第九章 Frank－Starling定律
1895年，Frank報道了他將骨骼肌的機械性能和心肌相聯系的研究結果。1914年，Starling在劍橋做了關于心臟規律的講座，根據Frank和他們自己的實驗研究結果，他認為，心臟的規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度的函數。他的這種認識，得到世界各國的高度重視，稱為Frank－Starling心臟做功定律。
1895年，Frank發表了著名論文“心肌動力學”，他將離體骨骼肌所具有的長度－張力關系和心肌相聯系，研究心肌收縮與肌纖維長度的關系（長度－張力關系）。Frank研究了離體心肌，結果表明，在一定范圍內伸展離體心肌條，其長度增加，它能產生的主動張力（收縮力）就較大；超過某一范圍后再繼續伸展，所產生的主動張力減小；肌肉松弛到沒有張力的靜息長度，主動收縮極少。他又在蛙心的實驗研究中證實，在一定范圍內，蛙心的收縮力隨著心室充盈壓力（前負荷）的增加而增加。他的研究著重強調了心肌收縮之前的壓力刺激（心室充盈壓，前負荷，纖維長度）與其收縮力之間的相關性。他還提出了計算心臟做功的公式“W＝P·V＋（1/2mv2）”（W為心臟每搏收縮做功，P為平均主動脈壓，V為每搏量，1/2mv2為心臟收縮出的血液所具有的動能）－Frank方程。
1914年，Starling及其同事報告了他們研究離體心臟對肌纖維初長度和張力改變的反應結果，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系。他們證實：在一定范圍內增加靜脈回心血量引起心室充盈壓力增加時，心輸出量隨著心室充盈壓力的增加而增加；與此相反，主動脈阻力即使顯著增高，心輸出量也保持不變。他們認為，增加靜脈回心血量，提高心室充盈壓（前負荷），可使整個心臟的肌肉受到伸展，其情況和Frank實驗中離體心肌受到伸展時的情況一樣，心肌纖維長度增加引起了心臟收縮力增強；在總結該實驗結果、解釋心臟搏動的調節時，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，且可在很大范圍內根據流入量的變化而增減。
完整心臟的心肌纖維長度和張力無法直接測定，但心臟的容積取決于心肌纖維的長度，而心肌纖維的張力決定心室腔內壓力。所以在心臟生理學和臨床研究表達心臟壓力－容積關系的壓力－容積環中，人們用心室舒張末期容量（EDV）來代表心肌纖維的長度，以心室腔內壓力代表心肌纖維的張力。將上述推論簡述為：靜脈回心血量越多，EDV越大（在生理限度范圍內），心臟收縮力越強。這一結論被“公認”為是心臟搏動做功的規律。對此，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；前負荷調節心臟收縮的強度等。這就是生理學中著名的Frank－Starling現象，“異長自身調節”，Frank－Starling心臟做功定律，簡稱Starling定律。
根據Starling定律，一定的前負荷范圍內心室舒張末期容量越大，心室肌初長度越長，心肌收縮力越強，相應的心輸出量就越多，能使心室產生最強收縮的前負荷或心肌初長度稱為最適前負荷或者最適初長度（圖9－1）。
對不同大小心室射血過程中心室腔大小、受力和壓力等參數的計算結果，可以清楚地看出心腔容積增大對泵功能的負面影響，這種影響由物理學定律所決定的。心腔容積的變化對心輸出量同時存在正負兩方面影響。在生理條件下，有利的影響是主要的，心室可隨時調節每搏輸出量，以保證心室容積的穩定。但是隨著心腔擴大，負面影響將變突出，使泵功能下降，能量消耗增加。充血性心力衰竭時，心臟無一例外均表現心腔異常擴大，而治療過程中心功能的改善也伴隨著心腔的縮小。
心臟這種不需要神經和體液因素參與的自身調節機制在泵血功能中的作用，還可通過“心室功能曲線”的測定得到進一步的說明（圖9－2）。心室功能曲線反映左室舒張末期容量或充盈壓（前負荷）與心室搏功的關系。心室功能曲線大致可分為三段：①充盈壓12～15mmHg是人體最適前負荷，位于其左側的一段為功能曲線的升支；表明在初長度達到最適前負荷之前，搏功隨初長度的增加而增加。通常左室充盈壓為5～6mmHg，可見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度儲備。②充盈壓在15～20mmHg范圍內，曲線漸趨平坦，說明前負荷在上限范圍內變動時對泵血功能影響不大。③充盈壓高于20mmHg后，曲線平坦，或輕度下傾，但并不出現明顯降支，說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）。
心室舒張時接受靜脈回心血量的多少受下列因素影響：①心室充盈時間。心室充盈時間均為心室舒張期的時程與等容舒張時程之差。當心率增快時，心室舒張期和充盈時間均縮短，心室充盈減少，搏出量就降低。②靜脈回流速度。在心室充盈時間不變的情況下，靜脈內血液通過心房進入心室的速度越快，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、胸腔負壓、血容量以及靜脈系統收縮與舒張（張力）間平衡的影響。③心包內壓。正常情況下心包有助于防止心室過度充盈。④心室順應性。心室在單位壓力作用下所引起的容積改變。
心臟做功是心肌纖維初長度的函數。在一定范圍內，心肌的初長度越長，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；前負荷調節心臟收縮的強度。
（管向東）
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