Srdce ventilů

Dříve se předpokládalo, že všechny srdeční chlopně jsou jednoduché struktury, jejichž příspěvek k jednosměrnému krevnímu proudu je jednoduše pasivní pohyb v odezvě na působící tlakový gradient. Toto chápání "pasivních struktur" vedlo k vytvoření "pasivních" mechanických a biologických náhrad ventilu.

Nyní se ukazuje, že srdeční chlopně mají složitější strukturu a funkci. Proto vytvoření "aktivní" náhrady srdeční chlopně naznačuje významnou podobnost ve své struktuře a funkci s přirozenou srdeční chlopní, která je z dlouhodobého hlediska docela možné díky rozvoji tkáňového inženýrství.

Kardiální ventily se vyvíjejí z embryonálních pupenů mezenchymální tkáně během vložení endokardu. V procesu morfogeneze vytvořena atrioventrikulární kanálu (trikuspidální a mitrální ventily cerdechnye) a výtokové komory (aortální a pulmonic ventily cerdechnye).

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

Jak jsou uspořádány srdeční chlopně?

Začátek studie o přívodu krve do ventilů položil Luschka (1852) s použitím injekce srdcových cév s kontrastní hmotou. Ve ventilech atrioventrikulárních a polovičních ventilů aorty a plicní arterie našel četné krevní cévy. Nicméně v řadě průvodců na patologické anatomie a histologie existovaly náznaky, že nezměněné lidské srdeční chlopně neobsahují žádné krevní cévy a druhý objevující se jen v ventilů v různých patologických procesů - arteriosklerózy různého původu a endokarditida. Informace o absenci krevních cév byly založeny především na histologických studiích. Předpokládalo se, že při absenci krevních cév ve volné části ventilů dochází k jejich výživě filtrací tekutiny z krevní plazmy, která zametá ventily. Bylo zaznamenáno pronikání několika cév spolu s vlákny pruhované svalové tkáně do základny ventilů a chordů šlach.

Nicméně, když vstřikovací cév srdce různých barviv (kostry v želatina, bismutu želatiny vodná suspenze černé řasenky, roztoky karmín nebo trypanovou modří), bylo zjištěno, že nádoby, proniknout cerdechnye ventily atrioventrikulární, aorty a plicní tepny spolu s srdeční svalové tkáně , což mírně nedosahuje volného okraje listu.

V drobivé vláknité pojivové tkáni ventilů atrioventrikulárních ventilů byly zjištěny oddělené hlavní cévy, že anastomóza s cévami řady lokalizovaných oblastí srdeční příčné svalové tkáně.

Nejvyšší počet krevních cév byl umístěn v základně a relativně méně ve volné části těchto ventilů.

Podle KI Kulchitsky a kol. (1990) je v mitrální chlopni nalezen větší průměr arteriálních a žilních cév. Na základně ventilů tohoto ventilu jsou hlavně hlavní nádoby s úzkoprofilovou sítí kapilár, která pronikají do bazální části ventilu a zaujímají 10% plochy. U trikuspidálního ventilu mají arteriální cévy menší průměr než v mitrální chlopni. Ve ventilech tohoto ventilu jsou hlavně rozptýlené typy nádob a poměrně široká smyčka krevních kapilár. V mitrální chlopně je přední křídlo intenzivněji krevní, v trikuspidálním ventilu, v předním a zadním ventilu, které nesou funkci hlavního uzávěru. Poměr průměrů arteriálních a žilních cév v atrioventrikulárních ventilech srdce dospělých je 1: 1,5. Kapilární smyčky jsou mnohoúhelníkové a jsou umístěny kolmo ke spodní části ventilových chlopní. Plavidla tvoří planární síť umístěnou pod endotelem ze strany síní. Krevní cévy se také nacházejí v šňůrech šlach, kde pronikají z papilárních svalů pravé a levé komory do vzdálenosti až 30% délky šňůry šlach. Četné krevní cévy vytvářejí klenuté smyčky na bázi chordů šlach. Srdeční chlopně aorty a plicního kufru pro krevní oběh se výrazně liší od atrioventrikulárního. Hlavní nádoby o poměrně menším průměru se nacházejí na základně polovičních ventilů aortálních a plicních ventilů. Krátké větve těchto cév končí v kapilárních smyčkách s nepravidelným oválným a polygonálním tvarem. Jsou umístěny hlavně v blízkosti základny semilunárních křídel. Žilní cévy v základně ventilů aorty a plicní arterie mají také menší průměr než u základny atrioventrikulárních ventilů. Poměr průměrů arteriálních a žilních cév ve ventilech aorty a plicní arterie srdce dospělých je 1: 1,4. Z větších nádob se rozvětví krátké boční větve, končící kapiláry špatného oválného a polygonálního tvaru.

S věkem je zhrubnutí pojivové tkáně vláken, jako je kolagen a elastin, stejně jako snížení počtu volné vláknité nepravidelné pojivové tkáně se vyvíjí klapky tkáně skleróza atrioventrikulární ventily a letáky semilunární ventily aorty a plicní tepny. Zkrácená délka vlákna ventily srdeční příčně pruhovaného svalstva a tím snižuje jeho množství a počet proniká do srdce ventily cévy. V souvislosti s těmito změnami cerdechnye ventilů ztrácejí své pružné a elastické vlastnosti, které má vliv na uzavírací mechanismus ventilů a hemodynamiky.

Srdcové ventily mají lymfatické kapilární sítě a malé množství lymfatických cév vybavených ventily. Lymfatické kapiláry ventilů mají charakteristický vzhled: jejich lumen je velmi nepravidelný, stejná kapilára v různých oblastech má jiný průměr. Na křižovatce několika kapilár se vytvářejí rozšíření - mezery různých tvarů. Síťové smyčky jsou často nepravidelné polygonální, méně často oválné nebo kulaté. Často lymfatické sítě smyčka není uzavřený, a lymfatické kapiláry končí ve slepých smyčka lymfatických kapilár jsou orientovány stále více směrem k volnému okraji klapky na jeho základně. V řadě případů byla ve ventilech atrioventrikulárního ventilu nalezena dvouvrstvá síť lymfatických kapilár.

Nervové plexusy endokardu se nacházejí v různých vrstvách, zejména pod endothelem. Na volném okraji klapkových ventilů jsou nervová vlákna umístěna, zejména radiálně, spojená s vlákny šňůr. Bližší k základně ventilů je plexus velkého plexu, který se připojuje k plexu kolem vláknitých kroužků. Na semilunulárních ventilech je endokardiální neuronová síť vzácnější. Na místě uchycení ventilů se stává tlustým a vícevrstvým.

Buněčná struktura srdečních chlopní

Intersticiální buňky ventilu, které jsou odpovědné za udržování struktury ventilu, mají podlouhlý tvar s velkým počtem tenkých procesů, které procházejí celou ventilovou matricí. Existují dvě populace intersticiálních buněk ventilu, které se liší v morfologii a struktuře; některé mají kontraktilní vlastnosti a jsou charakterizovány přítomností kontraktilních vláken, jiné mají sekreční vlastnosti a mají dobře vyvinutý endoplazmatický retikulum a Golgiho aparát. Kontraktilní funkce odolává hemodynamického tlak je udržován a další propracování obou srdečních a kosterních kontraktilních proteinů, které obsahují těžký řetězec alfa- a beta-myosin a různé izoformy troponinu. Kontrakce ventilu srdeční chlopně byla prokázána jako reakce na řadu vazoaktivních látek, což naznačuje koordinační působení biologického podnětu pro úspěšnou funkci ventilu.

Intersticiální buňky jsou také nezbytné součásti redukčního systému struktur, jako jsou srdeční chlopně. Konstantní pohyb ventilů a deformace pojivové tkáně, která je s ním spojena, způsobuje poškození, na které reagují intersticiální články ventilu, aby udržovaly integritu ventilu. Proces obnovy je nezbytný pro normální fungování ventilu a absence těchto buněk v moderních modelech umělých ventilů je pravděpodobně faktorem, který přispívá ke strukturálnímu poškození bioprotéz.

Důležitým směrem ve studii intersticiálních buněk je studium interakce mezi nimi a okolní matrix, zprostředkované ohniskovou adhezí molekul. Fokální adheze jsou specializované interakce buněk a matric, které váží cytoskeleton buňky na matricové proteiny prostřednictvím integrinů. Oni také působí jako signalizační místa pro transdukci, přenášející mechanické informace z extracelulární matrice, které mohou vyvolat odpovědi, mimo jiné buněčnou adhezi, migraci, růst a diferenciaci. Pochopení buněčné biologie valvulárních intersticiálních buněk je životně důležité pro stanovení mechanismů, kterými tyto buňky vzájemně ovlivňují a prostředí, takže tato funkce může být reprodukována v umělých ventilech.

V souvislosti s rozvojem slibné oblasti tkáňového inženýrství výzkumu srdeční chlopně interstitsiapnyh buněk se provádí za použití celé řady technik. Po ověřena cytoskeletu buněk barvených pro vimentin, desmin, troponin, alfa-aktin a myosin hladkého svalstva těžkého alfa- a beta-řetězce myosinu lehký řetězec-2 myosinu srdeční, alfa a beta-tubulin. Kontraktilita buňky potvrzené pozitivní reakci na epinefrin, angiotensin II, bradykinin, karbachol, chlorid draselný, endotel I. Buněčná funkční vztah určena a ověřena štěrbinové interakce karboksiflyuorestseina mikroinjekce. Sekrece matice instalována barvení prolyl-4-hydroxylázy / kolagenu typu II, fibronektin, chondroitin sulfát, laminin. Inervace je nainstalován těsné blízkosti motoru nervových zakončení, která ovlivňuje aktivitu neuropeptidu Y tyrosinhydroxylázy, acetylcholin, vasoaktivní intestinální polypeptid, substance P, peptid kaptsitonin gene-related. Mitogenní faktory vyhodnocené zdědil destičkový růstový faktor, bazický fibroblastový růstový faktor, serotonin (5-HT). Fibroblasty studované intersticiální buňky jsou charakterizovány neúplným bazální membrány, dlouhé, tenké cytoplazmatické procesy v blízkosti napojení na matrici, rozvinutou hrubé endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu, bohatství mikrofilament, tvorbu adhezní vazby.

Valvulární endokardiální buňky tvoří funkční atrombogenní obálku kolem každé srdeční chlopně, podobně jako vaskulární endotel. Široce používaná metoda náhrady ventilu eliminuje ochrannou funkci endokardu, která může vést k usazování krevních destiček a fibrinu na umělých ventilech, rozvoj bakteriální infekce a kalcifikace tkáně. Další pravděpodobnou funkcí těchto buněk je regulace základních chlopňových intersticiálních buněk, podobná regulaci buněk hladkého svalstva endothelem. Komplexní interakce existuje mezi endothelem a sousedními buňkami, částečně zprostředkovanou rozpustnými faktory vylučovanými endotelovými buňkami. Tyto buňky vytvářejí obrovský povrch pokrytý mikro-růstem na luminální straně, čímž se zvyšuje expozice a možná interakce s metabolickými látkami cirkulující krve.

Endotelu často zobrazuje morfologické a funkční rozdíly způsobené smykových napětí v cévní stěně dojde v průběhu pohybu krve, a totéž platí pro ventilu endokardiální buňky dostávající oba podlouhlá a polygonální tvar. Změny ve struktuře buňky mohou nastat v důsledku působení lokální hemodynamiky na složky cytoskeletu buňky nebo sekundárního účinku způsobeného změnami v podkladové extracelulární matrici. Na úrovni ultrastruktury mají valvulární endokardiální buňky intercelulární vazby, plazmové váčky, nerovnoměrné endoplazmatické retikulum a Golgiho aparát. Navzdory skutečnosti, že se produkují von Willebrandův faktor, a to jak in vivo, tak v umělém prostředí, postrádají tele Weibel-Palade (specifické granulát obsahující von Willebrandův faktor), které jsou specifické pro organely cévní endotel. Valvulární endokardiální buňky jsou charakterizovány silnými klouby, funkčními mezery a překrývají se okrajovými záhyby.

Endokardu buňky zachovávají svou metabolickou aktivitu dokonce i in vitro: generování Willebrandův faktor, prostacyklin, oxidu dusnatého vykazují aktivitu angiotenzin konvertujícího enzymu, silně izolovaný adhezní molekuly ICAM-1 a ELAM-1, které jsou rozhodující pro vazbu mononukleárních buněk v rozvoji imunitní reakce. Všechny tyto markery by měly být zahrnuty v pěstování ideální buněčné kultury vytvořit umělý ventilu tkáňového inženýrství, ale je imunostimulační potenciál ventilových endokardiálních buňky samy o sobě mohou omezit jejich použití.

Extracelulární Metrix srdeční ventil se skládá z vláknitého kolagenu a elastinu makromolekul proteoglykanů a glykoproteinů. Kolagen je - 60% sušiny ventilu, elastin - 10% a proteoglykanů - 20%. Kolagenová složka zajišťuje základní mechanickou stabilitu ventilu a představuje kolagen I (74%). II (24%) a V (2%). Svazky kolagenových vláken jsou obklopeny elastinovým pláštěm, který mezi nimi interaguje. Glykosaminoglykan postranní řetězce proteoglykanu molekuly mají tendenci vytvářet látku podobnou gelu, ve kterém jiné molekuly interagovat za vzniku stálé matrice propojení a další součásti jsou uloženy. Glykosaminoglykany lidské srdeční chlopně skládá hlavně z kyseliny hyaluronové, v menší míře - dermatan sulfát, chondroitin-4-sulfátu a chondroitin-6-sulfát, s minimem heparansulfátu. Přestavba a aktualizace matrice tkáně jsou upraveny matrixových metaloproteináz (MMP) a jejich tkáňové inhibitory (TI). Tyto molekuly jsou také zapojeny v celé řadě fyziologických a patologických procesů Některé metaloproteináz, včetně intersticiální kolagenázy (MMP-1, MMP-13) a gelatinázy (MMP-2, MMP-9) a jejich tkáňové inhibitory (TI-1, pěti- 2, TI-3) se nacházejí ve všech ventilech srdce. Nadbytnost výroby metaloproteinázy je typická pro patologické stavy srdeční chlopně.

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

Srdce a jejich morfologická struktura

Srdcové ventily se skládají ze tří morfologicky odlišných a funkčně významných vrstev matrice ventilu - vláknité, houbovité a komorové.

Vláknitá vrstva vytváří kostru ventilové klapky odolnou proti zatížení sestávající z vrstev kolagenových vláken. Tato vlákna jsou uspořádána radiálně ve formě záhybů pro možnost roztažení arteriálních ventilů po uzavření. Vláknitá vrstva leží blízko výstupní vnější plochy těchto ventilů. Vláknité vrstvy atrioventrikulárních ventilů slouží jako pokračování kolagenových svazků chordů šlach. Je umístěn mezi houbovitými (vstupními) a komorovými (výstupními) vrstvami.

Mezi vláknitou a ventrikulární vrstvou je spongiózní vrstva (spongiosa). Houbovitá vrstva se skládá z špatně uspořádané pojivové tkáně ve viskózním médiu. Dominantními složkami matrice této vrstvy jsou proteoglykany s libovolně orientovaným kolagenem a tenkými vrstvami elastinu. Boční řetězce molekul proteoglykanů nesou silný záporný náboj, který ovlivňuje jejich vysokou schopnost vázat vodu a vytvářet porézní gel matrice. Vrstva houbovité matrice snižuje mechanické namáhání ventilů srdečních chlopní a udržuje jejich pružnost.

Ventrikulární vrstva je mnohem tenčí než ostatní a je plná elastických vláken, které umožňují tkáním odolat konstantní deformaci. Elastin má houbovou strukturu, která obklopuje a spojuje kolagenová vlákna a zajišťuje jejich údržbu v neutrálním složeném stavu. Vstupní vrstva ventil (komorové - pro arteriální ventily a houby - na atrioventrikulární) obsahuje více než elastin výstup, který poskytuje změkčení vody kladiva při zavírání klapky. Tento vztah mezi kolagenem a elastinem umožňuje expanzi ventilů na 40% bez trvalé deformace. Pod vlivem malého zatížení jsou kolagenové struktury této vrstvy orientovány ve směru zatížení a zvyšuje se jejich odolnost vůči dalšímu růstu zatížení.

Myšlenka srdcových chlopní jako neúnavné zdvojení endokardu je tedy nejen zjednodušující, ale také ve skutečnosti nesprávná. Srdeční chlopně jsou orgán s komplexní strukturou, včetně pruhovaných svalových vláken, krve a lymfatických cév a nervových elementů. Jak ve své struktuře, tak ve funkcích tvoří ventily jediný celek se všemi strukturami srdce. Analýza normální funkce ventilu musí brát v úvahu jeho buněčnou organizaci, stejně jako interakci buněk mezi sebou a matricí. Získané poznatky z těchto studií vedou v konstrukci a vývoji výměny ventilu pomocí tkáňového inženýrství.