Valves cardiaques

Auparavant, on pensait que toutes les valves cardiaques sont des structures simples dont la contribution au flux sanguin unidirectionnel est simplement un mouvement passif en réponse au gradient de pression agissant. Cette compréhension des «structures passives» a conduit à la création de substituts de valves mécaniques et biologiques «passifs».

Il devient maintenant évident que les valves cardiaques ont une structure et une fonction plus complexes. Par conséquent, la création d'un substitut valvulaire cardiaque «actif» suggère une similarité significative dans sa structure et sa fonction avec une valvule cardiaque naturelle, ce qui est faisable à long terme grâce au développement de l'ingénierie tissulaire.

Les valves cardiaques se développent à partir des bourgeons embryonnaires du tissu mésenchymateux lors de l'insertion de l'endocarde. Dans le processus de morphogenèse, le canal auriculo-ventriculaire (valvules cardiaques tricuspides et mitrales) et le canal de sortie ventriculaire (valvules cardiaques aortiques et pulmonaires) sont formés.

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Comment les valves cardiaques sont-elles disposées?

Le début de l'étude de l'approvisionnement en sang aux valves a été posé par Luschka (1852), en utilisant une injection de vaisseaux cardiaques avec la masse contrastante. Il a trouvé de nombreux vaisseaux sanguins dans les valves des valves auriculo-ventriculaires et semi-lunaires de l'aorte et de l'artère pulmonaire. Toutefois, dans un certain nombre de guides sur l'anatomie pathologique et histologie il y avait des indications que les valves cardiaques humaines non modifiées ne contiennent aucun vaisseau sanguin et celui-ci apparaissant seulement dans les valves dans divers processus pathologiques - artériosclérose de divers étiologie et endocardite. L'information sur l'absence de vaisseaux sanguins était basée principalement sur des études histologiques. On a supposé qu'en l'absence de vaisseaux sanguins dans la partie libre des valves, leur nutrition se produit en filtrant le liquide du plasma sanguin qui balaie les valves. La pénétration de quelques vaisseaux avec les fibres du tissu musculaire strié dans la base des valves et des cordes tendineuses a été notée.

Cependant, lorsque les vaisseaux d'injection du coeur différents colorants (carcasse dans la gélatine, la gélatine bismuth suspension aqueuse mascara noir, des solutions de carmin ou bleu trypan), il a été constaté que les navires pénètrent dans les soupapes de cerdechnye atrio-ventriculaire, l'artère aortique et pulmonaire ainsi que le tissu musculaire cardiaque , n'atteignant pas légèrement le bord libre de la feuille.

Dans le tissu conjonctif fibreux friable des valvules des valves auriculo-ventriculaires, on a trouvé des vaisseaux principaux séparés qui s'anastomosent avec les vaisseaux d'une série de zones localisées du tissu musculaire transversal cardiaque.

Le plus grand nombre de vaisseaux sanguins était situé à la base et comparativement moins - dans la partie libre de ces valves.

Selon KI Kulchitsky et al (1990), un plus grand diamètre des vaisseaux artériels et veineux se trouve dans la valvule mitrale. A la base des valves de cette valve, il y a principalement des vaisseaux principaux avec un réseau de capillaires à boucle étroite pénétrant dans la partie basale de la valve et occupant 10% de sa surface. Dans la valvule tricuspide, les vaisseaux artériels ont un diamètre plus petit que dans la valvule mitrale. Dans les valves de cette valve, il y a principalement des vaisseaux de type dispersés et des boucles relativement larges de capillaires sanguins. Dans la valvule mitrale, la feuille antérieure est plus intensément circulant dans le sang, dans la valve tricuspide, les valves antérieure et postérieure, qui portent la fonction de fermeture principale. Le rapport des diamètres des vaisseaux artériels et veineux dans les valvules auriculo-ventriculaires du cœur des personnes matures est de 1: 1,5. Les boucles capillaires sont polygonales et situées perpendiculairement à la base des clapets. Les vaisseaux forment un réseau planaire situé sous l'endothélium du côté de l'oreillette. Les vaisseaux sanguins se trouvent également dans les cordes du tendon, où ils pénètrent des muscles papillaires des ventricules droit et gauche à une distance allant jusqu'à 30% de la longueur des cordes tendineuses. De nombreux vaisseaux sanguins forment des boucles arquées à la base des cordes tendineuses. Les valvules cardiaques de l'aorte et du tronc pulmonaire pour l'irrigation sanguine sont significativement différentes de l'auriculo-ventriculaire. Les vaisseaux principaux de diamètre relativement plus petit correspondent à la base des valvules semi-lunaires des valvules aortiques et pulmonaires. Les branches courtes de ces vaisseaux se terminent par des boucles capillaires de forme ovale et polygonale irrégulière. Ils sont situés, principalement, près de la base des ailes semi-lunaires. Les vaisseaux veineux à la base des valvules de l'aorte et de l'artère pulmonaire ont également un diamètre plus petit qu'à la base des valvules auriculo-ventriculaires. Le rapport entre les diamètres des vaisseaux artériels et veineux dans les valves de l'aorte et l'artère pulmonaire du cœur des personnes matures est de 1: 1,4. A partir des gros vaisseaux, de courtes branches latérales se ramifient, se terminant par des capillaires de forme ovale et polygonale.

Avec l'âge, il y a un grossissement des fibres du tissu conjonctif telles que le collagène et l'élastine, ainsi que la réduction du nombre de tissu conjonctif irrégulier fibreux en vrac se développe des tissus des rabats sclérose valves auriculo-ventriculaires et les feuillets des valves semi-lunaires de l'aorte et l'artère pulmonaire. Des fibres de longueur réduite vannes tissu musculaire strié cardiaque et réduit par conséquent la quantité et le nombre de pénétrer dans le coeur vannes de vaisseaux sanguins. En relation avec ces changements, les valves cardiaques perdent leurs propriétés élastiques et élastiques, ce qui affecte le mécanisme de fermeture des valves et de l'hémodynamique.

Les valves cardiaques ont des réseaux capillaires lymphatiques et un petit nombre de vaisseaux lymphatiques équipés de valves. Les capillaires lymphatiques des valves ont un aspect caractéristique: leur lumière est très irrégulière, le même capillaire dans différentes zones a un diamètre différent. A la jonction de plusieurs capillaires, des extensions se forment, des lacunes de formes diverses. Les boucles du réseau sont souvent polygonales irrégulières, moins souvent ovales ou rondes. Souvent, les boucles du réseau lymphatique ne sont pas fermées et les capillaires lymphatiques se terminent à l'aveugle Les boucles capillaires lymphatiques sont orientées le plus souvent dans la direction allant du bord libre de la valve à sa base. Dans un certain nombre de cas, un réseau à deux couches de capillaires lymphatiques a été trouvé dans les valves de la valve auriculo-ventriculaire.

Les plexus nerveux de l'endocarde sont situés dans ses différentes couches, principalement sous l'endothélium. Au niveau du bord libre des volets de valve, les fibres nerveuses sont situées, principalement radialement, en liaison avec celles des cordes tendineuses. Plus près de la base des valvules est un plexus de gros plexus qui se connecte au plexus autour des anneaux fibreux. Sur les valves semi-lunaires, le réseau neuronal endocardique est plus rare. A l'endroit de la fixation des valves, il devient épais et multicouche.

Structure cellulaire des valves cardiaques

Les cellules interstitielles de soupape responsables du maintien de la structure de soupape ont une forme allongée avec un grand nombre de processus minces qui s'étendent à travers la matrice de soupape entière. Il existe deux populations de cellules interstitielles valvulaires, dont la morphologie et la structure diffèrent; certains ont des propriétés contractiles et sont caractérisés par la présence de fibrilles contractiles, d'autres ont des propriétés sécrétoires et ont un réticulum endoplasmique et un appareil de Golgi bien développés. La fonction contractile résiste à la pression hémodynamique et est en outre soutenue par la production de protéines contractiles cardiaques et squelettiques, qui comprennent les chaînes lourdes d'alpha et de bêta-myosine et diverses isoformes de troponine. La contraction de la valve de la valve cardiaque a été démontrée en réponse à un certain nombre d'agents vasoactifs suggérant l'action de coordination du stimulus biologique pour le bon fonctionnement de la valve.

Les cellules interstitielles sont également des composants nécessaires du système réducteur de structures telles que les valves cardiaques. Le mouvement constant des valves et la déformation du tissu conjonctif qui lui est associé, produisent des dommages auxquels les cellules interstitielles de la valve réagissent pour maintenir l'intégrité de la valve. Le processus de récupération est vital pour le fonctionnement normal de la valve, et l'absence de ces cellules dans les modèles modernes de valves artificielles est probablement un facteur contribuant aux dommages structuraux aux bioprothèses.

Une direction importante dans l'étude des cellules interstitielles est l'étude de l'interaction entre elles et la matrice environnante, médiée par l'adhésion focale des molécules. Les adhérences focales sont des interactions cellule-matrice spécialisées qui lient le cytosquelette d'une cellule aux protéines de la matrice par l'intermédiaire des intégrines. Ils agissent également comme sites de signalisation pour la transduction, en transmettant des informations mécaniques à partir de la matrice extracellulaire, ce qui peut induire des réponses, y compris, mais sans s'y limiter, l'adhésion, la migration, la croissance et la différenciation cellulaire. Comprendre la biologie cellulaire des cellules interstitielles valvulaires est essentiel pour établir les mécanismes par lesquels ces cellules interagissent entre eux et l'environnement, de sorte que cette fonction peut être reproduite dans des valves artificielles.

Dans le cadre du développement d'une direction prometteuse de l'ingénierie tissulaire des valves cardiaques, des études sur les cellules interstitielles sont menées en utilisant un large éventail de techniques. Après avoir validé le cytosquelette des cellules présentant une coloration de la vimentine, la desmine, la troponine, de l'alpha-actine et la myosine du muscle lisse chaîne lourde alpha- et de bêta-myosine chaîne légère 2 de la myosine cardiaque, l'alpha et la bêta-tubuline. Les cellules de contractilité confirmées réponse positive à epinefrin, l'angiotensine II, la bradykinine, carbachol, le chlorure de potassium, l'endothélium I. Cellular relation fonctionnelle déterminée et vérifiée à fente interactions karboksiflyuorestseina microinjection. La sécrétion de matrice installé coloration pour le collagène prolyl-4-hydroxylase / type II, la fibronectine, du sulfate de chondroïtine, laminine. Innervation est installé terminaisons nerveuses du moteur à proximité de proximité, ce qui affecte l'activité du neuropeptide Y tyrosine hydroxylase, l'acétylcholine, un polypeptide intestinal vasoactif, la substance P, kaptsitonin peptide lié au gène. Les facteurs mitogènes sont estimés par le facteur de croissance dérivé des plaquettes, principal facteur de croissance des fibroblastes, la sérotonine (5-HT). Les fibroblastes étudiés cellules interstitielles sont caractérisées par une membrane basale incomplète, long, cytoplasmiques minces connexion à proximité de la matrice, un reticulum endoplasmique rugueux bien développé et l'appareil de Golgi, la richesse des microfilaments, la formation d'une liaison adhésive.

Les cellules endocardiques valvulaires forment une enveloppe atrombogène fonctionnelle autour de chaque valve cardiaque, similaire à l'endothélium vasculaire. La méthode largement utilisée de remplacement de la valve élimine la fonction protectrice de l'endocarde, qui peut conduire au dépôt de plaquettes et de fibrine sur des valves artificielles, au développement d'une infection bactérienne et à la calcification tissulaire. Une autre fonction probable de ces cellules est la régulation des cellules interstitielles valvulaires sous-jacentes, similaire à la régulation des cellules musculaires lisses par l'endothélium. Une interaction complexe existe entre l'endothélium et les cellules voisines, partiellement médiée par des facteurs solubles sécrétés par les cellules endothéliales. Ces cellules forment une surface énorme, couverte de micro-excroissances du côté luminale, augmentant ainsi l'exposition et l'interaction possible avec les substances métaboliques du sang circulant.

Endothélium présente souvent des différences morphologiques et fonctionnelles provoquées par les contraintes de cisaillement à la paroi du vaisseau se produisant pendant le mouvement du sang, et de même pour la vanne des cellules endocardiques recevant à la fois allongé et de forme polygonale. Des changements dans la structure de la cellule peuvent se produire en raison de l'action de l'hémodynamique locale sur les composants du cytosquelette de la cellule ou de l'effet secondaire provoqué par des changements dans la matrice extracellulaire sous-jacente. Au niveau de l'ultrastructure, les cellules endocardiques valvulaires ont des connexions intercellulaires, des vésicules plasmatiques, un réticulum endoplasmique inégal et l'appareil de Golgi. En dépit du fait qu'ils produisent facteur de von Willebrand, à la fois in vivo et dans un environnement artificiel, ils manquent de veau Weibel-Palade (Les granules spécifiques qui contiennent le facteur de von Willebrand), qui sont des organites spécifiques à l'endothélium vasculaire. Les cellules endocardiques valvulaires sont caractérisées par de fortes articulations, des interactions fonctionnelles de l'espace et chevauchées par des plis marginaux.

Les cellules endocardiques conservent leur activité métabolique, même in vitro: générer le facteur Willebrand, la prostacycline, présentent une activité de l'oxyde nitrique synthase de l'enzyme de conversion de l'angiotensine, des molécules d'adhérence fortement isolé ICAM-1 et ELAM-1, qui sont critiques pour la liaison des cellules mononucléaires dans le développement de la réponse immunitaire. Tous ces marqueurs devraient être inclus dans la culture de la culture cellulaire idéale pour créer une valve artificielle par ingénierie tissulaire, mais le potentiel immunostimulant des vannes cellules endocardiques eux-mêmes peuvent limiter leur utilisation.

Valve cardiaque extracellulaire Metrix se compose de collagène fibreux et d'élastine macromolécules de protéoglycanes et de glycoprotéines. Le collagène est - 60% du poids sec de la valve, l'élastine - 10% et les protéoglycanes - 20%. Le composant de collagène fournit la stabilité mécanique de base de la valve et est représenté par des collagènes I (74%). II (24%) et V (2%) types. Les grappes de filaments de collagène sont entourées d'une gaine d'élastine qui interagit entre elles. Des chaînes latérales glycosaminoglycane du protéoglycane les molécules ont tendance à former une substance analogue à un gel dans lequel les autres molécules interagissent pour former une interconnexion de matrice permanente et d'autres composants sont déposés. Les glycosaminoglycanes valve cardiaque humaine principalement composé d'acide hyaluronique, dans une moindre mesure - de dermatane-sulfate, la chondroïtine-4-sulfate et le chondroïtine-6-sulfate, avec un minimum de sulfate d'héparane. Et le remodelage du tissu de la matrice de mise à jour sont régies par les métalloprotéinases de matrice (MMP) et leurs inhibiteurs tissulaires (TI). Ces molécules sont également impliquées dans un large éventail de processus physiologiques et pathologiques Certains métalloprotéinases, notamment la collagénase interstitielle (MMP-1, MMP-13) et les gélatinases (MMP-2, MMP-9) et de leurs inhibiteurs tissulaires (TI-1, cinq 2, TI-3), se trouvent dans toutes les valves du coeur. La surabondance de la production de métalloprotéinases est typique des conditions pathologiques de la valve cardiaque.

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Les valves cardiaques et leur structure morphologique

Les valves cardiaques sont constituées de trois couches morphologiquement différentes et fonctionnellement significatives de la matrice de la valve - fibreuse, spongieuse et ventriculaire.

La couche fibreuse forme un cadre résistant à la charge du volet de valve, constitué de couches de fibres de collagène. Ces fibres sont disposées radialement sous la forme de plis pour la possibilité d'étirer les valves artérielles lors de la fermeture. La couche fibreuse se trouve à proximité de la surface extérieure de sortie de ces valves. Les couches fibreuses des valves auriculo-ventriculaires servent de prolongement des faisceaux de collagène des cordes tendineuses. Il est situé entre les couches spongieuse (entrée) et ventriculaire (sortie).

Entre le fibreux et le ventriculaire il y a une couche spongieuse (spongieuse). La couche spongieuse consiste en un tissu conjonctif mal organisé dans un milieu visqueux. Les constituants matriciels dominants de cette couche sont des protéoglycanes avec du collagène orienté arbitrairement et de fines couches d'élastine. Les chaînes latérales des molécules de protéoglycanes portent une forte charge négative, ce qui affecte leur capacité élevée à lier l'eau et à former le gel poreux de la matrice. La couche de matrice spongieuse réduit les contraintes mécaniques dans les valves des valves cardiaques et maintient leur flexibilité.

La couche ventriculaire est beaucoup plus mince que d'autres et regorge de fibres élastiques qui permettent aux tissus de résister à une déformation constante. L'élastine a une structure spongieuse qui entoure et relie les fibres de collagène, et assure leur maintien dans un état plié neutre. La couche d'entrée de la valve (ventriculaire pour les valvules artérielles et spongieuse pour les valvules auriculo-ventriculaires) contient une plus grande quantité d'élastine que la sortie, ce qui procure un ramollissement de l'impact hydraulique lors de la fermeture des valves. Cette relation entre le collagène et l'élastine permet l'expansion des valves à 40% sans déformation permanente. Sous l'influence d'une petite charge, les structures de collagène de cette couche sont orientées dans la direction de chargement, et sa résistance à la croissance ultérieure de la charge augmente.

Ainsi, l'idée de valves cardiaques comme une duplication de l'endocarde inactive est non seulement simpliste, mais aussi, en fait, incorrecte. Les valvules cardiaques sont un organe de structure complexe, comprenant des fibres musculaires striées, des vaisseaux sanguins et lymphatiques et des éléments nerveux. Tant dans leur structure que dans leur fonctionnement, les valves forment un tout avec toutes les structures du cœur. L'analyse de la fonction normale de la valve doit prendre en compte son organisation cellulaire, ainsi que l'interaction des cellules entre elles et la matrice. Les connaissances acquises grâce à ces études sont à la pointe de la conception et du développement du remplacement des valves par l'ingénierie tissulaire.