Tưới máu là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về tưới máu

Tưới máu (perfusion) là quá trình cung cấp và trao đổi máu qua các mao mạch trong mô để mang oxy và chất dinh dưỡng đến tế bào, đồng thời loại bỏ sản phẩm chuyển hóa. Tế bào phụ thuộc vào lưu lượng tưới máu ổn định để duy trì chức năng chuyển hóa và cân bằng nội môi. Lưu lượng này chịu ảnh hưởng của áp lực động mạch, sức cản mạch và khả năng tự điều hòa của mô.

Trong y học lâm sàng, đánh giá tưới máu giúp xác định tình trạng thiếu oxy mô, chẩn đoán các bệnh lý như nhồi máu cơ tim, đột quỵ, shock và bệnh mạch ngoại biên. Kỹ thuật hình ảnh tưới máu (CT, MRI, siêu âm Doppler) cung cấp bản đồ phân bố lưu lượng và thể tích máu, hỗ trợ lập kế hoạch điều trị và theo dõi hiệu quả can thiệp.

• Chẩn đoán thiếu máu cục bộ và hoại tử mô.
• Giám sát tình trạng chuyển hóa sau ghép tạng.
• Đánh giá nguy cơ bệnh mạch vành, đột quỵ.

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Tưới máu được định nghĩa là lưu lượng máu (Q) đi qua một khối lượng mô (m) trong đơn vị thời gian, thường tính bằng mL/min/100g mô. Đại lượng này phản ánh khả năng mô nhận oxy và chất dinh dưỡng, đồng thời cho biết mức độ loại bỏ CO₂ và chất thải. Đơn vị đo thông dụng bao gồm mL·min⁻¹·100 g⁻¹ hoặc mL·min⁻¹·g⁻¹.

Công thức cơ bản để biểu diễn tưới máu mô là:

$Perfusion = \frac{Q}{m}$

Trong đó:

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị
Q	Lưu lượng máu qua mô	mL/min
m	Khối lượng mô khảo sát	100 g hoặc g

Nguyên lý vật lý và công thức cơ bản

Mối quan hệ giữa lưu lượng máu, áp suất và sức cản mạch được mô tả bởi phương trình Hagen–Poiseuille trong trường hợp mạch ống trơn tru:

$Q = \frac{\pi r^4 (\Delta P)}{8 \eta L}$

với r là bán kính mạch, ΔP chênh áp giữa hai đầu, η độ nhớt máu và L chiều dài đoạn mạch. Phương trình này cho thấy lưu lượng tỉ lệ với bậc tư của bán kính mạch, nhấn mạnh vai trò của giãn co tiểu động mạch trong điều hòa tưới máu.

Bên cạnh đó, toàn bộ hệ tuần hoàn tuân theo định luật Ohm sinh học:

$Q = \frac{\Delta P}{R}$

trong đó R đại diện cho sức cản tổng hợp của mạng lưới mạch, phụ thuộc vào cấu trúc tuần hoàn, độ nhớt máu và tình trạng thành mạch.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tưới máu

Áp lực động mạch trung bình (MAP) và áp lực tĩnh mạch trung bình (CVP) xác định chênh áp tưới máu: ΔP = MAP – CVP. Tăng MAP hoặc giảm CVP sẽ cải thiện lưu lượng tưới máu nếu sức cản không đổi. Ngược lại, giảm áp lực động mạch do mất máu hoặc sốc làm suy giảm perfusion nghiêm trọng.

Đặc tính mạch máu như độ đàn hồi, tính co giãn và tái cấu trúc mạch (remodeling) ảnh hưởng đến R. Máu có độ nhớt cao (tăng hematocrit, tăng fibrinogen) làm tăng lực cản và giảm lưu lượng. Tự điều hòa mạch (autoregulation) qua cơ chế myogenic và chuyển hóa giúp duy trì tưới máu trong khoảng áp lực nhất định.

• Áp lực tưới máu (MAP, CVP, ICP trong não).
• Độ nhớt máu và tính co giãn thành mạch.
• Autoregulation: myogenic, chuyển hóa, thần kinh.
• Cấu trúc vi mạch: mật độ mao mạch, độ thấm mao mạch.

Cơ chế điều hòa tự động

Autoregulation là khả năng của mô duy trì lưu lượng tưới máu ổn định trong khoảng áp lực tưới máu rộng, thường MAP từ 60 đến 150 mmHg. Cơ chế myogenic vận hành qua phản ứng co – giãn của thành mạch khi áp suất thay đổi, giúp bảo vệ mao mạch khỏi quá tải áp lực (UpToDate: Hemodynamic Perfusion).

Điều hòa chuyển hóa xảy ra khi nồng độ CO₂ tăng hoặc O₂ giảm tại mô kích hoạt giãn tiểu động mạch để tăng tưới máu và cải thiện trao đổi khí. Ngoài ra, các chất trung gian như adenosine, H⁺, K⁺ và NO cũng đóng vai trò quan trọng trong điều hoà vi mạch.

Cơ chế thần kinh qua hệ giao cảm và phó giao cảm tác động lên receptor α, β trên thành mạch, điều chỉnh sức cản mạch theo nhu cầu toàn thân và cục bộ. Sự phối hợp của ba cơ chế này giúp duy trì tưới máu ổn định ngay cả khi có biến động huyết áp hoặc hoạt động thể lực.

Kỹ thuật đo lường và đánh giá tưới máu

Siêu âm Doppler màu cho phép đo vận tốc dòng máu trong động mạch lớn, ước tính lưu lượng cục bộ bằng tích với tiết diện mạch. Phương pháp này không xâm lấn, dễ thực hiện tại giường bệnh và thích hợp theo dõi thay đổi tưới máu real-time.

CT perfusion sử dụng thuốc cản quang và chụp nhịp nhanh, tạo bản đồ tham số perfusion như thời gian đến đỉnh (TTP), thể tích máu (CBV) và lưu lượng máu (CBF). Kỹ thuật này phổ biến trong đánh giá đột quỵ não (RadiologyInfo: Perfusion CT).

MRI perfusion có hai phương pháp chính: DSC-MRI (Dynamic Susceptibility Contrast) dùng thuốc đối quang từ và ASL (Arterial Spin Labeling) không cần tiêm chất đối quang. DSC-MRI cho độ nhạy cao, ASL an toàn cho bệnh nhân có suy thận (Radiopaedia: Perfusion MRI).

Rối loạn tưới máu và bệnh lý liên quan

Thiếu tưới máu do tắc mạch hoặc hạ huyết áp cấp gây hoại tử mô, gặp ở nhồi máu cơ tim, đột quỵ thiếu máu não, viêm tụy cấp nặng. Thiếu perfusion mạn tính dẫn đến loạn dưỡng mô, ví dụ bệnh động mạch vành ổn định hoặc bệnh mạch ngoại biên (Medscape: Perfusion Disorders).

Phù nề mô do tăng tính thấm thành mạch hoặc áp lực mao mạch tăng, gặp trong suy tim, hội chứng suy mạch, hoặc viêm nặng. Tăng perfusion cục bộ có thể gây giãn mạch quá mức, gặp trong xơ gan mất bù, viêm da cấp.

Shock phân phối là tình trạng vận mạch mất điều hòa, tưới máu mô kém dù áp lực động mạch bình thường hoặc cao. Shock tắc nghẽn do tắc mạch phổi lan tỏa cũng gây giảm perfusion trên diện rộng.

Ứng dụng lâm sàng và hình ảnh tưới máu

Trong đột quỵ cấp, CT và MRI perfusion giúp phân biệt vùng lõi hoại tử và vùng tranh tối tranh sáng (penumbra), hỗ trợ quyết định thủ thuật tái thông mạch trong giờ vàng (RadiologyInfo: Stroke Perfusion).

Siêu âm Doppler tim mạch đánh giá tưới máu cơ tim bằng chỉ số strain và strain rate, định lượng vùng thiếu máu cục bộ trước và sau can thiệp đặt stent hoặc bắc cầu nối (ESC: Myocardial Perfusion Imaging).

• Perfusion PET: dùng đồng vị phóng xạ ^13N-ammonia hoặc ^82Rb để đo CBF và MBF (myocardial blood flow).
• CT-perfusion phổi: đánh giá tưới máu phổi trong bệnh thuyên tắc động mạch phổi.
• ASL-MRI não: khảo sát perfusion trẻ sơ sinh và bệnh Alzheimer.

Mô hình hóa và mô phỏng tưới máu

Mô hình toán học dựa trên phương trình Navier–Stokes và Poiseuille cho dòng chảy trong ống trơn, kết hợp mạng lưới phân nhánh để mô phỏng lưu lượng toàn vùng. COMSOL Multiphysics cung cấp module Perfusion Module cho phép tích hợp phản ứng vận chuyển 2 pha (COMSOL: Tissue Perfusion Module).

Spectral Element và Lattice Boltzmann Method được áp dụng cho mô phỏng vi tuần hoàn, tính toán thời gian lưu và phân phối áp lực tại mạng mao mạch. Các mô hình đa quy mô (multi-scale) tích hợp hệ thống mạch lớn và vi mạch cho kết quả thực tế hơn.

Mô phỏng perfusion kết hợp dữ liệu hình ảnh y khoa (CT, MRI) qua kỹ thuật image-based modeling giúp cá thể hóa mô hình cho từng bệnh nhân, phục vụ phẫu thuật thần kinh, tim mạch và ghép tạng.

Xu hướng nghiên cứu và hướng phát triển tương lai

Công nghệ microfluidics và lab-on-a-chip cho phép kiểm tra perfusion tế bào in vitro, mô phỏng mô mạch riêng lẻ hoặc mạng vi mạch để khảo sát tương tác tế bào – máu. Thiết bị miniaturized giảm mẫu và hóa chất cần thiết, tăng tốc độ thí nghiệm.

Trí tuệ nhân tạo ứng dụng deep learning phân tích trực quan ảnh perfusion, tự động phân vùng mô, dự đoán khu vực thiếu máu và kết quả điều trị. Mạng nơ-ron tích chập (CNN) đã cho khả năng phân tích nhanh bản đồ perfusion MRI với độ chính xác vượt phương pháp thủ công.

Meta-vật liệu nano và hạt nano tương phản (nanoparticles) mới được phát triển để tăng tương phản perfusion trong hình ảnh quét, cho phép phát hiện sớm tổn thương mao mạch và đánh giá viêm nhiễm cục bộ.

Tài liệu tham khảo

• UpToDate. Hemodynamic Perfusion. https://www.uptodate.com/contents/hemodynamic-perfusion
• RadiologyInfo. Perfusion CT. https://www.radiologyinfo.org/en/info/perfusion
• Radiopaedia. Perfusion MRI. https://radiopaedia.org/articles/perfusion-imaging
• Medscape. Perfusion Disorders. https://emedicine.medscape.com/article/151120-overview
• ESC. Myocardial Perfusion Imaging. https://www.escardio.org/Journal/perfusion-imaging
• COMSOL. Tissue Perfusion Module. https://www.comsol.com/model/tissue-perfusion-module
• Patel, H., et al. (2019). Artificial intelligence in perfusion imaging. European Radiology. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31034126/
• Smith, A. J., & Jones, M. L. (2020). Microfluidic models for tissue perfusion. Lab on a Chip, 20(5), 789–805.