Hjärtventiler

Tidigare ansågs det att alla hjärtklaffar är enkla strukturer vars bidrag till ettriktat blodflöde helt enkelt är en passiv rörelse som svar på den verkande tryckgradienten. Denna förståelse av "passiva strukturer" ledde till skapandet av "passiva" mekaniska och biologiska ventilutbyten.

Det blir nu uppenbart att hjärtklaffar har en mer komplex struktur och funktion. Därför föreslår skapandet av en "aktiv" hjärtklaffens substitut en signifikant likhet i sin struktur och funktion med en naturlig hjärtventil, som på lång sikt är ganska genomförbar på grund av utvecklingen av vävnadsteknik.

Hjärtventiler utvecklas från mesenkymvävnadens embryonala knoppar under införandet av endokardiet. I processen för morfogenes bildad atrioventrikulärt kanalen (tricuspid och segelklaff cerdechnye) och ventrikulär utflödesområdet (aorta- och pulmonalis ventiler cerdechnye).

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

Hur ordnas hjärtklaffar?

Inledningen av studien av blodtillförseln till ventilerna lades av Luschka (1852), med hjälp av en injektion av hjärtkärl med kontrasterande massa. Han hittade ett flertal blodkärl i ventilerna hos aorta och lungartären hos atrioventrikulära och semilunarventilerna. Men i ett antal guider på patologisk anatomi och histologi fanns indikationer på att oförändrade mänskliga hjärtklaffar inte innehåller någon blodkärl och den senare förekommer endast i ventiler i olika patologiska processer - arterioskleros av olika etiologi och endokardit. Information om frånvaro av blodkärl baserades huvudsakligen på histologiska studier. Det antogs att i närvaro av blodkärl i den fria delen av ventilerna uppträder deras näring genom att filtrera vätskan från blodplasma som sveper ventilerna. Penetrationen av några få kärl tillsammans med fibrer av den strimmiga muskelvävnaden i basen av ventilerna och senskordarna noterades.

Emellertid, när injektionskärlen i hjärtat olika färgämnen (kadaver i gelatin, vismut gelatin vattenhaltig uppslamning svart mascara, lösningar av karmin eller trypanblått), fann man att kärlen penetrera atrio-ventrikulära cerdechnye ventiler, aorta och lungartären tillsammans med hjärtmuskelvävnad , inte riktigt når den fria kanten av fliken.

I den fibrösa fibrösa bindväven hos ventilerna hos de atrioventrikulära ventilerna upptäcktes separata huvudkärl att anastomos med kärlen i en serie av belägna områden av hjärt-transversal muskelvävnad.

Det största antalet blodkärl var beläget i basen och relativt mindre i den fria delen av dessa ventiler.

Enligt KI Kulchitsky et al. (1990) finns en större diameter av de arteriella och venösa kärlen i mitralventilen. Vid basen av ventilerna på denna ventil finns huvudsakligen huvudfartyg med ett smalt loopat nät av kapillärer som tränger in i den grundläggande delen av ventilen och upptar 10% av sitt område. I tricuspidventilen har arteriella kärl en mindre diameter än i mitralventilen. I ventilerna på denna ventil finns huvudsakligen spridda typkärl och relativt brett slingor av blodkapillärer. I mitralventilen är det främre bladet mer intensivt blodflöde, i tricuspidventilen, de främre och bakre ventilerna, som bär huvudluckningsfunktionen. Förhållandet mellan diametrarna av arteriella och venösa kärl i de atrioventrikulära ventilerna hos hjärtat hos mogna människor är 1: 1,5. Kapillärslingorna är polygonala och belägna vinkelrätt mot ventilflikarnas botten. Fartyg utgör ett platt nätverk som ligger under endotelet från sidan av atrierna. Blodkärl finns också i tendon ackord, där de tränger in från de papillära musklerna i höger och vänster ventrikel till ett avstånd på upp till 30% av längden på senskordarna. Många blodkärl bildar välvda slingor vid basen av tendon ackord. Hjärtventiler i aortan och lungstammen för blodtillförsel skiljer sig signifikant från atrioventrikulär. Huvudkärlen med relativt mindre diameter passar basen av semilunarventilerna i aorta- och lungventilerna. De korta grenarna på dessa kärl avslutas i kapillärslingorna med oregelbunden oval och polygonal form. De ligger huvudsakligen nära basen av semilunarvingarna. De venösa kärlen i basen av ventilerna i aorta och lungartären har också en mindre diameter än vid basen av de atrioventrikulära ventilerna. Förhållandet mellan diametrarna av arteriella och venösa kärl i ventilerna i aortan och lungartären hos hjärtat hos mogna människor är 1: 1,4. Stora laterala grenar avgrenas från större fartyg, slutar med kapillärer av oregelbunden oval och polygonal form.

Med åldern finns det en förgrovning av bindvävsfibrer såsom kollagen och elastin, samt minska antalet lös fibrös oregelbunden bindväv utvecklar klaffar vävnad skleros atrioventrikulär ventiler och de broschyrer av semilunarklaffarna av aorta och lungartären. Reducerade längdfibrer ventiler hjärt tvärstrimmig muskelvävnad och därmed minskar dess kvantitet och antalet tränga in i hjärtklaffar blodkärl. I samband med dessa förändringar cerdechnye ventiler förlorar sina elastiska och elastiska egenskaper, som påverkar stängningsmekanismen av ventilerna och hemodynamiken.

Hjärtventiler har lymfatiska kapillärnät och ett litet antal lymfatiska kärl utrustade med ventiler. Ventilernas lymfatiska kapillärer har ett karakteristiskt utseende: deras lumen är mycket oregelbunden, samma kapillär i olika områden har en annan diameter. I korsningen av flera kapillärer bildas förlängningar-lacunae av olika former. Nätverksslingorna är ofta oregelbundna polygonala, oftare ovala eller runda formar. Ofta är lymfatiska nätverkslingorna inte stängda och lymfatiska kapillärerna slutar blint. Lymfatiska kapillärslingor orienteras oftare i riktning från ventilens fria kant till basen. I ett antal fall hittades ett tvåskiktat nätverk av lymfatiska kapillärer i ventilerna hos den atrioventrikulära ventilen.

Endokardiums nervplexus ligger i sina olika skikt, huvudsakligen under endotelet. Vid den fria kanten av ventilklaffarna finns nervfibrer, huvudsakligen radiellt, som förbinder sig med senkordens ackord. Närmare till basen av ventilerna är en stor plexus plexus som förbinder till plexus runt de fibrösa ringarna. På semilunulära ventiler är det endokardiella neurala nätverket mer sällsynt. På platsen för fastsättning av ventilerna blir den tjock och flerlagrad.

Cellstruktur av hjärtventiler

Ventilinterstitialcellerna som är ansvariga för att upprätthålla ventilstrukturen har en långsträckt form med ett stort antal tunna processer som sträcker sig genom hela ventilmatrisen. Det finns två populationer av ventilinterstitiella celler, som skiljer sig i morfologi och struktur. Vissa har kontraktile egenskaper och kännetecknas av närvaron av kontraktile fibriller, andra har sekretoriska egenskaper och har en välutvecklad endoplasmisk retikulum och Golgi-apparat. Sammandragningsfunktion motstår hemodynamiska tryck upprätthålls och vidareutveckling av både hjärt- och skelett kontraktila proteiner som innefattar den tunga kedjan av alfa- och beta-myosin och olika isoformer troponin. Sammandragningen av hjärtventilens ventil demonstrerades som svar på ett antal vasoaktiva medel som antyder koordineringsverkan av den biologiska stimulansen för ventilens framgångsrika funktion.

Interstitiella celler är också nödvändiga komponenter i det reduktiva systemet av strukturer såsom hjärtventiler. Ventilens konstanta rörelse och deformationen av bindväven som är associerad med den, ger skada på vilka ventilinterstitialceller reagerar för att upprätthålla ventilens integritet. Återvinningsprocessen är avgörande för ventilens normala funktion, och frånvaron av dessa celler i moderna modeller av artificiella ventiler bidrar troligtvis till strukturella skador på bioprosteser.

En viktig riktning i studien av interstitiella celler är studien av interaktionen mellan dem och den omgivande matrisen, medierad av molekylernas fokala vidhäftning. Fokala vidhäftningar är specialiserade cellmatrisinteraktioner som binder cytoskeletten hos en cell till matrisproteiner genom integriner. De fungerar också som signaleringsplatser för transduktion, överföring av mekanisk information från den extracellulära matrisen, vilken kan framkalla svar, inkluderande men inte begränsat till celladhesion, migrering, tillväxt och differentiering. Att förstå cellbiologi av valvulära interstitiella celler är avgörande för att fastställa mekanismer genom vilka dessa celler interagerar med varandra och miljön, så att denna funktion kan reproduceras i artificiella ventiler.

I samband med utvecklingen av ett lovande område i vävnadsteknik hjärtklaff forskning interstitsiapnyh celler utförs med användning av en mängd olika tekniker. Att ha validerat cytoskelettet av celler som färgades för vimentin, desmin, troponin, alfa-aktin och myosin glatt muskulatur tunga kedjan alfa- och beta-myosin lätt kedja-2 hjärtmyosin, alfa och beta-tubulin. Kontraktionsmätningarna celler bekräftade positivt svar på epinefrin, angiotensin II, bradykinin, karbakol, kaliumklorid, endotel I. Cellulär funktionellt samband bestämdes och verifierades slitsade interaktioner karboksiflyuorestseina mikroinjektion. Matrissekre installerad färgning för prolyl-4-hydroxylas / typ II kollagen, fibronektin, kondroitinsulfat, laminin. Innervation är installerad nära närhet motornervändar, vilket påverkar aktiviteten hos neuropeptid Y tyrosinhydroxylas, acetylkolin, vasoaktiv intestinal polypeptid, substans P, kaptsitonin gen-relaterad peptid. Mitogena faktorer utvärderade ärvt trombocyt-tillväxtfaktor, basisk fibroblasttillväxtfaktor, serotonin (5-HT). Fibroblaster studerade interstitiella celler kännetecknas av en ofullständig basalmembran, långa, tunna cytoplasmiska processer nära anslutning till matrisen, en väl utvecklad kornigt endoplasmatiskt nätverk och Golgi-apparaten, den rikedom av mikrofilament, bildandet av en adhesiv bindning.

Valvulära endokardiala celler bildar ett funktionellt atrombogent hölje runt varje hjärtventil, liknande det vaskulära endotelet. Den allmänt använda metoden för ventilbyte eliminerar skyddsfunktionen hos endokardiet, vilket kan leda till deponering av blodplättar och fibrin på artificiella ventiler, utvecklingen av bakteriell infektion och vävnadskalkning. En annan sannolik funktion hos dessa celler är reglering av de underliggande ventrikulära interstitiella cellerna, som liknar regleringen av glattmuskelceller vid endotelet. Komplex interaktion existerar mellan endotelet och angränsande celler, delvis medierade av lösliga faktorer utsöndrade av endotelceller. Dessa celler bildar en stor yta, täckt med mikrotillväxt på luminala sidan, vilket ökar exponeringen och möjlig interaktion med de metaboliska substanserna i det cirkulerande blodet.

Endotel visar ofta morfologiska och funktionella skillnader som orsakas av de skjuvspänningar vid kärlväggen som uppträder under rörelsen av blod, och det samma gäller för ventilen endokardiell celler som erhöll både långsträckt och polygonal form. Förändringar i strukturen av celler kan uppträda på grund av inverkan av lokala hemodynamik cytoskelettsystemen komponenter eller sekundär effekt orsakas av förändringar i den underliggande extracellulära matrixen. På nivån av ultrastrukturen har ventrikulära endokardiella celler intercellulära anslutningar, plasma-vesiklar, ojämn endoplasmisk retikulum och Golgi-apparaten. Trots det faktum att de producerar von Willebrand-faktor, både in vivo och i en artificiell miljö, de saknar kalven Weibel-Palade (specifika granuler som innehåller von Willebrand-faktor), som är organeller som är specifika för vaskulärt endotel. Valvulära endokardiella celler kännetecknas av starka leder, funktionella gapinteraktioner och överlappning av marginella veck.

Endokardiell celler bibehåller sin metaboliska aktivitet även in vitro: generera Willebrand-faktor, prostacyklin, kväveoxidsyntas uppvisar aktivitet av angiotensin-omvandlande enzym, molekyler starkt isolerat vidhäftning ICAM-1 och ELAM-1, som är kritiska för bindning av mononukleära celler i utvecklingen av immunsvaret. Alla dessa markörer bör ingå i odlingen av den ideala cellkultur för att skapa en konstgjord ventil genom tissue engineering, men den immunstimulerande potential ventil endokardiell cellerna själva kan begränsa deras användning.

Extracellulär Metrix hjärtklaff består av fibröst kollagen och elastin makromolekyler av proteoglykaner och glykoproteiner. Kollagen är - 60% av den torra vikten av ventilen, elastin - 10% och proteoglykaner - 20%. Kollagenkomponenten ger den grundläggande mekaniska stabiliteten hos ventilen och representeras av kollagen I (74%). II (24%) och V (2%) typer. Bunter av kollagenfilament är omgivna av en elastinhylsa som interagerar mellan dem. Glykosaminoglykan sidokedjorna i proteoglykan molekylerna tenderar att bilda en gel-liknande substans i vilka andra molekyler samverkar för att bilda en permanent matrissammankopplingar och andra komponenter är avsatta. Glykosaminoglykaner humant hjärtklaff sammansatt huvudsakligen av hyaluronsyra, i mindre utsträckning - av dermatansulfat, kondroitin-4-sulfat och kondroitin-6-sulfat, med ett minimum av heparansulfat. Ombyggnad och uppdatering matrisvävnaden regleras av matrismetalloproteinaser (MMP) och deras vävnadshämmare (TI). Dessa molekyler är också involverade i ett brett spektrum av fysiologiska och patologiska processer Vissa metalloproteinaser, inklusive interstitiell kollagenas (MMP-1, MMP-13) och gelatinaser (MMP-2, MMP-9) och deras vävnadshämmare (TI-1, fem- 2, TI-3) finns i alla ventiler i hjärtat. Överflödigheten av metalloproteinasproduktion är typisk för patologiska tillstånd i hjärtventilen.

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

Hjärtventiler och deras morfologiska struktur

Hjärtventiler består av tre morfologiskt olika och funktionellt signifikanta lager av ventilens matris - fibröst, svampigt och ventrikulärt.

Det fibrösa skiktet bildar en belastningsbar ram av ventilklaffen, bestående av skikt av kollagenfibrer. Dessa fibrer är anordnade radiellt i form av veck för möjligheten att sträcka artärventilerna vid stängning. Det fibrösa skiktet ligger nära de yttre ytorna hos dessa ventiler. De fibrösa skikten hos de atrioventrikulära ventilerna tjänar som en fortsättning av kollagenbalkarna i senkoordarna. Det ligger mellan svampiga (ingångs-) och ventrikulära (utlopps) lager.

Mellan fibrerna och ventrikuläret finns ett svampigt lager (spongiosa). Det svampiga skiktet består av en dåligt organiserad bindväv i ett visköst medium. De dominerande matriskomponenterna i detta skikt är proteoglykaner med godtyckligt orienterat kollagen och tunna skikt elastin. Sidokedjorna hos proteoglykanernas molekyler bär en stark negativ laddning, vilket påverkar deras höga förmåga att binda vatten och bilda matrisens porösa gel. Det svampiga matrisskiktet minskar de mekaniska påkänningarna i hjärtklaffarnas ventiler och bibehåller deras flexibilitet.

Det ventrikulära skiktet är mycket tunnare än andra och är fyllt med elastiska fibrer som tillåter vävnader att motstå konstant deformation. Elastin har en svampig struktur som omger och förbinder kollagenfibrer och säkerställer underhållet i ett neutralt veckat tillstånd. Inloppsventilskikt (ventrikulär - för arteriella ventiler och svamp - för atrioventrikulär) innehåller fler elastin än utsignalen, som ger mjukning av vattenslag under stängningsflikar. Denna relation mellan kollagen och elastin möjliggör expansion av ventilerna till 40% utan permanent deformation. Under påverkan av en liten belastning är kollagenstrukturerna i detta skikt orienterade i laddningsriktningen och dess motstånd mot ytterligare belastning ökar.

Således är idén om hjärtklaffar som en tomgångs endokardiumdubblering inte bara förenklad, men också i själva verket felaktig. Hjärtventiler är ett organ med komplex struktur, inklusive strimmiga muskelfibrer, blod och lymfatiska kärl samt nervelement. Både i deras struktur och funktion utgör ventilerna en enda helhet med alla hjärtets strukturer. Analysen av ventilens normala funktion måste ta hänsyn till sin cellulära organisation, liksom interaktionen mellan cellerna mellan sig och matrisen. Kunskapen från sådana studier leder till design och utveckling av ventilutbyte med hjälp av vävnadsteknik.