Katup jantung

Sebelumnya, diperkirakan bahwa semua katup jantung adalah struktur sederhana yang kontribusinya terhadap aliran darah searah hanyalah gerakan pasif sebagai respons terhadap gradien tekanan akting. Pemahaman tentang "struktur pasif" ini menyebabkan terciptanya pengganti katup mekanis dan biologis "pasif".

Sekarang menjadi jelas bahwa katup jantung memiliki struktur dan fungsi yang lebih kompleks. Oleh karena itu, pembentukan pengganti katup jantung "aktif" menunjukkan kesamaan yang signifikan dalam struktur dan fungsinya dengan katup jantung alami, yang dalam jangka panjang cukup layak karena perkembangan teknik jaringan.

Katup jantung berkembang dari kuncup embrio dari jaringan mesenkhimal selama penyisipan endokardium. Dalam proses morfogenesis, kanal atrioventrikular (katup jantung trikuspid dan mitral) dan saluran keluar ventrikel (katup jantung aorta dan pulmonal) terbentuk.

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

Bagaimana katup jantung diatur?

Awal penelitian tentang suplai darah ke katup diletakkan oleh Luschka (1852), menggunakan suntikan pembuluh darah dengan massa yang kontras. Dia menemukan banyak pembuluh darah di katup katup atrioventrikular dan semilunar pada aorta dan arteri pulmonalis. Namun, dalam sejumlah pedoman anatomi dan histologi patologis, ada indikasi bahwa katup jantung manusia yang tidak berubah tidak mengandung pembuluh darah, dan yang terakhir muncul di katup hanya dengan berbagai proses patologis - aterosklerosis dan endokarditis berbagai etiologi. Informasi tentang tidak adanya pembuluh darah terutama didasarkan pada studi histologis. Diasumsikan bahwa dengan tidak adanya pembuluh darah di bagian bebas dari katup, nutrisi mereka terjadi dengan menyaring cairan dari plasma darah yang menyapu katup. Penetrasi beberapa pembuluh darah beserta serat jaringan otot langgeng ke dasar katup dan akord tendon dicatat.

Namun, ketika pembuluh suntikan pewarna jantung yang berbeda (bangkai di gelatin, bismuth gelatin bubur berair maskara hitam, solusi dari carmine atau biru tripan), ditemukan bahwa pembuluh menembus katup cerdechnye atrio-ventricular, aorta dan arteri pulmonalis bersama-sama dengan jaringan otot jantung , sedikit tidak sampai di ujung daun bebas.

Pada jaringan ikat fibrosa fibri dari katup atrioventrikular, pembuluh utama terpisah ditemukan, anastomosing dengan pembuluh darah sejumlah area yang terletak pada jaringan otot transversal jantung.

Jumlah terbesar pembuluh darah terletak di dasar dan relatif kurang di bagian bebas dari katup ini.

Menurut KI Kulchitsky et al. (1990), diameter pembuluh arteri dan vena yang lebih besar ditemukan di katup mitral. Pada dasar katup katup ini, terutama ada bejana utama dengan jaringan kapiler sempit yang menembus ke bagian basal katup dan menempati 10% wilayahnya. Pada katup trikuspid, pembuluh arteri memiliki diameter lebih kecil dari pada katup mitral. Di katup katup ini ada pembuluh jenis yang tersebar terutama dan loop kapiler darah yang relatif lebar. Pada katup mitral, daun depan lebih intensif mengalirkan darah, pada katup trikuspid, katup anterior dan posterior, yang membawa fungsi penutupan utama. Rasio diameter pembuluh arteri dan vena di katup atrioventrikular jantung orang dewasa adalah 1: 1,5. Loop kapiler bersifat poligonal dan terletak tegak lurus terhadap dasar penutup katup. Kapal membentuk jaringan planar yang terletak di bawah endothelium dari sisi atrium. Pembuluh darah juga ditemukan di akord tendon, di mana mereka menembus dari otot papiler dari ventrikel kanan dan kiri hingga jarak 30% dari panjang akord tendon. Banyak pembuluh darah membentuk melengkung pada dasar akord tendon. Katup jantung pada aorta dan pulmonary trunk untuk suplai darah berbeda secara signifikan dari atrioventrikular. Kapal utama dengan diameter yang relatif lebih kecil sesuai dengan dasar katup semilunar katup aorta dan pulmonal. Cabang pendek dari pembuluh ini berhenti di loop kapiler bentuk oval dan poligonal yang tidak beraturan. Mereka berada, terutama, di dekat pangkal sayap semilunar. Pembuluh vena di dasar katup aorta dan arteri pulmonalis juga memiliki diameter lebih kecil dari pada dasar katup atrioventrikular. Rasio diameter pembuluh arteri dan vena pada katup aorta dan arteri pulmonalis jantung orang dewasa adalah 1: 1.4. Dari pembuluh yang lebih besar, cabang lateral pendek bercabang, diakhiri dengan kapiler berbentuk oval dan poligonal yang salah.

Dengan usia ada pengkasaran dari serat jaringan ikat seperti kolagen dan elastin, serta mengurangi jumlah jaringan ikat yang tidak teratur fibrosa longgar mengembangkan flaps jaringan sclerosis katup atrioventrikular dan selebaran dari katup semilunar aorta dan arteri pulmonalis. Panjang katup katup jaringan otot transversal jantung menurun, dan akibatnya, jumlah dan jumlah pembuluh darah yang menembus katup jantung menurun. Sehubungan dengan perubahan ini, katup jantung kehilangan sifat elastis dan elastisnya, yang mempengaruhi mekanisme penutupan katup dan hemodinamika.

Katup jantung memiliki jaringan kapiler limfatik dan sejumlah kecil pembuluh limfatik yang dilengkapi dengan katup. Kapiler limfatik dari katup memiliki penampilan yang khas: lumen mereka sangat tidak beraturan, kapiler yang sama di daerah yang berbeda memiliki diameter yang berbeda. Di persimpangan beberapa kapiler, ekstensi terbentuk-lacunae dari berbagai bentuk. Loop jaringan seringkali tidak beraturan poligonal, bentuknya kurang oval atau bulat. Seringkali, loop jaringan limfatik tidak tertutup, dan kapiler limfatik berakhir secara membabi buta. Loop kapiler limfatik lebih berorientasi pada arah dari tepi bebas katup ke dasarnya. Dalam sejumlah kasus, jaringan kapiler limfatik dua lapisan ditemukan di katup katup atrioventrikular.

Lendir saraf endokardium terletak di berbagai lapisannya, terutama di bawah endotelium. Di tepi bebas flaps katup, serabut saraf terletak, terutama secara radial, terhubung dengan akord tendon. Dekat dengan pangkal katup adalah pleksus pleksus besar yang menghubungkan pleksus di sekitar cincin berserat. Pada katup semilunular, jaringan saraf endokardium lebih jarang terjadi. Di tempat pelekatan katup, itu menjadi kental dan berlapis-lapis.

Struktur seluler katup jantung

Sel pengantara katup yang bertanggung jawab untuk menjaga struktur katup memiliki bentuk memanjang dengan sejumlah besar proses tipis yang meluas melalui keseluruhan matriks katup. Ada dua populasi sel pengikat katup, berbeda dalam morfologi dan struktur; beberapa memiliki sifat kontraktil dan ditandai oleh adanya fibril kontraktil, ada pula yang memiliki sifat sekretoris dan memiliki retikulum endoplasma yang berkembang dengan baik dan aparatus Golgi. Fungsi kontraktil menahan tekanan hemodinamik dan didukung oleh produksi protein kontraktil jantung dan skeletal, yang mencakup rantai berat alfa dan beta-myosin dan berbagai isoform troponin. Kontraksi katup katup jantung ditunjukkan sebagai respons terhadap sejumlah agen vasoaktif yang menunjukkan tindakan koordinasi stimulus biologis untuk keberhasilan fungsi katup.

Interstisial sel juga komponen penting dari sistem reduktif struktur seperti katup jantung. Pergerakan konstan dari katup dan deformasi jaringan ikat yang terkait dengannya, menghasilkan kerusakan pada sel pengikat katup yang bereaksi untuk menjaga integritas katup. Proses pemulihan sangat penting untuk fungsi normal katup, dan tidak adanya sel-sel ini dalam model modern katup buatan mungkin merupakan faktor yang berkontribusi terhadap kerusakan struktural pada bioprostheses.

Arah penting dalam studi sel interstisial adalah studi tentang interaksi antara matriks tersebut dan sekitarnya, yang dimediasi oleh adhesi fokal molekul. Kelenturan fokus adalah interaksi sel-matriks khusus yang mengikat sitoskeleton sel ke protein matriks melalui integrin. Mereka juga bertindak sebagai situs pensinyalan untuk transduksi, mentransmisikan informasi mekanis dari matriks ekstraselular, yang dapat memperoleh tanggapan, termasuk namun tidak terbatas pada, adhesi sel, migrasi, pertumbuhan dan diferensiasi. Memahami biologi seluler sel interstisial katup sangat penting untuk membangun mekanisme di mana sel-sel ini berinteraksi satu sama lain dan lingkungan, sehingga fungsi ini dapat direproduksi dalam katup buatan.

Sehubungan dengan perkembangan arah teknik jaringan klep jantung yang menjanjikan, penelitian sel interstisial dilakukan dengan menggunakan berbagai teknik. Setelah divalidasi sitoskeleton sel pewarnaan untuk vimentin, desmin, troponin, alpha-aktin dan myosin otot polos berat rantai alfa dan ringan beta-myosin rantai-2 myosin jantung, alfa dan beta-tubulin. Sel kontraktilitas dikonfirmasi respon positif terhadap epinefrin, angiotensin II, bradikinin, carbachol, kalium klorida, endotelium I. Hubungan fungsional Seluler ditentukan dan diverifikasi ditempatkan interaksi karboksiflyuorestseina injeksi. Sekresi matriks dibuat dengan pewarnaan untuk prolyl-4-hydroxylase / collagen type II, fibronectin, chondroitin sulfate, laminin. Persarafan dipasang ujung kedekatan saraf motorik dekat, yang mempengaruhi aktivitas neuropeptide Y tirosin hidroksilase, asetilkolin, polipeptida intestinal vasoaktif, substansi P, kaptsitonin peptida terkait gen-. Faktor mitogenik diperkirakan oleh faktor pertumbuhan yang diturunkan dari platelet, faktor pertumbuhan fibroblas utama, serotonin (5-HT). Fibroblast mempelajari sel-sel interstitial ditandai oleh membran basal yang tidak lengkap, panjang, proses sitoplasma tipis koneksi dekat dengan matriks, berkembang dengan baik kasar retikulum endoplasma dan aparatus Golgi, kekayaan mikrofilamen, pembentukan ikatan perekat.

Sel-sel endokard valvular membentuk amplop atrombogen fungsional di sekitar setiap katup jantung, mirip dengan endotelium vaskular. Metode penggantian katup yang banyak digunakan menghilangkan fungsi protektif endokardium, yang dapat menyebabkan deposisi platelet dan fibrin pada katup buatan, perkembangan infeksi bakteri dan kalsifikasi jaringan. Fungsi lain yang mungkin dari sel-sel ini adalah pengaturan sel interstisial valvular yang mendasarinya, serupa dengan regulasi sel otot polos oleh endotelium. Ada interaksi kompleks antara endothelium dan sel tetangga, yang sebagian dimediasi oleh faktor-faktor terlantar yang disekresikan oleh sel endotel. Sel-sel ini membentuk permukaan yang besar, ditutupi oleh pertumbuhan mikro di sisi luminal, sehingga meningkatkan eksposur dan kemungkinan interaksi dengan zat metabolik dari darah yang beredar.

Endothelium sering mencerminkan perbedaan morfologi dan fungsional yang disebabkan oleh tekanan geser pada dinding pembuluh darah yang timbul dari pergerakan darah, hal yang sama berlaku untuk sel-sel endokard valvular yang menerima bentuk perpanjangan dan poligonal. Perubahan struktur sel dapat terjadi karena tindakan hemodinamika lokal pada komponen sitoskeleton sel atau efek sekunder yang disebabkan oleh perubahan pada matriks ekstraselular yang mendasarinya. Pada tingkat sel endokard valvulus ultrastruktur memiliki hubungan interselular, vesikula plasma, retikulum endoplasma yang tidak rata dan aparatus Golgi. Terlepas dari kenyataan bahwa mereka menghasilkan vWF, baik dalam organisme hidup maupun di lingkungan buatan, mereka kekurangan tubuh Weibel-Palada (butiran tertentu yang mengandung faktor von Willebrand), yang merupakan karakteristik organel dari endotel vaskular. Sel endokard valvular ditandai oleh sendi yang kuat, interaksi gap fungsional dan tumpang tindih oleh lipatan marjinal.

Sel endocardial mempertahankan aktivitas metabolisme mereka bahkan in vitro: menghasilkan faktor Willebrand, prostasiklin, kegiatan pameran nitrat oksida sintase enzim angiotensin converting, adhesi kuat terisolasi molekul ICAM-1 dan ELAM-1, yang sangat penting untuk mengikat sel-sel mononuklear dalam pengembangan respon imun. Semua penanda ini harus diperhitungkan saat menumbuhkan kultur sel yang ideal untuk menciptakan katup buatan dengan metode rekayasa jaringan, namun potensi imunostimulan sel-sel endokard valvular sendiri dapat membatasi penggunaannya.

Metrik ekstraselular katup jantung terdiri dari kolagen fibrosa dan makromolekul elastin, proteoglikan dan glikoprotein. Kolagen adalah - 60% dari berat kering katup, elastin - 10% dan proteoglikan - 20%. Komponen kolagen memberikan stabilitas mekanis dasar katup dan diwakili oleh kolagen I (74%). II (24%) dan V (2%). Tulang filamen kolagen dikelilingi oleh selubung elastin yang berinteraksi di antara keduanya. Rantai sisi glikosaminoglycan molekul proteoglikan cenderung membentuk zat seperti gel di mana molekul matriks lainnya berinteraksi untuk membentuk hubungan permanen dan komponen lainnya diendapkan. Glikosaminoglikan katup jantung manusia terutama terdiri dari asam hyaluronic, pada tingkat yang lebih rendah - dari dermatan sulfat, kondroitin-4-sulfat dan kondroitin-6-sulfat, dengan jumlah minimum heparan sulfat. Renovasi dan pembaharuan jaringan matriks diatur oleh matriks metaloproteinase (MMPs) dan penghambat jaringannya (TIs). Beberapa metaloproteinase, termasuk kolagenase interstisial (MMP-1, MMP-13) dan gelatinase (MMP-2, MMP-9) dan penghambat jaringannya (TI-1, TI- 2, TI-3), ditemukan di semua katup jantung. Kelebihan produksi metaloproteinase khas untuk kondisi patologis katup jantung.

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

Katup jantung dan struktur morfologi mereka

Katup jantung terdiri dari tiga lapisan morfologi yang berbeda dan fungsional signifikan dari matriks katup - berserat, spons dan ventrikel.

Lapisan berserat membentuk kerangka tahan-beban pada tutup katup, yang terdiri dari lapisan serat kolagen. Serat ini disusun secara radial dalam bentuk lipatan untuk kemungkinan peregangan katup arterial pada penutupan. Lapisan berserat terletak di dekat permukaan luar outlet dari katup ini. Lapisan fibrosa dari katup atrioventrikular berfungsi sebagai kelanjutan dari balok kolagen dari akord tendon. Terletak di antara lapisan spons (pintu masuk) dan ventrikel (keluar).

Antara fibrosa dan ventrikel ada lapisan spons (spongiosa). Lapisan spons terdiri dari jaringan ikat yang tidak teratur dengan media kental. Komponen matriks yang dominan dari lapisan ini adalah proteoglikan dengan kolagen berorientasi acak dan lapisan tipis elastin. Rantai samping molekul proteoglikan membawa muatan negatif yang kuat, yang mempengaruhi kemampuan tinggi mereka untuk mengikat air dan membentuk gel berpori dari matriks. Lapisan matriks spons mengurangi tekanan mekanis pada katup katup jantung dan mempertahankan fleksibilitasnya.

Lapisan ventrikel jauh lebih tipis dari yang lain, dan penuh dengan serat elastis yang memungkinkan jaringan menahan deformasi konstan. Elastin memiliki struktur spons yang mengelilingi dan menghubungkan serat kolagen, dan memastikan perawatannya dalam keadaan terlipat netral. Lapisan masuk katup (ventrikel untuk katup arteri dan spons untuk katup atrioventrikular) mengandung elastin dalam jumlah lebih banyak daripada stopkontak, yang memberikan pelunakan dampak hidrolik saat menutup katup. Hubungan antara kolagen dan elastin ini memungkinkan perluasan katup sampai 40% tanpa deformasi permanen. Di bawah pengaruh beban kecil, struktur kolagen lapisan ini berorientasi pada arah pemuatan, dan ketahanan terhadap pertumbuhan lebih lanjut dari kenaikan beban.

Dengan demikian, gagasan tentang katup jantung sebagai duplikasi endokardium yang menganggur tidak hanya sederhana, tapi juga tidak benar. Katup jantung adalah organ dengan struktur kompleks, termasuk serat otot lurik, pembuluh darah dan pembuluh limfatik, dan elemen saraf. Baik dalam struktur dan fungsinya, katup membentuk satu keseluruhan dengan semua struktur jantung. Analisis fungsi normal katup harus memperhitungkan organisasi selulernya, serta interaksi sel antara mereka dan matriksnya. Pengetahuan yang diperoleh dari penelitian semacam itu memimpin dalam perancangan dan pengembangan penggantian katup menggunakan rekayasa jaringan.