Come descritto altrove, la gittata cardiaca aumenta o diminuisce in risposta alle variazioni della frequenza cardiaca o della gittata sistolica. Quando una persona si alza in piedi, ad esempio, la gittata cardiaca diminuisce perché una diminuzione della pressione venosa centrale porta a una diminuzione della gittata sistolica. Un altro esempio, il movimento degli arti (pompa muscolare) durante lesercizio migliora il ritorno venoso al cuore, che provoca un aumento della gittata sistolica. Quali sono i meccanismi attraverso i quali i cambiamenti nel ritorno venoso alterano la gittata sistolica?
Ritorno venoso e volume della corsa
Alla fine del XIX secolo, Otto Frank scoprì usando cuori di rana isolati che la forza della contrazione ventricolare era aumentata quando il ventricolo veniva allungato prima della contrazione. Questa osservazione è stata ampliata dagli eleganti studi di Ernest Starling e colleghi allinizio del XX secolo che hanno scoperto che laumento del ritorno venoso al cuore (vedi figura), che aumentava la pressione di riempimento (pressione end-diatolica del ventricolo sinistro; LVEDP nella figura) del ventricolo, ha portato ad un aumento della gittata sistolica (SV). Al contrario, la diminuzione del ritorno venoso ha ridotto la gittata sistolica. Questa risposta cardiaca alle variazioni del ritorno venoso e della pressione di riempimento ventricolare è intrinseca al cuore e non dipende da meccanismi neuroumorali estrinseci sebbene tali meccanismi possano modificare la risposta cardiaca intrinseca. In onore di questi due primi pionieri, la capacità del cuore di modificare la sua forza di contrazione e quindi la gittata sistolica in risposta ai cambiamenti nel ritorno venoso è chiamata meccanismo di Frank-Starling (o legge del cuore di Starling).
Non esiste una singola curva di Frank-Starling su cui opera il ventricolo. Al contrario, esiste una famiglia di curve, ciascuna delle quali è definito dal postcarico e dallo stato inotropo del cuore.
Nella figura che mostra più curve, la curva tratteggiata rossa rappresenta una curva di Frank-Starling ventricolare “normale”. Laumento del postcarico o la diminuzione dellinotropia sposta la curva verso il basso e a destra. Pertanto, a un dato LVEDP, la pressione della curva si tradurrà in un SV inferiore. La diminuzione del postcarico e laumento dellinotropia sposta la curva verso lalto e verso sinistra. Pertanto, a un dato LVEDP, spostando la curva di Frank-Starling verso lalto e a sinistra si tradurrà in una SV maggiore a un dato LVEDP In un dato stato ventricolare inotropia e postcarico, il ventricolo risponde ai cambiamenti nel ritorno venoso e nel riempimento ventricolare in base alla curva unica per quelle condizioni. Per riassumere, i cambiamenti nel ritorno venoso fanno sì che il ventricolo si muova verso lalto o verso il basso lungo una singola curva di Frank-Starling; tuttavia, la pendenza di quella curva è definita dalle condizioni esistenti di postcarico e inotropia.
Le curve di Frank-Starling mostrano come i cambiamenti nel precarico ventricolare portino a cambiamenti nel volume della corsa. Questo tipo di rappresentazione grafica, tuttavia, non mostra come i cambiamenti nel ritorno venoso influenzino i volumi telediastolici e sistolici terminali. Per fare ciò, è necessario descrivere la funzione ventricolare in termini di diagrammi pressione-volume.
Quando il ritorno venoso è aumentato, si verifica un aumento del riempimento del ventricolo lungo la sua curva di pressione passiva che porta ad un aumento della fine -volume diastolico (vedi figura). Se il ventricolo ora si contrae a questo aumento del precarico e il postcarico e linotropia vengono mantenuti costanti, il ventricolo si svuota allo stesso volume sistolico terminale, aumentando così il volume della corsa, che è definito come volume telediastolico meno volume sistolico terminale. Il volume della corsa aumentato viene visualizzato come un aumento della larghezza del circuito pressione-volume. Il ventricolo normale, quindi, è in grado di aumentare la gittata sistolica per adeguarsi agli aumenti fisiologici del ritorno venoso. Questo, tuttavia, non è il caso dei ventricoli che sono in fallimento.
Meccanismi
Laumento del ritorno venoso aumenta il riempimento ventricolare (volume telediastolico) e quindi il precarico, che è lo stiramento iniziale dei miociti cardiaci prima della contrazione. Lo stiramento dei miociti aumenta la lunghezza del sarcomero, che provoca un aumento della generazione di forza e consente al cuore di espellere il ritorno venoso aggiuntivo, aumentando così la gittata sistolica.
Questo fenomeno può essere descritto in termini meccanici dalle relazioni lunghezza-tensione e forza-velocità per il muscolo cardiaco. Laumento del precarico aumenta la tensione attiva sviluppata dalla fibra muscolare e aumenta la velocità di accorciamento delle fibre a un dato postcarico e stato inotropico.
Un meccanismo per spiegare come il precarico influenza la forza contrattile è che laumento della lunghezza del sarcomero aumenta la troponina Sensibilità al calcio C, che aumenta la velocità di attacco e distacco del ponte incrociato e la quantità di tensione sviluppata dalla fibra muscolare (vedere Accoppiamento eccitazione-contrazione).Senza dubbio sono coinvolti altri meccanismi. Leffetto dellaumentata lunghezza del sarcomero sulle proteine contrattili è definito attivazione dipendente dalla lunghezza.
È stato insegnato per diversi decenni dopo il lavoro di Starling che il meccanismo di Frank-Starling è dovuto a cambiamenti nel numero di sovrapposizioni unità di actina e miosina allinterno del sarcomero come nel muscolo scheletrico. Secondo questo punto di vista, i cambiamenti nella forza di contrazione non derivano da un cambiamento nellinotropia. Perché ora sappiamo che i cambiamenti nel precarico sono associati con la manipolazione del calcio alterata e laffinità della troponina C per il calcio, non è possibile fare una netta distinzione meccanicistica tra cambiamenti dipendenti dalla lunghezza (meccanismo di Frank-Starling) e cambiamenti indipendenti dalla lunghezza (meccanismi inotropi) nella funzione contrattile.
Rivisto il 07/03/2015