Sinh lý hệ tuần hoàn: Lưu lượng tim, huyết áp và huyết động học

Mục tiêu: Khảo sát định lượng mối liên hệ giữa nhịp tim HR, thể tích tâm thu SV, lưu lượng tim CO = HR × SV, sức cản mạch máu ngoại vi theo quy luật Poiseuille (TPR ∝ 1/r⁴) và huyết áp động mạch (SBP/DBP, MAP).

Lý thuyết: Hệ tuần hoàn ở người và động vật có vú là hệ tuần hoàn kép kín gồm vòng tuần hoàn phổi (trao đổi khí O₂ – CO₂) và vòng tuần hoàn hệ thống (cung cấp máu giàu O₂ cho các cơ quan). Thể tích máu do một tâm thất bơm vào động mạch trong 1 phút gọi là lưu lượng tim (cung lượng tim): CO = HR × SV (L/phút). Huyết áp động mạch trung bình MAP được quyết định bởi tích số giữa lưu lượng tim và sức cản ngoại vi tổng cộng: MAP = CVP + CO × TPR. Theo định luật Poiseuille, sức cản dòng chảy qua mạch tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bán kính lòng mạch (R ∝ 1/r⁴).

Giả thuyết: Khi cơ thể chuyển từ trạng thái nghỉ sang vận động mạnh, nếu chỉ tăng HR và SV để tăng gấp 2,5 lần lưu lượng tim CO mà tiểu động mạch không dãn ra thì huyết áp sẽ tăng vọt; nhờ sự dãn mạch ở cơ xương (r/r₀ ≈ 1,22–1,28) làm giảm TPR theo (r₀/r)⁴, huyết áp trung bình MAP vẫn được giữ trong ngưỡng an toàn.

Biến độc lập: Nhịp tim HR (nhịp/phút), thể tích tâm thu SV (mL/nhịp) và bán kính tương đối của tiểu động mạch r/r₀

Biến phụ thuộc: Lưu lượng tim CO (L/phút), sức cản ngoại vi TPR (mmHg·phút/L), huyết áp trung bình MAP (mmHg) và huyết áp tâm thu/tâm trương (SBP/DBP)

Biến kiểm soát: Áp suất tĩnh mạch trung tâm CVP = 3 mmHg, độ nhớt máu sinh lý bình thường và sức cản chuẩn lúc nghỉ TPR₀ = 18 mmHg·phút/L

Dụng cụ: Mô hình vòng tuần hoàn kép có buồng tim co bóp theo tần số HR và thể tích tâm thu SV; Van điều chỉnh khẩu kính tiểu động mạch ngoại vi r/r₀; Huyết áp kế động mạch hiển thị SBP/DBP, MAP (mmHg) và lưu lượng kế Doppler đo CO (L/phút)

1. Bước 1: Quan sát trạng thái cơ bản lúc nghỉ (HR = 72 nhịp/phút, SV = 70 mL, r/r₀ = 1,00) với CO = 5,04 L/phút và huyết áp ≈ 120/80 mmHg (MAP ≈ 93,7 mmHg).
2. Bước 2: Giữ HR = 72 và SV = 70, giảm r/r₀ xuống 0,86 (co mạch) để quan sát sức cản TPR và huyết áp tăng vọt theo quy luật 1/r⁴.
3. Bước 3: Tăng HR lên 135–150 nhịp/phút, SV lên 95–100 mL và đồng thời tăng r/r₀ lên 1,24–1,28 (dãn mạch khi vận động) để đạt CO ≥ 12 L/phút với MAP ∈ [85, 110] mmHg.

Hướng dẫn quan sát: Quan sát nhịp đập của buồng tim, tốc độ dòng hồng cầu trong vòng tuần hoàn hệ thống, độ mở rộng của lòng tiểu động mạch và chỉ số huyết áp SBP/DBP (mmHg).

Giải thích kết quả: Dữ liệu thực nghiệm minh họa rõ hai cơ chế điều hòa tuần hoàn: điều hòa tại tim (thay đổi HR, SV) và điều hòa tại mạch (co/dãn tiểu động mạch làm thay đổi TPR theo lũy thừa bậc 4 của bán kính).