Cơ tim là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về cơ tim

Cơ tim (myocardium) là một loại mô cơ đặc biệt chỉ hiện diện trong tim, có chức năng co bóp để bơm máu đi khắp cơ thể. Khác với cơ vân và cơ trơn, cơ tim có đặc tính điện sinh học tự động và có khả năng co bóp theo chu kỳ mà không cần kích thích từ hệ thần kinh trung ương. Đây là yếu tố then chốt giúp tim duy trì hoạt động liên tục suốt đời người mà không mỏi.

Cơ tim chiếm phần lớn khối lượng của thành tim, nằm giữa hai lớp là nội tâm mạc (endocardium) ở trong và thượng tâm mạc (epicardium) ở ngoài. Tùy theo vùng tim, độ dày của lớp cơ tim thay đổi: thành thất trái dày nhất (8–15 mm), trong khi thành nhĩ mỏng hơn nhiều.

Do đặc điểm hoạt động không ngừng nghỉ và nhu cầu trao đổi năng lượng cao, cơ tim chứa rất nhiều ti thể và được cấp máu liên tục bởi hệ thống động mạch vành. Đây là một trong những mô tiêu thụ oxy nhiều nhất trong cơ thể.

Đặc điểm giải phẫu và mô học

Dưới kính hiển vi, sợi cơ tim (cardiomyocyte) có dạng hình trụ, phân nhánh, với một hoặc hai nhân nằm ở trung tâm. Mỗi sợi cơ dài khoảng 100–150 μm và đường kính khoảng 10–20 μm. Bề mặt tế bào cơ tim có nhiều rãnh ngang là nơi tiếp xúc với các sợi cơ lân cận thông qua cấu trúc đặc biệt gọi là đĩa xen (intercalated discs).

Đĩa xen chứa ba loại liên kết chính: desmosome (giữ bền cơ học), fascia adherens (truyền lực co cơ), và gap junctions (truyền điện thế). Đây là yếu tố cấu trúc quan trọng cho phép toàn bộ cơ tim co bóp như một khối chức năng duy nhất (functional syncytium).

Bên trong tế bào cơ tim là hệ thống myofibril với cấu trúc vạch sáng (I) – tối (A) xen kẽ, giống cơ vân, thể hiện sự sắp xếp đều đặn của actin và myosin. Tuy nhiên, lưới nội chất cơ tương (sarcoplasmic reticulum) của cơ tim phát triển kém hơn so với cơ xương, và sự phóng thích ion Ca²⁺ phụ thuộc nhiều vào dòng vào từ ngoài tế bào.

Cấu trúc	Đặc điểm mô học của cơ tim
Hình dạng tế bào	Phân nhánh, nhân trung tâm
Ti thể	Dày đặc, chiếm ~30% thể tích tế bào
Đĩa xen	Liên kết cơ học và điện học
Myofibril	Có vạch sáng – tối như cơ vân

Chức năng sinh lý của cơ tim

Cơ tim đảm nhận nhiệm vụ co bóp liên tục để duy trì tuần hoàn máu. Mỗi chu kỳ tim gồm ba giai đoạn: co tâm nhĩ, co tâm thất và pha nghỉ toàn bộ. Sự co bóp xảy ra do quá trình khử cực điện học dẫn đến co cơ học thông qua cơ chế điện–cơ liên hợp (excitation–contraction coupling).

Điện thế hoạt động được phát sinh ở nút xoang, lan truyền qua hệ thống dẫn truyền, làm thay đổi dòng ion trên màng tế bào cơ tim. Ion Na⁺ và Ca²⁺ vào tế bào gây khử cực, tiếp theo là dòng K⁺ ra ngoài để tái cực màng. Sự tăng nồng độ Ca²⁺ nội bào làm kích hoạt co sợi actin–myosin trong myofibril.

Chu trình co bóp của một sợi cơ tim gồm các pha:

1. Khử cực nhanh (Pha 0): Na⁺ đi vào nhanh
2. Pha đầu tái cực (Pha 1): dòng K⁺ thoát nhẹ
3. Bình nguyên (Pha 2): dòng Ca²⁺ vào kéo dài co bóp
4. Tái cực nhanh (Pha 3): K⁺ ra ngoài
5. Trạng thái nghỉ (Pha 4): màng ổn định

Tổng thời gian mỗi điện thế hoạt động kéo dài khoảng 250–300 ms, cho phép tim có thời gian nghỉ giữa các nhịp co bóp và tránh hiện tượng co cứng như cơ xương.

Cơ chế điện sinh học

Cơ chế điện sinh học của cơ tim bắt nguồn từ các đặc tính điện học của tế bào và hệ thống dẫn truyền nội tại. Hoạt động bắt đầu từ nút xoang (SA node), lan đến nhĩ, sau đó qua nút nhĩ thất (AV node), bó His, phân nhánh trái–phải và mạng Purkinje, giúp các buồng tim co bóp theo trình tự hợp lý.

Mỗi tế bào cơ tim có điện thế nghỉ khoảng –85 mV. Khi có kích thích, sự thay đổi điện thế do dòng ion tạo ra điện thế hoạt động lan truyền từ tế bào này sang tế bào khác qua các gap junctions. Cường độ và hình dạng của điện thế này đặc trưng cho từng loại tế bào trong hệ tim.

Điện thế màng có thể được mô tả qua phương trình Goldman–Hodgkin–Katz:

$V_m = \frac{RT}{F} \ln \left( \frac{P_{K^+}[K^+]_{out} + P_{Na^+}[Na^+]_{out} + P_{Cl^-}[Cl^-]_{in}}{P_{K^+}[K^+]_{in} + P_{Na^+}[Na^+]_{in} + P_{Cl^-}[Cl^-]_{out}} \right)$

Trong đó, $P$ là độ thấm của màng với từng loại ion, [ ] là nồng độ ion bên ngoài và trong tế bào. Sự điều hòa nồng độ các ion này phụ thuộc vào hoạt động của bơm Na⁺/K⁺-ATPase và kênh ion đặc hiệu.

Sự khác biệt giữa cơ tim, cơ vân và cơ trơn

Cơ tim là loại mô cơ duy nhất có cấu trúc và chức năng trung gian giữa cơ vân và cơ trơn. Về hình thái, cơ tim có vạch sáng-tối giống cơ vân, nhưng hoạt động theo cơ chế tự động không ý thức như cơ trơn. Điều này phản ánh sự tiến hóa chức năng của cơ tim để đáp ứng yêu cầu co bóp đều đặn, không mỏi trong suốt đời sống cá thể.

Một số điểm khác biệt nổi bật giữa ba loại cơ:

Tiêu chí	Cơ tim	Cơ vân	Cơ trơn
Kiểm soát	Tự động	Tự ý	Tự động
Cấu trúc vạch ngang	Có	Có	Không
Sự phân nhánh tế bào	Có	Không	Không
Kết nối tế bào	Đĩa xen (gap junctions)	Không	Có (dạng lỏng lẻo)
Nhân tế bào	1–2 nhân trung tâm	Nhiều nhân ngoại vi	1 nhân trung tâm

Khác biệt về mặt mô học phản ánh sự chuyên biệt hóa chức năng của cơ tim, đặc biệt là trong việc duy trì dẫn truyền xung động và sự co bóp đồng bộ của toàn bộ quả tim.

Hệ thống mạch máu nuôi cơ tim

Cơ tim nhận máu qua hệ thống động mạch vành, gồm hai nhánh chính: động mạch vành trái (chia thành động mạch liên thất trước và mũ) và động mạch vành phải. Chúng phát sinh từ gốc động mạch chủ, ngay sau van động mạch chủ. Hệ thống mạch máu này đảm bảo cung cấp oxy và dưỡng chất liên tục cho hoạt động trao đổi chất cao của cơ tim.

Lưu lượng máu vành chiếm khoảng 4–5% cung lượng tim lúc nghỉ, nhưng có thể tăng gấp 4–5 lần trong gắng sức. Do cơ tim chỉ được tưới máu chủ yếu trong thì tâm trương, bất kỳ rối loạn nào làm giảm tưới máu đều có thể gây thiếu máu cục bộ hoặc nhồi máu cơ tim.

Thông tin giải phẫu chi tiết được mô tả tại: AHA Journals – Coronary Anatomy.

Cơ tim trong bệnh lý tim mạch

Rối loạn chức năng cơ tim là nguyên nhân hoặc hậu quả của nhiều bệnh lý tim mạch nguy hiểm. Một số bệnh ảnh hưởng trực tiếp đến mô cơ tim như viêm cơ tim, bệnh cơ tim giãn, bệnh cơ tim phì đại và bệnh cơ tim hạn chế. Trong những trường hợp này, chức năng co bóp và/hoặc dẫn truyền xung điện của tim bị rối loạn.

Nhồi máu cơ tim xảy ra khi dòng máu qua động mạch vành bị tắc nghẽn hoàn toàn, dẫn đến hoại tử tế bào cơ tim không hồi phục. Quá trình này bắt đầu chỉ sau 20–30 phút thiếu máu nghiêm trọng, và có thể lan rộng nếu không được điều trị kịp thời.

Phương pháp chẩn đoán tổn thương cơ tim bao gồm:

• Điện tâm đồ (ECG): phát hiện rối loạn dẫn truyền hoặc thiếu máu
• Xét nghiệm Troponin: marker sinh học đặc hiệu cho tổn thương cơ tim
• Siêu âm tim (ECHO): đánh giá chức năng co bóp
• Chụp MRI tim: xác định vùng hoại tử và mức độ tổn thương

Tái tạo và phục hồi cơ tim

Không giống như gan hoặc da, cơ tim trưởng thành có khả năng tái tạo rất hạn chế. Sau nhồi máu cơ tim, mô cơ bị hoại tử sẽ được thay thế bằng mô sợi, làm giảm khả năng co bóp. Nỗ lực nghiên cứu trong y học tái tạo đang tìm cách khôi phục hoặc thay thế tế bào cơ tim đã mất.

Các chiến lược hiện đang được nghiên cứu hoặc thử nghiệm lâm sàng bao gồm:

1. Tiêm tế bào gốc vào vùng cơ tim bị tổn thương để kích thích tái tạo mô
2. Sử dụng tấm vá sinh học chứa tế bào hoặc protein tăng trưởng
3. Tái lập trình nguyên bào sợi tim thành tế bào cơ tim chức năng

Một số nhóm nghiên cứu cũng đang phát triển mô cơ tim in 3D từ tế bào người, với kỳ vọng ghép được vào tim thật trong tương lai. Các kết quả sơ bộ mang tính hứa hẹn nhưng vẫn cần thời gian kiểm chứng lâm sàng dài hạn.

Cơ tim và khả năng thích nghi sinh lý

Cơ tim có khả năng thích nghi theo môi trường và nhu cầu cơ thể. Trong vận động thể thao hoặc khi mang thai, thể tích và khối lượng cơ tim tăng lên (phì đại sinh lý) giúp tăng cung lượng tim. Quá trình này có thể đảo ngược và không đi kèm tổn thương tế bào.

Ngược lại, phì đại bệnh lý xảy ra khi tim phải làm việc quá mức kéo dài (tăng huyết áp, hẹp van tim...), dẫn đến dày thành tim, xơ hóa và cuối cùng là suy tim. Việc phân biệt hai dạng phì đại có ý nghĩa quan trọng trong lâm sàng.

Các yếu tố điều hòa thích nghi cơ tim:

• Tiền tải và hậu tải cơ tim
• Hormone tăng trưởng (GH/IGF-1)
• Yếu tố cơ học: stretch receptor, tín hiệu cơ học–sinh học

Tài liệu tham khảo

1. NIH - National Heart, Lung, and Blood Institute. https://www.nhlbi.nih.gov/
2. American Heart Association (AHA). https://www.heart.org/en
3. Nature Reviews Cardiology. Myocardial structure and function. https://www.nature.com/nrcardio/
4. Journal of the American College of Cardiology (JACC). https://www.jacc.org/
5. European Society of Cardiology. https://www.escardio.org/
6. Circulation Research - Coronary Anatomy. https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/CIRCRESAHA.118.313252