Мехънизъм на Франк-Старлинг

Преди много време имало двама господа, единият наречен Франк, а другият с фамилия Старлинг. Франк и Старлинг идват от две различни страни. Франк бил от Германия, а Старлинг бил от Англия. Те формулирали няколко идеи, които все още използваме днес. И не само използваме, а и са доста важни, когато разглеждаме как работи сърцето. Искам да похваля тези двама господа, понеже били лидери в областта си преди повече от 100 години. Техните идеи още са важни за мисленето ни днес. Те измислили – и това е съдържанието на това видео – то е свързано с налягането и обема. Да започнем оттук. Ще поставя налягането на тази ос и обема на тази ос. Досещаш се, че Р и V означават налягане и обем. Ако увеличиш налягането и обема с времето – да кажем, че сърцето е напълно отпуснато – ще получиш крива, която изглежда ето така. Ще отиде нагоре близо до края, докато започнеш да притискаш течността. Наричаме това "крайна диастолична" – оттук идва ED – "връзка налягане обем" – EDPVR. Така изглежда тази крива. Ще взема различни точки от тази крива. Ще избера произволно няколко точки. Да кажем, 3, 4. Ще избера една тук горе. 5 точки на тази крива. Осъзнаваш, че докато преминаваш от точка 1 до точка 5 – да кажем, че това са точки 1, 2, 3, 4 и 5. Докато преминаваш от точка 1 до точка 5, преднатоварването се покачва. Помни, преднатоварването е свързано с налягането. Преднатоварването е мярка за това какво е напрежението на стените. Разбира се, в стените имаш малки сърдечни клетки. Какво е напрежението върху тези сърдечни клетки? Знаем, че докато напрежението се покачва, сърдечните клетки започват да се разтягат, което ще покажа на тази диаграма. Да кажем, че това може да е 1. Това може да е 3. А това може да е 5. Нали? Това се случва със сърдечните клетки, докато преднатоварването се повишава. Те се разтягат. Като мислим за разтягането на сърдечните клетки – и, разбира се, това е преди да се съкратят – какво означава това за съкращението? И Франк и Старлинг разсъждавали върху това. Точно това искам да разгледаме сега. Помисли за тези 5 точки. Ще преминем през всяка от тези точки. Нека започнем с точка 1. В точка 1 има много малко преднатоварване. Нали? Много, много малко преднатоварване. Може би ще е полезно да начертаем малко миозин. Това е нашият миозин. Ще начертая миозиновите главички. Чертая около 20 отдолу и отгоре. Това е миозиновата молекула в лилаво. Искам да гледаш колко миозинови главички работят – почти все едно работата ти е да наблюдаваш и да се увериш, че всички миозинови главички работят. Увери се, че гледаш колко от тях правят това, което искаме, което е да се съкратят и да придърпат актина. Нека поема по един пряк път тук, за да не трябва да го рисувам постоянно. Ще преместя това тук долу и ще го направя отново. И ще го преместя още по-надолу. Имаме миозина си тук. Около миозина – всъщност, нека го надпиша, докато мога. Това е миозинът ни. Нали? Около миозина имаме, разбира се, актин. Ще го запиша по-голямо, за да го виждаш ясно. Имаме актин и ще го направя в червено. Но понеже имаме много ниско преднатоварване – или почти никакво – ще ти покажа какво означава това за молекулите ни. Ще имаш нещо такова, при което всичко е скупчено нагъсто. Това е главният проблем, който искам да изтъкна. Имаш много проблеми със скупчването. Разбира се, миозинът – в краищата тук – това е нашият Z-диск. Ще запиша Z-диск. Имаш и друг Z-диск тук. Показвам ти част от саркомера. Помни, саркомерите са основната единица на съкращението и обикновено преминават от Z-диск до Z-диск. Това е само част, понеже ще имаш много, много повече актин и миозин отгоре и отдолу. Тук искам просто да придобиеш представа за това какво виждаме. Нали? Това, разбира се, е актинът. Въпросът е – предполагам, че трябва... о, извинявай. Преди въпроса нека сложа титин. Тази малка зелена молекула е титин. Въпросът е как ще се осъществи съкращението. Ако разгледаш този сценарий и го инспектираш, просто проверяваш за проблеми, ще очакваш ли да има проблеми? Ще очакваш ли проблеми тук? След това искам също да помислиш за силата. Какъв вид сила очакваш да получиш от тази постановка? Голяма сила или малка сила? Какво мислиш? Веднага мога да видя някои проблеми. Нали? Имам предвид, знаеш, че основната цел е да се придърпат Z-исковете по-близо един до друг. Това е главната цел. Миозинът ще дръпне актиновите въжета – можеш да си го представиш като въже – и ще придърпа Z-дисковете. Но ако няма почти никакво пространство – виж това тук – почти няма място. Всичко е претрупано. Миозинът почти докосва Z-диска. Нали? Този тук почти докосва Z-диска. Много е близо. Какво очаквам да се случи? Почти няма да има сила, понеже проблемът е – и ще го запиша много ясно – че миозинът е скупчен. Което означава, че е точно срещу Z-диска още от началото. И това е проблем. Нали? Понеже това означава – какво можеш да се надяваш да постигнеш, ако миозинът вече е срещу Z-диска? Няма място да придърпаш актина да дръпне Z-диска по-близо. Няма място тук. Всичко е претъпкано. Бих казал, че това е най-големият проблем. Второ, тук има и друг проблем. И това е около актина. Нали? Понеже актинът има поляритет и това е важен проблем. Тези две актинови молекули, около които начертах стрелките, са фундаментално различни, понеже има насоченост в начина, по който са разположени тези протеини. Наричаме това поляритет. Актинът има поляритет. Това означава, че миозинът не може просто да се пресегне и да сграбчи най-близкия актин. Трябва да сграбчи правилния актин. Например, тези четири тук – ще начертая малко кръгче около тях в жълто – тези четирите искат този актин от тази страна. Тези четирите тук долу искат актина от тази страна. Но и двете групи миозин са блокирани от другия актин. Например, тези четирите отгоре са блокирани от този сегмент тук, а тези долните четири са блокирани от – всъщност, мога да го променя. Мога да взема тези. Или този сегмент ето тук. Има блокиране на актина. Наричаме това припокриване на актина. Припокриване. Наричам го "припокриване", понеже мисля, че така е малко по-логично. Имаш припокриване на актина, но това е вторичен момент, понеже главният проблем е, че миозинът просто е струпан. Мога ли да очаквам някаква сила? Бих казал не. Няма да очаквам, понеже миозинът няма какво да свърши. Просто няма място. Да кажем, че разтеглим нещата. Това е сценарий 2. Нещата сега са малко разтеглени. Гледаш графиката ни горе. Нещата са разтеглени – което означава, че тук, вместо начина, по който беше начертано преди – всъщност ще го поправя и ще го начертая ето така. Все още трябва да мислиш за проблема с поляритета, но нещата са малко по-разпръснати сега. Нали? Имаш нещо такова. От другата страна имаш нещо такова. Виж това и ми кажи какво мислиш. Имаш два миозина, които още са блокирани. Нали? Пак имаш малко блокиране. Тези са блокирани и тези са блокирани. Основната причина за блокирането е, че тук и тук има проблем с поляритета, което означава, че тези миозини не могат просто да се свържат с това, което е по-близо. Те не могат да отидат отстрани, където е актинът, където трябва да се прикрепят. Тези 4 от 20 миозинови главички няма да могат да работят. Но останалите изглеждат по-добре. Имаме подобрение. Тук имаш проблем с припокриването на актина. Що се отнася до проблеми, бих казал, че припокриването на актина все още е проблем. Що се отнася до силата, бих казал, че вече нямаме проблем, понеже нямаме претъпкване с миозин, вече нямаме такова. Не е толкова струпан и има пространство да се движи. Бих казал, че ще очаквам някаква сила. Когато има съкращение, бих очаквал някаква сила. Нещата определено се подобряват. Нали? Разтягането ни помага, понеже придвижва актина, така че да не препълва площта. И миозинът подобно се отдръпва от Z-диска. Ще направя още няколко такива. Ще направя още едно и ще продължим. Нека преминем към третата картинка. Нека продължим. Да видим дали можем да продължим разтягането. Мога да кажа... Имам много пространство, в което миозинът да работи. Първата идея, за която говорихме, сега изобщо не е проблем, понеже, погледни титина. Гледай, докато чертая титина. Виж това. Има много пространство миозинът да се движи. Z-дисковете тук – помни, това са нашите Z-дискове – имат много място. Ако искаме да ги придърпаме, можем. Можем да ги придърпаме, понеже миозинът не е точно срещу тях. Решили сме другия проблем – проблема с припокриването на актина. Понеже тук няма припокриване. Сега имаш достатъчно пространство, актинът не пречи на миозина да се прикрепи към друга актинова молекула. Що се отнася до проблеми, бих казал, че тук няма. И бих казал, че има голяма сила. Понеже имам 20 миозинови главички, готови да работят. Нали? Те са готови да си свършат работата – да прикрепят актина и да придърпат Z-дисковете. Това беше сценарий три. Сценарий 4 ще е много, много подобен, много от същите проблеми, понеже сега ги придърпвам малко по-надалеч. Отново, всички тези миозини ще могат да работят. Няма да имат проблем със струпването. Всъщност, дори направих още повече място с титина, така че Z-дисковете са още по-раздалечени. Всички 20 миозина ще работят, отново не очаквам проблеми. Никакви проблеми и тук. В сценарий 3 и 4 нещата изглеждат много добре. И, разбира се, ще очаквам много сила. Ще очаквам много сила и тук. Изглежда, че колкото повече разтегляме нещата, толкова по-добре стават. Нека продължим да разтегляме. Нека видим какво ще стане. Ще разтегна нещата до положение, в което изглеждат ето така. Може би си казваш: "Чакай, обърках се. Как това ще остане свързано?" Помни, титинът определено ще придържа миозина прикрепен към Z-диска. Това е добре. Това няма просто да се понесе нанякъде. Ще останат прикрепени. Но що се отнася до извършване на работа, бих ли очаквал това да е добра постановка? Доста разтеглих нещата, така че няма проблем със скупчването. Това е вярно. Но имам нов проблем. Нали? Актинът е твърде надалеч. Ако миозинът не може да достигне актина, как тогава ще извърши работа? Ако не могат да се прикрепят към актина, тогава бих ли очаквал някаква сила? Бих казал не. Няма да очаквам сила, понеже е твърде разтеглено. Това е цялостният изглед на това, което се случва с увеличаването на преднатоварването. С увеличаване на разтеглянето нещата в началото изглежда стават по-добре. Но после стават малко твърде разтеглени в самия край. В оптималната ситуация – това е доста важно – оптималната ситуация от тези 5 сценария ще е една от тези двете. Ситуации 3 и 4 изглеждат добре – имахме много сила, никакви проблеми с претъпкването, никакви проблеми с недостъпен актин и с припокриване на актина и миозина. Нищо. Нали? Три и четири са златните ни ситуации. Просто помни това, когато гледаш крива на преднатоварване. Това започва да влияе на това колко добре миозинът и актинът могат да създадат сила. Тази идея за разтягането и връзката му със силата е нещо, за което Франк и Старлинг се сетили преди много време.