Phân tích cung lượng tim và áp suất nhĩ phải bằng các đường cong cung lượng tim và hồi lưu tĩnh mạch một cách đồng thời
Trong toàn bộ hệ thống tuần hoàn, tim và tuần hoàn hệ thống phải được vận hành cùng với nhau. Điều này có nghĩa là (1) hồi lưu tĩnh mạch từ tuần hoàn hệ thống phải bằng với cung lượng tim từ tim và (2) áp suất nhĩ phải là giống nhau đối với cả tim và tuần hoàn hệ thống.
Vì thế, chúng ta có thể dự đoán cung lượng tim và áp suất nhĩ phải theo cách sau:
1. Xác định khả năng bơm máu tức thời của tim và mô tả khả năng này ở dạng đường cong cung lượng tim.
2. Xác định trạng thái tức thời của dòng máu từ tuần hoàn hệ thống vào trong tim và mô tả trạng thái này ở dạng một đường cong hồi lưu tĩnh mạch.
3. Đặt các đường cong này lại với nhau, như được thể hiện trong Hình 15.
Hai đường cong trong hình mô tả đường cong cung lượng tim bình thường (đường màu đỏ) và đường cong hồi lưu tĩnh mạch bình thường (đường màu xanh dương). Chỉ có duy nhất một điểm trên đồ thị, điểm A, mà ở đó hồi lưu tĩnh mạch bằng với cung lượng tim và ở đó mà áp suất nhĩ phải là giống nhau cho cả tim và tuần hoàn hệ thống. Vì thế, trong tuần hoàn bình thường, áp suất nhĩ phải, cung lượng tim và hồi lưu tĩnh mạch tất cả đều được mô tả bởi điểm A, được gọi là điểm cân bằng (equilibrium point), cho thấy một giá trị bình thường đối với cung lượng tim là 5 L/phút và một áp suất nhĩ phải là 0 mm Hg.
Tác động của thể tích máu tăng lên cung lượng tim. Một sự tăng đột ngột trong thể tích máu khoảng 20% sẽ làm tăng cung lượng tim đến khoảng 2.5 đến 3 lần so với bình thường. Một sự phân tích tác động này được thể hiện trên Hình 15. Ngay khi truyền thêm lượng máu lớn, sự đổ đầy hệ thống tăng lên làm cho Psf tăng đến 16 mm Hg, điều này làm dịch chuyển đường cong hồi lưu tĩnh mạch sang bên phải. Cùng lúc đó, thể tích máu tăng lên làm trương phồng các mạch máu, làm giảm sức cản của chúng và bằng cách đó giảm sức cản đối với hồi lưu tĩnh mạch, điều này làm xoay đường cong hồi lưu lên trên. Kết quả của hai yếu tố này là đường cong hồi lưu tĩnh mạch của Hình 15 được dịch chuyển sang bên phải. Đường cong mới này sẽ giao với đường cong cung lượng tim tại điểm B, cho thấy rằng cung lượng tim và hồi lưu tĩnh mạch tăng 2.5 đến 3 lần và áp suất nhĩ phải tăng đến khoảng +8 mm Hg.
Các tác động đền bù khởi động trong đáp ứng với sự tăng lên của thể tích máu. Cung lượng tim tăng lên đáng kể bởi thể tích máu tăng lên kéo dài chỉ khoảng một vài phút bởi vì một số tác động đền bù ngay lập tức bắt đầu diễn ra:
1. Cung lượng tim tăng lên làm tăng áp suất mao mạch (capillary pressure) đến nỗi dịch bắt đầu thoát ra khỏi các mao mạch vào trong các mô, bằng cách đó đưa thể tích máu trở về bình thường.
2. Áp suất tăng trong các tĩnh mạch làm cho các tĩnh mạch tiếp tục trương phồng dần dần bởi cơ chế được gọi là cơ chế giải tỏa sức căng (stress-relaxation mechanism), đặc biệt là làm cho các hồ tích trữ máu tĩnh mạch như gan và lách giãn nở, từ đó làm giảm Psf.
3. Lưu lượng máu tăng thêm qua các mô ngoại vi gây ra một sự tự điều hòa làm tăng trong sức cản ngoại vi, do đó, làm tăng sức cản đối với hồi lưu tĩnh mạch.
Các yếu tố này làm cho Psf trở về mức bình thường và các mạch máu cản trở của tuần hoàn hệ thống co lại. Vì thế, dần dần, qua một khoảng thời gian từ 10 đến 40 phút, cung lượng tim trở lại gần như bình thường.
Tác động của sự kích thích giao cảm lên cung lượng tim. Sự kích thích giao cảm tác động lên tim và tuần hoàn hệ thống: (1) nó làm cho tim bơm máu mạnh hơn; và (2) trong tuần hoàn hệ thống, nó làm tăng Psf bởi vì sự co của các mạch máu ngoại vi, đặc biệt là các tĩnh mạch, và nó làm tăng sức cản đối với hồi lưu tĩnh mạch.
Trong Hình 16, các đường cong cung lượng tim và hồi lưu tĩnh mạch bình thường được mô tả; các đường cong này giao nhau ở điểm A, điểm này đại diện cho một hồi lưu tĩnh mạch bình thường, cung lượng tim 5 L/phút và áp suất nhĩ phải là 0 mm Hg. Chú ý trong hình là sự kích thích giao cảm tối đa (các đường màu xanh lá cây) làm tăng Psf đến 17 mm Hg (mô tả bởi điểm mà ở đó đường cong hồi lưu tĩnh mạch đạt đến mức hồi lưu tĩnh mạch 0). Sự kích thích giao cảm cũng làm tăng tính hiệu quả bơm máu của tim lên gần 100%. Kết quả, cung lượng tim tăng từ giá trị bình thường ở điểm A cân bằng đến khoảng gấp đôi bình thường ở điểm cân bằng D và áp suất nhĩ phải gần như không đổi. Vì thế, các mức độ kích thích giao cảm khác nhau có thể làm tăng cung lượng tim một cách dần dần đến khoảng 2 lần bình thường trong các khoảng thời gian ngắn cho đến khi các tác động đền bù khác nhau xuất hiện trong vòng vài giây hay vài phút để đưa cung lượng tim về mức gần bình thường.
Tác động của sự ức chế giao cảm lên cung lượng tim. Hệ thống thần kinh giao cảm có thể bị chặn bởi gây tê tủy sống hoàn toàn (total spinal anesthesia) hoặc bằng cách sử dụng một thuốc như hexamethonium, thuốc này giúp chặn sự lan truyền các tín hiệu thần kinh qua các hạch tự động. Các đường cong dưới cùng trong Hình 16 cho thấy tác động của sự ức chế giao cảm được gây ra bởi sự gây tê tủy sống hoàn toàn, thể hiện bởi các điều sau đây: (1) Psf giảm xuống khoảng 4 mm Hg; và (2) tính hiệu quả trong bơm máu của tim giảm xuống khoảng 80% so với bình thường. Cung lượng tim giảm từ điểm A đến điểm B, tức là một sự giảm đến khoảng 60% so với bình thường.
Tác động của việc mở một thông nối động tĩnh mạch lớn. Hình 17 cho thấy các giai đoạn khác nhau của các sự thay đổi hệ thống tuần hoàn xảy ra sau khi mở một thông nối động – tĩnh mạch lớn – nghĩa là, sau khi tạo ra một nối thông trực tiếp giữa một động mạch lớn và một tĩnh mạch lớn.
1. Hai đường cong màu đỏ gặp nhau ở điểm A cho thấy tình trạng bình thường.
2. Các đường cong cắt nhau ở điểm B cho thấy tình trạng tuần hoàn ngay sau khi mở các thông nối lớn. Các tác động chủ yếu là như sau: (a) một sự xoay đột ngột và dốc lên của đường cong hồi lưu tĩnh mạch lên trên được gây ra bởi sự giảm mạnh trong sức cản đối với hồi lưu tĩnh mạch khi máu được phép chảy mà hầu như không có sự cản trở một cách trực tiếp từ các động mạch lớn đến hệ thống tĩnh mạch, bỏ qua hầu hết các thành phần sức cản của tuần hoàn ngoại vi; và (b) một sự tăng lên nhẹ trong mức đường cong cung lượng tim bởi vì việc mở thông nối sẽ làm giảm sức cản ngoại vi và cho phép một sự giảm nhanh trong áp suất động mạch mà tim có thể bơm máu chống lại một cách dễ dàng hơn. Kết quả toàn phần, mô tả bởi điểm B, là một sự tăng lên trong cung lượng tim từ 5 L/phút lên đến 13 L/phút và một sự tăng lên trong áp suất nhĩ phải đến khoảng +3 mm Hg.
3. Điểm C mô tả các tác động khoảng 1 phút sau, sau khi các phản xạ thần kinh giao cảm đã phục hồi áp suất động mạch gần như đến mức bình thường và gây ra hai tác động khác: (a) một sự tăng lên trong Psf (bởi vì sự co của tất cả các tĩnh mạch và các động mạch) từ 7 đến 9 mm Hg, vì thế, làm dịch chuyển đường cong hồi lưu tĩnh mạch 2 mm Hg sang bên phải; và (b) sự nâng lên cao hơn nữa của đường cong cung lượng tim do sự kích thích thần kinh giao cảm của tim. Cung lượng tim bây giờ tăng gần đến mức 16 L/phút và áp suất nhĩ phải tăng đến khoảng 4 mm Hg.
4. Điểm D cho thấy tác động sau một vài tuần nữa. Vào lúc này, thể tích máu tăng lên bởi vì sự giảm nhẹ trong áp suất động mạch và sự kích thích giao cảm đều làm giảm bài tiết nước tiểu thận một cách tạm thời, gây ra sự giữ lại muối và nước. Psf bây giờ tăng đến +12 mm Hg, làm dịch chuyển đường cong hồi lưu tĩnh mạch thêm 3 mm Hg sang bên phải. Ngoài ra, sự tăng tải kéo dài lên tim làm cho cơ tim hơi phì đại, làm tăng mức đường cong cung lượng tim cao hơn nữa. Vì thế, điểm D cho thấy một cung lượng tim bây giờ gần 20 L/phút và một áp suất nhĩ phải khoảng 6 mm Hg.
Các phân tích khác của sự điều hòa cung lượng tim. Trong các bài viết sau, việc phân tích sự điều hòa cung lượng tim trong suốt quá trình luyện tập thể thao sẽ được trình bày. Cũng trong các bài viết sau, các sự phân tích sự điều hòa cung lượng tim ở các giai đoạn khác nhau của suy tim sung huyết thì cũng sẽ được bàn tới.
Các phương pháp đo cung lượng tim
Sự đánh giá chính xác cung lượng tim là cực kỳ quan trọng trong thực hành y học hiện đại, đặc biệt là ở các bệnh nhân mang bệnh nặng hay ở các bệnh nhân có nguy cơ cao trải qua phẫu thuật. Ở các thực nghiệm trên động vật, chúng ta có thể đo cung lượng tim sử dụng một lưu lượng kế điện từ trường hay siêu âm đặt lên trên động mạch chủ hay động mạch phổi để đo cung lượng tim. Tuy nhiên, ở người, cung lượng tim thường được đo bởi các phương pháp gián tiếp mà không cần phẫu thuật.
1. Cung lượng theo nhịp mạch của tim được đo bởi các lưu lượng kế điện từ trường hay siêu âm
Hình 18 cho thấy một sự ghi lại ở một con chó trong lưu lượng máu tại gốc của động mạch chủ; sự ghi lại này được thực hiện nhờ sử dụng một lưu lượng kế điện từ trường. Nó cho thấy rằng lưu lượng máu tăng một cách nhanh chóng đến đỉnh trong suốt quá trình tâm thu và sau đó, ở cuối kỳ tâm thu, nó đảo ngược trong một phần giây. Dòng máu chảy ngược này làm cho van động mạch chủ đóng và lưu lượng máu trở về 0.
2. Sự đo cung lượng tim sử dụng nguyên lý Fick
Nguyên lý Fick được giải thích bởi Hình 19. Hình này cho thấy rằng 200 ml oxygen đang được hấp thụ từ các phổi vào trong máu phổi mỗi phút. Nó cũng cho thấy rằng máu đi vào trong tim phải có một nồng độ oxygen là 160 ml/L, ngược lại, máu rời tim trái có một nồng độ oxygen là 200 ml/L. Từ các dữ liệu này, chúng ta có thể tính toán được rằng mỗi lít máu đi qua các phổi sẽ hấp thu 40 ml oxygen.
Bởi vì tổng lượng oxygen được hấp thu vào trong máu từ các phổi mỗi phút là 200 ml, chia 200 cho 40 thì ta sẽ có được 5 lít thể tích máu mà đi qua tuần hoàn phổi mỗi phút để hấp thu lượng oxygen này. Vì thế, lượng máu chảy qua các phổi mỗi phút là 5 lít, đây cũng là một sự đo lường cung lượng tim. Vì thế, cung lượng tim có thể được tính toán bởi công thức sau đây:
Trong quá trình áp dụng nguyên lý Fick để đo cung lượng tim ở người, máu tĩnh mạch trộn (mixed venous blood) thường thu được qua một ống thông được đưa vào trong tĩnh mạch cánh tay của cánh tay, qua tĩnh mạch dưới đòn, xuống dưới đến nhĩ phải và cuối cùng vào trong thất phải hoặc động mạch phổi. Máu động mạch hệ thống sau đó có thể thu được từ bất kỳ động mạch hệ thống nào trong cơ thể. Tốc độ hấp thụ oxygen bởi các phổi được đo bởi tốc độ biến mất của oxygen khỏi không khí hô hấp nhờ sử dụng bất cứ loại công cụ đo oxygen nào.
3. Phương pháp pha loãng chỉ thị
Để đo cung lượng tim bằng phương pháp pha loãng chỉ thị thì một lượng nhỏ chất chỉ thị như thuốc nhuộm (dye) được tiêm vào trong một tĩnh mạch hệ thống lớn hoặc tốt nhất là vào trong nhĩ phải. Chất chỉ thị này đi nhanh qua tim phải, sau đó, qua các mạch máu của các phổi, qua tim trái và cuối cùng vào trong hệ thống động mạch hệ thống. Nồng độ của thuốc nhuộm được ghi lại khi thuốc nhuộm đi qua một trong các động mạch ngoại vi, tạo ra một đường cong như được thể hiện trong Hình 20. Trong mỗi trường hợp này, 5 milligrams thuốc nhuộm Cardiogreen được tiêm ở thời điểm 0. Trong sự ghi lại ở bên trên, không có thuốc nhuộm đi vào trong cây động mạch cho đến khoảng 3 giây sau khi tiêm vào, nhưng sau đó nồng độ của thuốc nhuộm tăng nhanh chóng đến tối đa trong khoảng 6 đến 7 giây. Sau đó, nồng độ giảm xuống nhanh nhưng trước khi nồng độ đạt đến 0, một ít thuốc nhuộm đã tuần hoàn qua một số mạch máu ngoại vi và trở về qua tim để tuần hoàn lần thứ hai. Kết quả, nồng độ thuốc nhuộm trong động mạch bắt đầu tăng trở lại. Vì mục đích tính toán, chúng ta cần ngoại suy dốc xuống sớm của đường cong xuống điểm 0 trước, như được thể hiện bởi phần nét đứt của mỗi đường cong. Theo cách này, đường cong nồng độ theo thời gian (time-concentration curve) ngoại suy của thuốc nhuộm trong động mạch hệ thống mà không có sự tuần hoàn trở lại có thể được đo trong phần đầu của nó và được ước chừng một cách chính xác hợp lý trong phần sau của nó.
Một khi đường cong nồng độ theo thời gian ngoại suy được xác định thì nồng độ trung bình của thuốc nhuộm trong máu động mạch trong thời gian của đường cong có thể được tính toán. Ví dụ, trong ví dụ trên cùng của Hình 20 thì sự tính toán này được thực hiện bằng cách đo diện tích bên dưới toàn bộ đường cong ban đầu và đường cong ngoại suy và sau đó tính trung bình nồng độ của thuốc nhuộm trong suốt thời gian đường cong. Một điều có thể thấy được từ hình chữ nhật được tô màu đậm nằm dọc theo đường cong trong hình phía trên là nồng độ trung bình của thuốc nhuộm là 0.25 mg/dl máu và thời gian của giá trị trung bình này là 12 giây. Tổng cộng là 5 milligrams thuốc nhuộm được tiêm lúc đầu của thực nghiệm. Vì máu mang chỉ 0.25 milligrams thuốc nhuộm trong mỗi 100 milliliters máu để đưa toàn bộ 5 milligrams thuốc nhuộm qua tim và các phổi trong 12 giây nên tổng cộng là có 20 phần thuốc, mỗi trong đó tương ứng với 100 milliliters máu, sẽ đi qua tim trong suốt 12 giây, điều này sẽ tương đương với việc cung lượng tim sẽ là 2 L/12 giây hay 10 L/phút. Các bạn sẽ tự tính toán cung lượng tim từ đường cong ngoại suy bên dưới của Hình 20 nhé. Tóm lại, cung lượng tim có thể được xác định sử dụng công thức sau:
4. Siêu âm tim
Cung lượng tim cũng có thể được ghi lại bằng siêu âm tim, một phương pháp mà sử dụng các sóng siêu âm từ một đầu dò đặt lên thành ngực hay đặt vào trong thực quản của bệnh nhân để đo kích thước của các buồng tim và vận tốc của máu chảy từ thất trái vào trong động mạch chủ. Thể tích nhát bóp được tính toán từ vận tốc của dòng máu chảy vào trong động mạch chủ, và thiết diện cắt ngang của động mạch chủ được xác định từ đường kính động mạch chủ mà được đo bởi hình ảnh siêu âm. Cung lượng tim sau đó được tính toán từ tích của thể tích nhát bóp và tần số tim.
5. Phương pháp kháng trở sinh học điện lồng ngực
Ghi trở kháng tim (impedance cardiography), còn được gọi là trở kháng sinh học điện lồng ngực (thoracic electrical bioimpedance), là một kỹ thuật không xâm lấn được sử dụng để đo các sự thay đổi trong tổng độ dẫn điện của lồng ngực như là một sự đánh giá gián tiếp về các tham số huyết động như cung lượng tim. Phương pháp này phát hiện các sự thay đổi trở kháng (impedance) nhờ một dòng điện nhỏ, có tần số cao đi qua lồng ngực giữa hai cặp điện cực nữa nằm phía bên ngoài thành phần đo trở kháng. Trở kháng điện là sự đối kháng mà một mạch điện thực hiện với một dòng điện khi mà một hiệu điện thế được áp dụng. Với mỗi nhịp tim, sự thay đổi thể tích máu và vận tốc máu trong động mạch chủ, và sự thay đổi tương ứng trong trở kháng và thời gian của nó sẽ được ghi lại và được sử dụng để thống kê cung lượng tim.
Mặc dù một số nghiên cứu đã cho thấy rằng sự ghi trở kháng tim có thể cung cấp các sự đánh giá hợp lý về cung lượng tim dưới một số tình trạng nhưng phương pháp này cũng có thể bị ảnh hưởng của một số tác nhân gây ra sai số, bao gồm nhiễu điện (electrical interferences), nhiễu ảnh chuyển động (motion artifacts), sự tích tụ dịch quanh tim và trong các phổi, và loạn nhịp. Một số nghiên cứu cho thấy rằng sai số trung bình cho phương pháp này có thể cao đến 20% đến 40%.
Sự đánh giá chính xác cung lượng tim cung cấp một cái nhìn thấu đáo trong chức năng tim và sự tưới máu mô bởi vì cung lượng tim đại diện cho tổng tất cả các lưu lượng máu đến tất cả các cơ quan và mô của cơ thể. Vì thế, các phương pháp không xâm lấn cho các sự đo đạc chính xác hơn đối với cung lượng tim thì đang liên tục được phát triển để điều trị cho các bệnh nhân có rối loạn tuần hoàn.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
