第九章 Frank－Starling定律
1895年，F(xiàn)rank報(bào)道了他將骨骼肌的機(jī)械性能和心肌相聯(lián)系的研究結(jié)果。1914年，Starling在劍橋做了關(guān)于心臟規(guī)律的講座，根據(jù)Frank和他們自己的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，他認(rèn)為，心臟的規(guī)律總體上和肌肉組織一樣，心臟收縮釋放的能量是肌纖維長(zhǎng)度的函數(shù)。他的這種認(rèn)識(shí)，得到世界各國(guó)的高度重視，稱(chēng)為Frank－Starling心臟做功定律。
一、Frank的實(shí)驗(yàn)研究
1895年，F(xiàn)rank發(fā)表了著名論文“心肌動(dòng)力學(xué)”，他將離體骨骼肌所具有的長(zhǎng)度－張力關(guān)系和心肌相聯(lián)系，研究心肌收縮與肌纖維長(zhǎng)度的關(guān)系（長(zhǎng)度－張力關(guān)系）。Frank研究了離體心肌，結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)伸展離體心肌條，其長(zhǎng)度增加，它能產(chǎn)生的主動(dòng)張力（收縮力）就較大；超過(guò)某一范圍后再繼續(xù)伸展，所產(chǎn)生的主動(dòng)張力減小；肌肉松弛到?jīng)]有張力的靜息長(zhǎng)度，主動(dòng)收縮極少。他又在蛙心的實(shí)驗(yàn)研究中證實(shí)，在一定范圍內(nèi)，蛙心的收縮力隨著心室充盈壓力（前負(fù)荷）的增加而增加。他的研究著重強(qiáng)調(diào)了心肌收縮之前的壓力刺激（心室充盈壓，前負(fù)荷，纖維長(zhǎng)度）與其收縮力之間的相關(guān)性。他還提出了計(jì)算心臟做功的公式“W＝P·V＋（1/2mv2）”（W為心臟每搏收縮做功，P為平均主動(dòng)脈壓，V為每搏量，1/2mv2為心臟收縮出的血液所具有的動(dòng)能）－Frank方程。
二、Starling的實(shí)驗(yàn)研究
1914年，Starling及其同事報(bào)告了他們研究離體心臟對(duì)肌纖維初長(zhǎng)度和張力改變的反應(yīng)結(jié)果，探討心臟做功和心室充盈壓力與容積，或謂每搏量和心輸出量與靜脈回心血量之間的關(guān)系。他們證實(shí)：在一定范圍內(nèi)增加靜脈回心血量引起心室充盈壓力增加時(shí)，心輸出量隨著心室充盈壓力的增加而增加；與此相反，主動(dòng)脈阻力即使顯著增高，心輸出量也保持不變。他們認(rèn)為，增加靜脈回心血量，提高心室充盈壓（前負(fù)荷），可使整個(gè)心臟的肌肉受到伸展，其情況和Frank實(shí)驗(yàn)中離體心肌受到伸展時(shí)的情況一樣，心肌纖維長(zhǎng)度增加引起了心臟收縮力增強(qiáng)；在總結(jié)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果、解釋心臟搏動(dòng)的調(diào)節(jié)時(shí)，得出如下推論：心輸出量和靜脈回心血量相同，并由靜脈回心血量決定，且可在很大范圍內(nèi)根據(jù)流入量的變化而增減。
完整心臟的心肌纖維長(zhǎng)度和張力無(wú)法直接測(cè)定，但心臟的容積取決于心肌纖維的長(zhǎng)度，而心肌纖維的張力決定心室腔內(nèi)壓力。所以在心臟生理學(xué)和臨床研究表達(dá)心臟壓力－容積關(guān)系的壓力－容積環(huán)中，人們用心室舒張末期容量（EDV）來(lái)代表心肌纖維的長(zhǎng)度，以心室腔內(nèi)壓力代表心肌纖維的張力。將上述推論簡(jiǎn)述為：靜脈回心血量越多，EDV越大（在生理限度范圍內(nèi)），心臟收縮力越強(qiáng)。這一結(jié)論被“公認(rèn)”為是心臟搏動(dòng)做功的規(guī)律。對(duì)此，也有人將之表述為靜脈回心血量越多，心輸出量就越多；心臟做功決定于靜脈回心血量；前負(fù)荷調(diào)節(jié)心臟收縮的強(qiáng)度等。這就是生理學(xué)中著名的Frank－Starling現(xiàn)象，“異長(zhǎng)自身調(diào)節(jié)”，F(xiàn)rank－Starling心臟做功定律，簡(jiǎn)稱(chēng)Starling定律。
根據(jù)Starling定律，一定的前負(fù)荷范圍內(nèi)心室舒張末期容量越大，心室肌初長(zhǎng)度越長(zhǎng)，心肌收縮力越強(qiáng)，相應(yīng)的心輸出量就越多，能使心室產(chǎn)生最強(qiáng)收縮的前負(fù)荷或心肌初長(zhǎng)度稱(chēng)為最適前負(fù)荷或者最適初長(zhǎng)度（圖9－1）。
對(duì)不同大小心室射血過(guò)程中心室腔大小、受力和壓力等參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，可以清楚地看出心腔容積增大對(duì)泵功能的負(fù)面影響，這種影響由物理學(xué)定律所決定的。心腔容積的變化對(duì)心輸出量同時(shí)存在正負(fù)兩方面影響。在生理?xiàng)l件下，有利的影響是主要的，心室可隨時(shí)調(diào)節(jié)每搏輸出量，以保證心室容積的穩(wěn)定。但是隨著心腔擴(kuò)大，負(fù)面影響將變突出，使泵功能下降，能量消耗增加。充血性心力衰竭時(shí)，心臟無(wú)一例外均表現(xiàn)心腔異常擴(kuò)大，而治療過(guò)程中心功能的改善也伴隨著心腔的縮小。
圖9－1 前負(fù)荷或肌肉初長(zhǎng)度對(duì)肌肉最大張力的影響
心臟這種不需要神經(jīng)和體液因素參與的自身調(diào)節(jié)機(jī)制在泵血功能中的作用，還可通過(guò)“心室功能曲線”的測(cè)定得到進(jìn)一步的說(shuō)明（圖9－2）。心室功能曲線反映左室舒張末期容量或充盈壓（前負(fù)荷）與心室搏功的關(guān)系。心室功能曲線大致可分為三段：①充盈壓12～15mmHg是人體最適前負(fù)荷，位于其左側(cè)的一段為功能曲線的升支；表明在初長(zhǎng)度達(dá)到最適前負(fù)荷之前，搏功隨初長(zhǎng)度的增加而增加。通常左室充盈壓為5～6mmHg，可見(jiàn)正常心室是在功能曲線的升支段工作，也表明心室具有較大程度的初長(zhǎng)度儲(chǔ)備。②充盈壓在15～20mmHg范圍內(nèi)，曲線漸趨平坦，說(shuō)明前負(fù)荷在上限范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)對(duì)泵血功能影響不大。③充盈壓高于20mmHg后，曲線平坦，或輕度下傾，但并不出現(xiàn)明顯降支，說(shuō)明正常心室充盈壓即使很高，搏功基本不變或僅輕度減少（圖9－2）。
圖9－2 心室功能曲線
心室舒張時(shí)接受靜脈回心血量的多少受下列因素影響：①心室充盈時(shí)間。心室充盈時(shí)間均為心室舒張期的時(shí)程與等容舒張時(shí)程之差。當(dāng)心率增快時(shí)，心室舒張期和充盈時(shí)間均縮短，心室充盈減少，搏出量就降低。②靜脈回流速度。在心室充盈時(shí)間不變的情況下，靜脈內(nèi)血液通過(guò)心房進(jìn)入心室的速度越快，心室充盈量就越大，搏出量增大。反之，靜脈回流速度減慢，心室充盈量減少，搏出量降低。靜脈回流受體位變化、胸腔負(fù)壓、血容量以及靜脈系統(tǒng)收縮與舒張（張力）間平衡的影響。③心包內(nèi)壓。正常情況下心包有助于防止心室過(guò)度充盈。④心室順應(yīng)性。心室在單位壓力作用下所引起的容積改變。
三、小結(jié)
心臟做功是心肌纖維初長(zhǎng)度的函數(shù)。在一定范圍內(nèi)，心肌的初長(zhǎng)度越長(zhǎng)，心臟做功越多。靜脈回心血量越多，心輸出量就越多；心臟做功決定于靜脈回心血量；前負(fù)荷調(diào)節(jié)心臟收縮的強(qiáng)度。
（管向東）
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