Thể tích tim là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa thể tích tim

Thể tích tim (cardiac volume) là thể tích máu chứa trong buồng tim tại các thời điểm then chốt của chu kỳ tim, bao gồm thể tích cuối tâm trương (End-Diastolic Volume – EDV) và thể tích cuối tâm thu (End-Systolic Volume – ESV). EDV là lượng máu có trong thất trái ngay trước khi cơ tim co bóp, còn ESV là lượng máu còn lại trong thất trái sau khi kết thúc pha co. Sự chênh lệch giữa hai giá trị này chính là thể tích nhát bóp (Stroke Volume – SV), đại diện cho lượng máu được tống ra hệ tuần hoàn mỗi nhát bóp.

Thể tích tim đóng vai trò nền tảng trong việc đánh giá chức năng bơm máu của tim và tính toán các chỉ số huyết động học quan trọng như cung lượng tim (Cardiac Output – CO). Việc xác định chính xác EDV và ESV giúp bác sĩ theo dõi tiến triển suy tim, đánh giá đáp ứng điều trị và điều chỉnh phác đồ dược lý và can thiệp cơ học.

Thể tích tim có thể biến đổi theo nhiều yếu tố: nhịp tim, tình trạng tái phân bố dịch ngoại bào, thể tích tuần hoàn, cũng như tính đàn hồi và sức co bóp của cơ tim. Vì vậy, hiểu rõ định nghĩa và phân biệt rõ các thành phần thể tích tim là bước đầu tiên để triển khai đánh giá lâm sàng và nghiên cứu khoa học.

Phân loại thể tích tim

Thể tích tim được chia thành bốn đại lượng cơ bản, phản ánh các giai đoạn khác nhau của chu kỳ tim và giúp mô tả chi tiết khả năng bơm máu:

• Thể tích cuối tâm trương (EDV): khối lượng máu trong thất trái ngay trước khi co, thường vào khoảng 110–140 mL ở người trưởng thành khỏe mạnh.
• Thể tích cuối tâm thu (ESV): khối lượng máu còn lại trong thất trái sau khi co, trung bình 40–60 mL.
• Thể tích nhát bóp (SV): lượng máu được tống ra mỗi nhát bóp, bằng EDV trừ ESV, thông thường 60–80 mL.
• Cung lượng tim (CO): lượng máu tống ra hệ tuần hoàn mỗi phút, bằng SV nhân với nhịp tim (HR), bình thường 4–6 L/min.

Phân tích riêng rẽ EDV và ESV cho phép đánh giá tiền tải (preload) và hậu tải (afterload), trong khi SV và CO thể hiện tổng hợp khả năng co bóp và tần số. Ví dụ, trong suy tim tâm thu, SV giảm chủ yếu do ESV tăng; ngược lại trong suy tim tâm trương, EDV giảm gây SV giảm mặc dù khả năng co bóp còn tương đối duy trì.

Đối với thất phải, các thông số tương tự (EDVRV, ESVRV, SVRV) cũng được đo để đánh giá áp lực động mạch phổi và chức năng thất phải, quan trọng trong bệnh phổi mạn tính và tăng áp phổi.

Công thức và công thức toán học

Các công thức cơ bản liên quan đến thể tích tim được tổng hợp như sau:

• Thể tích nhát bóp (SV): $SV = EDV - ESV$
• Cung lượng tim (CO): $CO = SV \times HR$trong đó HR là tần số tim (lần/phút).
• Chỉ số tim (Cardiac Index – CI): $CI = \frac{CO}{BSA}$với BSA là diện tích bề mặt cơ thể (m²), bình thường 2.5–4.0 L/min/m².

Các công thức này cho phép chuẩn hóa kết quả giữa các cá thể có kích thước và nhịp tim khác nhau. Ví dụ, CI giúp so sánh chức năng tim giữa người cao tuổi và vận động viên trẻ, bất chấp sự khác biệt về khối lượng cơ thể và HR cơ bản.

Trong nghiên cứu huyết động, còn có công thức tính chỉ số tống máu phần trăm (Ejection Fraction – EF): $EF = \frac{SV}{EDV} \times 100\%$giúp đánh giá tỉ lệ phần trăm máu được tống ra mỗi chu kỳ; giá trị EF bình thường của thất trái là 55–70%.

Phương pháp đo lường thể tích tim

Đánh giá EDV và ESV yêu cầu kỹ thuật hình ảnh hoặc xâm lấn để đo trực tiếp hoặc gián tiếp thể tích buồng tim. Các phương pháp chính bao gồm:

1. Siêu âm Doppler (Echocardiography):

   Dùng sóng siêu âm để ghi nhận hình ảnh thất trái và thất phải trong các mặt cắt trục dài và ngắn. EDV và ESV được tính dựa trên công thức Simpson (bút vẽ 2D) hoặc đo thể tích 3D.

   • Ưu điểm: không xâm lấn, di động, có thể lặp lại nhiều lần.
   • Nhược điểm: phụ thuộc kỹ thuật viên, khó xác định viền nội tâm mạc rõ khi hình ảnh kém.

2. Cộng hưởng từ tim (Cardiac MRI):

   Sử dụng từ trường mạnh và xung radio để tạo ảnh 3D chi tiết các buồng tim. Đo EDV, ESV với sai số <5% so với tiêu chuẩn vàng.

   • Ưu điểm: độ phân giải không gian cao, phân biệt mô tốt, phép đo chính xác.
   • Nhược điểm: chi phí cao, thời gian chụp lâu, có chống chỉ định với ICD/khớp kim loại.

3. Chụp X-quang tương phản (Contrast ventriculography):

   Thực hiện khi can thiệp mạch vành, bơm thuốc cản quang vào thất trái và ghi hình bằng tia X. Đo thể tích từ các khung hình tương phản.

   • Ưu điểm: kết hợp chẩn đoán mạch vành, độ chính xác tương đối.
   • Nhược điểm: xâm lấn, bức xạ, nguy cơ dị ứng thuốc cản quang.

4. CT tim (Cardiac CT):

   Dùng cắt lớp vi tính đa lát cắt sau khi tiêm thuốc cản quang để dựng ảnh 3D thất trái. Thể tích EDV và ESV được tính tự động bằng phần mềm chuyên dụng.

   • Ưu điểm: độ phân giải cao về cấu trúc, kết hợp khảo sát động mạch vành.
   • Nhược điểm: bức xạ ion hóa, chi phí và quy trình phức tạp.

Yếu tố điều hòa thể tích tim

Thể tích tim chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố huyết động và cơ tim nhằm duy trì tưới máu mô toàn thân trong các trạng thái sinh lý và bệnh lý. Tiền tải (preload) là áp lực hoặc thể tích trở về tim qua tĩnh mạch; tăng preload làm EDV tăng theo nguyên lý Frank–Starling, tối ưu hóa lực co bóp cho đến một ngưỡng nhất định.

Sức co bóp (contractility) của cơ tim điều chỉnh ESV. Sự thay đổi trong nồng độ calci nội bào, yếu tố thần kinh giao cảm (catecholamines) và thuốc ionotropic tác động trực tiếp lên cơ chế co bóp, làm giảm ESV và tăng SV (ESC Guidelines).

• Preload: trực tiếp tỉ lệ thuận với EDV; phụ thuộc thể tích máu và trương lực tĩnh mạch.
• Afterload: áp lực mà thất trái phải vượt qua để tống máu; tăng afterload (tăng huyết áp) làm ESV tăng, giảm SV.
• Contractility: độ mạnh co bóp; thuốc inotropic dương (dobutamine) tăng contractility, giảm ESV.
• Heart Rate (HR): tần số tim cao làm giảm thời gian tâm trương, có thể giảm EDV và SV nếu quá nhanh.

Giá trị bình thường và biến thể sinh lý

Giá trị thể tích tim bình thường thay đổi theo giới tính, tuổi và kích thước cơ thể. Định mức tham khảo cho người trưởng thành khỏe mạnh:

Ở vận động viên thể lực cao, SV có thể lên đến 100–120 mL và CO đạt 7–8 L/min. Người cao tuổi thường giảm SV do giảm độ đàn hồi cơ tim và giãn nở thất, dẫn đến phụ thuộc nhiều hơn vào HR để duy trì CO.

Tác động lâm sàng của thay đổi thể tích tim

Sự thay đổi bất thường ở EDV, ESV, SV và CO là dấu hiệu quan trọng trong chẩn đoán và tiên lượng nhiều bệnh tim mạch. Trong suy tim tâm thu, giảm contractility làm ESV tăng và SV giảm, dẫn đến CO giảm mặc dù preload có thể tăng bù.

Trong suy tim tâm trương, giảm độ giãn nở thất trái làm EDV giảm, giảm SV và tăng áp lực nhĩ trái, gây khó thở kịch phát về đêm. Theo dõi thể tích tim giúp phân biệt hai cơ chế suy tim để lựa chọn điều trị phù hợp (thuốc lợi tiểu, chẹn beta hoặc thuốc tác động giãn động mạch).

• Thiếu máu cơ tim cấp: giảm contractility cục bộ, ESV tăng tại vùng nhồi máu, SV giảm (AHA Guidelines).
• Tăng huyết áp mạn: tăng afterload làm ESV tăng, ban đầu duy trì CO nhưng lâu dài dẫn đến phì đại thất trái.
• Bệnh van tim: hở van hai lá làm EDV tăng; hẹp van động mạch chủ làm ESV tăng.

Ứng dụng trong chẩn đoán và theo dõi

Đo thể tích tim định kỳ giúp đánh giá hiệu quả điều trị thuốc và can thiệp. Ví dụ, trong điều trị suy tim, tăng SV và giảm ESV sau khi dùng thuốc ACE inhibitor hoặc ARB là dấu hiệu cải thiện chức năng tim.

Trong can thiệp mạch vành, đo SV và CO trước và sau thủ thuật PCI giúp đánh giá phục hồi tưới máu. Trong điều trị gối máy trợ tim (LVAD), thiết lập lưu lượng bơm phù hợp dựa trên CO mong muốn và tính toán preload/afterload.

• Theo dõi điều trị suy tim: siêu âm hàng quý nhằm đánh giá EF và SV.
• Hướng dẫn điều trị thuốc: điều chỉnh liều thuốc inotropic dựa trên SV và CO.
• Định hướng can thiệp cơ học: chỉ định LVAD khi CO <2.2 L/min/m² và triệu chứng suy tim nặng.

Nghiên cứu và xu hướng tương lai

Công nghệ 3D-echocardiography kết hợp AI cho phép tự động phân tích thể tích buồng tim với độ chính xác cao, giảm phụ thuộc kỹ thuật viên. Hệ thống theo dõi thể tích tim liên tục qua cảm biến cấy ghép (implantable hemodynamic monitors) đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng (ClinicalTrials.gov).

Nghiên cứu phân tử về điều hòa contractility và tái mô hình hóa cơ tim tập trung vào con đường tín hiệu calmodulin/CaMKII và rôles của microRNA, mở ra hướng điều trị mục tiêu nhằm cải thiện SV và giảm tái cấu trúc thất trái sau nhồi máu.

• AI & Machine Learning: dự báo suy tim cấp dựa trên biến động thể tích tim.
• Cảm biến cấy ghép: đo CO liên tục, cảnh báo sớm mất bù.
• Liệu pháp gene: tăng biểu hiện SERCA2a để cải thiện contractility.

Tài liệu tham khảo

• Lang, R. M., et al. “Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults.” European Heart Journal – Cardiovascular Imaging 16.3 (2015): 233–271.
• Bellenger, N. G., et al. “Comparison of left ventricular ejection fraction and volumes in heart failure by echocardiography, radionuclide ventriculography and cardiovascular magnetic resonance.” Journal of the American College of Cardiology 34.3 (1999): 793–800.
• Yancy, C. W., et al. “2017 ACC/AHA/HFSA Focused Update of the 2013 ACCF/AHA Guideline for the Management of Heart Failure.” Journal of the American College of Cardiology 70.6 (2017): 776–803.
• American Heart Association. “Cardiac Output and Hemodynamics” – AHA Professional.
• ClinicalTrials.gov. “Implantable Hemodynamic Monitoring in Heart Failure” – NCT02865114.