Injap jantung

Sebelum ini dipercayai bahawa semua injap jantung adalah struktur ringkas yang sumbangannya kepada aliran darah satu arah hanyalah pergerakan pasif sebagai tindak balas kepada kecerunan tekanan yang dikenakan. Pemahaman tentang "struktur pasif" ini membawa kepada pembangunan pengganti injap mekanikal dan biologi "pasif".

Kini menjadi jelas bahawa injap jantung mempunyai struktur dan fungsi yang lebih kompleks. Oleh itu, penciptaan pengganti injap jantung "aktif" menganggap persamaan yang ketara dalam struktur dan fungsi dengan injap jantung semula jadi, yang pada masa hadapan agak realistik terima kasih kepada pembangunan kejuruteraan tisu.

Injap jantung berkembang daripada asas embrio tisu mesenchymal semasa pembentukan endokardium. Semasa morfogenesis, saluran atrioventrikular (injap jantung trikuspid dan mitral) dan saluran aliran keluar ventrikel (injap jantung aorta dan pulmonari) terbentuk.

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

Bagaimanakah injap jantung disusun?

Kajian mengenai bekalan darah ke injap telah dimulakan oleh N. Luschka (1852), yang menyuntik saluran jantung dengan jisim kontras. Dia menemui banyak saluran darah di puncak injap atrioventrikular dan semilunar aorta dan arteri pulmonari. Pada masa yang sama, beberapa manual mengenai anatomi dan histologi patologi mengandungi petunjuk bahawa injap jantung manusia yang tidak berubah tidak mengandungi saluran darah, dan yang terakhir muncul dalam injap hanya dalam pelbagai proses patologi - aterosklerosis dan endokarditis pelbagai etiologi. Maklumat tentang ketiadaan saluran darah adalah berdasarkan kajian histologi. Diandaikan bahawa dengan ketiadaan saluran darah di bahagian bebas cusps, pemakanan mereka berlaku dengan menapis cecair dari plasma darah mencuci cusps. Penembusan beberapa vesel bersama dengan gentian tisu otot berjalur ke dalam pangkal injap dan kord tendinous telah diperhatikan.

Walau bagaimanapun, apabila menyuntik saluran jantung dengan pelbagai pewarna (dakwat India dalam gelatin, bismut dalam gelatin, suspensi berair dakwat India hitam, larutan carmine atau trypan blue), didapati bahawa salur darah menembusi injap jantung atrioventrikular, injap aorta dan arteri pulmonari bersama-sama dengan injap tisu otot jantung yang bebas.

Dalam tisu penghubung berserabut yang longgar pada cusps injap atrioventrikular, salur utama individu didapati beranastomosis dengan salur di kawasan bersebelahan tisu otot berjalur jantung.

Bilangan terbesar saluran darah terletak di pangkal dan bilangan yang agak kecil di bahagian bebas injap ini.

Menurut KI Kulchitsky et al. (1990), diameter salur arteri dan vena yang lebih besar terdapat dalam injap mitral. Di dasar cusps injap ini terletak terutamanya kapal utama dengan rangkaian kapilari gelung sempit, menembusi ke bahagian basal cusp dan menduduki 10% kawasannya. Dalam injap trikuspid, salur arteri mempunyai diameter yang lebih kecil daripada injap mitral. Di puncak injap ini, terdapat terutamanya saluran yang bertaburan dan gelung kapilari darah yang agak lebar. Dalam injap mitral, cusp anterior dibekalkan dengan darah dengan lebih intensif, dalam injap tricuspid - cusps anterior dan posterior, yang melakukan fungsi penutupan utama. Nisbah diameter saluran arteri dan vena dalam injap atrioventrikular jantung orang dewasa ialah 1:1.5. Gelung kapilari adalah poligon dan terletak berserenjang dengan pangkal cusps injap. Kapal membentuk rangkaian planar yang terletak di bawah endothelium di bahagian atrium. Salur darah juga terdapat dalam kord tendinous, di mana ia menembusi dari otot papilari ventrikel kanan dan kiri pada jarak sehingga 30% daripada panjang kord tendinous. Banyak saluran darah membentuk gelung arkuate di dasar kord tendinous. Injap jantung aorta dan batang pulmonari berbeza dengan ketara daripada injap atrioventrikular dari segi bekalan darah. Pembuluh utama dengan diameter yang lebih kecil mendekati pangkal cusps semilunar aorta dan injap batang pulmonari. Cabang-cabang pendek pembuluh ini berakhir dengan gelung kapilari bentuk bujur dan poligon yang tidak teratur. Mereka terletak terutamanya berhampiran pangkal cusps semilunar. Salur vena di pangkal injap aorta dan pulmonari juga mempunyai diameter yang lebih kecil daripada di pangkal injap atrioventrikular. Nisbah diameter saluran arteri dan vena dalam injap aorta dan pulmonari jantung orang dewasa ialah 1:1.4. Cawangan sisi pendek memanjang dari vesel yang lebih besar, berakhir dengan gelung kapilari bentuk bujur dan poligon yang tidak teratur.

Dengan usia, terdapat kekasaran gentian tisu penghubung, kedua-dua kolagen dan elastik, serta penurunan jumlah tisu penghubung berserabut longgar yang tidak terbentuk, sklerosis tisu cusps injap atrioventrikular dan cusps semilunar injap arteri aorta dan pulmonari berkembang. Panjang gentian otot berjalur jantung dalam injap berkurangan, dan, akibatnya, kuantiti dan bilangan saluran darah yang menembusi injap jantung berkurangan. Disebabkan oleh perubahan ini, injap jantung kehilangan sifat elastik dan berdaya tahan, yang menjejaskan mekanisme penutupan injap dan hemodinamik.

Injap jantung mempunyai rangkaian kapilari limfa dan sebilangan kecil saluran limfa yang dilengkapi dengan injap. Kapilari limfa cusps mempunyai penampilan ciri: lumen mereka sangat tidak sekata, kapilari yang sama di kawasan yang berbeza mempunyai diameter yang berbeza. Di tempat di mana beberapa kapilari bergabung, pengembangan terbentuk - lacunae pelbagai bentuk. Gelung rangkaian selalunya tidak teratur poligon, kurang kerap bujur atau bulat. Selalunya gelung rangkaian limfa tidak ditutup, dan kapilari limfa berakhir secara membuta tuli. Gelung kapilari limfa paling kerap berorientasikan ke arah dari pinggir bebas cusp ke pangkalannya. Dalam sesetengah kes, rangkaian dua lapisan kapilari limfa didapati di bahagian atas injap atrioventrikular.

Plexus saraf endokardial terletak dalam pelbagai lapisannya, terutamanya di bawah endothelium. Di tepi bebas cusps injap, gentian saraf terletak terutamanya secara jejari, bersambung dengan korda tendinous. Lebih dekat ke pangkal cusps, plexus saraf berjerat besar terbentuk, yang menghubungkan dengan plexus yang terletak di sekitar cincin berserabut. Pada cusps semilunar, rangkaian saraf endokardial lebih jarang. Di tempat lampiran injap, ia menjadi padat dan berbilang lapisan.

Struktur selular injap jantung

Sel-sel interstisial injap, bertanggungjawab untuk mengekalkan struktur injap, berbentuk memanjang dengan banyak proses halus yang meluas ke seluruh matriks injap. Terdapat dua populasi sel interstisial injap yang berbeza dalam morfologi dan struktur; satu mempunyai sifat kontraktil dan dicirikan oleh kehadiran gentian kontraktil, satu lagi mempunyai sifat rembesan dan mempunyai retikulum endoplasma dan radas Golgi yang berkembang dengan baik. Fungsi kontraktil menentang tekanan hemodinamik dan disokong lagi oleh pengeluaran kedua-dua protein kontraktil jantung dan rangka, yang termasuk rantai berat alfa dan beta-myosin dan pelbagai isoform troponin. Penguncupan risalah injap jantung telah ditunjukkan sebagai tindak balas kepada beberapa agen vasoaktif, mencadangkan rangsangan biologi yang diselaraskan untuk fungsi injap yang berjaya.

Sel interstisial juga merupakan komponen penting dalam sistem pembaikan struktur seperti injap jantung. Pergerakan berterusan risalah injap dan ubah bentuk tisu penghubung yang berkaitan menghasilkan kerosakan yang mana sel-sel interstisial injap bertindak balas untuk mengekalkan integriti injap. Proses pembaikan nampaknya penting untuk fungsi injap normal, dan ketiadaan sel-sel ini dalam model injap buatan semasa berkemungkinan merupakan faktor penyumbang kepada kerosakan struktur bioprostesis.

Bidang penyelidikan yang penting dalam sel interstisial ialah kajian interaksi antara mereka dan matriks sekeliling yang dimediasi oleh molekul lekatan fokus. Lekatan fokus ialah tapak interaksi sel-matriks khusus yang menghubungkan sitoskeleton sel kepada protein matriks melalui integrin. Mereka juga bertindak sebagai tapak transduksi isyarat, menyampaikan maklumat mekanikal daripada matriks ekstraselular yang boleh menimbulkan tindak balas termasuk, tetapi tidak terhad kepada, lekatan sel, penghijrahan, pertumbuhan dan pembezaan. Memahami biologi sel sel interstisial injap adalah penting untuk menjelaskan mekanisme sel-sel ini berinteraksi antara satu sama lain dan persekitarannya, supaya fungsi ini boleh direkapitulasi dalam injap buatan.

Sehubungan dengan pembangunan arah yang menjanjikan kejuruteraan tisu injap jantung, kajian sel interstisial dijalankan menggunakan pelbagai teknik. Kehadiran sitoskeleton sel disahkan dengan pewarnaan untuk vimentin, desmin, troponin, alfa-aktin dan myosin otot licin, rantai berat alfa dan beta-myosin, rantai ringan-2 miosin jantung, alfa- dan beta-tubulin. Penguncupan sel disahkan oleh tindak balas positif terhadap epinefrin, angiotensin II, bradikinin, carbachol, kalium klorida, endothelium I. Hubungan saling selular ditentukan oleh interaksi jurang fungsi dan disahkan oleh suntikan mikro karboksifluorescein. Rembesan matriks ditubuhkan dengan pewarnaan untuk prolyl-4-hydroxylase / kolagen jenis II, fibronektin, kondroitin sulfat, laminin. Innervation ditubuhkan oleh lokasi rapat ujung saraf motor, yang dicerminkan oleh aktiviti neuropeptida Y tyrosine hydroxylase, acetylcholinesterase, polipeptida usus vasoaktif, bahan-P, peptida berkaitan gen capsicum. Faktor mitogenik dianggarkan oleh faktor pertumbuhan yang berasal dari platelet, faktor pertumbuhan fibroblas asas, serotonin (5-HT). Fibroblas sel interstisial yang dikaji dicirikan oleh membran bawah tanah yang tidak lengkap, proses sitoplasma yang panjang dan nipis, sambungan rapat dengan matriks, retikulum endoplasma yang tidak sekata dan radas Golgi yang berkembang dengan baik, kekayaan dalam mikrofilamen, pembentukan ikatan pelekat.

Sel endokardial injap membentuk sarung atrombogenik berfungsi di sekeliling setiap injap jantung yang serupa dengan endothelium vaskular. Kaedah penggantian injap yang digunakan secara meluas menghilangkan fungsi perlindungan endokardium, yang boleh menyebabkan pemendapan platelet dan fibrin pada injap buatan, perkembangan jangkitan bakteria dan kalsifikasi tisu. Satu lagi fungsi yang mungkin bagi sel-sel ini ialah pengawalseliaan sel-sel interstisial injap yang mendasari serupa dengan pengawalseliaan sel-sel otot licin oleh endothelium. Interaksi kompleks wujud antara endothelium dan sel bersebelahan, sebahagiannya dimediasi oleh faktor larut yang dirembeskan oleh sel endothelial. Sel-sel ini membentuk permukaan besar yang ditutup dengan mikroprotrusions pada bahagian luminal, dengan itu meningkatkan pendedahan dan kemungkinan interaksi dengan bahan metabolik dalam darah yang beredar.

Endothelium sering memaparkan perbezaan morfologi dan fungsi yang disebabkan oleh tegasan ricih pada dinding saluran akibat aliran darah, dan ini juga terpakai kepada sel endokardial injap, yang menerima sama ada bentuk memanjang atau poligon. Perubahan dalam struktur sel mungkin berlaku disebabkan oleh tindakan hemodinamik tempatan pada komponen sitoskeleton sel atau kesan sekunder yang disebabkan oleh perubahan dalam matriks ekstraselular yang mendasari. Pada peringkat ultrastruktur, sel endokardial injap mempunyai sambungan antara sel, vesikel plasma, retikulum endoplasma kasar, dan radas Golgi. Walaupun mereka menghasilkan faktor von Willebrand dalam vivo dan in vitro, mereka tidak mempunyai badan Weibel-Palade (butiran khusus yang mengandungi faktor von Willebrand), yang merupakan ciri organel endothelium vaskular. Sel endokardial injap dicirikan oleh persimpangan yang kuat, interaksi jurang berfungsi, dan lipatan marginal yang bertindih.

Sel endokardial mengekalkan aktiviti metabolik mereka walaupun secara in vitro: mereka menghasilkan faktor von Willebrand, prostacyclin, nitric oxide synthase, menunjukkan aktiviti enzim penukar angiotensin, dan secara intensif merembeskan molekul lekatan ICAM-1 dan ELAM-1, yang penting untuk mengikat sel mononuklear semasa pembangunan tindak balas imun. Semua penanda ini harus diambil kira apabila mengembangkan kultur sel yang ideal untuk mencipta injap buatan menggunakan kejuruteraan tisu, tetapi potensi imunostimulasi sel endokardial injap sendiri mungkin mengehadkan penggunaannya.

Matriks ekstraselular injap jantung terdiri daripada kolagen berserabut dan makromolekul elastin, proteoglikan dan glikoprotein. Kolagen menyumbang 60% daripada berat kering injap, elastin sebanyak 10% dan proteoglikan sebanyak 20%. Komponen kolagen menyediakan kestabilan mekanikal utama injap dan diwakili oleh kolagen jenis I (74%), II (24%) dan V (2%). Ikatan benang kolagen dikelilingi oleh sarung elastin, yang menjadi pengantara interaksi antara mereka. Rantai sampingan glikosaminoglikan molekul proteoglikan cenderung membentuk bahan seperti gel di mana molekul matriks lain berinteraksi untuk membentuk ikatan kekal dan komponen lain dimendapkan. Glycosaminoglycans injap jantung manusia terdiri terutamanya daripada asid hyaluronik, pada tahap yang lebih rendah daripada dermatan sulfat, kondroitin-4-sulfat dan kondroitin-6-sulfat, dengan jumlah minimum heparan sulfat. Pengubahsuaian dan pembaharuan tisu matriks dikawal oleh metalloproteinase matriks (MMPs) dan perencat tisu (TIs) mereka. Molekul-molekul ini juga terlibat dalam pelbagai proses fisiologi dan patologi yang lebih luas. Sesetengah metalloproteinase, termasuk kolagenase interstisial (MMP-1, MMP-13) dan gelatinase (MMP-2, MMP-9) dan perencat tisunya (TI-1, TI-2, TI-3), terdapat dalam semua injap jantung. Pengeluaran metalloproteinase yang berlebihan adalah ciri keadaan patologi injap jantung.

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

Injap jantung dan struktur morfologinya

Injap jantung terdiri daripada tiga lapisan matriks risalah yang berbeza secara morfologi dan berfungsi secara signifikan: berserabut, span dan ventrikel.

Lapisan gentian membentuk rangka kerja tahan beban untuk risalah injap, yang terdiri daripada lapisan gentian kolagen. Gentian ini disusun secara jejari dalam lipatan untuk membolehkan injap arteri meregang apabila menutup. Lapisan gentian terletak berhampiran permukaan luar alur keluar injap ini. Lapisan berserabut injap atrioventrikular berfungsi sebagai kesinambungan berkas kolagen chordae tendineae. Ia terletak di antara lapisan spongy (masuk) dan ventrikel (luar).

Di antara lapisan berserabut dan ventrikel terdapat lapisan spongi (spongiosa). Lapisan spongi terdiri daripada tisu penghubung yang tidak teratur dalam medium likat. Komponen matriks dominan lapisan ini ialah proteoglikan dengan kolagen berorientasikan rawak dan lapisan nipis elastin. Rantai sampingan molekul proteoglikan membawa cas negatif yang kuat, yang menjejaskan keupayaan tinggi mereka untuk mengikat air dan membentuk gel matriks berliang. Lapisan span matriks mengurangkan tekanan mekanikal dalam risalah injap jantung dan mengekalkan kelenturannya.

Lapisan ventrikel jauh lebih nipis daripada yang lain dan kaya dengan gentian elastik yang membolehkan tisu menentang ubah bentuk yang berterusan. Elastin mempunyai struktur span yang mengelilingi dan menyambungkan gentian kolagen dan mengekalkannya dalam keadaan terlipat neutral. Lapisan salur masuk injap (ventrikel - untuk injap arteri dan spongy - untuk atrioventrikular) mengandungi lebih elastin daripada alur keluar, yang menyediakan untuk melembutkan kejutan hidraulik apabila cusps ditutup. Hubungan antara kolagen dan elastin ini membolehkan cusp meregang sehingga 40% tanpa ubah bentuk yang stabil. Apabila terdedah kepada beban kecil, struktur kolagen lapisan ini berorientasikan ke arah beban, dan rintangannya terhadap pertumbuhan beban selanjutnya meningkat.

Oleh itu, idea injap jantung sebagai duplikasi endokardial yang mudah bukan sahaja dipermudahkan tetapi pada asasnya juga tidak betul. Injap jantung ialah organ kompleks yang merangkumi gentian otot berjalur, saluran darah dan limfa, dan unsur saraf. Kedua-dua dalam strukturnya dan dalam fungsinya, injap adalah penting kepada semua struktur jantung. Analisis fungsi injap normal mesti mengambil kira organisasi selularnya, serta interaksi sel antara satu sama lain dan matriks. Pengetahuan yang diperoleh daripada kajian tersebut mendahului dalam reka bentuk dan pembangunan prostetik injap menggunakan kejuruteraan tisu.