Медицинский эксперт статьи
Новые публикации
Аортальный клапан
Последняя редакция: 23.04.2024
Весь контент Web2Health проверяется медицинскими экспертами, чтобы обеспечить максимально возможную точность и соответствие фактам.
У нас есть строгие правила по выбору источников информации и мы ссылаемся только на авторитетные сайты, академические исследовательские институты и, по возможности, доказанные медицинские исследования. Обратите внимание, что цифры в скобках ([1], [2] и т. д.) являются интерактивными ссылками на такие исследования.
Если вы считаете, что какой-либо из наших материалов является неточным, устаревшим или иным образом сомнительным, выберите его и нажмите Ctrl + Enter.
Аортальный клапан считается наиболее изученным, поскольку описана давно, начиная с Леонардо да Винчи (1513) и Вальсальвы (1740), и многократно, особенно на протяжении второй половины XX столетия. При этом исследования прошлых лет носили, преимущественно, описательный или, реже, сравнительный характер. Начиная с работы J Zimmerman (1969), в которой автор предложил рассматривать «функцию клапана как продолжение его структуры», большинство исследований стало носить морфофункциональный характер. Такой подход в исследовании функции аортального клапана через изучение его структуры был, в определенной мере, обусловлен методическими трудностями прямого исследования биомеханики клапана аорты в целом Исследования функциональной анатомии позволили определить морфофункциональные границы аортального клапана, уточнить терминологию, а также изучить в значительной степени его функцию.
Благодаря этим исследованиям аортальный клапан в широком понимании стали рассматривать как единую анатомо-функциональную структуру, относящуюся как к аорте, так и к левому желудочку.
По современным представлениям, аортальный клапан является объемной структурой воронкообразной или цилиндрической формы, состоящей из трех синусов, трех межстворчатых треугольников Генле, трех полулунных створок и фиброзного кольца, проксимальной и дистальной границами которого являются, соответственно, вентрикулоаортальное и синотубулярное соединения.
Реже используется термин «клапанно-аортальный комплекс». В узком смысле, под аортальным клапаном иногда понимают запирательныи элемент состоящий из трех створок, трех комиссур и фиброзного кольца.
С точки зрения общей механики, аортальный клапан рассматривают как композитную структуру, состоящую из прочного фиброзного (силового) каркаса и размещенных на нем относительно тонких оболочечных элементов (стенки синусов и створки). Деформации и перемещения этого каркаса происходят под действием внутренних сил, возникающих в закрепленных на нем оболочках. Каркас, в свою очередь, определяет деформации и перемещения оболочечных элементов. Каркас состоит, преимущественно, из плотно упакованных коллагеновых волокон. Такая конструкция клапана аорты определяет долговечность его функцию.
Синусы Вальсальвы - расширенная часть начального отдела аорты, ограниченная проксимально соответствующим сегментом фиброзного кольца и створкой, а дистально - синотубулярным соединением. Синусы названы согласно отходящим коронарным артериям правый коронарный, левый коронарный и некоронарный. Стенка синусов тоньше стенки аорты и состоит только из интимы и медии, несколько утолщенных за счет коллагеновых волокон. При этом в стенке синусов количество эластиновых волокон уменьшается, а коллагеновых увеличивается по направлению от синотубулярного к вентрикулоаортальному соединению. Плотные коллагеновые волокна располагаются, преимущественно, по наружной поверхности синусов и ориентированы в окружном направлении, а в подкомиссуральном пространстве принимают участие в образовании межстворчатых треугольников, поддерживающих форму клапана. Основная роль синусов сводится к перераспределению напряжения между створками и синусами в диастолу и установления равновесного положения створок в систолу. Синусы разделены на уровне их основания межстворчатыми треугольниками.
Фиброзный каркас, который образует аортальный клапан представляет собой единую пространственную структуру прочных фиброзных элементов корня аорты, фиброзного кольца основания створок, комиссуральных стержней (столбиков) и синотубулярного соединения. Синотубулярное соединение (арочное кольцо, или арочный гребень) - волнообразной формы анатомическое соединение между синусами и восходящей аортой.
Вентрикулоаортальное соединение (кольцо основания клапана) - округлой формы анатомическое соединение между выходным отделом левого желудочка и аортой, представляющее собой фиброзную и мышечную структуру. В зарубежной литературе по хирургии вентрикулоаортальное соединение чаще называют «аортальным кольцом». Вентрикулоаортальное соединение сформировано, в среднем, на 45-47% из миокарда артериального конуса левого желудочка.
Комиссура - линия соединения (соприкосновения) смежных створок своими периферическими проксимальными краями на внутренней поверхности дистального сегмента корня аорты и предлежащая своим дистальным концом к синотубулярному соединению. Комиссуральные стержни (столбики) - места фиксации комиссур на внутренней поверхности корня аорты. Комиссуральные столбики являются дистальным продолжением трех сегментов фиброзного кольца.
Межстворчатые треугольники Генле являются фиброзными или фиброзно-мышечными компонентами корня аорты и расположены проксимальнее комиссур между смежными сегментами фиброзного кольца и соответствующими створками. Анатомически межстворчатые треугольники являются частью аорты, однако функционально они обеспечивают выходные пути из левого желудочка и подвержены воздействию гемодинамики желудочка, а не аорты. Межстворчатые треугольники играют важную роль в биомеханической функции клапана, позволяя синусам функционировать относительно независимо, объединяют их и поддерживают единую геометрию корня аорты. Если треугольники малы или асимметричны, то развивается узкое фиброзное кольцо или дисторция клапана с последующим нарушением функции створок. Эту ситуацию можно наблюдать при двустворчатом клапане аорты.
Створка - запирающий элемент клапана, своим проксимальным краем отходит от полулунной части фиброзного кольца, представляющего собой плотную коллагеновую структуру. Створка состоит из тела (основной нагружаемой части), поверхности коаптации (смыкания) и основания. Свободные края смежных створок в закрытом положении образуют зону коаптации, распространяющуюся от комиссур к центру створки. Утолщенная треугольной формы центральная часть зоны коаптации створки получила название узелка Аранци.
Створка, которая образует аортальный клапан состоит из трех слоев (аортального, желудочкового и губчатого) и покрыта снаружи тонким эндотелиальным слоем. Слои, обращенный в сторону аорты (fibrosa), преимущественно содержит коллагеновые волокна, ориентированные в окружном направлении в виде пучков и тяжей, и небольшого количества эластиновых волокон. В зоне коаптации свободного края створки этот слой присутствует в виде отдельных пучков. Коллагеновые пучки в этой зоне «подвешены» между комиссуральными столбиками под углом приблизительно в 125° относительно стенки аорты. В теле сворки эти пучки отходят под углом около 45° от фиброзного кольца в виде полуэллипса и заканчиваются на его противоположной стороне. Такая ориентация ««силовых» пучков и краев створки в виде «подвесного моста» предназначена для передачи нагрузки давлением в диастолу со створки на синусы и фиброзный каркас, который образует аортальный клапан.
В ненагруженной створке пучки фиброзы находятся в сокращенном состоянии в виде волнистых линии, расположенных в окружном направлении на расстоянии приблизительно в 1 мм друг от друга. Коллагеновые волокна, составляющие пучки, в расслабленной створке имеют также волнистую структуру с периодом волны около 20 мкм. При приложении нагрузки эти волны распрямляются, позволяя ткани растянуться. Полностью выпрямленные волокна становятся нерастяжимыми. Складки коллагеновых пучков легко распрямляются при небольшом нагружении створки. Эти пучки хорошо видны в нагруженном состоянии и проходящем свете.
Постоянство геометрических пропорций элементов корня аорты было изучено методом функциональной анатомии. В частности, было установлено, что отношение диаметров синотубулярного соединения и основания клапана постоянно и составляет 0,8-0,9. Это справедливо для клапанно-аортальных комплексов лиц молодого и среднего возраста.
С возрастом происходят качественные процессы нарушения структуры стенки аорты, сопровождающиеся уменьшением ее эластичности и развитием кальцификации. Это приводит, с одной стороны, к постепенному ее расширению, а с другой, - к снижению эластичности. Изменение геометрических пропорций и снижение растяжимости аортального клапана наступает в возрасте старше 50-60 лет, что сопровождается уменьшением площади открытия створок и ухудшением функциональных характеристик клапана в целом. Возрастные анатомо-функциональные особенности корня аорты пациентов должны учитываться при имплантации бескаркасных биологических заменителей в аортальную позицию.
Сравнение структуры такого образования, как аортальный клапан человека и млекопитающих было выполнено в конце 60-х гг XX столетия. В этих работах была показана схожесть ряда анатомических параметров свиного и человеческого клапана в отличие от других ксеногенных корней аорты. В частности, было показано, что у человеческого клапана некоронарный и левый коронарный синусы были, соответственно, самым большим и маленьким. В то же время у свиного клапана правый коронарный синус был самым большим, а некоронарный - самым меньшим. Тогда же впервые были описаны различия в анатомическом строении правого коронарного синуса свиного и человеческого клапана аорты. В связи с развитием реконструктивно-пластической хирургии и протезирования аортального клапана биологическими бескаркасными заменителями в последние годы вновь возобновились анатомические исследования клапана аорты.
[Аортальный клапан человека и свиной клапан аорты
Проведено сравнительное исследование структуры аортального клапана человека и свиного аортального клапана как потенциального ксенографта. Было показано, что ксеногенные клапаны имеют относительно низкий профиль и в большинстве случаев (80%) асимметричны вследствие меньшего размера их некоронарного синуса. Умеренная асимметрия клапана аорты человека обусловлена меньшим размером его левого коронарного синуса и не столь выражена.
Свиной аортальный клапан, в отличие от человеческого, не имеет фиброзного кольца и его синусы непосредственно не граничат с основанием створок. Свиные створки крепятся своим полулунным основанием непосредственно к основанию клапана, поскольку истинное фиброзное кольцо у свиных клапанов отсутствует. Основания ксеногенных синусов и створок крепятся к фиброзной и/или фиброзно-мышечной частям основания клапана. Например, основание некоронарной и левой коронарной створок свиного клапана в виде расходящихся листков (fibrosa и ventnculans) крепятся к фиброзному основанию клапана. Иными словами, створки, которые образуют свиной аортальный клапан непосредственно не примыкают к синусам, как у аллогенных корней аорты. Между ними расположена дистальная часть основания клапана, которая в продольном направлении (вдоль оси клапана) на уровне самой проксимальной точки левого коронарного и некоронарного синусов равна, в среднем, 4,6 ± 2,2 мм, а правого коронарного синуса - 8,1 ± 2,8 мм. Это является важным и существенным отличием свиного клапана от клапана человека.
Мышечное внедрение аортального конуса левого желудочка по оси в свином корне аорты гораздо значительнее, чем в аллогенном. У свиных клапанов это внедрение образовывало основание правой коронарной створки и одноименного синуса, а также в меньшей степени основание прилежащих сегментов левой коронарной и некоронарной створок. У аллогенных клапанов это внедрение создает лишь опору основанию, преимущественно, правого коронарного синуса и, в меньшей мере, левого коронарного синуса.
Анализ размеров и геометрических пропорций отдельных элементов клапана аорты в зависимости от внутриаортального давления использовался в функциональной анатомии достаточно часто. Для этого применяли заливку корня аорты различными отвердевающими веществами (каучуком, парафином, силиконовой резиной, пластмассами и др.), а также производили его структурную стабилизацию химическим или криогенным способом под разным давлением. Полученные слепки или структурированные корни аорты изучали морфометрическим методом. Такой подход к исследованию аортального клапана позволил установить некоторые закономерности его функционирования.
В экспериментах in vitro и in vivo было показано, что корень аорты является динамической структурой и большинство его геометрических параметров меняется в течение сердечного цикла в зависимости от давления в аорте и левом желудочке. В других исследованиях было показано, что функция створок в значительной мере определяется эластичностью и растяжимостью корня аорты. Вихревым движениям крови в синусах отводилась важная роль в открытии и закрытии створок.
Исследование динамики геометрических параметров клапана аорты было проведено в эксперименте на животных методами высокоскоростной киноангиографии, кинематографиии и кинерадиографии, а также у здоровых лиц с помощью киноангиокардиографии. Эти исследования позволили достаточно точно оценить динамику многих элементов корня аорты и только предположительно оценить динамику формы и профиля створки в течение сердечного цикла. В частности, было показано, что систолодиастолическое расширение синотубулярного соединения составляет 16-17% и тесно коррелирует с артериальным давлением. Диаметр синотубулярного соединения достигает максимальных значений на пике систолического давления в левом желудочке, облегчая тем самым открытие створок за счет расхождения комиссур кнаружи, а затем уменьшается после закрытия створок. Диаметр синотубулярного соединения достигает минимальных значений в конце фазы изоволюмического расслабления левого желудочка и начинает увеличиваться в диастолу. Комиссуральные столбики и синотубулярное соединение благодаря своей гибкости участвуют в распределении максимального напряжения в створках после их закрытия в течение периода быстрого роста обратного трансклапанного градиента давления. Также были разработаны математические модели для объяснения движения створок во время их открытия и закрытия. Однако данные математического моделирования в значительной мере не согласовывались с экспериментальными данными.
Динамика основания клапана аорты оказывает влияние на нормальную работу створок клапана или имплантированного бескаркасного биопротеза. Было показано периметр основания клапана (собаки и овцы) достигал максимального значения в начале систолы, уменьшался в течение систолы и был минимальным в ее конце. В течение диастолы периметр клапана увеличивался. Основание аортального клапана также способно к циклическим асимметричным изменениям своего размера за счет сокращения мышечной части вентрикулоаортального соединения (межстворчатых треугольников между правым и левым коронарными синусами, а также оснований левого и правого коронарных синусов). Кроме этого, были выявлены деформации сдвига и кручения корня аорты. Самые большие скручивающие деформации отмечены в области комиссурального столбика между некоронарным и левым коронарным синусами, а минимальные - между некоронарным и правым коронарным. Имплантация бескаркасного биопротеза с полужестким основанием может изменить податливость корня аорты к скручивающим деформациям, что приведет к передаче скручивающих деформаций на синотубулярное соединение композитного корня аорты и образованию дисторции створок биопротеза.
Проведено исследование нормальной биомеханики клапана аорты у молодых лиц (в среднем 21,6 года) методом чреспищеводной эхокардиографии с последующей компьютерной обработкой видеоизображения (до 120 кадров в секунду) и анализом динамики геометрических характеристик элементов клапана аорты в зависимости от времени и фаз сердечного цикла. Было показано, что в систолу существенно изменяются площадь открытия клапана, радиальный угол наклона створки к основанию клапана, диаметр основания клапана и радиальная длина створки. В меньшей степени изменяются диаметр синотубулярного соединения, окружная длина свободного края створки и высота синусов.
Так, радиальная длина створки была максимальной в диастолическую фазу изоволюмического снижения внутрижелудочкового давления и минимальной - в систолическую фазу редуцированного изгнания. Радиальное систолодиастолическое растяжение створки составило, в среднем, 63,2±1,3%. Створка была длиннее в диастолу при высоком диастолическом градиенте и короче в фазу редуцированного кровотока, когда систолический градиент был близок к нулю. Окружное систолодиастолическое растяжение створки и синотубулярного соединения составило, соответственно, 32,0±2,0% и 14,1±1,4%. Радиальный угол наклона створки к основанию клапана изменялся, в среднем, от 22 в диастолу до 93° в систолу.
Систолическое перемещение створок, которые образуют аортальный клапан условно подразделяли на пять периодов:
- подготовительный период приходился на фазу изоволюмического повышения внутрижелудочкового давления; створки выпрямлялись, несколько укорачивались в радиальном направлении, ширина зоны коаптации уменьшалась, угол увеличивался, в среднем, с 22° до 60°;
- период быстрого открытия створок продолжался 20-25 мс; с началом изгнания крови у основания створок образовывалась волна инверсии, которая быстро распространялась в радиальном направлении на тела створок и дальше к их свободным краям;
- пик открытия створок приходился на первую фазу максимального изгнания; в этот период свободные края створок максимально изгибались в сторону синусов, форма открытия клапана приближалась к кругу, а в профиль клапан напоминал форму усеченного перевернутого конуса;
- период относительно устойчивого открытия створок приходился на вторую фазу максимального изгнания, свободные края створок выпрямлялись вдоль оси потока, клапан принимал форму цилиндра, и створки постепенно прикрывались; к концу этого периода форма отверстия клапана становилась треугольной;
- период быстрого закрытия клапана совпадал с фазой редуцированного изгнания. У основания створок образовывалась волна реверсии, растягивающая сократившиеся створки в радиальном направлении, что приводило к их смыканию вначале по желудочковому краю зоны коаптации, а затем - к полному закрытию створок.
Максимальные деформации элементов корня аорты приходились на периоды быстрого открытия и закрытия клапана. При быстром изменении формы створок, которые образуют аортальный клапан в них могут возникать высокие напряжения, способные приводить к дегенеративным изменениям ткани.
Механизм открытия и закрытия створки с образованием, соответственно, волны инверсии и реверсии, а также увеличение радиального угла наклона створки к основанию клапана в фазу изоволюмического повышения давления внутри желудочка можно отнести к демпферным механизмам корня аорты, снижающим деформации и напряжения створок клапана.
Использованная литература