Tensiunea biomecanică contribuie la menținerea sănătății valvelor cardiace pe parcursul decadelor
Colagenul joacă un rol esențial în menținerea valvelor cardiace puternice, dar inima este înconjurată de enzime care au rolul de a descompune colagenul.
Deci, cum pot funcționa valvulele cardiace eficient de-a lungul decadelor? Un nou studiu arată că tensiunea biomecanică aplicată acestor valve de fiecare dată când inima bate joacă un rol crucial în protejarea colagenului de degradare.
„Știm că colagenul este esențial pentru menținerea valvelor cardiace puternice și că flapsurile dintr-o valve cardiacă se deschid și se închid de milioane de ori în fiecare an”, afirmă Hsiao-Ying Shadow Huang. „De asemenea, știm că fluidul din jurul inimii conține colagenaze care sunt menite să distrugă acel colagen. Cu toate acestea, acele flapsuri rămân rezistente timp de decenii.”
„Când oamenii dezvoltă boli de inimă, integritatea structurală a acelor flapsuri poate să se degradeze foarte repede. Am dorit să explorăm de ce se întâmplă aceste lucruri și ce rol – dacă există – joacă biomecanica în aceste procese.”
Flapsurile sunt țesuturile dintr-o valve cardiacă care se deschid pentru a permite pomparea sângelui într-o singură direcție și se închid pentru a preveni întoarcerea sângelui.
În cadrul acestui studiu, cercetătorii au realizat experimente utilizând inimi de porc. Aceștia au testat diferite niveluri de tensiune pe flapsurile valvulare, trăgând țesutul în direcții diferite și variind nivelurile de colagenază în fluidul din jurul inimilor.
Când o inimă sănătoasă pompează, iar flapsul valvei aortice se află în poziția deschisă, flapsul este întins până la 70% din lungimea sa maximă pe direcția lungimii, dar doar până la 20% din capacitatea sa maximă pe lățime. Am testat flapsurile în aceste condiții, dar am analizat și alte niveluri de tensiune care păstrau aceeași proporție de 70% la 20%, cum ar fi 35% la 10%. Am încercat, de asemenea, să schimbăm raportul astfel încât flapsurile să experimenteze aceeași cantitate de tensiune în ambele direcții. Aceste experimente au fost realizate atât la niveluri normale de colagenază, cât și la niveluri crescute de colagenază.”
„Am descoperit că creșterea tensiunii nu a deteriorat colagenul, chiar și la niveluri mai ridicate de colagenaze – atâta timp cât raportul dintre tensiunea pe lungime și cea pe lățime a rămas constant,” afirmă Huang. „Când am schimbat raportul de tensiune, colagenul s-a degradat – indiferent de nivelurile de colagenază.”
În alte cuvinte, întinderea flapsului în aceeași direcție cu fibrele bogate în colagen servește ca un mecanism de protecție biomecanică, atâta timp cât se păstrează raportul natural de tensiune.
„Studii anterioare au identificat acest mecanism de protecție în țesuturile bogate în colagen din tendoane, dar acea cercetare a tras țesutul într-o singură direcție,” adaugă Huang. „Flapsurile valvulare cardiace experimentează tensiune în mai mult de o direcție de fiecare dată când se deschid și se închid, așa că această descoperire este un pas înainte.”
„Constatările noastre oferă, de asemenea, perspective asupra motivului pentru care flapsurile degradează atât de repede atunci când boala de inimă alterează cantitatea de tensiune la care sunt supuse – acestea au pierdut acel mecanism de apărare biomecanic,” precizează Huang.
„Aceste descoperiri avansează înțelegerea noastră asupra modului în care funcționează inima, cum eșuează și cum putem concepe noi biomateriale pentru utilizare în înlocuirea valvelor cardiace.”
Lucrarea, „Stabilizarea prin Tensiune a Colagenului în Țesuturile Valvulare Cardiace: O Explicație Biomecanică a Proteolizei,” este publicată în Journal of Biomechanical Engineering.
