Aortaklaff

Aortaklaffen anses vara den mest studerade, eftersom den beskrevs för länge sedan, med början med Leonardo da Vinci (1513) och Valsalva (1740), och upprepade gånger, särskilt under andra hälften av 1900-talet. Samtidigt var studierna från tidigare år huvudsakligen beskrivande eller, mer sällan, jämförande till sin natur. Med början i J Zimmermans arbete (1969), där författaren föreslog att betrakta "klafffunktionen som en fortsättning på dess struktur", började de flesta studierna vara av morfofunktionell natur. Detta tillvägagångssätt för att studera aortaklaffens funktion genom studiet av dess struktur berodde till viss del på de metodologiska svårigheterna med att direkt studera aortaklaffens biomekanik som helhet. Studier av funktionell anatomi gjorde det möjligt att bestämma aortaklaffens morfofunktionella gränser, förtydliga terminologin och även studera dess funktion i stor utsträckning.

Tack vare dessa studier började aortaklaffen i vid bemärkelse betraktas som en enda anatomisk och funktionell struktur relaterad till både aorta och vänster kammare.

Enligt moderna koncept är aortaklaffen en volymetrisk struktur med en trattformad eller cylindrisk form, bestående av tre bihålor, tre interkuspida trianglar av Henle, tre semilunar cusps och en fibrös ring, vars proximala och distala gränser är respektive ventrikuloaorta och sinotubulära korsningar.

Mindre vanligt förekommande är termen "valvulärt-aorta-komplex". I snäv bemärkelse förstås aortaklaffen ibland som ett låselement bestående av tre cuspar, tre kommissurer och en fibrös ring.

Ur allmän mekaniksynpunkt betraktas aortaklaffen som en sammansatt struktur bestående av en stark fiberstruktur (kraftstruktur) och relativt tunna skalelement (sinusväggar och cuspar) placerade på den. Deformationer och rörelser hos denna struktur sker under inverkan av interna krafter som uppstår i de skal som är fästa vid den. Strukturen bestämmer i sin tur deformationerna och rörelserna hos skalelementen. Strukturen består huvudsakligen av tätt packade kollagenfibrer. Denna utformning av aortaklaffen avgör dess funktions hållbarhet.

Valsalvas bihålor är den utvidgade delen av aortas initiala sektion, begränsad proximalt av motsvarande segment av den fibrösa ringen och klaffen, och distalt av den sinotubulära övergången. Bihålorna är namngivna efter de kranskärl från vilka de utgår: höger koronar, vänster koronar och icke-koronar. Bihålornas vägg är tunnare än aortaväggen och består endast av intima och media, något förtjockade av kollagenfibrer. I detta fall minskar antalet elastinfibrer i bihålornas vägg, och kollagenfibrerna ökar i riktning från den sinotubulära till den ventrikuloaortiska övergången. Täta kollagenfibrer är huvudsakligen belägna längs bihålornas yttre yta och är orienterade i omkretsriktningen, och i det subkommissurala utrymmet deltar de i bildandet av interkusp-trianglar som stöder klaffens form. Bihålornas huvudsakliga roll är att omfördela spänningen mellan kusper och bihålor under diastole och att etablera ett jämviktsläge för kusperna under systole. Bihålorna är uppdelade vid basnivån av interkusp-trianglar.

Det fibrösa ramverket som bildar aortaklaffen är en enda rumslig struktur av starka fibrösa element från aortaroten, den fibrösa ringen vid klaffbasen, kommissurala stavar (pelare) och den sinotubulära övergången. Den sinotubulära övergången (välvd ring eller välvd ås) är en vågformad anatomisk förbindelse mellan bihålorna och den ascendenserande aorta.

Ventrikulo-aorta-övergången (klaffbasringen) är en rund anatomisk förbindelse mellan vänster kammares utlopp och aorta, som är en fibrös och muskulär struktur. I utländsk kirurgisk litteratur kallas ventrikulo-aorta-övergången ofta för "aorta-ringen". Ventrikulo-aorta-övergången bildas i genomsnitt av 45-47 % av hjärtmuskeln i vänster kammares arteriella konus.

Kommissuren är förbindelselinjen (kontaktlinjen) mellan intilliggande kuspar och deras perifera proximala kanter på den inre ytan av det distala segmentet av aortaroten och dess distala ände är belägen vid den sinotubulära övergången. Kommissurstavar (kolonner) är fixeringsplatserna för kommissurer på den inre ytan av aortaroten. Kommissurkolonner är den distala fortsättningen av tre segment av den fibrösa ringen.

Henles interkuspidala trianglar är fibrösa eller fibromuskulära komponenter i aortaroten och är belägna proximalt om kommissurerna mellan intilliggande segment av den fibrösa ringen och deras respektive kusper. Anatomiskt sett är de interkuspidala trianglarna en del av aorta, men funktionellt utgör de utflödesvägar från vänster kammare och påverkas av ventrikulär snarare än aorta hemodynamik. De interkuspidala trianglarna spelar en viktig roll i klaffens biomekaniska funktion genom att tillåta sinuserna att fungera relativt oberoende, genom att förena dem och genom att upprätthålla en enhetlig aortarotgeometri. Om trianglarna är små eller asymmetriska utvecklas en smal fibrös ring eller klaffförvrängning med efterföljande dysfunktion av kusparna. Denna situation kan ses i bikuspidala aortaklaffar.

Kusp är ventilens låselement, med sin proximala kant som sträcker sig från den halvmåniga delen av den fibrösa ringen, som är en tät kollagenstruktur. Kusp består av en kropp (den huvudsakliga belastade delen), en koaptations- (stängnings-) yta och en bas. De fria kanterna på intilliggande kusp i stängt läge bildar en koaptationszon som sträcker sig från kommissurerna till mitten av kusp. Den förtjockade triangulära centrala delen av kuspens koaptationszon kallas Aranzi-noden.

Klaffen som bildar aortaklaffen består av tre lager (aorta, ventrikulär och svampig) och är täckt på utsidan av ett tunt endotellager. Skiktet som vetter mot aorta (fibrosa) innehåller huvudsakligen kollagenfibrer orienterade i omkretsriktningen i form av buntar och trådar, och en liten mängd elastinfibrer. I koaptationszonen på klaffens fria kant finns detta lager i form av individuella buntar. Kollagenbuntarna i denna zon är "upphängda" mellan kommissurpelarna i en vinkel på cirka 125° i förhållande till aortaväggen. I klaffens kropp avviker dessa buntar i en vinkel på cirka 45° från den fibrösa ringen i form av en halvellips och slutar på dess motsatta sida. Denna orientering av "kraft"-buntarna och klaffens kanter i form av en "hängbro" är avsedd att överföra tryckbelastningen under diastolen från klaffen till bihålorna och det fibrösa ramverket som bildar aortaklaffen.

I en obelastad klaff är fiberbuntarna i ett kontraherat tillstånd i form av vågiga linjer belägna i omkretsriktningen på ett avstånd av cirka 1 mm från varandra. Kollagenfibrerna som utgör buntarna har också en vågig struktur i en avslappnad klaff med en vågperiod på cirka 20 μm. När en belastning appliceras rätar dessa vågor ut sig, vilket gör att vävnaden kan töjas ut. Helt uträtade fibrer blir otöjbara. Vikarna i kollagenbuntarna rätar lätt ut sig under lätt belastning av klaffen. Dessa buntar är tydligt synliga i belastat tillstånd och i genomlysning.

Konstansen av de geometriska proportionerna hos aortarotelementen studerades med hjälp av funktionell anatomi. I synnerhet fann man att förhållandet mellan diametrarna för den sinotubulära övergången och klaffbasen är konstant och uppgår till 0,8-0,9. Detta gäller för klaff-aorta-komplexen hos unga och medelålders individer.

Med åldern sker kvalitativa processer för störningar av aortaväggens struktur, åtföljda av en minskning av dess elasticitet och utveckling av förkalkning. Detta leder å ena sidan till dess gradvisa expansion, och å andra sidan till en minskning av elasticiteten. Förändringar i geometriska proportioner och en minskning av aortaklaffens töjbarhet inträffar vid åldern över 50-60 år, vilket åtföljs av en minskning av öppningsarean för cusps och försämring av klaffens funktionella egenskaper som helhet. Åldersrelaterade anatomiska och funktionella egenskaper hos aortaroten hos patienter bör beaktas vid implantation av ramlösa biologiska substitut i aortapositionen.

En jämförelse av strukturen hos en sådan formation som aortaklaffen hos människor och däggdjur utfördes i slutet av 1960-talet. Dessa studier visade likheten mellan ett antal anatomiska parametrar hos svin- och mänskliga klaffar, i motsats till andra xenogena aortarötter. I synnerhet visades det att de icke-koronära och vänstra koronarbihålorna i den mänskliga klaffen var störst respektive minst. Samtidigt var den högra koronarbihålan i svinklaffen störst, och den icke-koronära var minst. Samtidigt beskrevs för första gången skillnaderna i den anatomiska strukturen hos den högra koronarbihålan hos svin- och mänskliga aortaklaffar. I samband med utvecklingen av rekonstruktiv plastikkirurgi och aortaklaffsersättning med biologiska ramlösa substitut har anatomiska studier av aortaklaffen återupptagits under senare år.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]

Mänsklig aortaklaff och svin-aortaklaff

En jämförande studie av strukturen hos den mänskliga aortaklaffen och den porcina aortaklaffen som potentiell xenograft genomfördes. Det visades att de xenogena klaffarna har en relativt låg profil och är asymmetriska i de flesta fall (80 %) på grund av den mindre storleken på deras icke-koronara sinus. Måttlig asymmetri hos den mänskliga aortaklaffen beror på den mindre storleken på dess vänstra koronara sinus och är inte så uttalad.

Till skillnad från den mänskliga har den porcina aortaklaffen ingen fibrös ring och dess bihålor gränsar inte direkt till basen av klaffens knottror. De porcina knottrorna är fästa med sin halvmåniga bas direkt vid klaffens bas, eftersom den verkliga fibrösa ringen saknas hos griskaflavor. Baserna hos xenogena bihålor och knottror är fästa vid de fibrösa och/eller fibromuskulära delarna av klaffbasen. Till exempel är basen hos de icke-koronära och vänstra koronarknottrorna hos griskaflaven i form av divergerande blad (fibrosa och ventnculans) fästa vid klaffens fibrösa bas. Med andra ord ligger knottrorna som bildar den porcina aortaklaffen inte direkt intill bihålorna, som hos de allogena aortarötterna. Mellan dem finns den distala delen av klaffbasen, som i längdriktningen (längs klaffaxeln) vid nivån för den mest proximala punkten på vänster koronar- och icke-koronarbihålor är lika med i genomsnitt 4,6 ± 2,2 mm, och för höger koronarbihåla - 8,1 ± 2,8 mm. Detta är en viktig och signifikant skillnad mellan svinklaffen och den mänskliga klaffen.

Den muskulära insättningen av aortakonen i vänster kammare längs axeln i den porcina aortaroten är mycket mer betydande än i den allogena. I porcina klaffar bildade denna insättning basen för den högra koronarspets och sinus med samma namn, och i mindre utsträckning basen för de intilliggande segmenten av vänster koronar- och icke-koronarspets. I allogena klaffar skapar denna insättning endast stöd för basen, huvudsakligen, för den högra koronarsinus och, i mindre utsträckning, för den vänstra koronarsinus.

Analys av storlekarna och de geometriska proportionerna hos de enskilda elementen i aortaklaffen beroende på det intraaorta trycket användes ganska ofta inom funktionell anatomi. För detta ändamål fylldes aortaroten med olika härdande ämnen (gummi, paraffin, silikongummi, plast, etc.), och dess strukturella stabilisering utfördes kemiskt eller kryogent under olika tryck. De resulterande avgjutningarna eller strukturerade aortarötterna studerades med hjälp av den morfometriska metoden. Denna metod för att studera aortaklaffen gjorde det möjligt att fastställa vissa mönster för dess funktion.

In vitro- och in vivo-experiment har visat att aortaroten är en dynamisk struktur och att de flesta av dess geometriska parametrar förändras under hjärtcykeln beroende på trycket i aorta och vänster kammare. Andra studier har visat att kuspers funktion till stor del bestäms av aortarotens elasticitet och töjbarhet. Blodets virvelrörelser i bihålorna tillskrevs en viktig roll i öppningen och stängningen av kusperna.

Dynamiken hos aortaklaffens geometriska parametrar studerades i ett djurförsök med höghastighetscineangiografi, kinematografi och cineradiografi, såväl som hos friska individer med hjälp av cineangiokardiografi. Dessa studier gjorde det möjligt för oss att uppskatta dynamiken hos många element i aortaroten ganska exakt och endast preliminärt uppskatta dynamiken hos klaffens form och profil under hjärtcykeln. I synnerhet visades det att den systolisk-diastoliska expansionen av den sinotubulära övergången är 16-17% och korrelerar nära med artärtrycket. Diametern på den sinotubulära övergången når sina maximala värden vid toppen av det systoliska trycket i vänster kammare, vilket underlättar öppnandet av klaffarna på grund av kommissurernas divergens utåt, och minskar sedan efter att klaffarna stängts. Diametern på den sinotubulära övergången når sina minimivärden i slutet av den isovolumiska relaxationsfasen i vänster kammare och börjar öka i diastole. Kommissurpelarna och den sinotubulära övergången deltar, på grund av sin flexibilitet, i fördelningen av den maximala spänningen i klaffarna efter deras stängning under perioden med snabb ökning av den omvända transvalvulära tryckgradienten. Matematiska modeller har också utvecklats för att förklara klaffarnas rörelse under deras öppning och stängning. Data från matematisk modellering var dock i stort sett inkonsekventa med de experimentella data.

Dynamiken i aortaklaffbasen påverkar den normala funktionen hos klaffbladen eller den implanterade ramlösa bioprotesen. Det visades att klaffbasens omkrets (hund och får) nådde sitt maximala värde i början av systolen, minskade under systolen och var minimal i slutet. Under diastolen ökade klaffomkretsen. Aortaklaffbasen är också kapabel till cykliska asymmetriska förändringar i sin storlek på grund av kontraktion av den muskulära delen av den ventrikuloaortiska övergången (interkuspidala trianglar mellan höger och vänster koronarbihålor, samt baserna för vänster och höger koronarbihålor). Dessutom avslöjades skjuv- och torsionsdeformationer av aortaroten. De största torsionsdeformationerna noterades i området kring kommissurpelaren mellan de icke-koronära och vänstra koronarbihålorna, och minimum - mellan de icke-koronära och högra koronarbihålorna. Implantation av en ramlös bioprotes med en halvstel bas kan förändra aortarotens följsamhet till torsionsdeformationer, vilket leder till överföring av torsionsdeformationer till den sinotubulära övergången i den sammansatta aortaroten och bildande av deformation av bioprotesbladen.

En studie av aortaklaffens normala biomekanik hos unga individer (21,6 år i genomsnitt) genomfördes med hjälp av transesofageal ekokardiografi med efterföljande datorbehandling av videobilder (upp till 120 bilder per sekund) och analys av dynamiken i aortaklaffarnas geometriska egenskaper beroende på tid och faser i hjärtcykeln. Det visades att under systole förändras klaffens öppningsarea, klaffbladets radiella vinkel i förhållande till klaffbasen, klaffbasens diameter och klaffbladets radiella längd avsevärt. Diametern på sinotubulära övergången, klaffbladets fria kants omkretslängd och bihålornas höjd förändras i mindre utsträckning.

Således var klaffbladets radiella längd maximal i den diastoliska fasen med isovoluminös minskning av intraventrikulärt tryck och minimal i den systoliska fasen med reducerad ejektion. Klaffbladets radiella systolisk-diastoliska sträckning var i genomsnitt 63,2 ± 1,3 %. Klaffbladet var längre i diastol med en hög diastolisk gradient och kortare i fasen med reducerat blodflöde, när den systoliska gradienten var nära noll. Den cirkumferentiella systolisk-diastoliska sträckningen av klaffbladet och den sinotubulära övergången var 32,0 ± 2,0 % respektive 14,1 ± 1,4 %. Klaffbladets radiella lutningsvinkel i förhållande till klaffbasen ändrades i genomsnitt från 22° i diastol till 93° i systol.

Den systoliska rörelsen hos cusps som bildar aortaklaffen delades konventionellt in i fem perioder:

1. Förberedelseperioden inträffade under fasen med isovoluminös ökning av det intraventrikulära trycket; klaffarna rätades ut, förkortades något i radiell riktning, koaptationszonens bredd minskade, vinkeln ökade i genomsnitt från 22° till 60°;
2. perioden med snabb öppning av ventilerna varade 20-25 ms; med början av blodutstötning bildades en inversionsvåg vid ventilernas bas, som snabbt spred sig i radiell riktning till ventilernas kroppar och vidare till deras fria kanter;
3. toppen av ventilöppningen inträffade under den första fasen av maximal utstötning; under denna period var ventilernas fria kanter maximalt böjda mot bihålorna, ventilöppningens form närmade sig en cirkel, och i profil liknade ventilen formen av en stympad inverterad kon;
4. Perioden med relativt stabil öppning av ventilerna inträffade under den andra fasen av maximal utstötning, ventilernas fria kanter rätades ut längs flödesaxeln, ventilen tog formen av en cylinder och ventilerna stängdes gradvis; vid slutet av denna period blev ventilöppningens form triangulär;
5. Perioden med snabb klaffstängning sammanföll med fasen med reducerad ejektion. Vid basen av kusparna bildades en reversionsvåg, som sträckte de kontraherade kusparna i radiell riktning, vilket ledde till deras stängning först längs den ventrikulära kanten av koaptationszonen, och sedan till fullständig stängning av kusparna.

Maximal deformation av aortarotelementen inträffade under perioder med snabb öppning och stängning av klaffen. Vid snabba förändringar i formen på kusparna som bildar aortaklaffen kan höga spänningar uppstå i dem, vilket kan leda till degenerativa förändringar i vävnaden.

Mekanismen för att öppna och stänga ventilen med bildandet av respektive en inversions- respektive reversionsvåg, samt en ökning av ventilens radiella lutningsvinkel mot ventilens bas i fasen av isovolumisk tryckökning inuti ventrikeln kan tillskrivas dämpningsmekanismerna hos aortaroten, vilket minskar deformationen och spänningen hos ventilerna.