Frank-Starling-lagen (även känd som Frank-Starling-mekanismen och som Starlings hjärtats lag ) är förhållandet mellan slutdiastolisk volym och slagvolym [B: 1] [B: 2] [B: 3] [B : 4] .
Experiment på denerverade hjärtan har visat att myokardiet kan anpassa sig till förändringar i hemodynamiken genom att använda sina egna intrakardiella mekanismer. Det finns två kända mekanismer: 1) rytmiskt-inotropiskt beroende (beroende av kontraktionskraften på kontraktionsfrekvensen) och 2) Frank-Starling-mekanismen [1] .
Volymen av hjärtats håligheter förändras i proportion till längden på muskelfibrerna i deras väggar, upphöjda till tredje graden; trycket i en sådan kavitet är omvänt proportionell mot dess radie [2] .
Det har observerats att ökningen i ventrikulär volym beror på en ökning av längden av varje kardiomyocyt som bildar hjärtats kammare. Baserat på denna observation drogs slutsatsen att en ökning av muskelfibrernas längd påverkar hjärtats arbete genom att ändra antalet interagerande kors och tvärs myofilament. Men även senare studier ledde till hypotesen att grunden är en förändring av myofilamentens känslighet för kalciumjoner på grund av stretching av muskelcellen [1] .
Samtidigt leder alltför höga värden på fyllningstrycket, när muskelfibrerna sträcks för mycket, till en minskning av ventriklarnas pumpkraft snarare än till dess ökning [1] .
Det är känt [B:5] att den största isometriska aktiva spänningen utvecklas när muskeln har sin optimala längd. Längden på avslappnade kardiomyocyter i den vilande ventrikeln är dock mindre än den optimala längden för sammandragning, eftersom det inte finns några ben i hjärtat (på något djur) för att fixera längden på sarkomeren , så längden på sarkomeren är mycket varierande och beror direkt på fyllningen med blod och därför expansionen av hjärtats kammare. I det mänskliga hjärtat genereras maximal kraft vid en initial sarkomerlängd på 2,2 μm , och om den initiala längden är större än eller mindre än detta optimala värde, kommer kraften som utvecklas under muskelkontraktion att vara mindre än den maximala möjliga.
Huvudslutsatsen från dessa Starling-experiment är att ett isolerat hjärta med konstant hjärtfrekvens (HR) kan självständigt, genom självreglering, anpassa sin aktivitet till en ökande volymbelastning och svara på den med en ökad effekt [2] . Med andra ord, den främsta konsekvensen av Frank-Starling-lagen är att med en ökning av ventrycket med ett konstant artärtryck, ökar styrkan av hjärtsammandragningar och CO och IOC ökar [3] .
En liknande mekanism för myokardial självreglering fungerar också med en ökning av tryckbelastningen, men i motsats till en ökning av volymbelastningen leder i detta fall större sträckning av fibrerna till en kraftigare kontraktion [2] . Detta fenomen kallas Anrep-effekten [4] , efter namnet på forskaren som beskrev det 1912 [A: 1] . Med andra ord, den andra huvudkonsekvensen av Starlings hjärtats lag är att med ett ökat blodtryck och ett konstant ventryck ökar kraften i hjärtats sammandragningar för att övervinna det ökade motståndet (d.v.s. ju större motbelastning, desto större kraften av sammandragningar), men CO och CO förändras inte [3] .
Förändringen i ventrikulär volym gör att hjärtat också kan anpassa sig till förändringar i hjärtfrekvensen. Till exempel, vid bradykardi , skapar den ökade varaktigheten av diastolen möjlighet till större fyllning av ventriklarna. Den efterföljande ökningen av kardiomyocyternas längd leder till en ökning av systolisk volym. Således kan en minskning av hjärtfrekvensen kompenseras helt av en ökning av systolisk volym, och den resulterande hjärtminutvolymen förblir oförändrad [1] .
Enbart på grund av Frank-Starling-mekanismen kan IOC ökas till 10-13 l/min [4] .
Under loppet av efterföljande studier fann man att kardiodynamiken hos det innerverade hjärtat in situ skiljer sig markant från den som observerades i Starling-experimentet; i vilket fall som helst, i ett friskt hjärta under träning, är Frank-Starling-mekanismens roll avsevärt reducerad och kontrolleffekterna av det sympatiska nervsystemet tar första platsen: myokardiell kontraktilitet ökar oavsett den initiala sträckningen ( positiv inotrop effekt ). Omstruktureringen av aktiviteten i ventriklarna under påverkan av det sympatiska nervsystemet tillåter således, med samma diastoliska volym, antingen att spruta ut blod mot ökat tryck, eller att öka slagvolymen utan att öka den slutdiastoliska volymen [2] .
Det finns uttalanden [4] att verkan av Frank-Starling-mekanismen också är signifikant modifierad på nivån av lokala intrakardiell (hjärt-hjärt) reflexer, som är stängda i de intramurala ganglierna i hjärtat. Ett exempel på en sådan reflex kan vara följande: med ett ökat blodflöde till höger förmak intensifieras sammandragningen av vänster kammare, som om det i förväg adaptivt gör plats för blod, som snart kommer att börja flöda i en större volym till vänster hjärta efter att ha passerat genom lungcirkulationen. Denna effekt observeras dock endast mot bakgrund av låg initial fyllning av hjärtat och relativt lågt tryck vid aortamynningen och i kranskärlen. I samma fall, när hjärtats kammare, aortan och kranskärlen svämmar över med blod, kommer ytterligare sträckning av förmaket tvärtom att leda till hämning av ventrikulär kontraktilitet, vilket minskar hjärtminutvolymen och, så att säga, upphävande Frank-Starling-lagen.
Sålunda är den fysiologiska betydelsen av Frank-Starling-mekanismen i in situ hjärttillstånd snarare att koordinera produktionen från båda ventriklarna: eftersom ventriklarna drar ihop sig i samma takt, kan deras utsignaler koordineras med varandra endast genom ömsesidig justering av slagvolymer [A: 2] [2] . Myokardiets självreglerande mekanismer ingår också i förändringen i kroppsposition, åtföljd av en förändring i venöst återflöde [2] .
Denna intrakardiell mekanism för reglering av myokardaktivitet upptäcktes för ungefär hundra år sedan oberoende av O. Frank och E. Starling , en tysk respektive engelsk vetenskapsman [1] .
Beredningen av däggdjurshjärtat, som föreslagits av E. Starling, gör det möjligt att ändra trycket i aorta och venös retur över ett brett intervall, vilket gör det möjligt att jämföra dessa parametrar med den slutdiastoliska storleken på ventriklarna. Eftersom blodtemperaturen hålls under experimentet på en konstant nivå, och hjärtnerverna korsas, ändras inte hjärtrytmen . Under experimentet skapas volymbelastning genom ökad diastolisk fyllning av ventrikeln, och tryckbelastning skapas genom att öka det perifera motståndet. Diagrammen för beroende av tryck i ventrikeln på ventrikelns volym som konstruerats under experimentet visar anpassningen av myokardiet till kortvariga volym- och tryckbelastningar med Frank-Starling-mekanismen [2] .
Det finns dock också en åsikt [A: 3] att varken Frank eller Starling var de första som beskrev sambandet mellan slutdiastolisk volym och hjärtminutvolymreglering. Den första formuleringen av lagen teoretiserades av den italienske fysiologen D. Maestrini , som den 13 december 1914 påbörjade det första av 19 experiment som ledde honom till formuleringen av "hjärtats lag" (orig. italienska legge del cuore ).
Otto Franks bidrag ligger i hans experiment från 1895 på grodors hjärtan. För att hitta ett samband mellan hjärtats och skelettmuskulaturens arbete observerade Frank förändringar i det diastoliska trycket med olika volymer av grodkammaren och han presenterade sina observationer i form av ett tryck-volymdiagram [A: 3] .
Starling experimenterade på intakta däggdjurshjärtan som hundar för att ta reda på varför förändringar i blodtryck, hjärtfrekvens och temperatur inte påverkar den relativt konstanta hjärtminutvolymen [A:3] . Mer än 30 år innan han utvecklade den myofibrilliska glidande modellen för muskelkontraktion och innan han förstod förhållandet mellan aktiv spänning och sarkomerlängd, föreslog Starling 1914 att "den mekaniska energi som frigörs under övergången från vila till aktivt tillstånd är en funktion av fiberlängden" .