Kdo objevil mechanismus Frank-Starling?

Ve své publikaci z roku 1926 napsali EH Starling a MB Visscher

Tento názor převzali následující generace fyziologů a stále převažuje v moderních učebnicích fyziologie, které popisují

V této recenzi ukážu, že ani Otto Frank, ani Ernest H. Starling neprovedli první pozorování vlivu plnicího tlaku na funkci srdce. Předložím důkazy o tom, že základní rysy tohoto mechanismu byly objeveny ve Fyziologickém ústavu Carla Ludwiga na univerzitě v Lipsku v průběhu prvních experimentů na izolovaném prokrveném žabím srdci dlouho předtím, než Otto Frank a Ernest H. Starling zahájili vlastní práci. Jejich práce bude porovnána s těmito časnými nálezy.

Tento jev mohl být objeven a studován pouze na izolovaném prokrveném srdci. První přípravek v ústavu vytvořil Elias Cyon v roce 1866. Aorta izolovaného srdce žáby byla napojena na umělou cirkulaci. Pro umožnění měření tlaku manometrem bylo vloženo boční rameno. Byla to funkční příprava srdce s recirkulací. Primárním cílem bylo studovat vliv teploty na frekvenci a kontrakci srdce. Bylo pozorováno, že pro produkci dostatečného ejekčního objemu srdce je nezbytný určitý stupeň plnění komory (3). O tomto úkazu nebyly zaznamenány žádné záznamy. Lze však předpokládat, že zkušenost byla předána dalším mladým vyšetřovatelům, kteří přišli do Lipska pracovat v tehdejším nově vybudovaném a nejmodernějším fyziologickém ústavu.

Jedním z nich byl Joseph Coats z Glasgow, Skotsko. Aby prozkoumal účinky stimulace vagusu, provedl experimenty, při nichž byl tento nerv vystaven z míchy k srdci. Přípravek byl uzavřený, necirkulační systém, ve kterém srdce pumpovalo sérum, kterým bylo naplněno, do manometru. Pravidelné a důsledné exkurze rtuti odrážely sílu vyvinutou srdcem (2). V kontrolních experimentech byl zkoumán vliv plnicího tlaku na amplitudu kontrakcí. Referenční tlak byl získán, když bylo srdce naplněno ze zásobníku sérem před uzavřením svorky. Tato čára, označená gg (obr. 1), představovala rovnováhu mezi plovoucí tyčí na horní části rtuťové kolony, rtutí a sérem. Když byl plnicí tlak zvýšen až na diastolický tlak H, byla amplituda kontrakce vysoká (hl). Když byl plnící tlak snížen na diastolický tlak H ‚, byla amplituda nižší (hII). S každým dalším snížením plnicího tlaku se odchylky snížily v amplitudě (hIII, hIV, hV). Když byl obnoven původní plnicí tlak, byla obnovena předchozí amplituda kontrakce (hVI) (obr. 1). Tuto nahrávku vytvořil Henry P. Bowditch, jak potvrzuje poznámka v příspěvku Coats (2). Dále bylo pozorováno, ale nebylo zaznamenáno, že se odchylky zmenšily v amplitudě, když byl plnicí tlak nadměrně zvýšen. Bowditch (1840–1911) pokračoval v práci na další modifikaci izolovaného žabího srdce a objevil fenomén schodiště („Treppe“), zákon srdce „vše-nebo-žádný“ a absolutní refrakterní období (1).

Experimenty Otta Franka

Otto Frank (1865–1944) provedl většinu svých experimentů v letech 1892– 3 ve Fyziologickém ústavu Carla Ludwiga, kde byla provedena první pozorování.Poté se přestěhoval z Lipska do Mnichova, kde pokračoval ve studiu v roce 1894 a výsledky zveřejnil v roce 1895 (4), ve stejném roce, kdy zemřel Carl Ludwig (1816–1895). Podíval se na srdce z pohledu mechaniky kosterních svalů, přičemž délku a napětí nahradil objemem a tlakem. Pomocí vylepšené přípravy žabího srdce vložil několik ventilů, kohoutů a manometrů do perfuzní linky, což mu umožnilo měřit izovolumetrické a izotonické kontrakce. Se zvyšujícím se plněním žabí komory se v každém kroku zvyšoval diastolický tlak. Také se zvýšil maximální izovolumetrický tlak (kontrakce 1–6; obr. 2 vlevo). Pod určitým plnicím tlakem se snížil (kontrakce 4; obr. 2 vpravo). Otto Frank shromáždil všechna data v diagramu tlak-objem, která vyústila v křivku diastolického tlaku i v křivkách izovolumetrických a izotonických maxim. Následně se více zabýval metodologickými problémy, jako je konstrukce manometrů a pečlivá matematická analýza tlakových křivek zaznamenaných v kardiovaskulárním systému (5). Carl Wiggers, který navštívil Otta Franka v roce 1911, byl tak ohromen jeho metodami, že je přijal a přenesl do USA (12).

Experimentální studie Ernesta Henryho Starlinga vedoucí k „zákonu srdce “

Je zřejmé, že to byl Ernest H. Starling (1866–1927), kdo prováděl většinu experimentálních prací týkajících se srdečního výdeje s plnicím tlakem v komoře. Použil přípravu srdce a plic u psa, u které mohl periferní odpor být regulován nezávisle na žilním přítoku. Nejprve určil vliv periferního odporu a venózního tlaku na srdeční výdej (9). Jako nový parametr byl měřen objem srdce hermetickým vložením srdce do mosazného kardiometru (8). přítok byl zvýšen zvýšením venózního tlaku (dolní křivka; obr. 3, vlevo), zvýšil se objem diastolického srdce a objem mrtvice (horní záznam; obr. 3, vlevo). Srdce tedy dokázalo vysunout zvýšený objem proti nezměněnému perifernímu rezistence pouze s mírným zvýšením krevního tlaku (střední trasování; obr. 3 vlevo). Když periferní r esistance byla zvýšena (zvýšení arteriálního tlaku; střední trasování; 3, vpravo) došlo také ke zvýšení diastolického objemu, které umožnilo srdci vysunout normální objem mrtvice (horní záznam; obr. 3, vpravo). V obou případech byla prodloužena délka diastolických vláken. V následujícím článku bylo prokázáno, že spotřeba kyslíku v izolovaném srdci je určena jeho diastolickým objemem, a tedy počáteční délkou jeho svalových vláken („zákon srdce“) (11).

Vliv diastolického plnění na amplitudě kontrakce (2) a srdečním výdeji (3) bylo pozorováno téměř 30 lety před Otto Frankem a téměř 50 let před Ernestem H. Starlingem u mladých vědců pracujících ve Fyziologickém ústavu Carla Ludwiga te. Přestože byla rozpoznána další pozorování získaná z izolovaného srdce žáby, jako je absolutní refrakterní období a fenomén Treppe (1), vliv plnicího tlaku na funkci srdce nebyl následnými vyšetřovateli ani zmíněn. Jedním z důvodů může být, že se mladí vyšetřovatelé ústavu dotkli subjektu pouze v kontrolních experimentech. Fenoménu se nesledovali podrobněji (tabulka 1). Přesto to bylo zaznamenáno (2) a do určité míry popsáno (2,3).

Otto Frank zlevněný toto rané dílo je z metodologických důvodů irelevantní, protože upravené srdce žáby, na kterém Coats a Bowditch pracovali, bylo přímo připojeno k manometru a pumpovalo do něj sérum v uzavřeném systému (4). Je zřejmé, že si byl dobře vědom těchto výsledků (obr. 1) (2,3) získaných ve stejném ústavu, kde prováděl většinu svých experimentů. Při srovnání obr. 1, na kterém jsou kontrakce zaznamenávány postupně, s obr. 2 vlevo, kde jsou kontrakce reprodukovány na sebe, je znázorněn v podstatě stejný jev. Otto Frank se však o této podobnosti nikdy nezmínil. Zdá se, že byl natolik přesvědčen o nadřazenosti své vylepšené přípravy žabích srdcí, že se cítil oprávněně ignorovat výsledky dřívější práce.

Příprava srdce a plic byla základem experimentů, které vedly Ernesta H. Starling formuloval jako zákon srdce, že „celková energie uvolněná při každém srdečním rytmu je určena diastolickým objemem srdce, a tedy délkou svalového vlákna na začátku kontrakce“ (11). Následující studie však ukázaly, že spotřeba kyslíku v srdci je dána více faktory, jako je srdeční frekvence, celkové napětí vyvinuté myokardem (index napětí a času; odkaz 10), napětí ve špičce stěny a napětí ve špičce (7).

Ze srovnání studií provedených skupinou Carla Ludwiga, Otto Franka a Ernesta H. Starlinga a jeho spolupracovníků (tabulka 1) je patrné, že metodika byla postupně upřesňována tak, aby lze měřit relevantnější parametry. Furt hermore, výzkum se změnil z obecných na zaměřená témata. První výsledky ve Fyziologickém ústavu Carla Ludwiga byly získány při definování podmínek kontroly v originále a v modifikovaném izolovaném přípravku na srdce žáby (13). Otto Frank rozšířil fyziologii svalů do srdce a následně se začal více zajímat o metodologické problémy záznamu tlaku. Ernest H. Starling se však ve svém výzkumu zaměřil na všechny možné fyziologické aspekty vlivu délky diastolických vláken na funkci srdce, které vyvrcholily formulací zákona srdce (11). Měly by však být uznány a uznány také původní příspěvky Eliase Cyona (3), Josepha Coats (2) a Henryho P. Bowditche (2), kteří pracovali ve fyziologickém ústavu v Lipsku, aby byly uvedeny vědecké a historické záznamy na pravou míru.