Bài học

Chu kì tim và tính tự động

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mô tả được ba pha của chu kì tim theo đúng trình tự và thời gian tương ứng, tính được thời gian mỗi pha khi biết nhịp tim, và giải thích được vì sao tim có thể tự phát nhịp mà không cần tín hiệu thần kinh liên tục.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở lớp 8, em đã biết tim người có bốn ngăn và đập liên tục suốt đời để bơm máu (prior-grade review). Bài trước em cũng đã học tuần hoàn kép ở thú gồm hai vòng nối tiếp qua cùng một tim (same-grade bridge). Bài này hỏi sâu hơn: mỗi nhịp đập của tim thực chất gồm những giai đoạn nào, và điều gì khiến tim tự đập đều đặn suốt đời mà không cần ai ra lệnh từng nhịp.

Khởi động

Trong một thí nghiệm sinh lý học kinh điển, tim ếch được tách hoàn toàn ra khỏi cơ thể, cắt đứt mọi dây thần kinh nối với não. Đặt trong dung dịch sinh lý phù hợp, trái tim đó vẫn tiếp tục đập đều đặn suốt nhiều giờ. Không còn não, không còn dây thần kinh nào ra lệnh — vậy điều gì khiến tim tự đập?

Kiến thức trọng tâm

Tim tự đập được nhờ một hệ thống mô cơ tim đặc biệt gọi là hệ dẫn truyền tim, chứ không nhờ tín hiệu từ não truyền tới liên tục. Khởi đầu hệ này là nút xoang nhĩ, một cụm tế bào nằm ở thành tâm nhĩ phải, tự phát ra xung điện đều đặn mà không cần kích thích từ bên ngoài — đây chính là ý nghĩa của tính tự động. Xung điện từ nút xoang nhĩ lan ra làm hai tâm nhĩ co lại gần như đồng thời, tới nút nhĩ thất nằm giữa tâm nhĩ và tâm thất, chuyển qua bó His rồi lan khắp mạng lưới Purkinje trong thành tâm thất, làm hai tâm thất co lại. Chính vì xung nhịp phát sinh ngay tại tim, một quả tim tách rời — như trong thí nghiệm tim ếch — vẫn tiếp tục đập nếu được nuôi trong môi trường phù hợp.

Ba pha co tâm nhĩ, co tâm thất, giãn chung lặp lại liên tục suốt đời, luôn khởi đầu bởi xung tự phát từ nút xoang nhĩ.

Một chu kì tim gồm ba pha nối tiếp nhau. Pha co tâm nhĩ diễn ra ngắn nhất: hai tâm nhĩ co lại, đẩy nốt lượng máu còn lại xuống hai tâm thất. Pha co tâm thất diễn ra ngay sau đó và kéo dài hơn: hai tâm thất co mạnh, đẩy máu vào động mạch phổi và động mạch chủ. Pha giãn chung là pha dài nhất: cả tâm nhĩ lẫn tâm thất cùng giãn ra, máu từ tĩnh mạch đổ đầy tâm nhĩ rồi chảy dần xuống tâm thất, chuẩn bị cho chu kì tiếp theo. Ở người trưởng thành lúc nghỉ ngơi, với nhịp tim trung bình khoảng 75 lần mỗi phút, một chu kì tim kéo dài 0,8 giây, chia thành pha co tâm nhĩ 0,1 giây, pha co tâm thất 0,3 giây và pha giãn chung 0,4 giây.

Nút xoang nhĩ của mỗi loài tự phát nhịp ở một tần số riêng, và tần số đó có xu hướng liên quan ngược chiều với kích thước cơ thể: động vật càng nhỏ, tốc độ chuyển hoá tính trên một đơn vị khối lượng cơ thể càng cao, tim càng phải đập nhanh hơn để đáp ứng nhu cầu oxygen đó. Ngược lại, một người thường xuyên luyện tập thể thao có thể có nhịp tim lúc nghỉ ngơi thấp hơn hẳn mức trung bình, vì tim đã được rèn luyện để bơm được nhiều máu hơn trong mỗi nhịp, không cần đập nhanh mới đủ đáp ứng nhu cầu cơ thể.

Số liệu tham khảo minh hoạ xu hướng chung: cơ thể càng nhỏ, tốc độ chuyển hoá tính trên một đơn vị khối lượng càng cao, nhịp tim nghỉ ngơi do nút xoang nhĩ tự phát càng nhanh.

Ví dụ

Tính thời gian mỗi pha của chu kì tim

1
Một người trưởng thành lúc nghỉ ngơi có nhịp tim trung bình 75 lần mỗi phút. Biết pha co tâm nhĩ chiếm 1/8 chu kì, pha co tâm thất chiếm 3/8 chu kì, pha giãn chung chiếm 1/2 chu kì. Tính thời gian một chu kì tim và thời gian mỗi pha.
2
Ta có nhịp tim 75 lần/phút, nghĩa là trong 60 giây tim đập 75 lần, nên thời gian một chu kì tim là 60/75 = 0,8 giây.
3
Pha co tâm nhĩ chiếm 1/8 chu kì, nên thời gian pha này là 0,8 × 1/8 = 0,1 giây.
4
Pha co tâm thất chiếm 3/8 chu kì, nên thời gian pha này là 0,8 × 3/8 = 0,3 giây.
5
Pha giãn chung chiếm 1/2 chu kì, nên thời gian pha này là 0,8 × 1/2 = 0,4 giây. Kiểm tra: 0,1 + 0,3 + 0,4 = 0,8 giây (TMĐK), đúng bằng thời gian một chu kì vừa tính.
6
Vậy một chu kì tim kéo dài 0,8 giây, gồm pha co tâm nhĩ 0,1 giây, pha co tâm thất 0,3 giây và pha giãn chung 0,4 giây.

Ví dụ

Chu kì tim khi nhịp tim tăng lúc chạy bộ (dạng đề kiểm tra)

1
Khi một người đang chạy bộ, nhịp tim tăng lên 100 lần mỗi phút. Giả sử tỉ lệ thời gian giữa ba pha của chu kì tim không đổi so với lúc nghỉ ngơi, tính thời gian mỗi pha lúc này.
2
Ta có nhịp tim lúc này là 100 lần/phút, nên thời gian một chu kì tim là 60/100 = 0,6 giây, ngắn hơn lúc nghỉ ngơi (0,8 giây).
3
Với giả thiết tỉ lệ ba pha không đổi (1/8, 3/8, 1/2), thời gian pha co tâm nhĩ là 0,6 × 1/8 = 0,075 giây, pha co tâm thất là 0,6 × 3/8 = 0,225 giây, pha giãn chung là 0,6 × 1/2 = 0,3 giây. Kiểm tra: 0,075 + 0,225 + 0,3 = 0,6 giây (TMĐK).
4
Mặt khác, trên thực tế khi tim đập nhanh, pha giãn chung thường rút ngắn nhiều hơn hẳn so với hai pha co, chứ không giữ nguyên tỉ lệ như giả thiết đơn giản hoá ở trên — đây là lí do tim đập quá nhanh kéo dài có thể khiến tâm thất không kịp đổ đầy máu trước nhịp co tiếp theo.
5
Vậy theo cách tính tỉ lệ đơn giản hoá, chu kì tim lúc chạy bộ còn 0,6 giây với ba pha lần lượt 0,075 giây, 0,225 giây và 0,3 giây — toàn bộ chu kì đều rút ngắn khi nhịp tim tăng, nhưng thực tế pha giãn chung mới là pha rút ngắn nhiều nhất.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ tim đập được nhờ tín hiệu liên tục từ não, giống cách não điều khiển cử động tay chân. Thực ra tim tự phát nhịp nhờ nút xoang nhĩ; hệ thần kinh (và hormone) chỉ điều chỉnh tần số đó nhanh lên hay chậm đi theo nhu cầu cơ thể, chứ không phải nguồn gốc của từng nhịp đập — bài sau sẽ nói kỹ về sự điều chỉnh này. Một nhầm lẫn khác là cho rằng nhịp tim càng nhanh thì động vật càng khoẻ; thực ra nhịp tim nhanh ở loài nhỏ như chuột phản ánh tốc độ chuyển hoá cao cần thiết cho kích thước cơ thể nhỏ, không phải dấu hiệu sức khoẻ tốt hơn.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Tim tự đập nhờ nút xoang nhĩ tự phát xung, lan qua nút nhĩ thất, bó His, mạng Purkinje. Một chu kì gồm ba pha: co tâm nhĩ (ngắn nhất), co tâm thất, giãn chung (dài nhất). Ở người nghỉ ngơi với nhịp 75 lần/phút, chu kì dài 0,8 giây, chia 0,1 – 0,3 – 0,4 giây.

Mỗi lần tâm thất co, máu bị đẩy vào động mạch dưới một áp lực nhất định. Bài sau sẽ theo dõi áp lực đó thay đổi ra sao khi máu đi xa dần khỏi tim, và vì sao tốc độ dòng máu lại không biến thiên theo đúng cách mà áp lực biến thiên.