Cine a descoperit mecanismul Frank-Starling?

În publicația din 1926, EH Starling și MB Visscher au scris

Această viziune a fost adoptată de generațiile ulterioare de fiziologi și încă predomină în manualele moderne de fiziologie, care descriu legea Frank-Starling

În această recenzie, voi arăta că nici Otto Frank și nici Ernest H. Starling nu au făcut primele observații asupra efectului umplerii presiunii asupra funcției inimii. Voi prezenta dovezi că trăsăturile esențiale ale acestui mecanism au fost descoperite la Institutul Fiziologic Carl Ludwig de la Universitatea din Leipzig în cursul primelor experimente pe inima de broască perfuzată izolată cu mult înainte ca Otto Frank și Ernest H. Starling să înceapă propria lor lucrare. Lucrarea lor va fi comparată cu aceste descoperiri timpurii.

Acest fenomen a putut fi descoperit și studiat numai pe inima perfuzată izolată. Primul preparat a fost stabilit la institut de către Elias Cyon în 1866. Aorta inimii de broască izolată a fost conectată la o circulație artificială. Un braț lateral a fost introdus pentru a permite măsurarea presiunii cu un manometru. A fost o pregătire a inimii de lucru cu recirculare. Scopul principal a fost studierea efectului temperaturii asupra frecvenței și contracției inimii. S-a observat că un anumit grad de umplere a ventriculului era necesar pentru ca inima să producă un volum suficient de ejecție (3). Nu s-au făcut înregistrări ale fenomenului. Cu toate acestea, se poate presupune că experiența a fost transmisă tinerilor anchetatori care au venit la Leipzig pentru a lucra în ceea ce era atunci nou-construit și cel mai modern institut fiziologic.

Unul dintre aceștia a fost Joseph Coats din Glasgow, Scoția. Pentru a investiga efectele stimulării vagului, el a făcut experimente în care acest nerv a fost expus de la măduva spinării la inimă. Preparatul a fost un sistem închis, fără recirculare, în care inima a pompat serul cu care a fost umplut într-un manometru. Excursiile regulate și consistente ale mercurului au reflectat forța dezvoltată de inimă (2). În experimentele de control, a fost examinat efectul presiunii de umplere asupra amplitudinii contracțiilor. Presiunea de referință a fost obținută atunci când inima a fost umplută dintr-un rezervor cu ser înainte ca o clemă să fie închisă. Această linie, etichetată gg (Fig. 1), a reprezentat echilibrul dintre tija plutitoare deasupra coloanei de mercur, mercur și ser. Când presiunea de umplere a fost crescută până la presiunea diastolică H, amplitudinea contracției a fost ridicată (hI). Când presiunea de umplere a fost redusă la presiunea diastolică H ’, amplitudinea a fost mai mică (hII). Cu fiecare reducere suplimentară a presiunii de umplere, excursiile au scăzut în amplitudine (hIII, hIV, hV). Când presiunea de umplere originală a fost restabilită, amplitudinea de contracție anterioară (hVI) a fost restabilită (Fig. 1). Această înregistrare a fost realizată de Henry P. Bowditch, după cum se recunoaște într-o notă din lucrarea lui Coats (2). Mai mult, s-a observat, dar nu s-a înregistrat, că excursiile au devenit mai mici în amplitudine când presiunea de umplere a fost excesiv crescută. Bowditch (1840–1911) a continuat lucrarea la o altă modificare a inimii de broască izolată și a descoperit fenomenul scării („Treppe”), legea tot-sau-niciuna a inimii și perioada refractară absolută (1).

Experimentele lui Otto Frank

Otto Frank (1865-1944) a făcut majoritatea experimentelor sale în 1892– 3 la Institutul fiziologic al lui Carl Ludwig, unde fuseseră făcute primele observații.S-a mutat apoi de la Leipzig la München, unde și-a continuat studiile în 1894 și a publicat rezultatele în 1895 (4), același an în care a murit Carl Ludwig (1816–1895). S-a uitat la inimă din punctul de vedere al mecanicii mușchilor scheletici, înlocuind volumul și presiunea cu lungimea și tensiunea. Folosind o pregătire îmbunătățită a inimii broaștei, a introdus mai multe supape, robinete și manometre în linia de perfuzie, ceea ce i-a permis să măsoare contracțiile izovolumetrice și izotonice. Odată cu umplerea crescândă a ventriculului broaștei, presiunea diastolică a fost crescută la fiecare pas. De asemenea, presiunea izovolumetrică maximă a crescut (contracții 1-6; Fig. 2, stânga). Dincolo de o anumită presiune de umplere, aceasta a scăzut (contracția 4; Fig. 2, dreapta). Otto Frank a compilat toate datele din diagrama presiune-volum care au dus la curba presiunii diastolice, precum și la curbele maxime izovolumetrică și izotonică. Ulterior, el a fost mai preocupat de problemele metodologice, cum ar fi construirea manometrelor și analiza matematică atentă a curbelor de presiune înregistrate în sistemul cardiovascular (5). Carl Wiggers, care l-a vizitat pe Otto Frank în 1911, a fost atât de impresionat de metodele sale încât le-a adoptat și le-a transferat în SUA (12).

Studiile experimentale ale lui Ernest Henry Starling, care conduc la „legea inima „

În mod clar, Ernest H. Starling (1866-1927) a făcut cea mai mare parte a muncii experimentale legate de debitul cardiac la presiunea de umplere ventriculară. El a folosit preparatul inimă-plămâni al câinelui în care rezistența periferică ar putea să fie reglat independent de fluxul venos. În primul rând, el a determinat efectul rezistenței periferice și al presiunii venoase asupra debitului cardiac (9). Ca un nou parametru, volumul inimii a fost măsurat prin introducerea inimii ermetic într-un cardiometru de alamă (8). debitul a fost crescut prin creșterea presiunii venoase (curba de jos; Fig. 3, stânga), volumul diastolic al inimii și volumul accidentului vascular cerebral au crescut (înregistrare superioară; Fig. 3, stânga). rezistență cu doar o ușoară creștere a tensiunii arteriale (trasarea mijlocie; Fig. 3, stânga). Când periferic r esistența a fost crescută (creșterea presiunii arteriale; trasare mijlocie; Fig. 3, dreapta), a existat, de asemenea, o creștere a volumului diastolic care a permis inimii să scoată un volum normal de accident vascular cerebral (înregistrare superioară; Fig. 3, dreapta). În ambele cazuri, lungimea fibrelor diastolice a fost mărită. Într-o lucrare ulterioară, s-a arătat că consumul de oxigen al inimii izolate este determinat de volumul diastolic și, prin urmare, de lungimea inițială a fibrelor sale musculare („legea inimii”) (11).

Influența diastolică umplerea amplitudinii contracției (2) și a debitului cardiac (3) a fost observată cu aproape 30 de ani înainte de Otto Frank și cu aproape 50 de ani înainte de Ernest H. Starling de către oamenii de știință care lucrau în Institutul fiziologic al lui Carl Ludwig te. Deși au fost recunoscute alte observații obținute acolo din inima broască izolată, cum ar fi perioada refractară absolută și fenomenul Treppe (1), efectul presiunii de umplere asupra funcției inimii nu a fost nici măcar menționat de anchetatorii ulteriori. Un motiv poate fi faptul că tinerii anchetatori ai institutului au atins subiectul doar în experimentele de control. Ei nu au urmărit fenomenul mai detaliat (Tabelul 1). Cu toate acestea, a fost înregistrat (2) și descris într-o oarecare măsură (2,3).

Otto Frank a redus această lucrare timpurie este irelevantă din motive metodologice, deoarece inima de broască modificată pe care lucraseră Coats și Bowditch a fost conectată direct la manometru și a pompat serul în el într-un sistem închis (4). Evident, era foarte conștient de aceste rezultate (Fig. 1) (2,3) obținute la același institut la care a făcut majoritatea experimentelor sale. La compararea Fig. 1, în care contracțiile sunt înregistrate succesiv, cu Fig. 2, stânga, în care contracțiile sunt reproduse una peste alta, în esență este prezentat același fenomen. Cu toate acestea, Otto Frank nu a făcut niciodată referire la această asemănare. Se pare că a fost atât de convins de superioritatea pregătirii sale îmbunătățite pentru inimă de broască, încât s-a simțit justificat să nu ia în considerare rezultatele muncii anterioare.

Pregătirea inimă-plămân a stat la baza experimentelor care l-au condus pe Ernest H. Starling să formuleze ca lege a inimii că „energia totală eliberată la fiecare bătăi de inimă este determinată de volumul diastolic al inimii și, prin urmare, de lungimea fibrei musculare la începutul contracției” (11). Cu toate acestea, studiile ulterioare a arătat că consumul de oxigen al inimii este determinat de mai mulți factori, cum ar fi ritmul cardiac, tensiunea totală dezvoltată de miocard (indicele de tensiune-timp; Ref. 10), stresul maxim al peretelui și tensiunea maximă dezvoltată (7).

Din comparația studiilor făcute de grupul lui Carl Ludwig, de Otto Frank și de Ernest H. Starling și asociații săi (Tabelul 1), se poate observa că metodologia a devenit succesiv mai rafinată astfel încât ar putea fi măsurați parametri mai relevanți mai mult, cercetarea sa schimbat de la subiecte generale la subiecte concentrate. Primele rezultate de la Institutul Fiziologic Carl Ludwig au fost obținute în timp ce se definesc condițiile de control în original și într-un preparat modificat pentru inimă de broască izolat (13). Otto Frank a extins fiziologia musculară la inimă și ulterior a devenit mai interesat de problemele metodologice de înregistrare a presiunii. Cu toate acestea, Ernest H. Starling și-a concentrat cercetările asupra tuturor aspectelor fiziologice posibile ale efectului lungimii fibrelor diastolice asupra funcției inimii, culminând cu formularea legii inimii (11). Cu toate acestea, contribuțiile originale ale lui Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) și Henry P. Bowditch (2) în timp ce lucrau la Institutul fiziologic de la Leipzig ar trebui, de asemenea, recunoscute și recunoscute pentru a corecta evidența științifică și istorică.