Wie ontdekte het Frank-Starling-mechanisme?

In hun publicatie uit 1926 schreven EH Starling en MB Visscher

Deze opvatting werd overgenomen door de volgende generaties fysiologen en heerst nog steeds in moderne leerboeken over fysiologie, die

In deze review zal ik aantonen dat noch Otto Frank, noch Ernest H. Starling de eerste observaties hebben gedaan over het effect van vuldruk op de hartfunctie. Ik zal bewijzen dat de essentiële kenmerken van dit mechanisme werden ontdekt in het Carl Ludwigs Fysiologisch Instituut aan de Universiteit van Leipzig tijdens de eerste experimenten met het geïsoleerde geperfundeerde kikkerhart lang voordat Otto Frank en Ernest H. Starling hun eigen werk begonnen. Hun werk zal worden vergeleken met deze vroege bevindingen.

Dit fenomeen kon alleen worden ontdekt en bestudeerd op het geïsoleerde geperfundeerde hart. Het eerste preparaat werd in 1866 in het instituut opgericht door Elias Cyon. De aorta van het geïsoleerde kikkerhart was verbonden met een kunstmatige circulatie. Er werd een zijarm ingebracht om drukmetingen met een manometer mogelijk te maken. Het was een werkende hartvoorbereiding met recirculatie. Het primaire doel was om het effect van temperatuur op de frequentie en contractie van het hart te bestuderen. Er werd opgemerkt dat een zekere mate van vulling van het ventrikel nodig was om het hart een voldoende ejectievolume te laten produceren (3). Er zijn geen gegevens over het fenomeen gemaakt. Er kan echter worden aangenomen dat de ervaring werd doorgegeven aan de daaropvolgende jonge onderzoekers die naar Leipzig kwamen om te werken in wat toen het nieuw gebouwde en modernste fysiologische instituut was.

Een van hen was Joseph Coats van Glasgow, Schotland. Om de effecten van de stimulatie van de vagus te onderzoeken, deed hij experimenten waarbij deze zenuw van het ruggenmerg naar het hart werd blootgesteld. Het preparaat was een gesloten, niet-recirculerend systeem waarbij het hart het serum waarmee het werd gevuld in een manometer pompt. De regelmatige en consistente uitwijkingen van het kwik weerspiegelden de kracht die door het hart werd ontwikkeld (2). In controle-experimenten werd het effect van vuldruk op de amplitude van contracties onderzocht. De referentiedruk werd verkregen wanneer het hart uit een reservoir met serum werd gevuld voordat een klem werd gesloten. Deze lijn, aangeduid met gg (Fig. 1), vertegenwoordigde de balans tussen de drijvende staaf bovenop de kwikkolom, het kwik en het serum. Toen de vuldruk werd verhoogd tot de diastolische druk H, was de contractie-amplitude hoog (hI). Toen de vuldruk werd verlaagd tot de diastolische druk H ‘, was de amplitude lager (hII). Met elke verdere verlaging van de vuldruk namen de uitwijkingen in amplitude af (hIII, hIV, hV). Toen de oorspronkelijke vuldruk was hersteld, werd de vorige contractie-amplitude (hVI) hersteld (Fig. 1). Deze opname is gemaakt door Henry P. Bowditch, zoals erkend in een notitie in Coats ‘paper (2). Verder werd waargenomen, maar niet geregistreerd, dat de uitwijkingen in amplitude kleiner werden wanneer de vuldruk te hoog werd verhoogd. Bowditch (1840-1911) zette het werk aan een andere modificatie van het geïsoleerde kikkerhart voort en ontdekte het trapfenomeen (“Treppe”), de alles-of-geen-wet van het hart en de absoluut ongevoelige periode (1). p>

De experimenten van Otto Frank

Otto Frank (1865–1944) deed de meeste van zijn experimenten in 1892– 3 aan het Fysiologisch Instituut van Carl Ludwig, waar de eerste waarnemingen waren gedaan.Daarna verhuisde hij van Leipzig naar München, waar hij in 1894 zijn studie voortzette en de resultaten publiceerde in 1895 (4), hetzelfde jaar waarin Carl Ludwig (1816–1895) stierf. Hij bekeek het hart vanuit het oogpunt van skeletspiermechanica, waarbij hij lengte en spanning verving door volume en druk. Met behulp van een verbeterde kikkerhartvoorbereiding plaatste hij verschillende kleppen, plugkranen en manometers in de perfusielijn, waardoor hij isovolumetrische en isotone contracties kon meten. Met toenemende vulling van het kikkerventrikel werd de diastolische druk bij elke stap verhoogd. Ook nam de maximale isovolumetrische druk toe (contracties 1-6; Fig. 2, links). Boven een bepaalde vuldruk nam deze af (contractie 4; afb. 2, rechts). Otto Frank verzamelde alle gegevens in het druk-volume-diagram die resulteerden in de diastolische drukcurve en in de curven van de isovolumetrische en isotone maxima. Vervolgens hield hij zich meer bezig met methodologische problemen, zoals de constructie van manometers en de zorgvuldige wiskundige analyse van drukcurves geregistreerd in het cardiovasculaire systeem (5). Carl Wiggers, die Otto Frank in 1911 bezocht, was zo onder de indruk van zijn methoden dat hij ze adopteerde en naar de VS overbracht (12).

De experimentele studies van Ernest Henry Starling, leidend tot de “wet van de hart ”

Het was duidelijk dat het Ernest H. Starling (1866-1927) was die het meeste experimentele werk deed met betrekking tot het hartminuutvolume en de ventriculaire vuldruk. Hij gebruikte het hart-longpreparaat van de hond waarbij perifere weerstand kon worden gebruikt. onafhankelijk van de veneuze instroom worden gereguleerd. Ten eerste bepaalde hij het effect van perifere weerstand en veneuze druk op het hartminuutvolume (9). Als nieuwe parameter werd het hartvolume gemeten door het hart hermetisch in een messing cardiometer te steken (8). de instroom werd verhoogd door de veneuze druk te verhogen (onderste curve; Fig. 3, links), diastolisch hartvolume en slagvolume verhoogd (bovenste record; Fig. 3, links). Zodoende kon het hart het verhoogde volume uitwerpen tegen een onveranderde perifere weerstand met slechts een lichte stijging van de bloeddruk (middelste tracering; Fig. 3, links) weerstand was verhoogd (toename van de arteriële druk; middelste tracering; Fig. 3, rechts), was er ook een toename van het diastolische volume waardoor het hart een normaal slagvolume kon uitwerpen (bovenste opname; Fig. 3, rechts). In beide gevallen werd de diastolische vezellengte vergroot. In een volgend artikel werd aangetoond dat het zuurstofverbruik van het geïsoleerde hart wordt bepaald door het diastolische volume en dus door de aanvankelijke lengte van de spiervezels (de “wet van het hart”) (11).

De invloed van diastolische vullen op contractie-amplitude (2) en hartminuutvolume (3) werd waargenomen bijna 30 jaar vóór Otto Frank en bijna 50 jaar vóór Ernest H.Starling door jonge wetenschappers werkzaam in het Carl Ludwig’s Physiological Institu te. Hoewel andere waarnemingen die daar werden verkregen uit het geïsoleerde kikkerhart, zoals de absolute refractaire periode en het Treppe-fenomeen (1) werden herkend, werd het effect van de vullingsdruk op de hartfunctie niet eens genoemd door de daaropvolgende onderzoekers. Een reden kan zijn dat de jonge onderzoekers van het instituut het onderwerp alleen in controle-experimenten hadden aangeraakt. Ze gingen niet nader op het fenomeen in (tabel 1). Desalniettemin werd het opgenomen (2) en tot op zekere hoogte beschreven (2,3).

Otto Frank korting dit vroege werk was om methodologische redenen irrelevant, aangezien het gemodificeerde kikkerhart waarop Coats en Bowditch hadden gewerkt rechtstreeks was verbonden met de manometer en het serum erin pompte in een gesloten systeem (4). Het is duidelijk dat hij goed op de hoogte was van deze resultaten (Fig. 1) (2, 3), verkregen bij hetzelfde instituut waar hij de meeste van zijn experimenten deed. Bij het vergelijken van figuur 1, waarin de weeën achtereenvolgens worden geregistreerd, met figuur 2, links, waarin de weeën over elkaar worden gereproduceerd, wordt in wezen hetzelfde fenomeen getoond. Otto Frank heeft echter nooit op deze gelijkenis gewezen. Het lijkt erop dat hij zo overtuigd was van de superioriteit van zijn verbeterde kikkerhartvoorbereiding dat hij zich gerechtigd voelde de resultaten van het eerdere werk te negeren.

De hart-longvoorbereiding was de basis van de experimenten die Ernest leidde H. Starling om als de wet van het hart te formuleren dat “de totale energie die bij elke hartslag vrijkomt, wordt bepaald door het diastolische volume van het hart en dus door de spiervezellengte aan het begin van de contractie” (11). toonde aan dat het zuurstofverbruik van het hart wordt bepaald door meer factoren, zoals de hartslag, de totale spanning ontwikkeld door het myocardium (spanning-tijdindex; Ref. 10), piekwandspanning en piekontwikkelde spanning (7).

Uit de vergelijking van de onderzoeken die zijn uitgevoerd door de groep van Carl Ludwig, door Otto Frank en door Ernest H.Starling en zijn medewerkers (tabel 1), kan worden gezien dat de methodologie achtereenvolgens verfijnder werd, zodat meer relevante parameters kunnen worden gemeten hermore, het onderzoek veranderde van algemene naar gerichte onderwerpen. De eerste resultaten bij het Fysiologisch Instituut van Carl Ludwig werden verkregen tijdens het definiëren van de controlecondities in het origineel en in een gemodificeerd geïsoleerd kikkerhartpreparaat (13). Otto Frank breidde de spierfysiologie uit naar het hart en raakte vervolgens meer geïnteresseerd in methodologische problemen met drukregistratie. Ernest H. Starling concentreerde zijn onderzoek echter op alle mogelijke fysiologische aspecten van het effect van diastolische vezellengte op de hartfunctie, met als hoogtepunt de formulering van de wet van het hart (11). De originele bijdragen van Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) en Henry P. Bowditch (2) terwijl ze aan het Leipzig Physiological Institute werkten, moeten echter ook worden erkend en erkend om het wetenschappelijke en historische record recht te zetten.