ลิ้นหัวใจ

ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าลิ้นหัวใจทั้งหมดเป็นโครงสร้างเรียบง่ายซึ่งการเคลื่อนไหวแบบเฉื่อยๆ เพื่อตอบสนองต่อแรงกดที่เกิดขึ้นช่วยให้เลือดไหลเวียนไปในทิศทางเดียวได้ ความเข้าใจเกี่ยวกับ "โครงสร้างแบบเฉื่อยๆ" ดังกล่าวทำให้มีการพัฒนาลิ้นหัวใจทดแทนแบบกลไกและแบบชีวภาพ "แบบเฉื่อยๆ"

ปัจจุบันเริ่มเห็นได้ชัดเจนว่าลิ้นหัวใจมีโครงสร้างและหน้าที่ที่ซับซ้อนกว่า ดังนั้น การสร้างลิ้นหัวใจทดแทนแบบ "ใช้งานได้" จึงต้องมีโครงสร้างและหน้าที่ที่คล้ายคลึงกับลิ้นหัวใจตามธรรมชาติอย่างมาก ซึ่งในอนาคตจะมีความสมจริงมากขึ้นเนื่องจากการพัฒนาทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

ลิ้นหัวใจพัฒนาจากพื้นฐานของเนื้อเยื่อมีเซนไคมอลในตัวอ่อนระหว่างการสร้างเยื่อบุหัวใจ ในระหว่างการสร้างรูปร่าง ลิ้นหัวใจเอเทรียเวนทริคิวลาร์ (ลิ้นหัวใจไตรคัสปิดและไมทรัล) และช่องทางไหลออกของห้องล่าง (ลิ้นหัวใจเอออร์ติกและพัลโมนารี) จะถูกสร้างขึ้น

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

ลิ้นหัวใจมีการเรียงตัวกันอย่างไร?

การศึกษาการไหลเวียนของเลือดไปยังลิ้นหัวใจเริ่มต้นโดย N. Luschka (1852) ซึ่งฉีดสารทึบแสงเข้าไปในหลอดเลือดหัวใจ เขาค้นพบหลอดเลือดจำนวนมากในลิ้นหัวใจเอเทรียเวนทริคิวลาร์และเซมิลูนาร์ของหลอดเลือดแดงใหญ่และหลอดเลือดแดงพัลโมนารี ในเวลาเดียวกัน คู่มือเกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์และเนื้อเยื่อวิทยาทางพยาธิวิทยาหลายฉบับมีข้อบ่งชี้ว่าลิ้นหัวใจของมนุษย์ที่ไม่เปลี่ยนแปลงไม่มีหลอดเลือด และหลอดเลือดดังกล่าวปรากฏในลิ้นหัวใจเฉพาะในกระบวนการทางพยาธิวิทยาต่างๆ เท่านั้น เช่น หลอดเลือดแดงแข็งและเยื่อบุหัวใจอักเสบจากสาเหตุต่างๆ ข้อมูลเกี่ยวกับการไม่มีหลอดเลือดนั้นส่วนใหญ่มาจากการศึกษาทางเนื้อเยื่อวิทยา สันนิษฐานว่าในกรณีที่ไม่มีหลอดเลือดในส่วนที่ว่างของลิ้นหัวใจ สารอาหารของหลอดเลือดจะเกิดขึ้นโดยการกรองของเหลวจากพลาสมาของเลือดที่ชะล้างลิ้นหัวใจ มีการสังเกตการแทรกซึมของหลอดเลือดจำนวนหนึ่งพร้อมกับเส้นใยของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อลายเข้าไปในฐานของลิ้นหัวใจและเส้นเอ็น

อย่างไรก็ตาม เมื่อฉีดสีต่างๆ เข้าไปในหลอดเลือดหัวใจ (หมึกอินเดียในเจลาติน บิสมัทในเจลาติน หมึกอินเดียสีดำในน้ำ สารละลายคาร์ไมน์หรือไทรแพนบลู) พบว่าหลอดเลือดสามารถทะลุผ่านลิ้นหัวใจห้องบน ลิ้นหัวใจเอออร์ตา และหลอดเลือดแดงพัลโมนารีไปพร้อมกับเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อหัวใจ โดยไม่ถึงขอบว่างของลิ้นหัวใจเล็กน้อย

ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเส้นใยที่หลวมของลิ้นหัวใจเอวีและเวนทริคิวลาร์ พบว่ามีหลอดเลือดหลักแต่ละลำที่เชื่อมต่อกับหลอดเลือดในบริเวณที่อยู่ติดกันของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อลายของหัวใจ

หลอดเลือดจำนวนมากที่สุดอยู่บริเวณฐาน และมีจำนวนน้อยกว่าในส่วนที่เป็นอิสระของลิ้นเหล่านี้

ตาม KI Kulchitsky et al. (1990) พบว่าลิ้นหัวใจไมทรัลมีเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำที่ใหญ่กว่า บริเวณฐานของลิ้นหัวใจนี้ส่วนใหญ่จะเป็นหลอดเลือดหลักที่มีเครือข่ายหลอดเลือดฝอยแบบวงแคบซึ่งเจาะเข้าไปในส่วนฐานของลิ้นหัวใจและครอบครองพื้นที่ 10% ของพื้นที่ทั้งหมด ในลิ้นหัวใจไตรคัสปิด หลอดเลือดแดงจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าในลิ้นหัวใจไมทรัล ในลิ้นหัวใจนี้ส่วนใหญ่มีหลอดเลือดที่กระจัดกระจายและหลอดเลือดฝอยแบบวงกว้างเมื่อเทียบกับลิ้นหัวใจไมทรัล ในลิ้นหัวใจไมทรัล ลิ้นหัวใจหน้าจะได้รับเลือดอย่างเข้มข้นกว่าในลิ้นหัวใจไตรคัสปิด ซึ่งเป็นลิ้นหัวใจหน้าและลิ้นหัวใจหลังที่ทำหน้าที่ปิดหลัก อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำในลิ้นหัวใจเอเทรียเวนทริคิวลาร์ของหัวใจของผู้สูงอายุคือ 1:1.5 ห่วงหลอดเลือดฝอยเป็นรูปหลายเหลี่ยมและตั้งอยู่ในแนวตั้งฉากกับฐานของลิ้นหัวใจ หลอดเลือดจะสร้างเครือข่ายระนาบที่อยู่ใต้เอนโดธีเลียมทางด้านเอเทรียม หลอดเลือดยังพบได้ในคอร์ดเอ็น ซึ่งเจาะทะลุจากกล้ามเนื้อปุ่มของโพรงหัวใจด้านขวาและด้านซ้ายในระยะทางสูงสุด 30% ของความยาวของคอร์ดเอ็น หลอดเลือดจำนวนมากสร้างห่วงโค้งที่ฐานของคอร์ดเอ็น ลิ้นหัวใจของหลอดเลือดแดงใหญ่และลำต้นปอดมีความแตกต่างอย่างมากจากลิ้นหัวใจเอเทรียวเวนทริคิวลาร์ในแง่ของการส่งเลือด หลอดเลือดหลักที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างเล็กจะเข้าใกล้ฐานของลิ้นหัวใจรูปครึ่งเสี้ยวของลิ้นหัวใจเอออร์ตาและลำต้นปอด กิ่งก้านสั้นของหลอดเลือดเหล่านี้จะสิ้นสุดลงด้วยห่วงหลอดเลือดฝอยที่มีรูปร่างเป็นวงรีและหลายเหลี่ยมไม่สม่ำเสมอ หลอดเลือดเหล่านี้จะตั้งอยู่ใกล้ฐานของลิ้นหัวใจรูปครึ่งเสี้ยวเป็นหลัก หลอดเลือดดำที่ฐานของลิ้นหัวใจเอออร์ติกและพัลโมนารีก็มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าที่ฐานของลิ้นหัวใจเอทรีโอเวนทริคิวลาร์ อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำในลิ้นหัวใจเอออร์ติกและพัลโมนารีของหัวใจในผู้สูงอายุคือ 1:1.4 กิ่งข้างสั้น ๆ ขยายออกจากหลอดเลือดขนาดใหญ่ สิ้นสุดด้วยห่วงของเส้นเลือดฝอยที่มีรูปร่างเป็นวงรีและหลายเหลี่ยมไม่สม่ำเสมอ

เมื่ออายุมากขึ้น เส้นใยเนื้อเยื่อเกี่ยวพันทั้งคอลลาเจนและอีลาสติกจะหยาบขึ้น รวมทั้งเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเส้นใยหลวมที่ยังไม่ได้สร้างตัวจะลดน้อยลง เนื้อเยื่อของลิ้นหัวใจเอเทรียวเวนทริคิวลาร์และลิ้นหัวใจเอออร์ติกและหลอดเลือดแดงพัลโมนารีจะแข็งตัว ความยาวของเส้นใยกล้ามเนื้อลายหัวใจในลิ้นหัวใจจะลดลง และส่งผลให้จำนวนและจำนวนหลอดเลือดที่เจาะลิ้นหัวใจลดลงด้วย การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้ลิ้นหัวใจสูญเสียคุณสมบัติความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่น ซึ่งส่งผลต่อกลไกการปิดลิ้นหัวใจและการไหลเวียนของเลือด

ลิ้นหัวใจมีเครือข่ายของเส้นเลือดฝอยน้ำเหลืองและหลอดน้ำเหลืองจำนวนเล็กน้อยที่ติดตั้งลิ้นไว้ เส้นเลือดฝอยน้ำเหลืองของลิ้นหัวใจมีลักษณะเฉพาะคือ ช่องว่างของเส้นเลือดฝอยมีความไม่เท่ากัน เส้นเลือดฝอยเส้นเดียวกันในแต่ละบริเวณจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน ในจุดที่เส้นเลือดฝอยหลายเส้นมาบรรจบกัน จะเกิดการขยายตัวขึ้น - ช่องว่างที่มีรูปร่างต่างๆ กัน ห่วงของเครือข่ายมักเป็นรูปหลายเหลี่ยมที่ไม่สม่ำเสมอ มักเป็นวงรีหรือกลม ห่วงของเครือข่ายน้ำเหลืองมักไม่ปิด และเส้นเลือดฝอยน้ำเหลืองจะสิ้นสุดลงโดยมองไม่เห็น ห่วงของเส้นเลือดฝอยน้ำเหลืองมักจะวางแนวจากขอบว่างของลิ้นหัวใจไปยังฐาน ในบางกรณี พบเครือข่ายเส้นเลือดฝอยน้ำเหลืองสองชั้นในลิ้นหัวใจเอเทรียเวนทริคิวลาร์

กลุ่มเส้นประสาทของเยื่อบุหัวใจจะอยู่ในชั้นต่างๆ โดยส่วนใหญ่อยู่ใต้เยื่อบุผนังหลอดเลือด ที่ขอบอิสระของปุ่มลิ้นหัวใจ เส้นประสาทจะอยู่ในแนวรัศมีเป็นหลัก โดยเชื่อมต่อกับเส้นประสาทของคอร์ดาของเอ็นกล้ามเนื้อ ใกล้ฐานของปุ่มลิ้นหัวใจมากขึ้น จะมีกลุ่มเส้นประสาทตาข่ายขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้น ซึ่งเชื่อมต่อกับกลุ่มเส้นประสาทที่อยู่รอบวงแหวนเส้นใย บนปุ่มลิ้นหัวใจเซมิลูนาร์ เครือข่ายเส้นประสาทของเยื่อบุหัวใจจะเบาบางลง ในบริเวณที่ลิ้นหัวใจเชื่อมต่อ เครือข่ายประสาทจะหนาแน่นและมีหลายชั้น

โครงสร้างเซลล์ของลิ้นหัวใจ

เซลล์เยื่อบุลิ้นหัวใจซึ่งมีหน้าที่รักษาโครงสร้างของลิ้นหัวใจจะมีรูปร่างยาวและมีกระบวนการที่ละเอียดอ่อนมากมายที่ขยายไปทั่วเมทริกซ์ของลิ้นหัวใจ เซลล์เยื่อบุลิ้นหัวใจมี 2 กลุ่มที่มีสัณฐานวิทยาและโครงสร้างที่แตกต่างกัน กลุ่มหนึ่งมีคุณสมบัติในการหดตัวและมีลักษณะเฉพาะคือมีเส้นใยหดตัว อีกกลุ่มหนึ่งมีคุณสมบัติในการหลั่งและมีเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและเครื่องมือกอลจิที่พัฒนาอย่างดี หน้าที่ในการหดตัวจะต้านทานแรงดันเฮโมไดนามิกและได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมจากการผลิตโปรตีนหดตัวของทั้งหัวใจและโครงกระดูก ซึ่งรวมถึงโซ่หนักของอัลฟาและเบตาไมโอซินและไอโซฟอร์มต่างๆ ของโทรโปนิน การหดตัวของลิ้นหัวใจได้รับการพิสูจน์แล้วโดยตอบสนองต่อสารออกฤทธิ์ต่อหลอดเลือดหลายชนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงการกระตุ้นทางชีวภาพที่ประสานกันเพื่อให้ลิ้นหัวใจทำงานได้อย่างประสบความสำเร็จ

เซลล์ระหว่างลิ้นหัวใจยังเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบซ่อมแซมโครงสร้างต่างๆ เช่น ลิ้นหัวใจ การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องของแผ่นลิ้นหัวใจและการผิดรูปของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เกี่ยวข้องทำให้เกิดความเสียหาย ซึ่งเซลล์ระหว่างลิ้นหัวใจจะตอบสนองเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของลิ้นหัวใจ กระบวนการซ่อมแซมดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อการทำงานปกติของลิ้นหัวใจ และการไม่มีเซลล์เหล่านี้ในแบบจำลองลิ้นหัวใจเทียมในปัจจุบันอาจเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้โครงสร้างของไบโอโปรสธีซิสเสียหาย

พื้นที่ที่สำคัญของการวิจัยเกี่ยวกับเซลล์ระหว่างช่องว่างคือการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์กับเมทริกซ์โดยรอบที่เกิดจากโมเลกุลการยึดเกาะแบบโฟกัส การยึดเกาะแบบโฟกัสเป็นไซต์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์กับเมทริกซ์เฉพาะทางที่เชื่อมไซโทสเกเลตันของเซลล์กับโปรตีนเมทริกซ์ผ่านอินทิกริน ไซต์นี้ยังทำหน้าที่เป็นไซต์ถ่ายทอดสัญญาณ โดยถ่ายทอดข้อมูลเชิงกลจากเมทริกซ์นอกเซลล์ที่สามารถกระตุ้นการตอบสนองต่างๆ รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงการยึดเกาะของเซลล์ การอพยพ การเจริญเติบโต และการแยกตัว การทำความเข้าใจชีววิทยาของเซลล์ของเซลล์ระหว่างช่องว่างของลิ้นหัวใจมีความสำคัญต่อการอธิบายกลไกที่เซลล์เหล่านี้โต้ตอบกันและกับสภาพแวดล้อม เพื่อให้สามารถสรุปฟังก์ชันนี้ในลิ้นหัวใจเทียมได้

เนื่องด้วยการพัฒนาแนวทางที่มีแนวโน้มดีของวิศวกรรมเนื้อเยื่อของลิ้นหัวใจ การศึกษาเซลล์ระหว่างช่องว่างจึงดำเนินการโดยใช้เทคนิคที่หลากหลาย การมีอยู่ของโครงร่างเซลล์ได้รับการยืนยันโดยการย้อมสีสำหรับไวเมนติน เดสมิน โทรโปนิน อัลฟา-แอกติน และไมโอซินของกล้ามเนื้อเรียบ โซ่หนักของอัลฟา-และเบตา-ไมโอซิน โซ่เบา-2 ของไมโอซินของหัวใจ อัลฟา-และเบตา-ทูบูลิน การหดตัวของเซลล์ได้รับการยืนยันโดยการตอบสนองเชิงบวกต่อเอพิเนฟริน แองจิโอเทนซิน II แบรดีไคนิน คาร์บาโคล โพแทสเซียมคลอไรด์ เอนโดทีเลียม I ความสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ช่องว่างการทำงานและตรวจยืนยันโดยการฉีดคาร์บอกซีฟลูออเรสซีนในปริมาณเล็กน้อย การหลั่งเมทริกซ์ถูกสร้างขึ้นโดยการย้อมสีสำหรับโพรลีล-4-ไฮดรอกซีเลส/คอลลาเจนชนิด II ไฟโบนิคติน คอนโดรอิทินซัลเฟต ลามินิน เส้นประสาทถูกสร้างขึ้นโดยตำแหน่งที่ใกล้ชิดของปลายประสาทสั่งการ ซึ่งสะท้อนให้เห็นจากกิจกรรมของ neuropeptide Y tyrosine hydroxylase, acetylcholinesterase, vasoactive intestinal polypeptide, substance-P, capsicum gene-related peptide ปัจจัยไมโตเจนิกประเมินโดยปัจจัยการเจริญเติบโตที่ได้จากเกล็ดเลือด ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์เบส เซโรโทนิน (5-HT) ไฟโบรบลาสต์เซลล์อินเตอร์สติเชียลที่ศึกษามีลักษณะเฉพาะคือเยื่อฐานที่ไม่สมบูรณ์ กระบวนการไซโทพลาสซึมยาวและบาง การเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดกับเมทริกซ์ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมที่พัฒนาดีและเครื่องมือกอลจิ ความอุดมสมบูรณ์ของไมโครฟิลาเมนต์ การก่อตัวของพันธะยึดเกาะ

เซลล์เยื่อบุหัวใจสร้างเยื่อหุ้มที่ทำหน้าที่ป้องกันหลอดเลือดรอบลิ้นหัวใจแต่ละอันคล้ายกับเยื่อบุหลอดเลือด วิธีการเปลี่ยนลิ้นหัวใจที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจะขจัดหน้าที่ป้องกันของเยื่อบุหัวใจ ซึ่งอาจนำไปสู่การสะสมของเกล็ดเลือดและไฟบรินบนลิ้นหัวใจเทียม การติดเชื้อแบคทีเรีย และการสะสมของแคลเซียมในเนื้อเยื่อ หน้าที่ที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งของเซลล์เหล่านี้คือการควบคุมเซลล์เยื่อบุลิ้นหัวใจที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งคล้ายกับการควบคุมเซลล์กล้ามเนื้อเรียบโดยเยื่อบุหัวใจ ปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนมีอยู่ระหว่างเยื่อบุหัวใจและเซลล์ที่อยู่ติดกัน ซึ่งบางส่วนเกิดจากปัจจัยที่ละลายน้ำได้ซึ่งหลั่งออกมาจากเซลล์เยื่อบุหัวใจ เซลล์เหล่านี้สร้างพื้นผิวขนาดใหญ่ที่ปกคลุมด้วยไมโครโปรทรูชันที่ด้านลูมินัล จึงเพิ่มการสัมผัสและปฏิสัมพันธ์ที่เป็นไปได้กับสารเมตาบอลิซึมในเลือดที่ไหลเวียน

เอนโดทีเลียมมักแสดงความแตกต่างทางสัณฐานวิทยาและการทำงานที่เกิดจากแรงเฉือนบนผนังหลอดเลือดอันเนื่องมาจากการไหลเวียนของเลือด และสิ่งนี้ยังใช้กับเซลล์เยื่อบุหัวใจลิ้นหัวใจซึ่งมีรูปร่างยาวหรือหลายเหลี่ยม การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างเซลล์อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำของเฮโมไดนามิกในพื้นที่ต่อส่วนประกอบของโครงร่างเซลล์หรือผลรองที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในเมทริกซ์นอกเซลล์ที่อยู่ข้างใต้ ในระดับจุลภาคโครงสร้าง เซลล์เยื่อบุหัวใจลิ้นหัวใจมีการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ เวสิเคิลในพลาสมา เรติคูลัมเอนโดพลาสมิกที่หยาบ และเครื่องมือกอลจิ แม้ว่าจะผลิตแฟกเตอร์ฟอนวิลเลอบรันด์ทั้งในร่างกายและในหลอดทดลอง แต่เซลล์เหล่านี้ไม่มีไวเบล-พาลาเดบอดี (แกรนูลเฉพาะที่มีแฟกเตอร์ฟอนวิลเลอบรันด์) ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่เป็นลักษณะเฉพาะของเอนโดทีเลียมหลอดเลือด เซลล์เยื่อบุหัวใจลิ้นหัวใจมีลักษณะเฉพาะคือมีรอยต่อที่แข็งแรง ปฏิสัมพันธ์ช่องว่างการทำงาน และรอยพับขอบที่ทับซ้อนกัน

เซลล์เยื่อบุหัวใจยังคงกิจกรรมการเผาผลาญไว้ได้แม้ในหลอดทดลอง โดยเซลล์เหล่านี้ผลิตแฟกเตอร์ฟอนวิลเลอบรันด์ พรอสตาไซคลิน ไนตริกออกไซด์ซินเทส แสดงกิจกรรมเอนไซม์แปลงแองจิโอเทนซิน และหลั่งโมเลกุลการยึดเกาะอย่างเข้มข้น ICAM-1 และ ELAM-1 ซึ่งมีความสำคัญในการจับกับเซลล์โมโนนิวเคลียร์ในระหว่างการพัฒนาการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน ควรคำนึงถึงเครื่องหมายทั้งหมดเหล่านี้เมื่อเพาะเลี้ยงเซลล์ในอุดมคติเพื่อสร้างลิ้นหัวใจเทียมโดยใช้วิศวกรรมเนื้อเยื่อ แต่ศักยภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันของเซลล์เยื่อบุหัวใจจากลิ้นหัวใจเองอาจจำกัดการใช้งานของเซลล์เหล่านี้ได้

เมทริกซ์นอกเซลล์ของลิ้นหัวใจประกอบด้วยคอลลาเจนเส้นใยและโมเลกุลขนาดใหญ่ของอีลาสติน โปรตีโอกลีแคนและไกลโคโปรตีน คอลลาเจนคิดเป็น 60% ของน้ำหนักแห้งของลิ้นหัวใจ อีลาสตินคิดเป็น 10% และโปรตีโอกลีแคนคิดเป็น 20% ส่วนประกอบของคอลลาเจนให้เสถียรภาพทางกลหลักของลิ้นหัวใจและแสดงโดยคอลลาเจนประเภท I (74%), II (24%) และ V (2%) มัดของเส้นใยคอลลาเจนถูกล้อมรอบด้วยปลอกอีลาสตินซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการโต้ตอบระหว่างเส้นใยเหล่านี้ โซ่ข้างไกลโคสะมิโนกลีแคนของโมเลกุลโปรตีโอกลีแคนมีแนวโน้มที่จะสร้างสารคล้ายเจลซึ่งโมเลกุลของเมทริกซ์อื่น ๆ จะโต้ตอบกันเพื่อสร้างพันธะถาวรและสะสมส่วนประกอบอื่น ๆ ไกลโคซามิโนไกลแคนของลิ้นหัวใจมนุษย์ประกอบด้วยกรดไฮยาลูโรนิกเป็นส่วนใหญ่ โดยมีเดอร์มาแทนซัลเฟต คอนโดรอิทิน-4-ซัลเฟต และคอนโดรอิทิน-6-ซัลเฟตในปริมาณที่น้อยกว่า โดยมีเฮปารานซัลเฟตในปริมาณเล็กน้อย การปรับโครงสร้างและการสร้างเนื้อเยื่อเมทริกซ์ใหม่จะถูกควบคุมโดยเมทริกซ์เมทัลโลโปรตีเอเนส (MMP) และสารยับยั้งเนื้อเยื่อ (TI) โมเลกุลเหล่านี้ยังเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางสรีรวิทยาและพยาธิวิทยาอื่นๆ อีกมากมาย เมทัลโลโปรตีเอเนสบางชนิด เช่น คอลลาจิเนสระหว่างเซลล์ (MMP-1, MMP-13) และเจลาตินเนส (MMP-2, MMP-9) และสารยับยั้งเนื้อเยื่อ (TI-1, TI-2, TI-3) พบได้ในลิ้นหัวใจทั้งหมด การผลิตเมทัลโลโปรตีเอเนสมากเกินไปเป็นลักษณะเฉพาะของภาวะทางพยาธิวิทยาของลิ้นหัวใจ

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

ลิ้นหัวใจและโครงสร้างทางสัณฐานวิทยา

ลิ้นหัวใจประกอบด้วยชั้นของเมทริกซ์แผ่นใบ 3 ชั้น ที่มีสัณฐานวิทยาแตกต่างและมีความสำคัญทางการทำงาน ได้แก่ ชั้นเส้นใย ชั้นฟองน้ำ และชั้นโพรงหัวใจ

ชั้นเส้นใยสร้างกรอบที่ทนทานต่อแรงกดสำหรับแผ่นลิ้นหัวใจ ซึ่งประกอบด้วยชั้นของเส้นใยคอลลาเจน เส้นใยเหล่านี้เรียงตัวเป็นแนวรัศมีเป็นรอยพับเพื่อให้ลิ้นหัวใจของหลอดเลือดแดงยืดออกได้เมื่อปิดลง ชั้นเส้นใยจะอยู่ใกล้กับพื้นผิวด้านนอกทางออกของลิ้นหัวใจเหล่านี้ ชั้นเส้นใยของลิ้นหัวใจเอเทรียวเวนทริคิวลาร์ทำหน้าที่เป็นส่วนต่อขยายของกลุ่มคอลลาเจนของคอร์ดาเทนดินี ซึ่งตั้งอยู่ระหว่างชั้นฟองน้ำ (ทางเข้า) และชั้นโพรงหัวใจ (ทางออก)

ระหว่างชั้นเส้นใยและชั้นโพรงหัวใจคือชั้นฟองน้ำ (spongy layer หรือ spongiosa) ชั้นฟองน้ำประกอบด้วยเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่จัดเรียงกันไม่ดีในสื่อที่มีความหนืด ส่วนประกอบเมทริกซ์หลักของชั้นนี้คือโปรตีโอไกลแคนที่มีคอลลาเจนที่เรียงตัวแบบสุ่มและชั้นอีลาสตินบางๆ โซ่ข้างของโมเลกุลโปรตีโอไกลแคนมีประจุลบที่แข็งแกร่ง ซึ่งส่งผลต่อความสามารถสูงในการจับน้ำและสร้างเจลเมทริกซ์ที่มีรูพรุน ชั้นฟองน้ำของเมทริกซ์ช่วยลดความเครียดทางกลในลิ้นหัวใจและรักษาความยืดหยุ่นของลิ้นหัวใจ

ชั้นโพรงหัวใจมีความบางกว่าชั้นอื่นมากและมีเส้นใยยืดหยุ่นสูงซึ่งช่วยให้เนื้อเยื่อต้านทานการเสียรูปอย่างต่อเนื่อง อีลาสตินมีโครงสร้างคล้ายฟองน้ำล้อมรอบและเชื่อมเส้นใยคอลลาเจน และรักษาเส้นใยเหล่านี้ให้คงอยู่ในสภาพพับกลาง ชั้นทางเข้าของลิ้นหัวใจ (โพรงหัวใจ - สำหรับลิ้นหัวใจแดง และแบบฟองน้ำ - สำหรับลิ้นหัวใจห้องบน) มีอีลาสตินมากกว่าทางออก ซึ่งช่วยให้แรงกระแทกไฮดรอลิกอ่อนลงเมื่อลิ้นหัวใจปิดลง ความสัมพันธ์ระหว่างคอลลาเจนและอีลาสตินนี้ทำให้ลิ้นหัวใจยืดออกได้ถึง 40% โดยไม่เสียรูปอย่างคงที่ เมื่อสัมผัสกับภาระเล็กน้อย โครงสร้างคอลลาเจนของชั้นนี้จะวางแนวตามทิศทางของภาระ และความต้านทานต่อการเติบโตของภาระเพิ่มเติมจะเพิ่มขึ้น

ดังนั้น แนวคิดที่ว่าลิ้นหัวใจเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเยื่อบุหัวใจนั้นไม่เพียงแต่ถูกทำให้เรียบง่ายขึ้นเท่านั้น แต่ยังไม่ถูกต้องอีกด้วย ลิ้นหัวใจเป็นอวัยวะที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยเส้นใยกล้ามเนื้อลาย หลอดเลือดและน้ำเหลือง และองค์ประกอบของเส้นประสาท ลิ้นหัวใจถือเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของหัวใจทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างหรือการทำงาน การวิเคราะห์การทำงานของลิ้นหัวใจปกติจะต้องคำนึงถึงการจัดระเบียบของเซลล์ ตลอดจนปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์และเมทริกซ์ ความรู้ที่ได้รับจากการศึกษาดังกล่าวเป็นแนวทางในการออกแบบและพัฒนาลิ้นหัวใจเทียมโดยใช้วิศวกรรมเนื้อเยื่อ