[Sinh lý thú vị số 10] Thông số cơ bản hệ tim mạch

Đây là case được thiết kế để giúp bạn hiểu tầm quan trọng của tính toán thông số cơ bản hệ tim mạch. Sử dụng thông tin bảng bên dưới để trả lời câu hỏi.

1, Mean arterial pressure (huyết áp trung bình) không đơn giản là trung bình cộng của huyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương. Tại sao không? Cách tính (đánh giá) mean arterial pressure là gì? Tính mean arterial pressure trong trường hợp này.

Huyết áp động mạch hệ thống không là gía trị đơn vì huyết áp động mạch đa dạng trong suốt chu kỳ của tim. Giá trị cao nhất là huyết áp tâm thu, nó được đo chỉ sau khi máu được tống từ tâm thất trái vào động mạch chủ (tâm thu). Giá trị thấp nhất là huyết áp tâm trương, nó được đo khi dòng máu từ động mạch vào tĩnh mạch và quay về tim (tâm trương).

Huyết áp trung bình không thể được tính đơn giản là trung bình cộng của huyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương vì thời gian tâm thu và tâm trương trung bình không bằng nhau trong thực tế, phần lớn giai đoạn rơi vào tâm trương (chiếm 2/3) hơn thời kỳ tâm thu (1/3). Thực vậy, “trung bình” liên quan với huyết áp tâm trương nhiều hơn huyết áp tâm thu. Sự khác biệt giữa huyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương gọi là pulse pressure.

Mặc dù cách tiếp cận là không thực tế, mean arterial pressure có thể được xác định bằng cách đo vùng dưới đường cong huyết áp động mạch. Thay vì đó, mean arterial pressure có thể được đánh giá như sau:

2, Tính thể tích nhát bóp (Stroke volume), cardiac output (cung lượng tim), phân suất tống máu từ tâm thất trái

Tính toán liên quan đến cardiac output của tâm thất trái. Mối liên hệ cơ bản như sau:

Trong đó stroke volume là thể tích máu tống bởi tâm thất trong thời kỳ tâm thu (mL); end-diastolic volume là thể tích tâm thất trước khi tống máu (mL); end-systolic volume là thể tích tâm thất sau khi tống máu (mL).

Trong đó cardiac output là thể tích máu tống bởi tâm thất trong một phút (mL/phút); heart rate là nhịp tim (nhịp/phút)

Trong đó phân suất tống máu là phân suất của thể tích được tống cuối thời kỳ tâm trương trong một nhát bóp.

Bây giờ chúng ta có thể sử dụng công thức cơ bản để tính stroke volume, cardiac output và phân suất tống máu:

Cardiac output là thể tích được tống bởi tâm thất trái trong một phút. Nó được tính như “kết quả” của thể tích nhát bóp và nhịp tim. Bảng phía trên không có nhịp tim, nhưng ta có thể tính được nhịp qua đoạn R-R. R là sóng trên điện tâm đồ và nó hiện diện hoạt động của tâm thất. R-R là chiều dài chu kỳ tim.

 

Chiều dài chu kỳ có thể tính được nhịp tim như sau:

3, Tính cardiac output sử dụng nguyên tắc Fick

Dựa vào câu 2, ta tính được cardiac output dựa vào thể tích nhát bóp và nhịp tim. Tuy nhiên, chúng ta đo cardiac output theo nguyên tắc “bảo toàn khối lượng” của Fick. Nguyên tắc Fick đo cardiac output sử dụng hai giả định cơ bản: (1) dòng máu tuần hoàn phổi (cardiac output tâm thất phải) cân bằng với dòng máu ở tuần hoàn hệ thống. (2) Tỉ lệ sử dụng O2 của cơ thể cân bằng với sự chênh lệch giữa lượng O2 rời khỏi phổi trong máu tĩnh mạch phổi và lượng O2 trở về phổi ở máu động mạch phổi. Mối liên hệ có thể được mô tả qua biểu thức:

Trong trường hợp này, cardiac output có thể được tính bằng thay các giá trị ở bảng. Để tìm giá trị tương ứng trên bảng, nhớ lại máu động mạch hệ thống tương đương với máu tĩnh mạch phổi.

Thật vậy, giá trị cho cardiac output được đo bởi nguyên tắc Fick (5,208 mL/phút), rất gần tới giá trị 5,25 mL/phút được tính từ thể tích nhát bóp và nhịp tim.

4, Định nghĩa tổng trở ngoại biên (TPR – Total peripheral resistance)? Công thức nào mô tả mối liên hệ giữa TPR, huyết áp và cung lượng tim? Tính TPR trong trường hợp này.

TPR là tổng trở dòng máu nó được cung cấp bởi hầu hết các mạch máu ở hệ thống. Mạch máu bao gồm động mạch chủ, động mạch lớn và động mạch nhỏ. Tiểu động mạch, mao mạch, tĩnh mạch, tiểu tĩnh mạch và tĩnh mạch chủ. Hầu hết sức cản nằm ở tiểu động mạch.

Công thức cơ bản mối liên quan giữa dòng máu hệ tim mạch, áp lực máu và sức cản. Mối liên quan là giống với dòng điện, điện thế và sức cản trong định luật Ohm (I = delta V/R). Dòng máu giống với dòng điện, áp lực máu giống với điện thế, sức cản nội môi giống với sức cản dòng điện.

Do đó, để tính TPR, nó cần thiết để biết tổng dòng máu qua tuần hoàn hệ thống (cardiac output của tâm thất trái) và sự chênh lệch áp lực qua toàn bộ hệ thống tuần hoàn. Để giải quyết vấn đề, nó có thể có ích để nhìn sơ đồ dưới đây:

Cardiac output được tính bằng hai phương pháp ở câu 2 và câu 3 là 5,25 mL/phút và 5,208 mL/phút tương ứng. Giá trị gần giống và chúng ta có thể tùy tiện lấy giá trị trung bình 5,229 mL/phút để làm hiện diện cho cardiac output. Sự chênh lệch áp lực xuyên qua tuần hoàn hệ thống là sự khác biệt áp lực tại điểm inflow và outflow (dòng chảy vào và dòng chảy ra). Áp lực dòng chảy vào tuần hoàn hệ thống là áp lực động mạch chủ và áp lực dòng chảy ra từ tuần hoàn hệ thống là áp lực tâm nhĩ phải. Trong câu 1, áp lực động mạch chủ trung bình được tính là 96 mmHg, nó xấp xỉ giá trị huyết áp trung bình. Áp lực trong tâm nhĩ phải là 2 mmHg. Delta P là 94 mmHg.

5, Tính sự cản mạch máu phổi (pulmonary vascular resistance) bằng cách nào? Tính giá trị trong trường hợp này. So sánh giá trị đã tính với TPR và giải thích tại sao lại có sự khác biệt giữa hai giá trị đó.

Pulmonary vascular resistance (PVR) được tính giống với TPR ở câu 4. Chúng ta cần phải biết giá trị dòng máu phổi (cardiac output ở tâm thất phải) và sự chênh lệch áp lực qua tuần hoàn phổi. Để xác định dòng máu phổi, nó cần thiết để hiểu bên phải và bên trái của tim được vận hành theo mạng lưới (dòng máu trình tự từ tim trái đến tim phải và quay về tim trái). Thật vậy, trạng thái ổn định, cardiac output của tâm thất phải (dòng máu phổi) cân bằng với cardiac output của tâm thất trái là 5,299 mL/phút. Chênh lệch áp lực qua tuần hoàn phổi là áp lực dòng máu chảy vào – áp lực dòng máu đi ra. Áp lực dòng máu đi vào là áp lực trung bình động mạch phổi (15 mmHg) và áp lực dòng máu đi ra là áp lực tâm nhĩ trái (5 mmHg).

Mặc dù dòng máu phổi cân bằng với dòng máu tuần hoàn hệ thống, nhưng sức cản chỉ bằng 1/10 giá trị sức cản của tuần hoàn hệ thống. Sao có thể như thế được? Khi sức cản tuần hoàn phổi thấp hơn sức cản tuần hoàn hệ thống, dòng máu tuần hoàn phổi lẽ ra không thể cao hơn dòng máu tuần hoàn hệ thống. Không, bởi vì áp lực tuần hoàn phổi cũng thấp hơn rất nhiều so với áp lực tuần hoàn hệ thống. Thật vậy, dòng máu tuần hoàn phổi có thể chính xác cân bằng với dòng máu trong tuần hoàn hệ thống bởi vì sức cản mạch máu tuần hoàn phổi và áp lực tỉ lệ thấp hơn sức cản mạch máu và áp lực tuần hoàn hệ thống.

6, Total blood flow (tổng dòng máu trong một phút) qua tất cả mao mạch phổi?

Bởi vì sự sắp xếp mạng lưới mạch máu trong phổi (dòng máu từ động mạch phổi => động mạch nhỏ hơn => tiểu động mạch => mao mạch => tĩnh mạch), tổng dòng máu tại bất kỳ cấp độ mạch máu phổi nào (cấp độ của tất cả mao mạch phổi) là giống nhau. Thật vậy, tổng dòng máu qua tất cả mao mạch phổi cân bằng với tổng dòng máu qua động mạch phổi, với là cardiac output của tâm nhĩ phải hay 5,229 mL/phút.

7, Total blood flow trong một phút qua tất cả động mạch hệ thống?

Tương tự câu 6, nhưng thay vào là tuần hoàn hệ thống. Bởi vì sự sắp xếp mạng lưới mạch máu ở tuần hoàn hệ thống (dòng máu từ động mạch chủ => động mạch nhỏ hơn => tiểu động mạch =>…), tổng dòng máu tại bất kỳ cấp độ mạch máu nào của tuần hoàn hệ thống (cấp độ của tất cả các động mạch) là giốn nhau. Thật vậy, tổng dòng máu qua tất cả động mạch hệ thống cân bằng với cardiac output của tâm thất trái hay 5,229 mL/phút.

8, Thông tin nào, cần cung cấp thêm để tính sự cản mạch máu ở thận?

Nguyên tắc được sử dụng để xác định TPR (hay sức cản mạch máu phổi) có thể còn sử dụng để tính sức cản mạch máu ở từng cơ quan (thận). Nhớ lại mối liên hệ giữa áp lực, dòng máu, sức cản được sắp xếp để tính sức cản: R = delta P/Q. R có thể còn hiện diện của sức cản mạch máu ở từng cơ quan (thận), delta P có thể là hiện diện chênh lệch áp lực qua mạch máu của cơ quan (thận, áp lực ở động mạch thận – áp lực tĩnh mạch thận) và Q là hiện diện cho dòng máu đến cơ quan (dòng máu đến thận).

Thật vậy, không có thông tin chính được cung cấp để tính sức cản mạch máu thận có sẵn ở bảng đã cho hoặc từ những tính toán trước. Áp lực động mạch thận gần bằng, nhưng không chính xác bằng với huyết áp trung bình đã tính cho động mạch chủ ở câu 1. Áp lự trung bình ở dòng chảy động mạch lớn hơi thấp hơn áp lực ở động mạch chủ. Giống như áp lực ở bất kỳ tĩnh mạch lớn, áp lực tĩnh mạch thận phải hơi thấp hơn áp lực tâm nhĩ phải. Bởi vì sự sắp xếp song song các nhánh động mạch, dòng máu đến thận chỉ là một phần của tổng dòng máu trong tuần hoàn hệ thống.

9, Nếu động mạch chủ có đường kính 20 nm, tốc độ dòng máu động mạch là? Bạn sẽ kỳ vọng tốc độ dòng máu ở mao mạch hệ thống sẽ cao hơn, thấp hơn hay giống với tốc độ dòng máu ở động mạch chủ?

Với v là tốc độ tuyến tính của dòng máu; Q là dòng máu; A là diện tích mặt cắt ngang của mạch máu.

Bằng từ ngữ, tốc độ tỉ lệ thuận với dòng máu và tỉ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của mạch máu. Dòng máu qua động mạch chủ là tổng dòng máu của tuần hoàn hệ thống, hoặc cardiac output là 5,229 mL/phút. Diện tích mặt cắt ngang được tính từ đường tính động mạch chủ là 20 mm (bán kính là 10 mm).

Dựa vào mối liên hệ tỉ lệ nghịch giữa tốc độ và bán kính của mạch máu, tốc độ của dòng máu phải thấp ở tất cả mao mạch hơn động mạch chủ. Tất nhiên, một mao mạch đơn có bán kính nhỏ hơn động mạch chủ, nhưng tất cả mao mạch có tổng bán kính lớn hơn diện tích mặt cắt ngang của động mạch chủ.

Case được dịch từ sách: Physiology cases and problems
Dựa trên bản dịch của: NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ – Khoa Y ĐHQG TP.HCM