Az inotrópia változása a szívizom fontos jellemzője, mivel a vázizomtól eltérően a szívizom nem tudja a motoros idegek aktivitásának és a motoros egységek rekrutációjának változásával modulálni az erőtermelést. Amikor a szívizom összehúzódik, minden izomrost aktiválódik, és az egyetlen mechanizmusok, amelyek megváltoztathatják az erőkifejtést, a rosthossz változásai (előfeszítés; hosszfüggő aktiváció) és az inotrópia változásai (hosszfüggetlen aktiváció). Az inotrópia változásainak az erőkifejtésre gyakorolt hatása egyértelműen kimutatható a hossz-feszültség diagramok segítségével, amelyekben a megnövekedett inotrópia következtében nő az aktív feszültség egy rögzített előfeszítés mellett. Továbbá, a szívizom inotróp tulajdonsága az erő-sebesség viszonyban a Vmax változásaként jelenik meg; azaz a roströvidülés maximális sebességének változásaként nulla utóterhelés mellett. A megnövekedett inotrópiával járó megnövekedett roströvidülési sebesség növeli a kamrai nyomásfejlődés sebességét, ami az izovolumetrikus összehúzódás fázisában a maximális dP/dt (azaz a nyomásváltozás sebessége) növekedésében nyilvánul meg. Az összehúzódó szívizom mechanikai tulajdonságainak ezen változásai miatt az inotrópia növekedése a kamrai lökettérfogat növekedéséhez vezet.
Az inotrópia hatása a Frank-Starling-görbékre
A kamrai nyomásfejlődés sebességének megváltoztatásával megváltozik a kamrai ejekció sebessége az aortába (azaz az ejekciós sebesség). Mivel az ejekcióra véges idő áll rendelkezésre (~200 msec), az ejekciós sebesség változása megváltoztatja a stroke-térfogatot – a megnövekedett ejekciós sebesség növeli a stroke-térfogatot, míg a csökkentett ejekciós sebesség csökkenti a stroke-térfogatot.
Az inotrópia csökkenése a Frank-Starling-görbét lefelé tolja el (az ábrán az A pontból B pontba). Ennek hatására a lökettérfogat (SV) csökken, a bal kamrai végdiasztolés nyomás (LVEDP) és a térfogat pedig nő. Az SV változása az elsődleges válasz, míg az LVEDP változása másodlagos válasz az SV változására. Ez történik például akkor, amikor a szívelégtelenség bizonyos típusai során a kamrai inotrópia csökken. Ha az inotrópia fokozódik (ahogyan az edzés során történik), a Frank-Starling-görbe felfelé és balra tolódik (az ábra A-C pontja), ami az SV növekedését és az LVEDP csökkenését eredményezi. Miután a Frank-Starling-görbe a megváltozott inotrop állapotra válaszul eltolódik, a kamrai töltés változásai megváltoztatják az SV-t azáltal, hogy az új Frank-Starling-görbe felfelé vagy lefelé mozog.
Az inotrópia hatása a kamrai nyomás-térfogat hurokra
Az, hogy miért csökken az LVEDP, amikor az SV megnő, a bal kamra (LV) nyomás-térfogat hurok segítségével mutatható be legjobban (lásd az ábrát). Ezen az ábrán a kontrollhurokban a végdiasztolés térfogat 120 ml és a végszisztolés térfogat 50 ml. A hurok szélessége (végdiasztolés mínusz végszisztolés térfogat) a stroke-térfogat (70 ml). Az inotrópia növelésekor (állandó artériás nyomás és szívfrekvencia mellett) az SV nő, ami a végszisztolés térfogatot 20 mL-re csökkenti. Ez a kamra végdiasztolés térfogatának (110 mL-re) és a nyomásnak a másodlagos csökkenésével jár, mivel az SV növelésekor a kamra az ejekció után kevesebb maradék vértérfogatot tartalmaz (csökkent végszisztolés térfogat), amely a töltés során hozzáadódhat a bejövő vénás visszatéréshez. Ezért a kamrai töltés (végdiasztolés térfogat) csökken. A két hurok szaggatott vonalai a végszisztolés nyomás-térfogat összefüggést (ESPVR) ábrázolják. Az ESPVR balra tolódik, és meredekebbé válik, ha az inotrópia fokozódik. Az ESPVR-t néha a kamrai inotrop állapot indexeként használják.
Az inotrópia változása jelentős változásokat eredményez az ejekciós frakcióban (EF, a lökettérfogat és a végdiasztolés térfogat hányadosaként számítva). Az előző ábrán a kontroll EF 0,58, és az inotrópia növekedésével 0,82-re nő. Ezért az inotrópia növelése az EF növekedéséhez vezet. Ezzel szemben az inotrópia csökkenése csökkenti az EF-et. Ezért az EF-et általában klinikai indexként használják a szív inotrop állapotának értékelésére. Szívelégtelenségben például gyakran előfordul, hogy az inotrópia csökken, ami a lökettérfogat csökkenéséhez, valamint a preload növekedéséhez vezet, és ezáltal az EF csökken.
Az inotrop állapot változása különösen fontos a terhelés során. Az inotrop állapot növekedése segít fenntartani a stroke-térfogatot magas pulzusszám és emelkedett artériás nyomás mellett. A megnövekedett pulzusszám önmagában csökkenti a stroke-térfogatot, mivel csökken a diasztolés töltődésre fordított idő, ami csökkenti a végdiasztolés térfogatot. Az edzés során megemelkedett artériás nyomás növeli a szív utóterhelését, ami általában csökkenti a stroke-térfogatot. Ha az inotrop állapot egyidejűleg növekszik, a végdisztolés térfogat csökken, így a stroke-térfogat a csökkent kamrai töltési idő és az emelkedett artériás nyomás ellenére is megtartható és növelhető.
Az inotrópiát szabályozó tényezők
Az inotrópiát szabályozó legfontosabb mechanizmus a vegetatív idegek. A szimpatikus idegek kiemelkedő szerepet játszanak a kamrai és pitvari inotrop szabályozásban, míg a paraszimpatikus idegek (vagus efferensek) jelentős negatív inotrop hatást fejtenek ki a pitvarokban, de csak kis mértékben a kamrákban. Bizonyos körülmények között (pl. testmozgás, stressz és szorongás) a keringő adrenalin magas szintje fokozza a szimpatikus adrenerg hatásokat. Az emberi szívben az utóterhelés hirtelen növekedése az inotrópia növekedését okozhatja (Anrep-hatás). A szívfrekvencia növekedése szintén serkenti az inotrópiát (Bowditch-effektus; treppe; frekvenciafüggő inotrópia). Ez utóbbi jelenség valószínűleg annak köszönhető, hogy a Na+/K+-ATPáz nem képes lépést tartani a nátrium beáramlásával a magasabb szívfrekvencián, ami a nátrium-kalcium cserélőn keresztül intracelluláris kalcium felhalmozódásához vezet. A kardiomiopátia, iszkémia, billentyűbetegség, ritmuszavarok és egyéb állapotok következtében kialakuló szisztolés elégtelenséget az intrinsic inotrópia elvesztése jellemzi.
Az említett élettani mechanizmusok mellett klinikailag számos inotrop gyógyszert alkalmaznak a szív stimulálására, különösen akut és esetenként krónikus szívelégtelenségben. Ezek a gyógyszerek közé tartozik a digoxin (gátolja a szarkolemmális Na+/K+-ATPázt), a béta-adrenoceptor-agonisták (pl. dopamin, dobutamin, adrenalin, izoproterenol) és a foszfodiészteráz-gátlók (pl., milrinon).
Az inotrópia mechanizmusai
A legtöbb inotrópiát serkentő jelátviteli útvonal végső soron Ca++-t tartalmaz, vagy a Ca++ beáramlás növelésével (Ca++ csatornákon keresztül) az akciós potenciál alatt (elsősorban a 2. fázisban), vagy a Ca++ felszabadulásának növelésével a sacroplasmás reticulumból, vagy a troponin-C (TN-C) Ca++-ra való érzékenyítésével.
A legtöbb jelátviteli útvonal, amely stimulálja az inotrópiát, végül Ca++-t tartalmaz.