1.4.1. Cơ sở sinh lý và vận chuyển oxy của máu
1.4.1.1. Sinh lý hồng cầu
Ở người trưởng thành, khối lượng máu chiếm 7 - 9% trọng lượng cơ thể, hoặc ước tính có khoảng 65 - 70 ml máu trong 1kg thể trọng [16], [20], [70], [75]. Thành phần hữu hình của máu chiếm 43-45% tổng khối lượng máu, trong đó chủ yếu là HC. Thành phần thứ hai của máu là huyết tương chiếm 55-57%, trong huyết tương gồm có nước, protein, các chất điện giải, hợp chất hữu cơ, vô cơ, nội tiết tố, vitamin, kháng thể, yếu tố đông máu [7], [16], [20], [75].
Bình thường, HC trưởng thành lưu thông trong máu là một tế bào không nhân có hình đĩa lõm hai mặt, đường kính khoảng 7,2 μm, bề dày ở ngoại vi là 2,2 μm, trung tâm là 1 μm. Hồng cầu có tính đàn hồi cao nên dễ dàng thay
đổi hình dạng khi di chuyển trong các mao mạch, đảm nhận chức năng vận chuyển oxy từ phổi tới các mô trong cơ thể và vận chuyển cacbonic từ mô tới phổi để đào thải ra bên ngoài. Nhờ có cấu tạo lõm hai mặt nên diện tích bề
mặt HC lớn, tạo điều kiện cho quá trình trao đổi khí giữa máu và mô diễn ra thuận lợi.
Hemoglobin (Hb) là thành phần quan trọng nhất của HC. Hemoglobin
được cấu tạo từ Hem và globin, mỗi phân tử Hb có 4 Hem và 1 globin. Trọng lượng phân tử của Hb bằng 64,458 dalton. Hemoglobin có khả năng kết hợp lỏng lẻo và thuận nghịch với oxy hoặc carbonic. Tại phổi, Hb kết hợp với oxy tạo thành HbO2 rồi được máu vận chuyển tới mô, tại đây HbO2 sẽ giải phóng
oxy cho tế bào. Oxy kết hợp với Hb ở phần Fe++ của Hem, mỗi Hb có 4 Hem, mỗi Hem có một Fe++. Như vậy trên lý thuyết, 1 phân tử Hb có thể kết hợp với 4 phân tử oxy, nhưng trên thực tế độ bão hoà của Hb với oxy ở người bình thường vào khoảng 97%.
Sự kết hợp và phân ly của HbO2 chịu ảnh hưởng của một số yếu tố như
phân áp oxy trong máu (PO2), pH máu, nhiệt độ cơ thể, hàm lượng men 2,3 DPG. Để biểu thị ái lực của Hb với oxy, người ta sử dụng thông số P50, đây là phân áp oxy cần thiết để 50% Hb trong máu được bão hoà với oxy. Trong
điều kiện bình thường (pH=7,4; To=37oC; BE=0) thì P50 bằng 26,8 mmHg [16], [69], [122]. P50 tăng biểu hiện Hb giảm ái lực với oxy, ngược lại P50 giảm biểu hiện Hb tăng ái lực với oxy. Khi pH máu tăng, nhiệt độ cơ thể
giảm, 2,3 DPG giảm sẽ làm giảm P50 nên ái lực của Hb với oxy tăng, đường cong phân ly HbO2 chuyển sang trái, lúc này HbO2khó giải phóng oxy cho mô. Khi pH trong máu giảm, nhiệt độ cơ thể tăng, 2,3 DPG tăng có tác dụng làm tăng P50 nên ái lực của Hb đối với oxy giảm, lúc này đường cong phân ly HbO2 chuyển sang phải, tạo điều kiện thuận lợi để HbO2 giải phóng oxy cho mô.
Sau khi giải phóng oxy cho tế bào, Hb kết hợp với carbonic tại mô tạo thành carbohemoglobin (HbCO2) và được máu vận chuyển tới phổi, tại đây HbCO2 giải phóng CO2 để phổi đào thải ra ngoài, đồng thời Hb kết hợp với O2 và lặp lại chu trình ban đầu.
Hemoglobin có tính chất đệm. Hệ đệm Hb là một trong các hệ đệm quan trọng của máu, trong đó HHb và HHbCO2 có vai trò như những acid yếu và muối của chúng là KHb và KHbCO2. Do hàm lượng Hb trong máu cao nên khả năng đệm của hệ đệm Hb lớn, chiếm khoảng 35% dung lượng đệm của máu [3], [7], [16], [69]. Do đó, khi Hb giảm nhiều làm pH máu có xu hướng toan nhẹ.
Hình 1.1. Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, men 2,3 DPG
đối với sự phân ly của oxyhemoglobin
Nguồn: theo Morgan G.E. (2002), “Respiratory physiology and anesthesia”, Clinical Anesthesiology, pp.502 [122]
1.4.1.2. Độ nhớt của máu
Một chất lỏng thực có hai dạng chuyển động tuỳ thuộc vào tốc độ của dòng chảy, đó là chuyển động xoáy và chuyển động song song thành lớp. Khi chuyển động, trong lòng chất lỏng có ma sát và tạo nên một lực ma sát, người ta gọi là lực nội ma sát của chất lỏng. Lực nội ma sát này làm thay đổi tốc độ
chảy của các lớp chất lỏng và được biểu thị bằng hệ số nhớt, hay còn gọi là độ
nhớt của chất lỏng. Với cùng một lực tác động để cho chất lỏng chuyển động thì chất lỏng nào có độ nhớt cao sẽ chuyển động chậm hơn so với chất lỏng có
độ nhớt thấp. Hệ số nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và một số yếu tố
khác của chất lỏng. Nhiệt độ giảm thì độ nhớt tăng và ngược lại. Trong thực tế thường sử dụng hệ số nhớt riêng. Hệ số nhớt riêng là tỷ lệ giữa hệ số nhớt của một chất lỏng so với hệ số nhớt của nước nguyên chất ở 20ºC [3].
Độ nhớt của máu toàn phần phụ thuộc vào thể tích của các tế bào máu, trong đó chủ yếu là HC nên hematocrit (Hct) là yếu tố quyết định độ nhớt của máu toàn phần. Ngoài ra, đặc tính của HC, sự tương tác giữa HC với fibrinogen và albumin trong huyết tương, nhiệt độ trong máu cũng ảnh hưởng tới độ nhớt của máu. Độ nhớt của máu tăng khi Hct cao, fibrinogen trong huyết tương tăng, nhiệt độ trong máu giảm. Ngược lại, độ nhớt của máu giảm khi Hct giảm, nồng độ fibrinogen giảm và nhiệt độ trong máu tăng [69], [110], [162]. Độ nhớt của huyết tương gần bằng độ nhớt của nước [3], [110].
Bảng 1.1. Độ nhớt của máu tương ứng với các giá trị Hematocrit
Độ nhớt của máu Hematocrit
(%) Giá trị (centipoise) So sánh với nước
0 0 1,4 10 1,2 1,8 20 1,5 2,1 30 1,8 2,8 40 2,3 3,7 50 2,9 4,8 60 3,8 5,8 70 5,3 8,2
Nguồn: theo Marino P.L.(2007), “Ciculatory blood flow”, The ICU Book, Lippincott Williams & Wilkins, pp.15 [110]
1.4.1.3. Vận chuyển và tiêu thụ oxy (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Oxy là chất cần thiết cho hoạt động sống của từng tế bào trong cơ thể. Trong máu, oxy tồn tại dưới dạng hoà tan và dạng kết hợp với Hb. Máu vận chuyển oxy tới mô thông qua hoạt động của hệ thống tim mạch.
Theo định luật Henry, nồng độ một chất khí hoà tan trong chất lỏng được tính theo công thức:
Lượng chất khí = α x Áp suất riêng phần của khí có trong chất lỏng
α : hệ số hoà tan của chất khí trong chất lỏng [3].
Oxy hoà tan trong máu động mạch cũng là một hàm số giữa phân áp oxy trong máu động mạch (PaO2) với hệ số hoà tan của oxy trong máu. Trong
điều kiện bình thường, khi nhiệt độ cơ thể là 37ºC thì hệ số hoà tan của oxy trong máu là 0,003 ml/dl/mmHg. Bình thường PaO2 vào khoảng 100 mmHg nên lượng oxy hoà tan trong máu động mạch là:
0,003 ml/dl/mmHg x 100 mmHg ≈ 0,3 ml/dl máu
Oxy hoà tan chỉ chiếm 2 - 3% lượng oxy trong máu động mạch, còn phần lớn oxy ở dạng kết hợp với Hb. Mỗi phân tử Hb gắn được với 4 phân tử O2 nên 1 g Hb có thể vận chuyển được:
ml ml 39 , 1 458 , 64 ) ( 400 , 22 4× ≈ (1)
Trong đó: 22,400 là thể tích của một phân tử gam khí oxy.
64,458 là trọng lượng phân tử của Hb [3], [7], [111], [139]. Như vậy 1 g Hb có khả năng vận chuyển 1,39 ml oxy.
Lượng oxy trong máu động mạch (Arterial oxygen content: CaO2) là tổng cộng của oxy hoà tan và oxy kết hợp với Hb nên được tính:
CaO2 = [1,39ml/g x Hb(g/dl)xSaO2)]+[0,003(ml/dl/mmHg) x PaO2(mmHg)] (2)
Với Hb ≈ 15 g/dl; độ bão hoà oxy trong máu động mạch (SaO2) ≈ 97%; PaO2≈ 100 mmHg thì lượng oxy trong máu động mạch là:
CaO2≈ (1,39 x 15 x 0,97 ) + 0,003 x 100 ≈ 20ml O2/dl máu
Trong điều kiện bình thường, 1dl máu động mạch có chứa 20 ml oxy hay 1L máu chứa 200 ml oxy [3], [7], [111], [139].
Oxy trong máu động mạch được vận chuyển tới mô nhờ hoạt động của hệ thống tim mạch nên cung cấp oxy cho mô (Oxygen delivery: DO2) phụ
thuộc vào CLT và lượng oxy có trong máu động mạch (CaO2). Do đó, DO2 được tính theo công thức:
DO2 = Q x CaO2 (3)
Trong đó: - Q: Cung lượng tim.
- CaO2: Lượng oxy trong máu động mạch [111], [139]. Với cung lượng tim ≈ 5 L/phút và CaO2≈ 200 ml O2/L máu
DO2≈ 5 (L/phút) x 200(ml O2/L máu) ≈ 1000 ml O2/phút.
Trong 1 phút, máu có khả năng cung cấp khoảng 1000 ml oxy cho mô. Tiêu thụ oxy (Oxygen uptake: VO2) là lượng oxy mà từng loại mô sử
dụng theo nhu cầu hoạt động của mình. Theo phương trình Fick, tiêu thụ oxy chung của toàn cơ thể được tính theo công thức:
VO2 = Q x (CaO2 - CV O2)
hay VO2 = Q x 1,39 x Hb x (SaO2 - SV O2) (4)
Trong đó:
- Q: Cung lượng tim
- SaO2: Độ bão hoà oxy trong máu động mạch.
- SV O2: Độ bão hoà oxy trong máu tĩnh mạch trộn [74], [111], [139]. Với Q ≈ 5 L/phút; Hb ≈ 150g /L; SaO2 ≈ 0,97; SV O2≈ 0,75 thì: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
VO2≈ 5x 13,9 x 150 x (0,97-0,75) ≈ 250ml O2/phút.
Tỷ lệ sử dụng oxy của mô (Oxygen extraction ratio: O2ER) là tỷ lệ giữa lượng oxy tiêu thụ (VO2) so với lượng oxy cung cấp cho mô (DO2), tỷ lệ này
được thể hiện dưới dạng công thức:
R 100% 2 2 2 = × DO VO E O (5) Khi DO2≈ 1000ml O2/phút và VO2≈ 250ml O2/phút thì O2ER ≈ 25%. Bình thường, mô chỉ sử dụng khoảng 25% lượng oxy do máu động mạch vận chuyển tới, riêng đối với cơ tim thì tỷ lệ sử dụng oxy khoảng 50% [88]. Trong trường hợp tăng nhu cầu chuyển hóa của cơ thể như khi hoạt động thể
lực, sốt, phẫu thuật, chấn thương, nhiễm khuẩn... thì tỷ lệ sử dụng oxy trong máu động mạch tăng đểđảm bảo đủ oxy cho quá trình oxy hóa tại mô [3], [7], [16], [74], [111], [139].
Hình 1.2. Sơđồ minh họa mô lấy oxy từ mao mạch
Nguồn: theo Marino P.L. (2007), “Oxygen and carbon dioxide transport”, The ICU Book, Lippincott Williams & Wilkins, pp. 28 [111]
1.4.2. Cơ sở sinh lý huyết động
Máu lưu thông trong hệ thống tuần hoàn qua các mạch máu có kích thước và hình dạng khác nhau để vận chuyển oxy và chất dinh dưỡng tới mô của toàn cơ thể. Máu được vận chuyển thông qua hoạt động của hệ thống tim mạch và tuân theo qui luật vật lý rất chặt chẽ, phụ thuộc vào CLT, sức cản của hệ thống mạch máu, độ nhớt của máu, được khái quát bằng phương trình Hagen-Poisseuille: L r Pout Pin Q μ π 8 ) ( 4 × − = (6) Trong đó:
Q : cung lượng tim.
Pin : áp lực ở đầu vào của mạch máu. Pout : áp lực ở đầu ra của mạch máu. r : bán kính của mạch máu.
L : chiều dài của mạch máu.
µ : độ nhớt của máu.
Pin-Pout (∆p) : áp lực tống máu [110].
Sức cản của hệ thống mạch máu (R) tỷ lệ thuận với độ nhớt của máu và chiều dài mạch máu, tỷ lệ nghịch với đường kính mạch máu [3], [68], [69]. Do đó sức cản của mạch máu được biểu diễn bằng công thức:
4 8 r L R π μ = hay L r R μ π 8 1 4 = (7)
Từ (6) và (7), phương trình Hagen-Poisseuille có thểđược viết:
R p
Q = Δ
Phương trình này thể hiện mối tương quan giữa cung lượng tim (Q), áp lực tống máu (∆p) và sức cản (R) của hệ thống mạch máu.
Cung lượng tim là đại lượng trung tâm và quan trọng nhất trong huyết
động học. Cung lượng tim là thể tích máu được đưa vào hệ thống tuần hoàn do hoạt động co bóp của tim trong thời gian một phút. Vì vậy CLT được tính bằng tích số của thể tích tống máu với tần số tim. Trong đó, thể tích tống máu là thể tích máu được đưa vào hệ thống tuần hoàn trong một lần co bóp của tim. Cung lượng tim phụ thuộc vào các yếu tố tiền gánh, hậu gánh, sức co bóp của cơ tim và tần số tim [68], [112], [139], [153].
Tiền gánh thể hiện khả năng làm đầy máu tâm thất hay là thể tích tâm thất cuối thì tâm trương, trên góc độ sinh lý cơ tim thì tiền gánh là độ dài của cơ tim cuối thì tâm trương. Thể tích tuần hoàn trở về tim, độ giãn nở của tâm thất, thời gian tâm trương là những yếu tố quyết định tiền gánh.
Tuần hoàn trở về là thể tích máu theo hệ thống tĩnh mạch đổ về tim, đây là yếu tố quan trọng nhất của tiền gánh. Tuần hoàn trở về phụ thuộc vào thể
tích lưu thông trong lòng mạch, trương lực của mạch máu, độ nhớt của máu, áp lực thuỷ tĩnh, áp lực trong lồng ngực, áp lực nhĩ phải. Khi thể tích lưu thông trong lòng mạch tăng hoặc độ nhớt của máu giảm thì tuần hoàn trở về
tăng dẫn tới tăng tiền gánh và CLT. Khi tim đập nhanh, thời gian tâm trương ngắn, thời gian tâm nhĩ co bóp tống máu xuống thất ngắn nên không đủ làm
đầy thất sẽ gây giảm tiền gánh.
Hậu gánh là lực cản chống lại sự co bóp của cơ tâm thất khi đẩy máu vào hệ thống động mạch. Để tống được máu vào động mạch, sức co bóp của tâm thất phải thắng được lực cản này. Hậu gánh phụ thuộc sức cản của hệ thống mạch máu, khả năng đàn hồi của động mạch và sức căng của thành tâm thất. Bình thường sức cản mạch hệ thống dao động từ 900-1500 dyne.giây.cm-5 [68], [153].
Sức bóp cơ tim thể hiện khả năng hoạt động của tim. Sức bóp cơ tim chịu tác động của một số yếu tố như nồng độ catecholamin trong máu, nồng độ
canxi trong tế bào, pH và nhiệt độ trong máu. Khi thần kinh giao cảm bị kích thích, nồng độ chất catecholamin trong máu tăng dẫn tới tăng sức bóp cơ tim. Trong trường hợp thiếu oxy, toan hóa máu, hạ nhiệt độ sẽ làm giảm sức bóp cơ tim. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cung lượng tim được tính bằng tích số của thể tích tống máu với tần số
tim nên khi tần số tim thay đổi sẽ làm thay đổi CLT.
1.4.3. Đáp ứng của cơ thể với pha loãng máu đẳng thể tích
1.4.3.1. Đáp ứng của huyết động
Khi PLMĐTT, một thể tích máu toàn bộ được lấy ra khỏi cơ thể và truyền thay thế thể tích máu bằng albumin, dung dịch keo, tinh thể hoặc phối hợp các loại dịch với nhau. Do lấy máu nên làm Hct giảm và độ nhớt của máu giảm. Biến đổi độ nhớt trong máu phụ thuộc vào mức thay đổi của Hct. Trong nghiên cứu của Spahn D.R., khi Hct giảm trong khoảng từ 45% xuống 30% thì độ nhớt của máu giảm nhiều nhất, khi Hct giảm xuống dưới 25%, độ nhớt trong máu cũng giảm nhưng mức độ thay đổi ít hơn [150]. Trong nghiên cứu PLMĐTT của Licker M., khi Hct giảm từ 41% xuống 29% thì độ nhớt trong máu giảm đi 30% [103].
Theo sinh lý của huyết động, độ nhớt của máu giảm có tác dụng làm tăng thể tích máu tĩnh mạch trở về tim hay tăng tiền gánh, đồng thời giảm sức cản mạch máu ngoại vi hay giảm hậu gánh. Theo luật Frank-Starling, trong thì tâm trương khi máu trở về tâm thất nhiều, cơ tim kéo dài ra làm cho các sợi actin và myosin gối lên nhau ở vị trí thuận lợi để tạo ra lực co cơ mạnh hơn. Trong giới hạn sinh lý, máu trở về tim tăng vừa có tác dụng làm tăng thể tích
đổ đầy tâm thất cuối thì tâm trương đồng thời cũng làm tăng sức bóp cơ tim [39], [58], [153].
Như vậy, PLMĐTT làm giảm độ nhớt máu dẫn tới tăng CLT do tăng lượng máu tĩnh mạch trở về tim và giảm sức cản mạch ngoại vi, trong đó tăng lượng máu trở về tim đóng vai trò chủ yếu. Tuy nhiên, nếu không duy trì đủ
thể tích tuần hoàn khi PLMĐTT sẽ làm giảm thể tích máu trở về tim dẫn tới giảm CLT [3], [7], [39], [162].
Bak Z. và CS sử dụng siêu âm qua thực quản để theo dõi tình trạng huyết
động trong PLMĐTT mức độ trung bình, sau PLMĐTT thấy sức cản hệ thống mạch máu (SVR: Systemic Vascular Resistance) giảm từ 1290 ± 470 dyne.giây.cm-5 xuống 980 ± 350 dyne.giây.cm-5; thể tích tống máu thất trái tăng từ 60 ± 17 ml lên 78 ± 23 ml; CLT tăng từ 4,9 ± 1,5 L/phút lên 6,1 ± 1,7 L/phút có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) so với trước PLMĐTT [36]. Theo kết quả nghiên cứu của Licker M. và CS, diện tích thất trái cuối thì tâm trương sau PLMĐTT tăng từ 13,76 ± 3,7 cm2/m2 lên 15,6 ± 3,9 cm2/m2; chỉ số tim tăng từ 2,1 ± 0,4 lên 2,6 ± 0,5 L/phút/m2 có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) so với trước PLMĐTT [103].