Srdcové ventily

Predtým sa predpokladalo, že všetky srdcové chlopne sú jednoduché štruktúry, ktorých príspevok k jednosmernému prietoku krvi je jednoducho pasívny pohyb v reakcii na pôsobiaci tlakový gradient. Toto chápanie "pasívnych štruktúr" viedlo k vytvoreniu "pasívnych" mechanických a biologických náhrad ventilov.

Teraz je zrejmé, že srdcové chlopne majú zložitejšiu štruktúru a funkciu. Preto vytvorenie "aktívnej" náhrady srdcovej chlopne naznačuje významnú podobnosť vo svojej štruktúre a funkcii s prirodzenou srdcovou chlopňou, ktorá je z dlhodobého hľadiska celkom uskutočniteľná v dôsledku vývoja tkanivového inžinierstva.

Srdcové chlopne sa vyvíjajú z embryonálnych púčikov mezenchymálneho tkaniva počas vloženia endokardu. V procese morfogenézy vytvorená atrioventrikulárna kanála (trikuspidální a mitrálnej ventily cerdechnye) a výtokové komory (aortálna a pulmonic ventily cerdechnye).

[1], [2], [3], [4], [5]

Ako sú usporiadané srdcové ventily?

Začiatok štúdie o prívode krvi do ventilov položil Luschka (1852) s použitím injekcie srdcových ciev s kontrastnou hmotnosťou. Vo ventiloch atrioventrikulárnych a polilunárnych chlopní aorty a pľúcnej artérie našiel početné krvné cievy. Avšak v rade sprievodcov na patologickej anatómie a histológie existovali náznaky, že nezmenenej ľudské srdcovej chlopne neobsahujú žiadne krvné cievy a druhý objavujúce sa len v ventilov v rôznych patologických procesov - arteriosklerózy rôzneho pôvodu a endokarditída. Informácie o neprítomnosti krvných ciev boli založené hlavne na histologických štúdiách. Predpokladalo sa, že pri absencii krvných ciev vo voľnej časti ventilov sa ich výživa uskutočňuje filtráciou tekutiny z krvnej plazmy, ktorá zametá ventily. Bolo zaznamenané prenikanie niekoľkých ciev spolu s vláknami pruhovanej svalovej tkaniny do základne ventilov a chordov šliach.

Avšak, keď vstrekovacie ciev srdca rôznych farbív (kostry v želatína, bizmutu želatíny vodná suspenzia čiernej maskary, roztoky karmín alebo trypánovej modrej), sa zistilo, že nádoby, preniknúť cerdechnye ventily atrioventrikulárny, aorty a pľúcnej tepny spolu s srdcovej svalového tkaniva nie celkom dosiahnutie voľného okraja chlopne.

V drobivom vláknitom spojivovom tkanive ventilov atrioventrikulárnych chlopní boli zistené oddelené hlavné cievy, že anastomóza s cievami zo série lokalizovaných oblastí srdcového priečneho svalového tkaniva.

Najvyšší počet krvných ciev bol umiestnený v základni a pomerne malý v slobodnej časti týchto ventilov.

Podľa KI Kulchitsky a kol. (1990) sa v mitrálnej chlopni nachádza väčší priemer arteriálnych a žilových ciev. Na základni ventilov tohto ventilu sú hlavne hlavné cievy s úzkou sieťou kapilár, ktoré prenikajú do bazálnej časti ventilu a zaberajú 10% svojej plochy. V trikuspidálnom ventile sú arteriálne cievy menšie ako v mitrálnom ventile. V ventiloch tohto ventilu sú hlavne rozptýlené typy ciev a relatívne široké slučky krvných kapilár. V mitrálnej chlopni je predný list intenzívnejšie krvný, v trikuspidálnom ventile, v predných a zadných ventiloch, ktoré nesú funkciu hlavného uzáveru. Pomer priemerov arteriálnych a žilových ciev v atrioventrikulárnych ventiloch srdca dospelých je 1: 1,5. Kapilárne slučky sú mnohouholnícke a sú umiestnené kolmo na základňu ventilových chlopní. Plavidlá tvoria rovinnú sieť umiestnenú pod endotelom zo strany predsiene. Krvné cievy sa nachádzajú aj v chordoch šľachy, kde prechádzajú z papilárnych svalov pravého a ľavého srdca do vzdialenosti až do 30% dĺžky akordov šľachy. Viaceré krvné cievy vytvárajú zakrivené slučky v spodnej časti chordov šľachy. Srdcové chlopne aorty a pľúcneho kmeňa pre zásobovanie krvou sú výrazne odlišné od atrioventrikulárnych. Hlavné cievy relatívne menšieho priemeru zapadajú do základne polovičných ventilov aortálnych a pľúcnych ventilov. Krátke vetvy týchto ciev zakončujú kapilárne slučky nepravidelného oválneho a polygonálneho tvaru. Nachádzajú sa predovšetkým v blízkosti polovice semilunárnych krídel. Žilové cievy v spodnej časti ventilov aorty a pľúcnej tepny majú tiež menší priemer než pri základni atrioventrikulárnych chlopní. Pomer priemerov arteriálnych a žilových ciev vo ventiloch aorty a pľúcnej tepny srdca dospelých ľudí je 1: 1,4. Z väčších nádob sa vyčnievajú krátke bočné vetvy, končiace kapilárami s nesprávnym oválnym a polygonálnym tvarom.

S vekom je zhrubnutie spojivového tkaniva vlákien, ako je kolagén a elastín, rovnako ako zníženie počtu voľné vláknité nepravidelné spojivového tkaniva sa vyvíja klapky tkaniva skleróza atrioventrikulárny ventily a letáky semilunární ventily aorty a pľúcnej tepny. Skrátená dĺžka vlákna ventily srdcové priečne pruhovaného svalstva a tým znižuje jeho množstvo a počet preniká do srdca ventily cievy. V súvislosti s týmito zmenami cerdechnye ventilov strácajú svoje pružné a elastické vlastnosti, ktoré má vplyv na uzatvárací mechanizmus ventilov a hemodynamiky.

Srdcové ventily majú lymfatické kapilárne siete a malé množstvo lymfatických ciev vybavených ventilmi. Lymfatické kapiláry ventilov majú charakteristický vzhľad: ich lúmen je veľmi nepravidelný, rovnaká kapilára v rôznych oblastiach má iný priemer. Na križovatke niekoľkých kapilár sa vytvárajú rozšírenia - medzery rôznych tvarov. Sieťové slučky sú často nepravidelné polygonálne, menej často oválne alebo okrúhle. Často lymfatické slučkové slučky nie sú uzavreté a lymfatické kapiláry končia slepým spôsobom. Lymfatické kapilárne slučky sú orientované častejšie v smere od voľného okraja ventilu k jeho základňu. V mnohých prípadoch bola v ventiloch atrioventrikulárneho ventilu nájdená dvojvrstvová sieť lymfatických kapilár.

Nervové plexusy endokardu sa nachádzajú vo svojich rôznych vrstvách, hlavne pod endotelom. Na voľnom okraji chlopňových chlopní sú nervové vlákna umiestnené hlavne radiálne a spájajú sa s vláknami šliach. Bližšie k základni ventilov je plexus veľkého plexu, ktorý sa spája s plexom okolo vláknitých krúžkov. Na polovodičových ventiloch je endokardiálna neurónová sieť zriedkavejšia. Na mieste pripevnenia ventilov sa stáva hrubá a viacvrstvová.

Bunková štruktúra srdcových chlopní

Vnútorné články ventilov, ktoré sú zodpovedné za udržiavanie štruktúry ventilov, majú podlhovastý tvar s veľkým počtom tenkých procesov, ktoré prechádzajú celou matricou ventilu. Existujú dve populácie intersticiálnych buniek ventilov, ktoré sa líšia morfológiou a štruktúrou; niektoré majú kontraktilné vlastnosti a sú charakterizované prítomnosťou kontraktilných vlákien, iné majú sekrečné vlastnosti a majú dobre vyvinutý endoplazmatický retikula a Golgiho aparát. Kontraktilné funkcie odoláva hemodynamického tlak je udržiavaný a ďalšie prepracovanie oboch srdcových a kostrových kontraktilných proteínov, ktoré obsahujú ťažký reťazec alfa a beta-myosin a rôzne izoformy troponínu. Kontrakcia ventilu srdcovej chlopne bola preukázaná ako odpoveď na množstvo vazoaktívnych látok, čo naznačuje koordinujúci účinok biologického stimulu na úspešnú funkciu ventilu.

Intersticiálne bunky sú tiež nevyhnutnými zložkami redukčného systému štruktúr, ako sú srdcové chlopne. Konštantný pohyb ventilov a deformácia súvisiaceho spojivového tkaniva spôsobujú poškodenie, na ktoré reagujú intersticiálne bunky ventilu na udržanie integrity ventilu. Proces obnovy je životne dôležitý pre normálne fungovanie ventilu a absencia týchto buniek v moderných modeloch umelých chlopní je pravdepodobne faktorom prispievajúcim k štrukturálnemu poškodeniu bioprotéz.

Dôležitým smerom v štúdii intersticiálnych buniek je štúdium interakcie medzi nimi a okolitou matricou, sprostredkovanej ohniskovou adhéziou molekúl. Fokálne adhézie sú špecializované interakcie buniek a matrice, ktoré viažu cytoskelet bunky na matricové proteíny prostredníctvom integrínov. Tiež pôsobia ako signalizačné miesta na transdukciu, prenášajúce mechanické informácie z extracelulárnej matrice, ktoré môžu vyvolať odpovede vrátane, ale nielen, bunkovej adhézie, migrácie, rastu a diferenciácie. Pochopenie bunkovej biológie valvulárnych intersticiálnych buniek je dôležité pre vytvorenie mechanizmov, prostredníctvom ktorých tieto bunky interagujú navzájom a so životným prostredím, aby sa táto funkcia mohla reprodukovať v umelých ventiloch.

V súvislosti s vývojom sľubného smeru tkanivového inžinierstva srdcových chlopní sa uskutočňujú štúdie intersticiálnych buniek s použitím širokého spektra techník. Po overená cytoskeletu buniek farbených pre vimentin, desmin, troponín, alfa-aktínu a myosin hladkého svalstva ťažkého alfa a beta reťazca myozínu ľahký reťazec-2 myozínu srdcové, alfa a beta-tubulín. Kontraktilita bunky potvrdené pozitívnu reakciu na adrenalín, angiotenzín II, bradykinín, karbacholom, chlorid draselný, endotel I. Bunková funkčný vzťah určená a overená štrbinové interakcie karboksiflyuorestseina mikroinjekcie. Sekrecia matrice sa stanovuje zafarbením pre prolyl-4-hydroxylázu / kolagén typu II, fibronektín, chondroitín sulfát, laminín. Inervácie je nainštalovaný tesnej blízkosti motora nervových zakončení, ktorá ovplyvňuje aktivitu neuropeptid Y tyrosinhydroxylázy, acetylcholín, vazoaktívnych intestinálnej polypeptid, substancia P, peptid kaptsitonin gene-related. Mitogénne faktory sa odhadujú pomocou rastového faktora odvodeného od krvných doštičiek, hlavného fibroblastového rastového faktora, serotonínu (5-HT). Fibroblasty študovanej intersticiálna bunky sú charakterizované neúplným bazálnej membrány, dlhé, tenké cytoplazmatickej procesy v blízkosti napojenia na matrici, rozvinutú hrubé endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu, bohatstvo mikrofilament, tvorbu adhézne väzby.

Valvulárne endokardiálne bunky tvoria funkčnú atrombogénnu obálku okolo každej srdcovej chlopne podobnej vaskulárnemu endotelu. Veľmi používaná metóda na výmenu chlopní eliminuje ochrannú funkciu endokardu, ktorá môže viesť k ukladaniu krvných doštičiek a fibrínu na umelé chlopne, vývoj bakteriálnej infekcie a kalcifikácie tkaniva. Ďalšou pravdepodobnou funkciou týchto buniek je regulácia základných valvulárnych intersticiálnych buniek, podobná regulácii buniek hladkého svalstva endotelom. Komplexná interakcia existuje medzi endotelom a susednými bunkami, čiastočne sprostredkovanými rozpustnými faktormi vylučovanými endotelovými bunkami. Tieto bunky tvoria obrovský povrch pokrytý mikro-rastmi na luminálnej strane, čím sa zvyšuje expozícia a možná interakcia s metabolickými látkami cirkulujúcej krvi.

Endotelu často zobrazuje morfologické a funkčné rozdiely spôsobené šmykových napätie v cievnej stene dôjde v priebehu pohybu krvi, a to isté platí pre ventilu endokardiálnej bunky dostávajúcej obaja podlhovastá a polygonálne tvar. Zmeny v štruktúre buniek, môže dôjsť v dôsledku pôsobenia lokálnych prvkov hemodynamika cytoskeletu alebo sekundárnym efektom spôsobeným zmenami v podkladovej extracelulárnej matrix. Na ultrastrukturální úrovni ventilu endokardiálnej bunky majú intercelulárnej väzby plazmové bubliny hrubej endoplasmatického retikula a Golgiho aparátu. Napriek skutočnosti, že sa produkujú von Willebrandov faktor, a to ako in vivo, tak v umelom prostredí, postrádajú teľa Weibel-Palade (špecifické granulát obsahujúci von Willebrandov faktor), ktoré sú špecifické pre organely cievny endotel. Valvulárne endokardiálne bunky sa vyznačujú silnými kĺbmi, funkčnými medzerovými interakciami a prekrývajú sa okrajovými záhybmi.

Endokardu bunky zachovávajú svoju metabolickú aktivitu dokonca aj in vitro: generovanie Willebrandov faktor, prostacyklínu, oxidu dusnatého vykazujú aktivitu ACE, silne izolovaný adhézne molekuly ICAM-1 a ELAM-1, ktoré sú rozhodujúce pre väzbu mononukleárnych buniek v rozvoji imunitnej reakcie. Všetky tieto markery by mali byť zahrnuté v pestovaní ideálnej bunkovej kultúry vytvoriť umelý ventilu tkanivového inžinierstva, ale je imunostimulačný potenciál ventilových endokardiálnej bunky samy o sebe môžu obmedziť ich použitie.

Extracelulárnej Metrix srdcovej ventil sa skladá z vláknitého kolagénu a elastínu makromolekúl proteoglykánov a glykoproteínov. Kolagén je - 60% suchej hmotnosti ventilu, elastín - 10% a proteoglykánmi - 20%. Kolagén poskytuje hlavné mechanické súčasti odporu ventilu a obsahuje kolagény I (74%). II (24%) a V (2%). Bunky kolagénových filamentov sú obklopené elastínovým plášťom, ktorý medzi nimi interaguje. Glykosaminoglykán postranné reťazce proteoglykanu molekuly majú tendenciu vytvárať látku podobnú gélu, v ktorom iné molekuly interagovať za vzniku stálej matrice prepojenia a ďalšie súčasti sú uložené. Glykozaminoglykány ľudskej srdcovej chlopne skladá hlavne z kyseliny hyalurónovej, v menšej miere - dermatan sulfát, chondroitín-4-sulfátu a chondroitín-6-sulfát, s minimom heparansulfátu. Prestavba a aktualizácie matrice tkaniva sú upravené matrixových metaloproteinázy (MMP) a ich tkanivové inhibítory (TI). Tieto molekuly sú tiež zapojené v celom rade fyziologických a patologických procesov Niektoré metaloproteinázy, vrátane intersticiálnej kolagenázy (MMP-1, MMP-13) a gelatinázy (MMP-2, MMP-9) a ich tkanivové inhibítory (TI-1, päť- 2, TI-3) sa nachádzajú vo všetkých ventiloch srdca. Nadbytok výroby metaloproteinázy je typický pre patologické stavy srdcovej chlopne.

[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]

Srdcové ventily a ich morfologická štruktúra

Srdcové ventily pozostávajú z troch morfologicky odlišných a funkčne významných vrstiev matrice ventilu - vláknitého, hubovitého a komorového.

Vláknitá vrstva tvorí nosný rám ventilovej chlopne pozostávajúci z vrstiev kolagénových vlákien. Tieto vlákna sú usporiadané radiálne vo forme záhybov pre možnosť napínania arteriálnych ventilov po uzatvorení. Vlákna vrstva leží v blízkosti výstupného vonkajšieho povrchu týchto ventilov. Vláknité vrstvy atrioventrikulárnych chlopní slúžia ako pokračovanie kolagénových zväzkov chordov šliach. Nachádza sa medzi hubovitými (vstupnými) a komorovými (výstupnými) vrstvami.

Medzi vláknitou a komorovou vrstvou sa nachádza hubovitá vrstva (spongiosa). Hubovitá vrstva pozostáva zo zle organizovanej spojivovej tkaniny vo viskóznom médiu. Dominantné zložky matrice tejto vrstvy sú proteoglykány s ľubovoľne orientovaným kolagénom a tenkými vrstvami elastínu. Bočné reťazce molekúl proteoglykánov nesú silný negatívny náboj, čo ovplyvňuje ich vysokú schopnosť viazať vodu a tvoriť porézny gél matrice. Vrstva hubovitého matrica znižuje mechanické namáhanie ventilov srdcových chlopní a udržuje ich pružnosť.

Komorová vrstva je oveľa tenšia než ostatné a je plná elastických vlákien, ktoré umožňujú tkanivám odolávať konštantnej deformácii. Elastín má hubovitú štruktúru, ktorá obklopuje a spája kolagénové vlákna a zabezpečuje ich udržiavanie v neutrálnom zloženom stave. Vstupné vrstva ventil (komorové - pre arteriálnej ventily a huby - na atrioventrikulárnej) obsahuje viac ako elastín výstup, ktorý poskytuje zmäkčenie vody kladivá pri zatváraní klapky. Tento vzťah medzi kolagénom a elastínom umožňuje rozšírenie ventilov na 40% bez trvalej deformácie. Pod vplyvom malého zaťaženia sú kolagénové štruktúry tejto vrstvy orientované v smere zaťaženia a zvyšuje sa jej odolnosť voči ďalšiemu rastu zaťaženia.

Preto je myšlienka srdcových chlopní ako nečinná duplikácia endokardu nielen zjednodušená, ale aj nesprávna. Srdcové chlopne sú orgán so zložitou štruktúrou, vrátane pruhovaných svalových vlákien, krvných a lymfatických ciev a nervových elementov. V štruktúre aj funkčnosti ventily tvoria jediný celok so všetkými štruktúrami srdca. Analýza normálnej funkcie ventilu musí brať do úvahy jeho bunkovú organizáciu, ako aj interakciu buniek medzi sebou a matricou. Poznatky získané z takýchto štúdií vedú k návrhu a vývoju výmeny ventilov pomocou tkanivového inžinierstva.