Mga balbula ng puso

Dati ay pinaniniwalaan na ang lahat ng mga balbula ng puso ay mga simpleng istruktura na ang kontribusyon sa unidirectional na daloy ng dugo ay simpleng passive na paggalaw bilang tugon sa isang inilapat na gradient ng presyon. Ang pag-unawa sa "passive structures" ay humantong sa pagbuo ng "passive" mechanical at biological valve substitutes.

Ngayon ay nagiging malinaw na ang mga balbula ng puso ay may mas kumplikadong istraktura at paggana. Samakatuwid, ang paglikha ng isang "aktibong" kapalit ng balbula sa puso ay ipinapalagay ang isang makabuluhang pagkakatulad sa istraktura at pag-andar sa natural na balbula ng puso, na sa hinaharap ay medyo makatotohanan salamat sa pag-unlad ng tissue engineering.

Ang mga balbula ng puso ay nabubuo mula sa mga embryonic rudiment ng mesenchymal tissue sa panahon ng pagbuo ng endocardium. Sa panahon ng morphogenesis, ang atrioventricular canal (tricuspid at mitral heart valves) at ang ventricular outflow tract (aortic at pulmonary heart valves) ay nabuo.

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

Paano nakaayos ang mga balbula ng puso?

Ang pag-aaral ng suplay ng dugo sa mga balbula ay pinasimulan ni N. Luschka (1852), na nag-inject sa mga daluyan ng puso na may isang contrast mass. Natuklasan niya ang maraming mga daluyan ng dugo sa cusps ng atrioventricular at semilunar valves ng aorta at pulmonary artery. Kasabay nito, ang isang bilang ng mga manual sa pathological anatomy at histology ay naglalaman ng mga indikasyon na ang hindi nagbabago na mga balbula ng puso ng tao ay hindi naglalaman ng mga daluyan ng dugo, at ang huli ay lumilitaw sa mga balbula lamang sa iba't ibang mga proseso ng pathological - atherosclerosis at endocarditis ng iba't ibang etiologies. Ang impormasyon tungkol sa kawalan ng mga daluyan ng dugo ay pangunahing batay sa mga pag-aaral sa histological. Ipinapalagay na sa kawalan ng mga daluyan ng dugo sa libreng bahagi ng mga cusps, ang kanilang nutrisyon ay nangyayari sa pamamagitan ng pag-filter ng likido mula sa plasma ng dugo sa paghuhugas ng mga cusps. Ang pagtagos ng ilang mga sisidlan kasama ang mga hibla ng striated na tisyu ng kalamnan sa mga base ng mga balbula at tendinous chords ay napansin.

Gayunpaman, kapag nag-inject ng mga daluyan ng puso na may iba't ibang mga tina (tinta ng India sa gulaman, bismuth sa gulaman, may tubig na suspensyon ng itim na tinta ng India, mga solusyon ng carmine o trypan blue), natagpuan na ang mga sisidlan ay tumagos sa mga atrioventricular na balbula ng puso, ang mga balbula ng aorta at ang pulmonary artery kasama ang balbula ng maabot na tissue ng kalamnan, ang bahagyang libreng gilid ng maabot na tissue ng kalamnan.

Sa maluwag na fibrous connective tissue ng atrioventricular valve cusps, ang mga indibidwal na pangunahing vessel ay natagpuan na anastomosed sa mga vessel sa katabing lugar ng cardiac striated muscle tissue.

Ang pinakamalaking bilang ng mga daluyan ng dugo ay matatagpuan sa base at isang medyo mas maliit na bilang sa libreng bahagi ng mga balbula na ito.

Ayon kay KI Kulchitsky et al. (1990), ang isang mas malaking diameter ng arterial at venous vessels ay matatagpuan sa mitral valve. Sa base ng mga cusps ng balbula na ito ay matatagpuan higit sa lahat ang pangunahing mga sisidlan na may isang makitid na loop na network ng mga capillary, na tumagos sa basal na bahagi ng cusp at sumasakop sa 10% ng lugar nito. Sa tricuspid valve, ang arterial vessel ay may mas maliit na diameter kaysa sa mitral valve. Sa mga cusps ng balbula na ito, mayroong higit sa lahat na nakakalat na mga sisidlan at medyo malawak na mga loop ng mga capillary ng dugo. Sa balbula ng mitral, ang anterior cusp ay binibigyan ng dugo nang mas intensively, sa tricuspid valve - ang anterior at posterior cusps, na gumaganap ng pangunahing pagsasara ng function. Ang ratio ng diameters ng arterial at venous vessels sa atrioventricular valves ng puso ng mga may sapat na gulang ay 1:1.5. Ang mga capillary loop ay polygonal at matatagpuan patayo sa base ng valve cusps. Ang mga sisidlan ay bumubuo ng isang planar network na matatagpuan sa ilalim ng endothelium sa atrial side. Ang mga daluyan ng dugo ay matatagpuan din sa mga tendinous chords, kung saan tumagos sila mula sa mga papillary na kalamnan ng kanan at kaliwang ventricles sa layo na hanggang 30% ng haba ng tendinous chords. Maraming mga daluyan ng dugo ang bumubuo ng mga arcuate loop sa base ng tendinous chords. Ang mga balbula ng puso ng aorta at pulmonary trunk ay makabuluhang naiiba sa mga atrioventricular valve sa mga tuntunin ng suplay ng dugo. Ang mga pangunahing sisidlan ng medyo mas maliit na diameter ay lumalapit sa base ng semilunar cusps ng aorta at pulmonary trunk valves. Ang mga maikling sanga ng mga sisidlang ito ay nagtatapos sa mga capillary loop na hindi regular na hugis-itlog at polygonal na hugis. Ang mga ito ay matatagpuan higit sa lahat malapit sa base ng semilunar cusps. Ang mga venous vessel sa base ng aortic at pulmonary valve ay mayroon ding mas maliit na diameter kaysa sa mga nasa base ng atrioventricular valves. Ang ratio ng diameters ng arterial at venous vessels sa aortic at pulmonary valves ng puso ng mga may sapat na gulang ay 1:1.4. Ang mga maikling lateral na sanga ay umaabot mula sa mas malalaking sisidlan, na nagtatapos sa mga loop ng mga capillary ng hindi regular na hugis-itlog at polygonal na mga hugis.

Sa edad, mayroong isang coarsening ng connective tissue fibers, parehong collagen at elastic, pati na rin ang pagbawas sa dami ng maluwag na fibrous unformed connective tissue, sclerosis ng tissue ng atrioventricular valve cusps at ang semilunar cusps ng aortic at pulmonary artery valves ay bubuo. Ang haba ng cardiac striated na mga hibla ng kalamnan sa mga balbula ay bumababa, at, dahil dito, ang dami nito at ang bilang ng mga daluyan ng dugo na tumatagos sa mga balbula ng puso ay bumababa. Dahil sa mga pagbabagong ito, ang mga balbula ng puso ay nawawala ang kanilang nababanat at nababanat na mga katangian, na nakakaapekto sa mekanismo ng pagsasara ng balbula at hemodynamics.

Ang mga balbula ng puso ay may mga network ng mga lymphatic capillaries at isang maliit na bilang ng mga lymphatic vessel na nilagyan ng mga balbula. Ang mga lymphatic capillaries ng cusps ay may isang katangian na hitsura: ang kanilang lumen ay napaka hindi pantay, ang parehong capillary sa iba't ibang mga lugar ay may ibang diameter. Sa mga lugar kung saan ang ilang mga capillary ay pinagsama, ang mga pagpapalawak ay nabuo - lacunae ng iba't ibang mga hugis. Ang mga loop ng mga network ay madalas na hindi regular na polygonal, mas madalas na hugis-itlog o bilog. Kadalasan ang mga loop ng mga lymphatic network ay hindi sarado, at ang mga lymphatic capillaries ay nagtatapos nang walang taros. Ang mga loop ng lymphatic capillaries ay madalas na nakatuon sa direksyon mula sa libreng gilid ng cusp hanggang sa base nito. Sa ilang mga kaso, ang isang dalawang-layer na network ng mga lymphatic capillaries ay natagpuan sa mga cusps ng atrioventricular valve.

Ang endocardial nerve plexuses ay matatagpuan sa iba't ibang mga layer nito, pangunahin sa ilalim ng endothelium. Sa libreng gilid ng valve cusps, ang nerve fibers ay matatagpuan higit sa lahat sa radially, na kumukonekta sa mga tendinous chordae. Mas malapit sa base ng mga cusps, ang isang malaking-meshed nerve plexus ay nabuo, na nag-uugnay sa plexus na matatagpuan sa paligid ng fibrous rings. Sa semilunar cusps, ang endocardial nerve network ay mas kalat. Sa lugar ng attachment ng mga balbula, ito ay nagiging siksik at multilayered.

Ang cellular na istraktura ng mga balbula ng puso

Ang mga valvular interstitial cells, na responsable sa pagpapanatili ng istraktura ng balbula, ay pinahaba ang hugis na may maraming pinong proseso na umaabot sa buong valve matrix. Mayroong dalawang populasyon ng valvular interstitial cells na naiiba sa morpolohiya at istraktura; ang isa ay may mga katangian ng contractile at nailalarawan sa pagkakaroon ng mga contractile fibrils, ang isa ay may mga katangian ng secretory at may mahusay na binuo na endoplasmic reticulum at Golgi apparatus. Ang contractile function ay lumalaban sa hemodynamic pressure at higit na sinusuportahan ng paggawa ng parehong cardiac at skeletal contractile protein, na kinabibilangan ng mabibigat na chain ng alpha- at beta-myosin at iba't ibang isoform ng troponin. Ang pag-urong ng cardiac valve leaflet ay ipinakita bilang tugon sa isang bilang ng mga vasoactive agent, na nagmumungkahi ng isang coordinated biological stimulus para sa matagumpay na function ng balbula.

Ang mga interstitial cell ay mahalagang bahagi din ng sistema ng pag-aayos ng mga istruktura tulad ng mga balbula sa puso. Ang patuloy na paggalaw ng mga leaflet ng balbula at ang nauugnay na pagpapapangit ng connective tissue ay nagdudulot ng pinsala kung saan tumutugon ang mga valvular interstitial cell upang mapanatili ang integridad ng balbula. Ang proseso ng pagkukumpuni ay tila mahalaga para sa normal na paggana ng balbula, at ang kawalan ng mga selulang ito sa kasalukuyang mga modelo ng artipisyal na balbula ay malamang na isang kadahilanan sa pagkasira ng istruktura ng mga bioprostheses.

Ang isang mahalagang lugar ng pananaliksik sa mga interstitial na cell ay ang pag-aaral ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila at ng nakapalibot na matrix na pinapamagitan ng mga molekula ng focal adhesion. Ang mga focal adhesion ay mga dalubhasang site ng pakikipag-ugnayan ng cell-matrix na nag-uugnay sa cell cytoskeleton sa mga protina ng matrix sa pamamagitan ng mga integrin. Gumaganap din ang mga ito bilang mga site ng signal transduction, na naghahatid ng mekanikal na impormasyon mula sa extracellular matrix na maaaring makakuha ng mga tugon kabilang ang, ngunit hindi limitado sa, cell adhesion, migration, growth, at differentiation. Ang pag-unawa sa cell biology ng valvular interstitial cells ay mahalaga sa pagpapaliwanag ng mga mekanismo kung saan ang mga cell na ito ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa at sa kanilang kapaligiran, upang ang function na ito ay ma-recapitalated sa mga artipisyal na balbula.

Kaugnay ng pagbuo ng isang promising direksyon ng tissue engineering ng mga balbula ng puso, ang mga pag-aaral ng mga interstitial cell ay isinasagawa gamit ang isang malawak na hanay ng mga diskarte. Ang pagkakaroon ng cell cytoskeleton ay nakumpirma sa pamamagitan ng paglamlam para sa vimentin, desmin, troponin, alpha-actin at makinis na kalamnan myosin, mabibigat na chain ng alpha- at beta-myosin, light chain-2 ng cardiac myosin, alpha- at beta-tubulin. Ang cell contractility ay kinumpirma ng isang positibong tugon sa epinephrine, angiotensin II, bradykinin, carbachol, potassium chloride, endothelium I. Ang cellular interrelationships ay tinutukoy ng functional gap interactions at na-verify ng microinjections ng carboxyfluorescein. Ang pagtatago ng matrix ay itinatag sa pamamagitan ng paglamlam para sa prolyl-4-hydroxylase / collagen type II, fibronectin, chondroitin sulfate, laminin. Innervation ay itinatag sa pamamagitan ng malapit na lokasyon ng motor nerve endings, na kung saan ay makikita sa pamamagitan ng aktibidad ng neuropeptide Y tyrosine hydroxylase, acetylcholinesterase, vasoactive intestinal polypeptide, substance-P, capsicum gene-related peptide. Ang mga mitogenic na kadahilanan ay tinatantya ng platelet-derived growth factor, basic fibroblast growth factor, serotonin (5-HT). Ang pinag-aralan na mga interstitial cell fibroblast ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang hindi kumpletong basement membrane, mahaba, manipis na mga proseso ng cytoplasmic, malapit na koneksyon sa matrix, mahusay na binuo hindi pantay na endoplasmic reticulum at Golgi apparatus, kayamanan sa microfilaments, pagbuo ng mga malagkit na bono.

Ang mga valvular endocardial cells ay bumubuo ng isang functional na athrombogenic sheath sa paligid ng bawat balbula ng puso na katulad ng vascular endothelium. Ang malawakang ginagamit na paraan ng pagpapalit ng balbula ay nag-aalis ng proteksiyon na function ng endocardium, na maaaring humantong sa platelet at fibrin deposition sa mga artipisyal na balbula, pagbuo ng bacterial infection at tissue calcification. Ang isa pang posibleng pag-andar ng mga cell na ito ay ang regulasyon ng nakapailalim na valvular interstitial cells na katulad ng regulasyon ng makinis na mga selula ng kalamnan ng endothelium. Ang mga kumplikadong pakikipag-ugnayan ay umiiral sa pagitan ng endothelium at katabi na mga selula, na may bahagi ng natutunaw na mga salik na itinago ng mga endothelial cells. Ang mga cell na ito ay bumubuo ng isang malaking ibabaw na natatakpan ng mga microprotrusions sa luminal na bahagi, kaya pinapataas ang pagkakalantad at posibleng pakikipag-ugnayan sa mga metabolic substance sa nagpapalipat-lipat na dugo.

Ang endothelium ay madalas na nagpapakita ng mga pagkakaiba sa morphological at functional na dulot ng mga shear stress sa pader ng daluyan dahil sa daloy ng dugo, at nalalapat din ito sa mga valvular endocardial cells, na gumagamit ng alinman sa isang pahabang o polygonal na hugis. Maaaring mangyari ang mga pagbabago sa istruktura ng cell dahil sa pagkilos ng lokal na hemodynamics sa mga bahagi ng cell cytoskeleton o pangalawang epekto na dulot ng mga pagbabago sa pinagbabatayan na extracellular matrix. Sa antas ng ultrastructural, ang mga valvular endocardial cell ay nagtataglay ng mga intercellular na koneksyon, mga plasma vesicle, isang magaspang na endoplasmic reticulum, at isang Golgi apparatus. Bagama't gumagawa sila ng von Willebrand factor kapwa sa vivo at in vitro, kulang sila ng Weibel-Palade na katawan (mga partikular na butil na naglalaman ng von Willebrand factor), na mga organelles na katangian ng vascular endothelium. Ang mga valvular endocardial cells ay nailalarawan sa pamamagitan ng malalakas na junction, functional gap interaction, at overlapping marginal folds.

Ang mga endocardial cell ay nagpapanatili ng kanilang metabolic activity kahit sa vitro: gumagawa sila ng von Willebrand factor, prostacyclin, nitric oxide synthase, nagpapakita ng aktibidad ng enzyme na nagpapalit ng angiotensin, at masinsinang naglalabas ng mga molekula ng adhesion na ICAM-1 at ELAM-1, na mahalaga para sa pagbubuklod ng mga mononuclear cell sa panahon ng pagbuo ng isang immune response. Ang lahat ng mga marker na ito ay dapat isaalang-alang kapag lumalaki ang isang perpektong kultura ng cell para sa paglikha ng isang artipisyal na balbula gamit ang tissue engineering, ngunit ang immunostimulating potensyal ng valvular endocardial cells mismo ay maaaring limitahan ang kanilang paggamit.

Ang extracellular matrix ng mga balbula ng puso ay binubuo ng fibrous collagen at elastin macromolecules, proteoglycans at glycoproteins. Ang collagen ay bumubuo ng 60% ng tuyong timbang ng balbula, elastin para sa 10% at proteoglycans para sa 20%. Ang bahagi ng collagen ay nagbibigay ng pangunahing mekanikal na katatagan ng balbula at kinakatawan ng mga collagens ng mga uri I (74%), II (24%) at V (2%). Ang mga bundle ng collagen thread ay napapalibutan ng isang elastin sheath, na namamagitan sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila. Ang mga glycosaminoglycan side chain ng proteoglycan molecules ay may posibilidad na bumuo ng isang gel-like substance kung saan ang ibang matrix molecule ay nakikipag-ugnayan upang bumuo ng mga permanenteng bono at iba pang mga bahagi ay idineposito. Ang mga glycosaminoglycans ng mga balbula ng puso ng tao ay pangunahing binubuo ng hyaluronic acid, sa isang mas mababang lawak ng dermatan sulfate, chondroitin-4-sulfate at chondroitin-6-sulfate, na may kaunting halaga ng heparan sulfate. Ang remodeling at renewal ng matrix tissue ay kinokontrol ng matrix metalloproteinases (MMPs) at ng kanilang tissue inhibitors (TIs). Ang mga molekula na ito ay kasangkot din sa isang mas malawak na hanay ng mga proseso ng physiological at pathological. Ang ilang metalloproteinases, kabilang ang mga interstitial collagenases (MMP-1, MMP-13) at gelatinases (MMP-2, MMP-9) at ang kanilang mga tissue inhibitor (TI-1, TI-2, TI-3), ay matatagpuan sa lahat ng mga balbula ng puso. Ang labis na produksyon ng metalloproteinases ay katangian ng mga pathological na kondisyon ng balbula ng puso.

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

Mga balbula ng puso at ang kanilang morphological na istraktura

Ang mga balbula ng puso ay binubuo ng tatlong morphologically different at functionally significant layers ng leaflet matrix: fibrous, spongy, at ventricular.

Ang fibrous layer ay bumubuo ng isang load-resistant framework para sa valve leaflet, na binubuo ng mga layer ng collagen fibers. Ang mga hibla na ito ay nakaayos nang radially sa mga fold upang payagan ang mga arterial valve na mag-stretch kapag nagsasara. Ang fibrous layer ay namamalagi malapit sa labasan na panlabas na ibabaw ng mga balbula na ito. Ang fibrous layer ng atrioventricular valves ay nagsisilbing pagpapatuloy ng collagen bundle ng chordae tendineae. Ito ay matatagpuan sa pagitan ng spongy (inlet) at ventricular (outlet) layers.

Sa pagitan ng fibrous at ventricular layer ay ang spongy layer (spongiosa). Ang spongy layer ay binubuo ng mahinang organisadong connective tissue sa malapot na daluyan. Ang nangingibabaw na bahagi ng matrix ng layer na ito ay mga proteoglycan na may random na nakatuon na collagen at manipis na mga layer ng elastin. Ang mga side chain ng proteoglycan molecule ay nagdadala ng isang malakas na negatibong singil, na nakakaapekto sa kanilang mataas na kakayahang magbigkis ng tubig at bumuo ng porous matrix gel. Binabawasan ng spongy layer ng matrix ang mekanikal na stress sa mga leaflet ng balbula ng puso at pinapanatili ang kanilang flexibility.

Ang ventricular layer ay mas manipis kaysa sa iba at mayaman sa nababanat na mga hibla na nagpapahintulot sa tissue na labanan ang patuloy na pagpapapangit. Ang Elastin ay may spongy na istraktura na nakapalibot at nagkokonekta sa mga hibla ng collagen at pinapanatili ang mga ito sa isang neutral na nakatiklop na estado. Ang inlet layer ng valve (ventricular - para sa arterial valves at spongy - para sa atrioventricular) ay naglalaman ng mas maraming elastin kaysa sa outlet, na nagbibigay para sa paglambot ng hydraulic shock kapag ang mga cusps ay nagsasara. Ang ugnayang ito sa pagitan ng collagen at elastin ay nagpapahintulot sa mga cusps na mag-abot ng hanggang 40% nang walang matatag na pagpapapangit. Kapag nalantad sa isang maliit na pagkarga, ang mga istruktura ng collagen ng layer na ito ay nakatuon sa direksyon ng pagkarga, at ang paglaban nito sa karagdagang paglaki ng pagkarga ay tumataas.

Kaya, ang ideya ng mga balbula ng puso bilang simpleng endocardial duplication ay hindi lamang pinasimple ngunit sa esensya ay hindi tama. Ang mga balbula sa puso ay mga kumplikadong organo na kinabibilangan ng mga striated na fiber ng kalamnan, mga daluyan ng dugo at lymphatic, at mga elemento ng nerve. Parehong sa kanilang istraktura at sa kanilang paggana, ang mga balbula ay mahalaga sa lahat ng mga istruktura ng puso. Ang pagtatasa ng normal na function ng balbula ay dapat isaalang-alang ang cellular organization nito, pati na rin ang pakikipag-ugnayan ng mga cell sa isa't isa at ang matrix. Ang kaalaman na nakuha mula sa naturang mga pag-aaral ay nangunguna sa disenyo at pagbuo ng mga balbula na prosthetics gamit ang tissue engineering.