Закон Франка – Старлинга
Франка -Старлинга Закон сердца ) (также известный как закон Старлинга и механизм Франка-Старлинга представляет собой взаимосвязь между ударным объемом и конечным диастолическим объемом . [ 1 ] Закон гласит, что ударный объем сердца увеличивается в ответ на увеличение объема крови в желудочках , до сокращения ( конечный диастолический объем ), когда все остальные факторы остаются постоянными. [ 1 ] Поскольку больший объем крови поступает в желудочек, кровь растягивает сердечную мышцу, что приводит к увеличению силы сокращения. Механизм Франка-Старлинга позволяет синхронизировать сердечный выброс с венозным возвратом, артериальным кровоснабжением и гуморальной длиной. [ 2 ] без зависимости от внешнего регулирования для внесения изменений. Физиологическое значение этого механизма заключается главным образом в поддержании равенства объемов выброса левого и правого желудочков. [ 1 ] [ 3 ]
Физиология
[ редактировать ]Механизм Франка-Старлинга возникает в результате соотношения длины и напряжения, наблюдаемого в поперечнополосатых мышцах, включая, например, скелетные мышцы , мышцы членистоногих. [ 4 ] и сердечная (сердечная) мышца . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Когда поперечно-полосатая мышца растягивается, создается активное напряжение за счет изменения перекрытия толстых и тонких нитей. Наибольшее изометрическое активное напряжение развивается, когда мышца имеет оптимальную длину. В большинстве расслабленных волокон скелетных мышц пассивные эластические свойства поддерживают длину мышечных волокон близкой к оптимальной, что обычно определяется фиксированным расстоянием между точками прикрепления сухожилий к костям (или экзоскелету членистоногих) на обоих концах мышцы. Напротив, длина расслабленного саркомера клеток сердечной мышцы в покоящемся желудочке меньше оптимальной длины для сокращения. [ 1 ] В сердце (любого животного) нет кости, фиксирующей длину саркомера, поэтому длина саркомера очень вариабельна и напрямую зависит от кровенаполнения и тем самым расширения камер сердца. В человеческом сердце максимальная сила генерируется при начальной длине саркомера 2,2 микрометра, длина, которая редко превышается в нормальном сердце. Начальная длина, большая или меньшая, чем это оптимальное значение, уменьшит силу, которую может достичь мышца. Для более длинных саркомеров это является результатом меньшего перекрытия тонких и толстых нитей; [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] для более коротких саркомеров причиной является снижение чувствительности миофиламентов к кальцию . [ 11 ] [ 7 ] Увеличение наполнения желудочка увеличивает нагрузку, которую испытывают каждая клетка сердечной мышцы, растягивая их саркомеры до оптимальной длины. [ 1 ]
Растягивающиеся саркомеры усиливают сокращение сердечной мышцы за счет повышения к кальцию чувствительности миофибрилл . [ 12 ] вызывая образование большего количества актин - миозиновых поперечных мостиков внутри мышцы. В частности, чувствительность тропонина к связыванию Ca 2+ увеличивается и происходит повышенное высвобождение Ca 2+ из саркоплазматической сети . Кроме того, растяжение кардиомиоцитов увеличивает высвобождение Са. 2+ из внутреннего хранилища, саркоплазматического ретикулума , о чем свидетельствует увеличение Ca 2+ Частота искры при осевом растяжении одиночных кардиомиоцитов. [ 13 ] Наконец, считается, что при растяжении сердечной мышцы расстояние между толстыми и тонкими нитями уменьшается, что приводит большего количества поперечных мостиков . к образованию [ 1 ] Сила, которую генерирует любая отдельная клетка сердечной мышцы, связана с длиной саркомера во время активации мышечных клеток кальцием. Растяжение отдельной клетки, вызванное наполнением желудочков, определяет длину саркомерных волокон. Следовательно, сила (давление), создаваемая волокнами сердечной мышцы, связана с конечным диастолическим объемом левого и правого желудочков, что определяется сложностями соотношения силы и длины саркомера. [ 11 ] [ 7 ] [ 6 ]
Благодаря внутреннему свойству миокарда , отвечающему за механизм Франка-Старлинга, сердце может автоматически компенсировать увеличение венозного возврата при любой частоте сердечных сокращений. [ 1 ] [ 10 ] Этот механизм имеет функциональное значение, поскольку он служит для адаптации выброса левого желудочка к выбросу правого желудочка. [ 3 ] Если бы этого механизма не существовало и выбросы правого и левого сердца не были эквивалентны, кровь накапливалась бы в малом круге кровообращения (если бы правый желудочек производил больше выброса, чем левый) или в большом круге кровообращения (если бы левый желудочек производил больше выброса, чем левый). верно). [ 1 ] [ 14 ]
Клинические примеры
[ редактировать ]Преждевременное сокращение желудочков
[ редактировать ]Преждевременное сокращение желудочков вызывает раннее опорожнение левого желудочка (ЛЖ) в аорту . Поскольку следующее сокращение желудочка происходит в обычное время, время наполнения ЛЖ увеличивается, вызывая увеличение конечного диастолического объема ЛЖ. Благодаря механизму Франка-Старлинга следующее сокращение желудочка становится более сильным, что приводит к выбросу большего, чем обычно, объема крови и возвращению конечно-систолического объема ЛЖ к исходному уровню. [ 14 ]
Диастолическая дисфункция – сердечная недостаточность.
[ редактировать ]Диастолическая дисфункция связана со снижением податливости или повышенной жесткостью стенки желудочка. Это снижение податливости приводит к неадекватному наполнению желудочка и уменьшению конечно-диастолического объема. Уменьшение конечного диастолического объема затем приводит к уменьшению ударного объема из-за механизма Франка-Старлинга. [ 1 ]
История
[ редактировать ]Закон Франка-Старлинга назван в честь двух физиологов, Отто Франка и Эрнеста Генри Старлинга . Однако ни Франк, ни Старлинг не были первыми, кто описал взаимосвязь между конечным диастолическим объемом и регуляцией сердечного выброса. [ 5 ] Первая формулировка закона была теоретизирована итальянским физиологом Дарио Маэстрини , который 13 декабря 1914 года начал первый из 19 экспериментов, которые привели его к формулировке «legge del cuore» . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ чрезмерное цитирование ]
Вклад Отто Франка основан на его экспериментах 1895 года с сердцем лягушки. Чтобы связать работу сердца с механикой скелетных мышц, Франк наблюдал изменения диастолического давления при изменении объема желудочка лягушки. Его данные были проанализированы на диаграмме давление-объем, в результате чего он описал пиковое изоволюмическое давление и его влияние на объем желудочка. [ 5 ]
Старлинг экспериментировала на неповрежденных сердцах млекопитающих, например собак, чтобы понять, почему изменения артериального давления, частоты сердечных сокращений и температуры не влияют на относительно постоянный сердечный выброс. [ 5 ] Более чем за 30 лет до разработки модели мышечного сокращения со скользящими нитями и понимания взаимосвязи между активным напряжением и длиной саркомера, Старлинг в 1914 году выдвинул гипотезу, что «механическая энергия, высвобождаемая при переходе от покоя к активному состоянию, функция длины волокна». Старлинг использовал диаграмму «объем-давление», чтобы построить диаграмму «длина-напряжение» на основе своих данных. Данные Старлинга и связанные с ними диаграммы доказали, что длина мышечных волокон и возникающее в результате напряжение изменяют систолическое давление. [ 28 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Видмайер, Е.П., Хершель, Р., и Стрэнг, К.Т. (2016). Физиология человека Вандера: механизмы функционирования тела (14-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Education. ISBN 978-1-259-29409-9
- ^ Костанцо, Линда С. (2007). Физиология . Хагерствон, доктор медицины: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. стр. 81 . ISBN 978-0-7817-7311-9 .
- ^ Jump up to: а б Джейкоб Р., Дирбергер Б., Кисслинг Г. (1992). «Функциональное значение механизма Франка-Старлинга в физиологических и патофизиологических условиях» . Европейский кардиологический журнал . 13 :7–14. doi : 10.1093/eurheartj/13.suppl_E.7 . ПМИД 1478214 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Уэст, Дж. М.; Хамфрис, округ Колумбия; Стивенсон, генеральный директор (1992). «Различия в максимальных активационных свойствах ободранных коротких и длинных саркомерных мышечных волокон клешни пресноводного ракообразного Cherax destructor». Журнал исследований мышц и подвижности клеток . 13 (6): 668–684. дои : 10.1007/BF01738256 . ISSN 0142-4319 . ПМИД 1491074 . S2CID 21089844 .
- ^ Jump up to: а б с д Кац Арнольд М (2002). « Эрнест Генри Старлинг, его предшественники и «Закон сердца» . Тираж . 106 (23): 2986–2992. дои : 10.1161/01.CIR.0000040594.96123.55 . ПМИД 12460884 . Архивировано из оригинала 13 июля 2018 г. Проверено 3 мая 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Стивенсон, генеральный директор; Стюарт, AW; Уилсон, Дж.Дж. (1989). «Диссоциация силы от миофибриллярной MgATPазы и жесткость при коротких длинах саркомеров в скелетных мышцах крысы и жабы» . Журнал физиологии . 410 : 351–366. дои : 10.1113/jphysicalol.1989.sp017537 . ПМК 1190483 . ПМИД 2529371 .
- ^ Jump up to: а б с Стивенсон, генеральный директор; Уильямс, Д.А. (1982). «Влияние длины саркомера на соотношение сила-pCa в быстрых и медленных кожных мышечных волокнах крысы» . Журнал физиологии . 333 : 637–653. дои : 10.1113/jphysicalol.1982.sp014473 . ПМК 1197268 . ПМИД 7182478 .
- ^ Хаксли, Х.; Хэнсон, Дж. (22 мая 1954 г.). «Изменения поперечной исчерченности мышц при сокращении и растяжении и их структурная интерпретация». Природа . 173 (4412): 973–976. Бибкод : 1954Natur.173..973H . дои : 10.1038/173973a0 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 13165698 . S2CID 4180166 .
- ^ Хаксли, А.Ф.; Нидергерке, Р. (22 мая 1954 г.). «Структурные изменения мышцы при сокращении; интерференционная микроскопия живых мышечных волокон». Природа . 173 (4412): 971–973. Бибкод : 1954Natur.173..971H . дои : 10.1038/173971a0 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 13165697 . S2CID 4275495 .
- ^ Jump up to: а б Мосс, Ричард Л.; Фицсаймонс, Дэниел П. (11 января 2002 г.). «Отношения Фрэнка и Старлинга» . Исследование кровообращения . 90 (1): 11–13. дои : 10.1161/res.90.1.11 . ISSN 0009-7330 . ПМИД 11786511 .
- ^ Jump up to: а б Аллен, генеральный директор; Кентиш, Дж. К. (1985). «Клеточная основа соотношения длины и напряжения в сердечной мышце». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 17 (9): 821–840. дои : 10.1016/S0022-2828(85)80097-3 . ПМИД 3900426 .
- ^ Клабанде, Ричард Э. «Концепции сердечно-сосудистой физиологии». Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, 2011, с. 74.
- ^ Ирибе, Г; Уорд, CW; Камелити, П; Болленсдорф, К; Мейсон, Ф; Бертон, RAB; Гарни, А; Морфью, МК; Хенгер, А; Ледерер, В.Дж.; Коль, П. (27 марта 2009 г.). «Осевое растяжение кардиомиоцитов одиночного желудочка крысы вызывает острое и временное увеличение частоты искры Ca2+» . Исследование кровообращения . 104 (6): 787–795. дои : 10.1161/CIRCRESAHA.108.193334 . ISSN 1524-4571 . ПМЦ 3522525 . ПМИД 19197074 .
- ^ Jump up to: а б Холл, Джон (2016). Учебник Гайтона и Холла по медицинской физиологии (13-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс/Эльзевир. стр. 169–178 (гл. 14). ISBN 978-1-4160-4574-8 .
- ^ Спадолини, Игино (1946). ЮТЭТ (ред.). Трактат по физиологии . Том 2. Турин.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Берн, Роберт М. (2004). Амброзиана (ред.). Физиология . Милан.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ «www.ancecardio.it» (PDF) (на итальянском языке). стр. 29–31. Архивировано из оригинала (PDF) 9 ноября 2013 г. Проверено 6 августа 2010 г.
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (февраль 1951 г.). «[Генезис так называемых недостаточных сокращений сердца при декомпенсации.]». Поликлиника Прат . 58 (9): 257–68. ПМИД 14833944 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (июль 1951 г.). «[Значение измененного органического обмена (утомления), структуры и коллоидного состояния клетчатки для генеза так называемых малых, недостаточных сокращений сердца при недостаточности.]». Поликлиника Прат . 58 (30): 933–45. ПМИД 14864102 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (ноябрь 1951 г.). «[Закон сердца в биологии и клинической медицине.]». Минерва Мед . 42 (80): 857–64. ПМИД 14919226 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (июнь 1952 г.). «[Новая теория сердечной декомпенсации.]». Поликлиника Прат . 59 (24): 797–814. ПМИД 14957592 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (1947). "[Нет в наличии.]". Газз Санит . 18 (5): 162–4. ПМИД 18859625 .
- ^ ПЕННАККИО, Л.; Д. МАЭСТРИНИ (сентябрь 1952 г.). «[Комментарий к новой теории сердечной недостаточности.]». Поликлиника Прат . 59 (37): 1223–4. ПМИД 13026471 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (январь 1958 г.). «[Закон сердца от его открытия до настоящего времени.]». Минерва Мед . 49 (3–4): Варя, 28–36. ПМИД 13516733 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (декабрь 1958 г.). «[Вариации динамики объема сердца в клинической практике, рассмотренные в свете закона сердца.]». Минерва Кардиоангиол . 6 (12): 657–67. ПМИД 13643787 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (февраль 1959 г.). «[С. Бальони и закон сердца.]». Поликлиника Прат . 66 (7): 224–30. ПМИД 13645276 .
- ^ МАЭСТРИНИ, Д. (октябрь 1959 г.). «[О динамике сердца в фазе, предшествующей правосторонней гипертрофии, и о ее электрокардиографическом аспекте у человека.]». Поликлиника Прат . 66 : 1409–13. ПМИД 13853750 .
- ^ Борон, Уолтер Ф.; Булпаеп, Эмиль Л. (13 января 2012 г.). Электронная книга «Медицинская физиология», 2e, обновленное издание: с онлайн-доступом к STUDENT CONSULT . Elsevier Науки о здоровье. ISBN 978-1455711819 .