Гетерометрическая саморегуляция работы миокардиоцита. Закон Франка-Старлинга

Синонимы: регуляция притоком [A15]

Зависимость степени укорочения волокна и развиваемого им напряжения от начальной длины является общим свойством, присущим как миокарду, так и скелетным мышцам. Ультраструктурные основы связи «длина — сила» наиболее де­тально были изучены на одиночных волокнах скелетных мышц, а затем подтверждены на папиллярных мышцах и полосках мио­карда в условиях их искусственного растяжения.

Этот тип регуляции относится к внутрисердечной, внутриклеточной, поскольку реализуется на уровне отдельных кардиомиоцитов.

Гетеро… [A16]

Полезно вспомнить, что миокардиоциты относятся к поперечно‑полосатой мышечной ткани.

Понятие гетерометрическая регуляция деятельности сердца связывает внешнюю рабо­ту, совершаемую[Б17] миокардом камеры сердца, со степенью растяжения его мышечных волокон в пресистолу пре­дыдущего цикла.

При объяснении понятия «гетерометрическая регуляция допускается много ошибок. Приведем пример одной из самых частых: «Увеличение длины мышечных волокон сопровождается увеличением зоны контакта актиновых и миозиновых протофибрил. В результате во время сокращения образуется больше актино-миозиновых мостиков, а значит сокращение происходит с большим силовым усилием»

При растяжении напряжение развиваемое мышцей действительно увеличивается, но не за счет «увеличения зоны контакта актиновых и миозиновых протофибрил», а за счет увеличения вклада пассивного (эластичного) компонента в общее развиваемое мышечным волокном напряжение (рис. 811110717). Рис. 811110717. Зависимость между длиной саркомера, степенью пере­крытия актиновых и миозиновых нитей и развитием напряжения для препарата одиночного волокна миоцита. Объяснение в тексте. Активное напряжение при растяжении саркомера более чем на 2,2 мкм уменьшается.

Некоторая «добавка» в развиваемые усилия вносят: • Увеличение исходной длины мышцы усиливает выход Са2+ из саркоплазматического ретикулума • Облегчение процесса диффузии Са2+ к сократительным белкам можно объяснить уменьшением диффузионного расстояния за счет уменьшения радиуса клетки при увеличении ее исходной длины. • Предполагается, что может иметь место и изме­нение сродства тропонина к кальцию.

Понятие преднагрузки (формулировка) [A18]

Преднагрузка, в строгом понимании ее значения, - это конечнодиастолический объем (КДО) левого желудочка, определяющий внешнюю работу сердца и влияющий на УО, как на часть внешней работы.

В клинических условиях измерение КДО часто затруднено, поэтому преднагрузкой, иногда, называют центральное венозное давление (ЦВД), левопредсердное давление (ЛПД) или конечнодиастолическое давление левого желудочка (КДД).

Закон сердца О.Франка-Э.Старлинга [A19]

Синонимы: закон сердца[A20], закон Старлинга (Стерлинга)[A21], Starling'S Law[A22]., закон Франка-Старлинга-Штрауба [A23], O.Frank (1895) - E.H.Starling, (1918).

Закон Франка-Старлинга – это реализация принципов гетерометрической регуляции на уровне камеры сердца.

Фундаментальный закон влияния преднагрузки на внешнюю работу сердца был установлен, детально изучен и обоснован немецким физиологом Отто Франком 1895 г. в опытах на лягушках.

Otto Frank, German physiologist, born June 21, 1865, Gross-Umstadt, Hessen; died 1944.

После опытов на млекопитающих английский физиолог Эрнест Генри Старлинг окончательно сформулировал и опубликовал этот закон в 1912-1914 гг. и представил его в лекциях в 1915 г. Особенно известен доклад Э.Старлинга 1918 года, в котором он ссылается на работы О.Франка (1895 год) и некоторые данные собственных исследований на сердечно-лёгочном препарате [A24].

[A25]

Ernest Henry Starling British physiologist,born April 17, 1866, London; died May 2, 1927, on a ship near Kingston Harbour, Jamaica

Название "закона сердца" зависимость Франка-Старлинга получила с лёгкой руки Y.Henderson[A26].

Оригинальная формулировка: В определённых физиологических пределах, увеличение объёма сердца увеличивает энергию его сокращений и степень химического обмена при каждом сокращении.

Современная интерпретация:В определенных физиологических пределах существует прямая линейная зависимость между увеличением преднагрузки (КДО) и ударной работой сердца.

Поскольку УО сердца - это одна из составляющих ударной работы, то можно предположить, что при АД - const, зависимость между КДО и УО подчиняется тем же закономерностям. Таким образом, величина КДО является одной из важнейших характеристик, влияющих на УО. Эта зависимость представлена на рис. 811092041. Рис. 811092041. Механизм Франка – Старлинга.

Угол наклона кривой относительно оси абсцисс зависит от сократимости желудочка (рис. 811101621). Рис. 811101621. Семья кривых Франка – Старлинга. Изменения инотропии и постнагрузки сдвигают кривую вверх или вниз. Для каждой отдельной зависимости Старлинга, сократимость - величина постоянная. Оптимальные условия работы сердца находятся вблизи перехода графической зависимости в плато, когда сердце работает с максимальной эффективностью, но дальнейшее повышение КДО может превысить компенсаторные резервы. Превышение резерва сократимости (например, перерастяжение сердца избыточным объёмом) ведёт к переходу на другую функциональную кривую с более низкой сократимостью. Кривая Старлинга никогда не "изгибается" книзу, сердце при этом переходит в другое инотропное состояние и зависимость ударной работы от КДО уже характеризуется другой функциональной кривой с меньшим углом наклона.

Упрощённая трактовка закона сердца при принятии за преднагрузку ЦВД, ЛПД или КДД не всегда правомерна, но её можно использовать в клинической практике с определёнными поправками. Один из вариантов "врачебной" интерпретации закона Франка - Старлинга: "повышение КДД повышает ударную работу до максимальных значений".

Ограничения этой концепции:

• во многих важных клинических ситуациях растяжимость миокарда, а следовательно соотношения КДО и КДД не постоянны;

• при постоянном КДО ударный объём может изменяться в связи с обратной линейной зависимостью фракции изгнания от постнагрузки;

• функционирование сердца в режиме, когда прирост КДО не сопровождается дальнейшим увеличением ударной работы (выход на "плато"), трудно контролируемо и возможна перегрузка сердца с дальнейшим переходом на более пологую функциональную кривую.

• изменения сердечного выброса могут быть связаны с "движением" вдоль одной функциональной кривой, либо с переходом с одной кривой на другую.

Клинический подход: для оптимизации насосной функции и работы сердца при данной сократимости, КДД должно приближаться к значениям, обеспечивающим максимальную ударную работу, но никогда не превышать значений, при которых прирост работы в ответ на повышение КДД отсутствует (выход на "плато").

Выделим отдельные этапы в гетерометрической регуляции сердца (рис. 711041317). Для этого вспомним функциональные объёмы сердца: конечный диастолический объём (КДО), конечный систолический объём (КСО), дополнительный резервный объём (ДРО), ударный объём (УО). Рис. 711041317. Механизм гетерометрической регуляции работы сердца. Объяснение в тексте. 1.Увеличение притока крови в камеру сердца. 2.Увеличение КДО на ДРО или часть ДРО. Если изначально КДО = КСО + УО, то при нагрузке объёмом (КДОнагр) КДОнагр = КСО + УО + ДРО. Волокна миокарда растягиваются на большую длину. Пассивное растяжение волокон миокарда увеличивает напряжение, развиваемое сердечной мышцей (вспомните начальный участок кривой изометрических максимумов). 3.При сокращении миокарда выбрасывается УОнагр бóльший предыдущего. УОнагр > УО 4.КСО несколько увеличивается.

При гетерометрической регуляции выполняется большая работа, поскольку увеличивается выбрасываемый сердцем объём крови. Вспомним, чему равна работа (А) по перемещению объёма (Q) крови против давления (P)?

А = Q ´ P

При нагрузке объёмом (Q нагр) выполняется работа:

Анагр = Q нагр ´ P

Поскольку Q нагр > Q, тогда и А нагр > А.

P = const.

На рис.811110809 гетерометрическая регуляция миокарда показана с использованием петли «объём-давление». Рис.811110809. Гетерометрическая регуляция на петле «объём-давление».

При формулировании закона сердца Франка-Старлинг допускается много неточностей. В учебнике[A27] приводится следующая формулировка закона Франка‑Старлинга: «Сила сокра­щения сердца (миокарда) пропорциональна степени его кровена­полнения в диастолу (степени растяжения), т.е. исходной длине его мышечных волокон». Часто студенты искажают смысл этой формулировки следующим образом: «сила сокра­щения миокарда пропорциональна степени его кровена­полнения в диастолу». Автор имел в виду не кровенаполнение миокарда, а кровенаполнение камер сердца.

Использование понятия «сила сокращения» в данном случае традиционно и вполне допустимо, хотя и менее точно, чем использование понятия «внешняя рабо­та».