Hệ tuần hoàn: dòng máu chảy

Chức năng của hệ tuần hoàn là cung câp máu cần thiết cho mô- vận chuyển dinh dưỡng tới mô cơ quan, đồng thời vận chuyển chất thả, vận chuyển hormon từ 1 số cơ quan trong cơ thể đến những nơi khác, giữ ổn định nồng độ các chất trong nội môi trong cơ thể giúp các tế bào tồn tại và thực hiện tốt các chứng năng của mình.

Dòng máu là lưu lượng máu đi qua 1 điểm trong hệ tuần hoàn trong 1 đơn vị thời gian. Thông thường lưu lượng máu được xác định bằng số ml/phút hoặc l/phút, nhưng nó có thể xác định là số ml máu trong 1 giây hay 1 đơn vị máu trong 1 đơn vị thời gian.

Hình. Mối quan hệ giữa áp suất, lực cản và lưu lượng máu. P1, áp suất tại gốc của bình; P2, áp suất ở đầu kia của bình.

Tất cả lưu lượng máu trong toàn bộ hệ tuần hoàn ở người trưởng thành khoảng 5000ml/phút. Đó là lượng lưu lượng tim bởi vì lượng máu bơm qua động mạch bởi tim trong mỗi phút.

Cách thức đo lưu lượng máu

Có nhiều thiết bị cơ khí, điện tử có thể luồn vào mạch máu hoặc đặt bên ngoài mạch để đo lưu lượng máu. Những thiết bị đó là lưu lượng kế.

Lưu lượng kế điện tử

Đó là 1 thiết bị đo lưu lượng máu mà không cần mở mạch máu. Nguyên tắc của máy được làm rõ trong hình. Hình A cho thấy sự phát điện của lực điện động (hiệu điện thế) trong dây đó là di chuyển nhanh trong theo 1 đường chéo thông qua từ trường. Điều này có thể hiểu là nguồn gốc của lực điện bởi dòng điện. Hình B cho thấy nguyên tắc của sự phát sinh lực điện động trong máu là di chuyển do từ trường. Trong trường hợp dòng máu ở giữa 2 cực của 1 nâm châm và 2 điện cực ở 2 bề mặt của mạch máu vuông góc với đường từ tính. Khi dòng máu đi qua mạch, 1 điện thế cân đối với dòng máu phát ra giữa 2 điện cực và điện áp ghi lại qua máy vôn kế thích hợp hoặc máy điện tử. Hình C cho thấy 1 “máy dò” tại nơi có mạch máu lớn để ghi lại lưu lượng máu. Máy dò gồm 2 nâm châm mạnh và điện cực.

Lợi thế đặc biệt của lưu lượng kế điện tử là nó có thể ghi lại sự thay đổi của lưu lượng máu dưới 1/100 giây, theo dõi dự thay đổi của nhịp đập trong dòng chảy, cũng như dòng chảy ổn định.

Hình. Lưu lượng kế kiểu điện từ, cho biết sự tạo ra điện áp trong dây khi nó đi qua trường điện từ (A); tạo ra hiệu điện thế trong các điện cực trên mạch máu khi mạch được đặt trong từ trường mạnh và máu chảy qua mạch (B); và một đầu dò lưu lượng kế điện từ hiện đại để cấy ghép xung quanh mạch máu (C). N và S là cực bắc và cực nam của nam châm.

Hình. Lưu lượng kế siêu âm Doppler.

Lưu lượng kế siêu âm Doppler

Có là một loại lưu lượng kế khác để đo phía ngoài thành mạch và thiết bị này có một vài thuận lợi hơn so với đo bằng lưu lượng kế điện tử, đó là lưu lượng kế siêu âm Doppeler, hiện trên hình. Một tinh thể điện áp phút được gắn ở một đầu trong các vách của thiết bị. Tại tinh thể, khi có năng lượng điện hoá với 1 thiết bị điện tử thích hợp, truyền sóng âm với tần số vài trăm ngàn chu kì trên 1 giây xuôi thèo dòng chảy của máu. Một phần của âm thanh sẽ phản xạ ngược trở lại bởi hồng cầu trong dòng máu. Sóng siêu âm phản xạ dội lại từ tế bào máu tới tinh thể. Sóng dội lại có tần số thấp hơn so với sóng truyền đi bởi vì hồng cầu đã hấp thụ đi từ sóng truyền tới. Hiệu ứng này là Hiệu ứng Doppler.

Lưu lượng kế trên hình sử dụng sóng siêu âm có tần số cao liên tục, và sóng phản xạ được thu lại phía trên bản tinh thể và được khuyếch đại lên bởi máy điện. Một phần khác của thiết bị điện tử xác định tần số khác giữa sóng truyền đi và sóng phản xạ, như vậy xác định được tốc độ dòng máu. Miễn là đường kính của mạch máu không thay đổi, thay đổi dòng máu trong mạch sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ dòng chảy.

So với lưu lượng kế điện tử, lưu lượng kế siêu âm Doppler có khả năng ghi lại nhanh chóng, nhịp thay đổi trong dòng chảy, cũng như là dòng chảy đều.

Thành mạch máu

Khi dòng máu chảy trong lòng mạch với tốc độ đều đặn, nó chảy theo dòng, với mỗi lớp máu còn lại cùng một khoảng cách ra thành mạch. Ngoài ra phần lớn máu giữ lại ở trung tâm của thành mạch. Loại dòng chảy này được gọi là dòng laminar hoặc dòng streamline, và nó đối lập với dòng turbulent, là máu được chảy ở tất cả các đường trong mạch và tiếp tục pha trộn với thành mạch, nó cứ tiếp tục như vậy.

Hiện tượng Parabol trong dòng chảy Laminar

Khi xẩy ra dòng chảy laminar, tốc độ dòng chảy ở trung tâm lòng mạch là lớn nhất và giảm dần về phía ngoài. Hiện tượng này được trình bày trong hình.

Hình. A: Hai chất lỏng (một màu đỏ, và một chất trong suốt) trước khi bắt đầu chảy. B: Các chất lỏng như nhau 1 giây sau khi bắt đầu chảy. C: Dòng chảy hỗn loạn, với các phần tử của chất lỏng chuyển động không theo quy luật.

Trong hình A, lòng ống chứa 2 dịch lỏng, một là bên trái có mầu bởi thuộc nhuộm và một dịch còn lại ở bên phải trong suốt, nhưng không có dòng chảy trong lòng mạch. Khi chất lỏng chảy, hình thành 1 đường parabol trên bề mặt giữa 2 dòng, như trên hình B; phần chất lỏng ngay thành mạch di chuyển rất khó, phần hơi ra xa thành mạch di chuyển với tốc độ chậm, và phần ở trung tâm thành mạch di chuyển rất nhanh. Hiệu ứng này gọi là “hiện tượng parabol của dòng máu chảy”.

Hiện tượng parabol của dòng chảy do nguyên nhân: Những phân tử chất lỏng tiếp xúc với thành mạch chảy chậm do dính chặt vào thành động mạch. Lớp tiếp theo của phân tử chất lỏng trượt lên trên, lớp thứ 3 so với lớp thứ 2, lớp thứ 4 so với lớp thứ 3. Vì thế chất lớp chất lỏng ở giữ thành mạch di chuyển nhanh do trượt trên nhiều lớp phía dưới những lớp giữ trung tâm lòng mạch và thành mạch; vì thế khi hướng về phía trung tâm lòng mạch tốc độ máu nhanh dần và ngược lại.

Tình trạng dòng máu chảy hỗn loạn

Khi tốc độ dòng máu trở nên quá lớn, khi nó ngừng chảy bởi tắc  trong lòng mạch, nó có vòng xoáy mạnh hoặc khi nó có bề mặt xù xì, dòng chảy trở nên hỗn loạn, hoặc lộn xộn hơn dòng chảy bình thường (hình C). Dòng chảy hỗn loạn nghĩa là dòng máu chảy chéo trong mạch và trong suốt chiều dài mạch, luôn luôn tạo thành vòng xoắn trong dòng máu, gọi là dòng xoáy. Những vòng xoáy này tương tự như xoáy nước được thấy khi dòng sống chảy nhanh tại 1 điểm tắc.

Khi dòng xoáy tồn tại, dòng máu có cản trở lớn so với dòng chảy thông thường bởi vì dòng xoáy tạo ra va chạm rất lớn của dòng chảy trong thành mạch.

Dòng chảy hỗn loạn có xu hướng tăng lên trong đối xứng với tốc độ của dòng máu, đường kính của mạch máu, và tỷ trọng của máu và làm giảm tỷ trọng của mạch máu trong giới hạn cho phép theo công thức:

 Re=vxdxp/ η

với: Re là hệ số Reynold (là các biện pháp của các xu hướng bất ổn xẩy ra)

      v là tốc độ dòng máu (cm/s)

      d  là đường đường kính mạch máu (cm)

      η là độ nhớt (poise)

      ρ là tỷ trọng của máu.

Độ nhớt của máu thông thường là 1/30 poise, tỷ trọng của máu xấp xỉ 1. Khi hệ số Reynold tăng lên khoảng 200-400, dòng chảy hỗn loạn sẽ xẩy ra tại 1 vài nhánh của mạch nhưng sẽ gây chết dần trong suốt phần trơn nhẵn của bề mặt. Tuy nhiễn, khi hệ số Reynold tăng lên khoảng 2000, hỗn loạn sẽ thường xuyên xẩy ra đoạn mạch thẳng và nhãn.

Hệ số Reynold cho dòng chảy trong hệ tuần thông thường khoảng 200-400 trong những động mạch lớn ; kết quả là gần như luôn có 1 lượng nhỏ hỗn loạn trong dòng chảy tại điểm chia nhánh của mạch. Ở phần đầu gần của động mạch chủ và động mạch phổi, hệ số Reynold có thể lên tới vài nghìn trong suốt giai đoạn tống máu của tâm thất, nên có hỗn loạn lớn tại đây, điều kiện xẩy ra sự hỗn loạn : (1) tốc độ dòng máu nhanh, (2) nhịp đập tự nhiên của dòng chảy, (3) thay đổi đường kinh đốt ngột, và (4) đường kính lòng mạch lớn. Tuy nhiễn, trong mạch máu nhỏ, hệ số Reynold hầu như không bao giờ quá cao để xẩy ra sự hỗn loạn.