Il y a plus d’un siècle, deux physiologistes, Otto Frank et Ernest Starling ont découvert que lorsque le cœur se remplit de plus de sang pendant la diastole, il se contracte plus fort et pompe plus de sang pendant la systole. Ils ont donc proposé la loi Frank Starling pour expliquer cette relation.
pour comprendre cette relation, zoomons sur la paroi des ventricules. La majeure partie de ces parois est constituée de cellules musculaires cardiaques courtes et ramifiées emballées les unes à côté des autres., En zoomant plus loin, si nous regardons à l’intérieur des cellules musculaires, nous voyons des faisceaux de myofibrilles, ou de longues chaînes de sarcomères. Le sarcomère est la plus petite structure dans le muscle qui est capable de contracter de sorte qu »il est considéré comme l » unité contractile de base du muscle. Le sarcomère a deux disques Z qui forment sa limite et une ligne M au milieu. Attachés au disque Z sont des filaments minces en protéine d’actine. Ces filaments d’actine ont une polarité structurelle, ce qui signifie que les deux extrémités du filament sont différentes., Nous pouvons le penser comme une flèche avec l’extrémité pointue étant la « extrémité moins », pointant vers la ligne M, et l’extrémité arrière étant la” extrémité plus », attachée au disque Z. Tout comme une flèche, le filament d’actine ne peut se déplacer que dans une direction: la direction vers laquelle il est pointé. Attachés à la ligne M sont les filaments de myosine qui sont des faisceaux épais de protéines de myosine avec deux têtes globulaires. Lors d’une contraction musculaire, les têtes de myosine s’agrippent aux filaments d’actine et les tirent vers la ligne M qui rapproche les deux disques Z.,
dans l’ensemble, la quantité de tension développée, ou la force de contraction musculaire pendant la systole, dépend du nombre de têtes de myosine qui se lient à l’actine. Et ce nombre dépend directement de la longueur de la section de chevauchement entre les filaments d’actine et de myosine. La longueur de la section qui se chevauche dépend de la longueur totale du sarcomère. Et la longueur du sarcome dépend de la quantité de sang qui remplit le ventricule pendant la diastole – car cela affecte la façon dont la paroi musculaire globale est étirée et chaque sarcome à l’intérieur finit par être., Cette relation est connue sous le nom de relation longueur-tension cardiaque et elle peut être montrée par ce graphique, avec la longueur du sarcome ou le volume diastolique de l’extrémité ventriculaire sur l’axe x et la tension ou la pression développée dans le ventricule, lors de leur contraction, ou systole, sur l’axe Y.
imaginons donc que les ventricules sont pour la plupart vides, avec presque pas de sang dedans. Cela signifierait qu’il n’y a rien qui étire les muscles de la paroi ventriculaire, donc la longueur des sarcomères est vraiment courte., À cette longueur, les deux disques Z sont tirés près de chacun et il n’y a pas beaucoup de place pour une contraction supplémentaire. De plus, les filaments d’actine de chaque côté du sarcome traversent la ligne M et se chevauchent. Puisque l’actine ne peut être tirée que dans une direction – vers la ligne médiane, la myosine doit attacher et tirer le filament d’actine avec la bonne polarité structurelle: celle qui pointe dans la même direction que celle que la myosine tire. Ainsi, lorsque les filaments d’actine se chevauchent, la myosine est empêché de se lier à son propre filament d’actine par le filament d’actine de l’autre côté avec la mauvaise polarité., En conséquence, très peu d’attaches myosine – actine sont faites et les cellules ne peuvent se contracter que très faiblement pendant la systole. Sur le graphique, nous pouvons voir près du point d’origine, la courte longueur des fibres myocardiques correspond à une faible force contractile.
Au fur et à mesure que les ventricules se remplissent de plus en plus de sang revenant dans les veines, leurs parois s’étirent de plus en plus et cela s’étend également sur tous les sarcomes des cellules musculaires., Cela signifie qu’il y a plus d’espace et qu’il n’y a pas de chevauchement d’actine, ce qui permet à plus de têtes de myosine d’interagir correctement avec l’actine et, par conséquent, de créer plus de force ou de tension pendant la contraction. En regardant le graphique, cela ferait que notre courbe se déplace régulièrement vers le haut avec une force croissante car le volume augmente. Cet étirement peut continuer jusqu’à ce qu’il dépasse un point maximal, après quoi les choses commencent à devenir trop étirées. Cela signifie que les disques Z sont si éloignés les uns des autres qu’il n’y a que peu de chevauchement entre les filaments d’actine et de myosine et que l’actine est hors de portée de la myosine., En conséquence, il y a une diminution du nombre de têtes de myosine qui parviennent à se fixer à l’actine et à la tirer vers la ligne M. Cela conduit à une diminution de la force de contraction, de sorte que la courbe commence à tomber à nouveau.