Wer entdeckte den Frank-Starling-Mechanismus?

In ihrer Veröffentlichung von 1926 schrieben EH Starling und MB Visscher

Diese Ansicht wurde von den nachfolgenden Generationen von Physiologen vertreten und ist in modernen Lehrbüchern der Physiologie, die

In dieser Übersicht werde ich zeigen, dass weder Otto Frank noch Ernest H. Starling die ersten Beobachtungen zur Auswirkung des Fülldrucks auf die Herzfunktion gemacht haben. Ich werde Beweise dafür vorlegen, dass die wesentlichen Merkmale dieses Mechanismus am Physiologischen Institut von Carl Ludwig an der Universität Leipzig im Rahmen der ersten Experimente am isolierten perfundierten Froschherz entdeckt wurden, lange bevor Otto Frank und Ernest H. Starling ihre eigene Arbeit begannen. Ihre Arbeit wird mit diesen frühen Befunden verglichen.

Dieses Phänomen konnte nur am isolierten perfundierten Herzen entdeckt und untersucht werden. Das erste Präparat wurde 1866 von Elias Cyon am Institut eingerichtet. Die Aorta des isolierten Froschherzens war mit einem künstlichen Kreislauf verbunden. Ein Seitenarm wurde eingeführt, um Druckmessungen mit einem Manometer zu ermöglichen. Es war eine Vorbereitung des Arbeitsherzens mit Rezirkulation. Das Hauptziel war es, den Einfluss der Temperatur auf die Frequenz und Kontraktion des Herzens zu untersuchen. Es wurde beobachtet, dass ein gewisser Füllungsgrad des Ventrikels erforderlich war, damit das Herz ein ausreichendes Ejektionsvolumen erzeugt (3). Es wurden keine Aufzeichnungen über das Phänomen gemacht. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Erfahrung an die nachfolgenden jungen Ermittler weitergegeben wurde, die nach Leipzig kamen, um in dem damals neu errichteten und modernsten physiologischen Institut zu arbeiten.

Eines davon war Joseph Coats von Glasgow, Schottland. Um die Auswirkungen der Stimulation des Vagus zu untersuchen, führte er Experimente durch, bei denen dieser Nerv vom Rückenmark bis zum Herzen freigelegt wurde. Das Präparat war ein geschlossenes, nicht zirkulierendes System, in das das Herz das Serum pumpte, mit dem es in ein Manometer gefüllt wurde. Die regelmäßigen und beständigen Exkursionen des Quecksilbers spiegelten die vom Herzen entwickelte Kraft wider (2). In Kontrollexperimenten wurde der Einfluss des Fülldrucks auf die Kontraktionsamplitude untersucht. Der Referenzdruck wurde erhalten, wenn das Herz aus einem Reservoir mit Serum gefüllt wurde, bevor eine Klammer geschlossen wurde. Diese mit gg bezeichnete Linie (Fig. 1) stellte das Gleichgewicht zwischen dem schwimmenden Stab oben auf der Quecksilbersäule, dem Quecksilber und dem Serum dar. Wenn der Fülldruck auf den diastolischen Druck H erhöht wurde, war die Kontraktionsamplitude hoch (hI). Wenn der Fülldruck auf den diastolischen Druck H ‚reduziert wurde, war die Amplitude niedriger (hII). Mit jeder weiteren Verringerung des Fülldrucks nahmen die Auslenkungen in der Amplitude ab (hIII, hIV, hV). Bei Wiederherstellung des ursprünglichen Fülldrucks wurde die vorherige Kontraktionsamplitude (hVI) wiederhergestellt (Abb. 1). Diese Aufnahme wurde von Henry P. Bowditch gemacht, wie in einer Notiz in Coats ‚Artikel (2) bestätigt. Weiterhin wurde beobachtet, aber nicht aufgezeichnet, dass die Auslenkungen in der Amplitude kleiner wurden, wenn der Fülldruck übermäßig erhöht wurde. Bowditch (1840–1911) setzte die Arbeit an einer weiteren Modifikation des isolierten Froschherzens fort und entdeckte das Treppenphänomen, das Alles-oder-Nichts-Gesetz des Herzens und die absolute Refraktärzeit (1).

Die Experimente von Otto Frank

Otto Frank (1865–1944) führten die meisten seiner Experimente 1892– durch. 3 am Physiologischen Institut von Carl Ludwig, wo die ersten Beobachtungen gemacht worden waren.Anschließend zog er von Leipzig nach München, wo er 1894 sein Studium fortsetzte und die Ergebnisse 1895 veröffentlichte (4), im selben Jahr, in dem Carl Ludwig (1816–1895) starb. Er betrachtete das Herz unter dem Gesichtspunkt der Skelettmuskelmechanik und ersetzte Länge und Spannung durch Volumen und Druck. Mit einem verbesserten Froschherzpräparat führte er mehrere Klappen, Absperrhähne und Manometer in die Perfusionslinie ein, mit denen er isovolumetrische und isotonische Kontraktionen messen konnte. Mit zunehmender Füllung des Froschventrikels wurde der diastolische Druck bei jedem Schritt erhöht. Auch der maximale isovolumetrische Druck stieg an (Kontraktionen 1–6; Abb. 2, links). Ab einem bestimmten Fülldruck nahm er ab (Kontraktion 4; Abb. 2, rechts). Otto Frank hat alle Daten im Druck-Volumen-Diagramm zusammengestellt, die zur diastolischen Druckkurve sowie zu den Kurven der isovolumetrischen und isotonischen Maxima führten. In der Folge beschäftigte er sich mehr mit methodischen Problemen wie dem Bau von Manometern und der sorgfältigen mathematischen Analyse der im Herz-Kreislauf-System aufgezeichneten Druckkurven (5). Carl Wiggers, der Otto Frank 1911 besuchte, war von seinen Methoden so beeindruckt, dass er sie übernahm und in die USA übertrug (12).

Die experimentellen Studien von Ernest Henry Starling, die zum „Gesetz der Herz ”

Es war eindeutig Ernest H. Starling (1866–1927), der die meisten experimentellen Arbeiten in Bezug auf das Herzzeitvolumen und den ventrikulären Fülldruck durchführte. Er verwendete das Herz-Lungen-Präparat des Hundes, bei dem peripherer Widerstand möglich war unabhängig vom venösen Zufluss reguliert werden. Zunächst bestimmte er die Auswirkung des peripheren Widerstands und des venösen Drucks auf das Herzzeitvolumen (9). Als neuer Parameter wurde das Herzvolumen gemessen, indem das Herz hermetisch in ein Messingkardiometer eingeführt wurde (8) Der Zufluss wurde durch Erhöhen des Venendrucks (untere Kurve; Abb. 3, links) erhöht, das diastolische Herzvolumen und das Schlagvolumen erhöht (obere Aufzeichnung; Abb. 3, links). Somit konnte das Herz das erhöhte Volumen gegen eine unveränderte Peripherie ausstoßen Widerstand mit nur geringem Blutdruckanstieg (mittlere Spur; Abb. 3, links). Wenn peripher r Der Widerstand war erhöht (Anstieg des arteriellen Drucks; mittlere Verfolgung; Abb. 3, rechts) gab es auch eine Zunahme des diastolischen Volumens, die es dem Herzen ermöglichte, ein normales Schlagvolumen auszuwerfen (obere Aufzeichnung; Abb. 3, rechts). In beiden Fällen war die Länge der diastolischen Fasern erhöht. In einer nachfolgenden Arbeit wurde gezeigt, dass der Sauerstoffverbrauch des isolierten Herzens durch sein diastolisches Volumen und damit durch die anfängliche Länge seiner Muskelfasern (das „Gesetz des Herzens“) bestimmt wird (11).

Der Einfluss von diastolisch Die Füllung der Kontraktionsamplitude (2) und des Herzzeitvolumens (3) wurde fast 30 Jahre vor Otto Frank und fast 50 Jahre vor Ernest H. Starling von jungen Wissenschaftlern beobachtet, die am Physiologischen Institut von Carl Ludwig arbeiteten te. Obwohl andere dort vom isolierten Froschherz erhaltene Beobachtungen wie die absolute Refraktärzeit und das Treppen-Phänomen (1) erkannt wurden, wurde die Auswirkung des Fülldrucks auf die Herzfunktion von den nachfolgenden Forschern nicht einmal erwähnt. Ein Grund könnte sein, dass die jungen Forscher des Instituts das Thema nur in Kontrollexperimenten angesprochen hatten. Sie haben das Phänomen nicht genauer verfolgt (Tabelle 1). Trotzdem wurde es aufgezeichnet (2) und bis zu einem gewissen Grad beschrieben (2,3).

Otto Frank mit Rabatt Diese frühe Arbeit war aus methodischen Gründen irrelevant, da das modifizierte Froschherz, an dem Coats und Bowditch gearbeitet hatten, direkt mit dem Manometer verbunden war und das Serum in einem geschlossenen System hineinpumpte (4). Offensichtlich war er sich dieser Ergebnisse (Abb. 1) (2,3) bewusst, die er an demselben Institut erhalten hatte, an dem er die meisten seiner Experimente durchgeführt hatte. Beim Vergleich von Fig. 1, in der die Kontraktionen nacheinander aufgezeichnet werden, mit Fig. 2 links, in der die Kontraktionen übereinander reproduziert werden, ist im wesentlichen das gleiche Phänomen gezeigt. Otto Frank hat diese Ähnlichkeit jedoch nie erwähnt. Es scheint, dass er von der Überlegenheit seiner verbesserten Froschherzpräparation so überzeugt war, dass er sich berechtigt fühlte, die Ergebnisse der früheren Arbeit zu ignorieren.

Die Herz-Lungen-Präparation war die Grundlage der Experimente, die Ernest führten H. Starling formuliert als Gesetz des Herzens, dass „die bei jedem Herzschlag freigesetzte Gesamtenergie durch das diastolische Volumen des Herzens und damit durch die Muskelfaserlänge zu Beginn der Kontraktion bestimmt wird“ (11). Spätere Studien zeigten, dass der Sauerstoffverbrauch des Herzens durch weitere Faktoren bestimmt wird, wie z. B. die Herzfrequenz, die vom Myokard entwickelte Gesamtspannung (Spannungszeitindex; Lit. 10), die maximale Wandspannung und die maximale entwickelte Spannung (7).

Aus dem Vergleich der Studien der Gruppe von Carl Ludwig, von Otto Frank und von Ernest H. Starling und seinen Mitarbeitern (Tabelle 1) geht hervor, dass die Methodik sukzessive verfeinert wurde, so dass relevantere Parameter könnten gemessen werden Darüber hinaus wechselte die Forschung von allgemeinen zu fokussierten Themen. Die ersten Ergebnisse am Physiologischen Institut von Carl Ludwig wurden erhalten, während die Kontrollbedingungen im Original und in einem modifizierten isolierten Froschherzpräparat definiert wurden (13). Otto Frank erweiterte die Muskelphysiologie auf das Herz und interessierte sich anschließend mehr für methodische Probleme der Druckaufzeichnung. Ernest H. Starling konzentrierte seine Forschung jedoch auf alle möglichen physiologischen Aspekte des Einflusses der diastolischen Faserlänge auf die Herzfunktion, was in der Formulierung des Herzensgesetzes gipfelte (11). Die ursprünglichen Beiträge von Elias Cyon (3), Joseph Coats (2) und Henry P. Bowditch (2) während ihrer Arbeit am Leipziger Physiologischen Institut sollten jedoch ebenfalls anerkannt und anerkannt werden, um die wissenschaftlichen und historischen Aufzeichnungen zu verbessern.