心臟瓣膜

早些時候認為所有心臟瓣膜都是簡單的結構，其對單向血流的貢獻僅僅是響應於作用壓力梯度的被動運動。這種對“被動結構”的理解導致了“被動”機械和生物瓣膜替代品的創造。

現在很明顯，心臟瓣膜具有更複雜的結構和功能。因此，創建一個“主動”心臟瓣膜替代品表明它的結構和功能與天然心臟瓣膜有著顯著的相似性，由於組織工程的發展，這在長期內是非常可行的。

心臟瓣膜在插入心內膜期間從間葉組織的胚芽發育而來。在形態發生過程中，形成了房室管（三尖瓣和二尖瓣心臟瓣膜）和心室流出道（主動脈和肺心瓣膜）。

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心臟瓣膜是如何安排的？

Luschka（1852）開始研究血液供應的閥門，使用注射對比質量的心臟血管。他在主動脈和肺動脈的房室瓣和半月瓣上發現了許多血管。然而，在許多病理性解剖學和組織學導遊的有那個不變的人類心臟瓣膜不包含任何血管，而後者只出現在各種病理過程閥適應症 - 各種病因和心內膜炎的動脈粥樣硬化。關於血管不存在的信息主要基於組織學研究。據推測，在瓣膜自由部分沒有血管的情況下，它們的營養是通過過濾來自掃描瓣膜的血漿中的液體而發生的。注意到少數血管與橫紋肌組織纖維一起穿入瓣膜和肌腱束的基部。

然而，當心臟不同染料的注入血管（在明膠，鉍明膠含水漿料黑色睫毛膏胎體，胭脂紅或台盼藍溶液），人們發現，血管穿透房室cerdechnye閥，主動脈和肺動脈與心肌組織一起，稍微達不到葉片的自由邊緣。

在房室瓣瓣膜的易碎纖維結締組織中，發現單獨的主血管，與血管橫向肌肉組織的許多定位區域吻合。

血管的最大數量位於基部，相對較少 - 在這些瓣膜的自由部分。

根據KI Kulchitsky等人（1990）的說法，在二尖瓣中發現較大直徑的動脈和靜脈血管。在該瓣膜的基部，主要有主要血管，其毛細血管網絡的狹窄部分穿入瓣膜的基部並佔據其面積的10％。在三尖瓣中，動脈血管的直徑比二尖瓣中的小。這種瓣膜的瓣膜主要有分散型血管和相對較寬的毛細血管環。在二尖瓣中，前葉在三尖瓣處是更加強烈的血液流動，前瓣和後瓣具有主關閉功能。成年人心臟房室瓣中動脈和靜脈血管的直徑比為1：1.5。毛細管環是多邊形的並且垂直於閥瓣底部定位。血管形成位於心房一側內皮下的平面網絡。血管也在肌腱弦中被發現，它們從右心室和左心室的乳頭肌滲透至肌腱弦長度的30％的距離。許多血管在肌腱弦的基部形成拱形環。主動脈和肺主幹的心臟瓣膜供血與房室供血顯著不同。直徑相對較小的主血管適合主動脈瓣和肺動脈瓣的半月瓣基部。這些血管的短支在不規則的橢圓形和多邊形形狀的毛細管環中終止。它們主要位於半月翅膀的基部附近。主動脈和肺動脈瓣膜基部的靜脈血管的直徑也比房室瓣底部的小。成年人心臟主動脈和肺動脈瓣膜中動脈和靜脈血管的直徑比例為1：1.4。從較大的血管中，短側枝分叉出來，以錯誤的橢圓形和多邊形形狀的毛細血管結束。

隨著年齡的增長有結締組織纖維如膠原蛋白和彈性蛋白，以及減少疏鬆纖維不規則結締組織的數目的粗化發展襟翼組織硬化房室瓣和主動脈和肺動脈的半月瓣的小葉。減小的長度的纖維閥心臟橫紋肌組織，並因此降低了其數量和滲透到心臟瓣膜的血管的數量。在這些變化cerdechnye閥連接失去了彈性和彈性性質，影響閥門和血流動力學的關閉機構。

心臟瓣膜具有淋巴毛細血管網絡和少量配備有閥門的淋巴管。瓣膜的淋巴管毛細血管具有特徵性外觀：它們的腔非常不規則，不同區域中相同的毛細血管具有不同的直徑。在幾個毛細血管的交界處，形成延伸 - 各種形狀的空隙。網絡環路通常是不規則的多邊形，不太常見的橢圓形或圓形。通常，淋巴網絡環路不閉合，淋巴管毛細血管末端盲目，淋巴管毛細血管環沿著從瓣膜自由邊緣到其基部的方向取向更多。在許多情況下，在房室瓣的瓣膜中發現了兩層淋巴管毛細血管網。

心內膜的神經叢位於其各層，主要在內皮下。在瓣瓣的自由邊緣處，神經纖維主要位於徑向，與肌腱弦的相連。更接近瓣膜底部的是一個大叢神經叢，它連接著纖維環周圍的叢。在半月瓣上，心內膜神經網絡更為罕見。在閥門的連接處，它變得厚且多層。

心臟瓣膜的細胞結構

負責維持閥門結構的閥門間隙元件具有細長的形狀，並具有大量延伸穿過整個閥門矩陣的薄過程。有兩個瓣膜間質細胞群，形態和結構不同; 一些具有收縮特性並且具有收縮纖維的存在，另一些具有分泌特性並具有發育良好的內質網和高爾基體裝置。收縮功能抵抗血液動力學壓力保持和構成的α-重鏈和β-肌球蛋白和各種同種型二者肌鈣蛋白心臟和骨骼收縮蛋白的進一步闡述。響應於許多血管活性劑表明心臟瓣膜的收縮，表明生物刺激對於瓣膜成功功能的協調作用。

間質細胞也是諸如心臟瓣膜等結構的還原系統的必要組分。瓣膜的持續運動和與之相關的結締組織的變形會產生對瓣膜間質細胞起反應的損傷，從而保持瓣膜的完整性。恢復過程對於瓣膜的正常功能至關重要，現代人工瓣膜模型中缺少這些細胞可能是造成生物瓣膜結構損傷的一個因素。

研究間質細胞的一個重要方向是研究它們與周圍基質之間的相互作用，由分子的粘著斑介導。局灶性粘連是通過整合素將細胞的細胞骨架與基質蛋白結合的特化細胞 - 基質相互作用。它們還作為轉導的信號位點，從細胞外基質傳遞機械信息，其可以引起反應，包括但不限於細胞粘附，遷移，生長和分化。理解瓣膜間質細胞的細胞生物學對於建立這些細胞通過其相互作用和環境的機制是至關重要的，以便該功能可以在人造瓣膜中再現。

關於開發心臟瓣膜組織工程的有希望的方向，使用各種技術進行間質細胞研究。已經證實細胞染色波形蛋白，結蛋白，肌鈣蛋白，α-肌動蛋白和肌球蛋白平滑肌重鏈α-和β-肌球蛋白輕鏈-2心肌肌球蛋白，α-和β-微管蛋白的細胞骨架。收縮性細胞確認為陽性響應於epinefrin，血管緊張素II，緩激肽，碳酰膽鹼，氯化鉀，內皮I.確定和驗證蜂窩功能關係開槽相互作用karboksiflyuorestseina顯微注射。基質分泌安裝染色II脯氨酰-4-羥化酶/型膠原，纖連蛋白，硫酸軟骨素，層粘連蛋白。支配安裝接近運動神經末梢，其影響神經肽Y酪氨酸羥化酶，乙酰膽鹼，血管活性腸肽，P物質的活性，kaptsitonin基因相關肽。評價促有絲分裂因子遺傳性血小板生長因子，鹼性成纖維細胞生長因子，血清素（5-HT）。研究了間質細胞的成纖維細胞的特徵在於一個不完整的基底膜，長而細胞質突起到矩陣，一個發達粗面內質網和高爾基體，微絲的財富，粘合劑粘結的形成密切相關。

瓣膜心內膜細胞在每個心臟瓣膜周圍形成功能性心房包膜，類似於血管內皮。廣泛使用的瓣膜置換方法消除了心內膜的保護作用，這可能導致人造瓣膜上血小板和纖維蛋白的沉積，細菌感染和組織鈣化的發展。這些細胞的另一個可能的功能是調節下伏的瓣膜間質細胞，類似於通過內皮調節平滑肌細胞。複合相互作用存在於內皮細胞和相鄰細胞之間，部分由內皮細胞分泌的可溶性因子介導。這些細胞形成一個巨大的表面，覆蓋在管腔一側的微生物上，因此增加了接觸以及與循環血液的代謝物質可能的相互作用。

內皮經常顯示在血液中的運動過程中發生的血管壁造成的剪切應力的形態學和功能上的差異，並且這同樣適用於閥容納心內膜細胞既細長的並且多邊形形狀。在細胞結構的改變，可能會發生由於局部血流動力學細胞骨架成分或由底層細胞外基質的改變繼發效應的作用。在超微結構瓣膜心內膜細胞的水平有細胞間連接，血漿囊泡，內質網不均勻和高爾基體。儘管它們產生馮維勒布蘭德因子，在體內和在人工環境的事實，他們缺乏小腿的Weibel-Palade小（即含有von Willebrand因子特殊顆粒），其特定於血管內皮細胞器。瓣膜心內膜細胞的特點是強大的關節，功能性的間隙相互作用和重疊的邊緣褶皺。

心內膜細胞保持它們的代謝活性，即使在體外：生成Willebrand因子，前列環素，血管緊張素轉換酶的一氧化氮合成酶具有活性，強分離的粘附分子ICAM-1和ELAM-1，即是對於單核細胞的免疫應答的發展的結合是關鍵的。所有這些標記應該包含在理想的細胞培養創造組織工程人工瓣膜的培養，但閥門內膜細胞的免疫刺激潛在本身可以限制其使用。

心臟瓣膜的細胞外度量由纖維膠原和彈性蛋白大分子，蛋白多醣和糖蛋白組成。膠原蛋白是閥門乾重的60％，彈性蛋白-10％和蛋白多醣-20％。膠原蛋白組分提供了瓣膜的基本機械穩定性，並由膠原蛋白I（74％）表示。II（24％）和V（2％）類型。一束膠原絲被彈性鞘包圍，它們之間相互作用。蛋白聚醣分子的葡糖胺聚醣側鏈傾向於形成在其中的其它分子相互作用，以形成永久的矩陣互連和其它組分沉積在凝膠狀物質。糖胺聚醣的人類心臟瓣膜主要由透明質酸，在較小程度上 - 硫酸皮膚素，軟骨素-4-硫酸鹽和軟骨素-6-硫酸鹽，以最小的硫酸乙酰肝素的。基質組織的重塑和更新受基質金屬蛋白酶（MMPs）及其組織抑製劑（TIs）調節。這些分子也參與廣泛的生理和病理過程的一些金屬蛋白酶，包括間質膠原酶（MMP-1，MMP-13）和明膠酶（MMP-2，MMP-9）和它們的組織抑製劑（的TI-1，五2，TI-3）在心臟的所有瓣膜中均可見到。金屬蛋白酶產量的過多是心臟瓣膜病理狀態的典型特徵。

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心臟瓣膜及其形態結構

心臟瓣膜由瓣膜基質 - 纖維，海綿體和心室的三個形態不同和功能重要的層組成。

纖維層形成瓣膜的防負載框架，由膠原纖維層組成。這些纖維以折疊的形式徑向排列，以便在閉合時伸展動脈瓣。纖維層位於這些閥的出口外表面附近。房室瓣的纖維層充當肌腱弦的膠原束的延續。它位於海綿體（入口）和心室（出口）層之間。

纖維和心室之間有一個海綿層（spongiosa）。海綿層由粘性介質中組織不良的結締組織組成。該層的主要基質成分是具有任意取向的膠原和薄層彈性蛋白的蛋白多醣。蛋白多醣分子的側鏈帶有強負電荷，這影響了它們高水分結合水的能力並形成基質的多孔凝膠。海綿基質層可減少心臟瓣膜瓣膜的機械應力並保持其柔韌性。

心室層比其他部分薄得多，並且充滿了允許組織承受恆定變形的彈性纖維。彈性蛋白具有海綿狀結構，可包圍和連接膠原纖維，並確保它們保持中性折疊狀態。瓣膜的入口層（動脈瓣膜的心室和房室瓣膜的海綿體）含有比出口更大量的彈性蛋白，這在關閉瓣膜時提供了對液壓衝擊的軟化。膠原蛋白和彈性蛋白之間的這種關係使得瓣膜擴張至40％而不會永久變形。在小負荷的影響下，該層的膠原結構取向為負荷方向，並且其對負荷進一步增長的阻力增加。

因此，心臟瓣膜作為空閒心內膜重複的想法不僅簡單化，而且實際上也是不正確的。心臟瓣膜是具有復雜結構的器官，包括橫紋肌纖維，血液和淋巴管以及神經元件。無論是在結構上還是功能上，閥門都與心臟的所有結構形成一個整體。對閥的正常功能的分析必須考慮其細胞組織，以及它們與基質之間的細胞相互作用。從這些研究中獲得的知識在使用組織工程的瓣膜置換設計和開發方面處於領先地位。