Sinh lý học tim mạch ( phần a )

Sinh lý học động vật ( phần 31 ) Sinh lý học tim mạch ( phần a ) I. Đại cương Hệ thống tim mạch gồm có tim và hệ mạch máu, đóng vai trò rất quan trọng trong cơ thể, có tính chất sinh mạng. Đảm nhiệm các chức năng sau: · Cung cấp oxy và dưỡng chất cho tổ chức, đồng thời mang các chất cần đào thải chuyển cho các cơ quan có trách nhiệm thải ra ngoài. · Thông tin liên lạc bằng thể dịch: vận chuyển các hormon, các enzym đến các cơ quan, liên lạc giữa các cơ quan với nhau. · Điều hòa thân nhiệt: nguồn máu nóng sưởi ấm các cơ quan và làm nhiệm vụ thải nhiệt cho cơ thể. Trong các chức năng trên, nhiệm vụ cung cấp oxy, glucose cho việc chuyển hóa năng lượng là nhiệm vụ quan trọng nhất. Hình 1 : Sự lưu thông máu trong cơ thể Tế bào não thiếu năng lượng dù chỉ vài giây, đã ngừng hoạt động, nếu thiếu năng lượng quá 5 phút, nó sẽ tổn thương khó hồi phục. Tim hoạt động như một máy bơm, hút và đẩy máu vào 2 vòng tuần hoàn: đại tuần hoàn và tiểu tuần hoàn (Hình 1). Vòng đại tuần hoàn (tuần hoàn hệ thống) mang máu động mạch giàu oxy và các chất dinh dưỡng từ tim trái theo động mạch chủ, động mạch chủ tiếp tục phân thành những động mạch nhỏ dần đến các cơ quan. Ở tổ chức, các tiểu động mạch tiếp nối với mạng mao mạch, dưỡng chất và khí sẽ trao đổi qua các thành mỏng của mao mạch, dưỡng chất được cung cấp cho tổ chức. Sau đó máu đã bị khử oxy vào các tiểu tĩnh mạch, được mang ra khỏi mô, tập trung vào những tĩnh mạch lớn, về tim phải. Vòng tiểu tuần hoàn (tuần hoàn phổi) mang máu tĩnh mạch từ tim phải theo động mạch phổi lên phổi, ở mao mạch phổi, khí cacbonic được thải ra ngoài và máu nhận oxy để trở thành máu động mạch, theo tĩnh mạch phổi về tim trái, tiếp đó bắt đầu một chu trình tương tự qua vòng đại tuần hoàn. Như vậy tim là động lực chính của tuần hoàn, tim hút và đẩy máu vào động mạch. Động mạch và tĩnh mạch dẫn máu đến tổ chức và từ tổ chức về tim. Mao mạch chính là nơi diễn ra quá trình trao đổi chất giữa máu và mô. II. Sinh lý tim 1. Cấu trúc chức năng của tim 1.1. Tim Tim là một khối cơ rỗng, trọng lượng khoảng 300gr, được chia thành 4 buồng: 2 tâm nhĩ và 2 tâm thất. Nhĩ phải và nhĩ trái, thành mỏng, nhận máu tĩnh mạch, đưa xuống thất; thất phải và thất trái, thành dày, bơm máu vào động mạch với áp lực cao. Hai tâm nhĩ ngăn cách nhau bởi vách liên nhĩ, hai tâm thất ngăn cách nhau bởi vách lên thất. Độ dày của các thành tim ở các buồng thay đổi tùy theo chức năng của nó. Thành cơ tim thất trái dày gấp hai đến bốn lần thành thất phải, do nó phải bơm máu với áp lực cao hơn để thắng sức cản lớn của tuần hoàn hệ thống. Năng lượng cần thiết cho sự chuyển động của máu xuất phát từ thành cơ tim. 1.2. Hệ thống van tim Hướng chảy của máu được xác định bởi sự hiện diện của các van tim. Các van tim là những lá mỏng, mềm dẽo, là tổ chức liên kết được bao quanh bởi nội tâm mạc. - Van nhĩ - thất: ngăn giữa nhĩ và thất, bên trái có van hai lá, bên phải có van ba lá. Nó giúp máu chảy một chiều từ nhĩ xuống thất. Các cột cơ gắn với van nhĩ-thất bởi các dây chằng. Cột cơ co rút khi tâm thất co, nó không giúp cho sự đóng của van, mà nó kéo chân van về phía tâm thất, ngăn sự lồi của các lá van về tâm nhĩ trong kỳ thất co rút. Nếu dây chằng bị đứt hoặc nếu một trong các cột cơ bị tổn thương, máu có thể trào ngược về tâm nhĩ khi thất co, đôi khi gây nên rối loạn chức năng tim trầm trọng . - Van bán nguyệt : giữa tâm thất trái và động mạch chủ có van động mạch chủ, van động mạch phổi ở giữa tâm thất phải và động mạch phổi. Nó giúp máu chảy một chiều từ tâm thất ra động mạch . Tất cả các van đóng mở một cách thụ động, sự đóng mở tùy thuộc vào sự chênh lệch áp suất qua van. Ví dụ như khi áp lực tâm nhĩ vượt quá áp lực tâm thất thì van nhĩ-thất mở ra, và máu từ nhĩ xuống thất; ngược lại khi áp lực tâm thất lớn hơn áp lực tâm nhĩ, van đóng lại, ngăn máu chảy ngược từ thất về nhĩ (Hình 2). Hình 2 : Cơ tim và Hệ thống van hai lá 1.3. Sợi cơ tim Tim được cấu thành bởi 3 loại cơ tim : cơ nhĩ, cơ thất và những sợi cơ có tính kích thích, dẫn truyền đặc biệt. Cơ nhĩ, cơ thất có hoạt động co rút giống cơ vân, loại còn lại co rút yếu hơn nhưng chúng có tính nhịp điệu và dẫn truyền nhanh các xung động trong tim (H. 2). Các tế bào cơ tim có tính chất trung gian giữa tế bào cơ vân và tế bào cơ trơn. Đó là những tế bào nhỏ, có vân, chia nhánh và chỉ một nhân. Khác với cơ vân, các tế bào cơ tim có các cầu nối, kết với nhau thành một khối vững chắc, có những đoạn màng tế bào hòa với nhau. Các sợi cơ tim mang tính hợp bào, hoạt động như một đơn vị duy nhất khi đáp ứng với kích thích, lan truyền điện thế giữa các sợi cơ tim nhanh chóng qua các cầu nối. Sự lan truyền điện thể từ nhĩ xuống thất được dẫn qua một đường dẫn truyền đặc biệt gọi là bộ nối nhĩ-thất. Các sợi cơ tim chứa nhiều ty lạp thể và mạch máu, phù hợp với đặc tính hoạt động ái khí của tim. Thành phần chủ yếu của tế bào cơ tim là các tơ cơ (myofibrille), chứa các sợi dày (myosin) và sợi mỏng (actin, tropomyosin, troponin), sự co rút của chúng gây ra co rút toàn bộ tế bào cơ tim. Xung quanh các sợi cơ có mạng nội sinh cơ chất (reticulum sarcoplasmique) là nơi dự trữ canxi. Như vậy chức năng chính của cơ tim là tự co rút và chúng cũng phản ứng theo cùng một cách thức trong trường hợp bệnh lý : chúng cùng phì đại trong sự quá tải hoặc chúng hoại tử thành những mô xơ trong trường hợp khác. 1.4. Hệ thống dẫn truyền Gồm các tế bào mãnh có khả năng phát nhịp (pacemaker) cho toàn bộ tim, chúng tạo thành hệ thống dẫn truyền, dẫn truyền điện thế qua cơ tim. Hệ thống dẫn truyền này đảm bảo cho các buồng tim co rút đồng bộ, gồm : 1.4.1. Nút xoang nhĩ: còn gọi là nút Keith-Flack, nằm ở cơ tâm nhĩ, chổ tĩnh mạch chủ trên đổ vào tâm nhĩ phải. Nút xoang nhĩ phát xung khoảng 80l-100l/phút, là nút dẫn nhịp cho tim, nhận sự chi phối của sợi giao cảm và dây phó giao cảm (dây X). 1.4.2. Nút nhĩ-thất: còn gọi là nút Aschoff-Tawara, ở phía sau bên phải vách liên nhĩ, cạnh lỗ xoang tĩnh mạch vành. Phát xung 40-60l/phút, được chi phối bởi dây giao cảm và dây X. 1.4.3. Bó His: đi từ nút nhĩ-thất tới vách liên thất, chạy dưới nội tâm mạc xuống phía phải của vách liên thất khoảng 1cm, còn gọi là bộ nối nhĩ- thất, dẫn truyền điện thế giữa nhĩ và thất, rồi chia làm hai nhánh phải và trái. Nhánh phải tiếp tục đi xuống phía phải vách liên thất, chia thành những nhánh nhỏ chạy giữa các sợi cơ tim thất phải gọi là sợi Purkinje. Nhánh trái chui qua vách liên thất, chia một nhánh phía trước mỏng, nhỏ và một nhánh phía sau, dày, rồi cũng chia thành sợi Purkinje để đến nội tâm mạc thất trái. Bộ nối nhĩ-thất, hai nhánh hoặc các sợi Purkinje tần số phát xung rất chậm 20-40l/phút, chỉ nhận sợi giao cảm. 1.5. Hệ thần kinh Chi phối tim là hệ thần kinh thực vật -Dây X phải chi phối cho nút xoang và dây X trái chi phối nút nhĩ-thất. Các sợi phó giao cảm đến cơ nhĩ chứ không đến cơ thất. -Dây giao cảm đến đáy tim theo mạch máu lớn, sau đó phân thành mạng vào cơ tim, thường là theo sau mạch vành. Thần kinh giao cảm tiết Norepinephrin, làm tăng tần số nút xoang,tăng tốc độ dẫn truyền, và tăng lực co bóp.Thần kinh phó giao cảm làm giảm tần số nút xoang, giảm tốc độ dẫn truyền qua trung gian Acetylcholin.Tác dụng của hai hệ này trái ngược nhau, nhưng có tác dụng điều hòa để đảm bảo cho sự hoạt đông tim. 2. Các đặc tính sinh lý của cơ tim 2.1. Tính hưng phấn Tính hưng phấn là khả năng phát sinh điện thế hoạt động gây co cơ tim. Tim gồm hai loại tế bào cơ: -Những tế bào phát sinh và dẫn truyền xung động, đó là các tế bào nút xoang, nút nhĩ thất và của mạng Purkinje. -Những tế bào trả lời các xung động này bởi sự co rút, đó là các tế bào cơ nhĩ và cơ thất. Những đặc tính này khiến tim mang tính tự động. Đây là đặc điểm không có ở cơ vân. Các hoạt động điện trong tim dẫn đến sự co bóp. Do đó, những rối loạn hoạt động điện sẽ đưa đến rối loạn nhịp với biểu hiện từ nhẹ đến nặng trên lâm sàng. 2.1.1. Các pha của hoạt động điện thế cơ tim Ở trạng thái nghỉ, cả hai loại sợi cơ tim cũng như các tế bào sống khác, đều ở tình trạng phân cực, nghĩa là có một hiệu số điện thế giữa trong và ngoài màng tế bào. Điện thế bên trong âm tính so với ngoài đo được từ - 70mV đến -90mV, có khi lên đến -90mV đến -100mV ở loại sợi dẫn truyền đặc biệt như sợi Purkinje, được gọi là điện thế màng lúc nghỉ Điện thế này bắt nguồn từ sự chênh lêch nồng độ của 3 ion chính là Na+, Ca+và chủ yếu là K+. Nồng độ K+ trong tế bào cơ tim rất lớn, gấp 30 lần so với nồng độ K+ ngoài tế bào. Điện thế màng tế bào cơ tim khi nghỉ ngơi có tính thấm tương đối với K+, K+ có khuynh hướng khuếch tán ra ngoài theo bậc thang nồng độ. Các anion (A-) trong tế bào không khuếch tán ra ngoài với K+. Sự thiếu các cation làm điện thế trong màng âm so với bên ngoài. Điện thế hoạt động của tế bào cơ tim gồm các pha như sau : -Pha 0-1 : khi có kích thích, màng tế bào bị khử cực, tính thấm của màng thay đổi, màng tăng tính thấm đối với Na+, kênh Na+ mở ra nhanh chóng và Na+ thâm nhập vào trong tế bào, điện thế trong màng hạ nhanh tới 0mV và trở nên dương tính +20mV. Điện thế hoạt động vẽ một đường gần như thẳng đứng, gọi là pha khử cực nhanh, tương ứng với sóng R của điện tâm đồ (ECG). -Pha 2: pha bình nguyên của điện thế hoạt động, tính thấm của màng đối với ion kali giảm, trong khi đó tính thấm đối với Natri-Canxi tăng, kênh Ca++ chậm được mở ở màng tế bào và màng lưới sinh cơ chất, những ion này đi vào bào tương, một ít Na+ cũng vào theo, và điện thế hoạt động biểu hiện dạng bình nguyên (plateau). -Pha 3: tái cực nhanh trở lại, tính thấm của màng đối với Ca+ giảm, kênh K+ mở ra, màng tăng tính thấm trở lại đối với K+, K+ thoát ra ngoài tế bào nhiều hơn, làm cho điện thế trong màng âm hơn. -Pha 4: phân cực, ở đầu giai đoạn này, Na+ được vận chuyển ra ngoài và K+ đi vào trong tế bào nhờ bơm Na+K+ATPase, với sự có mặt của Mg++. Điện thế màng trở lại trị số lúc ban đầu (hình 3). Ở các tế bào cơ nhĩ và thất, không có hoạt động tự phát, pha 4 sẽ kéo dài, cho đến khi có một kích thích nào đó từ tế bào lân cận, điện thế màng sẽ dần dần tiến đến ngưỡng và bắt đầu một điện thế hoạt động với các pha như trên. Nhưng ở loại tế bào đặc biệt của hệ thống dẫn truyền, sẽ không chờ kích thích bên ngoài một cách thụ động, mà ngay trong trạng thái nghỉ ngơi, cũng tìm cách tự khử cực lấy. Ở pha 4, có sự giảm từ từ tính thấm cuả màng đối với K+, tăng tính thấm đối với Na+ làm tăng điện thế qua màng, điện thế trong màng dần hạ xuống, đưa đường cong lên gần đường đẵng điện hơn : đó là sự khử cực chậm tâm trương, đặc trưng cho tế bào tự động. Thuộc tính này khiến chúng có thể tự mình phát ra những xung động nhịp nhàng theo một tần số nhất định. Vì vậy người ta gọi tim có tính tự động. Đặc tính này hoàn toàn độc lập với hệ thần kinh, dù cắt bỏ hết các nhánh thần kinh như trong ghép tim, tim vẫn đập một cách tự động. Giai đoạn này nhanh nhất nút xoang, tiếp là nút nhĩ-thất và chậm nhất ở sợi Purkinje, biểu hiện khả năng phát xung động riêng lẽ ở mỗi loại tế bào đặc biệt này. Hình 3 : Hoạt động điện thế của sợi cơ thất Do tính hợp bào của cơ tim, nên tim hoạt động theo qui luật ''tất cả hoặc không". Sự kích thích một sợi cơ nhĩ nào đó, sẽ gây một hoạt động điện qua khối cơ nhĩ, tương tự như vậy đối với cơ thất. Nếu bộ nối nhĩ-thất hoạt động tốt, điện thế sẽ truyền từ nhĩ xuống thất. Khi tác nhân kích thích đủ mạnh đưa điện thế trong màng tới ngưỡng, cơ tim co bóp ngay tới mức tối đa. Dưới ngưỡng đó cơ tim không phản ứng gì, tim cũng không co bóp mạnh hơn được. 2.1.2. Tác động của hệ thần kinh thực vật lên các tế bào phát nhịp -Hệ phó giao cảm kéo dài thời gian điện thế hoạt động, làm điện thế màng lúc nghỉ âm hơn, vì vậy làm giảm tính kích thích tế bào. Acetylcholin làm tăng tính thấm của màng cơ tim đối với K+ do đó kéo dài sự khử cực chậm tâm trương. Những lý do trên làm giảm tần số tế bào phát nhịp, gây chậm nhịp tim. -Ngược lại, hệ giao cảm làm giảm tính kích thích của tế bào và tăng tốc độ khử cực chậm tâm trương, do đó làm tăng nhịp tim. 2.2. Tính trơ có chu kỳ của cơ tim Ở các pha khác nhau của điện thế hoạt động, sợi cơ tim đáp ứng không giống nhau với một kích thích bên ngoài. Ở pha 1 và 2, sợi cơ đã được khử cực rồi nên không đáp ứng với bất cứ kích thích nào, đó là thời kỳ trơ tuyệt đối (0.25-0.3s ở cơ thất). Nó giúp tim không bị rối loạn hoạt động bởi một kích thích ngoại lai. Đây là cơ chế bảo vệ vô cùng cần thiết, giúp cho cơ tim không bị co cứng như cơ vân, một sự co cứng của tim sẽ dẫn đến ngừng tuần hoàn và tử vong. Ở pha 3, khi điện thế trong màng tăng lên đến -50mV, sợi cơ tim bắt đầu đáp ứng với các kích thích, tuy còn yếu, đó là thời kỳ trơ tương đối (0.05s ở cơ thất). Đến cuối pha 3, sợi cơ tim đi vào thời kỳ siêu bình thường, nghĩa là đáp ứng rất dễ dàng với một kích thích dù nhỏ. Thời kỳ này rất ngắn (hình 4). Các thời kỳ trơ của cơ nhĩ đều ngắn hơn cơ thất, vì vậy, tốc độ co rút của tâm nhĩ nhanh hơn tâm thất .Sự nắm vững các thời kỳ trơ của sợi sơ tim, giúp ích rất nhiều trong tìm hiểu và điều trị các rối loạn nhịp. Hình 4: Điện thế hoạt động của tế bào cơ tim và các thời kỳ trơ 2.3. Tính dẫn truyền của cơ tim Thuộc tính này có ở tất cả hai loại sợi cơ tim. Điện thế động lan truyền dọc sợi cơ tạo thành một làn sóng khử cực. Sóng này có thể so sánh với sóng mà chúng ta quan sát được khi ném một hòn đá xuống nước. Vận tốc dẫn truyền xung động khác nhau ở các vùng của tim. Ở trạng thái sinh lý, xung động từ nút xoang vào cơ nhĩ với vận tốc vừa phải, 0,8- 1m/s. Dẫn truyền chậm lại 0,03-0,05m/s từ tâm nhĩ qua nút nhĩ-thất, điện thế hoạt động rất chậm ở nút nhĩ-thất, do gồm các sợi có đường kính rất nhỏ. Sau đó, vận tốc tăng trong bó His (0,8-2m/s) và đạt rất cao trong mạng Purkinje: 5m/s. Cuối cùng chậm lại khi đi vào các sợi cơ thất, với vận tốc 0,3-0,5m/s. Hình 5 : Hệ thống dẫn truyền và điện thế hoạt đồng từng vị trí trong tim Như vậy, sự dẫn truyền xung động từ nút xoang phải mất 0,15s để bắt đầu khử cực các tâm thất (Hình 5) 2.4. Tính nhịp điệu của cơ tim Tính nhịp điệu là khả năng kế tiếp phát xung làm tim co giãn nhịp điệu đều đặn. Xung động bình thường phát sinh từ nút xoang với tần số trung bình 80l/phút. Tiếp đó, hai tâm nhĩ khử cực đầu tiên, nhĩ phải trước nhĩ trái, đồng thời lan tới nút nhĩ-thất theo những bó liên nút. Sự dẫn truyền trong nút nhĩ-thất chậm hẵn lại để cho hai nhĩ có thời gian co bóp xong. Sự trì hoãn này có thể bị rút ngắn bởi sự kích thích của hệ giao cảm và kéo dài bởi dây X. Xung động tiếp tục theo hai nhánh của bó His vào sợi Purkinje với vận tốc lớn, do đó nhứng sợi cơ thất được khử cực trong vòng 0,08-0,1s (thời gian của sóng QRS trên ECG). Mỏm tim được khử cực trước đáy tim, do đó nó co bóp trước đáy tim, giúp dồn máu từ mõm lên phía đáy và tống máu vào các động mạch. Nút xoang phát xung động với tần số cao nhất, còn gọi là nút tạo nhịp của tim, nó luôn giữ vai trò chủ nhịp chính cho toàn bộ quả tim. Các chất dẫn truyền thần kinh hoặc các hormon, có thể làm tăng hoặc chậm nhịp tim từ nút xoang. Chẳng hạn như, ở một người lúc nghỉ ngơi, acetylcholin của hệ phó giao cảm khiến nhịp tim đập khoảng 75lần/phút. Trong những trường hợp bệnh lý, nút nhĩ-thất hoặc cơ nhĩ, cơ thất cũng có thể tạo nhịp, giành lấy vai trò của nút xoang, đứng ra chỉ huy nhịp đập của tim và được gọi là ổ ngoại vị (ectopic focus), những tác nhân gây ra tình trạng này bao gồm càphê, nicotin, mất cân bằng điện giải, thiếu oxy và do tác dụng phụ của thuốc, chẳng hạn digitalis. Như vậy, sự xuất hiện các ổ ngoại vị khiến nhịp tim chậm và có khi máu sẽ không đủ cho não. Ở những bệnh nhân như vậy, khi cần thiết, có thể duy trì tần số tim bình thường bằng một máy tạo nhịp nhân tạo (artificial pacemaker). Ngoài ra, còn có những máy tạo nhịp theo yêu cầu, không những cho hoạt động bình thường của tim, mà còn giúp tim thích nghi bằng cách tăng tần số lúc vận cơ hay stress.