¿Quién descubrió el mecanismo de Frank-Starling?

En su publicación de 1926, EH Starling y MB Visscher escribieron

Este punto de vista fue adoptado por las generaciones posteriores de fisiólogos y todavía prevalece en los libros de texto modernos de fisiología, que describen

En esta revisión, mostraré que ni Otto Frank ni Ernest H. Starling hicieron las primeras observaciones sobre el efecto de la presión de llenado sobre la función cardíaca. Presentaré evidencia de que las características esenciales de este mecanismo fueron descubiertas en el Instituto Fisiológico Carl Ludwig de la Universidad de Leipzig en el curso de los primeros experimentos con el corazón de rana perfundido aislado mucho antes de que Otto Frank y Ernest H. Starling comenzaran su propio trabajo. Su trabajo se comparará con estos primeros hallazgos.

Este fenómeno solo se pudo descubrir y estudiar en el corazón perfundido aislado. La primera preparación fue establecida en el instituto por Elias Cyon en 1866. La aorta del corazón de rana aislado se conectó a una circulación artificial. Se insertó un brazo lateral para permitir mediciones de presión con un manómetro. Fue una preparación de corazón en funcionamiento con recirculación. El objetivo principal fue estudiar el efecto de la temperatura sobre la frecuencia y contracción del corazón. Se observó que era necesario un cierto grado de llenado del ventrículo para que el corazón produjera un volumen de eyección suficiente (3). No se hicieron registros del fenómeno. Sin embargo, se puede suponer que la experiencia se transmitió a los jóvenes investigadores posteriores que llegaron a Leipzig para trabajar en lo que entonces era el instituto fisiológico más moderno y de nueva construcción.

Uno de ellos fue Joseph Coats de Glasgow, Escocia. Para investigar los efectos de la estimulación del vago, hizo experimentos en los que este nervio estaba expuesto desde la médula espinal hasta el corazón. La preparación era un sistema cerrado, sin recirculación, en el que el corazón bombeaba el suero con el que se llenaba en un manómetro. Las excursiones regulares y consistentes del mercurio reflejan la fuerza desarrollada por el corazón (2). En los experimentos de control, se examinó el efecto de la presión de llenado sobre la amplitud de las contracciones. La presión de referencia se obtuvo cuando el corazón se llenó de un depósito con suero antes de cerrar una pinza. Esta línea, etiquetada gg (Fig. 1), representaba el equilibrio entre la varilla flotante en la parte superior de la columna de mercurio, el mercurio y el suero. Cuando se aumentó la presión de llenado hasta la presión diastólica H, la amplitud de la contracción fue alta (hI). Cuando la presión de llenado se redujo a la presión diastólica H ‘, la amplitud fue menor (hII). Con cada reducción adicional de la presión de llenado, las excursiones disminuyeron en amplitud (hIII, hIV, hV). Cuando se restableció la presión de llenado original, se restableció la amplitud de contracción anterior (hVI) (Fig. 1). Esta grabación fue realizada por Henry P. Bowditch, como se reconoce en una nota en el artículo de Coats (2). Además, se observó, pero no se registró, que las excursiones se hicieron más pequeñas en amplitud cuando la presión de llenado era excesivamente elevada. Bowditch (1840-1911) continuó el trabajo sobre otra modificación del corazón de rana aislado y descubrió el fenómeno de la escalera («Treppe»), la ley de todo o nada del corazón y el período refractario absoluto (1).

Los experimentos de Otto Frank

Otto Frank (1865-1944) hizo la mayoría de sus experimentos en 1892– 3 en el Instituto Fisiológico de Carl Ludwig, donde se habían realizado las primeras observaciones.Luego se mudó de Leipzig a Munich, donde continuó sus estudios en 1894 y publicó los resultados en 1895 (4), el mismo año en el que murió Carl Ludwig (1816-1895). Observó el corazón desde el punto de vista de la mecánica del músculo esquelético, sustituyendo el volumen y la presión por longitud y tensión. Utilizando una preparación mejorada de corazón de rana, insertó varias válvulas, llaves de paso y manómetros en la línea de perfusión, lo que le permitió medir las contracciones isovolumétricas e isotónicas. Con el aumento del llenado del ventrículo de la rana, la presión diastólica se elevó en cada paso. Además, la presión isovolumétrica máxima aumentó (contracciones 1 a 6; figura 2, izquierda). Más allá de una cierta presión de llenado, disminuyó (contracción 4; Fig. 2, derecha). Otto Frank compiló todos los datos en el diagrama de presión-volumen que resultó en la curva de presión diastólica, así como en las curvas de los máximos isovolumétricos e isotónicos. Posteriormente, se preocupó más por problemas metodológicos, como la construcción de manómetros y el cuidadoso análisis matemático de las curvas de presión registradas en el sistema cardiovascular (5). Carl Wiggers, que visitó a Otto Frank en 1911, quedó tan impresionado por sus métodos que los adoptó y los transfirió a los EE. UU. (12).

Los estudios experimentales de Ernest Henry Starling, que condujeron a la «ley del corazón ”

Claramente, fue Ernest H. Starling (1866-1927) quien realizó la mayor parte del trabajo experimental relacionando el gasto cardíaco con la presión de llenado ventricular. Usó la preparación corazón-pulmón de perro en la que la resistencia periférica podía regularse independientemente de la entrada venosa. Primero, determinó el efecto de la resistencia periférica y la presión venosa sobre el gasto cardíaco (9). Como nuevo parámetro, se midió el volumen cardíaco insertando el corazón herméticamente en un cardiómetro de latón (8). El flujo de entrada se incrementó elevando la presión venosa (curva inferior; Fig. 3, izquierda), el volumen cardíaco diastólico y el volumen sistólico aumentaron (registro superior; Fig. 3, izquierda). De esta manera, el corazón pudo expulsar el volumen aumentado contra un periférico sin cambios. resistencia con sólo un ligero aumento de la presión arterial (trazado medio; Fig. 3, izquierda). la resistencia estaba elevada (aumento de la presión arterial; trazado medio; Figura 3, derecha), también hubo un aumento del volumen diastólico que permitió al corazón expulsar un volumen sistólico normal (registro superior; Figura 3, derecha). En ambos casos, se incrementó la longitud de la fibra diastólica. En un artículo posterior, se demostró que el consumo de oxígeno del corazón aislado está determinado por su volumen diastólico y por lo tanto por la longitud inicial de sus fibras musculares (la «ley del corazón») (11).

La influencia de la diastólica El llenado en la amplitud de contracción (2) y el gasto cardíaco (3) se observó casi 30 años antes que Otto Frank y casi 50 años antes que Ernest H. Starling por jóvenes científicos que trabajaban en el Instituto Fisiológico Carl Ludwig te. Aunque se reconocieron otras observaciones obtenidas allí del corazón de rana aislado, como el período refractario absoluto y el fenómeno de Treppe (1), los investigadores posteriores ni siquiera mencionaron el efecto de la presión de llenado sobre la función cardíaca. Una razón puede ser que los jóvenes investigadores del instituto solo habían tocado el tema en experimentos de control. No profundizaron en el fenómeno (Tabla 1). Sin embargo, se registró (2) y se describió hasta cierto punto (2,3).

Otto Frank con descuento este trabajo inicial fue irrelevante por razones metodológicas, ya que el corazón de rana modificado en el que habían trabajado Coats y Bowditch estaba conectado directamente al manómetro y bombeaba el suero en un sistema cerrado (4). Obviamente, conocía bien estos resultados (Fig. 1) (2,3) obtenidos en el mismo instituto en el que realizó la mayoría de sus experimentos. Al comparar la Fig. 1, en la que las contracciones se registran sucesivamente, con la Fig. 2, izquierda, en la que las contracciones se reproducen una encima de la otra, se muestra esencialmente el mismo fenómeno. Sin embargo, Otto Frank nunca hizo referencia a esta similitud. Parece que estaba tan convencido de la superioridad de su preparación mejorada del corazón de rana que se sintió justificado para ignorar los resultados del trabajo anterior.

La preparación corazón-pulmón fue la base de los experimentos que llevaron a Ernest H. Starling para formular como ley del corazón que «la energía total liberada en cada latido está determinada por el volumen diastólico del corazón y por lo tanto por la longitud de la fibra muscular al comienzo de la contracción» (11). Sin embargo, estudios posteriores mostró que el consumo de oxígeno del corazón está determinado por más factores, como la frecuencia cardíaca, la tensión total desarrollada por el miocardio (índice tensión-tiempo; Ref. 10), el pico de tensión de la pared y el pico de tensión desarrollada (7).

De la comparación de los estudios realizados por el grupo de Carl Ludwig, por Otto Frank y por Ernest H. Starling y sus asociados (Tabla 1), se puede observar que la metodología se fue refinando sucesivamente de modo que se podrían medir parámetros más relevantes. Además, la investigación cambió de temas generales a temas específicos. Los primeros resultados en el Instituto Fisiológico de Carl Ludwig se obtuvieron al definir las condiciones de control en el original y en una preparación de corazón de rana aislado modificado (13). Otto Frank extendió la fisiología muscular al corazón y posteriormente se interesó más en los problemas metodológicos del registro de la presión. Ernest H. Starling, sin embargo, centró su investigación en todos los posibles aspectos fisiológicos del efecto de la longitud de la fibra diastólica en la función cardíaca, culminando en la formulación de la ley del corazón (11). Sin embargo, las contribuciones originales de Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) y Henry P. Bowditch (2) mientras trabajaban en el Instituto Fisiológico de Leipzig también deben ser reconocidas y reconocidas para aclarar el registro científico e histórico.