Frank-Starlingův zákon (také známý jako Frank-Starlingův mechanismus a jako Starlingův zákon srdce ) je vztah mezi koncovým diastolickým objemem a zdvihovým objemem [B: 1] [B: 2] [B: 3] [B : 4] .
Experimenty na denervovaných srdcích ukázaly, že myokard je schopen adaptovat se na změny hemodynamiky pomocí vlastních intrakardiálních mechanismů. Jsou známy dva mechanismy: 1) rytmicko-inotropní závislost (závislost síly kontrakce na frekvenci kontrakce) a 2) Frank-Starlingův mechanismus [1] .
Objem srdečních dutin se mění úměrně k délce svalových vláken jejich stěn, zvednutých na třetí stupeň; tlak v takové dutině je nepřímo úměrný jejímu poloměru [2] .
Bylo pozorováno, že zvýšení objemu komor je způsobeno zvýšením délky každého kardiomyocytu , který tvoří komory srdce. Na základě tohoto pozorování se dospělo k závěru, že zvýšení délky svalových vláken ovlivňuje práci srdce změnou počtu interagujících křižujících se myofilament. Ještě pozdější studie však vedly k hypotéze, že základem je změna citlivosti myofilament na ionty vápníku v důsledku natažení svalové buňky [1] .
Přitom příliš vysoké hodnoty plnícího tlaku, kdy jsou svalová vlákna příliš natažena, vedou spíše k poklesu čerpací síly komor než k jejímu zvýšení [1] .
Je známo [B:5] , že největší izometrické aktivní napětí vzniká, když je sval v optimální délce. Délka relaxovaných kardiomyocytů v klidové komoře je však menší než optimální délka pro kontrakci, protože v srdci (žádného zvířete) nejsou žádné kosti, které by fixovaly délku sarkomery , takže délka sarkomery je velmi variabilní. a přímo závisí na plnění krví a tedy na expanzi srdečních komor. V lidském srdci je maximální síla generována při počáteční délce sarkomery 2,2 μm , a pokud je počáteční délka větší nebo menší než tato optimální hodnota, pak síla vyvinutá během svalové kontrakce bude menší než maximální možná.
Hlavním závěrem těchto Starlingových experimentů je, že izolované srdce při konstantní srdeční frekvenci (HR) je schopno samostatně, prostřednictvím autoregulace, přizpůsobit svou činnost rostoucí objemové zátěži a reagovat na ni zvýšeným výkonem [2] . Jinými slovy, hlavním důsledkem Frank-Starlingova zákona je, že se zvýšením venózního tlaku při konstantním arteriálním tlaku se zvyšuje síla srdečních kontrakcí a zvyšuje se CO a IOC [3] .
Obdobný mechanismus autoregulace myokardu funguje i při zvýšení tlakové zátěže, nicméně na rozdíl od zvýšení objemové zátěže v tomto případě větší protažení vláken vede k mohutnější kontrakci [2] . Tento jev se nazývá Anrepův efekt [4] , podle jména výzkumníka , který jej popsal v roce 1912 [A: 1] . Jinými slovy, dalším hlavním důsledkem Starlingova zákona srdce je, že se zvýšením krevního tlaku a konstantním žilním tlakem se síla srdečních kontrakcí zvyšuje, aby překonala zvýšený odpor (tj. čím větší protizátěž, tím větší síla kontrakcí), ale CO a CO se nemění [3] .
Změna komorového objemu umožňuje srdci přizpůsobit se také změnám srdeční frekvence. Například u bradykardie delší trvání diastoly vytváří příležitost pro větší plnění komor. Následné zvýšení délky kardiomyocytů vede ke zvýšení systolického objemu. Pokles srdeční frekvence tak může být plně kompenzován zvýšením systolického objemu a výsledný srdeční výdej zůstane nezměněn [1] .
Pouze díky Frank-Starlingovu mechanismu lze IOC zvýšit na 10-13 l/min [4] .
V průběhu následujících studií bylo zjištěno, že kardiodynamika inervovaného srdce in situ se významně liší od kardiodynamiky pozorované ve Starlingově experimentu; každopádně u zdravého srdce při zátěži je úloha Frank-Starlingova mechanismu výrazně snížena a na prvním místě jsou řídící účinky sympatického nervového systému: kontraktilita myokardu se zvyšuje bez ohledu na počáteční natažení ( pozitivní inotropní efekt ). Restrukturalizace činnosti komor pod vlivem sympatického nervového systému tedy umožňuje při stejném diastolickém objemu buď vytlačit krev proti zvýšenému tlaku, nebo zvýšit tepový objem bez zvýšení koncového diastolického objemu [2] .
Existují tvrzení [4] , že působení Frankova-Starlingova mechanismu je významně modifikováno i na úrovni lokálních intrakardiálních (kardiokardiálních) reflexů, které jsou uzavřeny v intramurálních gangliích srdce. Příkladem takového reflexu může být následující: se zvýšením průtoku krve do pravé síně se kontrakce levé komory zesílí, jako by předem adaptivně uvolnila místo pro krev, která brzy začne proudit ve větším objemu. do levého srdce po průchodu plicním oběhem. Tento účinek je však pozorován pouze na pozadí nízkého počátečního plnění srdce a relativně nízkého tlaku v aortálním ústí a v koronárních cévách. Ve stejném případě, když jsou komory srdce, aorta a koronární cévy přeplněné krví, další natahování síní naopak povede k inhibici kontraktility komor, čímž se sníží srdeční výdej a jakoby, zrušení Frank-Starlingova zákona.
Fyziologický význam Frank-Starlingova mechanismu u srdečních stavů in situ je tedy spíše v koordinaci výdeje obou komor: jelikož se komory stahují stejnou rychlostí, lze jejich výkony vzájemně koordinovat pouze vzájemnou úpravou tepových objemů. [A: 2] [2] . Do změny polohy těla provázené změnou žilního návratu jsou zahrnuty i autoregulační mechanismy myokardu [2] .
Tento intrakardiální mechanismus regulace aktivity myokardu byl objeven přibližně před sto lety nezávisle na sobě německým a anglickým vědcem O. Frankem a E. Starlingem [1] .
Preparace savčího srdce, navržená E. Starlingem, umožňuje měnit tlak v aortě a žilní návrat v širokém rozsahu, což umožňuje porovnat tyto parametry s enddiastolickou velikostí komor. Protože se teplota krve během experimentu udržuje na konstantní úrovni a srdeční nervy jsou zkřížené, srdeční rytmus se nemění. Při experimentu je objemové zatížení vytvářeno zvýšeným diastolickým plněním komory a tlakové zatížení je vytvářeno zvýšením periferního odporu. Grafy závislosti tlaku v komoře na objemu komory sestrojené během experimentu demonstrují adaptaci myokardu na krátkodobé objemové a tlakové zátěže pomocí Frank-Starlingova mechanismu [2] .
Existuje však také názor [A: 3] , že Frank ani Starling nebyli první, kdo popsal vztah mezi enddiastolickým objemem a regulací srdečního výdeje. První formulaci zákona teoretizoval italský fyziolog D. Maestrini , který 13. prosince 1914 zahájil první z 19 experimentů, které ho dovedly k formulaci „zákona srdce“ (orig. ital . legge del cuore ).
Příspěvek Otto Franka spočívá v jeho pokusech z roku 1895 na srdcích žab. Aby Frank našel souvislost mezi prací srdce a kosterního svalstva, pozoroval změny diastolického tlaku s různými objemy žabí komory a svá pozorování prezentoval ve formě tlakově-objemového diagramu [A: 3] .
Starling experimentoval na neporušených srdcích savců, jako jsou psi, aby zjistil, proč změny krevního tlaku, srdeční frekvence a teploty neovlivňují relativně konstantní srdeční výdej [A:3] . Více než 30 let před vyvinutím myofibrilického posuvného modelu svalové kontrakce a před pochopením vztahu mezi aktivním napětím a délkou sarkomer Starling v roce 1914 navrhl, že „mechanická energie uvolněná během přechodu z klidu do aktivního stavu je funkcí délky vlákna“ .