Mô hình Guyton về tuần hoàn

1. Ca lâm sàng

Bệnh nhân nữ, 84 tuổi, tiền sử bị đái tháo đường, tăng huyết áp và bệnh thận đái tháo đường, nhập cấp cứu sau 2 ngày sốt và tiểu buốt. Người nhà thấy bệnh nhân lơ mơ từ buổi sáng và quyết định đưa bà ấy vào viện. Thuốc bệnh nhân đang dùng bao gồm Metformin, Ramipril, Bisoprolol và Aspirin liều thấp. Khi thăm khám, bệnh nhân lơ mơ nhưng vẫn tỉnh. Chi lạnh kèm dấu hiệu da nổi bông ở cả 2 đùi, nhịp tim 66 l/ph và huyết áp tâm thu 70 mmHg. Thăm khám cơ quan không có gì nổi bật ngoại trừ sưng và ấn đau ở vùng mạn sườn phải. Nghĩ đến khả năng viêm thận bể thận phải, nhiễm trùng đường niệu và sốc nhiễm khuẩn ở một phụ nữ lớn tuổi bị đái tháo đường, bác sĩ cấp cứu quyết định truyền 1000 ml Ringer lactate trong 30 phút.

Làm thế nào mà bolus dịch nhanh có thể cải thiện tưới máu hệ thống?

Khi quản lý một bệnh nhân bị sốc tuần hoàn, có thể nói rằng biện pháp đầu tiên xuất hiện trong suy nghĩ của ta là bolus dịch nhanh. Dịch được bolus với hy vọng làm tăng cung lượng tim và cuối cùng là cải thiện tưới máu mô. Sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về tác động của bolus dịch đối với tuần hoàn chủ yếu dựa trên mô hình của Guyton về động học tuần hoàn. Trong bài này, chúng ta sẽ cùng nhìn lại sinh lý học Guyton và những tác động có thể có của dịch truyền tĩnh mạch đối với tuần hoàn.

2. Khái niệm về áp lực hệ thống trung bình

• Bayliss và Starling đã đặt ra thuật ngữ “Áp lực đổ đầy tuần hoàn trung bình” (Pmcf) là áp lực trung bình trong toàn bộ hệ thống tuần hoàn khi tuần hoàn ngừng lại (ví dụ: ngay sau khi dùng thuốc làm liệt cơ tim) [1].
• Một thuật ngữ có liên quan chặt chẽ và được sử dụng rộng rãi hơn là “Áp lực hệ thống trung bình” (Pms) được định nghĩa là áp lực cân bằng trong tuần hoàn hệ thống khi không có bất kỳ dòng chảy nào, bỏ qua tuần hoàn tim và phổi (ví dụ: bằng cách kẹp động mạch chủ và tĩnh mạch chủ).
• Nếu chúng ta coi toàn bộ hệ thống tuần hoàn là các đường ống, thì Pms có thể được coi là lực co hồi chun được lưu trữ trong các thành của đường ống.
• Lực co hồi chun được xác định bởi thể tích máu làm kéo dãn các đường ống vượt quá mức duy trì hình dạng bình thường của chúng, còn được gọi là “thể tích huy động” (stressed volume).
• Thể tích máu còn lại dùng để duy trì hình dạng của đường ống và không góp phần vào lực co hồi chun được gọi là “thể tích không huy động” (unstressed volume).
• Thông thường, chỉ 30% thể tích máu (hầu hết nằm tại hệ tĩnh mạch của tuần hoàn) góp phần vào “thể tích huy động”.
• Có thể làm tăng “thể tích huy động” và Pms bằng cách gia tăng thể tích tuần hoàn (ví dụ: bolus dịch) hoặc làm giảm khả năng dự trữ tĩnh mạch (ví dụ: truyền thuốc vận mạch để chuyển “thể tích không huy động” thành “thể tích huy động”).

3. Gradient hồi lưu tĩnh mạch

• Lưu lượng máu từ tuần hoàn ngoại vi quay trở lại tim, được gọi là “hồi lưu tĩnh mạch” (VR), tỷ lệ thuận với chênh áp (được gọi là “gradient hồi lưu tĩnh mạch”, dVR) giữa Pms (áp lực thượng nguồn) và áp lực nhĩ phải (RAP, áp lực hạ nguồn) và tỷ lệ nghịch với kháng lực của hồi lưu tĩnh mạch (RVR).
• Khái niệm này dựa trên định luật của Hagen-Poiseuille, ban đầu được khái niệm hóa để hiểu được dòng chảy của chất lỏng theo cùng một hướng với tốc độ không đổi (laminar flow) qua các ống không nén được có tỷ lệ không đổi.
• Khái niệm được mô tả bằng công thức sau: VR = (Pms - RAP)/RVR
• VR = hồi lưu tĩnh mạch, Pms = áp lực hệ thống trung bình, RAP = áp lực nhĩ phải, RVR = kháng lực của hồi lưu tĩnh mạch.
• Trong điều kiện sinh lý, khi thể tích máu không đổi và Pms gần hằng định, hai yếu tố quan trọng nhất xác định hồi lưu tĩnh mạch là áp lực nhĩ phải (RAP, áp lực hạ nguồn) và kháng lực của hồi lưu tĩnh mạch (RVR).
• RVR và khả năng dự trữ tĩnh mạch lần lượt được xác định bởi các yếu tố cục bộ. Ví dụ, trong các trạng thái có nhu cầu oxy cao ở mức độ cơ quan, RVR tổng thể bị giảm do sự giải phóng cục bộ các chất giãn mạch.
• Hoạt động của tim giữ cho RAP gần ở mức 0 mmHg, bằng cách liên tục bơm ra bất kỳ lượng máu nào quay trở lại tim, giúp duy trì chênh áp của hồi lưu tĩnh mạch.

4. Đường cong hồi lưu tĩnh mạch

• Từ việc thí nghiệm trên những chú chó được gây mê, Guyton và cộng sự đã chứng minh được tác động của việc thay đổi RAP (từ rất cao cho đến rất thấp) đối với hồi lưu tĩnh mạch [2]. Các tác giả đã trình bày bằng đồ thị những phát hiện của mình với RAP được vẽ trên trục X và hồi lưu tĩnh mạch được vẽ trên trục Y, được gọi là đường cong hồi lưu tĩnh mạch.
• Hình 1 trình bày một loạt đường cong hồi lưu tĩnh mạch.
• Nhìn vào phần bên trái của đồ thị, ta có thể thấy rằng khi RAP giảm dần, hồi lưu tĩnh mạch tăng cho đến khi vượt qua điểm bình nguyên mà lúc này dù RAP có giảm tiếp thì VR cũng không tăng thêm (trạng thái bình nguyên).
• Giá trị của RAP tại điểm mà VR đạt bình nguyên được gọi là “áp lực tới hạn” (Pcrit)

• Tại giao điểm của đường cong hồi lưu tĩnh mạch với trục X, Pms và RAP cân bằng, và (chỉ trên lý thuyết) hồi lưu tĩnh mạch bằng 0.
• Trên thực tế, đây là một trong những cách mà ta có thể đo lường Pms (xem Box 2 bên dưới)!
• Độ dốc của đường cong có liên quan đến −1/RVR, nghĩa là khi RVR giảm, đường cong hồi lưu tĩnh mạch dịch chuyển theo chiều kim đồng hồ (như có thể thấy ở đường cong ở giữa trong Hình 1), làm tăng hồi lưu tĩnh mạch và ngược lại.
• Khi Pms tăng, đường cong hồi lưu tĩnh mạch dịch chuyển về bên phải, dẫn đến làm tăng hồi lưu tĩnh mạch (như có thể thấy ở đường cong bên phải trong Hình 1).

5. Đường cong chức năng tim

• Lượng máu được tống đi bởi tâm thất trong một chu kỳ tim được gọi là thể tích nhát bóp (SV), được xác định bởi 3 yếu tố độc lập.
• Tiền gánh được định nghĩa là độ dài của các sarcomere riêng lẻ ở cuối thì tâm trương, do đó được xác định bởi thể tích cuối tâm trương. Áp lực trong thành tâm thất ở cuối thì tâm trương có thể được coi là đại diện cho tiền gánh của tâm thất.
• Hậu gánh được định nghĩa là tải trọng mà tâm thất phải đối mặt trong quá trình tống máu hoặc áp suất xuyên thành ở gốc động mạch chủ (đối với tâm thất trái) hoặc gốc động mạch phổi (đối với tâm thất phải).
• Khả năng co bóp cơ tim được định nghĩa là độ đàn hồi của tâm thất, một đặc tính nội tại của các sợi cơ tim.
• Lượng máu được tâm thất tống ra trong một phút được gọi là cung lượng tim (CO).
• CO = SV x HR
• CO = cung lượng tim, SV = thể tích nhát bóp, HR = tần số tim
• Tâm thất tống đi bất kỳ lượng máu nào quay trở lại tâm nhĩ tương ứng của chúng.
• Điều này được giải thích bởi Patterson và Starling trong thí nghiệm trên những chú chó được gây mê [3].
• Các tác giả cũng nhận thấy rằng với lượng máu quay trở lại tâm nhĩ phải ngày càng tăng thì RAP chỉ tăng chậm. Nhưng khi vượt quá một giới hạn nhất định, có sự gia tăng RAP đột ngột làm hạn chế dòng máu quay trở lại nhĩ phải.
• Họ biểu diễn bằng đồ thị những phát hiện của mình với lượng máu quay trở lại tâm nhĩ phải (tức là hồi lưu tĩnh mạch) trên trục X và RAP được hiển thị trên trục Y (ban đầu được gọi là "Đường cong Starling") [3].
• Hơn nửa thế kỷ sau mô tả ban đầu về đường cong Starling, Guyton đã đảo ngược đường cong để tạo nên “đường cong chức năng tim” nổi tiếng của mình.
• Với sự thay đổi này, Guyton trình bày RAP trên trục X và cung lượng tim (thay thế cho hồi lưu tĩnh mạch) trên trục Y [4]. Ý tưởng của Guyton là tích hợp chức năng hồi lưu tĩnh mạch và chức năng bơm máu của tim, để phát triển một khái niệm chung về tuần hoàn. Khái niệm này sẽ được thảo luận trong phần sau của bài.
• Mối quan hệ được sửa đổi này giữa RAP và cung lượng tim (”đường cong chức năng tim”), được biết đến ngày nay là đường cong Frank-Starling, được trình bày trong Hình 2.

• Tuy nhiên, đường cong chức năng tim không phải là một đường cong đơn lẻ, mà là một loạt đường cong. Hình dạng của các đường cong này phụ thuộc vào sức co bóp cơ tim nội tại và hậu gánh tâm thất ở một bệnh nhân nhất định.
• Như có thể thấy ở đường cong 1 (Curve 1) trong Hình 2, cung lượng tim đạt bình nguyên khi vượt qua một giá trị RAP nhất định.
• Khi hậu gánh giảm hoặc sức co bóp cơ tim tăng, đường cong cung lượng tim di chuyển lên trên và sang trái (Curve 2 trong Hình 2).
• Ngược lại, hậu gánh tăng hoặc giảm khả năng co bóp cơ tim làm dịch chuyển đường cong sang phải và xuống dưới (Curve 3 trong Hình 2).

6. Tích hợp đường cong hồi lưu tĩnh mạch với đường cong chức năng tim

• Ở trạng thái ổn định, VR và CO phải bằng nhau (đã được xác nhận trong thí nghiệm của Starling). Ngoài ra, vì cả đường cong hồi lưu tĩnh mạch và đường cong chức năng tim đều sử dụng RAP trên trục X, nên hai đường cong này có thể được đặt chồng lên nhau (đó là điều mà Guyton đã làm!) [4].
• Như được thấy trong Hình 3, tại giao điểm của 2 đường cong (được gọi là “điểm cân bằng”), VR bằng CO.
• Tuy nhiên, các bối cảnh lâm sàng khác nhau có thể thay đổi điểm cân bằng (và do đó là cung lượng tim). Các tình huống này sẽ được thảo luận thêm ở phần sau.

7. Bolus dịch, thuốc vận mạch, và điểm cân bằng

• Hình 4 biểu diễn bằng đồ thị các tác động tổng thể của bolus dịch và thuốc vận mạch đối với hệ tuần hoàn.

• Tác động của bolus dịch: Bolus dịch nhanh có thể gia tăng Pms thông qua gia tăng thể tích huy động (đã được giải thích trong phần trước), với điều kiện là không có tình trạng liệt mạch nghiêm trọng hoặc rò rỉ mao mạch nặng. Sự gia tăng Pms này làm dịch chuyển đường cong hồi lưu tĩnh mạch sang phải, tạo nên điểm cân bằng mới.
• Như được thể hiện trong Hình 4, sự dịch chuyển của đường cong hồi lưu tĩnh mạch về phía bên phải cũng làm dịch chuyển điểm cân bằng từ điểm A sang điểm B với sự gia tăng cung lượng tim tương ứng. Sự gia tăng cung lượng tim này chỉ có thể xảy ra nếu điểm cân bằng nằm ở phần dốc của đường cong chức năng tim (được gọi là “Tim chấp thuận”).
• Các cơ chế nhỏ khác mà bolus có thể làm tăng cung lượng tim bao gồm:
• Giảm kháng lực của hồi lưu tĩnh mạch và đẩy đường cong hồi lưu tĩnh mạch theo chiều kim đồng hồ (không được trình bày trong Hình 4).
• Làm giảm hậu gánh (hòa loãng máu và giảm độ keo của máu) và dịch chuyển đường cong chức năng tim về phía bên trái (không được trình bày trong Hình 4).
• Trong trường hợp tim co bóp kém, đường cong chức năng tim dịch chuyển xuống dưới và sang phải. Ngay cả khi đường cong hồi lưu tĩnh mạch được dịch chuyển về phía phải sau khi bolus dịch, thì cung lượng tim cũng không thay đổi hoặc thay đổi rất ít. Như có thể thấy trong Hình 4, mặc dù dịch chuyển điểm cân bằng từ điểm C sang điểm D, nhưng không có sự gia tăng cung lượng tim nào. Hơn nữa, có sự gia tăng không tương xứng giữa RAP và CO sau bolus dịch (điểm C đến điểm D trong Hình 4).
• Sự gia tăng RAP làm cản trở hồi lưu tĩnh mạch (giảm chênh áp của hồi lưu tĩnh mạch). Ngoài ra, RAP cao cũng tạo ra áp lực ngược dòng và làm giảm tưới máu cơ quan, do làm tăng áp lực tĩnh mạch thận, gan và ruột dẫn đến suy giảm lưu lượng vi tuần hoàn trong các cơ quan đó.
• Một vài nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh một cách hợp lý những khái niệm nói trên của Guyton, được trình bày trong Box 1 và Box 2.

• Tác động của các thuốc vận mạch: Thuốc vận mạch có thể dịch chuyển cả đường cong hồi lưu tĩnh mạch sang phải (bằng cách giảm dự trữ tĩnh mạch và tăng Pms) và ngược chiều kim đồng hồ (bằng cách tăng RVR) (không thể hiện trong Hình 4). Tác động tổng thể của thuốc vận mạch đối với hồi lưu tĩnh mạch (và cung lượng tim) phụ thuộc vào tình trạng thể tích nội mạch.
• Trong tình trạng liệt mạch nặng và gia tăng tương đối thể tích không huy động, truyền thuốc vận mạch có thể chuyển đổi thể tích không huy động thành thể tích huy động với sự dịch chuyển chủ yếu sang phải của đường cong hồi lưu tĩnh mạch [7].
• Truyền thuốc tăng co bóp cơ tim làm dịch chuyển đường cong chức năng tim sang trái. Với sự thay đổi này, gia tăng Pms (và hồi lưu tĩnh mạch) sẽ làm cung lượng tim tăng thêm (điểm E đến điểm F trong Hình 4).

8. Một số cảnh báo

• Bolus dịch có thể không làm tăng cung lượng tim ở mọi bệnh nhân. Như đã thảo luận ở phần trên, để tăng cung lượng tim, bolus dịch phải làm tăng Pms với sự thay đổi áp lực nhĩ phải tối thiểu. Đồng thời, cả tâm thất phải và trái phải hoạt động ở phần dốc đứng của đường cong chức năng tim.
• Trong các nghiên cứu lâm sàng ở những bệnh nhân sốc nhiễm khuẩn, chỉ 50% số bệnh nhân gia tăng được cung lượng tim sau bolus dịch [8].
• Sự gia tăng cung lượng tim và các lợi ích huyết động khác thấy được sau khi bolus dịch thường chỉ thoáng qua, ngay cả ở những tình nguyện viên khỏe mạnh.
• Nunes và cộng sự đã thăm dò các hiệu ứng huyết động của bolus 500 ml dịch tinh thể trong khoảng thời gian 90 phút ở 20 bệnh nhân nguy kịch [9]. Trong quần thể bệnh nhân chung, chỉ số tim (CI, được định nghĩa là cung lượng tim trên mỗi mét vuông diện tích bề mặt cơ thể) tăng ban đầu sau bolus dịch, nhưng sau đó giảm xuống giá trị nền ở thời điểm 90 phút.
• Thậm chí ở những bệnh nhân đáp ứng bù dịch (13 trong số 20 bệnh nhân có cung lượng tim tăng >15% từ giá trị nền sau bolus dịch), sự gia tăng CI ban đầu gần như biến mất ở thời điểm 90 phút.
• Sự thiếu hụt lợi ích kéo dài sau bolus dịch có thể được giải thích bằng tình trạng thoát mạch vào mô và điều này ngày càng được nhấn mạnh ở những bệnh nhân nặng bị rối loạn chức năng nội mạc.
• Sự gia tăng cung lượng tim không đồng nghĩa với sự cải thiện cung cấp oxy mô (DO2), vì DO2 còn được xác định bởi nồng độ haemoglobin và độ bão hòa oxy máu của haemoglobin.
• Cải thiện về cung lượng tim và các thông số đại tuần hoàn khác không đảm bảo rằng sự tiêu thụ oxy mô (VO2) được cải thiện vì rối loạn chức năng ở cấp độ vi tuần hoàn và ty thể [10].
• Bolus dịch có thể không cải thiện được huyết động nhưng nó không bao giờ thất bại trong việc tích lũy vào cơ thể. Một số nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ chặt chẽ giữa bilan dịch dương và kết cục bất lợi trên bệnh nhân ICU [11, 12].
• Cuối cùng, việc công bố nghiên cứu mang tính bước ngoặt “FEAST” được thực hiện ở trẻ em châu Phi (trình bày trong Box 3) đã đặt ra nghi vấn về lợi ích của bolus dịch và thậm chí làm dấy lên lo ngại về tính an toàn của chiến lược này [13]. Tuy nhiên, kết quả của nghiên cứu này cần được xác nhận lại trong bối cảnh giàu nguồn lực và ở những bệnh nhân trưởng thành.

9. Tiếp tục ca lâm sàng

• Có 3 khả năng có thể xảy ra khi bolus Ringer lactate cho bệnh nhân này:
• Có thể có sự gia tăng về thể tích huy động và Pms với sự gia tăng RAP tối thiểu, làm tăng chênh áp hồi lưu tĩnh mạch, tăng chính hồi lưu tĩnh mạch và cung lượng tim. Điều này có thể cải thiện tưới máu cơ quan.
• Vì tình trạng liệt mạch nghiêm trọng, thể tích huy động và Pms không thể tăng thêm. Theo thời gian, điều này có thể gây hại cho bệnh nhân do tạo nên bilan dịch dương.
• Có thể có sự gia tăng Pms một chút kèm với gia tăng RAP không tương xứng và không tạo nên sự thay đổi về chênh áp hồi lưu tĩnh mạch. RAP tăng có thể làm giảm tưới máu cơ quan như đã được bàn luận ở phần trên.

Tài liệu tham khảo

1. Bayliss WM, Starling EH. Observations on venous pressures and their relationship to capillary pressures. J Physiol Lond. 1894;16:159–318.7.
2. Guyton AC, Lindsey AW, Abernathy B, Richardson T. Venous return at various right atrial pressures and the normal venous return curve. Am J Phys. 1957;189:609–15.
3. Patterson SW, Starling EH. On the mechanical factors which determine the output of the ventricles. J Physiol. 1914;48:357–79.
4. Guyton AC, Coleman TG, Granger HJ. Circulation: overall regulation. Annu Rev Physiol. 1972;34:13–46.
5. Cecconi M, Aya HD, Geisen M, Fletcher N, Grounds RM, Rhodes A. Changes in the mean systemic filling pressure during a fluid challenge in postsurgical intensive care patients. Intensive Care Med. 2013;39:1299–305.
6. Maas JJ, Geerts BF, van den Berg PC, Pinsky MR, Jansen JR. Assessment of venous return curve and mean systemic filling pressure in postoperative cardiac surgery patients. Crit Care Med. 2009;37:912–8.
7. Persichini R, Silva S, Teboul JL, Jozwiak M, Chemla D, Richard C, Monnet X. Effects of norepinephrine on mean systemic pressure and venous return in human septic shock. Crit Care Med. 2012;40:3146–53.
8. Marik PE, Cavallazzi R, Vasu T, Hirani A. Dynamic changes in arterial waveform derived variables and fluid responsiveness in mechanically ventilated patients: a systematic review of the literature. Crit Care Med. 2009;37:2642–7.
9. Nunes TS, Ladeira RT, Bafi AT, de Azevedo LCP, Machado FR, Freitas FGR. Duration of hemodynamic effects of crystalloids in patients with circulatory shock after initial resuscitation. Ann Intensive Care. 2014 Aug 1;4:25. https://doi.org/10.1186/s13613-014-0025-9.
10. Hernández G, Teboul JL. Is the macrocirculation really dissociated from the microcirculation in septic shock? Intensive Care Med. 2016;42:1621–4.
11. Boyd JH, Forbes J, Nakada TA, Walley KR, Russell JA. Fluid resuscitation in septic shock: a positive fluid balance and elevated central venous pressure are associated with increased mortality. Crit Care Med. 2011;39:259–65.
12. Silversides JA, Fitzgerald E, Manickavasagam US, Lapinsky SE, Nisenbaum R, Hemmings N, et al. Role of active deresuscitation after resuscitation (RADAR) investigators. Deresuscitation of patients with iatrogenic fluid overload is associated with reduced mortality in critical illness. Crit Care Med. 2018;46:1600–7.
13. Maitland K, Kiguli S, Opoka RO, Engoru C, Olupot-Olupot P, Akech SO, et al. Mortality after fluid bolus in African children with severe infection. N Engl J Med. 2011;364:2483–95.