Los investigadores y los médicos se refieren invariablemente a la "ley de Frank-Starling" cuando hacen referencia a un principio fundamental de la mecánica cardíaca, a saber, que un aumento del volumen sanguíneo en el corazón (a menudo llamado de forma incorrecta precarga) provoca un aumento inmediato del volumen sistólico o del desarrollo de la presión.
Los mecanismos moleculares subyacentes, que involucran la activación muscular dependiente de la longitud de los miofilamentos, son un tema de investigación contemporánea.
Otto Frank, el primer homónimo de la ley, fue un fisiólogo alemán que descubrió y formuló principios teóricos de la fisiología cardiovascular y muscular hace más de 100 años.
Muchos de los conceptos de Frank fueron validados tanto experimental como morfológicamente durante las décadas siguientes.
Su amplio conocimiento en ciencias naturales le permitió abordar problemas termodinámicos, diseñar equipos complejos y comentar críticamente sobre cuestiones metodológicas y epistemológicas, así como explorar cuestiones de fisiología.
Las áreas interrelacionadas de interés científico forman los bloques de construcción esenciales de la obra de Frank.
Los méritos científicos de Ernest Henry Starling (1866-1927), el segundo homónimo de la Ley, son ampliamente reconocidos en el campo de la fisiología y la cardiología.
Otto Frank nació en Gross-Umstadt (Odenwald, Alemania) el 21 de junio de 1865.
Asistió a la escuela primaria en Darmstadt, donde obtuvo un título de ingreso a la educación superior en 1884. Luego estudió medicina en Munich y en Kiel, y completó sus estudios con una licencia para ejercer la medicina en 1889.
Frank continuó estudiando ciencias naturales (física, matemáticas, química, zoología) y anatomía en Heidelberg, Munich, Glasgow y Strassburg.
Más tarde escribió en su curriculum vitae que había utilizado el tiempo disponible junto con sus estudios para aprender por sí mismo análisis matemático superior y mecánica analítica.
Su carrera como fisiólogo comenzó en 1891 en el renombrado laboratorio de Carl Ludwig en el departamento de química del Instituto de Fisiología de Leipzig, donde escribió una tesis doctoral experimental sobre la reabsorción de ácidos grasos.
Frank se trasladó al laboratorio de Carl von Voit en la Ludwig-Maximilians-Universität en Munich en 1892, donde presentó su tesis de habilitación "Sobre la dinámica del músculo cardíaco", que fue publicada en 1895.
Una tesis de habilitación es más o menos equivalente a una tesis posdoctoral, y es un requisito en Alemania para convertirse en profesor. La tesis de Frank marcó su profundo interés en el análisis del sistema cardiovascular utilizando principios físicos y matemáticos, e inició lo que sería una larga serie de artículos relacionados.
Frank fue nombrado profesor de fisiología en Giessen en 1905, pero regresó a Munich como sucesor de von Voit en 1908. Permaneció allí como profesor hasta 1934, cuando el régimen nazi lo obligó a aceptar el estatus de emérito.
Frank murió en Munich el 12 de noviembre de 1944.
La investigación de Frank tiene relevancia en la actualidad.
Un ejemplo es el desarrollo muy reciente de dispositivos que simulan datos complejos de presión, flujo y volumen del sistema cardiovascular, que se basa en gran medida en los conceptos mecanicistas de Frank. Estos dispositivos no solo son herramientas valiosas para comprender y enseñar la fisiología cardiovascular, sino que también pueden predecir los posibles efectos beneficiosos de los sistemas de asistencia cardíaca y otras intervenciones cardiológicas, lo que significa que tienen un valor clínico práctico.
Quizás Frank tenía esas simulaciones en mente cuando, basándose en mediciones de presión y volumen de experimentos con corazones de rana, comenzó a desarrollar modelos matemáticos del sistema cardiovascular en 1899.
De las 133 publicaciones de Frank, se han traducido y comentado dos artículos anteriormente, a saber, el artículo de 1895 "Sobre la dinámica del músculo cardíaco" de Chapman y Wasserman en 1959, y el artículo de 1899 "La forma básica del pulso arterial" de Sagawa et al. en 1999.
Estos artículos demostraron ser muy influyentes para promover la comprensión de la fisiología cardiovascular.
Durante sus investigaciones, hace aproximadamente medio siglo, los cardiólogos estadounidenses Carleton B. Chapman y Eugene Wasserman tropezaron con la tesis de habilitación de Frank de 1895 "Sobre la dinámica del músculo cardíaco".
Descubrieron una gran cantidad de ideas que invitaron a la reflexión y pensaron que valía la pena traducir e introducir este trabajo en el mundo científico de habla inglesa.
Resumieron la importancia del artículo de Frank en la nota de sus traductores: “La llamada 'Ley del corazón' está implícita en el trabajo de Frank sobre la dinámica cardíaca, que Starling redescubrió diez años después que Frank para el corazón de sangre caliente, y que es vinculado con el nombre de Starling especialmente en la literatura inglesa. Las observaciones de Frank constituyen el vínculo de transición entre el trabajo sobre el músculo esquelético y el del músculo cardíaco ...
Él equipara el cambio en la longitud del músculo esquelético con el cambio en el volumen ventricular ... indica que existe la misma relación entre la tensión ventricular inicial y el volumen expulsado ...
Él deja pocas dudas de que el llenado telediastólico y, por lo tanto, el volumen, es el elemento significativo".
Frank demostró que las amplitudes de las contracciones isovolumétricas e isotónicas en un ventrículo de rana aislado dependen del llenado telediastólico.
El mismo principio se aplica a las contracciones auriculares. Discutió las curvas de presión auricular, ventricular y arterial en relación con las fases del ciclo cardíaco, y explicó cómo los cambios en el llenado y la carga de presión (equiparados con la precarga y la poscarga del músculo esquelético) influyen en estas curvas.
En el artículo relacionado de 1899 “La forma básica del pulso arterial”, Otto Frank mostró cómo los cambios en la elasticidad y resistencia vascular influyen en las curvas del pulso.
Introdujo nuevos conceptos, por ejemplo, la creación de un corazón aislado conectado a un sistema circulatorio artificial para desarrollar modelos matemáticos; proporcionó cálculos detallados del trabajo cardíaco y la presión arterial media; y volumen sistólico estimado a partir de la curva de pulso de presión arterial.
Por lo tanto, sentó las bases teóricas para la medición no invasiva de variables cardiovasculares a partir del análisis de ondas de pulso.
Para comprender la fisiología cardiovascular, Frank consideró indispensable observar la compleja interacción entre el corazón y el sistema de arterias y venas en su conjunto.
Para él, la forma más importante de alcanzar esta visión holística era a través del análisis matemático.
Su objetivo era construir un modelo matemático de todo el sistema circulatorio combinando resultados y modelos para el corazón aislado con datos similares para los vasos.
Sus modelos hemodinámicos fueron una aplicación de la mecánica de fluidos al sistema cardiovascular. Pudo confiar en el trabajo de físicos que habían establecido las bases de la mecánica de fluidos.
En un capítulo de un libro de texto de 1913 sobre hemodinámica, Otto Frank se refiere a Poiseuille, Bernoulli, Helmholtz y a un modelo de la circulación descrito por E.H. Weber.
Frank pensó que los métodos matemáticos y los modelos mecánicos podrían aplicarse a la totalidad del sistema cardiovascular.
Consideró las descripciones matemáticas como una herramienta racional y el mejor medio para expresar explicaciones de las relaciones fisiológicas: “[…] la naturaleza de las formulaciones matemáticas analíticas, […] garantiza que no se conviertan en una camisa de fuerza para futuras investigaciones, por el contrario permite el mayor alcance posible". Por tanto, consideró muy valiosos los argumentos teóricos y los modelos matemáticos.
El artículo se centra en el "modelado" sin proporcionar curvas originales de presión y volumen, y los artículos también informan pocos datos fisiológicos cuantitativos.
La distinción entre mediciones experimentales y supuestos teóricos no siempre es clara. Los ejes de su diagrama presión-volumen carecen de unidades y números.
La forma de las curvas de los máximos poscargados se basa, según Frank, en la observación experimental; por otro lado, sin embargo, la convergencia de las curvas en el punto X es hipotética. Desafortunadamente, los cuadernos de laboratorio de Frank, que podrían haber proporcionado acceso directo a más resultados experimentales y observaciones que van más allá de sus publicaciones, se perdieron durante la reorganización del Instituto de Fisiología en Munich en 1960.
Sobre la base de los artículos traducidos, está claro qué proceso utilizó Frank en su trabajo científico: ya estaba visualizando un proyecto de investigación de amplia base en su primera gran publicación, su tesis de habilitación "Sobre la dinámica del músculo cardíaco" (1895).
Por un lado, incorpora íntegramente sus resultados publicados dentro de nuevos artículos y asume que el lector ha recopilado la información necesaria sobre ellos. Parece un diálogo incesante con un lector bien informado.
También analiza artículos de otros autores, pero con frecuencia solo con citas vagas.
Por otro lado, ya planifica tareas para futuras investigaciones, señalando qué problemas quiere abordar en un futuro próximo, o más bien, cuáles habrá que abordar para poder obtener resultados claros y comprobables.
Otto Frank contribuyó a la base teórica de la fisiología cardiovascular moderna y sus conceptos, no solo la “ley de Frank Starling”, se han mantenido válidos y relevantes a lo largo del tiempo.
* Johann P.Kuhtz - Buschbeck // Angela Drake-Holland // Mark I.M.Noble // Brigitte Lohffd // Jochen Schaefere
Journal of Molecular and Cellular Cardiology // Volume 119, June 2018, Pages 96-103
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