Som beskrevet andetsteds øges eller falder hjerteoutput som reaktion på ændringer i puls eller slagvolumen. Når en person f.eks. Rejser sig, falder hjertevolumen, fordi et fald i det centrale venetryk fører til et fald i slagvolumen. Som et andet eksempel forbedrer lemmernes bevægelse (muskelpumpe) under træning venøs tilbagevenden til hjertet, hvilket forårsager en stigning i slagvolumen. Hvad er de mekanismer, hvormed ændringer i venøs retur ændrer slagvolumen?
Venøs retur og slagvolumen
I slutningen af det 19. århundrede fandt Otto Frank ved hjælp af isolerede frøhjerter, at styrken af ventrikulær sammentrækning blev øget, når ventriklen blev strakt før sammentrækning. Denne observation blev udvidet med de elegante undersøgelser af Ernest Starling og kolleger i det tidlige 20. århundrede, der fandt ud af, at stigende venøs tilbagevenden til hjertet (se figur), hvilket øgede påfyldningstrykket (venstre ventrikulær end-diatolisk tryk; LVEDP i figuren) af ventriklen, førte til øget slagvolumen (SV). Omvendt faldt venøs retur nedsat slagvolumen. Dette hjerterespons på ændringer i venøst tilbagevenden og ventrikulært fyldningstryk er iboende i hjertet og afhænger ikke af ydre neurohumorale mekanismer, skønt sådanne mekanismer kan ændre det indre hjerterespons. Til ære for disse to tidlige pionerer kaldes hjertets evne til at ændre sin sammentrækningskraft og derfor slagvolumen som reaktion på ændringer i venøs tilbagevenden Frank-Starling-mekanismen (eller Starlings Heart of Heart). p>
Der er ingen enkelt Frank-Starling-kurve, som ventriklen fungerer på. I stedet er der en familie af kurver, som hver defineres af hjertets efterbelastning og inotrope tilstand.
I figuren, der viser flere kurver, repræsenterer den røde stiplede kurve en “normal” ventrikulær Frank-Starling-kurve. Stigende efterbelastning eller faldende inotropi skifter kurven ned og til højre. Derfor vil en nedtrykning af kurven ved en given LVEDP resultere i en lavere SV. Faldende efterbelastning og stigende inotropi skifter kurven op og til venstre. Ved en given LVEDP forskydes derfor kurven Frank-Starling op og til venstre vil resultere i en større SV ved en given LVEDP. Ved en given tilstand af ventrikulær inotropi og efterbelastning reagerer ventriklen på ændringer i venøs retur og ventrikelfyldning baseret på den unikke kurve for disse forhold. For at opsummere får ændringer i venøs tilbagevenden, at ventriklen bevæger sig op eller ned langs en enkelt Frank-Starling-kurve; hældningen af denne kurve er dog defineret af de eksisterende betingelser for efterbelastning og inotropi.
Frank-Starling kurver viser, hvordan ændringer i ventrikulær forspænding fører til ændringer i slagvolumen. Denne type grafisk repræsentation viser imidlertid ikke, hvordan ændringer i venøs retur påvirker end-diastoliske og end-systoliske volumener. For at gøre dette er det nødvendigt at beskrive ventrikelfunktion i form af tryk-volumen-diagrammer.
Når venøs retur øges, øges fyldningen af ventriklen langs dens passive trykkurve, hvilket fører til en stigning i enden -diastolisk volumen (se figur). Hvis ventriklen nu trækker sig sammen ved denne øgede forspænding, og efterbelastningen og inotropien holdes konstant, tømmes ventriklen til det samme slutsystoliske volumen og derved øge dets slagvolumen, der er defineret som slutdiastolisk minus endesystolisk volumen. Det øgede slagvolumen vises som en stigning i bredden af tryk-volumen-sløjfen. Den normale ventrikel er derfor i stand til at øge dets slagvolumen for at matche fysiologiske stigninger i venøs tilbagevenden. Dette er dog ikke tilfældet for ventrikler, der er i fiasko.
Mekanismer
Øget venøs tilbagevenden øger den ventrikulære fyldning (slutdiastolisk volumen) og derfor forudindlæsning, hvilket er den første strækning af de hjertemyocytter før sammentrækning. Myocytstrækning øger sarkomerlængden, hvilket medfører en stigning i kraftgenerering og gør det muligt for hjertet at skubbe ud den ekstra venøse tilbagevenden og derved øge slagtilfældevolumen.
Dette fænomen kan beskrives i mekaniske udtryk ved forholdet mellem længdespænding og kraft-hastighed for hjertemuskel. Forøgelse af forspænding øger den aktive spænding udviklet af muskelfibre og øger hastigheden af fiberafkortning ved en given efterbelastning og inotropisk tilstand.
En mekanisme til at forklare, hvordan forspænding påvirker kontraktil kraft er, at forøgelse af sarkomerlængden øger troponin C-calciumfølsomhed, som øger hastigheden af fastgørelse og frigørelse på tværs af broen og mængden af spænding udviklet af muskelfibre (se Excitation-Contraction Coupling)Andre mekanismer er utvivlsomt involveret. Virkningen af øget sarkomerlængde på de kontraktile proteiner kaldes længdeafhængig aktivering.
Det lærte i flere årtier efter Starlings arbejde, at Frank-Starling-mekanismen skyldtes ændringer i antallet af overlappende actin- og myosinenheder inden for sarkomeren som i skeletmuskler. Ifølge denne opfattelse skyldes ændringer i sammentrækningskraften ikke en ændring i inotropi. Fordi vi nu ved, at ændringer i forspænding er forbundet med ændret calciumhåndtering og troponin C-affinitet for calcium kan der ikke skelnes skarpt mekanistisk mellem længdeafhængige ændringer (Frank-Starling-mekanisme) og længdeuafhængige ændringer (inotrope mekanismer) i kontraktil funktion.
Revideret 07/03/2015