Aortaklaff

Aortaklaffen regnes som den mest studerte, ettersom den ble beskrevet for lenge siden, med Leonardo da Vinci (1513) og Valsalva (1740), og gjentatte ganger, spesielt i løpet av andre halvdel av det 20. århundre. Samtidig var studiene fra tidligere år hovedsakelig beskrivende eller, sjeldnere, sammenlignende. Fra og med arbeidet til J Zimmerman (1969), der forfatteren foreslo å betrakte "klaffens funksjon som en fortsettelse av dens struktur", begynte de fleste studiene å være av morfofunksjonell karakter. Denne tilnærmingen til studiet av aortaklaffens funksjon gjennom studiet av dens struktur skyldtes til en viss grad de metodologiske vanskelighetene ved direkte studier av biomekanikken til aortaklaffen som helhet. Studier av funksjonell anatomi gjorde det mulig å bestemme aortaklaffens morfofunksjonelle grenser, klargjøre terminologien og også studere dens funksjon i stor grad.

Takket være disse studiene begynte aortaklaffen i bred forstand å bli betraktet som en enkelt anatomisk og funksjonell struktur relatert til både aorta og venstre ventrikkel.

I følge moderne konsepter er aortaklaffen en volumetrisk struktur med en traktformet eller sylindrisk form, bestående av tre bihuler, tre interkuspidale Henle-trekanter, tre semilunar-cusps og en fibrøs ring, hvis proksimale og distale grenser er henholdsvis ventrikuloaorta- og sinotubulære kryss.

Mindre vanlig er begrepet «aorta-klaffkompleks». I snever forstand forstås aortaklaffen noen ganger som et låseelement bestående av tre cusps, tre commissures og en fibrøs ring.

Fra et generell mekanikkperspektiv betraktes aortaklaffen som en sammensatt struktur bestående av en sterk fiberholdig (kraft) ramme og relativt tynne skallelementer (sinusvegger og cusps) plassert på den. Deformasjoner og bevegelser av denne rammen skjer under påvirkning av indre krefter som oppstår i skallene som er festet til den. Rammen bestemmer igjen deformasjonene og bevegelsene til skallelementene. Rammen består hovedsakelig av tettpakkede kollagenfibre. Denne utformingen av aortaklaffen bestemmer holdbarheten til dens funksjon.

Valsalvas bihuler er den utvidede delen av den første seksjonen av aorta, begrenset proksimalt av det tilsvarende segmentet av den fibrøse ringen og klaffen, og distalt av den sinotubulære overgangen. Bihulene er navngitt i henhold til koronararteriene de utgår fra: høyre koronar, venstre koronar og ikke-koronar. Bihuleveggen er tynnere enn aortaveggen og består kun av intima og media, noe fortykket av kollagenfibre. I dette tilfellet reduseres antallet elastinfibre i bihuleveggen, og kollagenfibrene øker i retning fra den sinotubulære til den ventrikuloaortiske overgangen. Tette kollagenfibre er hovedsakelig plassert langs den ytre overflaten av bihulene og er orientert i omkretsretningen, og i subkommissuralrommet deltar de i dannelsen av interkusp-trekanter som støtter klaffens form. Hovedrollen til bihulene er å omfordele spenningen mellom kuspene og bihulene under diastolen og å etablere en likevektsposisjon for kuspene under systolen. Bihulene er delt ved basen av interkusp-trekanter.

Det fiberholdige rammeverket som danner aortaklaffen er en enkelt romlig struktur av sterke fiberholdige elementer fra aortaroten, den fiberholdige ringen i klaffenes base, kommissurale stenger (søyler) og den sinotubulære overgangen. Den sinotubulære overgangen (buet ring eller buet rygg) er en bølgeformet anatomisk forbindelse mellom bihulene og den ascenderende aorta.

Ventrikulo-aorta-overgangen (ventilbasering) er en rund anatomisk forbindelse mellom venstre ventrikkels utløp og aorta, som er en fibrøs og muskuløs struktur. I utenlandsk kirurgisk litteratur kalles ventrikulo-aorta-overgangen ofte for "aorta-ringen". Ventrikulo-aorta-overgangen dannes i gjennomsnitt av 45–47 % av myokardiet i arteriekonusen i venstre ventrikkel.

Kommissuren er forbindelseslinjen (kontaktlinjen) mellom tilstøtende cusper og deres perifere proksimale kanter på den indre overflaten av det distale segmentet av aortaroten, og dens distale ende er plassert ved det sinotubulære krysset. Kommissurstenger (kolonner) er fikseringsstedene for kommissurer på den indre overflaten av aortaroten. Kommissursøyler er den distale fortsettelsen av tre segmenter av den fibrøse ringen.

Henles interkuspidale trekant er fibrøse eller fibromuskulære komponenter i aortaroten og er plassert proksimalt for kommissurene mellom tilstøtende segmenter av den fibrøse ringen og deres respektive kusper. Anatomisk sett er de interkuspidale trekantene en del av aorta, men funksjonelt gir de utstrømningskanaler fra venstre ventrikkel og påvirkes av ventrikulær snarere enn aorta hemodynamikk. De interkuspidale trekantene spiller en viktig rolle i klaffens biomekaniske funksjon ved å la sinusene fungere relativt uavhengig, ved å forene dem og ved å opprettholde en jevn aortarotgeometri. Hvis trekantene er små eller asymmetriske, utvikles en smal fibrøs ring eller klaffforvrengning med påfølgende dysfunksjon av kuspene. Denne situasjonen kan sees i bikuspidale aortaklaffer.

Cusp er klaffens låseelement, med sin proksimale kant som strekker seg fra den halvmåneformede delen av den fibrøse ringen, som er en tett kollagenstruktur. Cusp består av en kropp (hoveddelen med belastede deler), en koaptasjons- (lukkings-) overflate og en base. De frie kantene av tilstøtende cusps i lukket posisjon danner en koaptasjonssone som strekker seg fra kommissurene til midten av cusp. Den fortykkede trekantformede sentrale delen av cusp-koaptasjonssonen kalles Aranzi-noden.

Klaffen som danner aortaklaffen består av tre lag (aorta, ventrikkel og svampaktig) og er dekket på utsiden av et tynt endotellag. Laget som vender mot aorta (fibrosa) inneholder hovedsakelig kollagenfibre orientert i omkretsretningen i form av bunter og tråder, og en liten mengde elastinfibre. I koaptasjonssonen på klaffens frie kant er dette laget tilstede i form av individuelle bunter. Kollagenbuntene i denne sonen er "suspendert" mellom kommissursøylene i en vinkel på omtrent 125 ° i forhold til aortaveggen. I klaffens kropp avviker disse buntene i en vinkel på omtrent 45 ° fra den fiberholdige ringen i form av en halvellipse og ender på den motsatte siden. Denne orienteringen av "kraft"-buntene og kantene på klaffen i form av en "hengebro" er ment å overføre trykkbelastningen under diastolen fra klaffen til bihulene og det fiberholdige rammeverket som danner aortaklaffen.

I en ubelastet klaff er fiberbuntene i en kontrahert tilstand i form av bølgete linjer plassert i omkretsretningen i en avstand på omtrent 1 mm fra hverandre. Kollagenfibrene som utgjør buntene har også en bølget struktur i en avslappet klaff med en bølgeperiode på omtrent 20 μm. Når en belastning påføres, retter disse bølgene seg ut, slik at vevet kan strekkes. Fullstendig rettet fibre blir uforlengelige. Foldene i kollagenbuntene retter seg lett ut under lett belastning av klaffen. Disse buntene er tydelig synlige i belastet tilstand og i gjennomsiktig lys.

Konstansen av de geometriske proporsjonene til aortarotelementene ble studert ved hjelp av metoden for funksjonell anatomi. Spesielt ble det funnet at forholdet mellom diameteren til sinotubulærforbindelsen og klaffbasen er konstant og utgjør 0,8–0,9. Dette gjelder for klaff-aorta-kompleksene hos unge og middelaldrende individer.

Med alderen oppstår kvalitative prosesser med forstyrrelse av aortaveggstrukturen, ledsaget av en reduksjon i dens elastisitet og utvikling av forkalkning. Dette fører på den ene siden til en gradvis utvidelse, og på den andre siden til en reduksjon i elastisitet. Endringer i geometriske proporsjoner og en reduksjon i aortaklaffens forlengbarhet oppstår i alderen over 50-60 år, noe som er ledsaget av en reduksjon i åpningsarealet til cuspene og forverring av klaffens funksjonelle egenskaper som helhet. Aldersrelaterte anatomiske og funksjonelle trekk ved aortaroten hos pasienter bør tas i betraktning ved implantasjon av rammeløse biologiske erstatninger i aortaposisjon.

En sammenligning av strukturen til en slik formasjon som aortaklaffen hos mennesker og pattedyr ble utført på slutten av 1960-tallet. Disse studiene demonstrerte likheten mellom en rekke anatomiske parametere hos svine- og menneskeklaffer, i motsetning til andre xenogene aortarøtter. Spesielt ble det vist at de ikke-koronare og venstre koronarbihulene i den menneskelige klaffen var henholdsvis de største og minste. Samtidig var den høyre koronarbihulen i svineklaffen den største, og den ikke-koronare var den minste. Samtidig ble forskjellene i den anatomiske strukturen til den høyre koronarbihulen i svine- og menneskeaortaklaffer beskrevet for første gang. I forbindelse med utviklingen av rekonstruktiv plastikkirurgi og aortaklafferstatning med biologiske rammeløse erstatninger, har anatomiske studier av aortaklaffen blitt gjenopptatt de siste årene.

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

Menneskelig aortaklaff og svin aortaklaff

En sammenlignende studie av strukturen til den menneskelige aortaklaffen og den porcine aortaklaffen som et potensielt xenograft ble utført. Det ble vist at de xenogene klaffene har en relativt lav profil og er asymmetriske i de fleste tilfeller (80 %) på grunn av den mindre størrelsen på deres ikke-koronare sinus. Moderat asymmetri i den menneskelige aortaklaffen skyldes den mindre størrelsen på den venstre koronare sinus og er ikke så uttalt.

I motsetning til den menneskelige har ikke den porcine aortaklaffen en fibrøs ring, og bihulene grenser ikke direkte til bunnen av klaffens knokler. De porcine knoklene er festet med sin halvmåneformede base direkte til bunnen av klaffen, siden den ekte fibrøse ringen er fraværende hos griseklaffer. Basene til xenogene bihuler og knokler er festet til de fibrøse og/eller fibromuskulære delene av klaffbasen. For eksempel er basen til de ikke-koronare og venstre koronare knoklene i griseklaffen i form av divergerende småblad (fibrosa og ventnculans) festet til den fibrøse basen av klaffen. Med andre ord, knoklene som danner den porcine aortaklaffen er ikke direkte inntil bihulene, slik som i de allogene aortarøttene. Mellom dem er den distale delen av klaffens base, som i lengderetningen (langs klaffens akse) på nivå med det mest proksimale punktet i venstre koronar- og ikke-koronarbihuler er lik i gjennomsnitt 4,6 ± 2,2 mm, og for høyre koronarbihule - 8,1 ± 2,8 mm. Dette er en viktig og signifikant forskjell mellom svineklaffen og den menneskelige klaffen.

Den muskulære innsettingen av aortakeglen i venstre ventrikkel langs aksen i den porcine aortaroten er mye mer signifikant enn i den allogene. I griseklaffer dannet denne innsettingen basen til høyre koronarcusp og sinus med samme navn, og i mindre grad basen til de tilstøtende segmentene av venstre koronar- og ikke-koronarcusp. I allogene klaffer skaper denne innsettingen kun støtte for basen, hovedsakelig, av høyre koronarsinus og, i mindre grad, av venstre koronarsinus.

Analyse av størrelser og geometriske proporsjoner av individuelle elementer i aortaklaffen, avhengig av det intra-aortiske trykket, ble ofte brukt i funksjonell anatomi. For dette formålet ble aortaroten fylt med forskjellige herdende stoffer (gummi, parafin, silikongummi, plast, etc.), og dens strukturelle stabilisering ble utført kjemisk eller kryogenisk under forskjellige trykk. De resulterende avstøpningene eller strukturerte aortarøttene ble studert ved hjelp av den morfometriske metoden. Denne tilnærmingen til studiet av aortaklaffen gjorde det mulig å etablere noen mønstre av dens funksjon.

In vitro- og in vivo-eksperimenter har vist at aortaroten er en dynamisk struktur, og de fleste av dens geometriske parametere endres i løpet av hjertesyklusen avhengig av trykket i aorta og venstre ventrikkel. Andre studier har vist at funksjonen til kuspene i stor grad bestemmes av aortarotens elastisitet og distensibilitet. Virvelbevegelser av blod i bihulene ble tilskrevet en viktig rolle i åpningen og lukningen av kuspene.

Dynamikken i de geometriske parametrene til aortaklaffen ble studert i et dyreforsøk ved bruk av høyhastighetscineangiografi, kinematografi og cineradiografi, samt hos friske individer ved bruk av cineangiokardiografi. Disse studiene tillot oss å estimere dynamikken til mange elementer i aortaroten ganske nøyaktig og bare foreløpig estimere dynamikken i klaffens form og profil under hjertesyklusen. Spesielt ble det vist at den systolisk-diastoliske ekspansjonen av sinotubulærforbindelsen er 16–17 % og korrelerer nært med arterielt trykk. Diameteren til sinotubulærforbindelsen når sine maksimumsverdier ved toppen av systolisk trykk i venstre ventrikkel, og letter dermed åpningen av klaffene på grunn av divergensen av kommissurene utover, og avtar deretter etter at klaffene er lukket. Diameteren til sinotubulærforbindelsen når sine minimumsverdier ved slutten av den isovolumiske relaksasjonsfasen til venstre ventrikkel og begynner å øke i diastolen. Kommissursøylene og den sinotubulære overgangen deltar, på grunn av sin fleksibilitet, i fordelingen av maksimal spenning i klaffene etter at de er lukket i perioden med rask økning i den reverserte transvalvulære trykkgradienten. Matematiske modeller har også blitt utviklet for å forklare bevegelsen til klaffene under åpning og lukking. Dataene fra matematisk modellering var imidlertid i stor grad inkonsistente med de eksperimentelle dataene.

Dynamikken til aortaklaffens base påvirker den normale driften av klaffbladene eller den implanterte rammeløse bioprotesen. Det ble vist at omkretsen av klaffbasen (hund og sau) nådde sin maksimale verdi ved begynnelsen av systolen, minket under systolen og var minimal ved slutten. Under diastolen økte klaffomkretsen. Aortaklaffens base er også i stand til sykliske asymmetriske endringer i størrelse på grunn av sammentrekning av den muskulære delen av ventrikuloaorta-overgangen (interkuspidale trekanter mellom høyre og venstre koronarbihuler, samt basene til venstre og høyre koronarbihuler). I tillegg ble det avdekket skjær- og torsjonsdeformasjoner av aortaroten. De største torsjonsdeformasjonene ble observert i området av kommissursøylen mellom de ikke-koronære og venstre koronarbihulene, og minimum - mellom de ikke-koronære og høyre koronarbihulene. Implantasjon av en rammeløs bioprotese med en halvstiv base kan endre aortarotens ettergivenhet for torsjonsdeformasjoner, noe som vil føre til overføring av torsjonsdeformasjoner til den sinotubulære overgangen til den sammensatte aortaroten og dannelse av deformasjon av bioprotesebladene.

En studie av normal biomekanikk i aortaklaffen hos unge individer (21,6 år i gjennomsnitt) ble utført ved hjelp av transøsofageal ekkokardiografi med påfølgende databehandling av videobilder (opptil 120 bilder per sekund) og analyse av dynamikken i de geometriske egenskapene til aortaklaffelementene avhengig av tid og fase i hjertesyklusen. Det ble vist at under systole endres klaffens åpningsareal, den radielle vinkelen mellom klaffen og klaffbunnen, diameteren på klaffbunnen og den radielle lengden på klaffen betydelig. Diameteren på sinotubulærforbindelsen, den omkretsmessige lengden på klaffens frie kant og høyden på bihulene endres i mindre grad.

Dermed var den radielle lengden på klaffen maksimal i den diastoliske fasen med isovolumisk reduksjon i intraventrikulært trykk og minimal i den systoliske fasen med redusert ejeksjon. Den radielle systolisk-diastoliske strekningen av klaffen var i gjennomsnitt 63,2 ± 1,3 %. Klaffen var lengre i diastol med en høy diastolisk gradient og kortere i fasen med redusert blodstrøm, når den systoliske gradienten var nær null. Den sirkumferensielle systolisk-diastoliske strekningen av klaffen og den sinotubulære overgangen var henholdsvis 32,0 ± 2,0 % og 14,1 ± 1,4 %. Klaffens radielle helningsvinkel i forhold til klaffbasen endret seg i gjennomsnitt fra 22 i diastol til 93° i systol.

Den systoliske bevegelsen til cuspene som danner aortaklaffen ble konvensjonelt delt inn i fem perioder:

1. Den forberedende perioden fant sted i fasen med isovolumisk økning i intraventrikulært trykk; klaffene rettet seg ut, forkortet seg noe i radial retning, bredden på koaptasjonssonen minket, vinkelen økte i gjennomsnitt fra 22° til 60°;
2. Perioden med rask åpning av ventilene varte i 20-25 ms; med starten av blodutstøting ble det dannet en inversjonsbølge ved bunnen av ventilene, som raskt spredte seg i radial retning til ventilenes kropper og videre til deres frie kanter;
3. Toppen av ventilåpningen skjedde i den første fasen av maksimal utstøting; i løpet av denne perioden var de frie kantene på ventilene maksimalt bøyd mot bihulene, formen på ventilåpningen nærmet seg en sirkel, og i profil lignet ventilen formen på en avkortet invertert kjegle;
4. Perioden med relativt stabil åpning av ventilene skjedde i løpet av den andre fasen med maksimal utstøting, ventilenes frie kanter rettet seg ut langs strømningsaksen, ventilen tok form av en sylinder, og ventilene lukket seg gradvis; ved slutten av denne perioden ble formen på ventilåpningen trekantet;
5. Perioden med rask klafflukking falt sammen med fasen med redusert ejeksjon. Ved bunnen av kuspene ble det dannet en reverseringsbølge som strakte de kontraherte kuspene i radial retning, noe som førte til at de først ble lukket langs den ventrikulære kanten av koaptasjonssonen, og deretter til fullstendig lukking av kuspene.

Maksimale deformasjoner av aortarotelementene oppstod i perioder med rask åpning og lukking av klaffen. Ved raske endringer i formen på cuspene som danner aortaklaffen, kan det oppstå høye belastninger i dem, noe som kan føre til degenerative forandringer i vevet.

Mekanismen for åpning og lukking av ventilen med dannelsen av henholdsvis en inversjons- og reverseringsbølge, samt en økning i ventilens radielle helningsvinkel i forhold til ventilens base i fasen med isovolumisk trykkøkning inne i ventrikkelen, kan tilskrives dempningsmekanismene til aortaroten, noe som reduserer deformasjonen og belastningen på ventilene.