Аортна клапа

Аортната клапа се счита за най-изучаваната, тъй като е била описана отдавна, започвайки с Леонардо да Винчи (1513) и Валсалва (1740), и многократно, особено през втората половина на 20-ти век. В същото време изследванията от последните години са били предимно описателни или, по-рядко, сравнителни по характер. Започвайки с работата на Дж. Цимерман (1969), в която авторът предлага да се разглежда „функцията на клапата като продължение на нейната структура“, повечето изследвания започват да имат морфофункционален характер. Този подход към изучаването на функцията на аортната клапа чрез изучаване на нейната структура до известна степен се дължи на методологичните трудности при директното изучаване на биомеханиката на аортната клапа като цяло. Изследванията на функционалната анатомия позволиха да се определят морфофункционалните граници на аортната клапа, да се изясни терминологията, а също така да се проучи до голяма степен нейната функция.

Благодарение на тези изследвания, аортната клапа в широк смисъл започна да се разглежда като единична анатомична и функционална структура, свързана както с аортата, така и с лявата камера.

Според съвременните представи, аортната клапа е обемна структура с фуниевидна или цилиндрична форма, състояща се от три синуса, три интеркуспидални триъгълника на Хенле, три полулунни върха и фиброзен пръстен, чиито проксимални и дистални граници са съответно вентрикулоаортните и синотубуларните връзки.

По-рядко се използва терминът „клапно-аортен комплекс“. В тесен смисъл аортната клапа понякога се разбира като заключващ елемент, състоящ се от три свода, три комисури и фиброзен пръстен.

От гледна точка на общата механика, аортната клапа се разглежда като композитна структура, състояща се от здрава влакнеста (силова) рамка и относително тънки обвивни елементи (синусови стени и куспи), разположени върху нея. Деформациите и движенията на тази рамка възникват под действието на вътрешни сили, възникващи в прикрепените към нея обвивки. Рамката, от своя страна, определя деформациите и движенията на обвивните елементи. Рамката се състои главно от плътно опаковани колагенови влакна. Този дизайн на аортната клапа определя трайността на нейната функция.

Синусите на Валсалва са разширената част на началния участък на аортата, ограничена проксимално от съответния сегмент на фиброзния пръстен и куспуса, а дистално от синотубуларния преход. Синусите се наричат според коронарните артерии, от които се отделят: десни коронарни, леви коронарни и некоронарни. Стената на синусите е по-тънка от стената на аортата и се състои само от интима и медия, донякъде удебелени от колагенови влакна. В този случай броят на еластиновите влакна в стената на синусите намалява, а колагеновите влакна се увеличават в посока от синотубуларния към вентрикулоаортния преход. Плътните колагенови влакна са разположени главно по външната повърхност на синусите и са ориентирани в периферна посока, а в субкомисуралното пространство участват във формирането на междукуспични триъгълници, които поддържат формата на клапата. Основната роля на синусите е да преразпределят напрежението между куспите и синусите по време на диастола и да установят равновесно положение на куспите по време на систола. Синусите са разделени на нивото на основата си от междуъгълни триъгълници.

Фиброзната рамка, която образува аортната клапа, е единична пространствена структура от здрави фиброзни елементи на аортния корен, фиброзен пръстен на основата на клапите, комисурални пръчки (колони) и синотубуларния преход. Синотубуларният преход (дъгообразен пръстен или дъгообразен гребен) е вълнообразна анатомична връзка между синусите и възходящата аорта.

Вентрикуло-аортният преход (пръстен на основата на клапата) е кръгла анатомична връзка между изхода на лявата камера и аортата, която представлява влакнеста и мускулна структура. В чуждестранната хирургична литература вентрикуло-аортният преход често се нарича „аортен пръстен“. Вентрикуло-аортният преход се образува средно от 45-47% от миокарда на артериалния конус на лявата камера.

Комисурата е линията на свързване (контакт) на съседни куспи с техните периферни проксимални ръбове върху вътрешната повърхност на дисталния сегмент на аортния корен, чийто дисталният край е разположен спрямо синотубуларния преход. Комисуралните пръчки (колони) са местата на фиксиране на комисурите върху вътрешната повърхност на аортния корен. Комисуралните колони са дисталното продължение на три сегмента от фиброзния пръстен.

Интеркуспидалните триъгълници на Хенле са фиброзни или фибромускулни компоненти на аортния корен и са разположени проксимално на комисурите между съседни сегменти на фиброзния пръстен и съответните им клапани. Анатомично, интеркуспидалните триъгълници са част от аортата, но функционално те осигуряват изходни пътища от лявата камера и се влияят от камерната, а не от аортната хемодинамика. Интеркуспидалните триъгълници играят важна роля в биомеханичната функция на клапата, като позволяват на синусите да функционират относително независимо, като ги обединяват и като поддържат еднаква геометрия на аортния корен. Ако триъгълниците са малки или асиметрични, се развива тесен фиброзен пръстен или изкривяване на клапата с последваща дисфункция на клапаните. Тази ситуация може да се наблюдава при бикуспидални аортни клапи.

Връхчето е заключващият елемент на клапата, чийто проксимален ръб се простира от полулунната част на фиброзния пръстен, който представлява плътна колагенова структура. Връхчето се състои от тяло (основната натоварена част), коаптационна (затваряща) повърхност и основа. Свободните ръбове на съседните връхчета в затворено положение образуват коаптационна зона, простираща се от комисурите до центъра на връхчето. Удебелената триъгълна централна част на коаптационната зона на връхчето се нарича възел на Аранзи.

Платното, което образува аортната клапа, се състои от три слоя (аортен, камерен и гъбест) и е покрито отвън с тънък ендотелен слой. Слоят, обърнат към аортата (фиброза), съдържа главно колагенови влакна, ориентирани в периферна посока под формата на снопове и нишки, и малко количество еластинови влакна. В зоната на коаптация на свободния край на платното този слой присъства под формата на отделни снопове. Колагеновите снопове в тази зона са „окачени“ между комисуралните колони под ъгъл от приблизително 125° спрямо аортната стена. В тялото на платното тези снопове се отклоняват под ъгъл от около 45° от фиброзния пръстен под формата на полуелипса и завършват на противоположната му страна. Тази ориентация на „силовите“ снопове и краищата на платното под формата на „висящ мост“ е предназначена да прехвърли натоварването от налягане по време на диастола от платното към синусите и фиброзната рамка, която образува аортната клапа.

В ненатоварена клапа влакнестите снопове са в свито състояние под формата на вълнообразни линии, разположени в периферна посока на разстояние приблизително 1 mm едно от друго. Колагеновите влакна, които изграждат сноповете, също имат вълнообразна структура в отпусната клапа с период на вълната около 20 μm. При прилагане на натоварване тези вълни се изправят, позволявайки на тъканта да се разтегне. Напълно изправените влакна стават неразтегливи. Гънките на колагеновите снопове лесно се изправят при леко натоварване на клапата. Тези снопове са ясно видими в натоварено състояние и на пропускаща светлина.

Постоянството на геометричните пропорции на елементите на аортния корен е изследвано с помощта на метода на функционалната анатомия. По-специално, беше установено, че съотношението на диаметрите на синотубуларния преход и основата на клапата е постоянно и възлиза на 0,8-0,9. Това важи за клапно-аортните комплекси при млади и хора на средна възраст.

С възрастта настъпват качествени процеси на нарушаване на структурата на аортната стена, съпроводени с намаляване на нейната еластичност и развитие на калцификация. Това води, от една страна, до постепенното ѝ разширяване, а от друга, до намаляване на еластичността. Промени в геометричните пропорции и намаляване на разтегливостта на аортната клапа настъпват на възраст над 50-60 години, което е съпроводено с намаляване на площта на отваряне на клапаните и влошаване на функционалните характеристики на клапата като цяло. Възрастово обусловените анатомични и функционални особености на аортния корен на пациентите трябва да се вземат предвид при имплантиране на безрамкови биологични заместители в аортната позиция.

В края на 60-те години на миналия век е извършено сравнение на структурата на такова образувание като аортната клапа на хора и бозайници. Тези изследвания демонстрират сходството на редица анатомични параметри на свинските и човешките клапи, за разлика от други ксеногенни аортни корени. По-специално, е показано, че некоронарните и левият коронарен синуси на човешката клапа са съответно най-големи и най-малки. В същото време десният коронарен синус на свинската клапа е най-голям, а некоронарният - най-малък. В същото време за първи път са описани разликите в анатомичната структура на десния коронарен синус на свинските и човешките аортни клапи. Във връзка с развитието на реконструктивната пластична хирургия и заместването на аортната клапа с биологични безрамкови заместители, анатомичните изследвания на аортната клапа са възобновени през последните години.

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

Човешка аортна клапа и свинска аортна клапа

Проведено е сравнително изследване на структурата на човешката аортна клапа и свинската аортна клапа като потенциален ксенографт. Показано е, че ксеногенните клапи имат относително нисък профил и са асиметрични в повечето случаи (80%) поради по-малкия размер на некоронарния им синус. Умерената асиметрия на човешката аортна клапа се дължи на по-малкия размер на левия ѝ коронарен синус и не е толкова изразена.

Свинската аортна клапа, за разлика от човешката, няма фиброзен пръстен и синусите ѝ не граничат директно с основата на клапаните. Свинските клапани са прикрепени със своята полулунна основа директно към основата на клапата, тъй като истинският фиброзен пръстен липсва при свинските клапи. Основите на ксеногенните синуси и клапани са прикрепени към фиброзните и/или фибромускулните части на основата на клапата. Например, основата на некоронарните и левите коронарни клапани на свинската клапа под формата на разминаващи се платна (фиброза и вентнкулани) са прикрепени към фиброзната основа на клапата. С други думи, клапаните, които образуват свинската аортна клапа, не са директно в съседство със синусите, както е при алогенните аортни корени. Между тях се намира дисталната част на основата на клапата, която в надлъжна посока (по оста на клапата) на нивото на най-проксималната точка на левия коронарен и некоронарния синус е равна средно на 4,6 ± 2,2 mm, а на десния коронарен синус - 8,1 ± 2,8 mm. Това е важна и съществена разлика между свинската клапа и човешката клапа.

Мускулното прикрепване на аортния конус на лявата камера по оста в корена на свинската аорта е много по-значимо, отколкото в алогенната. При свинските клапи това прикрепване е образувало основата на десния коронарен връх и едноименния синус, и в по-малка степен основата на съседните сегменти на левия коронарен и некоронарния връх. При алогенните клапи това прикрепване създава само опора за основата, главно, на десния коронарен синус и в по-малка степен на левия коронарен синус.

Анализът на размерите и геометричните пропорции на отделните елементи на аортната клапа в зависимост от вътреаортното налягане се използва доста често във функционалната анатомия. За тази цел аортният корен се запълва с различни втвърдяващи вещества (каучук, парафин, силиконов каучук, пластмаси и др.), а структурната му стабилизация се извършва химически или криогенно при различно налягане. Получените отливки или структурирани аортни корени се изследват с помощта на морфометричен метод. Този подход към изучаването на аортната клапа позволи да се установят някои модели на нейното функциониране.

Експерименти in vitro и in vivo показват, че аортният корен е динамична структура и повечето от неговите геометрични параметри се променят по време на сърдечния цикъл в зависимост от налягането в аортата и лявата камера. Други изследвания показват, че функцията на клапаните до голяма степен се определя от еластичността и разтегливостта на аортния корен. На вихровите движения на кръвта в синусите е отредена важна роля при отварянето и затварянето на клапаните.

Динамиката на геометричните параметри на аортната клапа е изследвана в експеримент с животни, използвайки високоскоростна кинеангиография, кинематография и кинерентгенография, както и при здрави индивиди, използвайки кинеангиокардиография. Тези изследвания ни позволиха да оценим доста точно динамиката на много елементи от аортния корен и само ориентировъчно да оценим динамиката на формата и профила на клапата по време на сърдечния цикъл. По-специално, беше показано, че систолно-диастолното разширение на синотубуларния преход е 16-17% и е тясно корелирано с артериалното налягане. Диаметърът на синотубуларния преход достига максималните си стойности в пика на систоличното налягане в лявата камера, като по този начин улеснява отварянето на клапите поради дивергенцията на комисурите навън, а след това намалява след затварянето им. Диаметърът на синотубуларния преход достига минималните си стойности в края на изоволюмната релаксационна фаза на лявата камера и започва да се увеличава в диастолата. Комисуралните колони и синотубуларният преход, поради своята гъвкавост, участват в разпределението на максималното напрежение в клапите след тяхното затваряне по време на периода на бързо нарастване на обратния трансвалвуларен градиент на налягането. Разработени са и математически модели, които обясняват движението на клапите по време на тяхното отваряне и затваряне. Данните от математическото моделиране обаче до голяма степен не съответстват на експерименталните данни.

Динамиката на основата на аортната клапа влияе върху нормалната работа на клапните платна или имплантираната безрамкова биопротеза. Показано е, че периметърът на основата на клапата (куче и овца) достига максималната си стойност в началото на систолата, намалява по време на систолата и е минимален в края ѝ. По време на диастолата периметърът на клапата се увеличава. Основата на аортната клапа е способна и на циклични асиметрични промени в размера си поради свиването на мускулната част на вентрикулоаортния преход (интеркуспидални триъгълници между десния и левия коронарен синус, както и основите на левия и десния коронарен синус). Освен това са разкрити срязващи и торзионни деформации на корена на аортата. Най-големите торзионни деформации са отбелязани в областта на комисуралната колона между некоронарния и левия коронарен синус, а минималните - между некоронарния и десния коронарен синус. Имплантирането на безрамкова биопротеза с полутвърда основа може да промени податливостта на аортния корен към торзионни деформации, което ще доведе до прехвърляне на торзионни деформации към синотубуларния преход на композитния аортен корен и образуване на изкривяване на листчетата на биопротезата.

Проведено е изследване на нормалната биомеханика на аортната клапа при млади индивиди (средно 21,6 години) с помощта на трансезофагеална ехокардиография с последваща компютърна обработка на видео изображения (до 120 кадъра в секунда) и анализ на динамиката на геометричните характеристики на елементите на аортната клапа в зависимост от времето и фазите на сърдечния цикъл. Показано е, че по време на систола площта на отваряне на клапата, радиалният ъгъл на платното спрямо основата на клапата, диаметърът на основата на клапата и радиалната дължина на платното се променят значително. Диаметърът на синотубуларния преход, окръжната дължина на свободния ръб на платното и височината на синусите се променят в по-малка степен.

По този начин, радиалната дължина на платното е била максимална в диастолната фаза на изоволюмично намаление на интравентрикуларното налягане и минимална в систолната фаза на намалено изтласкване. Радиалното систолно-диастолично разтягане на платното е било средно 63,2±1,3%. Платното е било по-дълго в диастола с висок диастоличен градиент и по-късо във фазата на намален кръвен поток, когато систоличният градиент е бил близо до нула. Околоочното систолно-диастолично разтягане на платното и синотубуларния преход е било съответно 32,0±2,0% и 14,1±1,4%. Радиалният ъгъл на наклон на платното спрямо основата на клапата се е променял средно от 22° в диастола до 93° в систола.

Систоличното движение на клапаните, образуващи аортната клапа, обикновено се разделя на пет периода:

1. Подготвителният период протича по време на фазата на изоволюмично повишаване на вътревентрикуларното налягане; клапите се изправят, скъсяват се донякъде в радиална посока, ширината на зоната на коаптация намалява, ъгълът се увеличава средно от 22° на 60°;
2. периодът на бързо отваряне на клапите е продължил 20-25 ms; с началото на изтласкването на кръвта в основата на клапите се е образувала вълна на инверсия, която бързо се е разпространила в радиална посока към телата на клапите и по-нататък към свободните им ръбове;
3. пикът на отваряне на клапата се наблюдава по време на първата фаза на максимално изтласкване; през този период свободните ръбове на клапите са максимално огънати към синусите, формата на отвора на клапата се приближава до кръг, а в профил клапата наподобява формата на пресечен обърнат конус;
4. периодът на относително стабилно отваряне на клапаните настъпи по време на втората фаза на максимално изтласкване, свободните ръбове на клапаните се изправиха по оста на потока, клапанът придоби формата на цилиндър и клапаните постепенно се затвориха; до края на този период формата на отвора на клапана стана триъгълна;
5. Периодът на бързо затваряне на клапата съвпада с фазата на намалено изтласкване. В основата на клапаните се образува реверсивна вълна, разтягаща свитите клапани в радиална посока, което води до тяхното затваряне първо по камерния ръб на коаптационната зона, а след това и до пълно затваряне на клапаните.

Максималните деформации на кореновите елементи на аортата са настъпили по време на периоди на бързо отваряне и затваряне на клапата. При бързи промени във формата на зъбците, които образуват аортната клапа, в тях могат да възникнат високи напрежения, което може да доведе до дегенеративни промени в тъканта.

Механизмът на отваряне и затваряне на клапата с образуването съответно на инверсионна и реверсионна вълна, както и увеличаването на радиалния ъгъл на наклон на клапата към основата ѝ във фазата на изоволюмично повишаване на налягането вътре в камерата, може да се отдаде на демпферните механизми на аортния корен, намалявайки деформацията и напрежението на клапите.