Hvem opdagede Frank-Starling-mekanismen?

I deres publikation fra 1926 skrev EH Starling og MB Visscher

Denne opfattelse blev vedtaget af de efterfølgende generationer af fysiologer og er stadig fremherskende i moderne lærebøger i fysiologi, der beskriver

I denne gennemgang vil jeg vise, at hverken Otto Frank eller Ernest H. Starling fremsatte de første observationer om effekten af at udfylde trykket på hjertefunktionen. Jeg vil præsentere bevis for, at de væsentlige træk ved denne mekanisme blev opdaget på Carl Ludwigs Fysiologiske Institut ved Leipzig Universitet i løbet af de første eksperimenter med det isolerede perfunderede frøhjerte længe før Otto Frank og Ernest H. Starling startede deres eget arbejde. Deres arbejde vil blive sammenlignet med disse tidlige fund.

Dette fænomen kunne kun opdages og undersøges på det isolerede perfunderede hjerte. Det første præparat blev etableret på instituttet af Elias Cyon i 1866. Aortaet i det isolerede frøhjerte var forbundet med en kunstig cirkulation. En sidearm blev indsat for at muliggøre trykmålinger med et manometer. Det var et arbejdende hjertepræparat med recirkulation. Det primære mål var at undersøge temperaturens indvirkning på hjertets hyppighed og sammentrækning. Det blev observeret, at en vis grad af fyldning af ventriklen var nødvendig for, at hjertet kunne producere et tilstrækkeligt udstødningsvolumen (3). Der blev ikke foretaget optegnelser over fænomenet. Det kan dog antages, at oplevelsen blev videregivet til de efterfølgende unge efterforskere, der kom til Leipzig for at arbejde i det daværende nybyggede og mest moderne fysiologiske institut.

En af disse var Joseph Coats fra Glasgow, Skotland. For at undersøge virkningerne af stimulering af vagus, gjorde han eksperimenter, hvor denne nerve blev eksponeret fra rygmarven til hjertet. Præparatet var et lukket, ikke-cirkulerende system, hvor hjertet pumpede serumet, hvormed det blev fyldt, ind i et manometer. De regelmæssige og konsekvente udflugter i kviksølv afspejlede den kraft, der blev udviklet af hjertet (2). I kontroleksperimenter blev effekten af fyldningstryk på sammentrækningens amplitude undersøgt. Referencetrykket blev opnået, når hjertet blev fyldt fra et reservoir med serum, før en klemme blev lukket. Denne linje, mærket gg (fig. 1), repræsenterede balancen mellem den flydende stang oven på kviksølvsøjlen, kviksølv og serum. Når påfyldningstrykket blev øget op til det diastoliske tryk H, var sammentrækningsamplituden høj (hi). Når påfyldningstrykket blev reduceret til det diastoliske tryk H ‘, var amplituden lavere (hII). Med hver yderligere reduktion i påfyldningstryk faldt udflugterne i amplitude (hIII, hIV, hV). Da det oprindelige påfyldningstryk blev genoprettet, blev den tidligere sammentrækningsamplitude (hVI) genoprettet (fig. 1). Denne optagelse blev lavet af Henry P. Bowditch, som det blev anerkendt i en note i Coats ‘papir (2). Desuden blev det observeret, men ikke registreret, at udflugterne blev mindre i amplitude, når påfyldningstrykket var for højt. Bowditch (1840–1911) fortsatte arbejdet med en anden modifikation af det isolerede frøhjerte og opdagede trappe (“Treppe”) fænomen, hjertets al-eller-ingen-lov og den absolutte ildfaste periode (1). p>

Otto Frank’s eksperimenter

Otto Frank (1865–1944) gjorde de fleste af hans eksperimenter i 1892– 3 på Carl Ludwigs Fysiologiske Institut, hvor de første observationer var foretaget.Han flyttede derefter fra Leipzig til München, hvor han fortsatte sine studier i 1894 og offentliggjorde resultaterne i 1895 (4), samme år som Carl Ludwig (1816–1895) døde. Han kiggede på hjertet fra skeletmuskelmekanikens synspunkt og erstattede volumen og tryk for længde og spænding. Ved hjælp af et forbedret frøhjertepræparat indsatte han flere ventiler, stophaner og manometre i perfusionslinjen, som gjorde det muligt for ham at måle isovolumetriske og isotoniske sammentrækninger. Med stigende fyldning af frøens ventrikel blev det diastoliske tryk forhøjet ved hvert trin. Det maksimale isovolumetriske tryk steg også (sammentrækninger 1-6; fig. 2, venstre). Ud over et bestemt påfyldningstryk faldt det (sammentrækning 4; fig. 2, højre). Otto Frank samlede alle data i tryk-volumen-diagrammet, der resulterede i den diastoliske trykkurve såvel som i kurverne for det isovolumetriske og isotoniske maksimum. Derefter var han mere bekymret over metodologiske problemer, såsom konstruktion af manometre og den omhyggelige matematiske analyse af trykkurver registreret i det kardiovaskulære system (5). Carl Wiggers, der besøgte Otto Frank i 1911, var så imponeret over hans metoder, at han vedtog og overførte dem til USA (12).

Ernest Henry Starlings eksperimentelle studier, der fører til “loven om hjerte ”

Det var klart, at det var Ernest H. Starling (1866–1927), der udførte det meste af det eksperimentelle arbejde, der relaterede hjertevolumen til ventrikulært fyldningstryk. Han brugte hundens hjerte-lungepræparat, hvor perifer modstand kunne reguleres uafhængigt af venøs tilstrømning. For det første bestemte han virkningen af perifer modstand og venøst tryk på hjerteoutput (9). Som en ny parameter blev hjertevolumen målt ved at indsætte hjertet hermetisk i et messingkardiometer (8). Når venøs tilstrømningen blev øget ved at hæve venetryk (bundkurve; fig. 3, venstre), diastolisk hjertevolumen og slagvolumen øget (øvre rekord; fig. 3, venstre). Således var hjertet i stand til at skubbe det øgede volumen ud mod en uændret perifer modstand med kun en let stigning i blodtrykket (midterste sporing; fig. 3, venstre). Når perifer r resistens var forhøjet (stigning i arterielt tryk; midterste sporing Fig. 3, højre), var der også en stigning i diastolisk volumen, der gjorde det muligt for hjertet at skubbe et normalt slagvolumen ud (øvre optagelse; Fig. 3, højre). I begge tilfælde blev diastolisk fiberlængde forøget. I et efterfølgende papir blev det vist, at iltforbruget i det isolerede hjerte bestemmes af dets diastoliske volumen og derfor af dets oprindelige længde af dets muskelfibre (“hjertets lov”) (11).

Indflydelsen af diastolisk udfyldning af sammentrækningsamplitude (2) og hjerteudgang (3) blev observeret næsten 30 år før Otto Frank og næsten 50 år før Ernest H. Starling af unge forskere, der arbejder i Carl Ludwigs fysiologiske institution te. Selvom andre observationer opnået der fra det isolerede frøhjerte, såsom den absolutte ildfaste periode og Treppe-fænomenet (1), blev anerkendt, blev effekten af at udfylde trykket på hjertefunktionen ikke engang nævnt af de efterfølgende efterforskere. En af årsagerne kan være, at de unge efterforskere ved instituttet kun havde berørt emnet i kontroleksperimenter. De forfulgte ikke fænomenet mere detaljeret (tabel 1). Ikke desto mindre blev det registreret (2) og beskrevet til en vis grad (2,3).

Otto Frank nedsat dette tidlige arbejde var irrelevant af metodologiske grunde, da det modificerede frøhjerte, som Coats og Bowditch havde arbejdet på, var direkte forbundet med manometeret og pumpede serumet ind i det i et lukket system (4). Han var åbenbart godt klar over disse resultater (fig. 1) (2,3) opnået på det samme institut, hvor han gjorde de fleste af sine eksperimenter. Ved sammenligning af fig. 1, hvor sammentrækningerne registreres successivt, med fig. 2 til venstre, hvori sammentrækningerne gengives oven på hinanden, vises i det væsentlige det samme fænomen. Otto Frank henviste imidlertid aldrig til denne lighed. Det ser ud til, at han var så overbevist om overlegenheden af hans forbedrede frøhjertepræparat, at han følte sig berettiget til at se bort fra resultaterne af det tidligere arbejde. H. Starling til at formulere som loven om hjertet, at “den samlede energi, der frigøres ved hvert hjerterytme, bestemmes af hjertets diastoliske volumen og derfor af muskelfiberlængden i begyndelsen af sammentrækningen” (11). Imidlertid efterfølgende undersøgelser viste, at iltforbruget i hjertet bestemmes af flere faktorer, såsom hjertefrekvens, den samlede spænding udviklet af myokardiet (spændingstidsindeks; Ref. 10), spids af vægvæggen og spidsen for højt udviklet spids (7). p>

Fra sammenligningen af undersøgelserne foretaget af gruppen Carl Ludwig, af Otto Frank og af Ernest H. Starling og hans medarbejdere (tabel 1) kan det ses, at metoden blev successivt mere raffineret, så mere relevante parametre kunne måles hermore ændrede forskningen sig fra generelle til fokuserede emner. De tidlige resultater ved Carl Ludwigs Fysiologiske Institut blev opnået, mens kontrolbetingelserne blev defineret i originalen og i et modificeret isoleret frøhjertepræparat (13). Otto Frank udvidede muskelfysiologi til hjertet og blev efterfølgende mere interesseret i metodologiske problemer med trykregistrering. Ernest H. Starling fokuserede dog sin forskning på alle mulige fysiologiske aspekter af effekten af diastolisk fiberlængde på hjertefunktionen, der kulminerede i formuleringen af hjerteloven (11). Imidlertid skulle de oprindelige bidrag fra Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) og Henry P. Bowditch (2), mens de arbejdede på Leipzig Physiologiske Institut, også anerkendes og anerkendes for at sætte den videnskabelige og historiske optegnelse lige.