Срчани залисци

Раније се веровало да су сви срчани залисци једноставне структуре чији је допринос једносмерном протоку крви једноставно пасивно кретање као одговор на примењени градијент притиска. Ово разумевање „пасивних структура“ довело је до развоја „пасивних“ механичких и биолошких залистака.

Сада постаје очигледно да срчани залисци имају сложенију структуру и функцију. Стога, стварање „активне“ замене срчаног залиска претпоставља значајну сличност у структури и функцији са природним срчаним залиском, што је у будућности сасвим реално захваљујући развоју ткивног инжењерства.

Срчани залисци се развијају из ембрионалних рудимента мезенхималног ткива током формирања ендокарда. Током морфогенезе формирају се атриовентрикуларни канал (трикуспидални и митрални срчани залисци) и вентрикуларни излазни тракт (аортни и плућни срчани залисци).

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

Како су распоређени срчани залисци?

Проучавање снабдевања крвљу залистака покренуо је Н. Лушка (1852), који је у срчане судове убризгао контрастну масу. Открио је бројне крвне судове у кусписима атриовентрикуларних и семилунарних залистака аорте и плућне артерије. Истовремено, бројни приручници о патолошкој анатомији и хистологији садржали су индикације да непромењени људски срчани залистци не садрже крвне судове, а ови последњи се појављују у залистцима само код различитих патолошких процеса - атеросклерозе и ендокардитиса различитих етиологија. Информације о одсуству крвних судова заснивале су се углавном на хистолошким студијама. Претпостављало се да у одсуству крвних судова у слободном делу кусписа, њихова исхрана се одвија филтрирањем течности из крвне плазме која испире кусписе. Примећен је продор неколико крвних судова заједно са влакнима попречно-пругастог мишићног ткива у базе залистака и тетивних акорда.

Међутим, приликом убризгавања различитих боја (индијско мастило у желатину, бизмут у желатину, водена суспензија црног индијског мастила, раствори кармина или трипанског плавог), утврђено је да крвни судови продиру у атриовентрикуларне срчане залиске, аортне залиске и плућну артерију заједно са ткивом срчаног мишића, мало пре него што досегну слободну ивицу залиска.

У растреситом влакнастом везивном ткиву склопова атриовентрикуларног залистка пронађени су појединачни главни крвни судови који су анастомозирали са крвним судовима у суседним областима попречно-пругастог мишићног ткива срца.

Највећи број крвних судова налазио се у бази, а релативно мањи у слободном делу ових залистака.

Према К.И. Кулчицком и др. (1990), већи пречник артеријских и венских крвних судова налази се у митралној валвули. У основи куспида ове валвуле налазе се углавном главни крвни судови са уском мрежом капилара, који продиру у базални део куспида и заузимају 10% њене површине. У трикуспидалној валвули, артеријски судови имају мањи пречник него у митралној валвули. У куспидима ове валвуле налазе се углавном расути крвни судови и релативно широке петље крвних капилара. У митралној валвули, предњи куспид се интензивније снабдева крвљу, у трикуспидалној валвули - предњи и задњи куспиди, који обављају главну функцију затварања. Однос пречника артеријских и венских крвних судова у атриовентрикуларним валвулама срца зрелих особа је 1:1,5. Капиларне петље су полигоналне и налазе се нормално на основу куспида валвула. Крвни судови формирају планарну мрежу која се налази испод ендотела на атријалној страни. Крвни судови се налазе и у тетивним хордама, где продиру из папиларних мишића десне и леве коморе на растојању до 30% дужине тетивних хорди. Бројни крвни судови формирају лучне петље у основи тетивних хорди. Срчани залисци аорте и плућног трупа значајно се разликују од атриовентрикуларних залистака по снабдевању крвљу. Главни судови релативно мањег пречника приближавају се основи полулунарних куспида аорте и залистака плућног трупа. Кратке гране ових судова завршавају се капиларним петљама неправилног овалног и полигоналног облика. Налазе се углавном близу основе полулунарних куспида. Венски судови у основи аортног и плућног залистака такође имају мањи пречник од оних у основи атриовентрикуларних залистака. Однос пречника артеријских и венских судова у аортном и плућном залиску срца зрелих људи је 1:1,4. Кратке бочне гране се пружају од већих судова, завршавајући се петљама капилара неправилних овалних и полигоналних облика.

Са годинама долази до грубљања влакана везивног ткива, како колагенских тако и еластичних, као и до смањења количине растреситог влакнастог неформираног везивног ткива, развија се склероза ткива атриовентрикуларних клапни и полулунарних клапни аортне и плућне артерије. Дужина влакана срчаних попречно-пругастих мишића у клапнима се смањује, а последично се смањује и њихова количина и број крвних судова који продиру у срчане залиске. Због ових промена, срчани залисци губе своја еластична и отпорна својства, што утиче на механизам затварања залистака и хемодинамику.

Срчани залистци имају мреже лимфних капилара и мали број лимфних судова опремљених залистцима. Лимфни капилари квржица имају карактеристичан изглед: њихов лумен је веома неуједначен, исти капилар у различитим областима има различит пречник. На местима где се спаја више капилара, формирају се проширења - лакуне различитих облика. Петље мрежа су често неправилне полигоналне, ређе овалне или округле. Често петље лимфних мрежа нису затворене, а лимфни капилари се слепо завршавају. Петље лимфних капилара су оријентисане најчешће у правцу од слободне ивице квржице ка њеној бази. У неким случајевима, у квржицама атриовентрикуларне валвуле пронађена је двослојна мрежа лимфних капилара.

Ендокардијални нервни плексуси налазе се у његовим различитим слојевима, углавном испод ендотела. На слободној ивици валвула, нервна влакна се налазе углавном радијално, повезујући се са влакнима тетивних хорди. Ближе основи валвула, формира се крупно-мрежасти нервни плексус, који се повезује са плексусом који се налази око фиброзних прстенова. На полумесечастим валвулама, ендокардијална нервна мрежа је ређа. На месту причвршћивања валвула, постаје густа и вишеслојна.

Ћелијска структура срчаних залистака

Валвуларне интерстицијалне ћелије, одговорне за одржавање структуре залиска, издуженог су облика са бројним финим наставцима који се протежу кроз целу матрицу залиска. Постоје две популације валвуларних интерстицијалних ћелија које се разликују по морфологији и структури; једна има контрактилна својства и карактерише је присуство контрактилних фибрила, друга има секреторна својства и има добро развијен ендоплазматски ретикулум и Голџијев апарат. Контрактилна функција се опире хемодинамском притиску и додатно је подржавана производњом и срчаних и скелетних контрактилних протеина, који укључују тешке ланце алфа- и бета-миозина и различите изоформе тропонина. Контракција листића срчаног залиска је демонстрирана као одговор на бројне вазоактивне агенсе, што указује на координирани биолошки стимулус за успешну функцију залиска.

Интерстицијалне ћелије су такође битне компоненте система поправке структура као што су срчани залисци. Константно кретање листића залистака и повезана деформација везивног ткива изазивају оштећења на која интерстицијалне ћелије залистака реагују како би одржале интегритет залиска. Процес поправке изгледа да је виталан за нормалну функцију залиска, а одсуство ових ћелија у тренутним моделима вештачких залистака је вероватно фактор који доприноси структурном оштећењу биопротеза.

Важно подручје истраживања интерстицијалних ћелија је проучавање интеракција између њих и околног матрикса посредованих молекулима фокалне адхезије. Фокалне адхезије су специјализована места интеракције ћелија и матрикса која повезују ћелијски цитоскелет са протеинима матрикса путем интегрина. Оне такође делују као места за пренос сигнала, преносећи механичке информације из екстрацелуларног матрикса које могу изазвати одговоре, укључујући, али не ограничавајући се на, ћелијску адхезију, миграцију, раст и диференцијацију. Разумевање ћелијске биологије валвуларних интерстицијалних ћелија је од виталног значаја за разјашњавање механизама којима ове ћелије интерагују једна са другом и са својом околином, тако да се ова функција може рекапитулирати у вештачким залисцима.

У вези са развојем перспективног правца ткивног инжењеринга срчаних залистака, студије интерстицијалних ћелија се спроводе коришћењем широког спектра техника. Присуство ћелијског цитоскелета потврђује се бојењем за виментин, десмин, тропонин, алфа-актин и миозин глатких мишића, тешке ланце алфа- и бета-миозина, лаке ланце-2 срчаног миозина, алфа- и бета-тубулин. Контрактилност ћелија се потврђује позитивним одговором на епинефрин, ангиотензин II, брадикинин, карбахол, калијум хлорид, ендотел I. Ћелијски међусобни односи се одређују интеракцијама функционалних празнина и верификују микроињекцијама карбоксифлуоресцеина. Матрична секреција се успоставља бојењем за пролил-4-хидроксилазу / колаген тип II, фибронектин, хондроитин сулфат, ламинин. Инервација се успоставља блиском локацијом моторних нервних завршетака, што се огледа у активности неуропептида Y тирозин хидроксилазе, ацетилхолинестеразе, вазоактивног цревног полипептида, супстанце-П, пептида повезаног са геном паприке. Митогени фактори се процењују помоћу фактора раста изведеног из тромбоцита, базног фактора раста фибробласта, серотонина (5-ХТ). Проучавани интерстицијални ћелијски фибробласти карактеришу се непотпуном базалном мембраном, дугим, танким цитоплазматским наставцима, блиском везом са матриксом, добро развијеним неуједначеним ендоплазматским ретикулумом и Голџијевим апаратом, богатством микрофиламента, формирањем адхезивних веза.

Вентилационе ендокардијалне ћелије формирају функционални атромбогени омотач око сваког срчаног залистка сличан васкуларном ендотелу. Широко коришћена метода замене залиска елиминише заштитну функцију ендокарда, што може довести до таложења тромбоцита и фибрина на вештачким залисцима, развоја бактеријске инфекције и калцификације ткива. Још једна вероватна функција ових ћелија је регулација основних вентилационих интерстицијалних ћелија слично регулацији глатких мишићних ћелија од стране ендотела. Постоје сложене интеракције између ендотела и суседних ћелија, делимично посредоване растворљивим факторима које луче ендотелне ћелије. Ове ћелије формирају огромну површину прекривену микроизбочинама на луминалној страни, чиме се повећава изложеност и могућа интеракција са метаболичким супстанцама у циркулишућој крви.

Ендотел често показује морфолошке и функционалне разлике изазване смицајним напрезањима на зиду крвног суда услед протока крви, а то се односи и на валвуларне ендокардијалне ћелије, које усвајају или издужени или полигонални облик. Промене у ћелијској структури могу настати услед деловања локалне хемодинамике на компоненте ћелијског цитоскелета или секундарних ефеката изазваних променама у основном екстрацелуларном матриксу. На ултраструктурном нивоу, валвуларне ендокардијалне ћелије поседују међућелијске везе, плазма везикуле, храпави ендоплазматски ретикулум и Голџијев апарат. Иако производе фон Вилебрандов фактор и in vivo и in vitro, недостају им Вајбел-Паладеова телашца (специфичне грануле које садрже фон Вилебрандов фактор), која су органеле карактеристичне за васкуларни ендотел. Валвуларне ендокардијалне ћелије карактеришу јаке везе, интеракције функционалних празнина и преклапајући маргинални набори.

Ендокардијалне ћелије задржавају своју метаболичку активност чак и in vitro: производе фон Вилебрандов фактор, простациклин, синтазу азот-оксида, показују активност ензима који конвертује ангиотензин и интензивно луче адхезионе молекуле ICAM-1 и ELAM-1, који су важни за везивање мононуклеарних ћелија током развоја имуног одговора. Све ове маркере треба узети у обзир приликом узгоја идеалне ћелијске културе за стварање вештачког залистка коришћењем ткивног инжењерства, али имуностимулишући потенцијал самих валвуларних ендокардијалних ћелија може ограничити њихову употребу.

Екстрацелуларни матрикс срчаних залистака састоји се од влакнастих колагенских и еластинских макромолекула, протеогликана и гликопротеина. Колаген чини 60% суве тежине залиска, еластин 10%, а протеогликани 20%. Колагенска компонента обезбеђује главну механичку стабилност залиска и представљена је колагенима типова I (74%), II (24%) и V (2%). Снопови колагенских нити су окружени еластинском овојницом, која посредује у интеракцијама између њих. Бочни ланци гликозаминогликана молекула протеогликана теже да формирају супстанцу сличну гелу у којој други молекули матрикса интерагују формирајући трајне везе, а друге компоненте се таложе. Гликозаминогликани људских срчаних залистака састоје се углавном од хијалуронске киселине, у мањој мери од дерматан сулфата, хондроитин-4-сулфата и хондроитин-6-сулфата, са минималном количином хепаран сулфата. Ремоделирање и обнављање матриксног ткива регулисани су матриксним металопротеиназама (ММП) и њиховим ткивним инхибиторима (ТИ). Ови молекули су такође укључени у шири спектар физиолошких и патолошких процеса. Неке металопротеиназе, укључујући интерстицијалне колагеназе (ММП-1, ММП-13) и желатиназе (ММП-2, ММП-9) и њихове ткивне инхибиторе (ТИ-1, ТИ-2, ТИ-3), налазе се у свим срчаним залисцима. Прекомерна производња металопротеиназа карактеристична је за патолошка стања срчаног залиска.

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

Срчани залисци и њихова морфолошка структура

Срчани залисци се састоје од три морфолошки различита и функционално значајна слоја матрице листића: влакнастог, сунђерастог и вентрикуларног.

Влакнасти слој формира оквир отпоран на оптерећење за залистак, који се састоји од слојева колагенских влакана. Ова влакна су распоређена радијално у наборима како би се артеријским залистцима омогућило истезање при затварању. Влакнасти слој се налази близу излазне спољашње површине ових залистака. Влакнасти слој атриовентрикуларних залистака служи као наставак колагенских снопова тетивних хорди (chordae tendineae). Налази се између сунђерастог (улазног) и вентрикуларног (излазног) слоја.

Између фиброзног и вентрикуларног слоја налази се сунђерасти слој (spongiosa). Сунгерасти слој се састоји од слабо организованог везивног ткива у вискозној средини. Доминантне компоненте матрикса овог слоја су протеогликани са насумично оријентисаним колагеном и танким слојевима еластина. Бочни ланци молекула протеогликана носе јако негативно наелектрисање, што утиче на њихову високу способност везивања воде и формирања порозног матриксног гела. Сунгерасти слој матрикса смањује механичко напрезање у листићима срчаних залистака и одржава њихову флексибилност.

Вентрикуларни слој је много тањи од осталих и богат је еластичним влакнима која омогућавају ткиву да се одупре сталној деформацији. Еластин има сунђерасту структуру која окружује и повезује колагенска влакна и одржава их у неутралном пресавијеном стању. Улазни слој вентила (вентрикуларни - за артеријске вентиле и сунђераст - за атриовентрикуларни) садржи више еластина него излазни, што обезбеђује омекшавање хидрауличног удара када се квржице затворе. Овај однос између колагена и еластина омогућава квржицама да се истегну до 40% без стабилне деформације. Када су изложене малом оптерећењу, колагенске структуре овог слоја су оријентисане у правцу оптерећења, а његова отпорност на даљи раст оптерећења се повећава.

Дакле, идеја о срчаним залисцима као једноставним ендокардијалним дупликацијама није само поједностављена већ је и у суштини нетачна. Срчани залисци су сложени органи који укључују влакна попречно-пругастих мишића, крвне и лимфне судове и нервне елементе. И по својој структури и по свом функционисању, залисци су саставни део свих срчаних структура. Анализа нормалне функције залистака мора узети у обзир њихову ћелијску организацију, као и интеракцију ћелија једне са другима и са матриксом. Знање стечено из таквих студија је водеће у дизајнирању и развоју залистачких протеза коришћењем ткивног инжењерства.