ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งและปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที

ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง (stroke volume) คือปริมาณเลือดที่หัวใจห้องล่างบีบออกในการเต้นหนึ่งครั้ง และปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที (cardiac output) คือปริมาตรดังกล่าวคูณด้วยอัตราการเต้นของหัวใจ ซึ่งเป็นปริมาณเลือดทั้งหมดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที ทั้งสองค่านี้ใช้ในการวัดประสิทธิภาพการทำงานของหัวใจในฐานะปั๊ม และอธิบายว่าการส่งเลือดไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกายนั้นสอดคล้องกับความต้องการทางเมตาบอลิซึมของร่างกายอย่างไร

Definition

ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง (stroke volume) คือปริมาณเลือดที่หัวใจห้องล่างบีบออกต่อการเต้นหนึ่งครั้ง (ปริมาตรเลือดในหัวใจห้องล่างช่วงสิ้นสุดการคลายตัว ลบด้วยปริมาตรเลือดในหัวใจห้องล่างช่วงสิ้นสุดการบีบตัว) ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที (cardiac output) คือปริมาณเลือดที่สูบฉีดต่อนาที ซึ่งเท่ากับปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งคูณด้วยอัตราการเต้นของหัวใจ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมคำจำกัดความและปัจจัยกำหนดของปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง (preload, afterload, contractility) และปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที (ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งและอัตราการเต้นของหัวใจ) รวมถึงหลักการที่ใช้ในการวัดค่าเหล่านี้ โดยถือว่าค่าเหล่านี้เป็นการวัดผลผลิตของอวัยวะทั้งหมด ส่วนพื้นฐานระดับเซลล์ของแรงจะกล่าวถึงภายใต้การหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจ และประสิทธิภาพของห้องหัวใจจะกล่าวถึงภายใต้การทำงานของหัวใจห้องล่าง

Core questions

• ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งและปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีแตกต่างกันอย่างไร?
• พรีโหลด อาฟเตอร์โหลด และความสามารถในการหดตัวส่งผลต่อปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งอย่างไร?
• อัตราการเต้นของหัวใจมีปฏิสัมพันธ์กับปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งอย่างไรในการกำหนดปริมาณเลือดที่สูบฉีด?
• ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งและปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีวัดได้อย่างไร?
• ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีปรับให้เข้ากับความต้องการทางเมตาบอลิซึมที่เปลี่ยนแปลงไปได้อย่างไร?

Key concepts

• ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง = ปริมาตรเลือดในหัวใจห้องล่างช่วงสิ้นสุดการคลายตัว ลบด้วยปริมาตรเลือดในหัวใจห้องล่างช่วงสิ้นสุดการบีบตัว
• ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที = ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง x อัตราการเต้นของหัวใจ
• พรีโหลด อาฟเตอร์โหลด และความสามารถในการหดตัว
• ดัชนีหัวใจ (ปริมาณเลือดที่สูบฉีดต่อนาทีเทียบกับพื้นที่ผิวร่างกาย)
• อัตราส่วนการบีบออก
• หลักการของฟิกและการวัดด้วยการเจือจางความร้อน

Key theories

กลไกแฟรงก์-สตาร์ลิง

ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติมเลือดในหัวใจห้องล่างมากขึ้น เนื่องจากกล้ามเนื้อหัวใจที่ยืดออกมากขึ้นจะเพิ่มแรงบีบตัว ทำให้หัวใจสามารถปรับปริมาณเลือดที่สูบฉีดให้เข้ากับการไหลกลับของเลือดดำได้ ดังที่แสดงในเส้นโค้งการทำงานของหัวใจห้องล่าง

Mechanisms

ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งถูกกำหนดโดยสามปัจจัย ได้แก่ พรีโหลด (preload) (ระดับการเติมเลือดของหัวใจห้องล่าง ซึ่งเพิ่มแรงผ่านกลไกแฟรงก์-สตาร์ลิง (Frank-Starling mechanism) ที่อธิบายโดย Sarnoff) อาฟเตอร์โหลด (afterload) (ภาระที่หัวใจห้องล่างต้องบีบเลือดออกไป ซึ่งต้านทานการหดสั้นลง) และความสามารถในการหดตัว (contractility) (ความแข็งแรงของการหดตัวโดยธรรมชาติที่ไม่ขึ้นกับภาระ) การคูณปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งด้วยอัตราการเต้นของหัวใจจะได้ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาที ซึ่งเป็นมาตรวัดหลักของการไหลเวียนโลหิตของร่างกาย และสามารถแสดงเป็นสัดส่วนกับขนาดร่างกายได้ในรูปของดัชนีหัวใจ (cardiac index) ปริมาณเลือดที่สูบฉีดต่อนาทีสามารถวัดได้โดยไม่รุกล้ำโดยการประมาณปริมาตรห้องหัวใจด้วยคลื่นเสียงสะท้อนหัวใจ (echocardiography) ซึ่งเป็นมาตรฐานตามคำแนะนำการวัดปริมาตรห้องหัวใจของ ASE/EACVI ที่สรุปโดย Lang หรือวัดโดยการรุกล้ำโดยใช้หลักการของฟิก (Fick principle) หรือการเจือจางความร้อน (thermodilution)

Clinical relevance

ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีและปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งเป็นมาตรวัดหลักของความเพียงพอของการไหลเวียนโลหิต และเป็นพื้นฐานในการประเมินภาวะช็อก ภาวะหัวใจล้มเหลว และความสามารถในการออกกำลังกาย ในขณะที่อัตราส่วนการบีบออก (ejection fraction) ที่ได้จากปริมาตรห้องหัวใจเป็นดัชนีทางคลินิกปกติของการทำงานของหัวใจห้องล่าง ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาและหลักการวัดเพื่อการอ้างอิง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ปัจจัยกำหนดของปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งอิงตามสรีรวิทยาแบบดั้งเดิม (เส้นโค้งการทำงานของหัวใจห้องล่างของ Sarnoff) และตำรามาตรฐาน ในขณะที่การวัดปริมาตรห้องหัวใจและอัตราส่วนการบีบออกในปัจจุบันเป็นไปตามคำแนะนำการวัดปริมาตรห้องหัวใจของ ASE/EACVI (Lang, 2015)

History

อดอล์ฟ ฟิก (Adolf Fick) ได้เสนอหลักการที่ยังคงใช้ชื่อของเขาในการคำนวณปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีจากการใช้ออกซิเจนและความแตกต่างของออกซิเจนในหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำในศตวรรษที่สิบเก้า การพึ่งพาของปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งต่อการเติมเลือดได้รับการจัดรูปแบบในแนวคิดแฟรงก์-สตาร์ลิง (Frank-Starling tradition) และทำให้เป็นเชิงปริมาณโดยเส้นโค้งการทำงานของหัวใจห้องล่างของ Sarnoff และเอกสารฉันทามติเกี่ยวกับการสร้างภาพสมัยใหม่ เช่น คำแนะนำของ ASE/EACVI ได้กำหนดมาตรฐานการวัดปริมาตรที่ใช้ในปัจจุบัน

Key figures

• Ernest Starling
• Adolf Fick
• Stanley Sarnoff

Seminal works

• sarnoff-1955
• lang-2015

Frequently asked questions

ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งและปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีมีความสัมพันธ์กันอย่างไร?

ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดต่อนาทีเท่ากับปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งคูณด้วยอัตราการเต้นของหัวใจ ปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้งคือปริมาณเลือดที่บีบออกต่อการเต้นหนึ่งครั้ง ดังนั้นการคูณด้วยจำนวนครั้งที่เต้นต่อนาทีจะให้ปริมาณเลือดที่สูบฉีดในแต่ละนาที

ปัจจัยสามประการใดที่กำหนดปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง?

พรีโหลด (ปริมาณเลือดที่หัวใจห้องล่างเติม), อาฟเตอร์โหลด (แรงต้านที่หัวใจต้องบีบเลือดออกไป) และความสามารถในการหดตัว (ความแข็งแรงของการหดตัวโดยธรรมชาติ) การเพิ่มพรีโหลดหรือความสามารถในการหดตัวจะเพิ่มปริมาตรเลือดที่หัวใจบีบออกแต่ละครั้ง ในขณะที่การเพิ่มอาฟเตอร์โหลดมีแนวโน้มที่จะลดลง