Sinh lý tim mạch: Cấu trúc, chức năng, thông số sinh lý tim mạch

Sinh lý tim mạch là gì?

Sinh lý tim mạch là khoa học nghiên cứu về cách tim và mạch máu hoạt động để duy trì sự lưu thông máu trong cơ thể. Hệ tim mạch (còn gọi là hệ tuần hoàn) bao gồm tim, máu, động mạch, tĩnh mạch và mao mạch. Tất cả cùng phối hợp giúp cơ thể đáp ứng nhu cầu oxy và dưỡng chất. Đặc biệt là khi cơ thể trải qua các hoạt động thể chất hoặc đối mặt với căng thẳng (stress).

Nắm rõ cấu trúc, chức năng và chu trình tuần hoàn của hệ tim mạch sẽ giúp bạn hiểu được sinh lý tim mạch đóng vai trò quan trọng thế nào đối với sức khỏe. Từ đó nâng cao nhận thức về cách bảo vệ trái tim khỏe mạnh cũng như phòng ngừa các bệnh tim mạch một cách hiệu quả.

Xem thêm: Thống kê bệnh tim mạch ở việt nam

1. Cấu trúc của hệ tim mạch

Cấu trúc của hệ tim mạch bao gồm ba thành phần chính là tim, máu và mạng lưới mạch máu trải rộng khắp cơ thể.

Tim là cơ quan trung tâm của hệ tuần hoàn và hoạt động như một máy bơm mạnh mẽ. Tim có bốn ngăn gồm: hai tâm nhĩ (trái và phải) ở phía trên và hai tâm thất (trái và phải) ở phía dưới. Các ngăn này phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo máu được bơm đi hiệu quả.

Mạch máu là một hệ thống mạng lưới bao gồm động mạch, tĩnh mạch và mao mạch.

• Động mạch: Mang máu giàu oxy từ tim đến các mô và cơ quan.
• Tĩnh mạch: Đưa máu nghèo oxy từ các mô trở lại tim.
• Mao mạch: Cho phép trao đổi khí, chất dinh dưỡng, chất thải giữa máu và các mô.

Máu là chất trung gian vận chuyển oxy, chất dinh dưỡng và hormone đến các mô, tế bào và cơ quan thông qua hệ thống mạch máu. Trong máu chứa nhiều thành phần, mỗi thành phần đảm nhiệm vai trò riêng biệt giúp tim có thể thực hiện tốt các chức năng của nó.

• Hồng cầu: Hỗ trợ vận chuyển oxy đến tế bào, đồng thời loại bỏ CO₂ ra khỏi cơ thể qua phổi.
• Bạch cầu: Bảo vệ cơ thể trước các tác nhân gây hại như virus, vi khuẩn và những tác nhân gây bệnh khác.
• Tiểu cầu: Hỗ trợ quá trình đông máu khi có vết thương hở.
• Huyết tương: Đảm nhiệm việc vận chuyển các chất này đi khắp cơ thể cũng như đảm bảo cân bằng nội môi.

Sự hoạt động hiệu quả giữa tim, máu và mạng lưới mạch máu là nền tảng cho sức khỏe tổng thể. Bất kỳ rối loạn nào trong hệ thống này đều có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng. Chúng sẽ ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến chất lượng cuộc sống và tuổi thọ của người bệnh.

2. Chức năng chính của hệ tim mạch

Các thành phần của hệ thống tim mạch kết nối với nhau, cùng nhau thực hiện nhiều chức năng thiết yếu giúp cơ thể hoạt động bình thường.

• Vận chuyển oxy và chất dinh dưỡng: Tim bơm máu chứa oxy và chất dinh dưỡng từ phổi và hệ tiêu hóa đến các cơ quan như não, cơ bắp, gan, thận. Nhờ đó, cơ thể có đủ năng lượng để duy trì hoạt động và phát triển khỏe mạnh.
• Loại bỏ chất thải và CO₂: Hệ tim mạch vận chuyển CO₂ từ tế bào đến phổi để đào thải qua hơi thở. Đồng thời, máu mang chất thải chuyển hóa đến thận để loại bỏ qua nước tiểu và đến gan để xử lý, giúp cơ thể tránh nhiễm độc.
• Điều hòa huyết áp và lưu lượng máu: Khi vận động, tim tăng nhịp và mạch máu giãn nở để cung cấp oxy nhanh hơn. Ngược lại, khi nghỉ ngơi, nhịp tim chậm lại giúp tiết kiệm năng lượng.
• Bảo vệ cơ thể và hỗ trợ hệ miễn dịch: Máu vận chuyển bạch cầu và kháng thể đến vị trí nhiễm trùng để tiêu diệt vi khuẩn, virus. Khi bị thương, tiểu cầu giúp cầm máu nhanh chóng, ngăn chặn mất máu quá nhiều và hỗ trợ quá trình hồi phục.
• Điều hòa thân nhiệt: Khi nóng, mạch máu giãn ra để thoát nhiệt. Khi lạnh, mạch máu co lại để giữ ấm, giúp cơ thể thích nghi với môi trường.
• Duy trì cân bằng nội môi: Khi cơ thể mất nước hoặc thiếu oxy, hệ tuần hoàn nhanh chóng điều chỉnh để khôi phục trạng thái cân bằng, đảm bảo hoạt động của các tế bào.

Xem thêm: Điều hòa hoạt động tim mạch

3. Chu trình tuần hoàn

Tim hoạt động như một máy bơm trung tâm, bơm máu theo một chu trình tuần hoàn qua hai hệ thống chính là tuần hoàn phổi và tuần hoàn hệ thống. Nếu một trong hai hệ thống gặp bất thường sẽ gây nên nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

Tuần hoàn phổi

Đây là quá trình vận chuyển máu nghèo oxy từ tim đến phổi để trao đổi khí và nhận lại máu giàu oxy trước khi trở về tim để bơm đi toàn cơ thể. Việc giữ cho hệ tuần hoàn phổi khỏe mạnh sẽ đảm bảo cơ thể có đủ oxy để duy trì các hoạt động sống. Nếu tuần hoàn phổi bị gián đoạn, cơ thể sẽ thiếu oxy, dẫn đến mệt mỏi, khó thở, suy giảm chức năng não và các cơ quan quan trọng.

Trong hệ tim mạch, tuần hoàn phổi được thực hiện bởi tâm thất phải, động mạch phổi, mao mạch phổi, tĩnh mạch phổi và tâm nhĩ trái. Các cơ quan này phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo máu được oxy hóa đúng cách.

Tuần hoàn phổi bắt đầu khi tâm thất phải co bóp để dẫn máu đến phổi bằng cách bơm máu nghèo oxy vào động mạch phổi. Tại đây, động mạch phổi phân nhánh thành các tiểu động mạch và tiếp tục chia nhỏ thành mao mạch phổi – nơi diễn ra quá trình trao đổi khí.

Trong phổi, máu giải phóng carbon dioxide (CO₂) vào phế nang và hấp thụ oxy (O₂) từ không khí hít vào. Lúc này máu trở nên giàu oxy, sau đó máu này đi qua tĩnh mạch phổi và được đưa trở về tâm nhĩ trái của tim. Khi máu đến tâm nhĩ trái nghĩa là kết thúc vòng tuần hoàn phổi.

Tuần hoàn hệ thống

Ngược lại với tuần hoàn phổi, tuần hoàn hệ thống đảm nhiệm việc vận chuyển máu giàu oxy từ tim đến toàn bộ cơ thể. Nó có nhiệm vụ cung cấp oxy và dưỡng chất cho các cơ quan, đồng thời thu gom máu nghèo oxy quay trở lại tim. Trong hệ tim mạch, tuần hoàn hệ thống được thực hiện bởi  tâm thất trái, động mạch chủ, hệ thống mao mạch, tĩnh mạch và tâm nhĩ phải.

Tuần hoàn hệ thống bắt đầu khi tâm thất trái co bóp để bơm máu giàu oxy vào động mạch chủ. Động mạch chủ sau sau đó phân nhánh thành động mạch nhỏ (mao mạch) hơn để đưa máu đến não, cơ, nội tạng và các mô khác.

Tại mao mạch, máu cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cho các tế bào, đồng thời thu nhận CO₂ và các chất thải từ quá trình trao đổi chất. Lúc này máu trở thành máu nghèo oxy do chứa nhiều chất thải chuyển hóa và chứa ít oxy.

Sau đó, máu nghèo oxy được thu gom vào hệ thống tĩnh mạch, di chuyển qua tĩnh mạch chủ trên và tĩnh mạch chủ dưới để trở về tâm nhĩ phải. Khi máu đến tâm nhĩ phải nghĩa là hoàn tất chu trình tuần hoàn hệ thống.

4. Các thông số quan trọng trong sinh lý tim mạch

Chức năng và sức khỏe tim mạch được thể hiện qua các thông số cụ thể. Trong một số trường hợp, sự bất thường của các thông số này có thể liên quan đến sinh lý bệnh tim mạch. Vậy nên việc kiểm tra các thông số này rất hữu ích giúp đánh giá chức năng tim mạch, phát hiện sớm các bệnh lý nguy hiểm và hướng dẫn điều trị.

Cung lượng tim (Cardiac Output – CO)

Cung lượng tim là lượng máu mà tim bơm ra trong vòng một phút, phản ánh khả năng cung cấp oxy và dưỡng chất cho toàn bộ cơ thể. CO được tính theo công thức:

CO = SV x HR

Trong đó:

• SV (thể tích nhát bóp) là lượng máu tim bơm ra trong mỗi lần co bóp.
• HR (nhịp tim) là số lần tim đập mỗi phút.

Bình thường CO dao động khoảng 4 – 8 lít/phút. Nếu cung lượng tim tăng (do nhịp tim hoặc thể tích nhát bóp tăng) thì cơ thể cần nhu cầu oxy cao hơn, như khi tập thể dục. Ngược lại, CO giảm (do suy tim, nhồi máu cơ tim hoặc rối loạn nhịp tim) gây mệt mỏi, chóng mặt, giảm tưới máu đến các cơ quan quan trọng như não, thận.

Xem thêm: Số người chết vì bệnh tim mạch

Thể tích nhát bóp (Stroke Volume – SV)

Thể tích nhát bóp (SV) là lượng máu mà tâm thất bơm ra trong mỗi lần co bóp. Nó được tính bằng công thức:

SV = EDV – ESV

Trong đó:

• EDV (thể tích cuối tâm trương) là lượng máu trong tâm thất trước khi co bóp.
• ESV (thể tích cuối tâm thu) là lượng máu còn lại sau khi tim đã co bóp.

Giá trị bình thường của SV khoảng 50-100 mL. SV tăng khi tim co bóp mạnh hơn, tiền tải cao hơn hoặc hậu tải thấp hơn. SV giảm có thể do bệnh lý tim mạch như suy tim, tổn thương cơ tim hoặc hậu tải cao (huyết áp cao), dẫn đến giảm khả năng bơm máu, gây thiếu oxy cho các mô.

Tiền tải (Preload)

Tiền tải là áp lực mà thành tâm thất phải chịu vào cuối giai đoạn tâm trương khi tâm thất đã chứa đầy máu, phản ánh lượng máu trở về tim từ tĩnh mạch. Tiền tải tuân theo định luật Frank-Starling, nghĩa là khi tiền tải tăng thì tâm thất giãn ra nhiều hơn và co bóp mạnh hơn, giúp bơm nhiều máu hơn.

Tiền tải tăng có thể do tăng thể tích máu (suy tim sung huyết, suy thận) hoặc hẹp van tim. Ngược lại, tiền tải giảm có thể do mất nước, mất máu, suy tim phải hoặc sốc tuần hoàn.

Hậu tải (Afterload)

Hậu tải là áp lực mà tâm thất phải vượt qua để đẩy máu vào động mạch. Hậu tải chủ yếu bị ảnh hưởng bởi huyết áp động mạch và sức cản mạch máu. Khi huyết áp tăng hoặc mạch máu co lại, hậu tải tăng khiến tim phải co bóp mạnh hơn để đẩy máu ra ngoài. Điều này làm tăng gánh nặng cho tim và giảm thể tích nhát bóp.

Hậu tải tăng kéo dài có thể làm suy yếu cơ tim và dẫn đến suy tim. Ngược lại, hậu tải giảm (do giãn mạch, giảm huyết áp) giúp tim bơm máu dễ dàng hơn và tăng hiệu quả tuần hoàn.

Phân suất tống máu (Ejection Fraction – EF)

Phân suất tống máu là tỷ lệ phần trăm lượng máu trong tâm thất được bơm ra trong mỗi nhát bóp. EF được tính theo công thức:

EF = (SV / EDV) x 100%

Trong đó:

• SV (thể tích nhát bóp) là lượng máu tim bơm ra trong mỗi lần co bóp.
• EDV (thể tích cuối tâm trương) là lượng máu trong tâm thất trước khi co bóp.

EF thường dao động từ 55 – 70% ở người khỏe mạnh. EF giảm dưới 40% là dấu hiệu suy tim do tim không thể bơm đủ máu để đáp ứng nhu cầu cơ thể. EF cao hơn mức bình thường (>75%) có thể do cường giáp hoặc bệnh lý tim co bóp quá mức, nhưng thường không phổ biến.

Chu kỳ tim (Cardiac Cycle)

Đây là quá trình lặp lại của một nhịp tim, bao gồm hai giai đoạn chính: tâm thu và tâm trương. Tâm nhĩ co để đẩy máu xuống tâm thất, sau đó tâm thất co bóp mạnh mẽ để bơm máu vào động mạch. Sau mỗi lần co bóp, tim giãn ra (tâm trương) để tiếp nhận máu từ tĩnh mạch, sẵn sàng cho chu kỳ tiếp theo.

Chu kỳ tim bình thường kéo dài khoảng 0,8 giây. Trong đó phần lớn thời gian là tâm trương, giúp tim có thời gian nghỉ ngơi và tái tạo năng lượng.

Nếu chu kỳ tim rút ngắn (do nhịp tim tăng cao), tim có thể không kịp đổ đầy máu và ảnh hưởng đến lưu lượng máu đến các cơ quan. Ngược lại, nếu chu kỳ tim kéo dài quá mức (nhịp tim quá chậm), lượng máu bơm đi không đủ để đáp ứng nhu cầu của cơ thể.

Huyết áp tâm trương (Diastolic Blood Pressure – DBP)

DBP là áp lực của máu lên thành động mạch khi tim ở trạng thái thư giãn (tâm trương). Đây là mức áp lực thấp nhất trong chu kỳ tim, phản ánh sức cản của hệ mạch và mức độ đàn hồi của động mạch.

Giá trị bình thường của huyết áp tâm trương khoảng 60 – 80 mmHg. DBP tăng cao có thể là dấu hiệu của tăng huyết áp do co mạch máu kéo dài, làm tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch và đột quỵ. DBP quá thấp có thể gây giảm tưới máu đến các cơ quan, dẫn đến chóng mặt, suy giảm chức năng thận và thiếu oxy ở não.

Huyết áp tâm thu (Systolic Blood Pressure – SBP)

SBP là áp lực của máu lên thành động mạch khi tim co bóp mạnh mẽ để đẩy máu vào hệ tuần hoàn.

Giá trị huyết áp tâm thu bình thường nằm trong khoảng 90 – 120 mmHg. SBP tăng cao khiến tim phải làm việc nhiều hơn để bơm máu, có thể dẫn đến tăng nguy cơ suy tim, phình động mạch và đột quỵ. Ngược lại, SBP quá thấp (<90 mmHg) có thể gây tụt huyết áp, suy giảm chức năng não, ngất xỉu và suy nội tạng do thiếu máu.

Hiệu áp (Pulse Pressure – PP)

Hiệu áp là chênh lệch giữa huyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương, phản ánh độ đàn hồi của động mạch và khả năng bơm máu của tim. Công thức tính PP như sau:

PP = SBP – DBP

Trong đó:

• SBP là huyết áp tâm thu.
• DBP là huyết áp tâm trương.

Giá trị hiệu áp bình thường khoảng 40 mmHg. PP cao (>60 mmHg) có thể là dấu hiệu của xơ vữa động mạch, cho thấy nguy cơ bệnh tim mạch. PP thấp (<30 mmHg) có thể cho thấy giảm cung lượng tim, suy tim hoặc xuất huyết nghiêm trọng, dẫn đến nguy cơ sốc tuần hoàn.

Huyết áp động mạch trung bình (Mean Arterial Pressure – MAP)

MAP là áp lực trung bình trong động mạch trong một chu kỳ tim, giúp đánh giá mức độ tưới máu đến các cơ quan quan trọng. Công thức tính như sau:

MAP = DBP + ⅓ x (SBP – DBP)

Trong đó:

• SBP là huyết áp tâm thu.
• DBP là huyết áp tâm trương.

Giá trị MAP bình thường khoảng 70-100 mmHg. MAP < 60 mmHg có thể dẫn đến thiếu máu não, suy giảm chức năng thận, sốc tuần hoàn. Nếu MAP > 100 mmHg có thể gây tăng áp lực lên thành mạch, tổn thương nội tạng và suy tim.

Vận tốc dòng máu (Velocity)

Vận tốc máu (Velocity) là tốc độ di chuyển của máu trong hệ mạch, phụ thuộc vào đường kính mạch máu và lưu lượng máu. Công thức tính như sau:

Velocity = Q / A

Trong đó:

• Q là lưu lượng máu.
• A là diện tích mặt cắt của mạch máu.

Vận tốc cao nhất trong động mạch lớn, chậm dần trong mao mạch (để trao đổi khí và dưỡng chất) và tăng trở lại trong tĩnh mạch.

Nếu vận tốc máu tăng quá mức có thể gây cao huyết áp, làm tăng nguy cơ tổn thương mạch máu và hình thành cục máu đông. Nếu vận tốc quá thấp có thể làm giảm oxy đến mô, gây suy giảm chức năng cơ quan.

Phương trình Poiseuille (Poiseuille Equation)

Phương trình Poiseuille mô tả mối quan hệ giữa áp lực, kích thước mạch máu và lưu lượng máu:

Q = (π r)^4 x ΔP / 8 η L

Trong đó:

• Q là lưu lượng máu,
• r là bán kính mạch,
• ΔP là chênh lệch áp lực máu,
• η là độ nhớt của máu,
• L là chiều dài mạch máu.

Phương trình cho thấy bán kính mạch máu có ảnh hưởng lớn nhất đến lưu lượng máu (tăng 2 lần bán kính làm tăng lưu lượng gấp 16 lần). Khi mạch máu hẹp lại (như trong xơ vữa động mạch), lưu lượng máu giảm đáng kể và dẫn đến thiếu oxy mô.

Cảm biến áp suất và cảm biến hóa học (Baroreceptors and Chemoreceptors)

Baroreceptors là cảm biến áp suất nằm trong động mạch cảnh và cung động mạch chủ, giúp điều hòa huyết áp. Khi huyết áp tăng, baroreceptors kích thích hệ thần kinh phó giao cảm làm tim đập chậm lại. Khi huyết áp giảm, baroreceptors kích thích hệ thần kinh giao cảm để tăng nhịp tim và co mạch.

Chemoreceptors là cảm biến hóa học, giúp phát hiện mức độ oxy, CO₂ và pH trong máu. Nếu CO₂ tăng hoặc oxy giảm, chemoreceptors sẽ kích thích tăng nhịp thở và nhịp tim để bù đắp.

Lời kết

Như vậy, bài viết đã chia sẻ đầy đủ về sinh lý tim mạch với các thông tin cấu trúc, chức năng, chu trình tuần hoàn của hệ tim mạch. Đồng thời Diag cũng chia sẻ về các thông số sinh lý tim quan trọng. Những thông tin này giúp bạn hiểu rõ hơn về hệ tuần hoàn trong cơ thể mình, từ đó có hướng chăm sóc sức khỏe phù hợp.

Xem thêm: Bệnh tim mạch có di truyền không?