Tim chuột và tim voi đập bao nhiêu nhịp: một đời khoảng một tỉ nhịp

Tim chuột nhắt đập khoảng 500–600 nhịp mỗi phút, tim voi chỉ khoảng 30 nhịp. Chuột sống chừng hai năm, voi sống sáu bảy chục năm, nên tính trọn đời cả hai đều đập cỡ một tỉ nhịp. Sự trùng hợp này không phải ngẫu nhiên: nhịp tim giảm theo khối lượng mũ khoảng 1/4, còn tuổi thọ tăng theo gần đúng số mũ ấy.

Bảng nhịp tim từ con nhỏ nhất tới con lớn nhất

Nhịp tim lúc nghỉ đo ở các loài thú và chim cho một dãy rất đều: con vật càng to, tim càng chậm.

Số liệu cá voi xanh là đo thật lần đầu năm 2019: nhóm của Jeremy Goldbogen ở Đại học Stanford gắn cảm biến điện tim bằng giác hút lên lưng một con cá voi xanh ở vịnh Monterey và công bố trên tạp chí PNAS. Trong những lần lặn sâu, tim nó có lúc chỉ đập 2 nhịp mỗi phút.

Quy luật mũ âm một phần tư

Đặt các con số trên lên giấy có hai trục logarit, chúng nằm gần một đường thẳng dốc xuống. Độ dốc khoảng −0,25. Nói bằng lời: khối lượng tăng 16 lần thì nhịp tim giảm một nửa (vì 16 mũ 1/4 bằng 2).

Thử kiểm bằng tay. Người 70 kg nặng gấp 2.800 lần chuột 25 g. Căn bậc bốn của 2.800 là khoảng 7,3. Lấy 600 nhịp của chuột chia 7,3 được khoảng 82 nhịp, đúng vào khoảng nhịp tim người. Voi 4 tấn nặng gấp 57 lần người; căn bậc bốn của 57 là 2,75; 80 chia 2,75 được 29 nhịp, khớp với voi.

Vì sao lại đúng số mũ ấy

Có hai mảnh ghép đơn giản:

• Nhu cầu oxy: theo định luật Kleiber, tổng năng lượng tăng theo khối lượng mũ 3/4. Tim phải bơm đủ máu chở lượng oxy ấy.
• Cỡ tim: ở thú có vú, tim nặng gần như đúng một tỉ lệ cố định của cơ thể, khoảng 0,5–0,6 phần trăm. Thể tích mỗi lần bóp vì thế tỉ lệ thuận với khối lượng.

Lưu lượng máu bằng thể tích mỗi lần bóp nhân nhịp tim. Muốn lưu lượng tăng theo mũ 3/4 trong khi thể tích tăng theo mũ 1, nhịp tim phải giảm theo mũ 3/4 trừ 1, tức mũ −1/4. Một phép trừ số mũ là ra quy luật.

Thời gian sinh học cũng co giãn theo cỡ

Không chỉ tim. Nhiều nhịp điệu khác của cơ thể cũng chậm lại theo khối lượng mũ khoảng 1/4: nhịp thở, thời gian một vòng máu chạy khắp cơ thể, thời gian mang thai, thời gian lớn tới tuổi trưởng thành, và tuổi thọ.

Chia nhịp tim cho nhịp thở, ở nhiều loài thú đều ra khoảng 4–5: tim đập bốn, năm lần thì thở một lần. Cái "đồng hồ" bên trong mỗi loài chạy nhanh chậm khác nhau, nhưng tỉ lệ giữa các kim thì giống nhau.

Một tỉ nhịp tim mỗi đời: tính lại cho chắc

Một năm có 525.600 phút. Từ đó tính số nhịp trọn đời:

• Chuột nhắt: 600 nhịp × 525.600 phút × 2 năm ≈ 630 triệu nhịp.
• Voi: 30 nhịp × 525.600 × 60 năm ≈ 950 triệu nhịp.
• Ngựa: 35 nhịp × 525.600 × 30 năm ≈ 550 triệu nhịp.
• Người: 70 nhịp × 525.600 × 80 năm ≈ 2,9 tỉ nhịp.

Các loài thú khác nhau hàng trăm nghìn lần về khối lượng mà số nhịp trọn đời chỉ lệch vài lần, gom về cỡ nửa tỉ tới một tỉ. Năm 1997, bác sĩ tim mạch Herbert Levine viết một bài trên tạp chí của Hội Tim mạch Hoa Kỳ (JACC) chỉ ra sự tương quan này và gọi con số khoảng một tỉ là gần như hằng số giữa các loài.

Con người là ngoại lệ

Người đập gần 3 tỉ nhịp, gấp ba "định mức". Lý do không nằm ở tim mà ở cách sống: nhà ở, thức ăn ổn định, y học và vệ sinh kéo dài tuổi thọ của loài người lên rất nhiều so với những gì kích thước cơ thể dự đoán. Ngay họ hàng gần là tinh tinh, nặng cỡ người, thường chỉ sống 30–40 năm trong tự nhiên.

Những kẻ phá luật khác

• Dơi: dơi Brandt ở châu Âu nặng chỉ khoảng 7 gam mà có cá thể đeo vòng được ghi nhận sống tới 41 năm. Lúc ngủ đông, tim dơi chậm hẳn lại, nên "khoản nhịp" được tiêu dè sẻn.
• Chim: nhìn chung chim sống lâu hơn thú cùng cỡ. Vẹt lớn có thể sống trên 50 năm.
• Chuột chũi trụi lông: to cỡ chuột nhắt mà sống trên 30 năm trong phòng thí nghiệm.
• Chó: trong cùng một loài, chó giống to lại thường sống ngắn hơn chó giống nhỏ, ngược hẳn với quy luật giữa các loài.

Đừng hiểu thành "tim có số nhịp định sẵn"

Từ con số một tỉ nhịp, nhiều người suy ra: mỗi trái tim được phát sẵn một số nhịp, tập thể dục làm tim nhanh là "tiêu hết vốn" sớm. Đây là suy diễn sai.

• Con số một tỉ nhịp là tương quan giữa các loài, không phải định mức cho từng cá thể.
• Người tập luyện đều đặn có nhịp tim lúc nghỉ thấp hơn, thường 50–60 nhịp. Một giờ tập làm tim nhanh lên, nhưng 23 giờ còn lại tim chậm hơn người ít vận động, tính cả ngày tổng số nhịp thường ít hơn.
• Các nghiên cứu theo dõi dân số lớn cho thấy nhịp tim lúc nghỉ cao đi kèm nguy cơ bệnh tim mạch cao hơn. Đó là chỉ dấu sức khoẻ, không phải đồng hồ đếm ngược.

Nhịp tim lúc nghỉ của mỗi người còn phụ thuộc tuổi, thuốc đang dùng, tình trạng bệnh; ai thấy nhịp tim bất thường nên đi khám chứ không nên tự so với bảng.

Góc nhìn hôm nay: tự đo và tự so

Muốn thấy quy luật bằng tay mình, có thể làm vài phép đo đơn giản:

1. Đếm mạch cổ tay của mình trong 30 giây lúc ngồi yên, nhân đôi.
2. Nếu nhà có mèo hay chó đang ngủ, đặt nhẹ tay lên ngực trái phía sau chân trước, đếm trong 15 giây rồi nhân bốn. Mèo thường ra khoảng 140–200, chó nhỏ nhanh hơn chó to.
3. Đếm nhịp thở của chính mình trong một phút, chia nhịp tim cho nhịp thở, xem có rơi vào khoảng 4–5 không.
4. Lấy cân nặng của mình chia cho cân nặng con vật, lấy căn bậc hai hai lần, nhân với nhịp tim của mình: đó là nhịp quy luật dự đoán cho con vật. So với số vừa đếm.

Muốn đọc sâu, có thể tìm cuốn "Scaling: Why Is Animal Size So Important?" của Knut Schmidt-Nielsen, chương về tim và tuần hoàn, hoặc cuốn "Scale" của Geoffrey West với phần bàn về "thời gian sinh học".