Сърдечни клапи

По-рано се смяташе, че всички сърдечни клапи са прости структури, чийто принос за еднопосочен кръвоток е просто пасивно движение в отговор на действащия градиент на налягането. Това разбиране за "пасивните структури" доведе до създаването на "пасивни" механични и биологични заместители на клапани.

Сега става ясно, че сърдечните клапи имат по-сложна структура и функция. Поради това създаването на "активен" заместител на сърдечната клапа предполага значимо сходство в структурата и функцията му с естествена сърдечна клапа, което в дългосрочен план е напълно осъществимо благодарение на развитието на тъканното инженерство.

Сърдечните клапи се развиват от ембрионалните пъпки на мезенхимната тъкан по време на вкарването на ендокарда. В процеса на морфогенеза образува атриовентрикуларен канал (трикуспидна и митрална клапани cerdechnye) и камерна изходния тракт (аорта и белодробна клапани cerdechnye).

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

Как се подреждат сърдечните клапи?

Началото на изследването на кръвоснабдяването на клапите е положено от Лушка (1852), като се използва инжекция от сърдечни съдове с контрастираща маса. Той откри многобройни кръвоносни съдове в клапаните на атриовентрикуларните и полулунарните клапани на аортата и белодробната артерия. Въпреки това, в редица ръководства за патологична анатомия и хистология е имало индикации, че непроменени човешки сърдечни клапи не съдържат кръвоносен съд, а вторите се появяват само в клапана в различни патологични процеси - атеросклероза на различна етиология и ендокардит. Информацията за липсата на кръвоносни съдове се основава главно на хистологични изследвания. Приема се, че в отсъствието на кръвоносните съдове в свободната част на клапите храната им се осъществява чрез филтруване на течността от кръвната плазма, гънките на миене. Наблюдавано е проникването на няколко съда заедно с влакна от стрилата мускулна тъкан в основата на клапите и сухожилките.

Въпреки това, когато инжектиране съдове на сърцето различни багрила (труп в желатин, бисмут желатин водна суспензия черна спирала, разтвори на кармин или трипан синьо), беше установено, че съдовете проникват cerdechnye клапани атриовентрикуларен, аортата и белодробната артерия заедно със сърдечна мускулна тъкан , като леко не достига свободния край на листата.

В грозната фиброзна съединителна тъкан на клапаните на атриовентрикуларните клапи бяха открити отделни главни съдове, които анастомоскулират с съдовете редица разположени области на сърдечната напречна мускулна тъкан.

Най-голям брой кръвоносни съдове са разположени в основата и сравнително по-малко - в свободната част на тези клапани.

Според KI Kulchitsky et al. (1990), в митралната клапа се открива по-голям диаметър на артериалните и венозни съдове. В основата на клапаните на този клапан има главно главни съдове с тясна мрежа от капиляри, проникващи в основната част на клапана и заемащи 10% от площта му. В трикуспидната клапа артериалните съдове имат по-малък диаметър, отколкото в митралната клапа. Във вентилите на този клапан има главно разпръснати съдове и относително широки кръгове на кръвни капиляри. В митралната клапа, предният лист е по-интензивно кръв, в трикуспидната клапа, предната и задната клапа, които носят главната функция за затваряне. Съотношението на диаметрите на артериалните и венозните съдове в атриовентрикуларните клапи на сърцето на зрелите хора е 1: 1.5. Капилярните бримки са многоъгълни и разположени перпендикулярно на основата на клапаните на клапаните. Съдовете образуват планарна мрежа, разположена под ендотела отстрани на атриума. Кръвоносните съдове също се намират в акордите на сухожилията, където проникват от папиларните мускули на десните и левите вентрикули на разстояние до 30% от дължината на акордите на сухожилията. Многобройни кръвоносни съдове оформят извити кръгове в основата на сухожилките. Сърдечните клапи на аортата и белодробния багажник за кръвоснабдяване са значително по-различни от атриовентрикуларните. Основните съдове с относително по-малък диаметър поставят основата на полулунарните клапани на аортните и белодробните клапани. Кратките клони на тези съдове завършват в капилярните бримки с неправилна овална и многоъгълна форма. Те се намират главно в близост до основата на полулунните крила. Венозните съдове в основата на клапаните на аортата и белодробната артерия също имат по-малък диаметър, отколкото в основата на атриовентрикуларните клапани. Съотношението на диаметрите на артериалните и венозните съдове във вентилите на аортата и белодробната артерия на сърцето на зрелите хора е 1: 1.4. От по-големите съдове, късите странични клони се разклоняват и завършват с капиляри с грешна овална и многоъгълна форма.

С възрастта има загрубяване на тъканни влакна съединителната като колаген и еластин, както и намаляване на броя на свободно влакнест неправилна съединителна тъкан развива клапи тъкан склероза атриовентрикуларен клапани и листовките на semilunar клапана на аортата и белодробната артерия. Намалени дължина влакна клапани сърдечна набразден мускулна тъкан и по този начин намалява неговото количество и броя на проникване в сърдечните клапи кръвоносните съдове. Във връзка с тези промени cerdechnye клапани загубят еластични и еластични свойства, които влияят на механизма за затваряне на клапаните и хемодинамиката.

Сърдечните клапи имат лимфни капилярни мрежи и малък брой лимфни съдове, оборудвани с клапани. Лимфните капиляри на клапаните имат характерен външен вид: луменът им е много неравномерно, същата капилярна в различни области има различен диаметър. В кръстовището на няколко капиляри се образуват разширения - празнини с различни форми. Мрежовите бримки често са неправилни многоъгълни, по-рядко овални или кръгли. Често контур лимфен мрежа не е затворен, и лимфните капиляри завършват в слепи линия лимфните капиляри са ориентирани повече към свободния край на клапата към основата му. В редица случаи е намерена двупластова мрежа от лимфни капиляри във вентилите на атриовентрикуларния клапан.

Нервните плексуси на ендокарда се намират в различните слоеве, главно под ендотелиума. На свободния край на клапаните на клапаните, нервните влакна се намират, главно радиално, като се свързват с тези на сухожилните акорди. По-близо до основата на клапите е плексусът на голям плексус, който се свързва с плексикса около влакнестите пръстени. На полулунусните клапи е по-рядка ендокардната нервна мрежа. На мястото на закрепване на вентилите става дебело и многослойно.

Клетъчна структура на сърдечните клапи

Вентилните клетки на клапана, които отговарят за поддържането на структурата на вентила, имат удължена форма с голям брой тънки процеси, които се простират през цялата клапана на матрицата. Има две популации на клапни интерстициални клетки, които се различават по морфология и структура; някои имат контрактилни свойства и се характеризират с наличието на контракционни фибрили, други имат секреторни свойства и имат добре развит ендоплазмен ретикулум и Golgi апарат. Контрактилния функция съпротивлява хемодинамичен налягане се поддържа и по-нататъшно разработване на двете сърдечни и скелетни контрактилните протеини, които съдържат тежката верига на алфа- и бета-миозин и различни изоформи тропонин. Свиването на клапата на сърдечната клапа е демонстрирано в отговор на редица вазоактивни агенти, което предполага координиращото действие на биологичния стимул за успешното функциониране на клапата.

Интерстициалните клетки също са необходими компоненти на редукционната система на структури като сърдечни клапи. Постоянното движение на клапаните и свързаната с него деформация на съединителната тъкан предизвикват увреждане, на което вентилните клетки на клапана реагират, за да поддържат целостта на клапана. Процесът на възстановяване е жизненоважен за нормалното функциониране на клапата и липсата на тези клетки в съвременните модели на изкуствени клапи е вероятно фактор, допринасящ за структурното увреждане на биопротези.

Важна посока в изследването на интерстициалните клетки е изследването на взаимодействието между тях и околните матрици, медиирано от фокалната адхезия на молекулите. Фокалните сраствания са специализирани клетъчно-матрични взаимодействия, които свързват цитоскелета на клетката с матричните протеини чрез интегрини. Те също действат като места за сигнализиране за трансдукция, предават механична информация от извънклетъчната матрица, която може да предизвика реакции, включително, но не само, клетъчна адхезия, миграция, растеж и диференциация. Разбирането на клетъчната биология на клапните интерстициални клетки е жизненоважно за установяване на механизмите, чрез които тези клетки взаимодействат една с друга и с околната среда, така че тази функция може да се възпроизведе в изкуствени клапи.

Във връзка с развитието на обещаващ площ от тъканното инженерство изследвания сърдечна клапа interstitsiapnyh клетки се осъществява чрез използване на голямо разнообразие от техники. След като валидиран цитоскелета на клетки, оцветени за виментин, десмин, тропонин, алфа-актин и миозин гладък мускул тежка верига алфа- и бета-миозин лека верига-2 сърдечен миозин, алфа и бета-тубулин. Контрактилитет клетки потвърдени положителен отговор epinefrin, ангиотензин II, брадикинин, карбахол, калиев хлорид, ендотел I. Клетъчна функционална връзка определя и проверява отвори взаимодействия karboksiflyuorestseina микроинжектиране. Секрецията на матрица инсталиран оцветяване за пролил 4-хидроксилаза / тип II колаген, фибронектин, хондроитин сулфат, ламинин. Инервация е инсталиран в близост моторни нервни окончания, които засягат активността на невропептид Y тирозин хидроксилаза, ацетилхолин, вазоактивен интестинален полипептид, субстанция Р, kaptsitonin ген-свързан пептид. Митогенни фактори оценяват наследени от тромбоцити растежен фактор, основен фибробластен растежен фактор, серотонин (5-НТ). Фибробластите изследвани интерстициални клетки се характеризират с непълна базалната мембрана, дълги, тънки цитоплазмени процеси тясна връзка с матрицата, добре развита ендоплазматичния ретикулум и апарата на Голджи, богатството от микрофиламенти, формирането на адхезивна връзка.

Валвиални ендокардиални клетки образуват функционална атромбогенна обвивка около всяка сърдечна клапа, подобна на съдовия ендотелиум. Широко използваният метод за замяна на клапата елиминира защитната функция на ендокарда, което може да доведе до отлагането на тромбоцити и фибрин върху изкуствени клапи, развитието на бактериална инфекция и калцификация на тъканите. Друга вероятна функция на тези клетки е регулирането на подлежащите клапни интерстициални клетки, подобни на регулирането на гладкомускулните клетки от ендотела. Съществува комплексно взаимодействие между ендотела и съседните клетки, частично медиирани от разтворими фактори, секретирани от ендотелиални клетки. Тези клетки образуват огромна повърхност, покрита с микро-растения откъм луминалната страна, като по този начин увеличава експозицията и евентуално взаимодействие с метаболитните вещества на циркулиращата кръв.

Ендотелиума често показва морфологични и функционални различия причинени от срязващи напрежения в стената на съда, получена по време на движението на кръв, и същото важи и за клапата ендокарда клетки, които са на удължени и многоъгълна форма. Промени в структурата на клетки може да се дължи на действието на местните компоненти хемодинамика Цитоскелет или вторичен ефект, причинени от промени в основната извънклетъчната матрица. На ниво клапан ултраструктурно ендокарда клетки имат междуклетъчната плазма връзки мехурчета ендоплазматичния ретикулум и Golgi апарат. Въпреки факта, че те произвеждат фактор на фон Вилебранд, както ин виво и в изкуствена среда, те нямат телето Weibel-Palade (специфични гранули, които съдържат фактор на фон Вилебранд), които са специфични за органели съдовия ендотел. Валвиуларните ендокардиални клетки се характеризират със силни стави, взаимодействия на функционални процепи и се припокриват с маргинални гънки.

Ендокардиални клетки запазват своята метаболитна активност дори ин витро: генериране Willebrand фактор, простациклин, азотен оксид синтаза проявяват активност на ангиотензин-конвертиращия ензим, силно изолиран адхезионни молекули ICAM-1 и ELAM-1, които са критични за свързването на мононуклеарни клетки в развитието на имунен отговор. Всички тези маркери трябва да бъдат включени в процеса на отглеждане на идеална клетъчна култура за създаване на изкуствена клапа чрез тъканно инженерство, но имуностимулираща потенциал на ендокарда клетките клапан сами могат да ограничат употребата им.

Екстрацелуларна Metrix сърдечна клапа се състои от влакнест колаген и еластин макромолекули на протеогликани и гликопротеини. Колагенът е - 60% от сухото тегло на клапан, еластин - 10% и протеогликани - 20%. Колагенният компонент осигурява основната механична стабилност на клапана и е представен от колаген I (74%). II (24%) и V (2%). Поредици от колагенови влакна заобиколени еластин облицовка, която взаимодейства тях. Гликозаминогликанови странични вериги на протеогликан молекули са склонни да образуват гел-подобен вещество в които други молекули да взаимодействат до образуване на постоянен матрични връзки и други компоненти се отлагат. Гликозаминогликани човешка сърдечна клапа се състои главно от хиалуронова киселина, в по-малка степен - на дерматан сулфат, хондроитин-4-сулфат и хондроитин 6-сулфат, с минимум хепаран сулфат. Ремоделиране и актуализиране матрица тъкан се регулират от матрични металопротеинази (MMPs) и техните инхибитори тъкан (TI). Тези молекули също са включени в широк спектър от физиологични и патологични процеси Някои металопротеинази, включително интерстициален колагеназа (ММР-1, ММР-13) и желатинази (ММР-2, ММР-9) и техните инхибитори тъкан (TI-1, пет- 2, TI-3) се намират във всички клапани на сърцето. Свръхпредлагане продукция металопротеинази характеристика за патологични състояния на сърдечна клапа.

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

Сърдечни клапи и тяхната морфологична структура

Сърдечните клапи се състоят от три морфологично различни и функционално значими слоя на матрицата на клапата - фиброзна, гъба и вентрикуларна.

Влакнестият слой образува рамката на клапата на клапана, състояща се от слоеве от колагенни влакна. Тези влакна са подредени радиално под формата на гънки за възможността за опъване на артериалните клапи при затваряне. Влакнестият слой лежи близо до изходящата външна повърхност на тези клапани. Влакнестите слоеве на атриовентрикуларните клапани служат като продължение на колагенните лъчи на акордите на сухожилията. Той се намира между гъбестите (входни) и вентрикуларните (изходни) слоеве.

Между влакнестия и вентрикуларния слой има спонгиозен слой (spongiosa). Гъстообразният слой се състои от слабо организирана съединителна тъкан в вискозна среда. Доминантните матрични компоненти на този слой са протеогликани с произволно ориентиран колаген и тънки слоеве еластин. Страничните вериги на молекулите на протеогликаните носят силен отрицателен заряд, което влияе върху тяхната висока способност да се свързват с водата и да образуват порестия гел на матрицата. Матовният слой на гъбата намалява механичните натоварвания във вентилите на сърдечните клапи и поддържа гъвкавостта им.

Вентрикуларният слой е много по-тънък от други и е изпълнен с еластични влакна, които позволяват на тъканите да издържат на постоянна деформация. Еластинът има гъба, която заобикаля и свързва колагенните влакна и осигурява тяхната поддръжка в неутрално сгънато състояние. Входящия клапан слой (вентрикуларна - за артериални клапани и гъба - за атриовентрикуларен) съдържа повече еластин от изхода, което осигурява омекотяване на вода чук по време на затваряне на капаци. Тази връзка между колаген и еластин позволява разширяването на клапаните до 40% без постоянна деформация. Под въздействието на малко натоварване, колагеновите структури на този слой са ориентирани в посоката на натоварване и неговата устойчивост към по-нататъшен растеж на товара се увеличава.

По този начин идеята за сърдечните клапи като ненужно дублиране на ендокарда е не само опростена, но и всъщност неправилна. Сърдечните клапи са орган със сложна структура, включващ стрити мускулни влакна, кръвни и лимфни съдове и нервни елементи. И в структурата и функционирането си клапите образуват едно цяло с всички структури на сърцето. Анализът на нормалната функция на клапана трябва да отчита нейната клетъчна организация, както и взаимодействието на клетките между тях и матрицата. Получените от тези проучвания знания водят в разработването и разработването на заместители на клапата, използващи тъканно инженерство.