Valva aortică

Valva aortică este considerată a fi cea mai studiată, deoarece a fost descrisă cu mult timp în urmă, începând cu Leonardo da Vinci (1513) și Valsalva (1740), și în mod repetat, mai ales în a doua jumătate a secolului XX. În același timp, studiile din anii trecuți au fost în principal descriptive sau, mai rar, comparative. Începând cu lucrările lui J. Zimmerman (1969), în care autorul a propus să se considere „funcția valvei ca o continuare a structurii sale”, majoritatea studiilor au început să fie de natură morfofuncțională. Această abordare a studiului funcției valvei aortice prin studiul structurii sale s-a datorat, într-o oarecare măsură, dificultăților metodologice ale studiului direct al biomecanicii valvei aortice în ansamblu. Studiile de anatomie funcțională au permis determinarea limitelor morfofuncționale ale valvei aortice, clarificarea terminologiei și, de asemenea, studierea funcției acesteia într-o mare măsură.

Datorită acestor studii, valva aortică, în sens larg, a început să fie considerată o singură structură anatomică și funcțională, legată atât de aortă, cât și de ventriculul stâng.

Conform conceptelor moderne, valva aortică este o structură volumetrică de formă pâlnie sau cilindrică, formată din trei sinusuri, trei triunghiuri intercuspide Henle, trei cuspide semilunare și un inel fibros, ale căror limite proximale și distale sunt, respectiv, joncțiunile ventriculoaortice și sinotubulare.

Mai puțin utilizat este termenul „complex valvulo-aortic”. Într-un sens restrâns, valva aortică este uneori înțeleasă ca un element de blocare format din trei cuspide, trei comisuri și un inel fibros.

Din punctul de vedere al mecanicii generale, valva aortică este considerată o structură compozită, formată dintr-un cadru fibros (de forță) puternic și elemente de coajă relativ subțiri (pereți sinusali și cuspizi) plasate pe acesta. Deformările și mișcările acestui cadru au loc sub acțiunea forțelor interne care apar în cochiliile atașate de acesta. Cadrul, la rândul său, determină deformările și mișcările elementelor de coajă. Cadrul este alcătuit în principal din fibre de colagen strâns împachetate. Acest design al valvei aortice determină durabilitatea funcției sale.

Sinusurile Valsalva sunt porțiunea extinsă a secțiunii inițiale a aortei, limitată proximal de segmentul corespunzător al inelului fibros și cuspidă, iar distal de joncțiunea sinotubulară. Sinusurile sunt denumite în funcție de arterele coronare din care pleacă: coronar drept, coronar stâng și noncoronarian. Peretele sinusurilor este mai subțire decât peretele aortei și este format doar din intimă și medie, oarecum îngroșat de fibre de colagen. În acest caz, numărul de fibre de elastină din peretele sinusurilor scade, iar fibrele de colagen cresc în direcția de la joncțiunea sinotubulară la cea ventriculoaortică. Fibrele dense de colagen sunt situate în principal de-a lungul suprafeței exterioare a sinusurilor și sunt orientate în direcția circumferențială, iar în spațiul subcomisural participă la formarea triunghiurilor intercuspide care susțin forma valvei. Rolul principal al sinusurilor este de a redistribui tensiunea dintre cuspide și sinusuri în timpul diastolei și de a stabili o poziție de echilibru a cuspidelor în timpul sistolei. Sinusurile sunt împărțite la nivelul bazei lor prin triunghiuri intercuspide.

Cadrul fibros care formează valva aortică este o structură spațială unică formată din elemente fibroase puternice ale rădăcinii aortice, inelul fibros al bazei valvelor, tijele comisurale (coloanele) și joncțiunea sinotubulară. Joncțiunea sinotubulară (inelul arcuit sau creasta arcuită) este o conexiune anatomică în formă de ondulație între sinusuri și aorta ascendentă.

Joncțiunea ventriculo-aortică (inelul bazei valvei) este o conexiune anatomică rotundă între orificiul de ieșire al ventriculului stâng și aortă, care este o structură fibroasă și musculară. În literatura chirurgicală străină, joncțiunea ventriculo-aortică este adesea numită „inel aortic”. Joncțiunea ventriculo-aortică este formată, în medie, din 45-47% din miocardul conului arterial al ventriculului stâng.

Comisura este linia de conexiune (contact) a cuspidelor adiacente cu marginile lor proximale periferice pe suprafața interioară a segmentului distal al rădăcinii aortice, iar capătul său distal este situat la joncțiunea sinotubulară. Tijele (coloanele) comisurale sunt locurile de fixare a comisurilor pe suprafața interioară a rădăcinii aortice. Coloanele comisurale sunt continuarea distală a trei segmente ale inelului fibros.

Triunghiurile intercuspide Henle sunt componente fibroase sau fibromusculare ale rădăcinii aortice și sunt situate proximal față de comisurile dintre segmentele adiacente ale inelului fibros și cuspidele respective. Anatomic, triunghiurile intercuspide fac parte din aortă, dar funcțional asigură tracturi de flux din ventriculul stâng și sunt afectate de hemodinamica ventriculară mai degrabă decât de cea aortică. Triunghiurile intercuspide joacă un rol important în funcția biomecanică a valvei, permițând sinusurilor să funcționeze relativ independent, prin unirea lor și prin menținerea unei geometrii uniforme a rădăcinii aortice. Dacă triunghiurile sunt mici sau asimetrice, se dezvoltă un inel fibros îngust sau o distorsiune a valvei, cu disfuncție ulterioară a cuspidelor. Această situație poate fi observată la valvele aortice bicuspide.

Cuspida este elementul de blocare al valvei, marginea sa proximală extinzându-se de la porțiunea semilunară a inelului fibros, care este o structură densă de colagen. Cuspida este formată dintr-un corp (porțiunea principală încărcată), o suprafață de coaptare (închidere) și o bază. Marginile libere ale cuspizilor adiacenți în poziția închisă formează o zonă de coaptare care se extinde de la comisuri până la centrul cuspidei. Partea centrală triunghiulară îngroșată a zonei de coaptare a cuspidei se numește nodul Aranzi.

Valva aortică este formată din trei straturi (aortic, ventricular și spongios) și este acoperită la exterior cu un strat endotelial subțire. Stratul orientat spre aortă (fibrosă) conține în principal fibre de colagen orientate circumferențial sub formă de fascicule și fire, și o cantitate mică de fibre de elastină. În zona de coaptare a marginii libere a valvei, acest strat este prezent sub formă de fascicule individuale. Fasciculele de colagen din această zonă sunt „suspendate” între coloanele comisurale la un unghi de aproximativ 125° față de peretele aortic. În corpul valvei, aceste fascicule se desprind la un unghi de aproximativ 45° de inelul fibros sub formă de semielipsă și se termină pe partea opusă a acestuia. Această orientare a fasciculelor „de putere” și a marginilor valvei sub formă de „punte de suspensie” are scopul de a transfera presiunea din timpul diastolei de la valvă la sinusuri și la structura fibroasă care formează valva aortică.

Într-o valvă descărcată, fasciculele fibroase se află într-o stare contractată sub forma unor linii ondulate situate în direcția circumferențială la o distanță de aproximativ 1 mm una de cealaltă. Fibrele de colagen care alcătuiesc fasciculele au, de asemenea, o structură ondulată într-o valvă relaxată, cu o perioadă de undă de aproximativ 20 μm. Când se aplică o sarcină, aceste unde se îndreaptă, permițând țesutului să se întindă. Fibrele complet îndreptate devin inextensibile. Pliurile fasciculelor de colagen se îndreaptă ușor sub o ușoară încărcare a valvei. Aceste fascicule sunt clar vizibile într-o stare încărcată și în lumină transmisă.

Constanța proporțiilor geometrice ale elementelor rădăcinii aortice a fost studiată folosind metoda anatomiei funcționale. În special, s-a constatat că raportul dintre diametrele joncțiunii sinotubulare și baza valvei este constant și se ridică la 0,8-0,9. Acest lucru este valabil și pentru complexele valvo-aortice ale persoanelor tinere și de vârstă mijlocie.

Odată cu vârsta, apar procese calitative de perturbare a structurii peretelui aortic, însoțite de o scădere a elasticității acestuia și de dezvoltarea calcificării. Aceasta duce, pe de o parte, la expansiunea sa treptată, iar pe de altă parte, la o scădere a elasticității. Modificările proporțiilor geometrice și o scădere a extensibilității valvei aortice apar la vârsta de peste 50-60 de ani, ceea ce este însoțit de o scădere a zonei de deschidere a cuspizilor și de deteriorarea caracteristicilor funcționale ale valvei în ansamblu. Caracteristicile anatomice și funcționale legate de vârstă ale rădăcinii aortice a pacienților trebuie luate în considerare la implantarea substituenților biologici fără ramă în poziția aortică.

O comparație a structurii unei astfel de formațiuni precum valva aortică la oameni și mamifere a fost efectuată la sfârșitul anilor 1960. Aceste studii au demonstrat similaritatea unui număr de parametri anatomici ai valvelor porcine și umane, în contrast cu alte rădăcini aortice xenogene. În special, s-a arătat că sinusurile coronariene non-coronariane și stâng ale valvei umane erau, respectiv, cele mai mari și mai mici. În același timp, sinusul coronarian drept al valvei porcine era cel mai mare, iar cel non-coronarian era cel mai mic. În același timp, au fost descrise pentru prima dată diferențele în structura anatomică a sinusului coronarian drept al valvelor aortice porcine și umane. În legătură cu dezvoltarea chirurgiei plastice reconstructive și a înlocuirii valvei aortice cu înlocuitori biologici fără ramă, studiile anatomice ale valvei aortice au fost reluate în ultimii ani.

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

Valva aortică umană și valva aortică porcină

A fost efectuat un studiu comparativ al structurii valvei aortice umane și a valvei aortice porcine ca potențială xenogrefă. S-a demonstrat că valvele xenogene au un profil relativ redus și sunt asimetrice în majoritatea cazurilor (80%) datorită dimensiunilor mai mici ale sinusului lor non-coronarian. Asimetria moderată a valvei aortice umane se datorează dimensiunilor mai mici ale sinusului coronarian stâng și nu este atât de pronunțată.

Valva aortică porcină, spre deosebire de cea umană, nu are un inel fibros, iar sinusurile sale nu mărginesc direct baza cuspizilor. Cuspizii porcini sunt atașați cu baza lor semilunară direct la baza valvei, deoarece adevăratul inel fibros este absent la valvele porcine. Bazele sinusurilor și cuspizilor xenogene sunt atașate de părțile fibroase și/sau fibromusculare ale bazei valvei. De exemplu, baza cuspizilor non-coronariani și coronari stângi ai valvei porcine, sub formă de valvule divergente (fibroase și ventriculare), sunt atașate de baza fibroasă a valvei. Cu alte cuvinte, cuspizii care formează valva aortică porcină nu sunt direct adiacenți sinusurilor, ca în cazul rădăcinilor aortice alogene. Între ele se află partea distală a bazei valvei, care în direcție longitudinală (de-a lungul axei valvei) la nivelul punctului cel mai proximal al sinusurilor coronare stângi și non-coronare este egală, în medie, cu 4,6 ± 2,2 mm, iar a sinusului coronar drept - 8,1 ± 2,8 mm. Aceasta este o diferență importantă și semnificativă între valva porcină și valva umană.

Inserția musculară a conului aortic al ventriculului stâng de-a lungul axului în rădăcina aortică porcină este mult mai semnificativă decât în cea alogenă. La valvele porcine, această inserție a format baza cuspidei coronare drepte și a sinusului cu același nume și, într-o măsură mai mică, baza segmentelor adiacente ale cuspidelor coronare și non-coronare stângi. La valvele alogene, această inserție creează doar suport pentru baza, în principal, a sinusului coronar drept și, într-o măsură mai mică, a sinusului coronar stâng.

Analiza dimensiunilor și proporțiilor geometrice ale elementelor individuale ale valvei aortice în funcție de presiunea intraaortică a fost utilizată destul de des în anatomia funcțională. În acest scop, rădăcina aortică a fost umplută cu diverse substanțe de întărire (cauciuc, parafină, cauciuc siliconic, materiale plastice etc.), iar stabilizarea sa structurală a fost efectuată chimic sau criogenic la diferite presiuni. Mulajele rezultate sau rădăcinile aortice structurate au fost studiate folosind metoda morfometrică. Această abordare a studiului valvei aortice a permis stabilirea unor modele de funcționare a acesteia.

Experimentele in vitro și in vivo au arătat că rădăcina aortică este o structură dinamică și majoritatea parametrilor săi geometrici se modifică în timpul ciclului cardiac în funcție de presiunea din aortă și ventriculul stâng. Alte studii au arătat că funcția cuspizilor este determinată în mare măsură de elasticitatea și distensibilitatea rădăcinii aortice. Mișcările vortexale ale sângelui în sinusuri au fost atribuite unui rol important în deschiderea și închiderea cuspizilor.

Dinamica parametrilor geometrici ai valvei aortice a fost studiată într-un experiment pe animale utilizând cineangiografia de mare viteză, cinematografia și cineradiografia, precum și la persoane sănătoase utilizând cineangiocardiografia. Aceste studii ne-au permis să estimăm dinamica multor elemente ale rădăcinii aortice destul de precis și doar provizoriu să estimăm dinamica formei și profilului valvei în timpul ciclului cardiac. În special, s-a demonstrat că expansiunea sistolo-diastolică a joncțiunii sinotubulare este de 16-17% și se corelează strâns cu presiunea arterială. Diametrul joncțiunii sinotubulare atinge valorile maxime la vârful presiunii sistolice în ventriculul stâng, facilitând astfel deschiderea valvelor datorită divergenței comisurilor spre exterior, apoi scade după închiderea valvelor. Diametrul joncțiunii sinotubulare atinge valorile minime la sfârșitul fazei de relaxare izovolumică a ventriculului stâng și începe să crească în diastolă. Coloanele comisurale și joncțiunea sinotubulară, datorită flexibilității lor, participă la distribuția tensiunii maxime în valvule după închiderea lor în perioada de creștere rapidă a gradientului de presiune transvalvulară inversă. De asemenea, au fost dezvoltate modele matematice pentru a explica mișcarea valvulelor în timpul deschiderii și închiderii lor. Cu toate acestea, datele obținute prin modelarea matematică au fost în mare măsură inconsistente cu datele experimentale.

Dinamica bazei valvei aortice afectează funcționarea normală a valvelor valvulare sau a bioprotezei implantate fără ramă. S-a demonstrat că perimetrul bazei valvei (câine și oaie) a atins valoarea maximă la începutul sistolei, a scăzut în timpul sistolei și a fost minim la sfârșitul acesteia. În timpul diastolei, perimetrul valvei a crescut. Baza valvei aortice este, de asemenea, capabilă de modificări ciclice asimetrice ale dimensiunii sale datorită contracției părții musculare a joncțiunii ventriculoaortice (triunghiurile intercuspide dintre sinusurile coronare drept și stâng, precum și bazele sinusurilor coronare stâng și drept). În plus, au fost relevate deformări de forfecare și torsiune ale rădăcinii aortice. Cele mai mari deformări torsionale au fost observate în zona coloanei comisurale dintre sinusurile coronare non-coronariane și stâng, iar minimul - între coronara non-coronariană și cea dreaptă. Implantarea unei bioproteze fără ramă cu bază semirigidă poate modifica complianța rădăcinii aortice la deformările torsionale, ceea ce va duce la transferul deformărilor torsionale către joncțiunea sinotubulară a rădăcinii aortice compozite și la formarea distorsiunii valvelor bioprotezei.

Un studiu al biomecanicii normale a valvei aortice la indivizi tineri (în medie 21,6 ani) a fost realizat utilizând ecocardiografia transesofagiană cu procesare computerizată ulterioară a imaginilor video (până la 120 de cadre pe secundă) și analiza dinamicii caracteristicilor geometrice ale elementelor valvei aortice în funcție de timpul și fazele ciclului cardiac. S-a demonstrat că în timpul sistolei, aria de deschidere a valvei, unghiul radial al valvei față de baza valvei, diametrul bazei valvei și lungimea radială a valvei se modifică semnificativ. Diametrul joncțiunii sinotubulare, lungimea circumferențială a marginii libere a valvei și înălțimea sinusurilor se modifică într-o măsură mai mică.

Astfel, lungimea radială a valvei a fost maximă în faza diastolică de scădere izovolumică a presiunii intraventriculare și minimă în faza sistolică de ejecție redusă. Întinderea radială sistolo-diastolică a valvei a fost, în medie, de 63,2±1,3%. Valva a fost mai lungă în diastolă cu gradient diastolic ridicat și mai scurtă în faza de flux sanguin redus, când gradientul sistolic era aproape de zero. Întinderea circumferențială sistolo-diastolică a valvei și a joncțiunii sinotubulare a fost, respectiv, de 32,0±2,0% și 14,1±1,4%. Unghiul radial de înclinare a valvei față de baza valvei s-a modificat, în medie, de la 22° în diastolă la 93° în sistolă.

Mișcarea sistolică a cuspidelor care formează valva aortică a fost împărțită în mod convențional în cinci perioade:

1. Perioada pregătitoare a avut loc în faza de creștere izovolumică a presiunii intraventriculare; valvele s-au îndreptat, s-au scurtat puțin în direcție radială, lățimea zonei de coaptație a scăzut, unghiul a crescut, în medie, de la 22° la 60°;
2. perioada de deschidere rapidă a valvelor a durat 20-25 ms; odată cu începerea expulziei sângelui, la baza valvelor s-a format un val de inversiune, care s-a răspândit rapid în direcție radială către corpurile valvelor și mai departe către marginile lor libere;
3. vârful deschiderii valvei a avut loc în prima fază de expulzie maximă; în această perioadă, marginile libere ale valvelor erau îndoite la maximum spre sinusuri, forma deschiderii valvei se apropia de un cerc, iar în profil valva semăna cu forma unui con inversat trunchiat;
4. perioada de deschidere relativ stabilă a valvelor a avut loc în timpul celei de-a doua faze de expulzare maximă, marginile libere ale valvelor s-au îndreptat de-a lungul axei de curgere, valva a luat forma unui cilindru, iar valvele s-au închis treptat; până la sfârșitul acestei perioade, forma deschiderii valvei a devenit triunghiulară;
5. Perioada de închidere rapidă a valvei a coincis cu faza de ejecție redusă. La baza cuspizilor s-a format o undă de reversie, întinzând cuspizii contractați în direcție radială, ceea ce a dus la închiderea lor mai întâi de-a lungul marginii ventriculare a zonei de coaptație, iar apoi la închiderea completă a cuspizilor.

Deformările maxime ale elementelor rădăcinii aortice au avut loc în perioadele de deschidere și închidere rapidă a valvei. Odată cu schimbările rapide ale formei cuspizilor care formează valva aortică, pot apărea solicitări mari în acestea, ceea ce poate duce la modificări degenerative ale țesutului.

Mecanismul de deschidere și închidere a valvei cu formarea, respectiv, a unei unde de inversiune și inversiune, precum și o creștere a unghiului radial de înclinare a valvei față de baza acesteia în faza de creștere izovolumică a presiunii din interiorul ventriculului poate fi atribuit mecanismelor de amortizare ale rădăcinii aortice, reducând deformarea și stresul valvelor valvulare.