Frank-Starling心脏定律的证明方法探讨

本文目的在于探讨Frank-Starling心脏定律的科学证明方法。认为证明某一理论的真实性应该包括理论证明(引用科学概念的定义、公理和定律等去判断它的真实性)和实验证明两个方面。理论证明必须首先完成,然后才是设计合理的实验以证明该理论的真实性。理论证明和科学实验的关系是:二者均能否定错误理论,但任何实验结果都不能否定正确的理论证明。众所周知,生命现象有其独特的生物学规律,但它也服从有关的物理学、化学和数学等表达的一般物质的运动规律,因此,心脏作功遵守低级物质的运动形态规律。Frank-Starling定律对心脏搏动作功规律的表达是:心脏收缩释放的能量(作功)是心肌纤维初长度/心室舒张末期容积的函数。显然,该理论对心脏作功规律的表达没有包含收缩时心肌纤维长度的变化情况(例如,没有表达心室收缩末期容积的变化),如此表达心脏作功的规律,不符合物理学中关于作功的定义:Frank-Starling心脏定律不是一个真实的定律。既然理论证明已经十分清楚地显示了Frank-Starling心脏定律是错误的,那么,否定它,只须阐明为什么根据Frank和Starling的实验结果不能推导得出Frank-Star-ling心脏定律理论的理由而不一定再需要做出否定它的实验证明。

伽利略启迪我们质疑Frank-Starling心脏定律

心室舒张末期容积(EDV)越大心脏收缩力越强,即著名的Frank-Starling心脏定律,是心脏生理学中的重要理论。伽利略启迪我们发现该定律存在着逻辑矛盾:如果增高的心室充盈压力伸展心室肌壁超过通常的舒张末期位置(心脏"扩张",EDV"增加")还在其生理限度范围内时,按照该定律原理,"增加"的EDV将引起每搏量和心输出量增加,心脏收缩末期心室腔内的残余血量就会减少,"扩张"的心室肌壁将自动恢复原来的体积。换言之,在正常生理条件下,心脏"扩张"(EDV"增加")是不存在的;心脏"扩张"的存在,表明其收缩力业已减低。这样,按照Frank-Starling心脏定律原理进行的逻辑推理,结果是否定了该定律自身——EDV在生理限度范围的"增加"是心脏收缩力减低的表现。据此,笔者质疑Frank-Starling心脏定律。

心脏作功的生物数学关系质疑Frank-Starling心脏作功定律(英文)

心脏收缩释放的能量(作功)是心肌纤维长度的函数,或谓心脏作功是心室舒张末期容积(EDV)的函数,即著名的Frank-Starling心脏定律,被认为是心脏作功的规律的正确表达。众所周知,对于一个力,当在这个力的方向上没有位移时是不作功的。在心室舒张末期,心脏尚未开始收缩,还没有力作功,因此,心脏作功和EDV之间没有函数关系。在心脏收缩射血的作功期,通常,每搏功(W)用射血压力(P)与射血容积(V)的乘积表达,即W=P×V。而射血容积(V)又等于舒张末期容积(EDV)减去收缩末期容积(ESV),所以W=P×(EDV-ESV)。这是我们都公认的计算心脏每搏射血作功的公式。在该公式中,W,P,EDV和ESV几个参数之间的数学关系清楚地表明了W不一定随EDV的增加而增加,也不一定随EDV的减小而减小:W和EDV之间没有函数关系。在这里,笔者仅从心脏作功的生物数学角度确认:Frank-Starling心脏定律不是一个真实的定律。

质疑Frank-Starling心脏定律

心脏收缩释放的能量(作功)是心肌纤维长度(心室舒张末期容积,EDV)的函数,即Frank-Star-ling(FS)心脏作功定律,被誉为心脏生理学中的"经典"理论。对此,笔者从各种不同角度进行了探讨:首先分析了Frank伸展离体心肌和Starling及其同事使用心肺制备做的实验与动物生理实际的差异,以及人们在实验中观测到的增加心肌前负荷引起收缩力增强的现象(FS现象),认为:①在正常生理条件下的动物体内,来自心脏以外的、如同心肺制备中那样人工控制心室充盈压力升高、引起EDV增加的那种血液的重力动力是不存在的。②另一方面,人为地增加前负荷,那是改变了心肌收缩时的外环境条件。③由此而激发出的FS现象,是心脏适应其外环境条件变化所作出的反应。④此种心肌收缩力增强的反应,需通过心肌细胞内部与收缩过程发生有关的心肌兴奋-收缩和化学-力学偶联等一系列生化机制(不恒定因素)方能得以实现。⑤根据他们实验中观测到的FS现象,在逻辑上不能得出前负荷这一心肌收缩时的外环境条件变化调控其作功的推论。换言之,所有的在实验中被激发出来的FS现象,都不足以成为支持FS心脏定律的证据。然后,引用国内外公认的计算心脏每搏射血作功(W)的生物物理学公式"W=P×(EDV-ESV)",证明了W和EDV之间没有函数关系。根据心脏作功的医用物理学和生物数学的基本原理,笔者认为Frank-Starling心脏定律表达的不是心脏作功的规律。

Frank-Starling心脏定律探讨——Frank-Starling定律并非定律(英文)

心脏搏动作功的规律:心脏收缩释放的能量(作功)是心肌纤维长度/心室舒张末期容积(EDV)的函数,即Frank-Starling心脏定律(简称"定律"),被誉为心脏生理学中的"经典"理论。笔者引用多学科知识从各种不同的角度对该"定律"行了讨论,认为:①在Starling及其同事设计的研究静脉回心血量和心脏收缩作功关系的心肺制备装置中,静脉储血瓶高置于狗心之上,储血瓶中的静脉血液依赖于自身的重力作用流入右心室的情况不符合正常人体静脉血流动力学实际,所以不能认为在他们的那种实验中观察到的Frank-Starling现象(心输出量随着心室充盈压的增加而增加)就是心脏搏动作功的规律;②"定律"强调了心脏收缩时心肌纤维的初长度,却忽略了其长度的变化(例如,忽略了心室收缩末期容积ESV,即心室肌壁收缩运动结束时的终点),如此表达心脏的作功规律,有违物理学中关于作功的基本原理——没有ESV,心脏作功不能计算;③在公认的计算心脏每搏射血作功(W)的物理学公式"W=P×(EDV-ESV)"中,心脏作功W和EDV之间的数学关系清楚地表明了W不一定随EDV的增加而增加,也不一定随EDV的减小而减少——W和EDV之间没有函数关系。所以笔者认为:Frank-Starling心脏定律未能正确表达心脏作功的客观规律,它不是一个真实的定律。

答“质疑‘质疑Frank-Starling心脏定律’”

在"心脏作功是心室舒张末期容积(EDV)的函数(Frank-Starling心脏定律)"理论中,没有包含心室收缩末期容积(ESV)这一和EDV有着同样重要意义的生理学参数。没有ESV,即只注重心脏收缩开始时心室肌壁移动的起点而不考虑其后的收缩变化,按照所述的此种心脏作功原理,每搏量(V,即EDV减去ESV)将不能确定,心脏每搏收缩作功(W)不能计算。在这种情况下,W和EDV之间不可能有函数关系——Frank-Starling心脏定律表达的不是心脏搏动作功的客观规律,它不是定律。