Aortální chlopeň

Aortální chlopeň je považována za nejvíce studovanou, protože byla popsána již dávno, počínaje Leonardem da Vinci (1513) a Valsalvou (1740) a opakovaně, zejména v průběhu druhé poloviny 20. století. Zároveň studie minulých let měly převážně deskriptivní nebo méně často srovnávací charakter. Počínaje prací J. Zimmermana (1969), ve které autor navrhl považovat „funkci chlopně za pokračování její struktury“, začala mít většina studií morfofunkční charakter. Tento přístup ke studiu funkce aortální chlopně prostřednictvím studia její struktury byl do jisté míry způsoben metodologickými obtížemi přímého studia biomechaniky aortální chlopně jako celku. Studium funkční anatomie umožnilo určit morfofunkční hranice aortální chlopně, objasnit terminologii a také do značné míry studovat její funkci.

Díky těmto studiím se aortální chlopeň v širším smyslu začala považovat za jedinou anatomickou a funkční strukturu související s aortou i levou komorou.

Podle moderních konceptů je aortální chlopeň objemová struktura trychtýřovitého nebo válcovitého tvaru, sestávající ze tří sinusů, tří interkuspidálních trojúhelníků Henleho, tří semilunárních cípů a vláknitého prstence, jejichž proximální a distální hranice tvoří ventrikuloaortální a sinotubulární spojení.

Méně často se používá termín „chlopňovo-aortální komplex“. V užším smyslu se aortální chlopeň někdy chápe jako uzamykací prvek sestávající ze tří cípů, tří komisur a fibrózního prstence.

Z hlediska obecné mechaniky je aortální chlopeň považována za kompozitní strukturu sestávající ze silného vláknitého (silového) rámu a relativně tenkých skořepinových prvků (stěn sinusů a cípků) umístěných na něm. Deformace a pohyby tohoto rámu probíhají působením vnitřních sil vznikajících ve skořepinách, které jsou k němu připojeny. Rám zase určuje deformace a pohyby skořepinových prvků. Rám se skládá převážně z těsně uspořádaných kolagenových vláken. Tato konstrukce aortální chlopně určuje trvanlivost její funkce.

Valsalvovy sinusy jsou rozšířenou částí počátečního úseku aorty, proximálně ohraničenou odpovídajícím segmentem fibrózního prstence a cípkem a distálně sinotubulárním spojením. Sinusy se nazývají podle koronárních tepen, ze kterých odcházejí: pravá koronární, levá koronární a nekoronární. Stěna sinusů je tenčí než stěna aorty a skládá se pouze z intimy a medie, poněkud ztluštěné kolagenními vlákny. V tomto případě se počet elastinových vláken ve stěně sinusů snižuje a kolagenních vláken se zvyšuje ve směru od sinotubulu k ventrikuloaortálnímu spojení. Hustá kolagenní vlákna se nacházejí převážně podél vnějšího povrchu sinusů a jsou orientována v obvodovém směru a v subkomisurálním prostoru se podílejí na tvorbě interkuspidálních trojúhelníků, které podpírají tvar chlopně. Hlavní úlohou sinusů je přerozdělování napětí mezi cípy a sinusy během diastoly a nastolení rovnovážné polohy cípů během systoly. Dutiny jsou na úrovni své základny rozděleny mezikuspovými trojúhelníky.

Vláknitá struktura, která tvoří aortální chlopeň, je jednotná prostorová struktura silných vláknitých elementů kořene aorty, vláknitého prstence báze chlopní, komisurálních tyčinek (sloupců) a sinotubulárního spojení. Sinotubulární spojení (klenutý prstenec nebo klenutý hřeben) je vlnovité anatomické spojení mezi sinusy a vzestupnou aortou.

Ventrikulo-aortální spojení (prsten báze chlopně) je kruhové anatomické spojení mezi vývodem levé komory a aortou, což je vláknitá a svalová struktura. V zahraniční chirurgické literatuře se ventrikulo-aortální spojení často nazývá „aortální prstenec“. Ventrikulo-aortální spojení je tvořeno v průměru 45–47 % myokardu arteriálního konusu levé komory.

Komisura je linie spojení (kontaktu) sousedních cípů s jejich periferními proximálními okraji na vnitřním povrchu distálního segmentu kořene aorty a její distální konec je umístěn u sinotubulárního spojení. Komisurální tyče (sloupky) jsou místy fixace komisur na vnitřním povrchu kořene aorty. Komisurální sloupky jsou distálním pokračováním tří segmentů fibrozního prstence.

Henleho interkuspidální trojúhelníky jsou fibromuskulární komponenty kořene aorty a nacházejí se proximálně od komisur mezi sousedními segmenty fibrozního prstence a jejich příslušnými cípy. Anatomicky jsou interkuspidální trojúhelníky součástí aorty, ale funkčně poskytují výtokové cesty z levé komory a jsou ovlivněny spíše komorovou než aortální hemodynamikou. Interkuspidální trojúhelníky hrají důležitou roli v biomechanické funkci chlopně tím, že umožňují sinusům fungovat relativně nezávisle, spojují je a udržují jednotnou geometrii kořene aorty. Pokud jsou trojúhelníky malé nebo asymetrické, vyvíjí se úzký fibrozní prstenec nebo deformace chlopně s následnou dysfunkcí cípů. Tuto situaci lze pozorovat u bikuspidálních aortálních chlopní.

Cíl je uzavírací prvek chlopně, jehož proximální okraj vyčnívá z poloměsíčité části fibrózního prstence, což je hustá kolagenní struktura. Cíl se skládá z těla (hlavně zatížené části), koaptační (uzavírací) plochy a báze. Volné okraje sousedních cípů v uzavřené poloze tvoří koaptační zónu sahající od komisur do středu cípu. Ztluštělá trojúhelníková centrální část koaptační zóny cípu se nazývá Aranziho uzel.

Cípek, který tvoří aortální chlopeň, se skládá ze tří vrstev (aortální, ventrikulární a houbovité) a je zvenku pokryt tenkou endoteliální vrstvou. Vrstva přivrácená k aortě (fibrosa) obsahuje převážně kolagenní vlákna orientovaná v obvodovém směru ve formě snopků a pramenů a malé množství elastinových vláken. V koaptační zóně volného okraje cípu je tato vrstva přítomna ve formě jednotlivých snopků. Kolagenní snopky v této zóně jsou „zavěšeny“ mezi komisurálními sloupky pod úhlem přibližně 125° vzhledem k aortální stěně. V těle cípu tyto snopky odstupují pod úhlem přibližně 45° od vláknitého prstence ve tvaru poloelipsy a končí na jeho opačné straně. Tato orientace „silových“ snopků a okrajů cípu ve tvaru „závěsného můstku“ má za cíl přenést tlakové zatížení během diastoly z cípu na sinusy a vláknitou kostru, která tvoří aortální chlopeň.

V nezatížené chlopni jsou vazivové svazky ve smrštěném stavu ve formě vlnovek umístěných v obvodovém směru ve vzdálenosti přibližně 1 mm od sebe. Kolagenní vlákna, která tvoří svazky, mají také v uvolněné chlopni vlnitou strukturu s periodou vlny asi 20 μm. Při aplikaci zatížení se tyto vlny narovnají, což umožňuje natažení tkáně. Zcela narovnaná vlákna se stávají neroztažitelnými. Záhyby kolagenních svazků se snadno narovnají při mírném zatížení chlopně. Tyto svazky jsou jasně viditelné v zatíženém stavu i v procházejícím světle.

Konstanta geometrických proporcí elementů aortálního kořene byla studována metodou funkční anatomie. Zejména bylo zjištěno, že poměr průměrů sinotubulárního spojení a báze chlopně je konstantní a činí 0,8-0,9. To platí pro chlopňovo-aortální komplexy mladých a středních jedinců.

S věkem dochází ke kvalitativním procesům narušení struktury aortální stěny, doprovázeným snížením její elasticity a rozvojem kalcifikace. To vede na jedné straně k jejímu postupnému roztahování a na druhé straně ke snížení elasticity. Ve věku nad 50–60 let dochází ke změnám geometrických proporcí a snížení roztažnosti aortální chlopně, což je doprovázeno zmenšením plochy otevření cípů a zhoršením funkčních charakteristik chlopně jako celku. Při implantaci bezrámových biologických náhrad v aortální pozici je třeba zohlednit anatomické a funkční zvláštnosti kořene aorty pacientů související s věkem.

Koncem 60. let 20. století bylo provedeno srovnání struktury takového útvaru, jako je aortální chlopeň u lidí a savců. Tyto studie prokázaly podobnost řady anatomických parametrů prasečích a lidských chlopní na rozdíl od jiných xenogenních kořenů aorty. Zejména se ukázalo, že nekoronární a levý koronární sinus lidské chlopně byly největší, respektive nejmenší. Zároveň byl pravý koronární sinus prasečí chlopně největší a nekoronární nejmenší. Zároveň byly poprvé popsány rozdíly v anatomické struktuře pravého koronárního sinu prasečích a lidských aortálních chlopní. V souvislosti s rozvojem rekonstrukční plastické chirurgie a náhrady aortální chlopně biologickými bezrámovými náhradami byly v posledních letech obnoveny anatomické studie aortální chlopně.

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

Lidská aortální chlopeň a prasečí aortální chlopeň

Byla provedena srovnávací studie struktury lidské aortální chlopně a prasečí aortální chlopně jako potenciálního xenograftu. Ukázalo se, že xenogenní chlopně mají relativně nízký profil a jsou ve většině případů (80 %) asymetrické kvůli menší velikosti jejich nekoronárního sinu. Mírná asymetrie lidské aortální chlopně je způsobena menší velikostí jejího levého koronárního sinu a není tak výrazná.

Prasečí aortální chlopeň, na rozdíl od lidské, nemá fibrotický prstenec a její sinusy přímo neohraničují základnu cípků. Prasečí cípy jsou svou půlměsícovitou základnou připojeny přímo k základně chlopně, protože pravý fibrotický prstenec u prasečích chlopní chybí. Báze xenogenních sinusů a cípků jsou připojeny k fibrozním a/nebo fibromuskulárním částem základny chlopně. Například báze nekoronárních a levých koronárních cípků prasečí chlopně ve formě rozbíhajících se cípků (fibrosa a ventnculans) je připojena k fibrozní základně chlopně. Jinými slovy, cípy, které tvoří prasečí aortální chlopeň, přímo nesousedí s sinusy, jako je tomu u alogenních kořenů aorty. Mezi nimi se nachází distální část báze chlopně, která v podélném směru (podél osy chlopně) na úrovni nejproximálnějšího bodu levého koronárního a nekoronárního sinu je v průměru rovna 4,6 ± 2,2 mm a pravého koronárního sinu 8,1 ± 2,8 mm. To je důležitý a významný rozdíl mezi prasečí chlopní a lidskou chlopní.

Svalové úpon aortálního kužele levé komory podél osy v kořeni aorty prasete je mnohem významnější než u alogenní. U prasečích chlopní toto úponování tvořilo bázi pravého koronárního cípu a stejnojmenného sinu a v menší míře bázi sousedních segmentů levého koronárního a nekoronárního cípu. U alogenních chlopní toto úponování vytváří pouze oporu pro bázi, zejména pravého koronárního sinu a v menší míře levého koronárního sinu.

Analýza velikostí a geometrických proporcí jednotlivých prvků aortální chlopně v závislosti na intraaortálním tlaku se ve funkční anatomii používala poměrně často. Za tímto účelem byl kořen aorty vyplněn různými vytvrzovacími látkami (guma, parafín, silikonová pryž, plasty atd.) a jeho strukturální stabilizace byla provedena chemicky nebo kryogenně za různých tlaků. Výsledné odlitky nebo strukturované kořeny aorty byly studovány morfometrickou metodou. Tento přístup ke studiu aortální chlopně umožnil stanovit některé zákonitosti jejího fungování.

Experimenty in vitro a in vivo ukázaly, že kořen aorty je dynamická struktura a většina jejích geometrických parametrů se mění během srdečního cyklu v závislosti na tlaku v aortě a levé komoře. Jiné studie ukázaly, že funkce cípů je do značné míry určena elasticitou a roztažitelností kořene aorty. Vířivým pohybům krve v sinusech byla přisouzena důležitá role při otevírání a zavírání cípů.

Dynamika geometrických parametrů aortální chlopně byla studována v experimentu na zvířatech pomocí vysokorychlostní kineangiografie, kinematografie a kineradiografie, stejně jako u zdravých jedinců pomocí kineangiokardiografie. Tyto studie nám umožnily poměrně přesně odhadnout dynamiku mnoha prvků kořene aorty a pouze předběžně odhadnout dynamiku tvaru a profilu chlopně během srdečního cyklu. Zejména bylo prokázáno, že systolicko-diastolická expanze sinotubulárního spojení je 16-17 % a úzce koreluje s arteriálním tlakem. Průměr sinotubulárního spojení dosahuje svých maximálních hodnot na vrcholu systolického tlaku v levé komoře, čímž usnadňuje otevírání chlopní v důsledku divergence komisur směrem ven, a poté se po uzavření chlopní snižuje. Průměr sinotubulárního spojení dosahuje svých minimálních hodnot na konci izovolumické relaxační fáze levé komory a začíná se zvětšovat v diastole. Komisurální sloupce a sinotubulární spojení se díky své flexibilitě podílejí na rozložení maximálního napětí v chlopních po jejich uzavření během období rychlého nárůstu reverzního transvalvulárního tlakového gradientu. Byly také vyvinuty matematické modely, které vysvětlují pohyb chlopní během jejich otevírání a zavírání. Data z matematického modelování však byla do značné míry v rozporu s experimentálními daty.

Dynamika báze aortální chlopně ovlivňuje normální funkci chlopňových cípů nebo implantované bezrámové bioprotézy. Bylo prokázáno, že obvod báze chlopně (pes a ovce) dosáhl své maximální hodnoty na začátku systoly, během systoly se zmenšil a na jejím konci byl minimální. Během diastoly se obvod chlopně zvětšoval. Baze aortální chlopně je také schopna cyklických asymetrických změn své velikosti v důsledku kontrakce svalové části ventrikuloaortálního spojení (interkuspidální trojúhelníky mezi pravým a levým koronárním sinusem, stejně jako báze levého a pravého koronárního sinusu). Kromě toho byly zjištěny smykové a torzní deformace kořene aorty. Největší torzní deformace byly zaznamenány v oblasti komisurálního sloupce mezi nekoronárním a levým koronárním sinusem a minimální - mezi nekoronárním a pravým koronárním sinusem. Implantace bezrámové bioprotézy s polotuhou bází může změnit poddajnost kořene aorty vůči torzním deformacím, což povede k přenosu torzních deformací na sinotubulární spojení kompozitního kořene aorty a ke vzniku distorze chlopní bioprotézy.

Studie normální biomechaniky aortální chlopně u mladých jedinců (průměrný věk 21,6 let) byla provedena pomocí transesofageální echokardiografie s následným počítačovým zpracováním videozáznamů (až 120 snímků za sekundu) a analýzou dynamiky geometrických charakteristik prvků aortální chlopně v závislosti na čase a fázích srdečního cyklu. Bylo prokázáno, že během systoly se významně mění plocha otevření chlopně, radiální úhel cípu k bázi chlopně, průměr báze chlopně a radiální délka cípu. V menší míře se mění průměr sinotubulárního spojení, obvodová délka volného okraje cípu a výška sinusů.

Radiální délka chlopně byla tedy maximální v diastolické fázi izovolumického poklesu intraventrikulárního tlaku a minimální v systolické fázi snížené ejekční kapacity. Radiální systolicko-diastolické protažení chlopně bylo v průměru 63,2 ± 1,3 %. Chlopeň byla delší v diastole s vysokým diastolickým gradientem a kratší ve fázi sníženého průtoku krve, kdy se systolický gradient blížil nule. Obvodové systolicko-diastolické protažení chlopně a sinotubulárního spojení bylo 32,0 ± 2,0 %, respektive 14,1 ± 1,4 %. Radiální úhel sklonu chlopně k báze chlopně se v průměru měnil z 22° v diastole na 93° v systole.

Systolický pohyb cípů, které tvoří aortální chlopeň, byl konvenčně rozdělen do pěti období:

1. přípravné období probíhalo během fáze izovolumického zvýšení intraventrikulárního tlaku; chlopně se narovnaly, poněkud zkrátily v radiálním směru, šířka koaptační zóny se zmenšila, úhel se v průměru zvětšil z 22° na 60°;
2. období rychlého otevírání chlopní trvalo 20-25 ms; s nástupem vypuzování krve se u báze chlopní vytvořila vlna inverze, která se rychle šířila radiálním směrem k tělům chlopní a dále k jejich volným okrajům;
3. vrchol otevření chlopně nastal během první fáze maximálního vypuzení; v tomto období byly volné okraje chlopní maximálně ohnuté směrem k sinusům, tvar otvoru chlopně se blížil kruhu a z profilu chlopeň připomínala tvar komolého obráceného kužele;
4. období relativně stabilního otevírání ventilů nastalo během druhé fáze maximálního vypuzování, volné okraje ventilů se narovnaly podél osy proudění, ventil nabyl tvaru válce a ventily se postupně zavíraly; na konci tohoto období se tvar otvoru ventilu stal trojúhelníkovým;
5. Období rychlého uzavření chlopně se shodovalo s fází snížené ejekční kapacity. Na bázi cípů se vytvořila reverzní vlna, která natáhla stažené cípy v radiálním směru, což vedlo k jejich uzavření nejprve podél ventrikulárního okraje koaptační zóny a poté k úplnému uzavření cípů.

K maximálním deformacím elementů aortálního kořene docházelo v obdobích rychlého otevírání a zavírání chlopně. Při rychlých změnách tvaru cípků, které tvoří aortální chlopeň, v nich může docházet k vysokým pnutím, což může vést k degenerativním změnám v tkáni.

Mechanismus otevírání a zavírání chlopně s tvorbou inverzní a reverzní vlny, jakož i zvětšení radiálního úhlu sklonu chlopně k základně chlopně ve fázi izovolumického zvýšení tlaku uvnitř komory lze připsat tlumícím mechanismům kořene aorty, které snižují deformaci a napětí chlopní.