För mer än ett sekel sedan upptäckte två fysiologer, Otto Frank och Ernest Starling att när hjärtat fylls med mer blod under diastole, kontraherar det hårdare och pumpar ut mer blod under systole. Så de kom upp med Frank Starling-lagen för att förklara detta förhållande.
för att förstå detta förhållande, låt oss zooma in i ventriklernas vägg. Huvuddelen av dessa väggar består av korta, grenade hjärtmuskelceller packade bredvid varandra., Zooma in ytterligare, om vi tittar inuti muskelcellerna ser vi buntar av myofibriller eller långa kedjor av sarcomeres. Sarcomere är den minsta strukturen i muskeln som kan kontrahera så det anses vara muskels grundläggande kontraktila enhet. Sarcomere har två z-skivor som bildar sin gräns och en m-linje i mitten. Fäst på Z-skivan är tunna filament gjorda av aktinprotein. Dessa aktinfilament har strukturell polaritet vilket innebär att båda ändarna av filamentet ser annorlunda ut., Vi kan tänka på det som en pil med den spetsiga änden som ” minusänden ”pekar mot m-linjen och svansänden är” plusänden ” fäst på Z-skivan. Precis som en pil kan aktinfilamentet bara röra sig i en riktning: den riktning den pekar på. Fäst vid m-linjen är myosinfilamenten som är tjocka buntar av myosinproteiner med två globulära huvuden. Under en muskelkontraktion griper myosinhuvudena på aktinfilamenten och drar dem mot m-linjen som för de två z-skivorna närmare varandra.,
totalt sett, mängden spänning som utvecklats, eller kraften av muskelkontraktion under systole, beror på antalet myosinhuvuden som binder till aktin. Och detta nummer beror direkt på längden på den överlappande sektionen mellan aktin och myosinfilament. Längden på den överlappande sektionen beror på sarcomerens totala längd. Och längden på sarcomere beror på hur mycket blod fyller ventrikeln under diastole – eftersom det påverkar hur sträckt ut den totala muskelväggen och varje sarcomere inom det hamna., Detta förhållande är känt som förhållandet mellan hjärtlängd och spänning och det kan visas med denna graf, med sarcomere längd eller den ventrikulära slutdiastoliska volymen på X-axeln och spänningen eller trycket som utvecklats inom ventrikeln, under deras sammandragning eller systole, på Y-axeln.
så låt oss föreställa oss att ventriklerna är mestadels tomma, med nästan inget blod i dem. Det skulle innebära att det inte finns något som sträcker musklerna i ventrikelväggen, så längden på sarcomeres är verkligen kort., Vid denna längd dras de två z-skivorna nära var och en och det finns inte mycket utrymme för ytterligare sammandragning. Dessutom korsar aktinfilamenten från var sida av sarcomere m-linjen och överlappar varandra. Eftersom aktin endast kan dras i en riktning-mot mittlinjen måste myosin fästa och dra aktinfilamentet med rätt strukturell polaritet: den som pekar i samma riktning som myosinet drar. Så, när aktinfilamenten överlappar varandra, förhindras myosin från att binda till sin egen aktinfilament av aktinfilament från andra sidan med fel polaritet., Som ett resultat görs mycket få myosin – aktin-bilagor och cellerna kan bara komma i kontakt med mycket svagt under systolen. På grafen kan vi se nära ursprungspunkten, den korta längden av myokardfibrer motsvarar en låg kontraktil kraft.
När ventriklarna fyller med mer blod som återvänder genom venerna, blir deras väggar mer och mer sträckta och det sträcker sig ut varje enskild sarcomere i muskelcellerna också., Detta innebär att det finns mer utrymme, och ingen aktin överlappande vilket gör att fler myosin huvuden att korrekt interagera med aktin och som ett resultat, skapa mer kraft, eller spänning, under sammandragning. Titta på grafen, detta skulle göra vår kurva rör sig stadigt uppåt med ökande kraft som det finns ökande volym. Denna sträckning kan fortsätta tills den överstiger en maximal punkt, varefter sakerna börjar bli för utsträckta. Det betyder att Z-skivorna är så långt ifrån varandra att det bara finns liten överlappning mellan aktin och myosinfilament och aktin kommer utom räckhåll från myosin., Som ett resultat finns det ett minskat antal myosinhuvuden som lyckas fästa vid aktin och dra den mot m-linjen. Detta leder till en minskad kraft av sammandragning, så kurvan börjar falla av igen.