Supape de inima

Anterior se credea că toate supapele cardiace sunt simple structuri a căror contribuție la fluxul sanguin unidirecțional este pur și simplu o mișcare pasivă ca răspuns la gradientul de presiune acționat. Această înțelegere a "structurilor pasive" a dus la crearea de înlocuitori mecanici și biologici ai supapelor "pasive".

Acum devine evident că valvele cardiace au o structură și o funcție mai complexă. Prin urmare, crearea unui înlocuitor activ al supapei cardiace sugerează o asemănare semnificativă în structura și funcția sa cu o supapă de inimă naturală, care pe termen lung este destul de fezabilă datorită dezvoltării ingineriei tisulare.

Supapele cardiace se dezvoltă din mugurii embrionare ale țesutului mezenchimic în timpul introducerii endocardului. În procesul de morfogeneza format canalul atrioventricular (tricuspide si valve mitrale cerdechnye) si tractul de ejecție a ventriculului (valvele aortice și pulmonic cerdechnye).

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

Cum sunt aranjate supapele cardiace?

Începutul studiului privind aprovizionarea cu sânge a supapelor a fost pus de Luschka (1852), folosind o injecție de vase de inimă cu masă contrastantă. A găsit numeroase vase de sânge în supapele valvelor atrioventriculare și semilunare ale arterei aorte și pulmonare. Cu toate acestea, într-o serie de ghiduri cu privire la anatomie patologica si histologice au existat indicii că valve cardiace umane nemodificate nu conțin nici un vas de sange, iar aceasta din urmă apare doar în valve în diverse procese patologice - arterioscleroză de diferite etiologii si endocardita. Informațiile privind absența vaselor de sânge s-au bazat în principal pe studii histologice. Se presupune că, în absența vaselor de sânge în partea liberă a supapelor, nutriția lor are loc prin filtrarea fluidului din plasma de sânge care afectează supapele. A fost observată penetrarea a câtorva vase împreună cu fibrele țesutului muscular striat în baza valvelor și a corzilor tendonului.

Cu toate acestea, atunci când vasele de injectare ale inimii diferite coloranți (carcasă din gelatină, gelatina de bismut pastă apoasă rimel negru, soluții de carmin sau albastru tripan), sa constatat că vasele penetrează valvele cerdechnye atrio-ventriculare, artera aortă și pulmonară, împreună cu țesutul muscular cardiac , fără a ajunge ușor la marginea liberă a frunzei.

Flască Clapele ale țesutului conjunctiv atrioventricular supape vase separate de coloana vertebrală, cu vasele anastomozarea porțiuni adiacente de țesut muscular striat cardiac au fost descoperite.

Cel mai mare număr de vase de sânge a fost localizat la bază și relativ mai puțin - în partea liberă a acestor supape.

Conform KI Kulchitsky și colab., (1990), un diametru mai mare al vaselor arteriale și venoase este găsit în supapa mitrală. La baza ventilelor acestei supape se află, în principal, vase principale cu o rețea de capilară cu buclă îngustă care pătrunde în partea bazală a supapei și ocupă 10% din suprafața acesteia. În supapa tricuspidă, vasele arteriale au un diametru mai mic decât în supapa mitrală. În supapele acestei supape se găsesc vase tip împrăștiate și bucle relativ largi de capilare sanguine. În vena mitrala, frunza frontală este mai intensă în fluxul sanguin, în supapa tricuspidă, supapele anterioare și posterioare, care poartă funcția de închidere principală. Raportul dintre diametrele vaselor arteriale și venoase în valvele atrioventriculare ale inimii persoanelor mature este de 1: 1,5. Buclele capilare sunt poligonale și amplasate perpendicular pe baza clapetelor supapelor. Navele formează o rețea plană situată sub endoteliu din partea laterală a atriului. Vasele de sânge se găsesc și în corzile tendonului, unde pătrund din mușchii papilari ai ventriculilor drepți și stângi la o distanță de până la 30% din lungimea corzilor tendonului. Numeroase vase de sânge formează bucle arcuite la baza corzilor tendonului. Supapele cardiace din aorta și trunchiul pulmonar pentru aprovizionarea cu sânge sunt semnificativ diferite de cele atrioventriculare. Vasele principale cu diametru relativ mai mic se potrivesc cu baza supapelor semilunare ale valvei aortice și pulmonare. Ramurile scurte ale acestor vase se termină în buclele capilare cu o formă ovală și poligonală neregulată. Ele sunt situate, în principal, aproape de baza aripilor semilunare. Vasele venoase din bazele supapelor aortei și arterei pulmonare au, de asemenea, un diametru mai mic decât la baza supapelor atrioventriculare. Raportul dintre diametrele vaselor arteriale și venoase în valvele aortei și arterei pulmonare a inimii persoanelor mature este de 1: 1.4. Din vasele mai mari, ramificațiile scurte laterale se extind, terminând cu capilari de formă ovală și poligonală greșită.

Cu varsta exista o coarsening a fibrelor de țesut conjunctiv, cum ar fi colagenul și elastina, precum și reducerea numărului de țesut conjunctiv fibros neregulat dezvoltă flapsuri țesut Scleroză valvelor atrioventriculare si pliantele valvelor semilunare ale aortei si arterei pulmonare. Fibre de lungime reduse valve țesut cardiac muscular striat și, prin urmare, reduce cantitatea și numărul de penetrant în valvelor inimii vaselor de sânge. În legătură cu aceste modificări cerdechnye valvele își pierd proprietățile elastice și elastice, care influențează mecanismul de închidere a supapelor și hemodinamica.

Insulele cardiace au rețele capilare limfatice și un număr mic de vase limfatice echipate cu supape. Capilarele limfatice ale supapelor au un aspect caracteristic: lumenul lor este foarte neregulat, aceleași capilare în diferite zone au un diametru diferit. În joncțiunea mai multor capilare, se formează extensii - lacune de diferite forme. Buclele de rețea sunt adesea neregulate poligonale, mai puțin ovale sau rotunde. Adesea buclele rețelei limfatice nu sunt închise, iar capilarele limfatice se termină orbește. Buclele capilare limfatice sunt orientate mai des în direcția de la marginea liberă a supapei la baza acesteia. Într-o serie de cazuri, o rețea cu două straturi de capilare limfatic a fost găsită în valvele valvei atrioventriculare.

Perexurile nervoase ale endocardului sunt localizate în straturile sale diferite, în principal sub endoteliu. La marginea liberă a clapelor de supapă, fibrele nervoase sunt localizate, în principal radial, conectate cu cele ale corzilor tendonului. Mai aproape de baza supapelor este un plex de mare plexus care se conectează la plexul din jurul inelelor fibroase. La supapele semilunulare rețeaua neuronală endocardică este mai rară. La locul de fixare a supapelor, devine gros și multistrat.

Structura celulară a valvelor cardiace

Celulele interstițiale ale supapei responsabile pentru menținerea structurii supapei au o formă alungită, cu un număr mare de procese subțiri care se extind prin întreaga matrice a supapei. Există două populații de celule interstițiale ale valvei, care diferă în morfologie și structură; unele au proprietăți contractile și sunt caracterizate prin prezența fibrilelor contractile, altele au proprietăți secretoare și au un reticul endoplasmic bine dezvoltat și un aparat Golgi. Funcția contractilă rezistă presiunii hemodinamice este menținută și elaborarea ulterioară a ambelor proteine contractile cardiace si ale scheletului care cuprind lanțul greu și beta-alfa- miozina și diferite izoforme troponină. Contracția valvei valvei cardiace a fost demonstrată ca răspuns la un număr de agenți vasoactivi care sugerează acțiunea de coordonare a stimulului biologic pentru funcționarea cu succes a supapei.

Celulele interstițiale sunt, de asemenea, componentele necesare ale sistemului reductiv al structurilor cum ar fi supapele cardiace. Mișcarea constantă a supapelor și deformarea țesutului conjunctiv asociat cu aceasta produc daune la care celulele interstițiale ale valvei reacționează pentru a menține integritatea supapei. Procesul de recuperare este vital pentru funcționarea normală a supapei, iar absența acestor celule în modelele moderne de supape artificiale este probabil un factor care contribuie la deteriorarea structurală a bioprotezelor.

O direcție importantă în studiul celulelor interstițiale este studiul interacțiunii dintre ele și matricea din jur, mediată de adeziunea focală a moleculelor. Adeziunile focale sunt interacțiuni specializate în matricea celulară care leagă citoscheletul unei celule de proteinele matricei prin integrine. De asemenea, ele acționează ca situsuri de semnalizare pentru transducție, transmițând informații mecanice din matricea extracelulară, care pot genera răspunsuri, incluzând, dar fără a se limita la, adeziunea celulară, migrarea, creșterea și diferențierea. Înțelegerea biologiei celulare a celulelor interstițiale valvulare este vitală pentru stabilirea mecanismelor prin care aceste celule interacționează una cu cealaltă și cu mediul, astfel încât această funcție să poată fi reprodusă în supape artificiale.

În legătură cu dezvoltarea unei zone promițătoare de cercetare valve cardiace tesut de inginerie interstitsiapnyh celulele sunt efectuate utilizând o largă varietate de tehnici. După ce a validat citoscheletului celulelor de colorare pentru vimentin, desmin, troponină, alfa-actina si miozina musculare netede alfa- lanț greu și ușor beta-miozinei lanț 2 myosin cardiace, alfa și beta-tubulinei. Celulele contractilitate confirmat răspuns pozitiv la epinefrin, angiotensina II, bradikinină, carbacol, clorură de potasiu, endoteliul I. Relație funcțională celulară determinată și verificată cu fante interacțiuni karboksiflyuorestseina microinjectare. Secreția matrice de colorare instalat pentru prolil-4-hidroxilazei / colagen tip II, fibronectina, condroitin sulfat, laminina. Inervația este instalat terminațiilor nervoase aproape de motor de proximitate, care afectează activitatea neuropeptide Y tirozina hidroxilaza, acetilcolina, polipeptida vasoactive intestinale, substanța P, kaptsitonin peptida legată de gena. Factorii mitogenici evaluați moștenit factorul plachetar creștere, factor de creștere a fibroblastelor bazic, serotonina (5-HT). Fibroblastele studiate celulele interstițiale sunt caracterizate printr-o membrană bazală incomplet, lung, procese subțiri citoplasmatice legătură strânsă cu matricea, un reticul endoplasmatic dur bine dezvoltată și aparatul Golgi, bogăția microfilamentefor, formarea unei legături adezive.

Celulele endocardiale valvulare formează un înveliș atrombogen funcțional în jurul fiecărei supape de inimă, similar cu endoteliul vascular. Metoda utilizată pe scară largă de înlocuire a supapei elimină funcția de protecție a endocardului, care poate duce la depunerea trombocitelor și a fibrinei la supapele artificiale, la dezvoltarea infecțiilor bacteriene și la calcificarea tisulară. O altă funcție probabilă a acestor celule este reglarea celulelor interstițiale valvulare subiacente, similară cu reglarea celulelor musculare netede de către endoteliu. Există interacțiuni complexe între endotel și celulele vecine, parțial mediate de factori solubili secretați de celulele endoteliale. Aceste celule formează o suprafață uriașă, acoperită cu micro-creșteri pe partea luminală, crescând astfel expunerea și posibila interacțiune cu substanțele metabolice ale sângelui circulant.

Endoteliul afișează adesea diferențele morfologice și funcționale cauzate de tensiunile de forfecare la peretele vasului are loc în timpul mișcării de sânge și același lucru se aplică supapa de celule endocardiale carora li ambele alungite și formă poligonală. Modificări în structura celulelor poate să apară datorită acțiunii componentelor hemodinamica citoscheletului locale sau efect secundar cauzat de schimbări în matricea extracelulară care stau la baza. La nivelul ultrastructurii celulele endocardiale valvulare au conexiuni intercelulare, vezicule de plasmă, reticulul endoplasmic inegal și aparatul Golgi. În ciuda faptului că acestea produc factorul von Willebrand, atât in vivo cât și într-un mediu artificial, le lipsește vițel Weibel-Palade (granule specifice care conțin factorul von Willebrand), care sunt organite specifice la endoteliul vascular. Celulele endocardiale valvulare sunt caracterizate prin articulații puternice, interacțiuni funcționale ale gap-ului și suprapuse de plitele marginale.

Celulele endocardiale păstrează activitatea lor metabolică chiar si in vitro: genera factorul Willebrand, prostaciclina, activitatea nitric oxid prezintă sintetazei enzimei de conversie a angiotensinei, adeziune puternic izolat molecule ICAM-1 și ELAM-1, care sunt critice pentru legarea celulelor mononucleare în dezvoltarea răspunsului imun. Toate aceste markeri ar trebui să fie incluse în cultivarea culturii de celule ideală pentru a crea o valvă artificială prin inginerie tisulară, dar potențialul imunostimulator al celulelor endocardiale supapelor se pot limita utilizarea lor.

Extracelulară Metrix valve cardiace constă din colagen fibros și macromoleculele elastină de proteoglicani și glicoproteine. Colagenul este - 60% din greutatea uscată a supapei, elastina - 10% și proteoglicanii - 20%. Componenta de colagen asigură stabilitatea mecanică de bază a supapei și este reprezentată de colagenii I (74%). II (24%) și V (2%). Ganglioni de filamente de colagen sunt înconjurate de o teacă de elastină care interacționează între ele. Catenele laterale glicozaminoglican ale moleculelor de proteoglicani tind să formeze o substanță ca un gel în care alte molecule interacționează pentru a forma o matrice permanent interconexiuni și alte componente sunt depozitate. Glicozaminoglicani valve cardiace umane compuse în principal din acid hialuronic, într-o măsură mai mică - de dermatan sulfat, condroitin-4-sulfat și condroitin-6-sulfat, cu un minim de heparan sulfat. Remodelarea si tesut matrice actualizare sunt reglementate de metaloproteinaze matriciale (MMP) și inhibitorii lor tisulare (TI). Aceste molecule sunt implicate într-o gamă largă de procese fiziologice și patologice Unele metaloproteinazei, incluzând colagenaza interstițială (MMP-1, MMP-13) și gelatinaze (MMP-2, MMP-9) și inhibitorii lor tisulare (TI-1, cinci 2, TI-3), se găsesc în toate valvele inimii. Excesul de producție de metaloproteinază este tipic condițiilor patologice ale supapei inimii.

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

Supapele de inimă și structura lor morfologică

Instalațiile de inimă constau din trei straturi distincte din punct de vedere morfologic și semnificativ din punct de vedere funcțional ale matricei valvei - fibroase, spongioase și ventriculare.

Stratul fibros formează un cadru rezistent la sarcină al clapei supapei, constând din straturi de fibre de colagen. Aceste fibre sunt aranjate radial sub formă de pliuri pentru posibilitatea de întindere a supapelor arteriale la închidere. Stratul fibros se află în apropierea suprafeței exterioare a acestor supape. Straturile fibroase ale supapelor atrioventriculare servesc ca o continuare a fasciculelor de colagen ale corzilor tendonului. Acesta este situat între straturile spongioase (intrare) și ventriculare (ieșire).

Între fibroasă și ventricular există un strat spongios (spongiosa). Stratul spongios constă dintr-un țesut conjunctiv slab organizat într-un mediu vâscos. Componentele matrice dominante ale acestui strat sunt proteoglicanii cu colagen orientat arbitrar și straturile subțiri de elastină. Lanțurile laterale ale moleculelor de proteoglicani poartă o încărcătură negativă puternică, care afectează capacitatea lor ridicată de a lega apa și de a forma gelul poros al matricei. Stratul de matrice spongioasă reduce tensiunile mecanice din supapele valvei cardiace și le menține flexibilitatea.

Stratul ventricular este mult mai subțire decât alții și este plin de fibre elastice care permit țesuturilor să reziste la o deformare constantă. Elastina are o structură spongioasă care înconjoară și conectează fibrele de colagen și asigură întreținerea lor într-o stare pliată neutră. Strat de supapă de admisie (ventricular - pentru valve arteriale si burete - pentru atrioventricular) conține mai mult decât elastinei ieșire, care asigură înmuiere de ciocan de apă în timpul clapete de închidere. Această relație între colagen și elastină permite extinderea supapelor la 40% fără deformare permanentă. Sub influența unei sarcini mici, structurile de colagen ale acestui strat sunt orientate în direcția încărcării, iar rezistența la creșterea ulterioară a sarcinii crește.

Astfel, ideea supapelor de inimă ca o dublare a endocardului inactiv nu este doar simplistă, ci și, de fapt, incorectă. Insulele cardiace sunt organe cu structură complexă, incluzând fibrele musculare striate, sângele și vasele limfatice și elementele nervoase. Atât în structura, cât și în funcționarea lor, supapele formează un singur întreg cu toate structurile inimii. Analiza funcției normale a supapei trebuie să ia în considerare organizarea sa celulară, precum și interacțiunea celulelor între ele și matrice. Cunoștințele dobândite în urma unor astfel de studii conduc la proiectarea și dezvoltarea înlocuirii supapelor utilizând ingineria tisulară.