本章内容与2023年CICM初级考试大纲的第G3(i)部分相关，该部分要求考生“解释Frank-Starling机制及其与兴奋-收缩偶联的关系”。值得注意的是，学院考官从未试图直接利用这一大纲条目出题，尽管它确实作为其他问题的“碎片”出现。这主要令人惊讶，因为该主题是心血管生理学的基础，并且有一个便于出题的图表（只需要求考生绘制并标注）。
总结如下：
- Frank-Starling机制是一种内在的心脏自身调节机制。
- 该机制确保每搏输出量随舒张末期容积的变化而成比例变化。
- 其背后的分子机制尚不明确，但被认为是因为：
- 心肌细胞拉伸增加，使收缩蛋白丝之间的距离更近。
- 这增加了它们对钙离子的敏感性。
- 肌节蛋白对钙的敏感性增加，导致收缩力增强，而无需额外的钙离子。
- Frank-Starling机制在功能上具有重要意义，因为它比其它调节机制作用更快（一个心动周期内即可完成），因此：
- 在呼吸周期中，当前负荷变化时，它能匹配左右心室的输出量。
- 它平滑了由运动或体位变化引起的前负荷改变所导致的心输出量波动。
- 它补偿了心率的短暂变化，例如期前收缩后的停顿。
关于病理生理学对Frank-Starling关系的影响，最好的免费资料是Jacob等人（1992年）的著作，内容全面且包含精美的图表。Mann在《Data Interpretation in Anaesthesia》中的章节也很出色，因为它以问答形式呈现，类似于口试环节。如果你在阅读了这二十页文字和参考文献后仍不愿放弃这个主题，那么你古怪的需求将由Keurs和Noble（1988年）的著作来满足——这是一本关于长度-张力关系的长达150页的书籍。此外，还有大约十篇题为“Studies on Starling's law of the heart”的文章，发表在1960年至1964年的《Circulation》杂志上，它们包含了更多关于该主题的变体（即你能想到的心脏变量和瓣膜病理的各种组合）。在考试准备过程中，实际阅读所有这些文献是毫无意义的（而且可能有害），将它们留在这里纯属装饰性目的，就像一碗塑料水果。
Frank-Starling定律
这个名称可能不准确，因为无论是Ernest Frank还是Otto Frank都没有发现它。它可能早在三十或六十年前就被注意到了。显然，在1866年，Elias Cyon在他折磨的青蛙心脏中首次注意到它，但他没有记录下来，因此不算数。同样，Bowditch在19世纪30年代记录了这一现象，尽管他注意到心室处理容积时的某些“特性”，但他没有在其论文中提及。
总之，Starling对这一现象的首次描述非常冗长。1920年，他写道：
“纤维的长度越长，因此在其开始收缩时其纵向收缩元件的表面积越大，那么在其收缩过程中以收缩应力形式产生的能量就越大，所涉及的化学变化也就越广泛。我将心脏纤维长度与收缩力之间的这种关系称为‘心脏定律’。”
《生理学杂志》的编辑显然让Starling和Visscher（1926年）将其精简为更易理解的形式，类似于现代版本：
“心脏的舒张期容积越大……其收缩的能量就越大。”
不幸的是，现代版本的数量与生理学领域的作者一样多；但至少它们只在措辞上略有不同。“舒张期容积”偶尔会被其他术语取代，如“前负荷”、“压力”、“肌节拉伸”、“长度”等；“收缩的能量”则偶尔被“力”、“强度”、“张力”或更易测量的指标如心输出量或每搏输出量取代。没有任何作者群体给出证据表明特定语言选择的重要性，这意味着你可以将它们排成网格，随机选择任何组合：
| 随机定义生成器矩阵 用于Frank-Starling关系 |
前负荷 | 肌节长度 | 拉伸 | 舒张期容积 |
|---|---|---|---|---|
| 力 | ||||
| 强度 | ||||
| 张力 | ||||
| 心输出量 | ||||
| 每搏输出量 | ||||
| 能量 |
无论如何，这一切都归结为心脏充盈与心脏收缩之间的关系。Frank-Starling定律是观察到心脏输入与输出相匹配的观察结果；它是对内在心脏自身调节机制的描述。这是心肌的一个基本且古老的特征；所有脊椎动物的心脏，甚至可能包括昆虫的心脏，都具备这种能力，这很可能使其成为构建任何循环系统的基本工程规格。
舒张末期容积与每搏输出量的关系
在考试场景中，一位毫无准备的考生面对诸如“定义Frank-Starling定律”这样的问题时，应立即抓起一张纸并画出这个图表：
这是一个由Sarnoff和Berglund于1954年发表的图表的简化版本，其中通过缺血（他们基本上夹闭了冠状动脉）来控制狗心脏的收缩性：
这些是“心室功能曲线”，将在别处讨论。这里只需说明：
- 每搏输出量随舒张末期容积的增加而增加。
- 这种关系不是线性的，在高舒张末期容积时趋于平台。
- 收缩性增加会提高任何给定舒张末期容积下的每搏输出量。
- 收缩性差时，每搏输出量可能随着舒张末期容积的增加而开始下降。
Frank-Starling关系的细胞机制
如果作者引用更多1960年代以后发表的论文，可能会大大增加本资源的可信度。Solaro（2007年）给出了一份非常简短的编辑概述，对于普通读者来说已经足够。Zhang（2016年）有一篇关于该主题的完整博士论文，可供EThOS注册会员使用。在详细程度上居中的是Fuchs（2002年），它在深度和广度上取得了令人满意的折衷，但你需要购买《Molecular Control Mechanisms in Striated Muscle Contraction》才能阅读。我们已努力将这些优秀著作提炼成简短易记的要点形式，如下所示：
- 主要的潜在机制是，随着肌节长度的增加，肌节以某种方式对钙变得更敏感，从而其收缩力随之增加。
- 关于这一过程如何发生，有多种相互竞争的理论，且每种理论都存在某种严重问题。
- 一种主流理论是：
- 心肌细胞呈圆柱形。
- 通过拉伸（增加其长度）而不改变其体积，使其变得更细。
- 这意味着所有粗丝和细丝现在更靠近了。
- 因此，产生力的横桥反应的所有分子试剂都更接近了。
- 这应该会增加此类反应发生的可能性，而无需增加试剂（即钙离子）的浓度。
- 这种丝间距离的减小已在实验中得到证实，但没有人能够实际证明这些丝对钙离子做了它们应该做的事情。
- 此外，并非所有人都能证明丝间距离的减小与收缩性增加相关。
- 尽管存在这些主要的可信度缺陷，但这一假设在所有主要教科书中都有呈现，对于考生来说，用它作为答案相对安全，因为考官不太可能意识到任何争议。
Frank-Starling机制与理解横纹肌长度-张力关系所需的一般概念密切相关。无需重复整个肌肉骨骼生理学章节，后者可以总结为：肌肉能够产生的力量取决于其被拉伸的程度，并且存在一个最佳长度，此时力量最大。这里骨骼肌与心肌的主要区别在于，心肌的长度-张力反应曲线要陡峭得多，这主要是因为随着拉伸增加，钙敏感性增加。
Frank-Starling机制的功能意义
该机制的主要原因是需要使心脏输出与左右心输出量的持续变化相匹配，并快速（一个心动周期内）适应前负荷条件的突然变化。为了说明这一点，让我们考虑一个荒谬的场景：没有Frank-Starling机制。如果每搏输出量在负荷条件变化时保持不变，那么随着前负荷增加，心室将可怕地扩张。如果右心增加输出而左心没有，那么血液将在肺循环中积聚。同样，如果右心室减少输出，而不调整肺血流量，左心室将迅速排空肺循环。
因此，以异常简洁的要点形式，Frank-Starling机制的主要功能意义是：
- Frank-Starling机制平滑了心输出量的波动，因为每搏输出量的调整比自主神经系统或其他调节机制所能实现的更快。
- 两个主要功能是匹配右心室和左心室的心输出量，以及快速适应前负荷的变化。
- 左心室每搏输出量对右心室每搏输出量的适应（Jacob et al, 1992）：
- 在正常呼吸周期中，左右心室的前负荷会发生变化。
- 在某些条件下，例如呼吸用力增加或容积突然变化（Franklin et al, 1962），右心的输出量可能相对于左心增加或减少。
- Frank-Starling机制确保左心室以与右心相同的方式调整其输出，从而使肺血容量不增加或减少。
- 心输出量对前负荷突然变化的适应（Chaui-Berlinck et al, 2017）：
- 由于心率变化引起的舒张末期容积变化，例如期前收缩后的延迟。
- 与身体姿势相关的静脉回流变化。
- 突然剧烈运动时的静脉回流变化（Horwitz et al, 1972）：
- 运动时，静脉回流增加：
- 交感神经系统产生血管收缩。
- 肌肉泵增加静脉血管阻力。
- 这两种效应均增加了平均体循环充盈压。
【全文结束】