FÍSICA MÉDICA


TÍTULO: Ley de Frank Starling


DEDICATORIA O AGRADECIMIENTO





I. ÍNDICE
(Se enlistan los subtítulos presentes en el trabajo y se asigna a cada uno la pagina en la que se encuentra.)


II. INTRODUCCIÓN
La finalidad de este trabajo es explicar brevemente cómo la ley de Frank Starling interactúa en la fisiología del corazón, revelar las patologías cuando esta ley se ve afectada centrando nuestro analisis en la insuficiencia cardíaca e ilustrar acerca de la funcionalidad de esta ley con algunos casos clínicos trascendentales.

Capítulo
Ernest Henry Starling (1866-1927) y la fisiología contemporanea
En1866, nació en Londres, Ernest Henry Starling. Su padre era abogado, trabajaba en Bombay, y regresaba a Inglaterra cada tres años. Su madre, Ellen Watkins, residía en Gran Bretaña y cuidaba de los hijos. Ernest era el mayor. Se formó en Islington (1872-1879) and en la King’s College School (1880-1882).Comenzó sus estudios de medicina en Guy’s Hospital Medical School en 1882 y se graduó en 1889. En 1885 pasó un verano en el laboratorio de Willy Kühne en Heilderberg. Desde entonces rechazó el empirismo en medicina y procuró dotar a ésta de unas bases científicas sólidas. En 1889 fue demonstrator de fisiología en el Guy’s Hospital y en 1890 empezó a trabajar también en ellaboratorio de Sir Edward Albert Sharpey-Schäfer’s (1850-1935) en el University College. Allí comenzó una relación fructífera con William Maddock Bayliss (1860-1924). Sus personalidades eran complementarias; Starling era apresurado, incauto, impaciente, agresivo, mientras que Bayliss era cauteloso, metódico y paciente. Su primer artículo conjunto apareció en 1891. Llegaron a ser familia, ya que Bayliss estaba casado con la hermana de Starling.Un año mas tarde Starling volvió a ir al continente para realizar estancias con Rudolf Heidenhain (1834-1897) en Breslau, que trabajaba en el estudio de la linfa, y con Metchnikoff en el Instituto Pasteur de París. De regreso abordó el tema de la producción de linfa, el de la permeabilidad capilar así como el efecto fisiológico de las fuerzas osmóticas. Con los resultados obtenidos, comenzó a elaborar la hispótesis de lo que hoy se conoce como “equilibrio de Starling”.Formuló su hipótesis en 1896 y explicaba la relación entre la presión hidrostatica y la presión oncótica, y el papel de estas presiones a la hora de regular el paso del líquido a través del endotelio capilar. Se expresa de forma matematica mediante esta ecuación:

Qf = k[Pc + πi) - (Pi + πp)]
donde:
Qf = Movimiento del líquido a través de la pared capilar
k= constante de filtración para la membrana capilar
Pc = Presión hidrostatica capilar (mm Hg)
πi = Presión oncótica del líquido intersticial (mm Hg)
Pi = Presión hidrostatica del líquido intersticial (mm Hg)
πp = Presión oncótica del plasma (mm Hg)
La filtración neta se produce cuando la suma algebraica de las presioneshidrostatica y osmótica a través de los capilares es positiva, y la absorción neta cuando la suma es negativa.En 1899 aceptó la plaza de profesor de la catedra Jodrell en elUniversity College con lo que pasó a colaborar con Bayliss a tiempo completo. Ambos demostraron en 1899 el control nervioso de las ondas peristalticas y la acción muscular responsable de que el alimento progrese a través del instetino.En 1902 ambos presentaron una comunicación preliminar en la que inauguraban el amplio campo de la acción hormonal. En septiembre de 1902 apareció el artículo completo donde se hablaba del papel de la secretina, una sustancia que era lanzada a la sangre por las células epiteliales del duodeno que estimulaba la secreción pancreatica. Quedaba demostrado que la secreción del pancreas era estimulada por vía humoral y no por vía nerviosa. En 1905 Starling habló de “hormona” para referirse a un mediador químico producido por las glandulas endocrinas.En 1908 se creó un nuevo Instituto Fisiológico en el University College.
Su actividad se vio interrumpida por la guerra. Fue enviado a Tesalónica (Grecia) con ninguna posibilidad de utilizar su talento en beneficio de su país. En 1915 Starling dio su famosa conferencia Linacre sobre las leyes del corazón. Desgraciadamente fue poco crítico con sus trabajos y simplificó demasiado, corrigiendo todos estos aspectos en 1919. Durante este periodo y con la colaboración de Knowlton, Evans, Patterson y Piper, trabajó en la teoría de la regulación del trabajo cardíaco (”ley del trabajo cardíaco”). Acaró, basandose en las experiencias de Otto Frank en Munich sobrecorazones de rana, la compensación de un incremento en el aflujo de sangre al corazón y en la resistencia a su salida, utilizando para ello un ingeniosísimo preparado cardipulmonar. Sin embargo, publicó este estudio en una revista de circulación muy limitada y apenas tuvo repercusión.En 1922 aceptó el cargo de profesor de investigación de la Royal Society. Dedicó este periodo a estudiar la fisiología renal. En 1924 encontró que el agua, los cloruros, los bicarbonatos y la glucosa perdidos en el líquido filtrado excretorio, se reabsorbían en el extremo inferior de los tubulos del riñón (los glomérulos.).Aparte de los colaboradores mencionados, Starling trabajó también con G. von Anrep, el ruso Boris Babkin, los norteamericanos L.E. Bayliss hijo, J.B. Daly, L.N. Katz, Thomas Lewis, W.O. Fenn, H.S. Gasser, R. W. Gerard; y los alemanes H. Gremels, F. Eichholtz, H. Piper y E.A. Müller.
A pesar de que su salud se estropeó bastante, continuó investigando y viajando por todo el mundo. Murió en un barco durante una travesía por el Caribe el 2 de mayo de1927. Fue enterrado en Kingston, Jamaica.




Capítulo
La aplicación en la fisiología cardíaca
La ley de Frank Starling de funcionalidad cardíaca establece que los ventrículos sanos son capaces de modificar su fuerza de contracción en cada latido cardiaco en función de la precarga, que marcara la longitud de sus fibras musculares al final de la diastole.
La fuerza de contracción varía en función de la longitud inicial de las fibras musculares antes de que éstas se contraigan; este principio se mantiene en músculo cardiaco y en músculoesquelético porque depende de la posición relativa de los dos grupos de miofilamentos (gruesos y finos) dentro del sarcómero o de la unidad contractil. Una forma simple de expresar la misma ley es: “cuanta mas sangre entra en el corazón, mas sangre sale del corazón en ese latido”.
La mayor fuerza de contracción se desarrolla en el músculo cardíaco cuando los puentes de unión entre los filamentos finos y gruesos superpuestos es maxima y esto ocurre con una distensión ventricular determinada que marca una distensión concreta de las miofibrillas; pero un aumento de la presión interventricular por encima de ciertos límites (aumento de la precarga), es capaz de superar estas leyes y establecer una longitud de miofibrillas fuera de los límites de maxima capacidad; en tal situación, todo aumento de la precarga, producira una disminución de la fuerza de contracción y no un aumento de la misma; tal disminución produce, inevitablemente, una disminución del GC.
La forma sencilla de expresar este concepto es: “cuanta mas sangre entra en el corazón,
mas sangre sale del corazón en ese latido, hasta un cierto límite, cuando se supera, aunque entre mas sangre en el corazón, no saldra mas sangre en ese latido, se acumulara en el propio corazón o saldra por vía retrógrada venosa”.
Por ello, de acuerdo con la ley de Frank Starling , el aumento de la precarga provoca un aumento del volumen de eyección, de modo que a mayor distensión de la aurícula derecha, exista un mayor GC .
La permanencia en el tiempo del problema cardiaco ocasionara un agotamiento del miocardio ventricular, que, alestar sometido de forma permanente a una sobrecarga de volumen, se dilata y cumple la segunda parte de la ley de Frank Starling según la cual, una vez superado un cierto límite, cuanto mayor es el volumen de sangre en los ventrículos al final de su diastole, no sólo no hay un aumento proporcional del GC, sino que el GC disminuye. La ley de FrankStarling consigue describir así la importancia de la interacción entre precarga y fuerza de contracción.





Capítulo
Patologías al afectarse la ley de Frank Starling
Insuficiencia Cardíaca
La insuficiencia cardíaca es la resultante final de cualquier enfermedad que afecte en forma global o extensa el funcionamiento miocardico. En efecto, las enfermedades valvulares (sobrecargas hemodinamicas), la inflamación difusa del miocardio (miocarditis), la destrucción miocardica extensa (infarto del miocardio transmural de mas de 20% de la masa miocardica), la sustitución del miocardio por tejido colageno (miocardiopatía dilatada) o la hipertensión arterial sistémica (ventrículo izquierdo) o pulmonar (ventrículo derecho), pueden ser causa de insuficiencia cardíaca. En la Unión Americana la padece 1% de la población (3 millones de personas) y aparecen 400000 nuevos casos cada año. Es por ello que la insuficiencia cardíaca es un proceso que debe interesar a todo médico, pues tarde o temprano se enfrentara a pacientes que la sufren. 

FUNCION VENTRICULAR  

La función ventricular y en general, la función cardíaca global, depende de la interacción de cuatro factores que regulan el volumen de sangre expulsado por el corazón (volumen minuto). Tresde estos factores (precarga, postcarga y contractilidad miocardica), modifican el volumen que el corazón expulsa en cada latido (gasto sistólico). El cuarto factor es la frecuencia cardíaca, que variando el número de contracciones por minuto actúa directamente sobre el volumen minuto (gasto cardíaco). 

Estos mecanismos intrínsecos de la regulación de la función cardíaca estan influidos por factores neuro humorales en los que destaca la importancia del sistema nervioso simpatico y la producción de sustancias vaso activas en que desempeñan un papel de maxima importancia el riñón y la médula suprarrenal, especialmente en el contexto de la insuficiencia cardíaca. 

PRECARGA.  
LEY DE FRANK-STARLING
Se denomina precarga a la fuerza que distiende el músculo relajado y que condiciona el grado de elongación de la fibra miocardica antes de contraerse. Según la ley de Frank Starling existe una relación directa entre el grado de elongación y el acortamiento de la fibra miocardica. La precarga o fuerza que distiende el miocardio antes de contraerse esta representa da por la tensión que soporta la pared ventricular al final de la diastole, y es directamente proporcional a la presión dentro de la cavidad y al radio de la misma (a mayor volumen diastólico y/o a mayor presión habra mayor tensión, e inversamente proporcional al espesor de la pared. En este contexto, el aumento de la presión sistólica interventricular (hipertensión arterial o estenosis aórtica para el ventrículo izquierdo e hipertensión pulmonar o estenosis de la valvula izquierda e hipertensión pulmonar o estenosis de la valvulao del infundíbulo para el ventrículo derecho), o del radio sistólico (falla contractil), aumentara el estrés sistólico de la pared (postcarga) y, por el contrario, el aumento del engrosamiento sistólico de la pared ventricular (hipertrofia o efecto inotrópico positivo), reduce o normaliza el estrés parietal, o sea, la postcarga. Tanto la precarga como la postcarga se rigen por la Ley de Laplace.


La Ley de Frank Starling es el mecanismo mas importante por el que ambos ventrículos mantienen un gasto cardíaco idéntico, incluso cuando existen variaciones importantes del volumen expulsado en cada latido. La precarga depende de la volemia, del tono venoso, de la distensibilidad ventricular y de la contribución auricular al llenado ventricular.
POSTCARGA
Es la fuerza contra la que se contrae el músculo cardíaco, o de otra manera, la fuerza opuesta al vaciamiento del ventrículo. Equivale al grado de fuerza contractil que debe desarrollar el ventrículo para abrir las valvulas sigmoides y enviar sangre a la arteria aorta o pulmonar. Es directamente proporcional a la presión interventricular y al tamaño del ventrículo durante la sístole, e inversamente proporcional al espesor de la pared. 

Importante es recalcar que el estrés parietal sistólico (postcarga) es uno de los principales determinantes del consumo de oxígeno miocardico (MV02) en conjunto con la frecuencia cardíaca y la contractilidad. Todo aumento del estrés sistólico medio (estrés parietal durante toda la sístole) incrementara el MV02 y por otro lado, todo incremento del estrés sistólico maximo (el maximo estrés que hay enla sístole) se constituye en mecanismo 'gatillo' para generar hipertrofia miocardica. 

CONTRACTILIDAD
Se refiere a la capacidad intrínseca de acortamiento de la fibra muscular aislada o engrosamiento sistólico en el corazón intacto, y se puede definir como la mayor o menor fuerza que desarrolla el corazón al con traerse frente a condiciones similares de pre y postcarga. Si hay hipo contractilidad disminuye el acortamiento de la fibra miocardica aislada o el engrosamiento sistólico de la pared ventricular en el corazón intacto con la consiguiente disminución del volumen sanguíneo expulsado por latido (gasto sistólico) y por minuto (gasto cardíaco). 

La contracción de la fibra muscular se debe a la interacción de las proteínas actina y miosina , interacción mediada por el cal cio liberado desde el retículo sarcoplasmico al activarse la fibra muscular. Ademas del calcio, las sustancias beta estimulantes, como la norepinefrina liberada en las terminaciones nerviosas simpaticas, son estimulantes de la contracción miocardica. De ahí que el estado contractil miocardico de penda directamente del sistema nervioso autónomo. 

FRECUENCIA CARDIACA
El gasto cardíaco es directamente proporcional a la frecuencia cardíaca, relación que no es estrictamente lineal ya que al aumentar la frecuencia se acortan la diastole y la sístole con la consiguiente disminución del gasto sistólico. 

El sistema nervioso simpatico, a través de los receptores beta adrenérgicos, aumenta la frecuencia cardíaca y los estímulos parasimpaticos tienen un efecto opuesto. En condiciones normales la frecuenciacardíaca de pende de la interacción de ambos componentes del sistema nervioso autónomo, pero en la insuficiencia cardíaca predomina la acción del sistema simpatico. 

INTERACCION DE LOS FACTORES QUE REGULAN LA FUNCION VENTRICULAR
Los factores ya señalados regulan la función ventricular en forma coordinada estableciéndose un mecanismo de retroalimentación que tiende a mantener constante el gasto cardíaco en condiciones basales. Cuando aumenta la frecuencia cardíaca, la contractilidad o la precarga, se incrementa el gasto cardíaco; por el contrario, el aumento de la postcarga reduce el gasto cardíaco. 

CONCEPTO DE INSUFICIENCIA CARDIACA
Se puede conceptuar la insuficiencia cardíaca cuando el corazón es incapaz de realizar una contracción que permita la expulsión de la cantidad de sangre necesaria para lograr una presión de perfusión suficiente que per mita a su vez la oxigenación tisular. Este déficit de contracción ventricular puede ser debido a daño miocardico intrínseco o a una sobrecarga hemodiamica excesiva. 

INSUFICIENCIA CARDIACA COMPENSADA
Es el estado patológico en el cual se utilizan mecanismos compensadores (secreción adrenérgica, mecanismo de Frank Starling e hipertrofia miocardica), para normalizar el gasto cardíaco en un corazón insuficiente. 

MECANISMOS COMPENSADORES

Reacción adrenérgica:  
Cuando el gasto cardíaco disminuye por insuficiencia cardíaca aguda, el primer mecanismo que aparece es la estimulación adrenérgica, la cual tiene 2 efectos fundamentales: aumenta la frecuencia cardíaca (efecto cronotrópico positivo) o aumenta la contractilidad (efectoinotrópico positivo), la cual culmina con el aumento y muchas veces, la normalización del gasto cardíaco. Este mecanismo es altamente efectivo para compensar la falla contractil ventricular; su fase aguda clínicamente se manifiesta por taquicardia, palidez, oligura y piloerección. 

Mecanismo de Frank Starling.  
Si en el paciente con insuficiencia cardíaca no se normaliza el gasto cardíaco con el mecanismo adrenérgico, entonces la circulación periférica se ajusta para permitir en forma preferencial la llegada de sangre a los órganos vitales (cerebro y corazón) y sacrifica la irrigación de órganos no vitales como la piel, el sistema esplacnico y el riñón. Esta redistribución del flujo sanguíneo trae diversas consecuencias fisiopatológicas como son el desequilibrio glomerulotubular en el que el riñón mantiene su reabsorción tubular de agua y sodio a pesar de que hay una considerable reducción del filtrado glomerular, lo cual finalmente causa oliguria y retención de agua y sodio; asi mismo, la reducción del flujo sanguíneo renal estimula la macula densa y se promueve la secreción de renina plasmatica por el riñón, que cataliza la transformación de angiotensinógeno en angiotensina I, la cual mediante la acción de la enzima convertidora la transforma en angiotensina II, sustancia que tiene un poderoso efecto vasoconstrictor periférico y que, por otro lado, estimula la secreción de aldosterona, hormona que produce retención de agua y sodio y permite un aumento significativo del volumen sanguíneo y, por lo tanto, del retorno venoso. Al aumentar la cantidad de sangre que llega al corazón,aumenta el volumen y presión diastólica de los ventrículos; el aumento del volumen ventricular aumenta el estiramiento diastólico de las miofibrillas y ello, mediante el mecanismo de Frank Starling, aumenta la fuerza contractil del miocardio ventricular. 

Este mecanismo aumenta el gasto cardíaco por dos mecanismos: uno es el mencionado a través de la Ley de Starling y el otro es que sólo por el aumento del volumen diastólico se obtiene aumento del gasto cardíaco como se muestra en el siguiente ejemplo: 



I 
II 

VD 
VS 
GS 
FE
FC
GC
120 ml
90 ml 
30 ml 
25 %
90/min
2700 ml
240 
180 
60 
25% 
90/min
5400 ml



CONCLUSIONES
(Se realiza un recuento de las ideas principales tratadas en el trabajo y se expresan algunas opiniones derivadas de la reflexión y analisis del tema, las cuales pueden ser útiles para demostrar que se lograron los objetivos planteados en el inicio).


III. ANEXOS
(Opcional. Se trata de material de apoyo para profundizar el tema, como tablas, graficas, cuadros, mapas conceptuales, cuadros sinópticos, etc).




IV. BIBLIOGRAFÍA
(Se enlistan todas las fuentes de información empleadas. Se recomienda organizarlo alfabéticamente) Ejemplos

Forma basica
Apellidos, A. A., Apellidos, B. B. & Apellidos, C. C. (Fecha). Título del artículo. Título de la publicación, volumen(número), pp. xx-xx.

En caso de artículo de la web, agregar la dirección electrónica.



*NOTA
EL FORMATO DE LA MONOGRAFÍA DEBE SER ARIAL NARROW, TÍTULOS tamaño 14, negrita; CONTENIDO tamaño 12.









Review Systolic ventricular fillingFrancisco Torrent-Guaspa, Mladen J. Kocicab,*,1, Antonio Cornoc, Masashi
Komedad, James Coxe, A. Flotatsf, Manel Ballester-Rodesg, Francesc
Carreras-Costa
European Journal of Cardio-thoracic Surgery 25 (2004) 376–386

Sympatho-modulatory therapies in perioperative medicine
M. Zaugg, C. Schulz, J. Wacker, M. C. Schaub Br J Anaesth 2004;93:53-62
Triggers of perioperative myocardial ischaemia and infarction
H.-J. Priebe Br J Anaesth 2004 -20

Coronary Microvascular Dysfunction and Prognosis in Hypertrophic
Cardiomyopathy Franco Cecchi , Iacopo Olivotto, Roberto Gistri,., Roberto
Lorenzoni, Giampaolo Chiriatti, , and Paolo G. Camici,.
N Engl J Med 2003 -35.

New Concepts in Diastolic Dysfunction and Diastolic Heart Failure: Part
II Causal Mechanisms and Treatment Michael R. Zile, MD; Dirk L.
Brutsaert, MD Circulation. 2002;105:1503-1508

Diastolic Heart Failure Gerard P. Aurigemma, M.D., and William H. Gaasch,
N Engl J Med 2004;351:1097-105.



Diastolic Heart Failure — Abnormalities in Active Relaxation and Passive
Stiffness of the Left Ventricle Michael R. Zile, M.D., Catalin F. Baicu,
Ph.D., and William H. Gaasch, N Engl J Med 2004;350:1953-9.

New strategies for the management of acute decompensated heart
failure Michael M. Koerner, MD, PhD, Matthias Loebe, MD, PhD,
Kevin A. Lisman, MD, Sonny J. Stetson, BS, Javier A. Lafuente, MD,
George P. Noon, MD, and Guillermo Torre-Amione,
Current Opinion in Cardiology 2001, 16:164–173

Hypertrophic Cardiomyopathy Barry J. Maron,
A Systematic Review JAMA. 2002 -1320