Più di un secolo fa, due fisiologi, Otto Frank e Ernest Starling scoprirono che mentre il cuore si riempie di più sangue durante la diastole, si contrae più duramente e pompa più sangue durante la sistole. Così hanno inventato la legge Frank Starling per spiegare questa relazione.
Per comprendere questa relazione, ingrandiamo il muro dei ventricoli. La maggior parte di queste pareti è costituita da cellule muscolari cardiache corte e ramificate, imballate una accanto all’altra., Ingrandendo ulteriormente, se guardiamo all’interno delle cellule muscolari, vediamo fasci di miofibrille o lunghe catene di sarcomeri. Il sarcomero è la più piccola struttura nel muscolo che è in grado di contrarre quindi è considerato l”unità contrattile di base del muscolo. Il sarcomero ha due dischi Z che formano il suo confine e una linea M nel mezzo. Attaccati al disco Z sono sottili filamenti fatti di proteine di actina. Questi filamenti di actina hanno polarità strutturale che significa che entrambe le estremità del filamento hanno un aspetto diverso., Possiamo pensarlo come una freccia con l’estremità appuntita che è la “fine meno”, che punta verso la linea M, e l’estremità della coda è la “fine più”, attaccata al disco Z. Proprio come una freccia, il filamento di actina può muoversi solo in una direzione: la direzione in cui è puntato. Attaccati alla linea M sono i filamenti di miosina che sono spessi fasci di proteine di miosina con due teste globulari. Durante una contrazione muscolare, le teste di miosina afferrano i filamenti di actina e li tirano verso la linea M che avvicina i due dischi Z.,
Nel complesso, la quantità di tensione sviluppata, o la forza della contrazione muscolare durante la sistole, dipende dal numero di teste di miosina che si legano all’actina. E questo numero dipende direttamente dalla lunghezza della sezione sovrapposta tra filamenti di actina e miosina. La lunghezza della sezione sovrapposta dipende dalla lunghezza complessiva del sarcomero. E la lunghezza del sarcomero dipende da quanto sangue riempie il ventricolo durante la diastole-perché ciò influenza il modo in cui si estende la parete muscolare complessiva e ogni sarcomero al suo interno finisce per essere., Questa relazione è nota come relazione lunghezza-tensione cardiaca e può essere mostrata da questo grafico, con la lunghezza del sarcomero o il volume diastolico ventricolare sull’asse x e la tensione o la pressione sviluppata all’interno del ventricolo, durante la loro contrazione, o sistole, sull’asse y.
Quindi immaginiamo che i ventricoli siano per lo più vuoti, con quasi nessun sangue in essi. Ciò significherebbe che non c’è nulla che distenda i muscoli nella parete ventricolare, quindi la lunghezza dei sarcomeri è davvero breve., A questa lunghezza, i due dischi Z sono tirati vicino a ciascuno e non c’è molto spazio per ulteriori contrazioni. Inoltre, i filamenti di actina da ciascun lato del sarcomero attraversano la linea M e si sovrappongono. Poiché l’actina può essere tirata solo in una direzione-verso la linea mediana, la miosina deve attaccare e tirare il filamento di actina con la giusta polarità strutturale: quella che punta nella stessa direzione di quella che la miosina tira. Quindi, quando i filamenti di actina si sovrappongono, alla miosina viene impedito di legarsi al proprio filamento di actina dal filamento di actina dall’altra parte con la polarità sbagliata., Di conseguenza, vengono realizzati pochissimi attacchi di miosina – actina e le cellule possono contrarsi solo molto debolmente durante la sistole. Sul grafico, possiamo vedere vicino al punto di origine, la breve lunghezza delle fibre miocardiche corrisponde a una bassa forza contrattile.
Mentre i ventricoli si riempiono di più sangue che ritorna attraverso le vene, le loro pareti si allungano sempre di più e questo allunga anche ogni singolo sarcomero nelle cellule muscolari., Ciò significa che c’è più spazio e nessuna sovrapposizione di actina che consente a più teste di miosina di interagire correttamente con l’actina e, di conseguenza, creare più forza o tensione durante la contrazione. Guardando il grafico, questo farebbe muovere la nostra curva costantemente verso l’alto con forza crescente in quanto aumenta il volume. Questo allungamento può andare avanti fino a quando non supera un punto massimo, dopo di che le cose iniziano a diventare troppo allungate. Ciò significa che i dischi Z sono così distanti l’uno dall’altro che c’è solo una piccola sovrapposizione tra filamenti di actina e miosina e l’actina fuori dalla portata della miosina., Di conseguenza, c ” è una diminuzione del numero di teste di miosina che riescono a collegare a actina e tirarlo verso la linea M. Ciò porta ad una diminuzione della forza di contrazione, quindi la curva inizia a cadere di nuovo.