Aortna zaklopka

Aortna zaklopka velja za najbolj preučeno, saj je bila opisana že zdavnaj, začenši z Leonardom da Vincijem (1513) in Valsalvo (1740), in večkrat, zlasti v drugi polovici 20. stoletja. Hkrati so bile študije preteklih let predvsem opisne ali redkeje primerjalne narave. Začenši z delom J. Zimmermana (1969), v katerem je avtor predlagal, da se "funkcija zaklopke obravnava kot nadaljevanje njene strukture", je večina študij začela biti morfofunkcionalne narave. Ta pristop k preučevanju funkcije aortne zaklopke s preučevanjem njene strukture je bil do neke mere posledica metodoloških težav neposrednega preučevanja biomehanike aortne zaklopke kot celote. Študije funkcionalne anatomije so omogočile določitev morfofunkcionalnih meja aortne zaklopke, razjasnitev terminologije in tudi v veliki meri preučevanje njene funkcije.

Zahvaljujoč tem študijam se je aortna zaklopka v širšem smislu začela obravnavati kot ena sama anatomska in funkcionalna struktura, povezana tako z aorto kot z levim prekatom.

Po sodobnih konceptih je aortna zaklopka volumetrična struktura lijakaste ali valjaste oblike, ki jo sestavljajo trije sinusi, trije interkuspidalni trikotniki Henle, trije semilunarni koščki in vlaknasti obroč, katerega proksimalna in distalna meja sta ventrikuloaortni in sinotubularni stiki.

Manj pogosto se uporablja izraz "valvularno-aortni kompleks". V ožjem smislu se aortna zaklopka včasih razume kot zaporni element, ki ga sestavljajo trije zaklopki, tri komisure in vlaknasti obroč.

Z vidika splošne mehanike se aortna zaklopka obravnava kot kompozitna struktura, ki jo sestavljajo močan vlaknast (energetski) okvir in relativno tanki elementi lupine (sinusne stene in zaklopke), nameščeni na njem. Deformacije in premiki tega okvirja se pojavljajo pod delovanjem notranjih sil, ki nastanejo v lupinah, ki so nanj pritrjene. Okvir pa določa deformacije in premike elementov lupine. Okvir je sestavljen predvsem iz tesno zloženih kolagenskih vlaken. Ta zasnova aortne zaklopke določa trajnost njene funkcije.

Valsalvini sinusi so razširjeni del začetnega dela aorte, proksimalno omejen z ustreznim segmentom vlaknatega obroča in konico, distalno pa s sinotubularnim stikom. Sinusi so poimenovani glede na koronarne arterije, iz katerih izhajajo: desna koronarna, leva koronarna in nekoronarna. Stena sinusov je tanjša od stene aorte in je sestavljena le iz intime in medije, nekoliko odebeljene s kolagenimi vlakni. V tem primeru se število elastinskih vlaken v steni sinusov zmanjša, kolagena vlakna pa se povečajo v smeri od sinotubularnega do ventrikuloaortnega stiku. Gosta kolagena vlakna se nahajajo predvsem vzdolž zunanje površine sinusov in so usmerjena v obodni smeri, v subkomisuralnem prostoru pa sodelujejo pri tvorbi medkuspijskih trikotnikov, ki podpirajo obliko zaklopke. Glavna vloga sinusov je prerazporeditev napetosti med konicami in sinusi med diastolo ter vzpostavitev ravnotežnega položaja konic med sistolo. Sinusi so na ravni svoje baze razdeljeni z medvmesnimi trikotniki.

Vlaknasti okvir, ki tvori aortno zaklopko, je enotna prostorska struktura močnih vlaknastih elementov aortne korenine, vlaknatega obroča baze zaklopk, komisuralnih palic (stebrov) in sinotubularnega stika. Sinotubularni stik (lokasti obroč ali obokani greben) je valovita anatomska povezava med sinusi in ascendentno aorto.

Ventrikulo-aortni stik (valve basis ring) je okrogla anatomska povezava med izstopno iztočnico levega prekata in aorto, ki je vlaknata in mišična struktura. V tuji kirurški literaturi se ventrikulo-aortni stik pogosto imenuje "aortni obroč". Ventrikulo-aortni stik v povprečju tvori 45-47 % miokarda arterijskega konusa levega prekata.

Komisura je linija stika (stika) sosednjih komisur z njihovimi perifernimi proksimalnimi robovi na notranji površini distalnega segmenta aortne korenine, njen distalni konec pa se nahaja na sinotubularnem stiku. Komisuralne palice (stebri) so mesta fiksacije komisur na notranji površini aortne korenine. Komisuralni stebri so distalno nadaljevanje treh segmentov vlaknatega obroča.

Henlejevi interkuspidalni trikotniki so vlaknate ali fibromuskularne komponente aortne korenine in se nahajajo proksimalno od komisur med sosednjimi segmenti vlaknatega obroča in njihovimi ustreznimi konicami. Anatomsko so interkuspidalni trikotniki del aorte, funkcionalno pa zagotavljajo iztočne poti iz levega prekata in nanje vpliva ventrikularna in ne aortna hemodinamika. Interkuspidalni trikotniki igrajo pomembno vlogo pri biomehanični funkciji zaklopke, saj omogočajo relativno neodvisno delovanje sinusov, jih združujejo in ohranjajo enotno geometrijo aortne korenine. Če so trikotniki majhni ali asimetrični, se razvije ozek vlaknati obroč ali popačenje zaklopke s posledično disfunkcijo konic. To stanje lahko opazimo pri bikuspidalnih aortnih zaklopkah.

Košček je zaporni element zaklopke, njegov proksimalni rob se razteza od pollunarnega dela vlaknatega obroča, ki je gosta kolagena struktura. Košček je sestavljen iz telesa (glavnega obremenjenega dela), koaptacijske (zapiralne) površine in baze. Prosti robovi sosednjih koščkov v zaprtem položaju tvorijo koaptacijsko cono, ki se razteza od komisur do središča koščka. Odebeljen trikotno oblikovan osrednji del koaptacijske cone koščka se imenuje Aranzijev vozel.

Lističek, ki tvori aortno zaklopko, je sestavljen iz treh plasti (aortne, ventrikularne in gobaste) in je na zunanji strani prekrit s tanko endotelijsko plastjo. Plast, ki je obrnjena proti aorti (fibroza), vsebuje predvsem kolagena vlakna, usmerjena v obodni smeri v obliki snopov in pramenov, ter majhno količino elastinskih vlaken. V coni koaptacije prostega roba lističa je ta plast prisotna v obliki posameznih snopov. Kolageni snopi v tej coni so "viseči" med komisurnima stebroma pod kotom približno 125° glede na aortno steno. V telesu lističa se ti snopi pod kotom približno 45° oddaljujejo od vlaknatega obroča v obliki pol-elipse in se končajo na njegovi nasprotni strani. Ta orientacija "močnih" snopov in robov lističa v obliki "visečega mostu" je namenjena prenosu tlačne obremenitve med diastolo z lističa na sinuse in vlaknato ogrodje, ki tvori aortno zaklopko.

V neobremenjeni zaklopki so vlaknasti snopi v skrčenem stanju v obliki valovitih črt, ki se nahajajo v obodni smeri na razdalji približno 1 mm druga od druge. Tudi kolagena vlakna, ki sestavljajo snope, imajo valovito strukturo v sproščeni zaklopki z valovno periodo približno 20 μm. Ko se obremeni, se ti valovi zravnajo, kar omogoči raztezanje tkiva. Popolnoma zravnana vlakna postanejo neraztegljiva. Gube kolagenskih snopov se ob rahli obremenitvi zaklopke zlahka zravnajo. Ti snopi so jasno vidni v obremenjenem stanju in v prepuščeni svetlobi.

Stalnost geometrijskih razmerij elementov aortne korenine je bila preučena z metodo funkcionalne anatomije. Predvsem je bilo ugotovljeno, da je razmerje med premerom sinotubularnega stika in baze zaklopke konstantno in znaša 0,8–0,9. To velja za zaklopko-aortne komplekse mladih in posameznikov srednjih let.

S starostjo se pojavljajo kvalitativni procesi motenja strukture aortne stene, ki jih spremlja zmanjšanje njene elastičnosti in razvoj kalcifikacije. To vodi po eni strani do njenega postopne širitve, po drugi strani pa do zmanjšanja elastičnosti. Spremembe geometrijskih razmerij in zmanjšanje raztegljivosti aortne zaklopke se pojavijo pri starosti nad 50–60 let, kar spremlja zmanjšanje površine odpiranja uspusov in poslabšanje funkcionalnih značilnosti zaklopke kot celote. Pri vstavljanju brezokvirnih bioloških nadomestkov v aortni položaj je treba upoštevati starostno pogojene anatomske in funkcionalne značilnosti aortne korenine bolnikov.

Primerjava strukture takšne tvorbe, kot je aortna zaklopka pri ljudeh in sesalcih, je bila izvedena v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Te študije so pokazale podobnost številnih anatomskih parametrov prašičje in človeške zaklopke v nasprotju z drugimi ksenogenimi aortnimi koreninami. Zlasti je bilo dokazano, da sta nekoronarni in levi koronarni sinus človeške zaklopke največji oziroma najmanjši. Hkrati je bil desni koronarni sinus prašičje zaklopke največji, nekoronarni pa najmanjši. Hkrati so bile prvič opisane razlike v anatomski strukturi desnega koronarnega sinusa prašičje in človeške aortne zaklopke. V povezavi z razvojem rekonstruktivne plastične kirurgije in zamenjave aortne zaklopke z biološkimi nadomestki brez okvirja so se v zadnjih letih nadaljevale anatomske študije aortne zaklopke.

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

Človeška aortna zaklopka in prašičja aortna zaklopka

Izvedena je bila primerjalna študija strukture človeške aortne zaklopke in prašičje aortne zaklopke kot potencialnega ksenografta. Pokazalo se je, da imajo ksenogene zaklopke relativno nizek profil in so v večini primerov (80 %) asimetrične zaradi manjše velikosti njihovega nekoronarnega sinusa. Zmerna asimetrija človeške aortne zaklopke je posledica manjše velikosti njenega levega koronarnega sinusa in ni tako izrazita.

Prašičja aortna zaklopka, za razliko od človeške, nima vlaknatega obroča in njeni sinusi ne mejijo neposredno na bazo zaklopk. Prašičje zaklopke so s svojo pollunarno bazo pritrjene neposredno na bazo zaklopke, saj pri prašičjih zaklopkah pravega vlaknatega obroča ni. Dna ksenogenih sinusov in zaklopk so pritrjena na vlaknate in/ali fibromuskularne dele baze zaklopke. Na primer, baza nekoronarnih in levih koronarnih zaklopk prašičje zaklopke v obliki razhajajočih se lističev (fibrosa in ventnkulans) je pritrjena na vlaknato bazo zaklopke. Z drugimi besedami, zaklopke, ki tvorijo prašičjo aortno zaklopko, niso neposredno ob sinusih, kot pri alogenskih aortnih koreninah. Med njima je distalni del baze zaklopke, ki je v vzdolžni smeri (vzdolž osi zaklopke) na ravni najbolj proksimalne točke levega koronarnega in nekoronarnega sinusa v povprečju enak 4,6 ± 2,2 mm, desnega koronarnega sinusa pa 8,1 ± 2,8 mm. To je pomembna in bistvena razlika med prašičjo zaklopko in človeško zaklopko.

Mišična vstavitev aortnega stožca levega prekata vzdolž osi v prašičji aortni korenini je veliko pomembnejša kot pri alogenski. Pri prašičjih zaklopkah je ta vstavitev tvorila bazo desne koronarne konice in istoimenskega sinusa, v manjši meri pa bazo sosednjih segmentov leve koronarne in nekoronarne konice. Pri alogenskih zaklopkah ta vstavitev ustvarja le oporo za bazo, predvsem desnega koronarnega sinusa in v manjši meri levega koronarnega sinusa.

Analiza velikosti in geometrijskih razmerij posameznih elementov aortne zaklopke glede na intraaortni tlak se je v funkcionalni anatomiji pogosto uporabljala. V ta namen je bila aortna korenina napolnjena z različnimi utrjevalnimi snovmi (guma, parafin, silikonska guma, plastika itd.), njena strukturna stabilizacija pa je bila izvedena kemično ali kriogeno pod različnimi tlaki. Nastale odlitke oziroma strukturirane aortne korenine so preučevali z morfometrično metodo. Ta pristop k preučevanju aortne zaklopke je omogočil ugotovitev nekaterih zakonitosti njenega delovanja.

Poskusi in vitro in in vivo so pokazali, da je aortna korenina dinamična struktura in da se večina njenih geometrijskih parametrov spreminja med srčnim ciklom, odvisno od tlaka v aorti in levem prekatu. Druge študije so pokazale, da funkcijo zaplat v veliki meri določata elastičnost in raztegljivost aortne korenine. Vrtinčno gibanje krvi v sinusih je imelo pomembno vlogo pri odpiranju in zapiranju zaplat.

Dinamiko geometrijskih parametrov aortne zaklopke smo preučevali v poskusu na živalih z uporabo visokohitrostne kineangiografije, kinematografije in kineradiografije ter pri zdravih posameznikih s kineangiokardiografijo. Te študije so nam omogočile dokaj natančno oceno dinamike številnih elementov aortne korenine in le okvirno oceno dinamike oblike in profila zaklopke med srčnim ciklom. Zlasti je bilo dokazano, da je sistolično-diastolična ekspanzija sinotubularnega stika 16-17 % in je tesno povezana z arterijskim tlakom. Premer sinotubularnega stika doseže svoje največje vrednosti na vrhuncu sistoličnega tlaka v levem prekatu, kar olajša odpiranje zaklopk zaradi razhajanja komisur navzven, nato pa se po zaprtju zaklopk zmanjša. Premer sinotubularnega stika doseže svoje minimalne vrednosti na koncu izovolumske faze relaksacije levega prekata in se začne povečevati v diastoli. Komisuralni stebri in sinotubularni stik zaradi svoje fleksibilnosti sodelujejo pri porazdelitvi največje napetosti v lističih po njihovem zaprtju v obdobju hitrega naraščanja povratnega transvalvularnega gradienta tlaka. Razviti so bili tudi matematični modeli za razlago gibanja lističev med njihovim odpiranjem in zapiranjem. Vendar pa so bili podatki matematičnega modeliranja v veliki meri neskladni z eksperimentalnimi podatki.

Dinamika baze aortne zaklopke vpliva na normalno delovanje lističev zaklopke oziroma vsajene brezokvirne bioproteze. Izkazalo se je, da je obseg baze zaklopke (pes in ovca) dosegel svojo največjo vrednost na začetku sistole, se med sistolo zmanjšal in je bil na njenem koncu minimalen. Med diastolo se je obseg zaklopke povečal. Baza aortne zaklopke je sposobna tudi cikličnih asimetričnih sprememb svoje velikosti zaradi krčenja mišičnega dela ventrikuloaortnega stiku (interkuspidalni trikotniki med desnim in levim koronarnim sinusom ter baze levega in desnega koronarnega sinusa). Poleg tega so bile ugotovljene strižne in torzijske deformacije aortne korenine. Največje torzijske deformacije so bile opažene na območju komisurnega stebra med nekoronarnim in levim koronarnim sinusom, minimalne pa med nekoronarnim in desnim koronarnim sinusom. Vsaditev brezokvirne bioproteze s poltogo podlago lahko spremeni skladnost aortne korenine s torzijskimi deformacijami, kar bo povzročilo prenos torzijskih deformacij na sinotubularni stik kompozitne aortne korenine in nastanek popačenja lističev bioproteze.

Študija normalne biomehanike aortne zaklopke pri mladih posameznikih (povprečno 21,6 let) je bila izvedena z uporabo transezofagealne ehokardiografije s poznejšo računalniško obdelavo video slik (do 120 sličic na sekundo) in analizo dinamike geometrijskih značilnosti elementov aortne zaklopke glede na čas in faze srčnega cikla. Pokazalo se je, da se med sistolo površina odpiranja zaklopke, radialni kot lističa glede na dno zaklopke, premer dna zaklopke in radialna dolžina lističa bistveno spreminjajo. Premer sinotubularnega stika, obodna dolžina prostega roba lističa in višina sinusov se spreminjajo v manjši meri.

Radialna dolžina lističa je bila tako največja v diastolični fazi izovolumičnega zmanjšanja intraventrikularnega tlaka in najmanjša v sistolični fazi zmanjšanega iztisnega tlaka. Radialni sistolično-diastolični razteg lističa je bil v povprečju 63,2 ± 1,3 %. Listček je bil daljši v diastoli z visokim diastoličnim gradientom in krajši v fazi zmanjšanega pretoka krvi, ko je bil sistolični gradient blizu nič. Obodni sistolično-diastolični razteg lističa in sinotubularnega stika je bil 32,0 ± 2,0 % oziroma 14,1 ± 1,4 %. Radialni kot naklona lističa glede na bazo zaklopke se je v povprečju spremenil od 22 v diastoli do 93° v sistoli.

Sistolično gibanje vratnih zaklopk, ki tvorijo aortno zaklopko, je bilo običajno razdeljeno na pet obdobij:

1. Pripravljalno obdobje se je zgodilo v fazi izovolumičnega povečanja intraventrikularnega tlaka; zaklopke so se zravnale, nekoliko skrajšale v radialni smeri, širina cone koaptacije se je zmanjšala, kot se je v povprečju povečal z 22° na 60°;
2. obdobje hitrega odpiranja zaklopk je trajalo 20-25 ms; z začetkom izliva krvi se je na dnu zaklopk oblikoval val inverzije, ki se je hitro razširil v radialni smeri do teles zaklopk in naprej do njihovih prostih robov;
3. Vrhunec odpiranja zaklopke se je zgodil v prvi fazi največjega iztisovanja; v tem obdobju so bili prosti robovi zaklopk maksimalno upognjeni proti sinusom, oblika odprtine zaklopke se je približala krogu, v profilu pa je zaklopka spominjala na obliko okrnjenega obrnjenega stožca;
4. obdobje relativno stabilnega odpiranja ventilov se je pojavilo v drugi fazi največjega iztisnitve, prosti robovi ventilov so se zravnali vzdolž osi toka, ventil je dobil obliko valja in ventili so se postopoma zaprli; do konca tega obdobja je oblika odprtine ventila postala trikotna;
5. Obdobje hitrega zapiranja zaklopke je sovpadalo s fazo zmanjšanega iztisovanja. Na dnu zaklopk se je oblikoval reverzijski val, ki je raztegnil skrčene zaklopke v radialni smeri, kar je najprej privedlo do njihovega zaprtja vzdolž ventrikularnega roba koaptacijske cone in nato do popolnega zaprtja zaklopk.

Največje deformacije elementov aortne korenine so se pojavile v obdobjih hitrega odpiranja in zapiranja zaklopke. Zaradi hitrih sprememb oblike konic, ki tvorijo aortno zaklopko, lahko v njih nastanejo visoke napetosti, kar lahko povzroči degenerativne spremembe v tkivu.

Mehanizem odpiranja in zapiranja ventila z nastankom inverzijskega oziroma reverzijskega vala, kot tudi povečanje radialnega kota naklona ventila do dna ventila v fazi izovolumičnega povečanja tlaka znotraj ventrikla, lahko pripišemo mehanizmom dušenja aortne korenine, ki zmanjšujejo deformacijo in napetost ventilov.