Qui a découvert le mécanisme de Frank-Starling?

Dans leur publication de 1926, EH Starling et MB Visscher ont écrit

Ce point de vue a été adopté par les générations suivantes de physiologistes et prévaut toujours dans les manuels modernes de physiologie, qui décrivent

Dans cette revue, je montrerai que ni Otto Frank ni Ernest H. Starling n’ont fait les premières observations sur l’effet de la pression de remplissage sur la fonction cardiaque. Je présenterai des preuves que les caractéristiques essentielles de ce mécanisme ont été découvertes à l’Institut de Physiologie Carl Ludwig de l’Université de Leipzig au cours des premières expériences sur le cœur de grenouille perfusé isolé bien avant qu’Otto Frank et Ernest H. Leur travail sera comparé à ces premières découvertes.

Ce phénomène n’a pu être découvert et étudié que sur le cœur perfusé isolé. La première préparation a été établie à l’institut par Elias Cyon en 1866. L’aorte du cœur de grenouille isolé était reliée à une circulation artificielle. Un bras latéral a été inséré pour permettre des mesures de pression avec un manomètre. C’était une préparation cardiaque fonctionnelle avec recirculation. L’objectif principal était d’étudier l’effet de la température sur la fréquence et la contraction du cœur. Il a été observé qu’un certain degré de remplissage du ventricule était nécessaire pour que le cœur produise un volume d’éjection suffisant (3). Aucun enregistrement du phénomène n’a été fait. Cependant, on peut supposer que l’expérience a été transmise aux jeunes chercheurs qui sont venus à Leipzig pour travailler dans ce qui était alors l’institut physiologique nouvellement construit et le plus moderne.

L’un d’eux était Joseph Coats de Glasgow, Ecosse. Pour étudier les effets de la stimulation du vague, il a fait des expériences dans lesquelles ce nerf a été exposé de la moelle épinière au cœur. La préparation était un système fermé et sans circulation dans lequel le cœur pompait le sérum avec lequel il était rempli dans un manomètre. Les excursions régulières et cohérentes du mercure reflétaient la force développée par le cœur (2). Dans des expériences de contrôle, l’effet de la pression de remplissage sur l’amplitude des contractions a été examiné. La pression de référence a été obtenue lorsque le cœur a été rempli à partir d’un réservoir de sérum avant la fermeture d’une pince. Cette ligne, étiquetée gg (Fig. 1), représentait l’équilibre entre la tige flottante au sommet de la colonne de mercure, le mercure et le sérum. Lorsque la pression de remplissage était augmentée jusqu’à la pression diastolique H, l’amplitude de la contraction était élevée (hI). Lorsque la pression de remplissage a été réduite à la pression diastolique H ’, l’amplitude était inférieure (hII). A chaque nouvelle réduction de la pression de remplissage, les excursions diminuaient en amplitude (hIII, hIV, hV). Lorsque la pression de remplissage d’origine a été rétablie, l’amplitude de contraction précédente (hVI) a été rétablie (Fig. 1). Cet enregistrement a été réalisé par Henry P. Bowditch, comme le reconnaît une note dans l’article de Coats (2). En outre, il a été observé, mais non enregistré, que les excursions devenaient plus petites en amplitude lorsque la pression de remplissage était excessivement élevée. Bowditch (1840–1911) poursuit le travail sur une autre modification du cœur de grenouille isolé et découvre le phénomène de l’escalier («Treppe»), la loi du tout ou rien du cœur et la période réfractaire absolue (1). p>

Les expériences d’Otto Frank

Otto Frank (1865–1944) a fait la plupart de ses expériences en 1892– 3 à l’Institut physiologique de Carl Ludwig, où les premières observations avaient été faites.Il déménage ensuite de Leipzig à Munich, où il poursuit ses études en 1894 et publie les résultats en 1895 (4), la même année où Carl Ludwig (1816–1895) meurt. Il a regardé le cœur du point de vue de la mécanique des muscles squelettiques, substituant le volume et la pression à la longueur et à la tension. À l’aide d’une préparation améliorée de cœur de grenouille, il a inséré plusieurs valves, robinets et manomètres dans la ligne de perfusion, ce qui lui a permis de mesurer les contractions isovolumétriques et isotoniques. Avec l’augmentation du remplissage du ventricule grenouille, la pression diastolique était élevée à chaque étape. De plus, la pression isovolumétrique maximale a augmenté (contractions 1–6; Fig. 2, à gauche). Au-delà d’une certaine pression de remplissage, elle diminue (contraction 4; Fig. 2, à droite). Otto Frank a compilé toutes les données dans le diagramme pression-volume qui a abouti à la courbe de pression diastolique ainsi que dans les courbes des maxima isovolumétrique et isotonique. Par la suite, il s’est davantage préoccupé de problèmes méthodologiques, tels que la construction de manomètres et l’analyse mathématique minutieuse des courbes de pression enregistrées dans le système cardiovasculaire (5). Carl Wiggers, qui a rendu visite à Otto Frank en 1911, a été tellement impressionné par ses méthodes qu’il les a adoptées et transférées aux États-Unis (12).

Les études expérimentales d’Ernest Henry Starling, conduisant à la « loi du »

De toute évidence, c’est Ernest H. Starling (1866–1927) qui a réalisé la plupart des travaux expérimentaux reliant le débit cardiaque à la pression de remplissage ventriculaire. Il a utilisé la préparation cœur-poumon de chien dans laquelle la résistance périphérique pouvait être régulé indépendamment de l’afflux veineux. Premièrement, il a déterminé l’effet de la résistance périphérique et de la pression veineuse sur le débit cardiaque (9). En tant que nouveau paramètre, le volume cardiaque a été mesuré en insérant le cœur hermétiquement dans un cardiomètre en laiton (8). l’apport a été augmenté par l’élévation de la pression veineuse (courbe inférieure; Fig. 3, à gauche), le volume cardiaque diastolique et le volume systolique augmenté (enregistrement supérieur; Fig. 3, à gauche). Ainsi, le cœur a pu éjecter le volume accru contre un périphérique inchangé. résistance avec seulement une légère augmentation de la pression artérielle (tracé du milieu; Fig. 3, à gauche). La résistance était élevée (augmentation de la pression artérielle; traçage du milieu; Fig. 3, à droite), il y avait également une augmentation du volume diastolique qui a permis au cœur d’éjecter un volume systolique normal (enregistrement supérieur; Fig. 3, à droite). Dans les deux cas, la longueur des fibres diastoliques a été augmentée. Dans un article ultérieur, il a été montré que la consommation d’oxygène du cœur isolé est déterminée par son volume diastolique et donc par la longueur initiale de ses fibres musculaires (la «loi du cœur») (11).

L’influence de la diastolique le remplissage sur l’amplitude de contraction (2) et le débit cardiaque (3) a été observé près de 30 ans avant Otto Frank et près de 50 ans avant Ernest H.Starling par de jeunes scientifiques travaillant à l’Institut physiologique de Carl Ludwig te. Bien que d’autres observations obtenues à partir du cœur de grenouille isolé telles que la période réfractaire absolue et le phénomène de Treppe (1) aient été reconnues, l’effet de la pression de remplissage sur la fonction cardiaque n’a même pas été mentionné par les chercheurs ultérieurs. Une des raisons peut être que les jeunes chercheurs de l’institut n’avaient abordé le sujet que dans des expériences de contrôle. Ils n’ont pas approfondi le phénomène (tableau 1). Néanmoins, il a été enregistré (2) et décrit dans une certaine mesure (2,3).

Otto Frank réduit ces premiers travaux n’étaient pas pertinents pour des raisons méthodologiques, car le cœur de grenouille modifié sur lequel Coats et Bowditch avaient travaillé était directement connecté au manomètre et y pompait le sérum dans un système fermé (4). De toute évidence, il était bien conscient de ces résultats (Fig. 1) (2,3) obtenus dans le même institut où il a fait la plupart de ses expériences. Lorsque l’on compare la figure 1, dans laquelle les contractions sont enregistrées successivement, avec la figure 2, à gauche, dans laquelle les contractions sont reproduites les unes sur les autres, essentiellement le même phénomène est représenté. Cependant, Otto Frank n’a jamais fait référence à cette similitude. Il semble qu’il était tellement convaincu de la supériorité de sa préparation améliorée du cœur de grenouille qu’il se sentait justifié de ne pas tenir compte des résultats des travaux antérieurs.

La préparation cœur-poumon était à la base des expériences qui ont conduit Ernest H. Starling à formuler comme loi du cœur que «l’énergie totale libérée à chaque battement cardiaque est déterminée par le volume diastolique du cœur et donc par la longueur des fibres musculaires au début de la contraction» (11). Cependant, des études ultérieures a montré que la consommation d’oxygène du cœur est déterminée par plus de facteurs, tels que la fréquence cardiaque, la tension totale développée par le myocarde (indice de tension-temps; Réf.10), la tension maximale de la paroi et la tension développée maximale (7).

A partir de la comparaison des études réalisées par le groupe de Carl Ludwig, par Otto Frank, et par Ernest H. Starling et ses associés (tableau 1), on peut voir que la méthodologie s’est progressivement affinée pour que des paramètres plus pertinents pourraient être mesurés. hermore, la recherche est passée de sujets généraux à des sujets ciblés. Les premiers résultats de l’Institut de physiologie de Carl Ludwig ont été obtenus en définissant les conditions de contrôle dans l’original et dans une préparation de cœur de grenouille isolée modifiée (13). Otto Frank a étendu la physiologie musculaire au cœur et s’est ensuite davantage intéressé aux problèmes méthodologiques de l’enregistrement de la pression. Ernest H. Starling, cependant, a concentré ses recherches sur tous les aspects physiologiques possibles de l’effet de la longueur des fibres diastoliques sur la fonction cardiaque, aboutissant à la formulation de la loi du cœur (11). Cependant, les contributions originales d’Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) et Henry P. Bowditch (2) alors qu’ils travaillaient à l’Institut de physiologie de Leipzig devraient également être reconnues et reconnues pour remettre les choses au clair.