Som beskrevet andre steder øker eller reduseres hjertevolumet som svar på endringer i hjertefrekvens eller slagvolum. Når en person reiser seg, faller for eksempel hjerteeffekten fordi et fall i sentralt venetrykk fører til en reduksjon i slagvolum. Som et annet eksempel forbedrer bevegelse i lemmer (muskelpumpe) under trening venøs retur til hjertet, noe som fører til en økning i slagvolum. Hva er mekanismene som endringer i venøs retur endrer slagvolum?
Venøs retur og slagvolum
På slutten av 1800-tallet fant Otto Frank ved hjelp av isolerte froskhjerter at styrken til ventrikulær sammentrekning økte når ventrikkelen ble strukket før sammentrekning. Denne observasjonen ble utvidet av de elegante studiene av Ernest Starling og kollegaer i begynnelsen av det 20. århundre som fant at økende venøs retur til hjertet (se figur), noe som økte fyllingstrykket (venstre ventrikkel end-diatolisk trykk, LVEDP i figuren) av ventrikkelen, førte til økt slagvolum (SV). Omvendt redusert venøs retur redusert slagvolum. Denne hjerteresponsen på endringer i venøs retur og ventrikulært fyllingstrykk er iboende i hjertet og er ikke avhengig av ytre neurohumorale mekanismer, selv om slike mekanismer kan modifisere den indre hjerteresponsen. Til ære for disse to tidlige pionerene kalles hjertets evne til å endre sin sammentrekningskraft og derfor slagvolum som svar på endringer i venøs retur, Frank-Starling-mekanismen (eller Starlings Heart of the Heart). p>
Det er ingen enkelt Frank-Starling-kurve som ventrikkelen opererer på. I stedet er det en familie av kurver, som hver er definert av hjertets etterbelastning og inotropiske tilstand.
I figuren som viser flere kurver, representerer den røde stiplede kurven en «normal» ventrikulær Frank-Starling-kurve. Økende etterbelastning eller avtagende inotropi forskyver kurven ned og til høyre. Ved en gitt LVEDP vil derfor nedtrykking av kurven resultere i en lavere SV. Avtagende etterbelastning og økende inotropi forskyver kurven opp og til venstre. Derfor, ved en gitt LVEDP, forskyver Frank-Starling-kurven opp og til venstre vil resultere i en større SV ved en gitt LVEDP. Ved en gitt tilstand av ventrikulær inotropi og etterbelastning, reagerer ventrikelen på endringer i venøs retur og ventrikkelfylling basert på den unike kurven for disse forholdene. For å oppsummere, endringer i venøs retur får ventrikkelen til å bevege seg opp eller ned langs en enkelt Frank-Starling-kurve; skråningen til kurven er imidlertid definert av de eksisterende forholdene for etterbelastning og inotropi.
Frank-Starling-kurver viser hvordan endringer i ventrikulær forbelastning fører til endringer i slagvolum. Denne typen grafisk fremstilling viser imidlertid ikke hvordan endringer i venøs retur påvirker end-diastoliske og end-systoliske volumer. For å gjøre dette er det nødvendig å beskrive ventrikkelfunksjonen i form av trykk-volumdiagrammer.
Når venøs retur er økt, er det økt fylling av ventrikkelen langs den passive trykkurven som fører til en økning i enden -diastolisk volum (se figur). Hvis ventrikelen nå trekker seg sammen med denne økte forbelastningen, og etterbelastningen og inotropien holdes konstant, tømmes ventrikkelen til samme endesystoliske volum, og øker dermed slagvolumet, som er definert som enddiastolisk minus endesystolisk volum. Det økte slagvolumet vises som en økning i bredden på trykkvolumsløyfen. Den normale ventrikkelen er derfor i stand til å øke slagvolumet for å matche fysiologiske økninger i venøs retur. Dette er imidlertid ikke tilfelle for ventrikler som er i svikt.
Mekanismer
Økt venøs retur øker ventrikkelfyllingen (end-diastolisk volum) og derfor forhåndsbelastning, som er den første strekkingen av hjertemyocyttene før sammentrekning. Myocyttstrekking øker sarkomerlengden, noe som forårsaker en økning i kraftgenerering og gjør det mulig for hjertet å skubbe ut den ekstra venøse retur, og dermed øke slagvolumet.
Dette fenomenet kan beskrives i mekaniske termer etter lengdespenning og kraft-hastighetsforhold for hjertemuskulatur. Økende forspenning øker den aktive spenningen som utvikles av muskelfiberen og øker hastigheten på fiberforkortelse ved en gitt etterbelastning og inotrop tilstand.
En mekanisme for å forklare hvordan forspenning påvirker kontraktil kraft er at å øke sarkomerlengden øker troponin C kalsiumfølsomhet, noe som øker hastigheten på tverrbrofesting og løsrivelse, og mengden spenning utviklet av muskelfiberen (se Excitation-Contraction Coupling).Andre mekanismer er utvilsomt involvert. Effekten av økt sarkomerlengde på de kontraktile proteinene kalles lengdeavhengig aktivering.
Det ble lært i flere tiår etter Starlings arbeid at Frank-Starling-mekanismen skyldes endringer i antall overlappende aktin og myosinenheter i sarkomeren som i skjelettmuskulaturen. I følge dette synet skyldes ikke endringer i sammentrekningskraften en endring i inotropi. Fordi vi nå vet at endringer i forspenning er assosiert med endret kalsiumhåndtering og troponin C for kalsium kan det ikke skilles skarpt mellom lengdeavhengige endringer (Frank-Starling-mekanisme) og lengdeuavhengige endringer (inotrope mekanismer) i kontraktil funksjon.
Revidert 07/03/2015