Hjerteventiler

Tidligere ble det antatt at alle hjerteventiler er enkle strukturer hvis bidrag til enkelriktet blodstrømmer er rett og slett en passiv bevegelse som svar på en virkende trykkgradient. Denne forståelsen av "passive strukturer" førte til etableringen av "passive" mekaniske og biologiske ventilsubstitutter.

Det blir nå tydelig at hjerteventiler har en mer kompleks struktur og funksjon. Derfor foreslår etableringen av en "aktiv" hjerteventil-erstatning en betydelig likhet i sin struktur og funksjon med en naturlig hjerteventil, som på lang sikt er ganske gjennomførbar på grunn av utviklingen av vevsteknikk.

Hjerteventiler utvikler seg fra embryonale knopper av mesenkymvevet under innsetting av endokardiet. I prosessen med morfogenese dannet atrioventrikulær kanal (trikuspidal og mitral ventiler cerdechnye) og ventrikkel utløpskanalen (aorta og pulmonal ventiler cerdechnye).

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

Hvordan arrangeres hjerteventiler?

Begynnelsen av studiet av blodtilførselen til ventiler ble lagt av Luschka (1852), ved hjelp av en injeksjon av hjertebeholdere med kontrasterende masse. Han fant mange blodårer i ventiler av atrioventrikulære og semilunarventiler av aorta og lungearterien. Men i en rekke guider på patologisk anatomi og histologi var det indikasjoner på at uendrede menneskehjerteklaffer ikke inneholder noe blodåre og sistnevnte vises bare i ventiler i ulike patologiske prosesser - arteriosklerose av ulike etiologi og endokarditt. Informasjon om fravær av blodårer var hovedsakelig basert på histologiske studier. Det ble antatt at i fravær av blodkar i den frie delen av ventilene, oppstår ernæringen ved å filtrere væsken fra blodplasmaet som sveper ventilene. Inntrengningen av noen få fartøy sammen med fibre av det strierte muskelvevet inn i bunnen av ventiler og sene akkorder ble notert.

Imidlertid, når injeksjonsårene i hjertet forskjellige fargestoffer (carcass i gelatin, vismut gelatin vandig slurry svart mascara, oppløsninger av karmin eller trypan blå), ble det funnet at fartøyene trenge gjennom atrioventrikulær cerdechnye ventiler, aorta og lungearterien sammen med hjertemuskelvevet , litt ikke når frie kanten av bladet.

I det fibrøse fibrøse bindevevet av ventiler av de atrioventrikulære ventiler ble det funnet separate hovedfartøyer som anastomose med karene av en serie lokaliserte områder av hjerte-transversalt muskelvev.

Det største antall blodkar var plassert i bunnen og relativt mindre - i den frie delen av disse ventiler.

Ifølge KI Kulchitsky et al. (1990) finnes en større diameter av arterielle og venøse kar i mitralventilen. På undersiden av ventilene til denne ventilen er det hovedsakelig hovedfartøy med et smalt løpende nettverk av kapillærer som trer inn i den basale delen av ventilen og opptar 10% av sitt område. I tricuspideventilen har arterielle fartøy en mindre diameter enn i mitralventilen. I ventilene til denne ventilen er det hovedsakelig spredte type fartøy og relativt brede løkker av blodkapillærer. I mitralventilen er det fremre bladet mer intensivt blodstrømmende, i tricuspidventilen, de fremre og bakre ventiler som bærer hovedlukkefunksjonen. Forholdet mellom diameterene av arterielle og venøse kar i atrioventrikulære ventiler i hjertet av modne mennesker er 1: 1,5. Kapillærløkkene er polygonale og ligger vinkelrett på undersiden av ventilflappene. Fartøy danner et plant nettverk lokalisert under endotelet fra siden av atriaen. Blodkar finner man også i senekordene, hvor de trenger inn i papillarmuskulaturen i høyre og venstre ventrikel i en avstand på opptil 30% av lengden av senekordene. Tallrike blodkar danner buede looper ved undersiden av seneakkordene. Hjerteventiler av aorta og pulmonal stamme for blodtilførsel er signifikant forskjellig fra atrioventrikulær. Hovedkarene med relativt mindre diameter passer til basen av semilunarventiler av aorta- og lungeventiler. De korte grenene til disse fartøyene avslutter i kapillærløkkene med en uregelmessig oval og polygonal form. De ligger hovedsakelig nær basen av semilunarvingene. De venøse karene i basen av ventiler i aorta og lungearterien har også en mindre diameter enn ved bunnen av de atrioventrikulære ventiler. Forholdet mellom diameterene av arterielle og venøse kar i ventiler i aorta og pulmonal arterie i hjertet av modne mennesker er 1: 1.4. Fra de større fartøyene forgrener korte sidegrener seg ut, og slutter med kapillærer av feil oval og polygonal form.

Med alderen det er et grovere bindevev fibre, slik som kollagen og elastin, samt å redusere antallet av løst fibrøst uregelmessig bindevev utvikler klaffer vev sklerose atrioventrikulærklaffer og brosjyrer fra semilunære ventiler av aorta og lungearterien. Reduserte lengde fibre ventiler hjertetverrstripet muskulatur og følgelig reduserer dets mengde og antall trenge inn i hjerteventiler blodkar. I forbindelse med disse endringene cerdechnye ventilene miste sine elastiske og elastiske egenskaper, som påvirker lukkemekanismen av ventilene og hemodynamikk.

Hjerteventiler har lymfatiske kapillærnett og et lite antall lymfekar utstyrt med ventiler. Ventilens lymfatiske kapillærer har et karakteristisk utseende: deres lumen er svært uregelmessig, det samme kapillæret i forskjellige områder har en annen diameter. I krysset av flere kapillærer, er utvidelser dannet-lacunae av forskjellige former. Nettverksløkkene er ofte uregelmessige polygonale, sjeldnere ovale eller runde form. Ofte er lymfatiske nettverksløkker ikke lukket, og lymfatiske kapillærer slutter blindt. Lymfatiske kapillærløkker er orientert oftere i retning fra ventilens frie kant til basen. I flere tilfeller ble det funnet et to-lags nettverk av lymfatiske kapillærer i ventiler av den atrioventrikulære ventilen.

Nerve plexuser av endokardiet ligger i sine forskjellige lag, hovedsakelig under endotelet. Ved den frie kanten av ventilklaffene er nervefibrene lokalisert, hovedsakelig radialt, som forbinder med sårkordene. Nærmere på bunnen av ventiler er et stort plexus plexus som knytter til plexus rundt de fibrøse ringene. På semilunulære ventiler er det endokardiale nevrale nettverket mer sjeldent. På monteringsstedet til ventilene blir det tykt og flerlagret.

Cellulær struktur av hjerteventiler

Ventilens interstitiale celler som er ansvarlige for å opprettholde ventilstrukturen, har en langstrakt form med et stort antall tynne prosesser som strekker seg gjennom hele ventilmatrisen. Det er to populasjoner av ventilinterstitiale celler, forskjellig i morfologi og struktur; Noen har kontraktile egenskaper og er preget av tilstedeværelse av kontraktile fibriller, andre har sekretoriske egenskaper og har et velutviklet endoplasmatisk retikulum og Golgi-apparat. Kontraktilfunksjonen motstår hemodynamisk trykk og støttes i tillegg av produksjonen av både kardial og skjelettkontraktile proteiner, som inkluderer de tunge kjedene av alfa og beta-myosin og forskjellige isoformer av troponin. Sammentrekningen av ventilen til hjerteventilen ble demonstrert som svar på et antall vasoaktive midler som tyder på koordineringsvirkningen av den biologiske stimulus for ventilens vellykkede funksjon.

Interstitielle celler er også nødvendige komponenter i det reduktive systemet av strukturer som hjerteventiler. Ventilens konstante bevegelse og deformasjonen av bindevevet assosiert med den, forårsaker skade på hvilke ventilinterstitiale celler reagerer for å opprettholde ventilens integritet. Utvinningsprosessen er avgjørende for ventilens normale funksjon, og fraværet av disse cellene i moderne modeller av kunstige ventiler er sannsynligvis en faktor som bidrar til strukturelle skader på bioprosteser.

En viktig retning i studien av interstitiale celler er studien av samspillet mellom dem og den omgivende matrisen, formidlet av fokaladhesjon av molekyler. Fokaladhesjoner er spesialiserte celle-matriksinteraksjoner som binder cytoskelettet til en celle til matriseproteiner gjennom integriner. De fungerer også som signaleringssteder for transduksjon, overføring av mekanisk informasjon fra den ekstracellulære matriksen, som kan fremkalle responser, inkludert, men ikke begrenset til, celleadhesjon, migrasjon, vekst og differensiering. Forståelse av cellulærbiologi av valvulære interstitiale celler er viktig for å etablere mekanismer gjennom hvilke disse cellene interagerer med hverandre og miljøet, slik at denne funksjonen kan reproduseres i kunstige ventiler.

I forbindelse med utviklingen av et lovende område av vev teknikk hjerteventil forskning interstitsiapnyh cellene blir utført ved bruk av en rekke forskjellige teknikker. Etter å ha bekreftet cytoskjelettet av celler som ble farget for vimentin, desmin, troponin, a-actin og myosin glatt muskulatur tung kjede alfa- og beta-myosin lettkjede-2-kardial myosin, alfa- og beta-tubulin. Kontraktilitet celler bekreftet positiv respons på epinefrin, angiotensin II, bradykinin, karbakol, kaliumklorid, endotel I. Cellular funksjonell relasjon bestemmes og kontrolleres slissede interaksjoner karboksiflyuorestseina mikroinjeksjon. Matrisen sekresjon installert farging for prolyl-4-hydroksylase / type II kollagen, fibronektin, chondroitinsulfat, laminin. Innervasjon er installert tett nærhet motoriske nerveender, noe som påvirker aktiviteten av nevropeptid Y tyrosin hydroksylase, acetylkolin, vasoaktivt intestinal polypeptid, substans P, kaptsitonin gen-relatert peptid. Mitogene faktorer vurderes arvet blodplatevekstfaktor, basisk fibroblast vekstfaktor, serotonin (5-HT). Fibroblaster studert interstitielle celler som er karakterisert ved et ufullstendig grunnmembranen, lange, tynne cytoplasmiske prosesser nær tilknytning til matriksen, en velutviklet grove endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet, rikdommen av mikrofilamenter, dannelse av en adhesiv binding.

Valvulære endokardiale celler danner en funksjonell atrombogen konvolutt rundt hver hjerteventil, lik den vaskulære endotelet. Den mye brukte metoden for ventilutskifting eliminerer beskyttelsesfunksjonen til endokardiet, noe som kan føre til deponering av blodplater og fibrin på kunstige ventiler, utvikling av bakteriell infeksjon og vevkalsifisering. En annen sannsynlig funksjon av disse cellene er reguleringen av de underliggende valvulære interstitiale celler, som ligner reguleringen av glattmuskelceller ved endotelet. Kompleks interaksjon eksisterer mellom endotelet og nabostoffene, delvis mediert av oppløselige faktorer utskilt av endotelceller. Disse cellene danner en stor overflate, dekket med mikrovekst på luminalsiden, og dermed øker eksponeringen og mulig interaksjon med de metabolske substansene i det sirkulerende blodet.

Endotelet viser ofte morfologiske og funksjonelle forskjeller forårsaket av skjærspenningene i karveggen som oppstår under bevegelse av blod, og det samme gjelder for ventil endokardiale cellene som mottar både langstrakte og polygonal form. Endringer i strukturen av cellene kan forekomme på grunn av virkningen av lokale hemodynamikk cytoskjelett komponenter eller sekundær effekt forårsaket av endringer i den underliggende ekstracellulære matriks. På nivået av ultrastrukturen har ventrikulære endokardiale celler intercellulære forbindelser, plasma vesikler, ujevnt endoplasmatisk retikulum og Golgi-apparatet. Til tross for det faktum at de frembringer von Willebrand-faktor, både in vivo og i et kunstig miljø, de mangler legg Weibel-Palade (spesifikke granuler som inneholder von Willebrand-faktor), som er organeller spesifikke til det vaskulære endotelium. Valvulære endokardiale celler kjennetegnes av sterke ledd, funksjonsgap-interaksjoner og overlapp av marginale bretter.

Endokardiale cellene beholder deres metabolske aktivitet selv in vitro: generere Willebrand-faktor, prostacyklin, nitrogenoksid syntase utviser aktivitet av angiotensin converting enzym, molekyler sterkt isolert adhesjon ICAM-1 og ELAM-1, som er kritiske for binding av mononukleære celler i utviklingen av immunresponsen. Alle disse markører bør inkluderes i dyrking av den ideelle cellekultur for å skape en kunstig ventil ved oppbygging av vev, men den immunstimulerende potensialet av ventil endokardiale cellene selv kan begrense deres anvendelse.

Ekstracellulær Metrix hjerteventil består av fibrøst kollagen og elastin makromolekyler av proteoglykaner og glykoproteiner. Kollagen er - 60% av tørrvekten til ventilen, elastin - 10% og proteoglykaner - 20%. Kollagenkomponenten gir den grunnleggende mekaniske stabiliteten til ventilen og er representert ved kollagen I (74%). II (24%) og V (2%) typer. Bunter av kollagenfilamenter er omgitt av en elastinhylse som interagerer mellom dem. Glykosaminoglykan sidekjeder av proteoglykan molekyler har en tendens til å danne en gel-lignende substans på hvilken andre molekyler samvirke for å danne en fast matrix innbyrdes forbindelser og andre komponenter er avsatt. Glykosaminoglykaner menneske-hjerteklaff består hovedsakelig av hyaluronsyre, i mindre grad - av dermatan sulfat, chondroitin-4-sulfat og kondroitin-6-sulfat, med et minimum av heparansulfat. Ombygging og oppdatering matrise vev er regulert av matriks-metalloproteinaser (MMP) og vevsinhibitorer deres (TI). Disse molekylene er også involvert i et bredt spekter av fysiologiske og patologiske prosesser Enkelte metallproteinaser, inkludert interstitiell kollagenase (MMP-1, MMP-13) og gelatinasene (MMP-2, MMP-9) og vevsinhibitorer deres (TI-1, fem- 2, TI-3), finnes i alle ventiler i hjertet. Overflødigheten av metalloproteinaseproduksjon er typisk for patologiske forhold i hjerteventilen.

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

Hjerteventiler og deres morfologiske struktur

Hjerteventiler består av tre morfologisk forskjellige og funksjonelt signifikante lag av matriksen til ventilen - fibrøs, svampet og ventrikulær.

Det fibrøse laget danner en belastningsfast ramme av ventilklaffen, bestående av lag av kollagenfibre. Disse fibrene er anordnet radialt i form av bretter for muligheten for å strekke arterielle ventiler ved lukning. Det fibrøse lag ligger nær utløpens ytre overflate av disse ventiler. De fibrøse lagene av de atrioventrikulære ventiler tjener som en fortsettelse av kollagenbjelkene i senekordene. Den ligger mellom svampete (inngang) og ventrikulære (utgang) lag.

Mellom fibrous og ventrikulær er det et svampete lag (spongiosa). Svamplaget består av et dårlig organisert bindevev i et viskøst medium. De dominerende matrikskomponentene i dette laget er proteoglykaner med vilkårlig orientert kollagen og tynne lag av elastin. Sidekjedene til molekylene av proteoglykaner bærer en sterk negativ ladning, noe som påvirker deres høye evne til å binde vann og danne den porøse gel av matrisen. Det svampete matrikslaget reduserer de mekaniske spenningene i ventiler i hjerteventilene og opprettholder deres fleksibilitet.

Det ventrikulære lag er mye tynnere enn andre, og er fylt med elastiske fibre som tillater vev å motstå konstant deformasjon. Elastin har en svampete struktur som omgir og forbinder kollagenfibrer, og sikrer vedlikehold i en nøytral foldet tilstand. Innløpsventil lag (ventrikulær - for arterielle ventiler og svamp - for atrioventrikulær) inneholder mer enn elastin utgangssignalet, som gir mykning av vannslag i løpet av lukkefliker. Dette forholdet mellom kollagen og elastin tillater utvidelsen av ventilene til 40% uten permanent deformasjon. Under påvirkning av en liten belastning er kollagenstrukturen i dette laget orientert i retning av lasting, og dens motstand mot ytterligere vekst i belastningen øker.

Dermed er ideen om hjerteventiler som en tomgang endokardium-duplisering ikke bare forenklet, men også faktisk feil. Hjerteventiler er et organ med komplisert struktur, inkludert strikket muskelfibre, blod og lymfatiske kar og nerveelementer. Både i strukturen og funksjonen danner ventilene en enkelt helhet med alle hjertets strukturer. Analysen av ventilens normale funksjon må ta hensyn til dens cellulære organisasjon, samt samspillet mellom celler mellom seg selv og matrisen. Kunnskapen fra slike studier er ledende innen design og utvikling av ventilutskiftning ved hjelp av vevsteknikk.