Širdies vožtuvai

Anksčiau buvo manoma, kad visi širdies vožtuvai yra paprastos struktūros, kurių indėlis į vienakryptį kraujotaką yra tiesiog pasyvus judėjimas reaguojant į veikiantį slėgio gradientą. Šis „pasyviųjų struktūrų“ supratimas paskatino sukurti „pasyvius“ mechaninius ir biologinius vožtuvų pakaitalus.

Dabar tampa akivaizdu, kad širdies vožtuvai turi sudėtingesnę struktūrą ir funkciją. Todėl „aktyvaus“ širdies vožtuvo pakaitalo sukūrimas daro prielaidą, kad struktūra ir funkcija yra labai panaši į natūralų širdies vožtuvą, o tai ateityje yra gana realu dėl audinių inžinerijos plėtros.

Širdies vožtuvai išsivysto iš embrioninių mezenchiminio audinio užuomazgų formuojantis endokardui. Morfogenezės metu susidaro prieširdžių skilvelių kanalas (trikuspidinis ir mitralinis širdies vožtuvai) ir skilvelių ištekėjimo traktas (aortos ir plaučių širdies vožtuvai).

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

Kaip išdėstyti širdies vožtuvai?

Kraujo tiekimo į vožtuvus tyrimą pradėjo N. Luschka (1852 m.), suleidęs kontrastinės masės į širdies kraujagysles. Jis atrado daugybę kraujagyslių aortos ir plaučių arterijos prieširdžių ir puslunarinių vožtuvų gaubteliuose. Tuo pačiu metu daugelyje patologinės anatomijos ir histologijos vadovų buvo nuorodų, kad nepakitę žmogaus širdies vožtuvai neturi kraujagyslių, o pastarosios vožtuvuose atsiranda tik esant įvairiems patologiniams procesams – aterosklerozei ir įvairių etiologijų endokarditui. Informacija apie kraujagyslių nebuvimą daugiausia buvo pagrįsta histologiniais tyrimais. Buvo manoma, kad nesant kraujagyslių laisvoje gaubteliuose, jų mityba vyksta filtruojant skystį iš kraujo plazmos, plaunančios gaubtelius. Buvo pastebėtas kelių kraujagyslių prasiskverbimas kartu su ruožuotųjų raumenų skaidulomis į vožtuvų pagrindus ir sausgyslių stygas.

Tačiau suleidžiant į širdies kraujagysles įvairius dažus (tualą želatinoje, bizmutą želatinoje, juodo tušo vandeninę suspensiją, karmino arba tripano mėlynojo tirpalus), nustatyta, kad kraujagyslės prasiskverbia pro prieširdžių skilvelius, aortos vožtuvus ir plaučių arteriją kartu su širdies raumens audiniu, šiek tiek nepasiekdamos laisvojo vožtuvo krašto.

Prieširdžių skilvelių vožtuvų gaubtelių laisvame skaiduliniame jungiamajame audinyje buvo rasti atskiri pagrindiniai indai, kurie anastomozavo su gretimų širdies ruožuotųjų raumenų audinio sričių indais.

Didžiausias kraujagyslių skaičius buvo šių vožtuvų apačioje, o palyginti mažesnis – laisvojoje dalyje.

Pasak K. I. Kulchitsky ir kt. (1990), mitraliniame vožtuve yra didesnis arterinių ir veninių kraujagyslių skersmuo. Šio vožtuvo viršūnių apačioje daugiausia išsidėstę pagrindiniai indai su siaurakilpiu kapiliarų tinklu, kuris prasiskverbia į viršūnės pamatinę dalį ir užima 10 % jos ploto. Triburiame vožtuve arterinių kraujagyslių skersmuo yra mažesnis nei mitraliniame vožtuve. Šio vožtuvo viršūnėse daugiausia išsibarstę indai ir palyginti plačios kraujo kapiliarų kilpos. Mitraliniame vožtuve intensyviau krauju aprūpinama priekinė viršūnė, triburiame – priekinė ir užpakalinė viršūnės, kurios atlieka pagrindinę uždarymo funkciją. Subrendusių žmonių širdies prieširdžių skilvelių vožtuvuose arterinių ir veninių kraujagyslių skersmenų santykis yra 1:1,5. Kapiliarinės kilpos yra daugiakampės ir išsidėsčiusios statmenai vožtuvų viršūnių pagrindui. Indai sudaro plokštuminį tinklą, esantį po endoteliu prieširdžių pusėje. Sausgyslių stygose taip pat randamos kraujagyslės, kurios prasiskverbia iš dešiniojo ir kairiojo skilvelių spenelių raumenų iki 30% sausgyslių stygų ilgio atstumu. Daugybė kraujagyslių sausgyslių stygų apačioje sudaro lanko formos kilpas. Aortos ir plaučių kamieno širdies vožtuvai labai skiriasi nuo prieširdžių skilvelių vožtuvų kraujo tiekimo požiūriu. Pagrindinės, santykinai mažesnio skersmens kraujagyslės artėja prie aortos ir plaučių kamieno vožtuvų pusmėnulinių viršūnių pagrindo. Šių kraujagyslių trumpos šakos baigiasi netaisyklingos ovalo ir daugiakampio formos kapiliarinėmis kilpomis. Jos daugiausia išsidėsčiusios netoli pusmėnulinių viršūnių pagrindo. Aortos ir plaučių vožtuvų pagrindo veninės kraujagyslės taip pat yra mažesnio skersmens nei prieširdžių skilvelių vožtuvų pagrindo veninės kraujagyslės. Subrendusių žmonių širdies aortos ir plaučių vožtuvų arterinių ir veninių kraujagyslių skersmenų santykis yra 1:1,4. Iš didesnių kraujagyslių tęsiasi trumpos šoninės šakos, kurios baigiasi netaisyklingos ovalo ir daugiakampio formos kapiliarų kilpomis.

Su amžiumi jungiamojo audinio skaidulos, tiek kolageno, tiek elastinės, šiurkštėja, mažėja palaido, nesusiformavusio jungiamojo audinio kiekis, vystosi prieširdžių skilvelių vožtuvų kamienų ir aortos bei plaučių arterijų vožtuvų pusmėnulinių kamienų audinių sklerozė. Vožtuvuose mažėja širdies ruožuotųjų raumenų skaidulų ilgis, todėl sumažėja jų kiekis ir pro širdies vožtuvus prasiskverbiančių kraujagyslių skaičius. Dėl šių pokyčių širdies vožtuvai praranda savo elastines ir atsparias savybes, o tai turi įtakos vožtuvų užsidarymo mechanizmui ir hemodinamikai.

Širdies vožtuvai turi limfinių kapiliarų tinklus ir nedidelį skaičių limfagyslių, turinčių vožtuvus. Kamieninių limfinių kapiliarų išvaizda yra būdinga: jų spindis labai nelygus, tas pats kapiliaras skirtingose vietose turi skirtingą skersmenį. Vietose, kur susilieja keli kapiliarai, susidaro išsiplėtimai – įvairių formų spragos. Tinklų kilpos dažnai būna netaisyklingos daugiakampės, rečiau ovalios arba apvalios. Dažnai limfinių tinklų kilpos nebūna uždaros, o limfiniai kapiliarai baigiasi aklai. Limfinių kapiliarų kilpos dažniausiai orientuotos kryptimi nuo laisvojo kamieninės dalies krašto iki jos pagrindo. Kai kuriais atvejais prieširdžių skilvelio vožtuvo kamieninėse dalyse buvo rastas dvisluoksnis limfinių kapiliarų tinklas.

Endokardiniai nerviniai rezginiai išsidėstę įvairiuose jo sluoksniuose, daugiausia po endoteliu. Vožtuvų viršūnių laisvajame krašte nervinės skaidulos išsidėsčiusios daugiausia radialiai, jungdamosi su sausgyslių chordų skaidulomis. Arčiau viršūnių pagrindo susidaro stambaus tinklo nervinis rezginys, kuris jungiasi su rezginiu, esančiu aplink skaidulinius žiedus. Pusmėnulinėse viršūnėse endokardo nervų tinklas yra retesnis. Vožtuvų prisitvirtinimo vietoje jis tampa tankus ir daugiasluoksnis.

Širdies vožtuvų ląstelių struktūra

Vožtuvų intersticinės ląstelės, atsakingos už vožtuvo struktūros palaikymą, yra pailgos formos su daugybe smulkių ataugų, kurios tęsiasi per visą vožtuvo matricą. Yra dvi vožtuvų intersticinių ląstelių populiacijos, kurios skiriasi morfologija ir struktūra; viena pasižymi susitraukimo savybėmis ir jai būdingas susitraukimo fibrilų buvimas, kita turi sekrecinių savybių ir turi gerai išvystytą endoplazminį tinklą bei Goldžio aparatą. Susitraukimo funkcija priešinasi hemodinaminiam spaudimui ir yra papildomai palaikoma tiek širdies, tiek skeleto susitraukimo baltymų, tarp kurių yra sunkiosios alfa ir beta miozino grandinės ir įvairios troponino izoformos, gamyba. Širdies vožtuvo lapelio susitraukimas buvo įrodytas reaguojant į daugybę vazoaktyviųjų medžiagų, o tai rodo koordinuotą biologinį stimulą sėkmingai vožtuvo funkcijai.

Intersticinės ląstelės taip pat yra esminiai struktūrų, tokių kaip širdies vožtuvai, atstatymo sistemos komponentai. Nuolatinis vožtuvų lapelių judėjimas ir su tuo susijusi jungiamojo audinio deformacija sukelia pažeidimus, į kuriuos reaguoja vožtuvų intersticinės ląstelės, siekdamos išlaikyti vožtuvo vientisumą. Atrodo, kad atstatymo procesas yra gyvybiškai svarbus normaliai vožtuvo funkcijai, o šių ląstelių nebuvimas dabartiniuose dirbtinių vožtuvų modeliuose greičiausiai yra vienas iš veiksnių, lemiančių bioprotezų struktūrinius pažeidimus.

Svarbi intersticinių ląstelių tyrimų sritis yra jų ir aplinkinės matricos, kurią tarpininkauja židinio adhezijos molekulės, sąveikos tyrimas. Židinio adhezijos yra specializuotos ląstelės ir matricos sąveikos vietos, kurios integrinais jungia ląstelės citoskeletą su matricos baltymais. Jos taip pat veikia kaip signalo perdavimo vietos, perduodančios mechaninę informaciją iš tarpląstelinės matricos, kuri gali sukelti reakcijas, įskaitant, bet neapsiribojant, ląstelių adheziją, migraciją, augimą ir diferenciaciją. Vožtuvų intersticinių ląstelių biologijos supratimas yra labai svarbus norint išsiaiškinti mechanizmus, kuriais šios ląstelės sąveikauja tarpusavyje ir su aplinka, kad šią funkciją būtų galima pakartoti dirbtiniuose vožtuvuose.

Ryšium su perspektyvios širdies vožtuvų audinių inžinerijos krypties plėtra, intersticinių ląstelių tyrimai atliekami naudojant platų metodų spektrą. Ląstelės citoskeleto buvimas patvirtinamas dažymu vimentinu, desminu, troponinu, alfa-aktinu ir lygiųjų raumenų miozinu, sunkiosiomis alfa- ir beta-miozino grandinėmis, lengvosiomis širdies miozino-2 grandinėmis, alfa- ir beta-tubulinu. Ląstelės susitraukimą patvirtina teigiamas atsakas į adrenaliną, angiotenziną II, bradikininą, karbacholį, kalio chloridą, endotelį I. Ląstelių tarpusavio ryšiai nustatomi funkcinių tarpų sąveikomis ir patvirtinami karboksifluoresceino mikroinjekcijomis. Matricos sekrecija nustatoma dažymu prolil-4-hidroksilaze / II tipo kolagenu, fibronektinu, chondroitino sulfatu, lamininu. Innervacija nustatoma pagal artimą motorinių nervų galūnių išsidėstymą, kurį atspindi neuropeptido Y tirozino hidroksilazės, acetilcholinesterazės, vazoaktyvaus žarnyno polipeptido, medžiagos P, su paprikos genu susijusio peptido aktyvumas. Mitogeniniai veiksniai įvertinami trombocitų augimo faktoriumi, baziniu fibroblastų augimo faktoriumi, serotoninu (5-HT). Tiriamiems intersticinių ląstelių fibroblastams būdinga nepilna pamatinė membrana, ilgi, ploni citoplazminiai ataugai, glaudus ryšys su matrica, gerai išvystytas netolygus endoplazminis tinklas ir Goldžio aparatas, mikrofilamentų gausa, adhezinių jungčių susidarymas.

Vožtuvų endokardo ląstelės aplink kiekvieną širdies vožtuvą sudaro funkcinį atrombogeninį apvalkalą, panašų į kraujagyslių endotelį. Plačiai naudojamas vožtuvų pakeitimo metodas panaikina apsauginę endokardo funkciją, o tai gali sukelti trombocitų ir fibrino nusėdimą ant dirbtinių vožtuvų, bakterinės infekcijos vystymąsi ir audinių kalcifikaciją. Kita tikėtina šių ląstelių funkcija yra apatinių vožtuvų intersticinių ląstelių reguliavimas, panašiai kaip endotelis reguliuoja lygiųjų raumenų ląsteles. Tarp endotelio ir gretimų ląstelių egzistuoja sudėtingos sąveikos, kurias iš dalies skatina tirpūs faktoriai, kuriuos išskiria endotelio ląstelės. Šios ląstelės sudaro didžiulį paviršių, padengtą mikroprotruzijomis spindžio pusėje, taip padidindamos poveikį ir galimą sąveiką su metabolinėmis medžiagomis cirkuliuojančiame kraujyje.

Endotelis dažnai pasižymi morfologiniais ir funkciniais skirtumais, kuriuos sukelia kraujotakos sukeliami kraujagyslės sienelės šlyties įtempiai, ir tai taip pat taikoma vožtuvų endokardo ląstelėms, kurios įgauna pailgą arba daugiakampę formą. Ląstelės struktūros pokyčiai gali atsirasti dėl vietinės hemodinamikos poveikio ląstelės citoskeleto komponentams arba dėl antrinio poveikio, kurį sukelia pokyčiai pagrindinėje tarpląstelinėje matricoje. Ultrastruktūriniu lygmeniu vožtuvų endokardo ląstelės turi tarpląstelinius ryšius, plazmines pūsleles, šiurkštų endoplazminį tinklą ir Goldžio aparatą. Nors jos gamina von Willebrando faktorių tiek in vivo, tiek in vitro, joms trūksta Weibel-Palade kūnelių (specifinių granulių, turinčių von Willebrando faktorių), kurie yra kraujagyslių endoteliui būdingos organelės. Vožtuvų endokardo ląstelėms būdingos stiprios jungtys, funkcinės tarpų sąveikos ir persidengiančios kraštinės raukšlės.

Endokardo ląstelės išlaiko savo metabolinį aktyvumą net ir in vitro: jos gamina von Willebrando faktorių, prostacikliną, azoto oksido sintazę, demonstruoja angiotenziną konvertuojančio fermento aktyvumą ir intensyviai išskiria adhezijos molekules ICAM-1 ir ELAM-1, kurios yra svarbios prisijungimui prie mononuklearinių ląstelių imuninio atsako vystymosi metu. Į visus šiuos žymenis reikėtų atsižvelgti auginant idealią ląstelių kultūrą dirbtiniam vožtuvui sukurti naudojant audinių inžineriją, tačiau pačių vožtuvų endokardo ląstelių imunostimuliacinis potencialas gali riboti jų naudojimą.

Širdies vožtuvų tarpląstelinę matricą sudaro skaidulinės kolageno ir elastino makromolekulės, proteoglikanai ir glikoproteinai. Kolagenas sudaro 60 % sausosios vožtuvo masės, elastinas – 10 %, o proteoglikanai – 20 %. Kolageno komponentas užtikrina pagrindinį vožtuvo mechaninį stabilumą ir jį sudaro I (74 %), II (24 %) ir V (2 %) tipo kolagenai. Kolageno siūlų pluoštus supa elastino apvalkalas, kuris tarpininkauja jų sąveikai. Proteoglikanų molekulių glikozaminoglikanų šoninės grandinės linkusios sudaryti gelio pavidalo medžiagą, kurioje sąveikauja kitos matricos molekulės, sudarydamos nuolatinius ryšius ir nusėda kiti komponentai. Žmogaus širdies vožtuvų glikozaminoglikanus daugiausia sudaro hialurono rūgštis, mažesniu mastu – dermatano sulfatas, chondroitino-4-sulfatas ir chondroitino-6-sulfatas, o heparano sulfato kiekis yra minimalus. Matricos audinio pertvarkymą ir atsinaujinimą reguliuoja matricos metaloproteinazės (MMP) ir jų audinių inhibitoriai (TI). Šios molekulės taip pat dalyvauja įvairesniuose fiziologiniuose ir patologiniuose procesuose. Kai kurios metaloproteinazės, įskaitant intersticines kolagenazės (MMP-1, MMP-13) ir želatinazes (MMP-2, MMP-9) bei jų audinių inhibitorius (TI-1, TI-2, TI-3), randamos visuose širdies vožtuvuose. Per didelė metaloproteinazių gamyba būdinga širdies vožtuvų patologinėms būklėms.

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

Širdies vožtuvai ir jų morfologinė struktūra

Širdies vožtuvai susideda iš trijų morfologiškai skirtingų ir funkciškai reikšmingų vožtuvo matricos sluoksnių: skaidulinio, kempinės ir skilvelių.

Pluoštinis sluoksnis sudaro apkrovai atsparų vožtuvo lapelio karkasą, sudarytą iš kolageno skaidulų sluoksnių. Šios skaidulos yra išdėstytos radialiniu būdu raukšlėse, kad arteriniai vožtuvai galėtų išsitempti užsidarant. Pluoštinis sluoksnis yra netoli šių vožtuvų išėjimo išorinio paviršiaus. Prieširdžių ir skilvelių vožtuvų pluoštinis sluoksnis yra sausgyslių chordų kolageno pluoštų tęsinys. Jis yra tarp kempinės (įėjimo) ir skilvelių (išėjimo) sluoksnių.

Tarp skaidulinio ir skilvelių sluoksnių yra kempinėlinis sluoksnis (spongiosa). Kempinėlinį sluoksnį sudaro blogai organizuotas jungiamasis audinys klampioje terpėje. Šio sluoksnio dominuojantys matricos komponentai yra proteoglikanai su atsitiktinai orientuotu kolagenu ir plonais elastino sluoksniais. Proteoglikanų molekulių šoninės grandinės turi stiprų neigiamą krūvį, kuris turi įtakos jų dideliam gebėjimui surišti vandenį ir sudaryti porėtą matricos gelį. Kempinėlinis matricos sluoksnis sumažina mechaninį įtempį širdies vožtuvų lapeliuose ir išlaiko jų lankstumą.

Skilvelių sluoksnis yra daug plonesnis nei kiti ir jame gausu elastingų skaidulų, kurios leidžia audiniui atsispirti nuolatinei deformacijai. Elastinas turi kempinę struktūrą, supančią ir jungiančią kolageno skaidulas bei palaikančią jas neutralioje sulankstytoje būsenoje. Vožtuvo įleidimo sluoksnyje (skilveliniame – arteriniams vožtuvams ir kempinėje – prieširdžių skilvelių) yra daugiau elastino nei išleidimo sluoksnyje, todėl susilpnėja hidraulinis smūgis, kai užsidaro gaubteliai. Šis kolageno ir elastino santykis leidžia gaubteliams išsitempti iki 40 % be stabilios deformacijos. Veikiant nedidelei apkrovai, šio sluoksnio kolageno struktūros orientuojasi apkrovos kryptimi, todėl padidėja jo atsparumas tolesniam apkrovos augimui.

Taigi, širdies vožtuvų, kaip paprastų endokardo dubliukų, idėja yra ne tik supaprastinta, bet ir iš esmės neteisinga. Širdies vožtuvai yra sudėtingi organai, apimantys ruožuotąsias raumenų skaidulas, kraują ir limfagysles bei nervų elementus. Tiek savo struktūra, tiek veikimu vožtuvai yra neatsiejama visų širdies struktūrų dalis. Analizuojant normalią vožtuvo funkciją, reikia atsižvelgti į jo ląstelių organizaciją, taip pat į ląstelių sąveiką tarpusavyje ir su matrica. Tokių tyrimų metu įgytos žinios yra pirmaujančios kuriant ir tobulinant vožtuvų protezus, naudojant audinių inžineriją.