Quem descobriu o mecanismo de Frank-Starling?

Em sua publicação de 1926, EH Starling e MB Visscher escreveram

Esta visão foi adotada pelas gerações subsequentes de fisiologistas e ainda prevalece nos livros modernos de fisiologia, que descrevem

Nesta revisão, mostrarei que nem Otto Frank nem Ernest H. Starling fizeram as primeiras observações sobre o efeito da pressão de enchimento na função cardíaca. Apresentarei evidências de que as características essenciais desse mecanismo foram descobertas no Instituto de Fisiologia Carl Ludwig da Universidade de Leipzig no decorrer dos primeiros experimentos no coração de rã perfundido isolado, muito antes de Otto Frank e Ernest H. Starling começarem seu próprio trabalho. O trabalho deles será comparado com essas descobertas iniciais.

Esse fenômeno só poderia ser descoberto e estudado no coração perfundido isolado. A primeira preparação foi estabelecida no instituto por Elias Cyon em 1866. A aorta do coração isolado de rã foi conectada a uma circulação artificial. Um braço lateral foi inserido para permitir medições de pressão com um manômetro. Foi uma preparação para o coração com recirculação. O objetivo principal era estudar o efeito da temperatura na frequência e na contração do coração. Observou-se que certo grau de enchimento do ventrículo era necessário para que o coração produzisse um volume de ejeção suficiente (3). Nenhum registro do fenômeno foi feito. No entanto, pode-se presumir que a experiência foi passada para os jovens pesquisadores subsequentes que vieram para Leipzig para trabalhar no que era então o mais moderno e recém-construído instituto de fisiologia.

Um deles foi Joseph Coats, de Glasgow, Escócia. Para investigar os efeitos da estimulação do vago, ele fez experimentos nos quais esse nervo era exposto da medula espinhal ao coração. A preparação era um sistema fechado e não circulante no qual o coração bombeava o soro com o qual era colocado em um manômetro. As excursões regulares e consistentes do mercúrio refletem a força desenvolvida pelo coração (2). Em experimentos de controle, o efeito da pressão de enchimento na amplitude das contrações foi examinado. A pressão de referência foi obtida quando o coração foi enchido de um reservatório com soro antes de uma pinça ser fechada. Esta linha, rotulada gg (Fig. 1), representava o equilíbrio entre a haste flutuante no topo da coluna de mercúrio, o mercúrio e o soro. Quando a pressão de enchimento foi aumentada até a pressão diastólica H, a amplitude de contração foi elevada (hI). Quando a pressão de enchimento foi reduzida para a pressão diastólica H ‘, a amplitude foi menor (hII). Com cada nova redução na pressão de enchimento, as excursões diminuíram em amplitude (hIII, hIV, hV). Quando a pressão de enchimento original foi restaurada, a amplitude de contração anterior (hVI) foi restabelecida (fig. 1). Esta gravação foi feita por Henry P. Bowditch, conforme reconhecido em uma nota no artigo de Coats (2). Além disso, foi observado, mas não registrado, que as excursões tornaram-se menores em amplitude quando a pressão de enchimento era excessivamente elevada. Bowditch (1840–1911) continuou o trabalho em outra modificação do coração de sapo isolado e descobriu o fenômeno da escada (“Treppe”), a lei do tudo ou nada do coração e o período refratário absoluto (1).

Os experimentos de Otto Frank

Otto Frank (1865–1944) fez a maioria de seus experimentos em 1892– 3 no Instituto Fisiológico Carl Ludwig, onde as primeiras observações foram feitas.Ele então se mudou de Leipzig para Munique, onde continuou seus estudos em 1894 e publicou os resultados em 1895 (4), o mesmo ano em que Carl Ludwig (1816-1895) morreu. Ele olhou para o coração do ponto de vista da mecânica do músculo esquelético, substituindo volume e pressão por comprimento e tensão. Usando um preparo cardíaco de rã aprimorado, ele inseriu várias válvulas, torneiras e manômetros na linha de perfusão, o que lhe permitiu medir as contrações isovolumétricas e isotônicas. Com o aumento do enchimento do ventrículo da rã, a pressão diastólica foi elevada em cada etapa. Além disso, a pressão isovolumétrica máxima aumentou (contrações 1–6; Fig. 2, à esquerda). Além de uma determinada pressão de enchimento, diminuiu (contração 4; fig. 2, à direita). Otto Frank compilou todos os dados do diagrama pressão-volume que resultaram na curva da pressão diastólica, bem como nas curvas dos máximos isovolumétricos e isotônicos. Posteriormente, preocupou-se mais com problemas metodológicos, como a construção de manômetros e a análise matemática cuidadosa das curvas de pressão registradas no sistema cardiovascular (5). Carl Wiggers, que visitou Otto Frank em 1911, ficou tão impressionado com seus métodos que os adotou e os transferiu para os EUA (12).

Os estudos experimentais de Ernest Henry Starling, levando à “lei do coração ”

Claramente, foi Ernest H. Starling (1866–1927) quem fez a maior parte do trabalho experimental relacionando o débito cardíaco à pressão de enchimento ventricular. Ele usou a preparação coração-pulmão de cão em que a resistência periférica poderia ser regulado independentemente do influxo venoso. Em primeiro lugar, ele determinou o efeito da resistência periférica e da pressão venosa no débito cardíaco (9). Como um novo parâmetro, o volume do coração foi medido inserindo o coração hermeticamente em um cardiômetro de latão (8). Quando venoso o influxo foi aumentado pela elevação da pressão venosa (curva inferior; Fig. 3, à esquerda), o volume cardíaco diastólico e o volume sistólico aumentaram (registro superior; Fig. 3, à esquerda). Assim, o coração foi capaz de ejetar o volume aumentado contra um periférico inalterado resistência com apenas um ligeiro aumento da pressão arterial (traçado do meio; Fig. 3, à esquerda). Quando r periférico a resistência estava elevada (aumento da pressão arterial; traçado do meio; Fig. 3, direita), também houve um aumento no volume diastólico que permitiu ao coração ejetar um volume sistólico normal (registro superior; Fig. 3, direita). Em ambos os casos, o comprimento da fibra diastólica foi aumentado. Em um artigo subsequente, foi mostrado que o consumo de oxigênio do coração isolado é determinado por seu volume diastólico e, portanto, pelo comprimento inicial de suas fibras musculares (a “lei do coração”) (11).

A influência da diastólica preenchimento na amplitude de contração (2) e débito cardíaco (3) foi observado quase 30 anos antes de Otto Frank e quase 50 anos antes de Ernest H. Starling por jovens cientistas que trabalham no Instituto Fisiológico de Carl Ludwig te. Embora outras observações obtidas ali com o coração de rã isolado, como o período refratário absoluto e o fenômeno Treppe (1), tenham sido reconhecidas, o efeito da pressão de enchimento sobre a função cardíaca nem mesmo foi mencionado pelos pesquisadores subsequentes. Uma das razões pode ser que os jovens investigadores do instituto apenas tocaram no assunto em experimentos de controle. Eles não investigaram o fenômeno com mais detalhes (Tabela 1). No entanto, foi registrado (2) e descrito até certo ponto (2,3).

Otto Frank com desconto esse trabalho inicial era irrelevante por razões metodológicas, uma vez que o coração de rã modificado no qual Coats e Bowditch haviam trabalhado era conectado diretamente ao manômetro e bombeado o soro nele em um sistema fechado (4). Obviamente, ele conhecia bem esses resultados (fig. 1) (2,3) obtidos no mesmo instituto em que realizou a maioria de seus experimentos. Ao comparar a Fig. 1, na qual as contrações são registradas sucessivamente, com a Fig. 2, à esquerda, na qual as contrações são reproduzidas uma em cima da outra, essencialmente o mesmo fenômeno é mostrado. No entanto, Otto Frank nunca fez referência a essa semelhança. Parece que ele estava tão convencido da superioridade de sua preparação melhorada para coração de rã que se sentiu justificado em desconsiderar os resultados do trabalho anterior.

A preparação coração-pulmão foi a base dos experimentos que conduziram Ernest H. Starling formula como lei do coração que “a energia total liberada a cada batimento cardíaco é determinada pelo volume diastólico do coração e, portanto, pelo comprimento da fibra muscular no início da contração” (11). No entanto, estudos posteriores mostraram que o consumo de oxigênio do coração é determinado por mais fatores, como frequência cardíaca, tensão total desenvolvida pelo miocárdio (índice tensão-tempo; Ref. 10), pico de estresse da parede e pico de tensão desenvolvido (7). p>

A partir da comparação dos estudos realizados pelo grupo de Carl Ludwig, por Otto Frank, e por Ernest H. Starling e seus associados (Tabela 1), pode-se verificar que a metodologia foi se tornando cada vez mais refinada de modo que parâmetros mais relevantes poderiam ser medidos. além disso, a pesquisa mudou de tópicos gerais para focados. Os primeiros resultados no Instituto de Fisiologia Carl Ludwig foram obtidos durante a definição das condições de controle no original e em uma preparação de coração de rã isolado modificado (13). Otto Frank estendeu a fisiologia muscular ao coração e, subsequentemente, tornou-se mais interessado em problemas metodológicos de registro de pressão. Ernest H. Starling, entretanto, concentrou sua pesquisa em todos os possíveis aspectos fisiológicos do efeito do comprimento da fibra diastólica sobre a função cardíaca, culminando na formulação da lei do coração (11). No entanto, as contribuições originais de Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) e Henry P. Bowditch (2) enquanto trabalhavam no Instituto Fisiológico de Leipzig também devem ser reconhecidas e reconhecidas para esclarecer o registro científico e histórico.