Herzklappen

Früher wurde angenommen, dass alle Herzklappen einfache Strukturen sind, deren Beitrag zum unidirektionalen Blutfluss einfach eine passive Bewegung in Reaktion auf den wirkenden Druckgradienten ist. Dieses Verständnis von "passiven Strukturen" führte zur Schaffung von "passiven" mechanischen und biologischen Ventilsubstituten.

Es wird nun deutlich, dass Herzklappen eine komplexere Struktur und Funktion haben. Daher legt die Schaffung eines "aktiven" Herzklappenersatzes eine signifikante Ähnlichkeit in seiner Struktur und Funktion mit einer natürlichen Herzklappe nahe, was aufgrund der Entwicklung des Tissue Engineering langfristig durchaus möglich ist.

Aus den embryonalen Knospen des mesenchymalen Gewebes entwickeln sich während der Endokardinsertion Herzklappen. Bei dem Verfahren der Morphogenese gebildet Atrioventrikularkanal (Trikuspidalklappe und Mitralklappen cerdechnye) und ventrikulären Ausflusstrakt (Aorten- und pulmonic Ventile cerdechnye).

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Wie sind Herzklappen angeordnet?

Der Beginn der Untersuchung der Blutversorgung der Klappen wurde von H. Luschka (1852) durch Anwendung einer Injektion von Herzgefäßen mit kontrastierender Masse vorgenommen. Er fand zahlreiche Blutgefäße in den Klappen der Atrioventrikular- und Semilunarklappen der Aorta und der Lungenarterie. Allerdings gibt in einer Reihe von Leitfäden für die pathologische Anatomie und Histologie waren Hinweise, dass unverändertes menschliches Herzklappen enthält keine Blutgefäße und diese nur bei Ventilen in verschiedenen pathologischen Prozessen erscheinen - Arteriosklerose verschiedener Ätiologie und Endokarditis. Informationen über das Fehlen von Blutgefäßen basierten hauptsächlich auf histologischen Studien. Es wurde angenommen, dass in Abwesenheit von Blutgefäßen im freien Teil der Ventile deren Ernährung durch das Filtern der Flüssigkeit aus dem Blutplasma erfolgt, das die Ventile durchströmt. Das Eindringen einiger Gefäße zusammen mit Fasern des quergestreiften Muskelgewebes in die Basis der Klappen und Sehnenakkorde wurde festgestellt.

Wenn jedoch die Injektionsgefäße des Herzens verschiedenen Farbstoffen (Karkasse in Gelatine, Bismut Gelatine wässrige Aufschlämmung schwarze Mascara, Lösungen von Carmine oder Trypanblau) wurde festgestellt, daß die Gefäße, die atrio-ventrikuläre cerdechnye Ventile, Aorten- und Lungenarterie zusammen mit Herzmuskel-Gewebe eindringen leicht die freie Kante des Blattes nicht erreichend.

In dem brüchigen fibrösen Bindegewebe der Klappen der Atrioventrikularklappen wurden getrennte Hauptgefäße gefunden, die mit den Gefäßen einer Reihe von lokalisierten Bereichen des transversalen Herzmuskelgewebes anastomosieren.

Die größte Anzahl von Blutgefäßen befand sich in der Basis und vergleichsweise weniger im freien Teil dieser Klappen.

Nach KI Kulchitsky et al. (1990) findet sich in der Mitralklappe ein größerer Durchmesser der arteriellen und venösen Gefäße. An der Basis der Ventile dieses Ventils befinden sich hauptsächlich Hauptgefäße mit einem engmaschigen Netzwerk von Kapillaren, die in den basalen Teil des Ventils eindringen und 10% seiner Fläche einnehmen. In der Trikuspidalklappe haben arterielle Gefäße einen kleineren Durchmesser als in der Mitralklappe. In den Ventilen dieses Ventils gibt es hauptsächlich Gefäße vom gestreuten Typ und relativ breite Schleifen von Blutkapillaren. In der Mitralklappe ist das vordere Blatt stärker durchblutet, in der Trikuspidalklappe die vorderen und hinteren Klappen, die die Hauptverschlussfunktion tragen. Das Verhältnis der Durchmesser der arteriellen und venösen Gefäße in den atrioventrikulären Klappen des Herzens der reifen Menschen ist 1: 1,5. Die Kapillarschleifen sind vieleckig und liegen senkrecht zur Basis der Ventilklappen. Gefäße bilden ein planares Netzwerk, das unter dem Endothel von der Seite der Atrien angeordnet ist. Blutgefäße finden sich auch in den Sehnenakkorden, wo sie von den Papillarmuskeln des rechten und linken Ventrikels in einen Abstand von bis zu 30% der Länge der Sehnenakkorde eindringen. Zahlreiche Blutgefäße bilden an der Sehnenbasis Bogenschlaufen. Die Herzklappen der Aorta und des Lungenstammes für die Blutversorgung unterscheiden sich wesentlich von atriowentrikuljarnoj. Die Hauptgefäße mit relativ kleinerem Durchmesser passen zur Basis der Semilunarklappen der Aorten- und Pulmonalklappen. Die kurzen Zweige dieser Gefäße enden in den Kapillarschleifen einer unregelmäßigen ovalen und polygonalen Form. Sie befinden sich hauptsächlich in der Nähe der Basis der Semilunarflügel. Die Venengefäße in der Basis der Klappen der Aorta und der Pulmonalarterie haben ebenfalls einen kleineren Durchmesser als an der Basis der Atrioventrikularklappen. Das Verhältnis der Durchmesser der arteriellen und venösen Gefäße in den Klappen der Aorta und der Lungenarterie des Herzens der reifen Menschen ist 1: 1,4. Aus den größeren Gefäßen verzweigen sich kurze Seitenäste, die mit Kapillaren der falschen ovalen und polygonalen Form enden.

Mit zunehmendem Alter eine Vergröberung der Bindegewebsfasern ist wie Kollagen und Elastin, sowie die Anzahl der losen faserigen unregelmäßigen Bindegewebe Reduzierung entwickelt Klappen Gewebe Atrioventrikularklappen und die Blättchen von Taschenklappen der Aorta und der Arteria pulmonalis Sklerose. Die Länge in den Klappen der Fasern des transversalen Herzmuskelgewebes nimmt ab und folglich nimmt die Anzahl und die Anzahl der Blutgefäße, die in die Herzklappen eindringen, ab. In Verbindung mit diesen Veränderungen verlieren die Herzklappen ihre elastischen und elastischen Eigenschaften, was den Mechanismus des Schließens der Klappen und die Hämodynamik beeinflusst.

Herzklappen haben lymphatische Kapillaren und eine kleine Anzahl von Lymphgefäßen mit Ventilen. Lymphkapillaren der Klappen haben ein charakteristisches Aussehen: ihr Lumen ist sehr unregelmäßig, die gleiche Kapillare in verschiedenen Bereichen hat einen unterschiedlichen Durchmesser. In der Verbindung mehrerer Kapillaren bilden sich Fortsätze - Lakunen verschiedener Formen. Die Netzwerkschleifen sind oft unregelmäßig vieleckig, seltener oval oder rund. Oft sind die lymphatischen Netzschlingen nicht geschlossen, und die Lymphkapillaren enden blind: Die Lymphkapillarschlingen sind häufiger in Richtung vom freien Rand der Klappe zur Basis ausgerichtet. In einigen Fällen wurde ein zweischichtiges Netzwerk von Lymphkapillaren in den Klappen der Atrioventrikularklappe gefunden.

Nervengeflechte des Endokards befinden sich in seinen verschiedenen Schichten, hauptsächlich unter dem Endothel. An der freien Kante der Klappen sind die Nervenfasern vorwiegend radial mit denen der Sehnenakkorde verbunden. Näher an der Basis der Klappen befindet sich ein Plexus des großen Plexus, der sich mit dem Plexus um die fibrösen Ringe verbindet. Auf den semilunulären Ventilen ist das endokardiale neurale Netzwerk seltener. An der Stelle der Befestigung der Ventile wird es dick und vielschichtig.

Zellstruktur von Herzklappen

Die Ventilzwischengitterzellen, die für die Aufrechterhaltung der Ventilstruktur verantwortlich sind, haben eine längliche Form mit einer großen Anzahl von dünnen Prozessen, die sich durch die gesamte Ventilmatrix erstrecken. Es gibt zwei Populationen von interstitiellen Zellen des Ventils, die sich in Morphologie und Struktur unterscheiden; einige haben kontraktile Eigenschaften und sind durch das Vorhandensein von kontraktilen Fibrillen gekennzeichnet, andere haben sekretorische Eigenschaften und haben ein gut entwickeltes endoplasmatisches Retikulum und den Golgi-Apparat. Die kontraktile Funktion widersteht dem hämodynamischen Druck und wird zusätzlich durch die Produktion von sowohl kardialen als auch skelettalen kontraktilen Proteinen unterstützt, welche die schweren Ketten von Alpha und Beta-Myosin und verschiedene Isoformen von Troponin einschließen. Die Kontraktion der Klappe der Herzklappe wurde in Reaktion auf eine Anzahl von vasoaktiven Mitteln gezeigt, was die koordinierende Wirkung des biologischen Reizes für die erfolgreiche Funktion der Klappe nahelegt.

Interstitielle Zellen sind auch notwendige Komponenten des reduktiven Systems von Strukturen wie Herzklappen. Die ständige Bewegung der Klappen und die damit verbundene Deformation des Bindegewebes führt zu Schäden, auf die interstitielle Zellen des Ventils reagieren, um die Integrität des Ventils aufrechtzuerhalten. Der Erholungsprozess ist für das normale Funktionieren des Ventils wichtig, und das Fehlen dieser Zellen in modernen Modellen von künstlichen Ventilen ist wahrscheinlich ein Faktor, der zur strukturellen Beschädigung von Bioprothesen beiträgt.

Eine wichtige Richtung bei der Untersuchung interstitieller Zellen ist die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen ihnen und der umgebenden Matrix, die durch die fokale Adhäsion von Molekülen vermittelt wird. Fokale Adhäsionen sind spezialisierte Zell-Matrix-Interaktionen, die das Zellskelett einer Zelle durch Integrine an Matrixproteine binden. Sie fungieren auch als Signalübertragungsstellen für die Transduktion und übertragen mechanische Informationen von der extrazellulären Matrix, die Reaktionen auslösen können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Zelladhäsion, Migration, Wachstum und Differenzierung. Das Verständnis der Zellbiologie interstitieller Zellen ist wichtig für die Mechanismen, durch die diese Zellen miteinander und mit der Umwelt interagieren, so dass diese Funktion in künstlichen Klappen reproduziert werden kann.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung einer vielversprechenden Richtung der Tissue Engineering von Herzklappen, Interstitial-Zell-Studien werden mit einer breiten Palette von Techniken durchgeführt. Nachdem Anfärben des Zytoskeletts der Zellen validiert für Vimentin, Desmin, Troponin, alpha-Actin und Myosin der glatten Muskulatur der schweren Kette Alpha- und Beta-Myosin leichte Kette-2 Herzmyosin, alpha und beta-Tubulin. Kontraktilität Zellen positive Antwort bestätigt epinefrin, Angiotensin II, Bradykinin, Carbachol, Kaliumchlorid, Endothel I. Zelluläre funktionale Beziehung bestimmt und verifiziert geschlitzten Wechselwirkungen karboksiflyuorestseina Mikroinjektion. Die Matrixsekretion wird durch Färbung auf Prolyl-4-hydroxylase / Kollagen Typ II, Fibronektin, Chondroitinsulfat, Laminin hergestellt. Innervation Nähe Motornervenendigungen installiert, die die Aktivität von Neuropeptid Y Tyrosinhydroxylase wirkt, Acetylcholin, vasoaktives intestinales Polypeptid, Substanz P, kaptsitonin gene-related peptide. Mitogene Faktoren werden durch Plättchen-abgeleiteten Wachstumsfaktor, der Haupt-Fibroblasten-Wachstumsfaktor, Serotonin (5-HT) geschätzt. Fibroblasten interstitiellen Zellen untersucht werden, durch eine unvollständige Basalmembran gekennzeichnet, lange, dünne zytoplasmatische Prozesse enger Verbindung mit der Matrix, eine gut entwickelte rauhe endoplasmatische Retikulum und den Golgi-Apparat, der Fülle von Mikrofilamenten, die Bildung einer Klebeverbindung.

Valvuläre Endokardzellen bilden eine funktionelle atrogene Hülle um jede Herzklappe, ähnlich dem vaskulären Endothel. Die weit verbreitete Methode des Klappenersatzes beseitigt die Schutzfunktion des Endokards, was zur Ablagerung von Blutplättchen und Fibrin auf künstlichen Klappen, zur Entwicklung bakterieller Infektionen und Gewebekalzifizierung führen kann. Eine weitere wahrscheinliche Funktion dieser Zellen ist die Regulation der darunterliegenden interstitiellen Zellen des Herzens, ähnlich der Regulierung der glatten Muskelzellen durch das Endothel. Zwischen dem Endothel und benachbarten Zellen besteht eine komplexe Wechselwirkung, die teilweise durch lösliche Faktoren vermittelt wird, die von Endothelzellen sezerniert werden. Diese Zellen bilden eine große Oberfläche, die auf der luminalen Seite mit Mikrowucherungen bedeckt ist, wodurch die Exposition und mögliche Wechselwirkung mit den metabolischen Substanzen des zirkulierenden Blutes erhöht wird.

Endothel zeigt häufig morphologische und funktionelle Unterschiede hervorgerufen durch die Schubspannungen an der Gefäßwand während der Bewegung des Blutes auftritt, und das gleiche gilt für die Ventil endokardialen Zellen empfangen sowohl länglich und polygonale Form. Veränderungen in der Struktur der Zellen kann auftreten, aufgrund der Wirkung der lokalen Hämodynamik Zytoskelett-Komponenten oder sekundärer Effekt, verursacht durch Veränderungen in der zugrunde liegenden extrazellulären Matrix. Auf der Ebene der Ultrastruktur haben Herzklappen-Endokardzellen interzelluläre Verbindungen, Plasma-Vesikel, ungleiches endoplasmatisches Retikulum und den Golgi-Apparat. Trotz der Tatsache, dass sie die von Willebrand-Faktor, sowohl in vivo als auch in einer künstlichen Umgebung herzustellen, fehlen sie das Kalb Weibel-Palade (spezifische Granula, die von Willebrand-Faktor enthält), die Organellen, die spezifisch für die vaskuläre Endothel sind. Valvuläre Endokardzellen zeichnen sich durch starke Gelenke, funktionelle Lückeninteraktionen und überlappende Randfalten aus.

Endokardialen Zellen behalten ihre metabolische Aktivität sogar in vitro: Erzeugen Willebrand-Faktor, Prostacyclin, Stickstoffmonoxid-Synthase zeigte eine Aktivität von Angiotensin-Converting-Enzyme, stark isolierter Adhäsionsmoleküle ICAM-1 und ELAM-1, die für die Bindung von mononuklearen Zellen in der Entwicklung der Immunantwort entscheidend ist. Alle diese Marken sollten in dem Anbau der idealen Zellkultur aufgenommen wird ein künstliches Ventil durch Tissue Engineering, aber das immunstimulatorische Potential der Ventil endokardialen Zellen zu schaffen sie ihre Verwendung begrenzen.

Die extrazelluläre Metrik der Herzklappen besteht aus fibrösem Kollagen und Elastin Makromolekülen, Proteoglykanen und Glykoproteinen. Kollagen ist - 60% des Trockengewichts der Klappe, Elastin - 10% und Proteoglykane - 20%. Die Kollagenkomponente liefert die grundlegende mechanische Stabilität der Klappe und wird durch Kollagene I (74%) repräsentiert. II (24%) und V (2%) Typen. Bündel von Kollagenfäden sind von einer Elastinhülle umgeben, die zwischen ihnen wechselwirkt. Glycosaminoglycan-Seitenketten der Proteoglykan-Moleküle dazu neigen, eine gelartige Substanz zu bilden, in denen andere Moleküle, die eine dauerhafte Matrix Verbindungen und anderen Komponenten abgeschieden werden zur Bildung interagieren. Glycosaminoglycane menschlichen Herzklappe hauptsächlich aus Hyaluronsäure bestehen, in einem geringeren Ausmaß - von Dermatansulfat, Chondroitin-4-sulfat und Chondroitin-6-sulfat, mit einem Minimum an Heparansulfat. Umbau und Erneuerung von Matrixgewebe werden durch Matrixmetalloproteinasen (MMPs) und ihre Gewebeinhibitoren (TIs) reguliert. Diese Moleküle sind auch in einem weiten Bereich von physiologischen und pathologischen Prozessen Einige Metalloproteinasen beteiligt sind, einschließlich interstitielle Kollagenase (MMP-1, MMP-13) und Gelatinasen (MMP-2, MMP-9) und deren tissue inhibitors (TI-1, fünf- 2, TI-3), sind in allen Herzklappen zu finden. Die Überproduktion von Metalloproteinasen ist typisch für pathologische Zustände der Herzklappe.

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Herzklappen und ihre morphologische Struktur

Herzklappen bestehen aus drei morphologisch unterschiedlichen und funktionell signifikanten Schichten der Ventilmatrix - fibrös, schwammig und ventrikulär.

Die Faserschicht bildet einen lastfesten Rahmen der Ventilklappe, der aus Schichten von Kollagenfasern besteht. Diese Fasern sind radial in Form von Falten angeordnet, um die arteriellen Klappen beim Schließen zu dehnen. Die Faserschicht liegt in der Nähe der äußeren Auslassfläche dieser Ventile. Die fibrösen Schichten der Atrioventrikularklappen dienen als Fortsetzung der Kollagenstrahlen der Sehnenakkorde. Es befindet sich zwischen den schwammigen (Eingangs-) und ventrikulären (Austritts-) Schichten.

Zwischen der fibrösen und ventrikulären befindet sich eine schwammige Schicht (Spongiosa). Die schwammige Schicht besteht aus einem schlecht organisierten Bindegewebe in einem viskosen Medium. Die dominierenden Matrixkomponenten dieser Schicht sind Proteoglykane mit willkürlich orientiertem Kollagen und dünnen Schichten Elastin. Die Seitenketten der Proteoglykanmoleküle tragen eine starke negative Ladung, was ihre hohe Fähigkeit, Wasser zu binden und das poröse Gel der Matrix zu bilden, beeinflusst. Die schwammige Matrixschicht reduziert die mechanischen Spannungen in den Klappen der Herzklappen und erhält ihre Flexibilität.

Die ventrikuläre Schicht ist viel dünner als andere und ist voll mit elastischen Fasern, die es Gewebe erlauben, einer konstanten Verformung standzuhalten. Elastin hat eine schwammige Struktur, die kollagene Fasern umgibt und verbindet und ihre Aufrechterhaltung in einem neutralen gefalteten Zustand gewährleistet. Die Einlassschicht des Ventils (ventrikulär für arterielle Klappen und schwammig für atrioventrikuläre Klappen) enthält eine größere Menge an Elastin als der Auslass, was eine Aufweichung des hydraulischen Stoßes beim Schließen der Klappen bewirkt. Diese Beziehung zwischen Kollagen und Elastin ermöglicht die Ausdehnung der Klappen auf 40% ohne bleibende Verformung. Unter dem Einfluss einer kleinen Belastung sind die Kollagenstrukturen dieser Schicht in Belastungsrichtung orientiert, und ihr Widerstand gegen weiteres Wachstum der Belastung nimmt zu.

Daher ist die Idee von Herzklappen als eine untätige Endokardduplikation nicht nur simpel, sondern auch inkorrekt. Herzklappen sind ein Organ mit einer komplexen Struktur, einschließlich quergestreifter Muskelfasern, Blut- und Lymphgefäßen und Nervenelementen. Sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer Funktion bilden die Klappen ein einziges Ganzes mit allen Strukturen des Herzens. Die Analyse der normalen Funktion des Ventils muss seine zelluläre Organisation sowie die Wechselwirkung von Zellen zwischen ihnen und der Matrix berücksichtigen. Das Wissen, das aus solchen Studien gewonnen wird, ist führend in der Konstruktion und Entwicklung von Klappenersatz mittels Tissue Engineering.