Som beskrivs någon annanstans ökar eller minskar hjärtutgången som svar på förändringar i hjärtfrekvens eller strokevolym. När en person står upp, till exempel, faller hjärtvolymen på grund av att ett centralt venöst tryck leder till en minskning av slagvolymen. Som ett annat exempel förbättrar lemmarörelse (muskelpump) under träning venös återgång till hjärtat, vilket orsakar en ökning av slagvolym. Vilka är de mekanismer genom vilka förändringar i venös retur förändrar slagvolym?
Venös retur och slagvolym
I slutet av 1800-talet fann Otto Frank med hjälp av isolerade grodhjärtor att styrkan i ventrikulär kontraktion ökade när kammaren sträcktes före sammandragningen. Denna iakttagelse utvidgades av eleganta studier av Ernest Starling och kollegor i början av 1900-talet som fann att ökande venös återgång till hjärtat (se figur), vilket ökade fyllningstrycket (vänstra ventrikelns slutdiatoliska tryck, LVEDP i figuren) av kammaren ledde till ökad slagvolym (SV). Omvänt, minskande venös retur minskade strokevolymen. Detta hjärtrespons på förändringar i venös retur och ventrikulärt fyllningstryck är inneboende i hjärtat och beror inte på yttre neurohumoral mekanismer även om sådana mekanismer kan modifiera det inneboende hjärtresponsen. För att hedra dessa två tidiga pionjärer kallas hjärtat förmåga att ändra sin sammandragningskraft och därmed slagvolym som svar på förändringar i venös återkomst kallas Frank-Starling-mekanismen (eller Starlings Heart of the Heart). p>
Det finns ingen enstaka Frank-Starling-kurva som ventrikeln arbetar på. I stället finns det en familj av kurvor, var och en definieras av hjärtets efterbelastning och inotropiska tillstånd.
I figuren som visar flera kurvor representerar den röda streckade kurvan en ”normal” ventrikulär Frank-Starling-kurva. Ökande efterbelastning eller minskande inotropi förskjuter kurvan nedåt och till höger. Därför, vid en given LVEDP, kommer nedtryckning av kurvan att leda till en lägre SV. Minskande efterbelastning och ökande inotropi förskjuter kurvan uppåt och åt vänster. Därför, vid en given LVEDP, förskjuter Frank-Starling-kurvan uppåt och till vänster kommer att resultera i en större SV vid en given LVEDP. Vid ett givet tillstånd av kammare inotropi och efterbelastning, reagerar kammaren på förändringar i venös retur och kammarfyllning baserat på den unika kurvan för dessa förhållanden. Sammanfattningsvis får förändringar i venös retur att kammaren rör sig uppåt eller nedåt längs en enda Frank-Starling-kurva. emellertid definieras lutningen för den kurvan av de befintliga villkoren för efterbelastning och inotropi.
Frank-Starling-kurvor visar hur förändringar i kammarförbelastning leder till förändringar i slagvolym. Denna typ av grafisk representation visar emellertid inte hur förändringar i venös retur påverkar enddiastoliska och end-systoliska volymer. För att göra detta är det nödvändigt att beskriva kammarfunktionen i termer av tryck-volymdiagram.
När den venösa returen ökas ökar fyllningen av kammaren längs dess passiva tryckkurva vilket leder till en ökning i slutet -diastolisk volym (se figur). Om ventrikeln nu drar ihop sig vid denna ökade förbelastning och efterbelastningen och inotropin hålls konstant töms ventrikeln till samma ändsystoliska volym och ökar därmed dess slagvolym, som definieras som slutdiastolisk minus ändsystolisk volym. Den ökade slagvolymen visas som en ökning av tryckvolymslingans bredd. Den normala ventrikeln kan därför öka sin slagvolym för att matcha fysiologiska ökningar i venös retur. Detta är dock inte fallet för ventriklar som inte fungerar.
Mekanismer
Ökad venös återgång ökar den ventrikulära fyllningen (slutdiastolisk volym) och därför förspänning, vilket är den initiala sträckningen av hjärtmyocyterna före sammandragning. Myocytsträckning ökar sarkomerlängden, vilket orsakar en ökning av kraftgenerering och gör det möjligt för hjärtat att mata ut den ytterligare venösa retur, vilket ökar slagvolymen.
Detta fenomen kan beskrivas i mekaniska termer med förhållandet längdspänning och kraft-hastighet för hjärtmuskel. Ökad förspänning ökar den aktiva spänningen som utvecklas av muskelfibrerna och ökar hastigheten för fiberförkortning vid en given efterbelastning och inotropiskt tillstånd.
En mekanism för att förklara hur förspänning påverkar kontraktil kraft är att ökning av sarkomerlängd ökar troponin C-kalciumkänslighet, vilket ökar hastigheten för överbryggningsfästning och avskiljning, och mängden spänning som utvecklas av muskelfibrerna (se Excitation-Contraction Coupling).Andra mekanismer är utan tvekan involverade. Effekten av ökad sarkomerlängd på de sammandragna proteinerna kallas längdberoende aktivering.
Det lärdes i flera decennier efter Starlings arbete att Frank-Starling-mekanismen beror på förändringar i antalet överlappande aktin- och myosinenheter inom sarkomeren som i skelettmuskler. Enligt denna uppfattning är förändringar i sammandragningskraften inte en följd av en förändring i inotropi. Eftersom vi nu vet att förändringar i förspänning är associerade med förändrad kalciumhantering och troponin C-affinitet för kalcium kan en skarp mekanistisk skillnad inte göras mellan längdberoende förändringar (Frank-Starling-mekanism) och längdoberoende förändringar (inotropa mekanismer) i kontraktil funktion.
Reviderad 2015/07/03