Změny inotropie jsou důležitou vlastností srdečního svalu, protože na rozdíl od kosterního svalu nemůže srdeční sval modulovat tvorbu síly prostřednictvím změn motorické nervové aktivity a náboru motorických jednotek. Při kontrakci srdečního svalu jsou aktivována všechna svalová vlákna a jedinými mechanismy, které mohou měnit tvorbu síly, jsou změny délky vláken (preload; aktivace závislá na délce) a změny inotropie (aktivace nezávislá na délce). Vliv inotropních změn na tvorbu síly je jasně demonstrován pomocí diagramů délky a napětí, v nichž zvýšená inotropie vede ke zvýšení aktivního napětí při fixním předpětí. Dále se inotropní vlastnost srdečního svalu zobrazuje ve vztahu síla-rychlost jako změna Vmax; to znamená změna maximální rychlosti zkracování vláken při nulovém předpětí. Zvýšená rychlost zkracování vláken, ke které dochází při zvýšené inotropii, zvyšuje rychlost vývoje komorového tlaku, což se projevuje jako zvýšení maximálního dP/dt (tj. rychlosti změny tlaku) během fáze izovolumetrické kontrakce. V důsledku těchto změn mechanických vlastností kontrahujícího se srdečního svalu vede zvýšení inotropie ke zvýšení komorového zdvihového objemu.
Vliv inotropie na Frankovu-Starlingovu křivku
Změnou rychlosti vývoje komorového tlaku se mění rychlost komorového výdeje do aorty (tj. rychlost výdeje). Protože pro ejekci je k dispozici konečný čas (~200 msec), změny ejekční rychlosti mění zdvihový objem – zvýšení ejekční rychlosti zvyšuje zdvihový objem, zatímco snížení ejekční rychlosti zdvihový objem snižuje.
Snížení inotropie posouvá Frankovu-Starlingovu křivku směrem dolů (bod A až B na obrázku). To způsobuje snížení zdvihového objemu (SV) a zvýšení enddiastolického tlaku (LVEDP) a objemu levé komory. Změna SV je primární reakcí, zatímco změna LVEDP je sekundární reakcí na změnu SV. K tomu dochází například při ztrátě komorové inotropie při některých typech srdečního selhání. Pokud se inotropie zvýší (k čemuž dochází při cvičení), Frank-Starlingova křivka se posune nahoru a doleva (bod A až C na obrázku), což vede ke zvýšení SV a snížení LVEDP. Jakmile se Frank-Starlingova křivka posune v reakci na změněný inotropní stav, změny v plnění komor změní SV tím, že se nová Frank-Starlingova křivka posune buď nahoru, nebo dolů.
Vliv inotropie na komorové tlakově-objemové smyčky
Důvod, proč LVEDP klesá při zvýšení SV, lze nejlépe ukázat pomocí tlakově-objemových smyček levé komory (LK) (viz obrázek). Na tomto obrázku má kontrolní smyčka enddiastolický objem 120 ml a endsystolický objem 50 ml. Šířka smyčky (enddiastolický minus endsystolický objem) je zdvihový objem (70 ml). Při zvýšení inotropie (při konstantním arteriálním tlaku a srdeční frekvenci) se zvýší SV, což sníží end-systolický objem na 20 ml. To je doprovázeno sekundárním snížením enddiastolického objemu komory (na 110 ml) a tlaku, protože při zvýšení SV komora obsahuje menší reziduální objem krve po ejekci (snížený endsystolický objem), který může být přidán k příchozímu žilnímu návratu během plnění. Proto se snižuje plnění komor (enddiastolický objem). Přerušované čáry pro obě smyčky představují vztah mezi tlakem a objemem na konci systoly (ESPVR). ESPVR je posunut doleva a jeho sklon je strmější, když se zvyšuje inotropie. ESPVR se někdy používá jako ukazatel inotropního stavu komor.
Změny inotropie způsobují významné změny ejekční frakce (EF, vypočtené jako podíl zdvihového objemu a enddiastolického objemu). Na předchozím obrázku je kontrolní EF 0,58 a při zvýšení inotropie se zvyšuje na 0,82. Zvýšení inotropie tedy vede ke zvýšení EF. Snižování inotropie naopak EF snižuje. Proto se EF běžně používá jako klinický ukazatel pro hodnocení inotropního stavu srdce. Například u srdečního selhání často dochází k poklesu inotropie, což vede k poklesu zdvihového objemu i ke zvýšení předtížení, a tím ke snížení EF.
Změny inotropního stavu jsou důležité zejména během fyzické zátěže. Zvýšení inotropního stavu pomáhá udržet zdvihový objem při vysoké srdeční frekvenci a zvýšeném arteriálním tlaku. Samotné zvýšení srdeční frekvence snižuje zdvihový objem kvůli zkrácení doby diastolického plnění, což snižuje enddiastolický objem. Zvýšený arteriální tlak během cvičení zvyšuje afterload srdce, což má tendenci snižovat zdvihový objem. Při současném zvýšení inotropního stavu se snižuje enddiastolický objem, takže lze udržet a umožnit zvýšení zdvihového objemu navzdory zkrácené době pro plnění komor a zvýšenému arteriálnímu tlaku.
Faktory regulující inotropii
Nejdůležitějším mechanismem regulujícím inotropii jsou autonomní nervy. Sympatické nervy hrají významnou roli v regulaci inotropie komor a síní, zatímco parasympatické nervy (vagové eferenty) mají významný negativní inotropní účinek v síních, ale jen malý účinek v komorách. Za určitých podmínek (např. při cvičení, stresu a úzkosti) zvyšují vysoké hladiny cirkulujícího adrenalinu sympatické adrenergní účinky. U lidského srdce může náhlé zvýšení afterloadu způsobit zvýšení inotropie (Anrepův efekt). Zvýšení srdeční frekvence rovněž stimuluje inotropii (Bowditchův efekt; treppe; frekvenčně závislá inotropie). Tento poslední jev je pravděpodobně způsoben neschopností Na+/K+-ATPázy udržet krok s přítokem sodíku při vyšší srdeční frekvenci, což vede k akumulaci intracelulárního vápníku prostřednictvím sodíko-vápníkového výměníku. Systolické selhání, které je důsledkem kardiomyopatie, ischemie, onemocnění chlopní, arytmií a dalších stavů, je charakterizováno ztrátou vnitřní inotropie.
Kromě těchto fyziologických mechanismů se ke stimulaci srdce klinicky používá řada inotropních léků, zejména při akutním a příležitostně při chronickém srdečním selhání. Mezi tyto léky patří digoxin (inhibuje sarkolemální Na+/K+-ATPázu), agonisté beta-adrenoceptorů (např. dopamin, dobutamin, adrenalin, izoproterenol) a inhibitory fosfodiesterázy (např, milrinon).
Mechanismy inotropie
Většina cest přenosu signálu, které stimulují inotropii, nakonec zahrnuje Ca++, a to buď zvýšením přítoku Ca++ (prostřednictvím Ca++ kanálů) během akčního potenciálu (především ve fázi 2), zvýšením uvolňování Ca++ sakroplazmatickým retikulem, nebo senzibilizací troponinu-C (TN-C) na Ca++.