Aortni ventil

Aortni zalistak smatra se najproučavanijim, budući da je opisan davno, počevši od Leonarda da Vincija (1513.) i Valsalve (1740.), te više puta, posebno tijekom druge polovice 20. stoljeća. Istodobno, studije proteklih godina bile su uglavnom deskriptivne ili, rjeđe, komparativne prirode. Počevši od rada J. Zimmermana (1969.), u kojem je autor predložio da se "funkcija zaliska smatra nastavkom njegove strukture", većina studija počela je biti morfofunkcionalne prirode. Ovaj pristup proučavanju funkcije aortnog zaliska kroz proučavanje njegove strukture bio je, do određene mjere, posljedica metodoloških poteškoća izravnog proučavanja biomehanike aortnog zaliska u cjelini. Studije funkcionalne anatomije omogućile su određivanje morfofunkcionalnih granica aortnog zaliska, razjašnjenje terminologije, a također i proučavanje njegove funkcije u velikoj mjeri.

Zahvaljujući tim studijama, aortni zalistak u širem smislu počeo se smatrati jedinstvenom anatomskom i funkcionalnom strukturom povezanom i s aortom i s lijevom klijetkom.

Prema modernim konceptima, aortni zalistak je volumetrijska struktura lijevkastog ili cilindričnog oblika, koja se sastoji od tri sinusa, tri interkuspidalna Henleova trokuta, tri polumjesečasta vrška i vlaknastog prstena, čije su proksimalne i distalne granice ventrikuloaortalni i sinotubularni spojevi.

Rjeđe se koristi izraz "valvulo-aortni kompleks". U užem smislu, aortni zalistak se ponekad shvaća kao element za zaključavanje koji se sastoji od tri kuspisa, tri komisure i vlaknastog prstena.

S gledišta opće mehanike, aortni zalistak se smatra kompozitnom strukturom koja se sastoji od jakog vlaknastog (energetskog) okvira i relativno tankih elemenata ljuske (sinusnih stijenki i kuspisa) postavljenih na njega. Deformacije i pomicanja ovog okvira nastaju pod djelovanjem unutarnjih sila koje nastaju u ljuskama pričvršćenim na njega. Okvir, pak, određuje deformacije i pomicanja elemenata ljuske. Okvir se uglavnom sastoji od čvrsto zbijenih kolagenih vlakana. Ovaj dizajn aortnog zaliska određuje trajnost njegove funkcije.

Valsalvini sinusi su prošireni dio početnog dijela aorte, ograničen proksimalno odgovarajućim segmentom vlaknastog prstena i kuspisom, a distalno sinotubularnim spojem. Sinusi se nazivaju prema koronarnim arterijama iz kojih polaze: desna koronarna, lijeva koronarna i nekoronarna. Stijenka sinusa je tanja od stijenke aorte i sastoji se samo od intime i medija, donekle zadebljanih kolagenim vlaknima. U tom slučaju, broj elastinskih vlakana u stijenci sinusa se smanjuje, a kolagena vlakna se povećavaju u smjeru od sinotubularnog prema ventrikuloaortalnom spoju. Gusta kolagena vlakna nalaze se uglavnom duž vanjske površine sinusa i orijentirana su u cirkularnom smjeru, a u subkomisuralnom prostoru sudjeluju u formiranju interkuspidalnih trokuta koji podupiru oblik zaliska. Glavna uloga sinusa je preraspodjeliti napetost između kuspisa i sinusa tijekom dijastole i uspostaviti ravnotežni položaj kuspisa tijekom sistole. Sinusi su u razini svoje baze podijeljeni interkuspidalnim trokutima.

Vlaknasti okvir koji tvori aortni zalistak jedinstvena je prostorna struktura jakih vlaknastih elemenata korijena aorte, vlaknastog prstena baze zalistaka, komisuralnih štapića (kolumna) i sinotubularnog spoja. Sinotubularni spoj (lučni prsten ili lučni greben) je valovita anatomska veza između sinusa i ascendentne aorte.

Ventrikulo-aortalni spoj (prsten baze zaliska) je okrugla anatomska veza između izlaza lijeve klijetke i aorte, koja je vlaknasta i mišićna struktura. U stranoj kirurškoj literaturi ventrikulo-aortalni spoj se često naziva "aortni prsten". Ventrikulo-aortalni spoj tvori, u prosjeku, 45-47% miokarda arterijskog konusa lijeve klijetke.

Komisura je linija spajanja (kontakta) susjednih kuspisa s njihovim perifernim proksimalnim rubovima na unutarnjoj površini distalnog segmenta korijena aorte, a njezin distalni kraj nalazi se na sinotubularnom spoju. Komisuralni štapići (kolumni) su mjesta fiksacije komisura na unutarnjoj površini korijena aorte. Komisuralni kolumni su distalni nastavak triju segmenata vlaknastog prstena.

Henleovi interkuspidalni trokuti su vlaknaste ili fibromuskularne komponente korijena aorte i nalaze se proksimalno od komisura između susjednih segmenata vlaknastog prstena i njihovih odgovarajućih usnika. Anatomski, interkuspidalni trokuti su dio aorte, ali funkcionalno osiguravaju izlazne puteve iz lijeve klijetke i na njih utječe ventrikularna, a ne aortna hemodinamika. Interkuspidalni trokuti igraju važnu ulogu u biomehaničkoj funkciji zaliska omogućujući sinusima da funkcioniraju relativno neovisno, ujedinjujući ih i održavajući ujednačenu geometriju korijena aorte. Ako su trokuti mali ili asimetrični, razvija se uski vlaknasti prsten ili distorzija zaliska s naknadnom disfunkcijom zaliska. Ova se situacija može vidjeti kod bikuspidalnih aortnih zalistaka.

Kuspic je element za zaključavanje valvule, čiji se proksimalni rub proteže od polumjesečastog dijela vlaknastog prstena, koji je gusta kolagena struktura. Kuspic se sastoji od tijela (glavnog opterećenog dijela), koaptacijske (zatvarajuće) površine i baze. Slobodni rubovi susjednih kuspic u zatvorenom položaju tvore koaptacijsku zonu koja se proteže od komisura do središta kuspic. Zadebljani trokutasti središnji dio koaptacijske zone kuspic naziva se Aranzijev čvor.

Listić koji tvori aortni zalistak sastoji se od tri sloja (aortnog, ventrikularnog i spužvastog) i izvana je prekriven tankim endotelnim slojem. Sloj okrenut prema aorti (fibroza) uglavnom sadrži kolagena vlakna orijentirana u obodnom smjeru u obliku snopova i pramenova, te malu količinu elastinskih vlakana. U zoni koaptacije slobodnog ruba listića ovaj sloj je prisutan u obliku pojedinačnih snopova. Kolageni snopovi u ovoj zoni su "viseći" između komisuralnih stupova pod kutom od približno 125° u odnosu na stijenku aorte. U tijelu listića ovi snopovi odlaze pod kutom od oko 45° od vlaknastog prstena u obliku poluelipse i završavaju na njegovoj suprotnoj strani. Ova orijentacija "energetskih" snopova i rubova listića u obliku "visećeg mosta" namijenjena je prijenosu tlačnog opterećenja tijekom dijastole s listića na sinuse i vlaknasti okvir koji tvori aortni zalistak.

U neopterećenom zalistku, vlaknasti snopovi su u kontrahiranom stanju u obliku valovitih linija smještenih u obodnom smjeru na međusobnoj udaljenosti od približno 1 mm. Kolagena vlakna koja čine snopove također imaju valovitu strukturu u opuštenom zalistku s valnim periodom od oko 20 μm. Kada se primijeni opterećenje, ovi valovi se ispravljaju, omogućujući tkivu istezanje. Potpuno ispravljena vlakna postaju nerastezljiva. Nabori kolagenih snopova lako se ispravljaju pod blagim opterećenjem zalistka. Ovi snopovi su jasno vidljivi u opterećenom stanju i u propuštenoj svjetlosti.

Konstantnost geometrijskih proporcija elemenata korijena aorte proučavana je metodom funkcionalne anatomije. Posebno je utvrđeno da je omjer promjera sinotubularnog spoja i baze zaliska konstantan i iznosi 0,8-0,9. To vrijedi za zalisko-aortne komplekse mladih i osoba srednje dobi.

S godinama se događaju kvalitativni procesi poremećaja strukture stijenke aorte, popraćeni smanjenjem njezine elastičnosti i razvojem kalcifikacije. To dovodi, s jedne strane, do njezina postupnog širenja, a s druge strane do smanjenja elastičnosti. Promjene geometrijskih proporcija i smanjenje rastezljivosti aortnog zaliska javljaju se u dobi iznad 50-60 godina, što je popraćeno smanjenjem površine otvora kuspisa i pogoršanjem funkcionalnih karakteristika zaliska u cjelini. Prilikom implantacije bezokvirnih bioloških nadomjestaka u aortni položaj treba uzeti u obzir anatomske i funkcionalne značajke korijena aorte pacijenata povezane sa starenjem.

Usporedba strukture takve formacije kao što je aortni zalistak ljudi i sisavaca provedena je krajem 1960-ih. Ove su studije pokazale sličnost niza anatomskih parametara svinjskih i ljudskih zalistaka, za razliku od drugih ksenogenih korijena aorte. Posebno je pokazano da su nekoronarni i lijevi koronarni sinusi ljudskog zaliska bili najveći, odnosno najmanji. Istovremeno, desni koronarni sinus svinjskog zaliska bio je najveći, a nekoronarni najmanji. Istodobno su prvi put opisane razlike u anatomskoj strukturi desnog koronarnog sinusa svinjskog i ljudskog aortnog zaliska. U vezi s razvojem rekonstruktivne plastične kirurgije i zamjene aortnog zaliska biološkim nadomjescima bez okvira, anatomska istraživanja aortnog zaliska nastavljena su posljednjih godina.

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

Ljudski aortni zalistak i svinjski aortni zalistak

Provedena je komparativna studija strukture ljudskog aortnog zaliska i svinjskog aortnog zaliska kao potencijalnog ksenografta. Pokazalo se da ksenogeni zaliski imaju relativno nizak profil i asimetrični su u većini slučajeva (80%) zbog manje veličine njihovog nekoronarnog sinusa. Umjerena asimetrija ljudskog aortnog zaliska posljedica je manje veličine njegovog lijevog koronarnog sinusa i nije toliko izražena.

Svinjska aortna valvula, za razliku od ljudske, nema fibrozni prsten i njezini sinusi ne graniče izravno s bazom kuspisa. Svinjski kuspisi su svojom polumjesečastom bazom pričvršćeni izravno za bazu valvule, budući da pravi fibrozni prsten nedostaje kod svinjskih valvula. Baze ksenogenih sinusa i kuspisa pričvršćene su za vlaknaste i/ili fibromuskularne dijelove baze valvule. Na primjer, baza nekoronarnih i lijevih koronarnih kuspisa svinjske valvule u obliku divergentnih listića (fibrosa i ventnkulans) pričvršćene su za vlaknastu bazu valvule. Drugim riječima, kuspisi koji tvore svinjsku aortnu valvulu nisu izravno uz sinuze, kao kod alogenih korijena aorte. Između njih se nalazi distalni dio baze zaliska, koji je u uzdužnom smjeru (duž osi zaliska) na razini najproksimalnije točke lijevog koronarnog i nekoronarnog sinusa u prosjeku jednak 4,6 ± 2,2 mm, a desnog koronarnog sinusa - 8,1 ± 2,8 mm. To je važna i značajna razlika između svinjskog zaliska i ljudskog zaliska.

Mišićno umetanje aortnog konusa lijeve klijetke duž osi u korijenu svinjske aorte mnogo je značajnije nego u alogenoj. Kod svinjskih zalistaka ovo umetanje tvorilo je bazu desnog koronarnog kuspisa i istoimenog sinusa, a u manjoj mjeri bazu susjednih segmenata lijevog koronarnog i nekoronarnog kuspisa. Kod alogenih zalistaka ovo umetanje stvara samo potporu za bazu, uglavnom, desnog koronarnog sinusa i, u manjoj mjeri, lijevog koronarnog sinusa.

Analiza veličina i geometrijskih proporcija pojedinačnih elemenata aortnog zaliska ovisno o intraaortnom tlaku često se koristila u funkcionalnoj anatomiji. U tu svrhu, korijen aorte bio je ispunjen raznim tvarima za stvrdnjavanje (guma, parafin, silikonska guma, plastika itd.), a njegova strukturna stabilizacija provedena je kemijski ili kriogeno pod različitim tlakovima. Dobiveni odljevci ili strukturirani korijeni aorte proučavani su morfometrijskom metodom. Ovaj pristup proučavanju aortnog zaliska omogućio je utvrđivanje nekih obrazaca njegovog funkcioniranja.

In vitro i in vivo eksperimenti pokazali su da je korijen aorte dinamična struktura i većina njegovih geometrijskih parametara mijenja se tijekom srčanog ciklusa ovisno o tlaku u aorti i lijevoj klijetki. Druge studije pokazale su da je funkcija kuspisa uvelike određena elastičnošću i rastezljivošću korijena aorte. Vrtložnim kretanjama krvi u sinusima dodijeljena je važna uloga u otvaranju i zatvaranju kuspisa.

Dinamika geometrijskih parametara aortnog zaliska proučavana je u životinjskom eksperimentu korištenjem brze kineangiografije, kinematografije i kineradiografije, kao i kod zdravih osoba korištenjem kineangiokardiografije. Ove studije omogućile su nam prilično preciznu procjenu dinamike mnogih elemenata korijena aorte i samo okvirnu procjenu dinamike oblika i profila zaliska tijekom srčanog ciklusa. Posebno je pokazano da je sistoličko-dijastoličko širenje sinotubularnog spoja 16-17% i usko korelira s arterijskim tlakom. Promjer sinotubularnog spoja doseže svoje maksimalne vrijednosti na vrhuncu sistoličkog tlaka u lijevoj klijetki, čime se olakšava otvaranje zalistaka zbog divergencije komisura prema van, a zatim se smanjuje nakon zatvaranja zalistaka. Promjer sinotubularnog spoja doseže svoje minimalne vrijednosti na kraju izovolumske faze relaksacije lijeve klijetke i počinje se povećavati u dijastoli. Komisuralni stupovi i sinotubularni spoj, zbog svoje fleksibilnosti, sudjeluju u raspodjeli maksimalnog naprezanja u listićima nakon njihovog zatvaranja tijekom razdoblja brzog porasta reverznog transvalvularnog gradijenta tlaka. Razvijeni su i matematički modeli koji objašnjavaju kretanje listića tijekom njihovog otvaranja i zatvaranja. Međutim, podaci matematičkog modeliranja bili su uvelike u suprotnosti s eksperimentalnim podacima.

Dinamika baze aortnog zaliska utječe na normalan rad listića zaliska ili implantirane bioproteze bez okvira. Pokazalo se da je perimetar baze zaliska (pas i ovca) dosegao svoju maksimalnu vrijednost na početku sistole, smanjivao se tijekom sistole i bio minimalan na njezinom kraju. Tijekom dijastole, perimetar zaliska se povećavao. Baza aortnog zaliska također je sposobna za cikličke asimetrične promjene svoje veličine zbog kontrakcije mišićnog dijela ventrikuloaortalnog spoja (interkuspidalni trokuti između desnog i lijevog koronarnog sinusa, kao i baze lijevog i desnog koronarnog sinusa). Osim toga, otkrivene su smične i torzijske deformacije korijena aorte. Najveće torzijske deformacije zabilježene su u području komisuralnog stupca između nekoronarnog i lijevog koronarnog sinusa, a minimalne - između nekoronarnog i desnog koronarnog sinusa. Implantacija bioproteze bez okvira s polukrutom bazom može promijeniti podložnost korijena aorte torzijskim deformacijama, što će dovesti do prijenosa torzijskih deformacija na sinotubularni spoj kompozitnog korijena aorte i stvaranja distorzije listića bioproteze.

Provedena je studija normalne biomehanike aortnog zaliska kod mladih osoba (prosječne dobi 21,6 godina) korištenjem transezofagealne ehokardiografije s naknadnom računalnom obradom video slika (do 120 sličica u sekundi) i analizom dinamike geometrijskih karakteristika elemenata aortnog zaliska ovisno o vremenu i fazama srčanog ciklusa. Pokazalo se da se tijekom sistole značajno mijenjaju površina otvora zaliska, radijalni kut listića prema bazi zaliska, promjer baze zaliska i radijalna duljina listića. Promjer sinotubularnog spoja, obodna duljina slobodnog ruba listića i visina sinusa mijenjaju se u manjoj mjeri.

Dakle, radijalna duljina listića bila je maksimalna u dijastoličkoj fazi izovolumičkog smanjenja intraventrikularnog tlaka, a minimalna u sistoličkoj fazi smanjenog izbacivanja. Radijalno sistoličko-dijastoličko istezanje listića bilo je, u prosjeku, 63,2±1,3%. Listić je bio dulji u dijastoli s visokim dijastoličkim gradijentom, a kraći u fazi smanjenog protoka krvi, kada je sistolički gradijent bio blizu nule. Obodno sistoličko-dijastoličko istezanje listića i sinotubularnog spoja bilo je, redom, 32,0±2,0% odnosno 14,1±1,4%. Radijalni kut nagiba listića prema bazi zaliska mijenjao se, u prosjeku, od 22 u dijastoli do 93° u sistoli.

Sistolno kretanje kuspisa koji tvore aortni zalistak konvencionalno je podijeljeno u pet razdoblja:

1. pripremno razdoblje odvijalo se tijekom faze izovolumičkog povećanja intraventrikularnog tlaka; zalisci su se ispravili, donekle skratili u radijalnom smjeru, širina zone koaptacije se smanjila, kut se povećao, u prosjeku, s 22° na 60°;
2. razdoblje brzog otvaranja zalistaka trajalo je 20-25 ms; s početkom izbacivanja krvi, u podnožju zalistaka formirao se val inverzije, koji se brzo proširio u radijalnom smjeru do tijela zalistaka i dalje do njihovih slobodnih rubova;
3. vrhunac otvaranja ventila dogodio se tijekom prve faze maksimalnog izbacivanja; tijekom tog razdoblja slobodni rubovi ventila bili su maksimalno savijeni prema sinusima, oblik otvora ventila približavao se krugu, a u profilu je ventil nalikovao obliku krnjeg obrnutog stošca;
4. razdoblje relativno stabilnog otvaranja ventila dogodilo se tijekom druge faze maksimalnog istiskivanja, slobodni rubovi ventila ispravili su se duž osi protoka, ventil je poprimio oblik cilindra, a ventili su se postupno zatvarali; do kraja ovog razdoblja oblik otvora ventila postao je trokutast;
5. razdoblje brzog zatvaranja zaliska podudaralo se s fazom smanjenog izbacivanja. U podnožju kuspisa formirao se reverzijski val koji je istezao kontrahirane kuspise u radijalnom smjeru, što je dovelo do njihovog zatvaranja prvo duž ventrikularnog ruba koaptacijske zone, a zatim do potpunog zatvaranja kuspisa.

Maksimalne deformacije elemenata korijena aorte događale su se tijekom razdoblja brzog otvaranja i zatvaranja zaliska. Brzim promjenama oblika kuspisa koji tvore aortni zalistak, u njima se mogu pojaviti visoka naprezanja, što može dovesti do degenerativnih promjena u tkivu.

Mehanizam otvaranja i zatvaranja ventila s formiranjem, respektivno, inverzijskog i reverzijskog vala, kao i povećanje radijalnog kuta nagiba ventila prema bazi ventila u fazi izovolumičkog povećanja tlaka unutar ventrikula može se pripisati mehanizmima prigušenja korijena aorte, smanjujući deformaciju i naprezanje ventila.