Frank-Starlings lag

Kurs: Basvetenskap 5 Moment 1

Vad är det?

• Hjärtats grundläggande självregleringsmekanism: ju mer kammaren fylls under diastole, desto kraftigare kontraherar den och desto större blir slagvolymen — inom fysiologiska gränser.
• Formuleras ofta som att slagvolymen är en funktion av preload (uttryckt som slutdiastolisk volym, slutdiastoliskt tryck eller sarkomerlängd).
• Kallas också hjärtats längd-spänningsförhållande och är hjärtmuskelns motsvarighet till skelettmuskelns längd-spänningskurva — men med en avgörande skillnad (se nedan).

Varför är det viktigt / Mekanism

• Molekylär förklaring — tre samverkande mekanismer, varav den första är den klassiska och de två senare de moderna:
  1. Optimal överlappning mellan aktin och myosin. Hjärtmuskelns sarkomerer arbetar normalt vid 1,8–2,0 µm, alltså på den uppåtgående delen av längd-spänningskurvan, inte vid optimum (~2,2 µm). Sträckning flyttar dem närmare optimum → fler korsbryggor kan bildas.
  2. Ökad kalciumkänslighet hos troponin C vid sträckning — detta är i dag den viktigaste förklaringen. Sträckning minskar avståndet mellan tjocka och tunna filament och ökar troponin C:s affinitet för Ca²⁺, så samma kalciumfrisättning ger fler aktiverade korsbryggor. Det är alltså inte främst mer kalcium, utan bättre utnyttjande av det kalcium som finns.
  3. Titin som molekylär fjäder bidrar till att omvandla sträckning till kraft och till den restoring force som underlättar diastolisk fyllnad.
• Varför faller inte kurvan av? I skelettmuskel finns en tydlig nedgående del av kurvan vid översträckning. Hjärtmuskeln är däremot extremt stel bortom ~2,3 µm — Kollagen i extracellulärmatrix och titin motstår ytterligare sträckning. Därför är den klassiska “nedgående delen” av Frank-Starling-kurvan i praktiken inte en fråga om sarkomeröversträckning utan om att kammaren dilaterat och geometrin försämrats (ökad radie → högre väggspänning enligt Laplace → högre syrebehov och sämre effektivitet). Detta är patofysiologin vid dilaterad Kardiomyopati och avancerad Hjärtsvikt.
• Den funktionella poängen — tre saker som lagen automatiskt ordnar utan nervös eller hormonell inblandning:
  • Matchning av höger och vänster kammare. Om höger kammare pumpar mer än vänster ökar lungvenreturen → vänster kammare fylls mer → pumpar mer. Kamrarna kalibrerar varandra slag för slag. Utan detta skulle den ena sidan svämma över inom några minuter.
  • Anpassning till varierande venöst återflöde vid lägesändring, andning och ansträngning.
  • Slag-till-slag-anpassning vid arytmi: efter en lång diastole (t.ex. efter ett extraslag) blir fyllnaden större → nästa slag kraftigare. Detta är förklaringen till postextrasystolisk potentiering och till pulsus alternans vid svår hjärtsvikt.
• Frank-Starling-kurvans läge bestäms av kontraktiliteten — och detta är den enskilt viktigaste kliniska distinktionen:
  • Rörelse längs samma kurva = förändrad preload (vätska, blödning, lägesändring, diuretika).
  • Skift till en ny kurva = förändrad kontraktilitet (sympatikusaktivering, inotropa läkemedel, ischemi, hjärtsvikt).
  • Att kunna skilja dessa två är exakt vad man gör vid sängkanten hos en chockpatient: är problemet volym eller pump?

Klinisk relevans & Diagnostik

• Vätskeresponsivitet på intensivvårdsavdelningen är Frank-Starling i praktiken. En patient på den branta delen av kurvan svarar på vätska med ökad slagvolym; en patient på den platta delen får bara ökat fyllnadstryck, ödem och sämre gasutbyte. Statiska mått (CVP) är dåliga prediktorer; dynamiska mått är bättre: pulstrycksvariation, slagvolymsvariation, passiv benlyftning eller ett vätskebolustest med slagvolymsmätning. Principen “ge vätska bara om patienten är vätskeresponsiv” är direkt härledd ur kurvan.
• Hjärtsvikt: kurvan är nedåt- och högerskiftad. Kroppen kompenserar med RAAS-aktivering och vätskeretention för att komma längre ut på kurvan, men eftersom kurvan är platt köper man mycket litet slagvolym för priset av kraftigt ökat fyllnadstryck → lungstas. Detta är precis varför diuretika förbättrar symtomen utan att förbättra pumpfunktionen — man flyttar patienten bakåt längs en platt kurva och sänker fyllnadstrycket där det gör mest nytta.
• Klaffsjukdom: kronisk Mitralisinsufficiens och Aortainsufficiens ger volymbelastning som initialt kompenseras via Frank-Starling med excentrisk hypertrofi. Symtomfriheten kan vara långvarig — och därför baseras operationsindikation på objektiva mått (EF, kammardiameter) och inte bara på symtom, eftersom kammaren dekompenserar irreversibelt om man väntar för länge.
• Perikardtamponad och konstriktiv Perikardit: det är fyllnaden som begränsas mekaniskt, alltså preload — kontraktiliteten är intakt. Behandlingen är därför att avlägsna hindret, inte att ge inotropi.
• Höger kammare är särskilt Starling-beroende och tolererar akut afterloadökning dåligt. Vid massiv Lungemboli kan höger kammare dilatera och svikta, och överdriven vätsketillförsel förvärrar genom septumförskjutning som försämrar vänsterkammarfyllnaden.
• Anestesiologiskt: positiv övertrycksventilation minskar venöst återflöde → minskad preload → blodtrycksfall vid intubation, särskilt hos hypovolema patienter. Samma mekanism gör att PEEP kan sänka hjärtminutvolymen.

Klinisk pärla

Frågan “ska den här patienten ha vätska?” är i grunden frågan “var på Frank-Starling-kurvan befinner sig patienten?”. På den branta delen är vätska livräddande; på den platta delen är samma vätska skadlig. Eftersom kurvans form skiljer sig helt mellan en frisk och en sviktande kammare finns inget universellt svar — och det är därför dynamiska mått på vätskeresponsivitet slagit ut de statiska trycken.

Tenta-fokus

Mekanismen är främst ökad kalciumkänslighet hos troponin C vid sträckning, inte bara filamentöverlappning — en vanlig uppdateringsfråga. Preload rör sig längs kurvan; kontraktilitet skiftar kurvan. Lagen förklarar hur höger och vänster kammare matchar varandra automatiskt. Vid hjärtsvikt är kurvan platt → diuretika lindrar symtom utan att öka slagvolymen. Postextrasystolisk potentiering och pulsus alternans är Starling-fenomen.

Kopplingar

Relaterat: Slagvolym, Kontraktilitet, Hjärtcykeln, Hjärtsvikt, Preload, Afterload, Troponin, Muskelfysiologi, Kardiogen chock, RAAS-systemet