Hvem oppdaget Frank-Starling-mekanismen?

I sin publikasjon fra 1926 skrev EH Starling og MB Visscher

Dette synet ble vedtatt av de påfølgende generasjonene av fysiologer og er fremdeles fremherskende i moderne lærebøker om fysiologi, som beskriver

I denne gjennomgangen vil jeg vise at verken Otto Frank eller Ernest H. Starling gjorde de første observasjonene om effekten av fyllingstrykk på hjertefunksjonen. Jeg vil presentere bevis for at de essensielle egenskapene til denne mekanismen ble oppdaget ved Carl Ludwigs fysiologiske institutt ved universitetet i Leipzig i løpet av de første eksperimentene på det isolerte perfuserte froskhjerte lenge før Otto Frank og Ernest H. Starling startet sitt eget arbeid. Arbeidet deres vil bli sammenlignet med disse tidlige funnene.

Dette fenomenet kunne bare oppdages og studeres på det isolerte perfuserte hjertet. Den første forberedelsen ble etablert ved instituttet av Elias Cyon i 1866. Aortaen til det isolerte froskens hjerte var knyttet til en kunstig sirkulasjon. En sidearm ble satt inn for å muliggjøre trykkmålinger med et manometer. Det var et arbeidende hjertepreparat med resirkulering. Hovedmålet var å studere effekten av temperatur på frekvensen og sammentrekningen av hjertet. Det ble observert at en viss grad av fylling av ventrikkelen var nødvendig for at hjertet kunne produsere et tilstrekkelig utkastingsvolum (3). Ingen registreringer av fenomenet ble gjort. Det kan imidlertid antas at opplevelsen ble videreført til de etterfølgende unge etterforskerne som kom til Leipzig for å jobbe i det den gang var det nybygde og mest moderne fysiologiske instituttet.

En av disse var Joseph Coats fra Glasgow, Skottland. For å undersøke effekten av vagusstimuleringen, gjorde han eksperimenter der denne nerven ble eksponert fra ryggmargen til hjertet. Preparatet var et lukket, ikke-sirkulerende system der hjertet pumpet serumet det ble fylt med i et manometer. De regelmessige og konsistente utfluktene av kvikksølv reflekterte den kraften som ble utviklet av hjertet (2). I kontrolleksperimenter ble effekten av fylltrykk på sammentrekningens amplitude undersøkt. Referansetrykket ble oppnådd når hjertet ble fylt fra et reservoar med serum før en klemme ble lukket. Denne linjen, merket gg (fig. 1), representerte balansen mellom den flytende stangen på toppen av kvikksølvkolonnen, kvikksølv og serumet. Når fyllingstrykket ble økt opp til det diastoliske trykket H, var sammentrekningsamplituden høy (hI). Da fyllingstrykket ble redusert til det diastoliske trykket H ’, var amplituden lavere (hII). Med hver ytterligere reduksjon i fyllingstrykket, reduserte ekskursjonene i amplitude (hIII, hIV, hV). Da det opprinnelige fyllingstrykket ble gjenopprettet, ble den forrige sammentrekningsamplituden (hVI) gjenopprettet (figur 1). Denne innspillingen ble gjort av Henry P. Bowditch, som erkjent i et notat i Coats ‘papir (2). Videre ble det observert, men ikke registrert, at utfluktene ble mindre i amplitude når fyllingstrykket ble forhøyet. Bowditch (1840–1911) fortsatte arbeidet med en annen modifisering av det isolerte froskhjerte og oppdaget trappefenomenet («Treppe»), hjertets lov om alt eller ingen og den absolutte ildfaste perioden (1). p>

Eksperimentene til Otto Frank

Otto Frank (1865–1944) gjorde de fleste av hans eksperimenter i 1892– 3 ved Carl Ludwigs fysiologiske institutt, der de første observasjonene var gjort.Han flyttet deretter fra Leipzig til München, hvor han fortsatte studiene i 1894 og publiserte resultatene i 1895 (4), samme år som Carl Ludwig (1816–1895) døde. Han så på hjertet fra skjelettmuskelmekanikken, og erstattet volum og trykk for lengde og spenning. Ved hjelp av et forbedret froskhjertepreparat satte han inn flere ventiler, stoppekraner og manometre i perfusjonslinjen, som gjorde det mulig for ham å måle isovolumetriske og isotoniske sammentrekninger. Med økende fylling av froskens ventrikkel ble det diastoliske trykket forhøyet ved hvert trinn. Dessuten økte det maksimale isovolumetriske trykket (sammentrekninger 1–6; Fig. 2, til venstre). Utover et visst fyllingstrykk, gikk det ned (sammentrekning 4; fig. 2, høyre). Otto Frank samlet alle dataene i trykkvolumdiagrammet som resulterte i den diastoliske trykkurven så vel som i kurvene til det isovolumetriske og isotoniske maksimumet. Deretter var han mer opptatt av metodiske problemer, som konstruksjon av manometre og nøye matematisk analyse av trykkurver registrert i det kardiovaskulære systemet (5). Carl Wiggers, som besøkte Otto Frank i 1911, var så imponert over metodene hans at han adopterte og overførte dem til USA (12).

De eksperimentelle studiene av Ernest Henry Starling, som førte til «loven om hjerte ”

Det var tydelig at det var Ernest H. Starling (1866–1927) som gjorde det meste av det eksperimentelle arbeidet knyttet til hjerteutgang til ventrikulært fyllingstrykk. Han brukte hundens hjerte-lungepreparat der perifer motstand kunne reguleres uavhengig av venøs tilstrømning. Først bestemte han effekten av perifer motstand og venetrykk på hjerteutgang (9). Som en ny parameter ble hjertevolumet målt ved å sette hjertet hermetisk inn i et kardiometer i messing (8). Når venøs tilstrømningen ble økt ved å heve venetrykket (bunnkurve; Fig. 3, venstre), diastolisk hjertevolum og slagvolum økt (øvre rekord; Fig. 3, venstre). Dermed var hjertet i stand til å løse ut det økte volumet mot en uendret perifer motstand med bare en liten økning i blodtrykk (midtsporing; Fig. 3, til venstre). Når perifer r motstanden var forhøyet (økning i arterielt trykk; midtre sporing; Fig. 3, høyre), var det også en økning i diastolisk volum som gjorde det mulig for hjertet å skubbe ut et normalt slagvolum (øvre opptak; Fig. 3, høyre). I begge tilfeller ble lengden på diastolisk fiber økt. I et påfølgende papir ble det vist at oksygenforbruket til det isolerte hjertet bestemmes av dets diastoliske volum og derfor av den opprinnelige lengden på dets muskelfibre («hjertets lov») (11).

Innflytelsen fra diastolisk fylling på sammentrekningsamplitude (2) og hjerteutgang (3) ble observert nesten 30 år før Otto Frank og nesten 50 år før Ernest H. Starling av unge forskere som jobbet i Carl Ludwigs fysiologiske institusjon te. Selv om andre observasjoner oppnådd der fra det isolerte froskhjerte som den absolutte ildfaste perioden og Treppe-fenomenet (1) ble gjenkjent, ble ikke engang nevnte effekten av å fylle press på hjertefunksjonen av de etterfølgende etterforskerne. En grunn kan være at de unge etterforskerne ved instituttet bare hadde berørt emnet i kontrolleksperimenter. De fulgte ikke fenomenet mer detaljert (tabell 1). Likevel ble den registrert (2) og beskrevet til en viss grad (2,3).

Otto Frank diskontert dette tidlige arbeidet som irrelevant av metodologiske årsaker, siden det modifiserte froskhjerte som Coats og Bowditch hadde arbeidet med var direkte koblet til manometeret og pumpet serumet inn i det i et lukket system (4). Åpenbart var han godt klar over disse resultatene (fig. 1) (2,3) oppnådd ved samme institutt som han gjorde de fleste av sine eksperimenter. Når vi sammenligner fig. 1, hvor sammentrekningene blir registrert suksessivt, med fig. 2, til venstre, der sammentrekningene er gjengitt oppå hverandre, vises i det vesentlige det samme fenomenet. Imidlertid refererte Otto Frank aldri til denne likheten. Det ser ut til at han var så overbevist om overlegenheten til sin forbedrede froskhjertepreparat at han følte seg berettiget til å se bort fra resultatene fra det tidligere arbeidet. H. Starling for å formulere som hjerteloven at «den totale energien frigjort ved hvert hjerterytme bestemmes av hjertets diastoliske volum og derfor av muskelfiberlengden i begynnelsen av sammentrekningen» (11). Imidlertid påfølgende studier viste at oksygenforbruket i hjertet bestemmes av flere faktorer, som hjertefrekvens, total spenning utviklet av myokardiet (spennings-tidsindeks; refer. 10), toppveggspenning og topp utviklet spenning (7). p>

Fra sammenligningen av studiene gjort av gruppen Carl Ludwig, av Otto Frank, og av Ernest H. Starling og hans medarbeidere (tabell 1), kan det sees at metodikken ble suksessivt mer raffinert slik at mer relevante parametere kan måles hermore, forskningen endret seg fra generelle til fokuserte emner. De tidlige resultatene ved Carl Ludwigs fysiologiske institutt ble oppnådd mens kontrollforholdene ble definert i originalen og i et modifisert isolert froskhjertepreparat (13). Otto Frank utvidet muskelfysiologi til hjertet og ble deretter mer interessert i metodiske problemer med trykkregistrering. Ernest H. Starling fokuserte imidlertid sin forskning på alle mulige fysiologiske aspekter av effekten av diastolisk fiberlengde på hjertefunksjonen, og kulminerte i formuleringen av hjerteloven (11). Imidlertid bør de opprinnelige bidragene fra Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) og Henry P. Bowditch (2) mens de jobbet ved Leipzig Physiologiske Institutt også anerkjennes og anerkjennes for å sette den vitenskapelige og historiske oversikten rett.