Учёные выяснили, почему створки сердечных клапанов сохраняют прочность на протяжении десятилетий, несмотря на постоянное воздействие ферментов, разрушающих коллаген. Ключевую роль играет механическое напряжение, возникающее при каждом сокращении сердца. Оно защищает коллагеновые волокна от разрушения.
Створки клапана открываются, пропуская кровь в одном направлении, а затем закрываются, не позволяя ей двигаться обратно. В их составе много коллагена, однако окружающая сердце жидкость содержит коллагеназы — ферменты, способные расщеплять этот белок. При этом у людей с сердечными заболеваниями прочность створок иногда быстро снижается.
«Мы знаем, что коллаген необходим для прочности сердечных клапанов, а створки клапана открываются и закрываются миллионы раз в год», — сказала первый автор исследования, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии Университета штата Северная Каролина Хсиао-Ин Шэдоу Хуан. По её словам, исследователи решили проверить, может ли биомеханика объяснить устойчивость здоровых клапанов и их быстрое повреждение при болезни.
Опыты провели на свиных сердцах. Учёные растягивали створки в разных направлениях, меняли силу нагрузки и концентрацию коллагеназы в окружающей жидкости, а после каждого эксперимента изучали микроструктуру тканей. В норме при открытом аортальном клапане продольное растяжение достигает 70% от максимального, тогда как поперечное составляет 20%.
Эксперименты показали, что увеличение нагрузки само по себе не повреждало коллаген даже при повышенном содержании коллагеназы, если соотношение продольного и поперечного растяжения сохранялось. Когда это соотношение меняли, коллаген разрушался независимо от уровня фермента. Таким образом, растяжение вдоль направления коллагеновых волокон действует как защитный механизм, но только при сохранении естественной пропорции нагрузок.
«Наши результаты помогают понять, почему створки быстро разрушаются при сердечных заболеваниях: они теряют этот биомеханический механизм защиты», — отметила Хуан. Исследование опубликовано в Journal of Biomechanical Engineering, о результатах сообщила Университет штата Северная Каролина.