Các sự kiện của tim diễn ra từ đầu một nhịp đập của tim đến đầu nhịp đập tiếp theo của tim được gọi là chu kỳ tim. Mỗi chu kỳ được khởi đầu bằng sự tạo thành tự phát của một điện thế hoạt động trong nút xoang. Nút này nằm ở phía trên thành ngoài của tâm nhĩ phải, gần lỗ tĩnh mạch chủ trên và điện thế hoạt động đi từ vị trí này qua cả hai tâm nhĩ một cách nhanh chóng và sau đó qua bó nhĩ-thất để vào các tâm thất. Do sự sắp xếp chuyên biệt kiểu này của hệ thống dẫn truyền từ các tâm nhĩ vào trong các tâm thất nên sẽ có một khoảng trễ kéo dài hơn 0.1 giây trong suốt quá trình mà xung động tim đi từ các tâm nhĩ đến các tâm thất. Sự trễ này cho phép các tâm nhĩ co trước khi mà các tâm thất co, bằng cách này, tâm nhĩ sẽ bơm máu vào trong tâm thất trước khi mà sự co mạnh tâm thất bắt đầu.
Vì thế, các tâm nhĩ đóng vai trò như là các bơm mồi cho các tâm thất và các tâm thất sẽ cung cấp nguồn năng lượng chính cho việc đưa máu đi khắp hệ thống mạch máu của cơ thể.
Tâm trương và tâm thu
Tổng thời gian của chu kỳ tim, bao gồm tâm thu và tâm trương, chính là nghịch đảo của tần số tim. Ví dụ, nếu như tần số tim là 72 nhịp đập/phút thì thời gian của chu kỳ tim là 1/72 phút/nhịp đập – khoảng 0.0139 phút/nhịp đập hay 0.833 giây/nhịp đập.
Hình 1 cho thấy các sự kiện khác nhau trong suốt chu kỳ tim đối với bên trái của tim. 3 đường cong trên cùng cho thấy các sự thay đổi áp lực lần lượt trong động mạch chủ, thất trái và nhĩ trái. Đường cong thứ tư phản ánh điện tâm đồ và đường cong thứ sáu phản ánh một tâm thanh đồ, chính là sự ghi lại các âm thanh được tạo ra bởi tim – chủ yếu bởi các van tim – khi tim bơm máu. Đặc biệt quan trọng, bạn đọc cần học kỹ sơ đồ này và hiểu được nguyên nhân của tất cả các sự kiện được thể hiện trên hình để nắm rõ chu kỳ tim.
Tăng tần số tim làm giảm thời gian của chu kỳ tim
Khi tần số tim tăng, thời gian của mỗi chu kỳ tim sẽ giảm xuống, bao gồm các giai đoạn co và giãn. Thời gian của điện thế hoạt động và tâm thu cũng sẽ giảm nhưng không nhiều bằng tỷ lệ thời gian tâm trương. Ở tần số tim là 72 nhịp đập/phút thì tâm thu sẽ chiếm khoảng 0.4 toàn bộ chu kỳ tim. Ở tần số tim gấp 3 lần bình thường thì tâm thu sẽ chiếm khoảng 0.65 toàn bộ chu kỳ tim. Điều này có nghĩa là tim đập quá nhanh thì sẽ không giãn đủ lâu để cho phép sự đầy hoàn hoàn toàn của các buồng tim trước lần co bóp tiếp theo.
Mối liên hệ của điện tâm đồ với chu kỳ tim
Điện tâm đồ trong Hình 1 cho thấy các sóng P, Q, R, S và T. Đây là các hiệu điện thế được tạo ra bởi tim và được ghi lại bởi điện tâm đồ từ bề mặt của cơ thể.
Sóng P được gây ra bởi sự lan rộng của quá trình khử cực qua tâm nhĩ và theo sau đó là sự co của tâm nhĩ. Sự co này làm cho đường cong áp lực tâm nhĩ ngay sau sóng P trên điện tâm đồ nâng lên nhẹ.
Khoảng 0.16 giây sau khi khởi phát sóng P, các sóng QRS xuất hiện do quá trình khử cực của tâm thất. Sự khử cực tâm thất này làm khởi phát sự co của các tâm thất và làm cho áp lực tâm thất bắt đầu tăng lên. Vì thế, phức hợp QRS bắt đầu hơi trước so với sự khởi phát của tâm thu thất.
Cuối cùng, sóng T của tâm thất biểu thị cho giai đoạn tái cực của các tâm thất khi mà các sợi cơ tâm thất bắt đầu giãn. Vì thế, sóng T xuất hiện hơi trước so với sự kết thúc của quá trình co tâm thất.
Các tâm nhĩ đóng vai trò như là các bơm mồi cho các tâm thất
Máu bình thường sẽ chảy liên tục từ các tĩnh mạch lớn vào trong các tâm nhĩ; khoảng 80% lưu lượng máu được chảy trực tiếp qua tâm nhĩ vào trong tâm thất ngay cả trước khi các tâm nhĩ co. Sau đó, sự co của tâm nhĩ thường sẽ cung cấp thêm 20% lưu lượng máu của tâm thất. Vì thế, các tâm nhĩ đóng vai trò như là các bơm mồi làm tăng hiệu quả bơm máy của tâm thất lên 20%. Tuy nhiên, tim có thể tiếp tục hoạt động dưới hầu hết các điều kiện mà không cần thêm 20% hiệu quả bơm máu này bởi vì bình thường thì tim có khả năng bơm 300% đến 400% máu nhiều hơn lượng cần thiết cho cơ thể lúc nghỉ ngơi. Vì thế, khi các tâm nhĩ không thực hiện được chức năng của nó thì sự khác biệt dường như không được phát hiện trừ khi người đó phải hoạt động thể lực; sau đó, các triệu chứng của suy tim đôi khi sẽ phát triển, đặc biệt là khó thở.
Các sự thay đổi áp lực trong tâm nhĩ – các sóng a, c và v.
Trong đường cong áp lực của tâm nhĩ ở Hình 1 thì 3 sự tăng lên nhẹ của áp lực, được gọi là các sóng áp lực nhĩ a, c và v, được thể hiện trên hình.
Sóng a được gây ra bởi sự co tâm nhĩ. Thông thường, áp lực nhĩ phải tăng từ 4 đến 6 mmHg trong suốt quá trình co tâm nhĩ và áp lực nhĩ trái tăng khoảng 7 đến 8 mmHg.
Sóng c xuất hiện khi các tâm thất bắt đầu co; sóng này được gây ra một phần bởi sự dội ngược lại nhẹ của máu vào bên trong tâm nhĩ ở đầu thời kì co tâm thất nhưng chủ yếu sóng này được tạo ra là bởi vì sự phồng lên của các van nhĩ-thất ngược về phía tâm nhĩ do sự tăng áp lực trong tâm thất.
Sóng v xuất hiện về phía cuối của quá trình co tâm thất; đó là do lưu lượng máu chảy chậm vào trong tâm nhĩ từ các tĩnh mạch trong khi các van nhĩ-thất được đóng trong suốt quá trình co tâm thất. Sau đó, khi sự co tâm thất đã kết thúc thì các van nhĩ-thất sẽ mở và cho phép lượng máu nhĩ được tích trữ sẵn này chảy nhanh vào trong các tâm thất, làm cho sóng v biến mất đi.
Các tâm thất đóng vai trò như các máy bơm máu
Các tâm thất được đổ đầy máu trong suốt thời kỳ tâm trương
Trong suốt thời kỳ tâm thu thất thì các lượng máu lớn sẽ tích tụ bên trong các tâm nhĩ phải và trái bởi vì van nhĩ-thất vẫn còn đóng. Vì thế, ngay khi kỳ tâm thu kết thúc và áp lực tâm thất một lần nữa giảm xuống giá trị tâm trương thấp thì sự tăng áp lực trung bình ở bên trong tâm nhĩ suốt thời kỳ tâm thu thất sẽ đẩy các van nhĩ-thất mở ra và cho phép máu chảy nhanh vào trong các tâm thất, được thể hiện bởi sự nâng lên của đường cong thể tích tâm thất trong Hình 1. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn đổ đầy thất nhanh.
Ở tim khỏe mạnh thì giai đoạn đổ đầy nhanh sẽ kéo dài trong khoảng 1/3 đầu thời kỳ tâm trương. Trong suốt 1/3 giữa thời kỳ tâm trương thì bình thường chỉ có một lượng máu nhỏ chảy vào trong tâm thất. Đây là lượng máu tiếp tục được đổ vào trong các tâm nhĩ từ các tĩnh mạch và đi qua tâm nhĩ một cách trực tiếp để đổ vào trong các tâm thất. Trong suốt 1/3 cuối của thời kỳ tâm trương thì tâm nhĩ sẽ co lại để tạo ra một lực đẩy đối với dòng máu đến tâm nhĩ làm cho lượng máu này đi vào trong tâm thất. Cơ chế này đóng góp khoảng 20% lượng máu đổ đầy các tâm thất trong suốt mỗi chu kỳ tim.
Các tâm thất sẽ cứng dần theo tuổi hoặc do bệnh tật gây ra tình trạng xơ hóa tim như huyết áp cao hay tiểu đường. Điều này sẽ làm cho ít máu đổ đầy vào tâm thất hơn trong giai đoạn đầu của kỳ tâm trương và cần nhiều thể tích (tiền tải; sẽ nói đến sau) hay nhiều sự đổ đầy từ sự co cơ tâm nhĩ hơn để duy trì một cung lượng tim đầy đủ.
Dòng máu đi ra từ các tâm thất trong suốt thời kỳ tâm thu
Giai đoạn co đẳng tích (đẳng trường)
Ngay sau khi sự co tâm thất bắt đầu thì áp lực tâm thất sẽ tăng lên đột ngột, như trong Hình 1, làm cho các van nhĩ-thất đóng lại. Sau đó, cần một khoảng thời gian từ 0.02 đến 0.03 giây để cho tâm thất tích lũy đủ áp lực để đẩy các van bán nguyệt (các van động mạch chủ và động mạch phổi) mở ra (áp lực các tâm thất lớn hơn các áp lực trong động mạch chủ và động mạch phổi). Vì thế, trong suốt giai đoạn này, sự co cơ đang xảy ra trong các tâm thất nhưng không có sự tống máu xảy ra. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn co cơ đẳng tích hay co cơ đẳng trường, nghĩa là sức căng cơ tim đang tăng nhưng ít hoặc không có sự ngắn đi của các sợi cơ xuất hiện.
Giai đoạn tống máu
Khi áp lực thất trái tăng lên đến mức hơi lớn hơn 80 mmHg (và áp lực thất phải tăng lên đến mức hơi lớn hơn 8 mmHg), các áp lực thất lúc này sẽ đẩy các van bán nguyệt mở ra. Ngay lập tức, máu được tống ra khỏi các tâm thất để vào trong động mạch chủ và động mạch phổi. Gần 60% lượng máu trong các tâm thất ở cuối thời kỳ tâm trương được tống đi trong suốt thời kỳ tâm thu; khoảng 70% lượng máu này sẽ được tống đi trong khoảng 1/3 đầu của giai đoạn tống máu và 30% lượng máu còn lại sẽ được tống đi trong suốt 2/3 giai đoạn tống máu còn lại. Vì thế, 1/3 đầu giai đoạn tống máu được gọi là giai đoạn tống máu nhanh và 2/3 cuối giai đoạn tống máu được gọi là giai đoạn tống máu chậm.
Giai đoạn giãn đẳng tích (đẳng trường)
Ở cuối thời kỳ tâm thu, sự giãn của tâm thất bắt đầu một cách đột ngột, cho phép cả áp lực bên trong thất phải và thất trái giảm một cách nhanh chóng. Các áp lực tăng lên trong các động mạch lớn vừa được đổ đầy máu từ sự co các tâm thất ngay lập tức sẽ đẩy máu ngược về phía tâm thất, điều này làm cho các van động mạch chủ và động mạch phổi đóng lại. Trong khoảng 0.03 đến 0.06 giây tiếp theo, cơ tâm thất tiếp tục giãn ngay cả khi thể tích tâm thất không thay đổi, tạo ra giai đoạn giãn đẳng tích hay giãn đẳng trường. Trong suốt giai đoạn này, các áp lực bên trong tâm thất sẽ giảm một cách nhanh chóng trở về mức áp lực tâm trương thấp. Sau đó, các van nhĩ-thất sẽ mở ra để bắt đầu một chu kỳ tâm thất bơm máu mới.
Thể tích cuối tâm trương, thể tích cuối tâm thu và thể tích nhát bóp
Trong suốt thời kỳ tâm trương, sự đổ đầy bình thường của các tâm thất sẽ làm tăng thể tích của mỗi tâm thất lên khoảng 110 đến 120 milliliters. Thể tích này được gọi là thể tích cuối tâm trương. Sau đó, khi các tâm thất tống máu trong suốt thời kỳ tâm thu thì thể tích giảm khoảng 70 milliliters, đây được gọi là thể tích nhát bóp. Thể tích còn lại trong mỗi tâm thất là vào khoảng 40 đến 50 milliliters và được gọi là thể tích cuối tâm thu. Tỷ lệ thể tích máu cuối tâm trương mà được tống đi được gọi là phân suất tống máu và thường bằng khoảng 0.6 (hay 60%). Phần trăm phân suất tống máu thì thường được sử dụng trên lâm sàng để đánh giá khả năng tâm thu (bơm máu) của tim.
Khi tim co mạnh thì thể tích cuối tâm thu có thể giảm xuống còn 10 đến 20 milliliters. Ngược lại, khi lượng lớn máu chảy vào trong các tâm thất trong suốt thời kỳ tâm trương thì thể tích cuối tâm trương có thể lên đến 150 đến 180 milliliters ở những quả tim khỏe mạnh. Bằng cách tăng thể tích cuối tâm trương và giảm thể tích cuối tâm thu thì thể tích nhát bóp có thể được tăng đến hơn 2 lần so với bình thường.
Các van tim ngăn cản sự dội ngược của dòng máu trong suốt thời kỳ tâm thu
Các van nhĩ-thất
Các van nhĩ-thất (các van 3 lá và các van 2 lá) giúp ngăn cản sự dội ngược của máu từ các tâm thất đến các tâm nhĩ trong suốt kỳ tâm thu và các van bán nguyệt (các van động mạch chủ và động mạch phổi) giúp ngăn cản sự dội ngược của dòng máu từ động mạch chủ và động mạch phổi vào trong các tâm thất trong suốt kỳ tâm trương. Các van này (được thể hiện trong Hình 2 đối với thất trái) đóng và mở một cách thụ động. Điều này có nghĩa là chúng sẽ đóng lại khi mà một gradient áp lực ngược đẩy máu dội ngược trở lại và chúng mở ra khi một gradient áp lực thuận đẩy máu về phía trước. Về mặt giải phẫu, các van nhĩ-thất mỏng hầu như không cần sự dội ngược lại của dòng máu để đóng van, ngược lại các van bán nguyệt nặng hơn nhiều cần có dòng máu dội ngược nhanh hơn trong khoảng thời gian vài phần ngàn giây.
Chức năng của các cơ nhú
Hình 2 cho thấy các cơ nhú bám vào các lá van của van nhĩ-thất bằng các thừng gân. Các cơ nhú co khi mà các thành tâm thất co nhưng ngược lại so với những gì mong đợi, chúng không giúp các van đóng. Thay vào đó, chúng kéo các lá van của van tim hướng về phía các tâm thất để ngăn không cho chúng nhô quá xa về phía các tâm nhĩ trong suốt quá trình co của tâm thất. Nếu như một thừng gân bị đứt hoặc nếu như một trong các cơ nhú bị liệt do lưu lượng máu thấp từ một thiếu máu cơ tim thì van sẽ nhô xa về phía tâm nhĩ trong suốt quá trình co tâm thất, đôi khi sự nhô lên của lá van xa đến nỗi dẫn đến việc rò rỉ máu nghiêm trọng khỏi tâm thất và kết quả là mất chức năng tim nghiêm trọng hoặc thậm chí gây chết người.
Các van động mạch chủ và động mạch phổi
Các van bán nguyệt động mạch chủ và động mạch phổi thực hiện chức năng khá khác so với các van nhĩ-thất. Đầu tiên, áp lực cao trong các động mạch vào cuối kỳ tâm thu sẽ làm cho các van bán nguyệt bật đóng lại mạnh, ngược lại với sự đóng nhẹ hơn nhiều của các van nhĩ-thất. Thứ hai, do lỗ mở nhỏ hơn nên tốc độ tống máu qua các van động mạch chủ và động mạch phổi thì lớn hơn nhiều so với qua các van nhĩ-thất. Ngoài ra, cũng do sự đóng nhanh và tống máu nhanh nên các bờ của các van động mạch chủ và động mạch phổi chịu sự bào mòn cơ học lớn hơn nhiều so với các van nhĩ-thất. Cuối cùng, các van nhĩ-thất được hỗ trợ bởi các thừng gân nhưng điều này thì không đúng đối với các van bán nguyệt. Rõ ràng là từ giải phẫu của các van động mạch chủ và động mạch phổi (như được thể hiện đối với van động mạch chủ ở dưới cùng của Hình 2) chúng ta có thể thấy chúng phải được cấu trúc bởi mô sợi cực kỳ khỏe nhưng rất mềm dẻo để có thể “đứng vững” trước các sức ép vật lý bên ngoài.
Đường cong áp lực động mạch chủ
Khi thất trái co, áp lực tâm thất tăng lên nhanh chóng cho đến khi các van động mạch chủ mở ra. Sau đó, sau khi van mở, sự tăng lên của áp lực trong tâm thất nhanh chóng giảm đi nhiều, như trong Hình 1, bởi vì máu ngay lập tức đi ra khỏi tâm thất để vào trong động mạch chủ và sau đó vào trong các động mạch phân phối của hệ thống tuần hoàn.
Sự đi vào bên trong các động mạch của máu trong suốt kỳ tâm thu làm cho thành của các động mạch này căng ra và áp lực tăng lên khoảng 120 mmHg. Tiếp theo, ở cuối thời kỳ tâm thu, sau khi thất trái ngừng tống máu và van động mạch chủ đóng thì các thành đàn hồi của các động mạch vẫn duy trì một áp lực cao bên trong các động mạch ngay cả khi đó là kỳ tâm trương.
Một khuyết xuất hiện ở trên đường cong áp lực động mạch chủ khi mà van động mạch chủ đóng lại. Điều này là do có một giai đoạn dòng máu chảy ngược lại ngay trước khi đóng van, theo sau đó là sự ngừng đột ngột của dòng máu chảy ngược lại này.
Sau khi van động mạch chủ đóng thì áp lực trong động mạch chủ giảm xuống một cách chậm rãi trong suốt kỳ tâm trương bởi vì máu tích trữ bên trong các động mạch đàn hồi giãn rộng chảy một cách liên tục qua các mạch máu ngoại vi và quay trở lại các tĩnh mạch. Trước khi tâm thất co trở lại, áp lực động mạch chủ thường sẽ rơi xuống đến khoảng 80 mmHg (áp lực tâm trương), tức là khoảng 2/3 so với áp lực tối đa là 120 mmHg (áp lực tâm thu) xảy ra trong suốt quá trình co của tâm thất.
Các đường cong áp lực trong thất phải và động mạch phổi thì tương tự với động mạch chủ, trừ việc là các áp lực này sẽ chỉ bằng khoảng 1/6 so với trong động mạch chủ.
Mối liên hệ của các tiếng tim với sự bơm máu của tim
Khi nghe tim bằng ống nghe thì chúng ta sẽ không nghe thấy sự mở của các van bởi vì đây là một quá trình tương đối chậm mà bình thường sẽ không tạo ra âm thanh nào cả. Tuy nhiên, khi các van đóng lại thì các lá van của các van và dịch xung quanh sẽ rung động dưới tác động của các sự thay đổi áp lực đột ngột, giúp tạo ra âm thanh truyền qua thành ngực.
Khi các tâm thất co, đầu tiên chúng ta sẽ nghe một âm thanh được gây ra bởi sự đóng của các van nhĩ-thất. Cao độ của âm thanh rung động này thì thấp và tương đối kéo dài và được gọi là tiếng tim đầu tiên (SI). Khi mà các van động mạch chủ và động mạch phổi đóng vào cuối kỳ tâm thu thì chúng ta có thể nghe được tiếng “tách” nhanh bởi vì các van này sẽ đóng một cách nhanh chóng và xung quanh sẽ xuất hiện rung động trong một khoảng thời gian ngắn. Âm thanh này được gọi là tiếng tim thứ hai (S2). Nguyên nhân chính xác của các tiếng tim sẽ được nói kỹ hơn trong một bài viết khác liên quan đến việc nghe các âm thanh bằng ống nghe.
Công đầu ra của tim
Công đầu ra của nhát bóp của tim là lượng năng lượng mà tim chuyển thành công trong suốt mỗi nhịp đập khi đang bơm máu vào trong các động mạch. Công đầu ra của tim thì gồm 2 dạng. Đầu tiên, phần lớn năng lượng được sử dụng để đưa máu từ các tĩnh mạch có áp lực thấp đến các động mạch có áp lực cao. Đây được gọi là công thể tích – áp lực hay công ngoài. Thứ hai, một phần nhỏ năng lượng được sử dụng để tăng tốc dòng máu đến vận tốc tống máu của tim qua các van động mạch chủ và động mạch phổi, đây là thành phần năng lượng động năng của dòng máu trong công đầu ra.
Công ngoài của thất phải bình thường chỉ bằng khoảng 1/6 thất trái bởi vì áp lực tâm thu bơm máu trong thất trái lớn gấp 6 lần thất phải. Công đầu ra cần thêm vào mỗi tâm thất để tạo ra năng lượng động năng của dòng máu thì tỷ lệ thuận với khối lượng máu được tống nhân với bình phương của vận tốc tống máu.
Thông thường, công đầu ra của thất trái cần để tạo ra năng lượng động năng của dòng máu thì chỉ chiếm khoảng 1% tổng công đầu ra của tâm thất và vì thế nó sẽ bị bỏ qua trong việc tích toán tổng công đầu ra của nhát bóp. Tuy nhiên, trong một số tình trạng bất thường nhất định như hẹp động mạch chủ, trong đó dòng máu sẽ chảy với tốc độ lớn qua van hẹp, hơn 50% tổng công đầu ra có thể sẽ phải được sử dụng để tạo ra năng lượng động năng của dòng máu.
Phân tích đồ thị sự bơm máu của tâm thất
Hình 3 cho thấy một sơ đồ đặc biệt hữu ích trong việc giải thích các cơ chế bơm máu của thất trái. Các thành phần quan trọng nhất của sơ đồ là hai đường cong “áp lực tâm trương” và “áp lực tâm thu”. Những đường cong này là các đường cong thể tích – áp lực.
Đường cong áp lực tâm trương được xác định bằng việc đổ đầy máu vào trong tim với các thể tích máu ngày càng lớn hơn và sau đó đo áp lực tâm trương ngay trước khi sự co tâm thất diễn ra, đây là áp lực cuối tâm trương của tâm thất.
Đường cong áp lực tâm thu được xác định bằng việc ghi lại áp lực tâm thu trong suốt quá trình co của tâm thất ở mỗi thể tích máu đổ đầy.
Cho đến lúc thể tích máu của tâm thất khi không co lên đến khoảng 150ml thì áp lực tâm trương không tăng nhiều. Vì thế, máu có thể chảy một cách dễ dàng vào bên trong tâm thất từ tâm nhĩ cho đến khi đạt đến thể tích này. Khi đạt đến thể tích trên 150ml thì áp lực tâm trương của tâm thất tăng một cách nhanh chóng, một phần là bởi vì mô sợi trong tim sẽ không căng thêm nữa và một phần là bởi vì màng ngoài tim bị lấp đầy đến giới hạn của nó.
Trong suốt quá trình co tâm thất thì áp lực tâm thu sẽ tăng lên, thậm chí ngay ở các thể tích tâm thất nhỏ và đạt đến tối đa ở một thể tích tâm thất là 150 đến 170 ml. Sau đó, khi thể tích tăng lên hơn nữa thì áp lực tâm thu thực sự sẽ giảm, như được thể hiện bởi đường cong tâm thu đi xuống trong Hình 3. Việc này xuất hiện là bởi vì ở những thể tích tâm thất lớn như thế này thì các vi sợi actin và myosin của các sợi cơ tim bị kéo ra đủ xa để làm cho sự co của mỗi sợi cơ tim không còn ở mức tối ưu nữa.
Chú ý đặc biệt trong hình là áp lực tâm thu tối đa đối với thất trái bình thường là nằm trong khoảng 250 đến 300 mmHg, nhưng khoảng này có thể có sự biến đổi lớn tùy theo sức khỏe quả tim của mỗi người và mức độ kích thích tim bởi các dây thần kinh tim. Đối với thất phải bình thường thì áp lực tâm thu tối đa là nằm trong khoảng từ 60 đến 80 mmHg.
Sơ đồ thể tích-áp lực trong suốt chu kỳ tim; công đầu ra của tim
Các đường màu đỏ trong Hình 3 hình thành nên một đường cong kín được gọi là sơ đồ thể tích – áp lực của chu kỳ tim đối với chức năng bình thường của thất trái. Một phiên bản chi tiết hơn của đường cong này được thể hiện trong Hình 4. Nó được chia thành 4 giai đoạn:
- Giai đoạn I: Giai đoạn đổ đầy. Giai đoạn I trong sơ đồ thể tích – áp lực bắt đầu ở một thể tích tâm thất khoảng 50 ml và một áp lực tâm trương khoảng 2 đến 3 mmHg. Lượng máu mà còn lại ở trong tâm thất sau nhịp tim trước đó, 50 ml, được gọi là thể tích cuối tâm thu. Khi máu tĩnh mạch chảy vào trong tâm thất từ tâm nhĩ trái thì thể tích tâm thất bình thường sẽ tăng lên đến khoảng 120 ml, được gọi là thể tích cuối tâm trương, một sự tăng lên khoảng 70 ml về mặt thể tích. Vì thế, sơ đồ thể tích – áp lực trong suốt giai đoạn I mở dọc theo đường thẳng được đánh dấu bằng “I” trong Hình 3 và từ điểm A đến điểm B trong Hình 4, với thể tích tăng đến 120 ml và áp lực tâm trương tăng đến khoảng từ 5 đến 7 mmHg.
- Giai đoạn II: Giai đoạn co đẳng tích. Trong suốt giai đoạn co đẳng tích, thể tích của tâm thất không thay đổi bởi vì tất cả các van tim đều đóng. Tuy nhiên, áp lực bên trong tâm thất tăng đến bằng áp lực trong động mạch chủ, tức là ở giá trị áp lực khoảng 80 mmHg, như được mô tả bởi điểm C (xem Hình 4).
- Giai đoạn III: Giai đoạn tống máu. Trong suốt giai đoạn tống máu thì áp lực tâm thu sẽ tăng lên thậm chí còn cao hơn bởi vì cơ tâm thất còn co mạnh hơn nữa. Cũng lúc này, thể tích của tâm thất giảm xuống bởi vì van động mạch chủ bây giờ đã mở và máu chảy ra khỏi tâm thất vào trong động mạch chủ. Vì thế, trong Hình 3, đường cong được ký hiệu “III” hay đường cong của giai đoạn tống máu đã ghi lại các sự thay đổi trong thể tích và áp lực tâm thu trong suốt giai đoạn tống máu này.
- Giai đoạn IV: Giai đoạn giãn đẳng tích. Ở cuối thời kỳ tống máu (điểm D, Hình 4), van động mạch chủ đóng và áp lực tâm thất giảm xuống mức giá trị của áp lực tâm trương. Đường thẳng được ký hiệu “IV” (Hình 3) đã ghi lại sự giảm này trong trong áp lực bên trong tâm thất mà không có sự thay đổi nào về mặt thể tích. Vì thế, tâm thất trở về điểm bắt đầu của nó với khoảng 50 ml máu còn lại trong tâm thất ở một áp lực tâm trương là khoảng 2 đến 3 mmHg.
Diện tích được chắn bởi sơ đồ thể tích – áp lực này (phần diện tích được tô màu, ký hiệu là “EW”) biểu diễn cho tổng công ngoài của tâm thất trong suốt chu kỳ co của nó. Trong các nghiên cứu thí nghiệm về sự co của tim thì sơ đồ này được sử dụng để tính toán công đầu ra.
Khi tim bơm lượng lớn máu thì diện tích biểu diễn công trên sơ đồ sẽ trở nên lớn hơn nhiều. Nghĩa là nó sẽ mở rộng hơn sang phía bên phải bởi vì tâm thất được đổ đầy bởi nhiều máu hơn trong suốt thời kỳ tâm trương và được nâng cao hơn nhiều bởi vì tâm thất co với áp lực lớn hơn và nó thường mở rộng xa hơn sang bên trái bởi vì tâm thất co đến một thể tích nhỏ hơn – đặc biệt nếu tâm thất được kích thích để tăng hoạt động bởi hệ thống thần kinh giao cảm.
Các khái niệm tiền tải và hậu tải
Trong việc đánh giá các thuộc tính co của cơ thì sẽ rất quan trọng trong việc xác định mức độ căng của cơ khi nó bắt đầu co, được gọi là “tiền tải” và xác định tải chống lại việc cơ thực hiện lực co của nó, được gọi là “hậu tải”.
Đối với sự co của tim thì tiền tải thường được xem là áp lực cuối tâm trương khi tâm thất được đổ đầy. Hậu tải của tâm thất là áp lực trong động mạch chủ dẫn ra từ tâm thất. Trong Hình 3, điều này sẽ liên quan đến áp lực tâm thu, được mô tả bởi đường cong giai đoạn III của sơ đồ thể tích – áp lực. (Đôi khi hậu tải thì được xem một cách mơ hồ là sức cản trong hệ tuần hoàn hơn là áp lực động mạch.)
Tầm quan trọng của các khái niệm tiền tải và hậu tải đó là trong nhiều trạng thái chức năng bất thường của tim hoặc hệ tuần hoàn, áp lực trong suốt sự đổ đầy của tâm thất (tiền tải), áp lực động mạch mà sự co của tâm thất phải vượt qua (hậu tải) hoặc cả hai bị thay đổi từ mức độ bình thường cho đến mức độ nghiêm trọng.
Năng lượng hóa học cần cho sự co cơ tim: Sự sử dụng oxy của tim
Cơ tim, giống như cơ vân, sử dụng năng lượng hóa học để cung cấp cho sự co cơ. Gần 70% đến 90% năng lượng này bình thường có nguồn gốc từ sự chuyển chuyển hóa oxy hóa của các axit béo, với khoảng 10% đến 30% là đến từ các chất dinh dưỡng khác, đặc biệt là glucose và lactate. Vì thế, tốc độ tiêu thụ oxy của tim là một sự đánh giá hoàn hảo cho năng lượng hóa học được giải phóng khi tim thực hiện công việc của nó. Các phản ứng hóa học khác nhau giúp giải phóng năng lượng này thì sẽ đến nói đến sau.
Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sự tiêu thụ oxy của tim và năng lượng tiêu tốn trong suốt quá trình co cơ thì có liên quan trực tiếp đến vùng được tô màu trên Hình 3. Phần được tô màu này bao gồm công ngoài (EW), đã được giải thích trước đó và một phần nữa được gọi là “thế năng”, ký hiệu là “PE”. Thế năng biểu thị cho công thêm vào mà có thể được thực hiện bởi sự co cơ tâm thất nếu như tâm thất có thể tống đi toàn bộ máu trong buồng với mỗi sự co cơ.
Sự tiêu thụ oxy cũng được chứng mình là gần như tỷ lệ với sức căng xuất hiện trên cơ tim trong suốt quá trình co cơ nhân với thời gian mà sự co cơ còn tồn tại; đây được gọi là chỉ số sức căng – thời gian. Theo như định luật Laplace, sức căng thành tâm thất (T) thì liên quan đến áp lực thất trái (P) và đường kính thất trái (r): T = P x r.
Bởi vì sức căng thì lớn khi áp lực tâm thu (và vì thế áp lực thất trái) cao, nên oxy được sử dụng nhiều hơn. Khi áp lực tâm thu tăng lên kéo dài, sức ép lên thành tim và tải trọng đối với tim cũng tăng lên, thúc đẩy sự dày lên của thành thất trái, điều này làm giảm đường kính buồng thất (phì đại đồng tâm) và phần nào đó đã giảm bớt sự tăng sức căng của thành tim. Ngoài ra, nhiều năng lượng hóa học hơn nhiều được tiêu thụ, ngay cả ở các áp lực tâm thu bình thường, khi mà tâm thất bị giãn một cách bất thường (phì đại lệch tâm) bởi vì sức căng cơ tim trong suốt quá trình co thì tỷ lệ với áp lực nhân với bán kính tâm thất. Điều này trở nên đặc biệt quan trọng trong suy tim khi mà tâm thất của tim bị giãn ra và xuất hiện nghịch lý là lượng năng lượng hóa học cần cho một công đầu ra cho trước thì lớn hơn so với bình thường mặc dù tim đã bị suy yếu.
Hiệu suất của tim
Trong suốt quá trình co cơ tim, hầu hết năng lượng hóa học tiêu thụ được chuyển thành nhiệt và một phần nhỏ hơn nhiều được chuyển thành công đầu ra. Hiệu suất của tim là tỷ lệ công đầu ra so với tổng năng lượng hóa học được sử dụng để thực hiện công. Hiệu suất tối đa của tim bình thường là từ khoảng 20% đến 25%. Ở những người bị suy tim thì hiệu suất này có thể giảm xuống thấp khoảng 5%.
