Válvulas cardíacas

Anteriormente, pensava-se que todas as válvulas cardíacas são estruturas simples, cuja contribuição para o fluxo sanguíneo unidirecional é simplesmente um movimento passivo em resposta ao gradiente de pressão atuante. Essa compreensão de "estruturas passivas" levou à criação de substituições de válvulas mecânicas e biológicas "passivas".

Agora se torna evidente que as válvulas cardíacas têm uma estrutura e função mais complexas. Portanto, a criação de um substituto de válvula cardíaca "ativo" sugere uma similaridade significativa em sua estrutura e função com uma válvula cardíaca natural, que a longo prazo é bastante viável devido ao desenvolvimento da engenharia de tecidos.

As válvulas cardíacas se desenvolvem a partir dos brotos embrionários do tecido mesenquimatoso durante a inserção do endocardio. No processo de morfogênese, o canal atrioventricular (válvulas cardíacas tricúspides e mitrais) e via de saída ventricular (válvulas cardíacas aórticas e pulmonares) são formados.

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Como as válvulas cardíacas estão dispostas?

O início do estudo do fornecimento de sangue às válvulas foi estabelecido por Luschka (1852), utilizando uma injeção de vasos cardíacos com massa contrastante. Ele encontrou inúmeros vasos sanguíneos nas válvulas das válvulas atrioventriculares e semilunares da aorta e da artéria pulmonar. No entanto, em uma série de diretrizes sobre anatomia patológica e histologia, havia indícios de que as válvulas cardíacas humanas inalteradas não contêm vasos sanguíneos e as últimas aparecem nas válvulas apenas com diversos processos patológicos - aterosclerose e endocardite de várias etiologias. A informação sobre a ausência de vasos sanguíneos baseou-se principalmente em estudos histológicos. Supôs-se que, na ausência de vasos sanguíneos na parte livre das válvulas, a sua nutrição ocorre ao filtrar o fluido do plasma sanguíneo que varre as válvulas. A penetração de alguns vasos junto com fibras do tecido muscular estriado na base das válvulas e acordes do tendão foi observada.

No entanto, quando os vasos de injecção do coração diferentes corantes (carcaça em gelatina, gelatina bismuto pasta aquosa rímel preto, as soluções de carmina ou azul de tripano), verificou-se que os vasos penetram as válvulas cerdechnye aurículo-ventriculares, artéria aórtica e pulmonar em conjunto com o tecido do músculo cardíaco , ligeiramente não atingindo a borda livre da folha.

No tecido conjuntivo fibroso friável das válvulas das válvulas atrioventriculares, foram encontrados vasos principais separados, anastomosando com os vasos uma série de áreas localizadas do tecido muscular transversal cardíaco.

O maior número de vasos sanguíneos foi localizado na base e comparativamente menor - na parte livre dessas válvulas.

De acordo com KI Kulchitsky et al. (1990), um maior diâmetro dos vasos arterial e venoso é encontrado na valva mitral. Na base das válvulas desta válvula, existem principalmente vasos principais com uma rede de capilares de loop estreito penetrando na parte basal da válvula e ocupando 10% de sua área. Na valva tricúspide, os vasos arteriais têm um diâmetro menor do que na valva mitral. Nas válvulas desta válvula, existem principalmente vasos de tipo disperso e laços relativamente largos de capilares de sangue. Na válvula mitral, a folha da frente é mais intensamente circulante no sangue, na válvula tricúspide, as válvulas anterior e posterior, que possuem a função de fechamento principal. A proporção dos diâmetros dos vasos arterial e venoso nas valvas atrioventriculares do coração das pessoas maduras é de 1: 1,5. Os laços capilares são poligonais e situados perpendicularmente à base das abas da válvula. Os navios formam uma rede planar localizada sob o endotélio do lado dos átrios. Os vasos sanguíneos também são encontrados nos acordes do tendão, onde eles penetram dos músculos papilares dos ventrículos direito e esquerdo até uma distância de até 30% do comprimento dos acordes do tendão. Numerosos vasos sanguíneos formam laços arqueados na base dos acordes do tendão. As válvulas cardíacas da aorta e tronco pulmonar para o fornecimento de sangue são significativamente diferentes do atrioventricular. Os vasos principais de diâmetro relativamente menor se encaixam na base das válvulas semilunares das válvulas aórtica e pulmonar. Os ramos curtos destes vasos terminam nos laços capilares de forma irregular oval e poligonal. Eles estão localizados, principalmente, perto da base das asas semilunares. Os vasos venosos na base das válvulas da aorta e da artéria pulmonar também têm um diâmetro menor do que na base das válvulas atrioventriculares. A proporção dos diâmetros dos vasos arterial e venoso nas válvulas da aorta e da artéria pulmonar do coração das pessoas maduras é de 1: 1.4. Dos vasos maiores, ramos laterais curtos se ramificam, terminando com capilares de forma oval e poligonal errada.

Com a idade há um engrossamento das fibras do tecido conjuntivo, tais como colagio e elastina, bem como reduzir o número de tecido conjuntivo irregular fibroso solto desenvolve abas tecido esclerose válvulas atrioventricular e os folhetos das válvulas semilunares da aorta e da artéria pulmonar. O comprimento nas válvulas das fibras do tecido muscular transversal cardíaco diminui e, consequentemente, o número e o número de vasos sanguíneos que penetram nas válvulas cardíacas diminuem. Em conexão com essas mudanças, as válvulas cardíacas perdem suas propriedades elásticas e elásticas, o que afeta o mecanismo de fechamento das válvulas e hemodinâmica.

As válvulas cardíacas possuem redes capilares linfáticas e uma pequena quantidade de vasos linfáticos equipados com válvulas. Os capilares linfáticos das válvulas têm uma aparência característica: o seu lúmen é muito irregular, o mesmo capilar em diferentes áreas tem um diâmetro diferente. Na junção de vários capilares, são formadas extensões - lacunas de várias formas. Os laços de rede são geralmente irregulares de forma poligonal, menos frequentemente oval ou redondo. Muitas vezes, os laços da rede linfática não estão fechados e os capilares linfáticos terminam cegamente. Os laços capilares linfáticos são orientados mais frequentemente na direção da borda livre da válvula para sua base. Em vários casos, foi encontrada uma rede em duas camadas de capilares linfáticos nas válvulas da válvula atrioventricular.

Os plexos nervosos do endocardio estão localizados em suas várias camadas, principalmente sob o endotélio. Na borda livre das abas da válvula, as fibras nervosas estão localizadas, principalmente radialmente, conectando-se com as dos acordes do tendão. Mais perto da base das válvulas é um plexo de grande plexo que se conecta ao plexo em torno dos anéis fibrosos. Nas válvulas semilunulares, a rede neural endocárdica é mais rara. No local de fixação das válvulas, torna-se espesso e multicamadas.

Estrutura celular das válvulas cardíacas

As células intersticiais da válvula responsáveis pela manutenção da estrutura da válvula têm uma forma alongada com um grande número de processos finos que se estendem através de toda a matriz da válvula. Existem duas populações de células intersticiais valvares, que diferem em morfologia e estrutura; alguns têm propriedades contrácteis e são caracterizados pela presença de fibrilas contrácteis, outros têm propriedades secretoras e possuem um retículo endoplasmático bem desenvolvido e um aparelho de Golgi. A função contrátil resiste a pressão hemodinâmica e é adicionalmente apoiada pela produção de proteínas contráteis cardíacas e esqueléticas, que incluem as cadeias pesadas de alfa e beta-miosina e várias isoformas de troponina. A contração da válvula valvar cardíaca foi demonstrada em resposta a uma série de agentes vasoativos sugerindo a ação coordenadora do estímulo biológico para o bom funcionamento da válvula.

As células intersticiais também são componentes necessários do sistema redutor de estruturas, como válvulas cardíacas. O movimento constante das válvulas e a deformação do tecido conjuntivo associado a ele produzem danos nas quais as células intersticiais da válvula reagem para manter a integridade da válvula. O processo de recuperação é vital para o funcionamento normal da válvula, e a ausência dessas células em modelos modernos de válvulas artificiais é provavelmente um fator que contribui para danos estruturais às biopróteses.

Uma direção importante no estudo de células intersticiais é o estudo da interação entre eles e a matriz circundante, mediada pela adesão focal de moléculas. As adesões focais são interações especiais de células e matrizes que ligam o citoesqueleto de uma célula às proteínas da matriz através das integrinas. Eles também atuam como sites de sinalização para transdução, transmitindo informações mecânicas a partir da matriz extracelular, o que pode induzir respostas, incluindo, mas não limitado a, adesão celular, migração, crescimento e diferenciação. Compreender a biologia celular das células intersticiais valvulares é vital para o estabelecimento dos mecanismos através dos quais essas células interagem entre si e com o meio ambiente, para que esta função possa ser reproduzida em válvulas artificiais.

Em conexão com o desenvolvimento de uma direção promissora de engenharia de tecido de válvulas cardíacas, estudos de células intersticiais são conduzidos usando uma ampla gama de técnicas. Depois de validar o citoesqueleto das células coradas para vimentina, desmina, troponina, alfa-actina e miosina de músculo liso alfa pesada e cadeia leve de beta-miosina de cadeia 2-miosina cardíaca, alfa e beta-tubulina. Células de contractilidade confirmados resposta positiva a epinefrina, a angiotensina II, bradiquinina, carbacol, cloreto de potássio, endotélio I. Relação funcional celular determinada e verificada fenda interacções karboksiflyuorestseina microinjecção. A secreção matricial é estabelecida por coloração para prolyl-4-hidroxilase / colágeno tipo II, fibronectina, sulfato de condroitina, laminina. Inervação é instalado terminações nervosas motoras proximidade, o que afecta a actividade do neuropeptídeo Y tirosina hidroxilase, a acetilcolina, o polipéptido intestinal vasoactivo, a substância P, kaptsitonin péptido relacionado com o gene. Os fatores mitogênicos são estimados pelo fator de crescimento derivado de plaquetas, o principal fator de crescimento de fibroblasto, serotonina (5-HT). Fibroblastos estudadas células intersticiais são caracterizadas por uma membrana basal incompleta, por muito tempo, os processos citoplasmáticos finas estreita ligação com a matriz, um retículo endoplasmático rugoso bem desenvolvido e o aparelho de Golgi, a riqueza de microfilamentos, a formação de uma ligação adesiva.

As células valvulares endocardiais formam um envelope atrombogênico funcional em torno de cada válvula cardíaca, semelhante ao endotélio vascular. O método amplamente utilizado de troca valvar elimina a função protetora do endocardio, que pode levar à deposição de plaquetas e fibrina em válvulas artificiais, desenvolvimento de infecção bacteriana e calcificação tecidual. Outra função provável dessas células é a regulação das células intersticiais valvulares subjacentes, semelhante à regulação das células musculares lisas pelo endotélio. Existe interação complexa entre o endotélio e células vizinhas, parcialmente mediada por fatores solúveis secretados pelas células endoteliais. Essas células formam uma superfície enorme, coberta de micro crescimento no lado luminal, aumentando a exposição e possível interação com as substâncias metabólicas do sangue circulante.

O endotélio muitas vezes reflete as diferenças morfológicas e funcionais causadas pelos estresses de cisalhamento na parede do vaso decorrentes do movimento do sangue, o mesmo se aplica às células valvulares endocardiais que aceitam formas alongadas e poligonais. As mudanças na estrutura da célula podem ocorrer devido à ação da hemodinâmica local sobre os componentes do citoesqueleto da célula ou o efeito secundário causado por alterações na matriz extracelular subjacente. Ao nível das células endocardiais valvares da ultraestrutura, as conexões intercelulares, as vesículas plasmáticas, o retículo endoplasmático desigual e o aparelho de Golgi. Apesar de produzir o vWF, tanto no organismo vivo quanto no ambiente artificial, eles não possuem os corpos Weibel-Palada (grânulos específicos que contêm o fator de von Willebrand), que são organelas que são características do endotélio vascular. As células endocárdicas valvulares são caracterizadas por articulações fortes, interações de gap funcional e sobrepostas por dobras marginais.

Células endocárdicos manter a sua actividade metabólica mesmo in vitro: gerar factor de Willebrand, a prostaciclina, exibem actividade da sintase do óxido nítrico de enzima de conversão da angiotensina, fortemente isolado moléculas de adesão ICAM-1 e da ELAM-1, que são críticos para a ligação de células mononucleares no desenvolvimento da resposta imunitária. Todos esses marcadores devem ser levados em consideração ao cultivar a cultura celular ideal para criar uma válvula artificial pelo método de engenharia de tecidos, mas o potencial imunoestimulante das próprias células endocardiais valvulares pode limitar seu uso.

A métrica extracelular das válvulas cardíacas consiste em macromoléculas de colágeno fibroso e elastina, proteoglicanos e glicoproteínas. O colágeno é - 60% do peso seco da válvula, elastina - 10% e proteoglicanos - 20%. O componente de colágeno fornece a estabilidade mecânica básica da válvula e é representado por colágenos I (74%). II (24%) e V (2%). Grupos de filamentos de colágeno estão rodeados por uma bainha de elastina que interage entre eles. As cadeias laterais de glicosaminoglicano de moléculas de proteoglicanos tendem a formar uma substância similar a gel em que outras moléculas de matriz interagem para formar relações permanentes e outros componentes são depositados. Os glicosaminoglicanos da válvula cardíaca humana consistem principalmente de ácido hialurônico, em menor grau de sulfato de dermatan, condroitina-4-sulfato e condroitina-6-sulfato, com uma quantidade mínima de sulfato de heparano. A remodelação e renovação do tecido da matriz são reguladas por metaloproteinases de matriz (MMPs) e seus inibidores de tecidos (TIs). Essas moléculas também participam de uma ampla gama de processos fisiológicos e patológicos. Algumas metaloproteinases, incluindo colagenases intersticiais (MMP-1, MMP-13) e gelatinases (MMP-2, MMP-9) e seus inibidores de tecidos (TI-1, TI- 2, TI-3), são encontrados em todas as válvulas do coração. A superabundância da produção de metaloproteinases é típica das condições patológicas da válvula cardíaca.

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Válvulas cardíacas e sua estrutura morfológica

As válvulas cardíacas consistem em três camadas morfológicamente diferentes e funcionalmente significativas da matriz da válvula - fibrosas, esponjosas e ventriculares.

A camada fibrosa forma uma armação à prova de carga da aba da válvula, constituída por camadas de fibras de colágeno. Estas fibras são dispostas radialmente na forma de dobras para a possibilidade de esticar as válvulas arteriais após o fechamento. A camada fibrosa fica perto da superfície exterior da saída dessas válvulas. As camadas fibrosas das válvulas atrioventriculares servem como uma continuação dos feixes de colágeno dos acordes tendinosos. Está localizado entre as camadas esponjosas (entrada) e ventricular (saída).

Entre o fibroso e ventricular existe uma camada esponjosa (esponjoso). A camada esponjosa consiste de um tecido conjuntivo mal organizado em um meio viscoso. Os componentes da matriz dominante desta camada são proteoglicanos com colágeno arbitrariamente orientado e camadas finas de elastina. As cadeias laterais das moléculas de proteoglicanos carregam uma carga negativa forte, o que afeta sua alta capacidade de ligar água e formar o gel poroso da matriz. A camada de matriz esponjosa reduz as tensões mecânicas nas válvulas das válvulas cardíacas e mantém sua flexibilidade.

A camada ventricular é muito mais fina do que outras, e está repleta de fibras elásticas que permitem que os tecidos resistam deformação constante. Elastin possui uma estrutura esponjosa que envolve e liga fibras de colágeno e garante sua manutenção em um estado neutro dobrado. A camada de entrada da válvula (ventricular para válvulas arteriais e esponjosas para válvulas atrioventriculares) contém uma maior quantidade de elastina do que a saída, o que proporciona um amolecimento do impacto hidráulico ao fechar as válvulas. Esta relação entre colágeno e elastina permite a expansão das válvulas para 40% sem deformação permanente. Sob a influência de uma pequena carga, as estruturas de colágeno desta camada são orientadas na direção do carregamento e sua resistência ao crescimento adicional da carga aumenta.

Assim, a idéia de válvulas cardíacas como uma duplicação de endocardio ocioso não é apenas simplista, mas também, de fato, incorreta. As válvulas cardíacas são um órgão com estrutura complexa, incluindo fibras musculares estriadas, vasos sanguíneos e linfáticos e elementos nervosos. Tanto em sua estrutura e funcionamento, as válvulas formam um único todo com todas as estruturas do coração. A análise da função normal da válvula deve levar em consideração sua organização celular, bem como a interação das células entre eles e a matriz. O conhecimento obtido de tais estudos é líder no projeto e desenvolvimento de substituição valvar usando engenharia de tecidos.