Trong loạt bài viết này thì chúng ta sẽ xem xét các vấn đề sau: (1) lưu lượng máu đến các cơ xương và (2) lưu lượng máu động mạch vành đến tim. Sự điều hòa của mỗi trong số các loại lưu lượng máu này đạt được chủ yếu bởi sự kiểm soát cục bộ của sức cản mạch máu trong đáp ứng với các nhu cầu chuyển hóa mô.
Chúng ta cũng sẽ bàn luận về sinh lý của các chủ đề liên quan, bao gồm các vấn đề sau: (1) kiểm soát cung lượng tim trong suốt quá trình luyện tập thể thao; (2) các đặc điểm của các cơn đau tim (heart attacks) và (3) đau trong cơn đau thắt ngực (angina pectoris).
Sự điều hòa lưu lượng máu trong cơ xương lúc nghỉ ngơi và trong suốt quá trình luyện tập thể thao.
Luyện tập thể thao nặng (strenuous exercise) là một trong số các tình trạng áp lực nhất mà hệ thống tuần hoàn bình thường sẽ phải đối mặt bởi vì có một khối lượng cơ xương rất lớn trong cơ thể, tất cả chúng đều cần các lượng lưu lượng máu lớn. Ngoài ra, cung lượng tim thường phải tăng 4 đến 5 lần so với bình thường ở những người không phải là vận động viên hoặc tăng 6 đến 7 lần ở những vận động viên được huấn luyện tốt để đáp ứng với các nhu cầu chuyển hóa của các cơ đang hoạt động.
Tốc độ lưu lượng máu trong cơ xương
Trong suốt quá trình nghỉ ngơi, lưu lượng máu cơ xương trung bình là 3 đến 4 ml/phút/100 grams cơ. Trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng ở vận động viên có thể trạng tốt thì lưu lượng máu này có thể tăng 25 đến 50 lần, nghĩa là lưu lượng máu tăng lên 100 đến 200 ml/phút/100 grams cơ. Các lưu lượng máu đỉnh lên cao đến 400 ml/phút/100 grams cơ đã được ghi lại đối với các cơ đùi của các vận động viên rèn luyện sức bền.
Lưu lượng máu trong suốt quá trình co cơ. Hình 1 cho thấy một sự ghi lại của các sự thay đổi lưu lượng máu trong một cơ bắp chân trong suốt quá trình vận động cơ theo nhịp mạnh. Chú ý rằng lưu lượng máu tăng lên và giảm xuống theo mỗi sự co cơ. Ở cuối các quá trình co cơ, lưu lượng máu vẫn cao trong khoảng một vài giây nhưng sau đó trở về mức bình thường trong suốt vài phút tiếp theo.
Nguyên nhân của lưu lượng máu thấp hơn trong suốt giai đoạn co cơ của quá trình luyện tập là do sự đè ép các mạch máu bởi cơ đang co. Trong suốt quá trình co cơ do uốn ván, tình trạng mà gây ra sự đè ép các mạch máu kéo dài, lưu lượng máu có thể gần như ngừng lại, nhưng điều này cũng gây ra sự yếu đi nhanh của quá trình co cơ.
Tăng lưu lượng máu trong các mao mạch cơ trong suốt quá trình luyện tập thể thao. Trong suốt quá trình nghỉ ngơi, một số mao mạch cơ có ít hoặc không có máu chảy qua, nhưng trong suốt quá trình luyện tập nặng, tất cả các mao mạch mở ra. Sự mở ra này của các mao mạch không hoạt động làm giảm khoảng thời gian mà oxygen và các chất dinh dưỡng khác phải khuếch tán từ các mao mạch đến các sợi cơ; đôi khi đóng góp một diện tích bề mặt tăng lên 2 lần đến 3 lần mà qua đó oxygen và các chất dinh dưỡng có thể khuếch tán từ máu vào trong các mô.
Sự kiểm soát của lưu lượng máu cơ xương
Oxygen giảm trong cơ làm tăng mạnh lưu lượng máu. Sự tăng lên mạnh trong lưu lượng máu cơ mà xảy ra trong suốt quá trình hoạt động cơ xương được gây ra chủ yếu bởi các hóa chất được giải phóng tại chỗ mà đóng vai trò một cách trực tiếp lên các tiểu động mạch cơ để gây ra giãn mạch. Một trong số các tác động hóa học quan trọng nhất là sự giảm của mức oxygen trong các mô cơ. Khi các cơ hoạt động, chúng sử dụng oxygen một cách nhanh chóng, bằng cách đó, làm giảm nồng độ oxygen trong các dịch mô. Điều này cuối cùng gây ra sự giãn mạch của các tiểu động mạch cục bộ bởi vì các mức oxygen thấp làm cho các mạch máu giãn ra và bởi vì sự suy giảm oxygen có thể giải phóng các chất giãn mạch. Adenosine có thể là một chất giãn mạch quan trọng nhưng các thực nghiệm đã cho thấy rằng ngay cả các lượng lớn adenosine được tiêm một cách trực tiếp vào trong một động mạch cơ thì cũng không thể làm tăng lưu lượng máu đến cùng mức độ như trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng và nó không thể duy trì sự giãn mạch trong cơ xương trong khoảng thời gian nhiều hơn khoảng 2 giờ.
May mắn thay, ngay cả sau khi các mạch máu cơ trở nên không nhạy cảm với các tác động giãn mạch của adenosine thì các yếu tố giãn mạch khác vẫn tiếp tục duy trì sự tăng lưu lượng máu mao mạch khi quá trình luyện tập thể thao tiếp tục. Các yếu tố này bao gồm: (1) các ion kali; (2) adenosine triphosphate (ATP); (3) lactic acid; và (4) carbon dioxide. Chúng ta vẫn không biết về mặt định lượng là mỗi yếu tố trong số các yếu tố này đóng bao nhiêu vai trò trong việc tăng lưu lượng máu cơ trong suốt quá trình hoạt động cơ; chủ đề này đã được bàn luận nhiều trong các bài viết trước.
Sự kiểm soát thần kinh của lưu lượng máu cơ. Ngoài các cơ chế giãn mạch mô cục bộ, các cơ xương cũng được chi phối bởi các dây thần kinh co mạch giao cảm và trong một số loài động vật, có cả các dây thần kinh giãn mạch giao cảm nữa.
Các sợi dây thần kinh co mạch giao cảm bài tiết norepinephrine ở các đầu tận thần kinh của chúng. Khi kích hoạt tối đa, cơ chế này có thể làm giảm lưu lượng máu qua các cơ đang nghỉ xuống còn ít khoảng ½ đến ⅓ so với bình thường. Sự co mạch này có tầm quan trọng về mặt sinh lý trong việc làm giảm nhẹ các sự giảm của áp suất động mạch trong shock tuần hoàn và trong suốt các giai đoạn stress khác, khi mà nó thậm chí có thể được cần đến để tăng huyết áp.
Ngoài norepinephrine được bài tiết ở các đầu tận thần kinh co mạch giao cảm, tủy của hai tuyến thượng thận cũng bài tiết các lượng norepinephrine tăng lên cùng với thậm chí nhiều epinephrine hơn vào trong máu tuần hoàn trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng. Norepinephrine tuần hoàn tác động lên các mạch máu cơ để gây ra một tác động co mạch tương tự với được gây ra bởi sự kích thích thần kinh giao cảm trực tiếp. Tuy nhiên, epinephrine thường có một tác động giãn mạch nhẹ bởi vì epinephrine kích thích nhiều hơn các thụ cảm thể beta-adrenergic của các mạch máu, là các thụ cảm thể giãn mạch, ngược lại với các thụ cảm thể co mạch alpha mà được kích thích một cách chuyên biệt bởi norepinephrine. Các thụ cảm thể này sẽ được bàn đến trong các bài viết tiếp theo.
Sự tái điều chỉnh tuần hoàn trong suốt quá trình luyện tập thể thao
Ba yếu tố chính xuất hiện trong suốt quá trình luyện tập thể thao mà cần thiết cho hệ thống tuần hoàn để cung cấp lưu lượng máu lớn cần bởi các cơ: (1) sự hoạt hóa hệ thống thần kinh giao cảm trong nhiều mô với các tác động kích thích hệ quả lên hệ thống tuần hoàn; (2) sự tăng lên trong áp suất động mạch và (3) sự tăng lên trong cung lượng tim.
Các tác động của sự hoạt hóa giao cảm
Lúc bắt đầu luyện tập thể thao, các tín hiệu được lan truyền không chỉ từ não đến các cơ để gây ra sự co cơ, mà còn vào trong trung tâm vận mạch để khởi động sự phóng tín hiệu giao cảm trong nhiều mô khác nhau. Đồng thời, các tín hiệu phó giao cảm đến tim cũng bị giảm bớt. Vì thế, 3 tác động lên tuần hoàn chính làm cho:
1. Tim bị kích thích đến một tần số tim tăng lên và tăng sức bơm máu do sự điều khiển giao cảm đến tim cùng với việc giải phóng tim khỏi sự ức chế phó giao cảm bình thường.
2. Nhiều trong số các tiểu động mạch của tuần hoàn ngoại vi bị co lại mạnh trừ các tiểu động mạch trong các cơ hoạt động, là các mạch máu bị giãn mạch mạnh bởi các tác động giãn mạch cục bộ trong các cơ như đã ghi nhận trước đây. Vì thế, tim bị kích thích để cung cấp các lưu lượng máu tăng lên cần cho các cơ, trong khi cùng lúc đó, lưu lượng máu qua hầu hết các vùng không có cơ của cơ thể thì tạm thời bị giảm, bằng cách đó, các vùng này đã cho các cơ “mượn” sự cấp máu. Quá trình này cung cấp thêm đến 2 L/phút lưu lượng máu đến các cơ, điều này là cực kỳ quan trọng khi đặt trường hợp một người đang phải chạy để bảo toàn mạng sống, thậm chí chỉ một phần nhỏ tăng lên trong tốc độ chạy đã có thể tạo ra sự khác biệt giữa sự sống và cái chết. Hai trong số các hệ thống tuần hoàn ngoại vi, hệ thống động mạch vành và hệ thống động mạch não sẽ tránh được tác động co mạch này bởi vì cả hai khu vực tuần hoàn này đều có sự chi phối thần kinh co mạch ít – may mắn là như vậy, bởi vì cả tim và não đều thiết yếu đối với quá trình luyện tập thể thao tương tự như là các cơ xương.
3. Các thành cơ của các tĩnh mạch và các khu vực chứa máu của hệ thống tuần hoàn được co một cách mạnh mẽ, điều này làm tăng mạnh áp suất đổ đầy hệ thống trung bình. Như chúng ta đã biết trong các bài viết trước, tác động này là một trong số các yếu tố quan trọng nhất trong việc tăng cường sự tăng lên của hồi lưu tĩnh mạch của máu đến tim và vì thế, làm tăng cung lượng tim.
Sự kích thích giao cảm có thể làm tăng áp suất động mạch trong suốt quá trình luyện tập thể thao
Một tác động quan trọng của sự kích thích giao cảm tăng lên trong quá trình luyện tập thể thao là làm tăng áp suất động mạch. Áp suất động mạch tăng lên này gây ra nhiều tác động kích thích, bao gồm: (1) sự co mạch của các tiểu động mạch và các động mạch nhỏ trong hầu hết các mô của cơ thể trừ não và các cơ đang hoạt động, bao gồm cả tim; (2) hoạt động bơm máu tăng lên bởi tim; và (3) một sự tăng lên mạnh trong áp suất đổ đầy hệ thống trung bình được gây ra chủ yếu bởi sự co tĩnh mạch. Các tác động này, phối hợp cùng với nhau, hầu như luôn luôn làm tăng áp suất động mạch trong suốt quá trình luyện tập thể thao. Sự tăng lên này có thể ít khoảng 20 mm Hg hoặc nhiều đến 80 mm Hg, phụ thuộc vào các điều kiện mà dưới các điều kiện đó quá trình thể thao được thực hiện. Khi một người thực hiện quá trình luyện tập thể thao dưới điều kiện căng thẳng nhưng chỉ sử dụng một vài cơ thì đáp ứng thần kinh giao cảm vẫn xuất hiện. Trong một số cơ hoạt động, sự giãn mạch xảy ra nhưng bất cứ đâu khác trong cơ thể, tác động chủ yếu là co mạch, thường làm tăng áp suất động mạch trung bình đến 170 mm Hg. Tình trạng như vậy có thể xuất hiện khi một người đứng trên một chiếc thang và đang đóng đinh với một chiếc búa trên trần nhà ở phía trên. Tình trạng căng thẳng của tình huống này là rõ ràng.
Ngược lại, khi một người thực hiện luyện tập thể thao toàn thân như chạy hoặc bơi thì sự tăng lên trong áp suất động mạch thường chỉ là 20 đến 40 mm Hg. Không có một sự tăng lên nhiều trong áp suất này là do sự giãn mạch mạnh mà xảy ra một cách đồng thời trong các khối lượng cơ hoạt động lớn.
Tại sao áp suất động mạch tăng trong suốt quá trình luyện tập thể thao lại quan trọng? Khi các cơ bị kích thích một cách tối đa trong một thực nghiệm trong phòng thí nghiệm nhưng lại không cho phép áp suất động mạch tăng lên thì lưu lượng máu cơ hiếm khi tăng nhiều hơn 8 lần. Tuy nhiên, chúng ta đã biết từ các nghiên cứu của các vận động viên marathon rằng là lưu lượng máu cơ có thể tăng từ mức ít là 1 L/phút trên toàn cơ thể trong suốt quá trình nghỉ ngơi đến nhiều hơn 20 L/phút trong suốt quá trình hoạt động tối đa. Vì thế, rõ ràng rằng là lưu lượng máu cơ có thể tăng nhiều hơn nhiều so với những gì xảy ra trong thực nghiệm đơn giản này. Sự khác biệt là gì? Chủ yếu là áp suất động mạch sẽ tăng trong suốt quá trình luyện tập thể thao bình thường. Ví dụ, hãy giả sử rằng áp suất động mạch tăng lên 30% trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng. Sư tăng lên 30% này tạo ra lực mạnh hơn 30% trong việc đẩy máu qua các mạch máu của mô cơ. Tuy nhiên, đây không phải là tác động quan trọng duy nhất – áp suất tăng thêm cũng làm căng các thành của các mạch máu và tác động này cùng với các chất giãn mạch được giải phóng cục bộ và huyết áp cao hơn, tất cả có thể làm tăng tổng lưu lượng máu cơ đến nhiều hơn 20 lần so với bình thường.
Tầm quan trọng của cung lượng tim tăng lên trong suốt quá trình luyện tập thể thao
Nhiều tác động sinh lý khác nhau xảy ra cùng lúc trong suốt quá trình luyện tập thể thao để làm tăng cung lượng tim gần như tỉ lệ với mức độ luyện tập. Trong thực tế, khả năng của hệ thống tuần hoàn trong việc cung cấp cung lượng tim tăng lên để vận chuyển oxygen và các chất dinh dưỡng khác đến các cơ trong suốt quá trình luyện tập thể thao là có tầm quan trọng tương đương với sức mạnh của chính các cơ trong việc thiết lập giới hạn đối với hoạt cơ liên tục. Ví dụ, các vận động viên chạy marathon, những người mà có thể tăng cung lượng tim của họ lên nhiều nhất thường sẽ là những người có các thời gian chạy phá kỷ lục.
Phân tích đồ thị của các sự thay đổi trong cung lượng tim trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng . Hình 2 cho thấy một sự phân tích đồ thị của sự tăng lên mạnh trong cung lượng tim mà xảy ra trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng. Các đường cong cung lượng tim và hồi lưu tĩnh mạch cắt nhau ở điểm A đại diện cho tuần hoàn bình thường và các đường cong cắt nhau ở điểm B đại diện cho quá trình luyện tập thể thao nặng. Chú ý rằng sự tăng lên mạnh trong cung lượng tim yêu cầu các sự thay đổi đáng kể trong cả đường cong cung lượng tim và đường cong hồi lưu tĩnh mạch như sau.
Mức tăng của đường cong cung lượng tim thì có thể dễ dàng hiểu. Nó hầu như là do sự kích thích giao cảm của tim, điều này gây ra các tác động sau đây: (1) tăng tần số tim, lên đến 170 đến 190 nhịp/phút; và (2) tăng sức co của tim đến hai lần so với bình thường. Nếu như không có mức chức năng tim tăng lên này thì sự tăng lên trong cung lượng tim sẽ bị giới hạn đến mức cao nguyên của tim bình thường, tức là mức tăng lên tối đa của cung lượng tim chỉ là 2.5 lần chứ không phải là 4 lần mà bình thường có thể đạt được bởi những người chạy bộ không được huấn luyện và 7 lần mà có thể đạt được ở một số vận động viên chạy marathon.
Bây giờ, chúng ta sẽ nghiên cứu các đường cong hồi lưu tĩnh mạch. Nếu như không có sự thay đổi xuất hiện từ đường cong hồi lưu tĩnh mạch bình thường thì cung lượng tim có thể hầu như không tăng trong quá trình luyện tập thể thao bởi vì mức bình nguyên trên của đường cong hồi lưu tĩnh mạch bình thường chỉ là 6 L/phút. Tuy nhiên, hai sự thay đổi quan trọng xảy ra:
1. Áp suất đổ đầy hệ thống trung bình tăng ở lúc bắt đầu luyện tập thể thao nặng. Tác động này được tạo ra một phần từ sự kích thích giao cảm mà làm co các tĩnh mạch và các phần chứa máu của hệ thống tuần hoàn. Ngoài ra, sự gồng các cơ bụng và cơ xương trong cơ thể đã làm đè ép nhiều mạch máu bên trong , vì thế, đã tạo ra nhiều hơn sự đè ép hơn lên toàn bộ hệ thống mạch máu chứa máu và gây ra một sự tăng lên nhiều hơn nữa trong áp suất đổ đầy hệ thống trung bình. Trong suốt quá trình luyện tập thể thao tối đa, hai tác động này cùng nhau có thể làm tăng áp suất đổ đầy hệ thống trung bình từ một mức bình thường là 7 mm Hg lên cao đến 30 mm Hg.
2. Dốc của đường cong hồi lưu tĩnh mạch xoay lên trên. Sự xoay lên trên này được gây ra bởi sự giảm sức cản trong hầu như tất cả các mạch máu trong mô cơ hoạt động, điều mà cũng làm cho sức cản đối với hồi lưu tĩnh mạch giảm, vì thế, làm tăng độ dốc lên trên của đường cong hồi lưu tĩnh mạch.
Vì thế, sự kết hợp của áp suất đổ đầy hệ thống tăng lên và sức cản đối với hồi lưu tĩnh mạch giảm đi đã làm tăng toàn bộ mức của đường cong hồi lưu tĩnh mạch.
Trong đáp ứng với các sự thay đổi của cả đường cong hồi lưu tĩnh mạch và đường cong cung lượng tim, điểm cân bằng mới trong Hình 2 đối với cung lượng tim và áp suất nhĩ phải bây giờ là điểm B, ngược lại với mức bình thường ở điểm A. Đặc biệt chú ý là áp suất nhĩ phải hầu như không thay đổi, có sự tăng lên chỉ 1.5 mm Hg. Trong thực tế, ở một người có một quả tim khỏe, áp suất nhĩ phải thường giảm xuống bên dưới mức bình thường trong suốt quá trình luyện tập thể thao nặng do sự tăng kích thích giao cảm đáng kể của tim. Ngược lại, ngay cả một mức độ trung bình của quá trình luyện tập thể thao có thể gây ra sự tăng lên đáng kể trong áp suất nhĩ phải ở những bệnh nhân có các quả tim bị suy yếu.
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
