Srčani zalisci

Prije se vjerovalo da su svi srčani zalisci jednostavne strukture čiji je doprinos jednosmjernom protoku krvi jednostavno pasivno kretanje kao odgovor na primijenjeni gradijent tlaka. Ovo razumijevanje "pasivnih struktura" dovelo je do razvoja "pasivnih" mehaničkih i bioloških zamjena za zaliske.

Sada postaje očito da srčani zalisci imaju složeniju strukturu i funkciju. Stoga stvaranje "aktivnog" zamjenskog zaliska srčanog zaliska pretpostavlja značajnu sličnost u strukturi i funkciji s prirodnim srčanim zaliskom, što je u budućnosti sasvim realno zahvaljujući razvoju tkivnog inženjerstva.

Srčani zalisci se razvijaju iz embrionalnih rudimenta mezenhimalnog tkiva tijekom formiranja endokarda. Tijekom morfogeneze formiraju se atrioventrikularni kanal (trikuspidalni i mitralni srčani zalisci) i ventrikularni izlazni trakt (aortni i plućni srčani zalisci).

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

Kako su raspoređeni srčani zalisci?

Proučavanje opskrbe krvlju zalistaka započeo je N. Luschka (1852.) ubrizgavanjem kontrastne mase u srčane žile. Otkrio je brojne krvne žile u kuspusima atrioventrikularnih i semilunarnih zalistaka aorte i plućne arterije. Istodobno, brojni priručnici o patološkoj anatomiji i histologiji sadržavali su naznake da nepromijenjeni ljudski srčani zalisci ne sadrže krvne žile, a potonje se pojavljuju u zaliscima samo u raznim patološkim procesima - aterosklerozi i endokarditisu različitih etiologija. Informacije o odsutnosti krvnih žila temeljile su se uglavnom na histološkim studijama. Pretpostavljalo se da u odsutnosti krvnih žila u slobodnom dijelu kuspusa, njihova prehrana nastaje filtriranjem tekućine iz krvne plazme koja ispire kuspuse. Zapaženo je prodiranje nekoliko žila zajedno s vlaknima poprečno-prugastog mišićnog tkiva u baze zalistaka i tetivnih akorda.

Međutim, prilikom injektiranja različitih boja u srčane žile (tinta u želatini, bizmut u želatini, vodena suspenzija crne tinte, otopine karmina ili tripanskog plavog), utvrđeno je da žile prodiru u atrioventrikularne srčane zaliske, aortne zaliske i plućnu arteriju zajedno sa srčanim mišićnim tkivom, malo manje od slobodnog ruba zaliska.

U labavom vlaknastom vezivnom tkivu kuspisa atrioventrikularnog zaliska pronađene su pojedinačne glavne žile koje su anastomozirale sa žilama u susjednim područjima tkiva poprečno-prugastog mišića srca.

Najveći broj krvnih žila nalazio se u bazi, a relativno manji u slobodnom dijelu ovih zalistaka.

Prema KI Kulchitsky i suradnika (1990.), mitralna valvula ima veći promjer arterijskih i venskih žila. U podnožju kuspidalnih zalistaka nalaze se uglavnom glavne žile s uskopetljastom mrežom kapilara, koje prodiru u bazalni dio kuspidalne valvule i zauzimaju 10% njezine površine. U trikuspidalnoj valvuli arterijske žile imaju manji promjer nego u mitralnoj valvuli. U kuspidalnim zalistcima nalaze se uglavnom raspršene žile i relativno široke petlje krvnih kapilara. U mitralnoj valvuli, prednji kuspidalni zalistak intenzivnije se opskrbljuje krvlju, u trikuspidalnoj valvuli - prednji i stražnji kuspidalni zalistak, koji obavljaju glavnu funkciju zatvaranja. Omjer promjera arterijskih i venskih žila u atrioventrikularnim zalistcima srca odraslih osoba je 1:1,5. Kapilarne petlje su poligonalne i nalaze se okomito na podnožje kuspidalnih zalistaka. Žile tvore planarnu mrežu smještenu ispod endotela na atrijalnoj strani. Krvne žile se nalaze i u tetivnim akordima, gdje prodiru iz papilarnih mišića desne i lijeve klijetke na udaljenosti do 30% duljine tetivnih akorda. Brojne krvne žile tvore lučne petlje u podnožju tetivnih akorda. Srčani zalisci aorte i plućnog trunkusa značajno se razlikuju od atrioventrikularnih zalistaka u pogledu opskrbe krvlju. Glavne žile relativno manjeg promjera približavaju se podnožju polumjesečastih kuspisa aorte i plućnog trunkusa. Kratke grane ovih žila završavaju kapilarnim petljama nepravilnog ovalnog i poligonalnog oblika. Smještene su uglavnom blizu podnožja polumjesečastih kuspisa. Venske žile u podnožju aortnog i plućnog valvula također imaju manji promjer od onih u podnožju atrioventrikularnih zalistaka. Omjer promjera arterijskih i venskih žila u aortnom i plućnom valvulu srca odraslih osoba je 1:1,4. Kratke bočne grane protežu se od većih žila, završavajući petljama kapilara nepravilnih ovalnih i poligonalnih oblika.

S godinama dolazi do grubljenja vlakana vezivnog tkiva, i kolagenih i elastičnih, kao i smanjenja količine labavog vlaknastog neformiranog vezivnog tkiva, razvija se skleroza tkiva atrioventrikularnih zalistaka i polumjesečastih zalistaka aortne i plućne arterije. Duljina vlakana poprečno-prugastih mišića srca u zalistcima se smanjuje, a posljedično se smanjuje njihova količina i broj krvnih žila koje prodiru u srčane zaliske. Zbog tih promjena srčani zalisci gube svoja elastična i otporna svojstva, što utječe na mehanizam zatvaranja zaliska i hemodinamiku.

Srčani zalisci imaju mreže limfnih kapilara i mali broj limfnih žila opremljenih zaliscima. Limfne kapilare kuspisa imaju karakterističan izgled: njihov lumen je vrlo neravnomjeran, ista kapilara u različitim područjima ima različit promjer. Na mjestima gdje se spaja nekoliko kapilara nastaju proširenja - lakune različitih oblika. Petlje mreža su često nepravilne poligonalne, rjeđe ovalne ili okrugle. Često petlje limfnih mreža nisu zatvorene, a limfni kapilari završavaju slijepo. Petlje limfnih kapilara orijentirane su najčešće u smjeru od slobodnog ruba kuspisa prema njegovoj bazi. U nekim slučajevima pronađena je dvoslojna mreža limfnih kapilara u kuspisima atrioventrikularnog zaliska.

Endokardijalni živčani pleksusi nalaze se u njegovim različitim slojevima, uglavnom ispod endotela. Na slobodnom rubu valvula, živčana vlakna su smještena uglavnom radijalno, povezujući se s onima tetivnih hordi. Bliže bazi valvula formira se živčani pleksus s velikom mrežom, koji se spaja s pleksusom smještenim oko vlaknastih prstenova. Na polumjesečastim valvulama, endokardijalna živčana mreža je rjeđa. Na mjestu pričvršćivanja valvula postaje gusta i višeslojna.

Stanična struktura srčanih zalistaka

Valvularne intersticijske stanice, odgovorne za održavanje strukture zaliska, izduženog su oblika s brojnim finim nastavcima koji se protežu kroz matricu zaliska. Postoje dvije populacije valvularnih intersticijskih stanica koje se razlikuju po morfologiji i strukturi; jedna ima kontraktilna svojstva i karakterizira je prisutnost kontraktilnih fibrila, druga ima sekretorna svojstva i ima dobro razvijen endoplazmatski retikulum i Golgijev aparat. Kontraktilna funkcija otporna je na hemodinamski pritisak, a dodatno je podržana proizvodnjom srčanih i skeletnih kontraktilnih proteina, koji uključuju teške lance alfa- i beta-miozina te različite izoforme troponina. Kontrakcija listića srčanog zaliska dokazana je kao odgovor na niz vazoaktivnih agensa, što sugerira koordinirani biološki podražaj za uspješnu funkciju zaliska.

Intersticijske stanice također su bitne komponente sustava popravka struktura poput srčanih zalistaka. Stalno pomicanje listića zaliska i povezana deformacija vezivnog tkiva uzrokuju oštećenja na koja reagiraju intersticijske stanice zaliska kako bi održale integritet zaliska. Čini se da je proces popravka ključan za normalnu funkciju zaliska, a odsutnost tih stanica u trenutnim modelima umjetnih zalistaka vjerojatno je faktor koji doprinosi strukturnom oštećenju bioproteza.

Važno područje istraživanja intersticijskih stanica je proučavanje interakcija između njih i okolnog matriksa posredovanih fokalnim adhezijskim molekulama. Fokalne adhezije su specijalizirana mjesta interakcije stanica i matriksa koja povezuju stanični citoskelet s proteinima matriksa putem integrina. Također djeluju kao mjesta prijenosa signala, prenoseći mehaničke informacije iz izvanstaničnog matriksa koje mogu izazvati odgovore, uključujući, ali ne ograničavajući se na, staničnu adheziju, migraciju, rast i diferencijaciju. Razumijevanje stanične biologije valvularnih intersticijskih stanica ključno je za razjašnjavanje mehanizama kojima te stanice međusobno djeluju i s okolinom, tako da se ta funkcija može rekapitulirati u umjetnim zaliscima.

U vezi s razvojem obećavajućeg smjera tkivnog inženjerstva srčanih zalistaka, provode se istraživanja intersticijskih stanica korištenjem širokog raspona tehnika. Prisutnost staničnog citoskeleta potvrđuje se bojenjem na vimentin, desmin, troponin, alfa-aktin i miozin glatkih mišića, teške lance alfa- i beta-miozina, lake lance-2 srčanog miozina, alfa- i beta-tubulin. Kontraktilnost stanica potvrđuje se pozitivnim odgovorom na epinefrin, angiotenzin II, bradikinin, karbahol, kalijev klorid, endotel I. Stanični međusobni odnosi određeni su interakcijama funkcionalnih jaza i provjereni mikroinjekcijama karboksifluoresceina. Matrična sekrecija utvrđuje se bojenjem na prolil-4-hidroksilazu / kolagen tip II, fibronektin, hondroitin sulfat, laminin. Inervacija se uspostavlja bliskim smještajem motornih živčanih završetaka, što se odražava aktivnošću neuropeptida Y tirozin hidroksilaze, acetilkolinesteraze, vazoaktivnog crijevnog polipeptida, supstance-P, peptida povezanog s genom paprike. Mitogeni faktori procjenjuju se pomoću faktora rasta izvedenog iz trombocita, bazičnog faktora rasta fibroblasta i serotonina (5-HT). Proučavani intersticijski stanični fibroblasti karakteriziraju se nepotpunom bazalnom membranom, dugim, tankim citoplazmatskim nastavcima, bliskom vezom s matriksom, dobro razvijenim neravnim endoplazmatskim retikulumom i Golgijevim aparatom, bogatstvom mikrofilamenata te stvaranjem adhezivnih veza.

Valvularne endokardijalne stanice tvore funkcionalnu atrombogenu ovojnicu oko svakog srčanog zaliska slično vaskularnom endotelu. Široko korištena metoda zamjene zaliska eliminira zaštitnu funkciju endokarda, što može dovesti do taloženja trombocita i fibrina na umjetnim zaliscima, razvoja bakterijske infekcije i kalcifikacije tkiva. Druga vjerojatna funkcija ovih stanica je regulacija temeljnih valvularnih intersticijskih stanica slično regulaciji glatkih mišićnih stanica endotelom. Između endotela i susjednih stanica postoje složene interakcije, djelomično posredovane topljivim faktorima koje luče endotelne stanice. Ove stanice tvore ogromnu površinu prekrivenu mikroizbočinama na luminalnoj strani, čime se povećava izloženost i moguća interakcija s metaboličkim tvarima u cirkulirajućoj krvi.

Endotel često pokazuje morfološke i funkcionalne razlike uzrokovane smičnim naprezanjima na stijenci krvne žile zbog protoka krvi, a to se odnosi i na valvularne endokardijalne stanice, koje poprimaju izduženi ili poligonalni oblik. Promjene u staničnoj strukturi mogu nastati zbog djelovanja lokalne hemodinamike na komponente staničnog citoskeleta ili sekundarnih učinaka uzrokovanih promjenama u temeljnom izvanstaničnom matriksu. Na ultrastrukturnoj razini, valvularne endokardijalne stanice posjeduju međustanične veze, plazmatske vezikule, hrapavi endoplazmatski retikulum i Golgijev aparat. Iako proizvode von Willebrandov faktor i in vivo i in vitro, nedostaju im Weibel-Paladova tjelešca (specifične granule koje sadrže von Willebrandov faktor), koji su organeli karakteristični za vaskularni endotel. Valvularne endokardijalne stanice karakteriziraju jaki spojevi, funkcionalne interakcije pukotina i preklapajući se marginalni nabori.

Endokardijalne stanice zadržavaju svoju metaboličku aktivnost čak i in vitro: proizvode von Willebrandov faktor, prostaciklin, sintazu dušikovog oksida, pokazuju aktivnost enzima koji pretvara angiotenzin i intenzivno luče adhezijske molekule ICAM-1 i ELAM-1, koje su važne za vezanje mononuklearnih stanica tijekom razvoja imunološkog odgovora. Sve ove markere treba uzeti u obzir pri uzgoju idealne stanične kulture za stvaranje umjetnog zaliska korištenjem tkivnog inženjerstva, ali imunostimulirajući potencijal samih valvularnih endokardijalnih stanica može ograničiti njihovu upotrebu.

Izvanstanični matriks srčanih zalistaka sastoji se od vlaknastih makromolekula kolagena i elastina, proteoglikana i glikoproteina. Kolagen čini 60% suhe težine zaliska, elastin 10%, a proteoglikani 20%. Kolagena komponenta osigurava glavnu mehaničku stabilnost zaliska i predstavljena je kolagenima tipova I (74%), II (24%) i V (2%). Snopovi kolagenih niti okruženi su elastinskom ovojnicom koja posreduje u interakcijama među njima. Glikozaminoglikanski bočni lanci molekula proteoglikana teže stvaranju tvari nalik gelu u kojoj druge molekule matrice međusobno djeluju stvarajući trajne veze, a druge komponente se talože. Glikozaminoglikani ljudskih srčanih zalistaka sastoje se uglavnom od hijaluronske kiseline, u manjoj mjeri od dermatan sulfata, hondroitin-4-sulfata i hondroitin-6-sulfata, s minimalnom količinom heparan sulfata. Remodeliranje i obnovu tkiva matrice reguliraju matriksne metaloproteinaze (MMP) i njihovi tkivni inhibitori (TI). Ove molekule su također uključene u širi raspon fizioloških i patoloških procesa. Neke metaloproteinaze, uključujući intersticijske kolagenaze (MMP-1, MMP-13) i želatinaze (MMP-2, MMP-9) i njihove tkivne inhibitore (TI-1, TI-2, TI-3), nalaze se u svim srčanim zaliscima. Prekomjerna proizvodnja metaloproteinaza karakteristična je za patološka stanja srčanog zaliska.

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

Srčani zalisci i njihova morfološka struktura

Srčani zalisci sastoje se od tri morfološki različita i funkcionalno značajna sloja matrice listića: vlaknastog, spužvastog i ventrikularnog.

Vlaknasti sloj tvori okvir otporan na opterećenje za listić zaliska, koji se sastoji od slojeva kolagenih vlakana. Ta su vlakna raspoređena radijalno u naborima kako bi se arterijskim zaliscima omogućilo istezanje prilikom zatvaranja. Vlaknasti sloj nalazi se blizu izlazne vanjske površine ovih zalistaka. Vlaknasti sloj atrioventrikularnih zalistaka služi kao nastavak kolagenih snopova chordae tendineae. Nalazi se između spužvastog (ulaznog) i ventrikularnog (izlaznog) sloja.

Između vlaknastog i ventrikularnog sloja nalazi se spužvasti sloj (spongiosa). Spužvasti sloj sastoji se od slabo organiziranog vezivnog tkiva u viskoznom mediju. Dominantne komponente matrice ovog sloja su proteoglikani s nasumično orijentiranim kolagenom i tankim slojevima elastina. Bočni lanci molekula proteoglikana nose snažan negativni naboj, što utječe na njihovu visoku sposobnost vezanja vode i stvaranja poroznog matričnog gela. Spužvasti sloj matrice smanjuje mehaničko naprezanje u listićima srčanog zaliska i održava njihovu fleksibilnost.

Ventrikularni sloj je mnogo tanji od ostalih i bogat je elastičnim vlaknima koja omogućuju tkivu da se odupre stalnim deformacijama. Elastin ima spužvastu strukturu koja okružuje i povezuje kolagena vlakna te ih održava u neutralnom presavijenom stanju. Ulazni sloj zaliska (ventrikularni - za arterijske zaliske i spužvasti - za atrioventrikularni) sadrži više elastina nego izlazni, što omogućuje ublažavanje hidrauličkog udara kada se kuspi zatvaraju. Ovaj odnos između kolagena i elastina omogućuje kuspijima da se istegnu do 40% bez stabilne deformacije. Kada su izloženi malom opterećenju, kolagene strukture ovog sloja orijentirane su u smjeru opterećenja, a njegov otpor daljnjem rastu opterećenja se povećava.

Dakle, ideja o srčanim zaliscima kao jednostavnim endokardijalnim duplikacijama nije samo pojednostavljena, već je i u biti netočna. Srčani zalisci su složeni organi koji uključuju vlakna poprečno-prugastih mišića, krvne i limfne žile te živčane elemente. I po svojoj strukturi i po svom funkcioniranju, zalisci su sastavni dio svih srčanih struktura. Analiza normalne funkcije zaliska mora uzeti u obzir njegovu staničnu organizaciju, kao i interakciju stanica jedna s drugom i s matriksom. Znanje stečeno takvim studijama vodeće je u dizajnu i razvoju protetskih zalistaka korištenjem tkivnog inženjerstva.