Vem upptäckte Frank-Starling-mekanismen?

I sin publikation från 1926 skrev EH Starling och MB Visscher

Denna uppfattning antogs av de efterföljande generationerna av fysiologer och råder fortfarande i moderna fysiologiska läroböcker, som beskriver

I denna recension kommer jag att visa att varken Otto Frank eller Ernest H. Starling gjorde de första observationerna om effekten av att fylla trycket på hjärtfunktionen. Jag kommer att presentera bevis för att de viktigaste funktionerna i denna mekanism upptäcktes på Carl Ludwigs fysiologiska institut vid universitetet i Leipzig under de första experimenten på det isolerade perfuserade grodahjärtat långt innan Otto Frank och Ernest H. Starling startade sitt eget arbete. Deras arbete kommer att jämföras med dessa tidiga upptäckter.

Detta fenomen kunde bara upptäckas och studeras på det isolerade perfuserade hjärtat. Den första beredningen grundades på institutet av Elias Cyon 1866. Aortan hos det isolerade grodhjärtat var kopplat till en konstgjord cirkulation. En sidoarm infördes för att möjliggöra tryckmätningar med en manometer. Det var en hjärtförberedelse med återcirkulation. Det främsta syftet var att studera temperaturens effekt på hjärtfrekvensen och sammandragningen. Det observerades att en viss grad av fyllning av kammaren var nödvändig för att hjärtat skulle producera en tillräcklig utkastningsvolym (3). Inga register över fenomenet gjordes. Det kan dock antas att upplevelsen överfördes till de efterföljande unga utredarna som kom till Leipzig för att arbeta i det dåvarande nybyggda och modernaste fysiologiska institutet.

En av dessa var Joseph Coats från Glasgow, Skottland. För att undersöka effekterna av stimuleringen av vagusen gjorde han experiment där nerven exponerades från ryggmärgen till hjärtat. Preparatet var ett slutet, icke-cirkulerande system där hjärtat pumpade serumet med vilket det fylldes i en manometer. De regelbundna och konsekventa utflykterna av kvicksilver speglade den kraft som utvecklats av hjärtat (2). I kontrollexperiment undersöktes effekten av fyllningstryck på sammandragningens amplitud. Referenstrycket erhölls när hjärtat fylldes från en behållare med serum innan en klämma stängdes. Denna linje, märkt gg (fig. 1), representerade balansen mellan den flytande staven ovanpå kvicksilverkolonnen, kvicksilver och serum. När påfyllningstrycket ökade upp till det diastoliska trycket H var kontraktionsamplituden hög (hi). När påfyllningstrycket reducerades till det diastoliska trycket H ’var amplituden lägre (hII). Med varje ytterligare minskning av fyllningstrycket minskade utflykterna i amplitud (hIII, hIV, hV). När det ursprungliga påfyllningstrycket återställdes, återställdes den tidigare sammandragningsamplituden (hVI) (figur 1). Denna inspelning gjordes av Henry P. Bowditch, vilket erkänns i en anteckning i Coats papper (2). Vidare observerades, men registrerades inte, att utflykterna blev mindre i amplitud när fyllningstrycket var för högt. Bowditch (1840–1911) fortsatte arbetet med en annan modifiering av det isolerade grodahjärtat och upptäckte trappuppgången (”Treppe”), hjärtets all-eller-ingen-lag och den absoluta eldfasta perioden (1). p>

Experimenten med Otto Frank

Otto Frank (1865–1944) gjorde de flesta av sina experiment 1892– 3 vid Carl Ludwigs fysiologiska institut, där de första observationerna gjordes.Han flyttade sedan från Leipzig till München, där han fortsatte sina studier 1894 och publicerade resultaten 1895 (4), samma år då Carl Ludwig (1816–1895) dog. Han tittade på hjärtat ur skelettmuskelmekanikens synvinkel och ersatte volym och tryck för längd och spänning. Med hjälp av en förbättrad grodahjärtpreparat satte han in flera ventiler, kranar och manometrar i perfusionslinjen, vilket gjorde det möjligt för honom att mäta isovolumetriska och isotoniska sammandragningar. Med ökande fyllning av grodakammaren höjdes det diastoliska trycket vid varje steg. Dessutom ökade det maximala isovolumetriska trycket (sammandragningar 1–6; Bild 2, vänster). Utöver ett visst fylltryck minskade det (sammandragning 4; bild 2, höger). Otto Frank sammanställde alla data i tryck-volymdiagrammet som resulterade i den diastoliska tryckkurvan såväl som i kurvorna för de isovolumetriska och isotoniska maxima. Därefter var han mer intresserad av metodologiska problem, såsom konstruktion av manometrar och noggrann matematisk analys av tryckkurvor registrerade i det kardiovaskulära systemet (5). Carl Wiggers, som besökte Otto Frank 1911, var så imponerad av hans metoder att han antog och överförde dem till USA (12).

De experimentella studierna av Ernest Henry Starling, vilket ledde till ” hjärta ”

Det var uppenbart att det var Ernest H. Starling (1866–1927) som utförde det mesta av det experimentella arbetet med att kardialt utfall till ventrikulärt fyllningstryck. Han använde ett hjärt-lungpreparat för hund där perifer motstånd kunde regleras oberoende av venöst inflöde. Först bestämde han effekten av perifer motstånd och venöst tryck på hjärtutgången (9). Som en ny parameter uppmättes hjärtvolymen genom att infoga hjärtat hermetiskt i en mässingskardiometer (8). När venös inflödet ökades genom att höja venetrycket (bottenkurva; Fig. 3, vänster), diastolisk hjärtvolym och slagvolym ökade (övre rekord; Fig. 3, vänster). Således kunde hjärtat mata ut den ökade volymen mot en oförändrad perifer motstånd med endast en liten ökning av blodtrycket (mellersta spårning; Fig. 3 till vänster). När perifer r motståndet var förhöjt (ökning av artärtrycket; mitten spårning; Fig. 3, höger), det fanns också en ökning av diastolisk volym som gjorde det möjligt för hjärtat att mata ut en normal slagvolym (övre inspelning; Fig. 3, höger). I båda fallen ökade diastolisk fiberlängd. I ett efterföljande papper visades det att syreförbrukningen hos det isolerade hjärtat bestäms av dess diastoliska volym och därför av den initiala längden på dess muskelfibrer (”hjärtans lag”) (11).

Påverkan av diastolisk fyllning av sammandragningsamplitud (2) och hjärtutgång (3) observerades nästan 30 år före Otto Frank och nästan 50 år före Ernest H. Starling av unga forskare som arbetar i Carl Ludwigs fysiologiska institution te. Även om andra observationer som erhölls där från det isolerade grodahjärtat som den absoluta eldfasta perioden och Treppe-fenomenet (1) kändes igen, nämndes inte ens effekten av att fylla trycket på hjärtfunktionen av de efterföljande utredarna. En anledning kan vara att institutets unga utredare bara hade berört ämnet i kontrollexperiment. De bedrev inte fenomenet mer detaljerat (tabell 1). Ändå spelades den in (2) och beskrivs i viss utsträckning (2,3).

Otto Frank diskonterade detta tidiga arbete var irrelevant av metodologiska skäl, eftersom det modifierade grodahjärtat som Coats och Bowditch hade arbetat på var direkt kopplat till manometern och pumpade serumet i det i ett slutet system (4). Uppenbarligen var han väl medveten om dessa resultat (Fig. 1) (2,3) som erhölls vid samma institut där han gjorde de flesta av sina experiment. Vid jämförelse av fig. 1, där sammandragningarna registreras i följd, med fig. 2 till vänster, där sammandragningarna återges ovanpå varandra, visas i princip samma fenomen. Otto Frank hänvisade dock aldrig till denna likhet. Det verkar som att han var så övertygad om överlägsenheten hos sin förbättrade grodahjärtpreparat att han kände sig berättigad att bortse från resultaten från det tidigare arbetet.

Hjärt-lungpreparatet var grunden för experimenten som ledde Ernest H. Starling för att formulera som hjärtslagen att ”den totala energin som frigörs vid varje hjärtslag bestäms av hjärtets diastoliska volym och därför av muskelfiberlängden i början av sammandragningen” (11). Efterföljande studier. visade att syreförbrukningen i hjärtat bestäms av fler faktorer, såsom hjärtfrekvens, den totala spänningen som utvecklats av myokardiet (spänningstidsindex; Ref. 10), toppväggspänning och topputvecklad spänning (7). p>

Från jämförelsen av studierna gjorda av gruppen Carl Ludwig, av Otto Frank och av Ernest H. Starling och hans medarbetare (Tabell 1), kan man se att metoden successivt blev mer förfinad så att mer relevanta parametrar kan mätas hermore förändrades forskningen från allmänna till fokuserade ämnen. De tidiga resultaten vid Carl Ludwigs fysiologiska institut erhölls medan kontrollvillkoren definierades i originalet och i en modifierad isolerad grodahjärtpreparation (13). Otto Frank utvidgade muskelfysiologin till hjärtat och blev senare mer intresserad av metodiska problem med tryckregistrering. Ernest H. Starling fokuserade emellertid sin forskning på alla möjliga fysiologiska aspekter av effekten av diastolisk fiberlängd på hjärtfunktionen, vilket kulminerade i formuleringen av hjärtlagen (11). Emellertid bör de ursprungliga bidragen från Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) och Henry P. Bowditch (2) medan de arbetade vid Leipzigs fysiologiska institut också erkännas och erkännas för att sätta den vetenskapliga och historiska rekorden på rätt sätt.