O sistema cardiovascular depende de diferentes mecanismos fisiológicos complexos para seu funcionamento adequado. O aparato inclui ferramentas musculares e mecânicas importantes para a manutenção do equilíbrio do retorno venoso, enchimento ventricular, volume diastólico e sistólico, dentre outros. Uma delas se destaca, porém, por ser relativamente simples: a lei, ou mecanismo, de Frank-Starling, descoberta entre o século XIX e XX por fisiologistas alemães e britânicos.
O mecanismo de Frank-Starling é uma importante resposta fisiológica de curto prazo, baseada na relação comprimento-tensão do músculo cardíaco. Esta relação atua sobre a força de contração muscular, permitindo que o miocárdio saudável seja capaz de bombear qualquer quantidade de sangue que chegue ao coração, sendo necessário, para seu funcionamento: que a contração das células cardíacas seja forte, ocorrendo em intervalos regulares e sincronizados; que as valvas se abram completamente e não regurgitem o sangue; e que o ventrículo se encha corretamente durante a diástole.
A descoberta do mecanismo
Apesar de ser nomeada em homenagem a Otto Frank e Ernest Starling, vários outros cientistas estão envolvidos na descoberta dessa lei. No século XIX, Carl Ludwing descreveu a descoberta da relação entre o funcionamento do coração e o volume diastólico, e seus resultados foram essenciais para que Sir Michael Foster afirmasse, em estudo, que um ventrículo cheio se contrai com mais força que um ventrículo com volume reduzido, ainda que não soubesse ao certo a fisiologia desse mecanismo. Em 1884, William Howell publicou um artigo onde descrevia a relação entre o aumento da força da contração ventricular quando se elevava o retorno venoso.
No final desse século, Otto Frank, aluno de Ludwing, estudou termodinamicamente o funcionamento do coração, expandindo o conhecimento sobre a função mecânica do miocárdio na regulação da força sistólica. Com tantas evidências da autorregulação cardíaca sobre o bombeamento sanguíneo, Ernest Starling, já no século XX, estudou o coração de um cachorro em busca de respostas que unissem os diversos estudos publicados até então. Ele obteve sucesso, e publicou diferentes artigos em 1914, 1918 e 1923, onde descreviam a relação mecânica entre o enchimento ventricular, o aumento do estiramento muscular e a força de contração do miocárdio, culminando na lei que hoje tem o seu nome.
A fisiologia da lei de Frank-Starling
A fisiologia do Mecanismo de Frank-Starling é relativamente simples. Imagine que o ventrículo vai se enchendo, fazendo com que os músculos cardíacos se estirem e queiram voltar ao seu estado de repouso. Com isso, quanto mais cheio o ventrículo, maior é a disposição muscular de voltar a esse estado, aumentando a intensidade da força de contração. Dessa forma, o coração consegue bombear todo o volume sanguíneo presente no ventrículo. Esse processo de aumento da força de contração, devido à evolução do estiramento, chama-se tensão passiva, um processo que ocorre de forma ainda mais intensa no músculo cardíaco do que nos músculos esqueléticos (figura 1A).
Mas esse não é único meio pelo qual a lei atua. Também acontece uma elevação da sensibilidade das células musculares aos íons de cálcio (Ca++) à medida que o músculo é estirado pelo conteúdo ventricular. Quanto maior o estiramento, mais cálcio entrará na célula; como o cálcio é essencial no processo de contração muscular, o aumento da sua concentração proporciona maior força de contração, em especial quando se chega à saturação celular. É importante ter em mente que o músculo cardíaco precisa de menos concentração de Ca++ do que músculos esqueléticos, para atingir sua capacidade total de contração.
Ainda há uma terceira ferramenta fisiológica que auxilia o mecanismo: à medida que o músculo cardíaco se estira, o espaço entre as fibras musculares grossas e finas é reduzido, permitindo maior proximidade entre as moléculas de miosina e actina. Quanto mais próximas estão, maior é o número de interações entre elas. Como a relação entre essas duas moléculas leva à contração do músculo, o aumento de interações resulta em maior força de contração. Em resumo, o enchimento do ventrículo é o gatilho para todo o processo de aumento da força de contração cardíaca. Primeiro, por causa da tensão passiva do músculo cardíaco, depois, pela maior entrada de cálcio nas células musculares devido ao aumento da sensibilidade ao íon Ca++. Por fim, ainda eleva a possibilidade de interações entre actina e miosina no espaço interfibrilar, reduzido pelo estiramento. Com isso, o coração não precisa de um controle nervoso nem hormonal constante para bombear o sangue. Todo esse processo fisiológico do mecanismo de Frank-Starling resulta na ampliação do volume sistólico em resposta ao aumento do volume diastólico final.
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Referências:
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