăng 256 lần. Do vậy định luật luỹ thừa 4 giúp cho những động mạch nhỏ có thể phản ứng lại với những thay đổi nhỏ của đường kính từ những xung động thần kinh hoặc những tín hiệu hoá học từ các mô ngay cạnh, hoặc để tắt gần nhữ hoàn toàn lưu lượng máu đến các mô hoặc ở một phản ứng gây ra sự gia tăng lớn trong dòng chẩy.

Sức cản của dòng máu trong mạch nối tiếp và mạch song song.

Máu được bơm bởi tim từ áp suất cao của hệ tuần hoàn (tâm thất) tới áp suất thấp (tâm nhĩ) thông qua nhiều mét mạch máu trong mạch nối tiếp và mạch song song. Động mạch lớn, động mạch nhỏ, mao mạch, tiểu tĩnh mạch, tĩnh mạch xắp xếp nối tiếp nhau, khi mạch máu xắp xếp nối tiếp, dòng chẩy mang máu theo và  tổng sức cản của dòng máu (R_tổng) là tổng của toàn bộ sức cản trong mạch :

Rtổng =R1 + R2 + R3 + R4+….

Tổng sức cản của mạch máu ngoại vi là bằng tổng của sức cản trong động mạch lớn, động mạch nhỏ, mao mạch, tiểu tĩnh mạch, tĩnh mạch. Như trên hình 14-9A, tổng sức cản bằng tổng của R1 và R2

Nhánh mạch máu rộng chia theo kiểu song song đáp ứng máu cho nhiều cơ quan và mô của cơ thể. Mạch máu song song cho phép mô điều chỉnh lượng máu phù hợp với mình một mức độ lớn, độc lập với dòng chảy đến mô khác.

Mạch máu chia nhánh song song (Figure 14-9B), tổng sức cản dòng máu như công thức :

Nó phù hợp với xu hướng gradient áp suất, một lượng lớn máu sẽ chẩy qua hệ thống mạch song song không phải qua bất kì các mạch máu riêng lẻ khác. Như vậy, tổng sức cản bé hơn so với sức cản của hệ thống mạch máu đơn thuần. Dòng chẩy thông qua mạch song song trên Figure 14-9B được quyết định bới gradient áp suất và sức cản riêng, không phải sức cản của các mạch máu song song khác. Tuy nhiên, làm tăng bất kì sức cản của mạch máu đều làm tăng tổng sức cản của mạch.

Nó ngược với khi thêm mạch máu để một mạch làm giảm tổng sức cản. Nhiều mạch máu song song giúp cho máu chẩy qua hệ mạch được dễ dàng do mạch song song cũng cấp nhiều đường nhỏ hoặc độ dẫn, cho dòng máu Tổng độ dẫn của dòng máu (Ctổng) bằng tổng của độ dẫn các mạch máu song song khác :

Ctổng = C1 + C2 + C3 + C4 …

Ví dụ, não, thận, cơ, ruột, da, và hệ tuần hoàn vành xắp sếp theo mạch song song, và mô góp phần đóng góp độ dẫn của hệ thống tuần hoàn. Dòng máu qua mô là phần nhỏ của tồng dòng máu (Tim thu) và xác định bởi sức cản (nghịch đảo với độ dẫn) của dòng máu đến mô, cũng như gradient áp suất. Như vậy, cắt bỏ 1 nhanh hoặc mổ bỏ 1 quả thận sẽ gây huỷ hệ mạch song song và làm giảm tổng độ dẫn của mạch máu và tổng dòng máu, trong khi sức cản ngoại vi càng tăng.

Ảnh hưởng của Hematocrit máu và độ nhớt máu trên sức cản mạch máu và dòng máu

Một chú ý quan trọng khác của công thức Poiseuille là độ nhớt của máu. Độ nhớt lớn, dòng máu chẩy chậm nếu nếu tất cả các thông số khác không đổi. Hơn nữa, độ nhớt của máu là 3 lần so với độ nhớt của nước.

Nó khiến cho dòng máu dính lại ? Nó chủ yếu là các hồng cầu lơ lửng trong máu, gây tăng sức kéo ma sát chống các tế bào lân cận và chống lại các thành của mạch máu.

Hematocrit- thành phần hồng cầu của máu. Nếu một người có hematocrit là 40, nghĩa là có 40% thể tích máu là tế bào và phần còn lại là huyết tương. Hematocrit của nam giới trưởng thành khoảng 42, nữ giới là 38. Giái trị này thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào bệnh nhân bình thường hay thiếu máu, và tăng cao trong hoạt động thể thao. Những thay đổi của hematocrit đang nhắc đến là những hồng cầu, chúng mang Oxi, chức năng được nêu trong Chương 33.

Hematocrit được xác định bởi ly tâm máu trong ống nhiệm chuẩn, như trên hình 14-40. Việc hiệu chuẩn cho phép các tỷ lệ phần trăm của các tế bào.

Hematocrit tăng gây tăng độ nhớt của máu. Độ nhớt của máu tăng mạnh cũng như hematocrit tăng, như hình 14-11. Độ nhớt của toàn bộ máu trong hematocrit bình thường là khoảng 3-4, nghĩa là 3-4 lần áp lực cần thiết để toàn bộ máu buộc nước đi qua mạch máu. Khi hematocrit tăng lên 60 hoặc 70 nó thường là bệnh đa hồng cầu ở người, độ nhớt của máu có thể gấp 10 lần nước, và dòng chẩy thông qua mạch máu rất chậm.

Một yếu tố ảnh hưởng khác tới độ nhớt của máu là tập trung protein huyết tương và loại protein trong huyết tương, nhưng những ảnh hưởng này nhỏ hơn so với ảnh hưởng của hematocrit, chúng không có ý nghĩa trong nghiên cứu về huyết động học. Độ nhớt của huyết tương khoảng 1.5 lần so với nước.

7.Ảnh hưởng của áp suất tới sức cản mạch và mô máu lưu

‘Tự điều chỉnh’ làm giảm ảnh hưởng của áp lực mạch máu trong mô máu lưu. Từ những thảo luận từ trước, một điều chắc chắn rằng tăng thêm áp lực máu động mạch làm tăng thêm dòng máu chẩy qua các mô khác nhau của cơ thể. Tuy nhiên, ảnh hưởng của áp lực động mạch trong dòng máu trong nhiều mô luôn nhỏ hơn lực mong chờ, như hình 14-12. Lý do cho điều này là sự gia tăng áp lực động mạch không chỉ làm tăng lực đẩy máu qua các mạch nhưng cũng làm tăng bù sức cản mạch máu trong vòng vài giây thông qua kích hoạt các cơ chế kiểm soát được đề cập trong Chương 17.

Ngược lại, với áp lực thu nhỏ lại, sức cản mạch mau chóng giảm xuống trong các mô và dòng máu giúp duy trì tốc độ dòng chẩy không đổi. Khả năng của mỗi mô để điều chỉnh kháng lực mạch máu và duy trì lượng máu bình thường trong quá trình thay đổi áp lực động mạch giữa khoảng 70-175mmHg được gọi là dòng máu chẩy tự điều chỉnh.

Chú ý trên Figure 14-12 là thay đổi dòng máu có thể do kích thích của thần kinh giao cảm, làm thiết lại mạch máu. Cũng như vậy hormon gây co mạch, như norepinephrine, angiotensin II, vasopresin hoặc endothelin có thể làm giảm dòng máu tạm thời.

Dòng máu thay đổi hiếm khi kéo dài hơn một vài đồng hồ trong hầu hết các ca mổ ngay cả khi tăng áp lực động mạch hoặc tăng lượng chất gây co mạch duy trì liên tục. Lý do cho sự thay đổi tương đối của lưu lượng máu là cơ chế tự điều chỉnh của các mô để chống lại tác dụng của chất gây co mạch nhằm cung cấu máu thích hợp với nhu cầu của các mô.

Mối liên hệ áp lực dòng máu trong mạch thụ động.

Trong mạch máu cách ly hoặc trong mô không có biểu hiện của tự điều chỉnh, thay đổi trong áp lực máu động mạch có thể gây ảnh hưởng nghiên trọng trong dòng máu. Sự thật, ảnh hưởng của áp lực trong dòng máu có thể sự đoán trước theo như công thức Poiseuille, như trên đồ thi Figure 14-13. Lý do của điều này là tăng thêm áp lực động mạch không chỉ làm tăng sức đẩy máu thông qua mạch nhưng cũng làm phồng mạch, làm giảm sức cản. Ngược lại, sự giảm áp lực trong mạch máu bị động làm tăng sức cản như mạch dã bị xẹp lại do giảm bớt áp lực.

Khi áp lực giảm xuống dưới mức giới hạn, gọi là giới hạn của cùng của huyết áp, dòng chẩy dừng và máu trong mạch hoàn toàn ngừng chẩy.

Hệ thần kinh giao cảm và các chất gây co mạch có thể gián tiếp tác động tới áp lực dòng máu trên hình 14-13. Như vậy, ức chế của hoạt động giao cảm gây dãn nở của mạch máu và làm tăng dòng máu. Ngược lại, kích thích thần kinh giao cảm gây co mạch lại khiến dòng máu giảm đi tơi mức 0 trong một vài giây mặc dù huyết áp động mạch vẫn cao.

Trong thực tế, có rất ít điều kiện sinh lý trong đó mô biểu hiện bị động với áp lực dòng chẩy trong hình 14-13. Thậm chí trong các mô mà không có hiệu quả của cơ chế tự điều chỉnh dòng máu trong khi thay đổi huyết áp động mạch cấp tính, lưu lượng máu được thay đổi theo nhu cầu của mô khi thay đổi áp suất được duy trì như thế nào sẽ được trình bài rõ trong chương 17.

Bài viết được dịch từ sách: Guyton and Hall text book of Medical and Physiology