Aortálna chlopňa

Aortálna chlopňa sa považuje za najštudovanejšiu, pretože bola opísaná už dávno, počnúc Leonardom da Vincim (1513) a Valsalvom (1740) a opakovane, najmä v druhej polovici 20. storočia. Zároveň štúdie minulých rokov mali prevažne deskriptívny alebo menej často porovnávací charakter. Počnúc prácou J. Zimmermana (1969), v ktorej autor navrhol považovať „funkciu chlopne za pokračovanie jej štruktúry“, väčšina štúdií začala mať morfofunkčný charakter. Tento prístup k štúdiu funkcie aortálnej chlopne prostredníctvom štúdia jej štruktúry bol do istej miery spôsobený metodologickými ťažkosťami priameho štúdia biomechaniky aortálnej chlopne ako celku. Štúdium funkčnej anatómie umožnilo určiť morfofunkčné hranice aortálnej chlopne, objasniť terminológiu a tiež do značnej miery študovať jej funkciu.

Vďaka týmto štúdiám sa aortálna chlopňa v širšom zmysle začala považovať za jednu anatomickú a funkčnú štruktúru súvisiacu s aortou aj ľavou komorou.

Podľa moderných konceptov je aortálna chlopňa objemová štruktúra lievikovitého alebo valcovitého tvaru, pozostávajúca z troch dutín, troch interkuspidálnych trojuholníkov Henleho, troch semilunárnych cípov a vláknitého kruhu, ktorých proximálne a distálne hranice sú ventrikuloaortálne a sinotubulárne spojenia.

Menej často sa používa termín „chlopňovo-aortálny komplex“. V užšom zmysle sa aortálna chlopňa niekedy chápe ako uzamykací prvok pozostávajúci z troch cípov, troch komisúr a fibrózneho krúžku.

Z hľadiska všeobecnej mechaniky sa aortálna chlopňa považuje za kompozitnú štruktúru pozostávajúcu zo silného vláknitého (silového) rámu a relatívne tenkých škrupinových prvkov (sinusových stien a cípov) umiestnených na ňom. Deformácie a pohyby tohto rámu sa vyskytujú pôsobením vnútorných síl vznikajúcich v škrupinách, ktoré sú k nemu pripojené. Rám zase určuje deformácie a pohyby škrupinových prvkov. Rám pozostáva prevažne z pevne usporiadaných kolagénových vlákien. Táto konštrukcia aortálnej chlopne určuje trvanlivosť jej funkcie.

Valsalvove dutiny sú rozšírenou časťou počiatočného úseku aorty, proximálne ohraničenou zodpovedajúcim segmentom fibrózneho prstenca a cípom a distálne sinotubulárnym prechodom. Dutiny sú pomenované podľa koronárnych artérií, z ktorých odchádzajú: pravá koronárna, ľavá koronárna a nekoronárna. Stena dutín je tenšia ako stena aorty a pozostáva iba z intimy a medie, mierne zhrubnutej kolagénovými vláknami. V tomto prípade sa počet elastínových vlákien v stene dutín znižuje a kolagénové vlákna sa zväčšujú smerom od sinotubulárneho prechodu k ventrikuloaortálnemu prechodu. Husté kolagénové vlákna sa nachádzajú prevažne pozdĺž vonkajšieho povrchu dutín a sú orientované v obvodovom smere a v subkomisurálnom priestore sa podieľajú na tvorbe interkuspidálnych trojuholníkov, ktoré podopierajú tvar chlopne. Hlavnou úlohou dutín je prerozdeliť napätie medzi cípmi a dutinami počas diastoly a dosiahnuť rovnovážnu polohu cípov počas systoly. Dutiny sú na úrovni svojej základne rozdelené medzikuspovými trojuholníkmi.

Vláknitá kostra, ktorá tvorí aortálnu chlopňu, je jednotná priestorová štruktúra silných vláknitých prvkov koreňa aorty, vláknitého prstenca bázy chlopne, komisurálnych tyčiniek (stĺpikov) a sinotubulárneho prepojenia. Sinotubulárne prepojenie (klenutý prstenec alebo klenutý hrebeň) je vlnovité anatomické spojenie medzi dutinami a vzostupnou aortou.

Ventrikulo-aortálne prepojenie (prstenc základne chlopne) je okrúhle anatomické spojenie medzi vývodom ľavej komory a aortou, ktoré je vláknitou a svalovou štruktúrou. V zahraničnej chirurgickej literatúre sa ventrikulo-aortálne prepojenie často nazýva „aortálny prstenec“. Ventrikulo-aortálne prepojenie je tvorené v priemere 45 – 47 % myokardu arteriálneho kónusa ľavej komory.

Komisúra je línia spojenia (kontaktu) susedných cípov s ich periférnymi proximálnymi okrajmi na vnútornom povrchu distálneho segmentu koreňa aorty a jej distálny koniec je umiestnený na sinotubulárnom spojení. Komisurálne tyče (stĺpiky) sú miestami fixácie komisúr na vnútornom povrchu koreňa aorty. Komisurálne stĺpiky sú distálnym pokračovaním troch segmentov fibrózneho prstenca.

Henleho interkuspidálne trojuholníky sú fibrotické alebo fibromuskulárne zložky koreňa aorty a nachádzajú sa proximálne od komisúr medzi susednými segmentmi fibrozného prstenca a ich príslušnými cípmi. Anatomicky sú interkuspidálne trojuholníky súčasťou aorty, ale funkčne poskytujú výtokové cesty z ľavej komory a sú ovplyvnené skôr ventrikulárnou ako aortálnou hemodynamikou. Interkuspidálne trojuholníky hrajú dôležitú úlohu v biomechanickej funkcii chlopne tým, že umožňujú sinusom fungovať relatívne nezávisle, spájajú ich a udržiavajú jednotnú geometriu koreňa aorty. Ak sú trojuholníky malé alebo asymetrické, vyvinie sa úzky fibrozný prstenec alebo deformácia chlopne s následnou dysfunkciou cípov. Túto situáciu možno pozorovať pri bikuspidálnych aortálnych chlopniach.

Hrot je uzatvárací prvok chlopne, ktorého proximálny okraj vychádza z polmesiacovej časti fibrózneho prstenca, čo je hustá kolagénová štruktúra. Hrot pozostáva z tela (hlavne zaťaženej časti), koaptačnej (uzatváracej) plochy a bázy. Voľné okraje susedných chlopní v uzavretej polohe tvoria koaptačnú zónu siahajúcu od komisúr do stredu chlopne. Zhrubnutá trojuholníková stredná časť koaptačnej zóny chlopne sa nazýva Aranziho uzol.

Cíp, ktorý tvorí aortálnu chlopňu, pozostáva z troch vrstiev (aortálnej, ventrikulárnej a špongióznej) a zvonku je pokrytý tenkou endotelovou vrstvou. Vrstva smerujúca k aorte (fibrosa) obsahuje prevažne kolagénové vlákna orientované v obvodovom smere vo forme zväzkov a prameňov a malé množstvo elastínových vlákien. V koaptačnej zóne voľného okraja cípu je táto vrstva prítomná vo forme jednotlivých zväzkov. Kolagénové zväzky v tejto zóne sú „zavesené“ medzi komisurálnymi stĺpikmi pod uhlom približne 125° vzhľadom na stenu aorty. V tele cípu tieto zväzky odchádzajú pod uhlom približne 45° od vláknitého prstenca v tvare poloelipsy a končia na jeho opačnej strane. Táto orientácia „silových“ zväzkov a okrajov cípu v tvare „závesného mostíka“ má za cieľ preniesť tlakové zaťaženie počas diastoly z cípu na dutiny a vláknitú kostru, ktorá tvorí aortálnu chlopňu.

V nezaťaženej chlopni sú vláknité zväzky v stiahnutom stave vo forme vlnoviek umiestnených v obvodovom smere vo vzdialenosti približne 1 mm od seba. Kolagénové vlákna, ktoré tvoria zväzky, majú tiež vlnitú štruktúru v uvoľnenej chlopni s periódou vĺn približne 20 μm. Pri pôsobení záťaže sa tieto vlny narovnajú, čo umožňuje natiahnutie tkaniva. Úplne narovnané vlákna sa stanú neroztiahnuteľnými. Záhyby kolagénových zväzkov sa ľahko narovnajú pri miernom zaťažení chlopne. Tieto zväzky sú jasne viditeľné v zaťaženom stave aj v prechádzajúcom svetle.

Konštantnosť geometrických proporcií prvkov koreňa aorty bola študovaná metódou funkčnej anatómie. Zistilo sa najmä, že pomer priemerov sinotubulárneho prepojenia a bázy chlopne je konštantný a dosahuje 0,8 – 0,9. To platí pre chlopňovo-aortálne komplexy mladých a stredne starých jedincov.

S vekom dochádza ku kvalitatívnym procesom narušenia štruktúry steny aorty, sprevádzaným znížením jej elasticity a rozvojom kalcifikácie. To vedie na jednej strane k jej postupnému rozširovaniu a na druhej strane k zníženiu elasticity. Zmeny geometrických proporcií a zníženie rozťažnosti aortálnej chlopne sa vyskytujú vo veku nad 50 – 60 rokov, čo je sprevádzané zmenšením plochy otvorenia cípov a zhoršením funkčných charakteristík chlopne ako celku. Pri implantácii bezrámových biologických náhrad v aortálnej pozícii by sa mali brať do úvahy anatomické a funkčné vlastnosti koreňa aorty pacientov súvisiace s vekom.

Koncom 60. rokov 20. storočia sa uskutočnilo porovnanie štruktúry takého útvaru, ako je aortálna chlopňa u ľudí a cicavcov. Tieto štúdie preukázali podobnosť viacerých anatomických parametrov bravčových a ľudských chlopní na rozdiel od iných xenogénnych koreňov aorty. Ukázalo sa najmä, že nekoronárne a ľavé koronárne dutiny ľudskej chlopne boli najväčšie a najmenšie. Zároveň bol pravý koronárny sínus bravčovej chlopne najväčší a nekoronárny najmenší. Zároveň boli prvýkrát opísané rozdiely v anatomickej štruktúre pravého koronárneho sínusu bravčovej a ľudskej aortálnej chlopne. V súvislosti s rozvojom rekonštrukčnej plastickej chirurgie a náhrady aortálnej chlopne biologickými bezrámovými náhradami sa v posledných rokoch obnovili anatomické štúdie aortálnej chlopne.

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

Ľudská aortálna chlopňa a bravčová aortálna chlopňa

Bola vykonaná porovnávacia štúdia štruktúry ľudskej aortálnej chlopne a bravčovej aortálnej chlopne ako potenciálneho xenotransplantátu. Ukázalo sa, že xenogénne chlopne majú relatívne nízky profil a vo väčšine prípadov (80 %) sú asymetrické kvôli menšej veľkosti ich nekoronárneho sínusu. Mierna asymetria ľudskej aortálnej chlopne je spôsobená menšou veľkosťou jej ľavého koronárneho sínusu a nie je taká výrazná.

Prasacia aortálna chlopňa, na rozdiel od ľudskej, nemá fibrózny prstenec a jej dutiny priamo neohraničujú základňu cípov. Prasacie cípy sú svojou semilunárnou základňou pripojené priamo k základni chlopne, pretože skutočný fibrózny prstenec u prasacích chlopní chýba. Bázy xenogénnych dutín a cípov sú pripojené k fibróznym a/alebo fibromuskulárnym častiam základne chlopne. Napríklad základňa nekoronárnych a ľavých koronárnych cípov prasacej chlopne vo forme rozbiehajúcich sa cípov (fibrosa a ventnculans) je pripevnená k fibróznej základni chlopne. Inými slovami, cípy, ktoré tvoria prasaciu aortálnu chlopňu, priamo nepriliehajú k dutinám, ako je to v prípade alogénnych koreňov aorty. Medzi nimi sa nachádza distálna časť základne chlopne, ktorá v pozdĺžnom smere (pozdĺž osi chlopne) na úrovni najproximálnejšieho bodu ľavého koronárneho a nekoronárneho sínusu meria v priemere 4,6 ± 2,2 mm a pravého koronárneho sínusu 8,1 ± 2,8 mm. Toto je dôležitý a významný rozdiel medzi bravčovou chlopňou a ľudskou chlopňou.

Svalové úpon aortálneho kužeľa ľavej komory pozdĺž osi v koreni aorty ošípaných je oveľa výraznejšie ako v alogénnej. U ošípaných chlopní toto úpon tvorilo základňu pravého koronárneho cípu a rovnomenného sínusu a v menšej miere základňu susedných segmentov ľavého koronárneho a nekoronárneho cípu. U alogénnych chlopní toto úponovanie vytvára iba oporu pre základňu, najmä pravého koronárneho sínusu a v menšej miere ľavého koronárneho sínusu.

Analýza veľkostí a geometrických proporcií jednotlivých prvkov aortálnej chlopne v závislosti od intraaortálneho tlaku sa vo funkčnej anatómii používala pomerne často. Na tento účel sa koreň aorty naplnil rôznymi vytvrdzovacími látkami (guma, parafín, silikónová guma, plasty atď.) a jeho štrukturálna stabilizácia sa uskutočnila chemicky alebo kryogénne za rôznych tlakov. Výsledné odliatky alebo štruktúrované korene aorty sa študovali morfometrickou metódou. Tento prístup k štúdiu aortálnej chlopne umožnil stanoviť niektoré zákonitosti jej fungovania.

Experimenty in vitro a in vivo ukázali, že koreň aorty je dynamická štruktúra a väčšina jej geometrických parametrov sa mení počas srdcového cyklu v závislosti od tlaku v aorte a ľavej komore. Iné štúdie ukázali, že funkcia cípov je do značnej miery určená elasticitou a rozťažnosťou koreňa aorty. Vírovým pohybom krvi v dutinách sa pripisuje dôležitá úloha pri otváraní a zatváraní cípov.

Dynamika geometrických parametrov aortálnej chlopne bola študovaná v experimente na zvieratách pomocou vysokorýchlostnej kineangiografie, kinematografie a kinerádiografie, ako aj u zdravých jedincov pomocou kineangiokardiografie. Tieto štúdie nám umožnili pomerne presne odhadnúť dynamiku mnohých prvkov koreňa aorty a len predbežne odhadnúť dynamiku tvaru a profilu chlopne počas srdcového cyklu. Konkrétne sa ukázalo, že systolicko-diastolická expanzia sinotubulárneho prepojenia je 16 – 17 % a úzko koreluje s arteriálnym tlakom. Priemer sinotubulárneho prepojenia dosahuje svoje maximálne hodnoty na vrchole systolického tlaku v ľavej komore, čím uľahčuje otváranie chlopní v dôsledku divergencie komisúr smerom von, a potom sa po uzavretí chlopní znižuje. Priemer sinotubulárneho prepojenia dosahuje svoje minimálne hodnoty na konci izovolumickej relaxačnej fázy ľavej komory a začína sa zväčšovať v diastole. Komisurálne kolóny a sinotubulárne prepojenie sa vďaka svojej flexibilite podieľajú na rozložení maximálneho napätia v chlopniach po ich zatvorení počas obdobia rýchleho nárastu reverzného transvalvulárneho tlakového gradientu. Boli tiež vyvinuté matematické modely na vysvetlenie pohybu chlopní počas ich otvárania a zatvárania. Údaje z matematického modelovania však boli do značnej miery v rozpore s experimentálnymi údajmi.

Dynamika bázy aortálnej chlopne ovplyvňuje normálnu funkciu chlopňových chlopní alebo implantovanej bezrámovej bioprotézy. Ukázalo sa, že obvod bázy chlopne (pes a ovca) dosiahol svoju maximálnu hodnotu na začiatku systoly, počas systoly sa znížil a na jej konci bol minimálny. Počas diastoly sa obvod chlopne zväčšil. Báza aortálnej chlopne je tiež schopná cyklických asymetrických zmien svojej veľkosti v dôsledku kontrakcie svalovej časti ventrikuloaortálneho prepojenia (interkuspidálne trojuholníky medzi pravým a ľavým koronárnym sínusom, ako aj bázy ľavého a pravého koronárneho sínusu). Okrem toho boli zistené šmykové a torzné deformácie koreňa aorty. Najväčšie torzné deformácie boli zaznamenané v oblasti komisurálneho stĺpca medzi nekoronárnym a ľavým koronárnym sínusom a minimálne - medzi nekoronárnym a pravým koronárnym sínusom. Implantácia bezrámovej bioprotézy s polotuhou bázou môže zmeniť poddajnosť koreňa aorty voči torzným deformáciám, čo povedie k prenosu torzných deformácií na sinotubulárne spojenie kompozitného koreňa aorty a k vzniku skreslenia chlopní bioprotézy.

Štúdia normálnej biomechaniky aortálnej chlopne u mladých jedincov (v priemere 21,6 roka) bola vykonaná pomocou transezofageálnej echokardiografie s následným počítačovým spracovaním videozáznamov (až 120 snímok za sekundu) a analýzou dynamiky geometrických charakteristík prvkov aortálnej chlopne v závislosti od času a fáz srdcového cyklu. Ukázalo sa, že počas systoly sa významne mení plocha otvorenia chlopne, radiálny uhol chlopne k bázovine chlopne, priemer bázy chlopne a radiálna dĺžka chlopne. Priemer sinotubulárneho prepojenia, obvodová dĺžka voľného okraja chlopne a výška sinusov sa menia v menšej miere.

Radiálna dĺžka chlopne bola teda maximálna v diastolickej fáze izovolumického poklesu intraventrikulárneho tlaku a minimálna v systolickej fáze zníženej ejekcie. Radiálne systolicko-diastolické natiahnutie chlopne bolo v priemere 63,2 ± 1,3 %. Chlopňa bola dlhšia v diastole s vysokým diastolickým gradientom a kratšia vo fáze zníženého prietoku krvi, keď bol systolický gradient blízky nule. Obvodové systolicko-diastolické natiahnutie chlopne a sinotubulárneho prepojenia bolo 32,0 ± 2,0 % a 14,1 ± 1,4 %. Radiálny uhol sklonu chlopne k báze chlopne sa v priemere menil z 22° v diastole na 93° v systole.

Systolický pohyb cípov, ktoré tvoria aortálnu chlopňu, sa konvenčne delí na päť období:

1. prípravné obdobie prebiehalo počas fázy izovolumického nárastu intraventrikulárneho tlaku; chlopne sa narovnali, mierne skrátili v radiálnom smere, šírka koaptačnej zóny sa zmenšila, uhol sa v priemere zväčšil z 22° na 60°;
2. obdobie rýchleho otvárania chlopní trvalo 20-25 ms; s nástupom vypudenia krvi sa na spodnej časti chlopní vytvorila vlna inverzie, ktorá sa rýchlo šírila radiálnym smerom k telám chlopní a ďalej k ich voľným okrajom;
3. vrchol otvorenia chlopne nastal počas prvej fázy maximálneho vypudenia; počas tohto obdobia boli voľné okraje chlopní maximálne ohnuté smerom k dutinám, tvar otvoru chlopne sa blížil ku kruhu a z profilu sa chlopňa podobala tvaru skráteného obráteného kužeľa;
4. obdobie relatívne stabilného otvárania ventilov nastalo počas druhej fázy maximálneho vypudenia, voľné okraje ventilov sa narovnali pozdĺž osi prúdenia, ventil nadobudol tvar valca a ventily sa postupne zatvorili; na konci tohto obdobia sa tvar otvoru ventilu stal trojuholníkovým;
5. Obdobie rýchleho uzavretia chlopne sa zhodovalo s fázou zníženej ejekcie. Na báze cípov sa vytvorila reverzná vlna, ktorá natiahla stiahnuté cípy v radiálnom smere, čo viedlo k ich uzavretiu najprv pozdĺž komorového okraja koaptačnej zóny a potom k úplnému uzavretiu cípov.

Maximálne deformácie prvkov aortálneho koreňa sa vyskytovali počas období rýchleho otvárania a zatvárania chlopne. Pri rýchlych zmenách tvaru cípov, ktoré tvoria aortálnu chlopňu, v nich môže dôjsť k vysokému napätiu, čo môže viesť k degeneratívnym zmenám v tkanive.

Mechanizmus otvárania a zatvárania chlopne s tvorbou inverznej a reverznej vlny, ako aj zväčšenie radiálneho uhla sklonu chlopne k základni chlopne vo fáze izovolumického zvýšenia tlaku vo vnútri komory možno pripísať tlmiacim mechanizmom koreňa aorty, ktoré znižujú deformáciu a napätie chlopní.