Aortos vožtuvas

Aortos vožtuvas laikomas labiausiai ištirtu, nes jis buvo aprašytas jau seniai, pradedant Leonardo da Vinci (1513) ir Valsalva (1740), ir ne kartą, ypač XX a. antroje pusėje. Tuo pačiu metu ankstesnių metų tyrimai daugiausia buvo aprašomojo arba rečiau lyginamojo pobūdžio. Pradedant J. Zimmermano (1969) darbu, kuriame autorius pasiūlė laikyti „vožtuvo funkciją savo struktūros tęsiniu“, dauguma tyrimų tapo morfofunkcinio pobūdžio. Toks požiūris į aortos vožtuvo funkcijos tyrimą tiriant jo struktūrą tam tikru mastu buvo susijęs su metodologiniais sunkumais, susijusiais su tiesioginiu aortos vožtuvo biomechanikos tyrimu. Funkcinės anatomijos tyrimai leido nustatyti aortos vožtuvo morfofunkcines ribas, patikslinti terminologiją ir plačiai ištirti jo funkciją.

Dėl šių tyrimų aortos vožtuvas plačiąja prasme pradėtas laikyti viena anatomine ir funkcine struktūra, susijusia tiek su aorta, tiek su kairiuoju skilveliu.

Pagal šiuolaikines koncepcijas, aortos vožtuvas yra tūrinė piltuvėlio arba cilindro formos struktūra, susidedanti iš trijų sinusų, trijų Henlio tarpslankstelinių trikampių, trijų pusmėnulinių viršūnių ir pluoštinio žiedo, kurių proksimalinės ir distalinės ribos yra atitinkamai skilvelių aortos ir sinotubulinės jungtys.

Rečiau vartojamas terminas „vožtuvų-aortos kompleksas“. Siaurąja prasme aortos vožtuvas kartais suprantamas kaip fiksavimo elementas, susidedantis iš trijų gaubtelių, trijų komisūrų ir skaidulinio žiedo.

Bendrosios mechanikos požiūriu aortos vožtuvas laikomas kompozicine struktūra, susidedančia iš tvirto pluoštinio (jėgos) karkaso ir ant jo uždėtų santykinai plonų apvalkalo elementų (sinusų sienelių ir gaubtelių). Šio karkaso deformacijos ir judesiai atsiranda veikiant vidinėms jėgoms, atsirandančioms prie jo pritvirtintuose apvalkaluose. Karkasas, savo ruožtu, lemia apvalkalo elementų deformacijas ir judesius. Karkasą daugiausia sudaro sandariai supakuotos kolageno skaidulos. Tokia aortos vožtuvo konstrukcija lemia jo funkcijos ilgaamžiškumą.

Valsalvos sinusai yra išsiplėtusi pradinės aortos dalies dalis, proksimaliai apribota atitinkamu skaidulinio žiedo segmentu ir smailiu kraštu, o distaliai – sinotubuline jungtimi. Sinusai vadinami pagal vainikines arterijas, iš kurių jie išeina: dešinysis vainikinis, kairysis vainikinis ir nevainikinis. Sinusų sienelė yra plonesnė už aortos sienelę ir susideda tik iš intimos ir medijos, šiek tiek sustorėjusių kolageno skaidulomis. Šiuo atveju elastino skaidulų skaičius sinusų sienelėje mažėja, o kolageno skaidulų daugėja kryptimi nuo sinotubulinės jungties link ventrikuloaortinės jungties. Tankios kolageno skaidulos daugiausia išsidėsčiusios išilgai sinusų išorinio paviršiaus ir yra orientuotos apskritimo kryptimi, o subkomisuralinėje erdvėje dalyvauja formuojant tarpslankstelinius trikampius, kurie palaiko vožtuvo formą. Pagrindinis sinusų vaidmuo yra perskirstyti įtampą tarp smailiųjų kraštų ir sinusų diastolės metu ir nustatyti smailiųjų kraštų pusiausvyros padėtį sistolės metu. Sinusai ties pagrindu yra padalinti tarpslanksteliniais trikampiais.

Aortos vožtuvą sudarantis pluoštinis karkasas yra vientisa erdvinė struktūra, sudaryta iš stiprių aortos šaknies pluoštinių elementų, vožtuvų pagrindo pluoštinio žiedo, komisinių strypų (kolonėlių) ir sinotubulinės jungties. Sinotubulinė jungtis (arkinis žiedas arba arkinis ketera) yra bangos formos anatominė jungtis tarp sinusų ir kylančiosios aortos.

Ventrikulinė-aortos jungtis (vožtuvo pagrindo žiedas) yra apvali anatominė jungtis tarp kairiojo skilvelio išėjimo angos ir aortos, kuri yra skaidulinė ir raumeninė struktūra. Užsienio chirurginėje literatūroje ventrikulinė-aortos jungtis dažnai vadinama „aortos žiedu“. Ventrikulinę-aortos jungtį sudaro vidutiniškai 45–47 % kairiojo skilvelio arterinio kūgio miokardo.

Komisūra yra gretimų viršūnių jungties (sąlyčio) linija su jų periferiniais proksimaliniais kraštais aortos šaknies distalinio segmento vidiniame paviršiuje, o jos distalinis galas yra sinotubulinėje jungtyje. Komisūriniai strypai (kolonėlės) yra komisūrų fiksacijos vietos aortos šaknies vidiniame paviršiuje. Komisūriniai stulpeliai yra trijų skaidulinio žiedo segmentų distalinis tęsinys.

Henlio tarpburtiniai trikampiai yra skaiduliniai arba fibromuskuliniai aortos šaknies komponentai, esantys proksimaliai nuo gretimų skaidulinio žiedo segmentų ir jų atitinkamų viršūnių sujungimų. Anatomiškai tarpburtiniai trikampiai yra aortos dalis, tačiau funkciniu požiūriu jie užtikrina ištekėjimo takus iš kairiojo skilvelio ir yra veikiami skilvelių, o ne aortos hemodinamikos. Tarpburtiniai trikampiai atlieka svarbų vaidmenį vožtuvo biomechaninėje funkcijoje, nes leidžia sinusams funkcionuoti santykinai nepriklausomai, juos sujungia ir palaiko vienodą aortos šaknies geometriją. Jei trikampiai yra maži arba asimetriški, išsivysto siauras skaidulinis žiedas arba vožtuvo iškrypimas, dėl kurio sutrinka viršūnių funkcija. Ši situacija gali būti stebima dviburiuose aortos vožtuvuose.

Kuspas yra vožtuvo fiksavimo elementas, kurio proksimalinis kraštas tęsiasi nuo pusmėnulinės skaidulinio žiedo dalies, kuri yra tanki kolageno struktūra. Kuspą sudaro kūnas (pagrindinė apkrauta dalis), koaptacijos (uždarymo) paviršius ir pagrindas. Uždarytoje padėtyje gretimų kupsų laisvieji kraštai sudaro koaptacijos zoną, besitęsiančią nuo komisūrų iki kupso centro. Sustorėjusi trikampio formos centrinė kupso koaptacijos zonos dalis vadinama Aranzi mazgu.

Aortos vožtuvą sudarantis lapelis susideda iš trijų sluoksnių (aortos, skilvelių ir kempinės) ir iš išorės yra padengtas plonu endotelio sluoksniu. Į aortą nukreiptas sluoksnis (fibrosa) daugiausia sudarytas iš kolageno skaidulų, orientuotų apskritimo kryptimi pluoštų ir gijų pavidalu, ir nedidelio kiekio elastino skaidulų. Laisvojo lapelio krašto koaptacijos zonoje šis sluoksnis yra atskirų pluoštų pavidalu. Šioje zonoje kolageno pluoštai yra „pakabinti“ tarp komisinių stulpelių maždaug 125 ° kampu aortos sienelės atžvilgiu. Lapelio korpuse šie pluoštai atsitraukia maždaug 45 ° kampu nuo skaidulinio žiedo pusiau elipsės pavidalu ir baigiasi priešingoje jo pusėje. Tokia „jėgos“ pluoštų ir lapelio kraštų orientacija „pakabinamojo tiltelio“ pavidalu skirta diastolės metu perkelti slėgio apkrovą iš lapelio į sinusus ir pluoštinę struktūrą, kuri sudaro aortos vožtuvą.

Neapkrautame vožtuve skaiduliniai pluoštai yra susitraukusios būsenos banguotų linijų pavidalu, išsidėsčiusių apskritimo kryptimi maždaug 1 mm atstumu vienas nuo kito. Kolageno skaidulos, sudarančios pluoštus, atsipalaidavusiame vožtuve taip pat turi banguotą struktūrą, o bangos periodas yra apie 20 μm. Kai veikiamas apkrova, šios bangos išsitiesina, leisdamos audiniui išsitempti. Visiškai ištiesintos skaidulos tampa nebeištempiamos. Kolageno pluoštų klostės lengvai išsitiesina šiek tiek apkraunant vožtuvą. Šie pluoštai aiškiai matomi tiek apkrautoje būsenoje, tiek praleidžiamoje šviesoje.

Aortos šaknies elementų geometrinių proporcijų pastovumas buvo tirtas naudojant funkcinės anatomijos metodą. Visų pirma, nustatyta, kad sinotubulinės jungties ir vožtuvo pagrindo skersmenų santykis yra pastovus ir sudaro 0,8–0,9. Tai pasakytina apie jaunų ir vidutinio amžiaus asmenų vožtuvo-aortos kompleksus.

Su amžiumi vyksta kokybiniai aortos sienelės struktūros sutrikimo procesai, lydimi jos elastingumo sumažėjimo ir kalcifikacijos vystymosi. Tai, viena vertus, lemia laipsnišką jos plėtimąsi, kita vertus, elastingumo sumažėjimą. Geometrinių proporcijų pokyčiai ir aortos vožtuvo ištempiamumo sumažėjimas pasireiškia sulaukus daugiau nei 50–60 metų, kartu sumažėja kauliukų atsidarymo plotas ir pablogėja viso vožtuvo funkcinės savybės. Implantuojant berėmes biologinius pakaitalus aortos padėtyje, reikia atsižvelgti į su amžiumi susijusias pacientų aortos šaknies anatomines ir funkcines ypatybes.

Tokio darinio kaip žmogaus ir žinduolių aortos vožtuvas struktūros palyginimas buvo atliktas septintojo dešimtmečio pabaigoje. Šie tyrimai parodė daugelio kiaulės ir žmogaus vožtuvų anatominių parametrų panašumą, skirtingai nei kitos ksenogeninės aortos šaknys. Visų pirma, buvo parodyta, kad žmogaus vožtuvo nekoronarinis ir kairysis vainikiniai sinusai buvo atitinkamai didžiausi ir mažiausi. Tuo pačiu metu kiaulės vožtuvo dešinysis vainikinis sinusas buvo didžiausias, o nekoronarinis – mažiausias. Tuo pačiu metu pirmą kartą buvo aprašyti kiaulės ir žmogaus aortos vožtuvų dešiniojo vainikinio sinuso anatominės struktūros skirtumai. Ryšium su rekonstrukcinės plastinės chirurgijos ir aortos vožtuvo pakeitimo biologiniais berėmės pakaitalais plėtra, pastaraisiais metais atnaujinami aortos vožtuvo anatominiai tyrimai.

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

Žmogaus aortos vožtuvas ir kiaulės aortos vožtuvas

Atliktas lyginamasis žmogaus aortos vožtuvo ir kiaulės aortos vožtuvo, kaip potencialaus ksenotransplantato, struktūros tyrimas. Parodyta, kad ksenogeniniai vožtuvai yra santykinai žemo profilio ir daugeliu atvejų (80%) yra asimetriški dėl mažesnio jų nevainikinio sinuso dydžio. Vidutinė žmogaus aortos vožtuvo asimetrija atsiranda dėl mažesnio jo kairiojo vainikinio sinuso dydžio ir nėra tokia ryški.

Kiaulės aortos vožtuvas, skirtingai nei žmogaus, neturi skaidulinio žiedo, o jo sinusai tiesiogiai nesiriboja su gaubtelių pagrindu. Kiaulės gaubteliai savo pusmėnuliniu pagrindu yra pritvirtinti tiesiai prie vožtuvo pagrindo, nes tikrojo skaidulinio žiedo kiaulės vožtuvuose nėra. Ksenogeninių sinusų ir gaubtelių pagrindai yra pritvirtinti prie vožtuvo pagrindo skaidulinių ir (arba) fibromuskulinių dalių. Pavyzdžiui, kiaulės vožtuvo nekoronarinių ir kairiųjų vainikinių gaubtelių pagrindas, esantis išsišakojančių lapelių (fibrozų ir ventrikulinių latakų) pavidalu, yra pritvirtintas prie vožtuvo skaidulinio pagrindo. Kitaip tariant, kiaulės aortos vožtuvą sudarantys gaubteliai nėra tiesiogiai greta sinusų, kaip alogeninėse aortos šaknyse. Tarp jų yra distalinė vožtuvo pagrindo dalis, kuri išilgine kryptimi (išilgai vožtuvo ašies) kairiojo vainikinio ir nevainikinio sinuso proksimalinio taško lygyje yra vidutiniškai lygi 4,6 ± 2,2 mm, o dešiniojo vainikinio sinuso - 8,1 ± 2,8 mm. Tai svarbus ir reikšmingas skirtumas tarp kiaulės vožtuvo ir žmogaus vožtuvo.

Kairiojo skilvelio aortos kūgio raumeninis įsitvirtinimas išilgai ašies kiaulės aortos šaknyje yra daug reikšmingesnis nei alogeninėje. Kiaulės vožtuvuose šis įsitvirtinimas sudarė dešiniojo vainikinio sinuso ir to paties pavadinimo sinuso pagrindą, o mažesniu mastu – gretimų kairiojo vainikinio ir nevainikinio sinuso segmentų pagrindą. Alogeniniuose vožtuvuose šis įsitvirtinimas sukuria tik atramą, daugiausia, dešiniojo vainikinio sinuso ir mažesniu mastu – kairiojo vainikinio sinuso pagrindui.

Funkcinėje anatomijoje gana dažnai buvo naudojama atskirų aortos vožtuvo elementų dydžių ir geometrinių proporcijų analizė, priklausanti nuo intraaortinio slėgio. Šiuo tikslu aortos šaknis buvo užpildoma įvairiomis kietinančiomis medžiagomis (guma, parafinu, silikonine guma, plastikais ir kt.), o jos struktūrinis stabilizavimas atliekamas cheminiu arba kriogeniniu būdu, esant skirtingam slėgiui. Gauti liejiniai arba struktūrizuotos aortos šaknys buvo tiriamos morfometriniu metodu. Toks aortos vožtuvo tyrimo metodas leido nustatyti kai kuriuos jo veikimo dėsningumus.

In vitro ir in vivo eksperimentai parodė, kad aortos šaknis yra dinamiška struktūra ir dauguma jos geometrinių parametrų kinta širdies ciklo metu priklausomai nuo slėgio aortoje ir kairiajame skilvelyje. Kiti tyrimai parodė, kad gaubtelių funkciją daugiausia lemia aortos šaknies elastingumas ir tempiamumas. Sūkuriniai kraujo judesiai sinusuose atliko svarbų vaidmenį gaubtelių atsidarymui ir užsidarymui.

Aortos vožtuvo geometrinių parametrų dinamika buvo tirta atliekant eksperimentą su gyvūnais, naudojant greitąją kineangiografiją, kinematografiją ir kineradiografiją, taip pat sveikiems asmenims, naudojant kineangiokardiografiją. Šie tyrimai leido mums gana tiksliai įvertinti daugelio aortos šaknies elementų dinamiką ir tik preliminariai įvertinti vožtuvo formos ir profilio dinamiką širdies ciklo metu. Visų pirma, buvo parodyta, kad sistolinis-diastolinis sinotubulinės jungties išsiplėtimas yra 16–17 % ir glaudžiai koreliuoja su arteriniu slėgiu. Sinotubulinės jungties skersmuo pasiekia didžiausias vertes, kai kairiajame skilvelyje yra didžiausias sistolinis slėgis, taip palengvindamas vožtuvų atsidarymą dėl komisūrų išsiplėtimo į išorę, o vėliau mažėja po vožtuvų uždarymo. Sinotubulinės jungties skersmuo pasiekia mažiausias vertes kairiojo skilvelio izovoliuminės relaksacijos fazės pabaigoje ir pradeda didėti diastolėje. Kommisuralinės kolonos ir sinotubulinė jungtis dėl savo lankstumo dalyvauja maksimalaus įtempio pasiskirstyme lapeliuose po jų uždarymo, kai atvirkštinis transvožtuvinis slėgio gradientas sparčiai didėja. Taip pat buvo sukurti matematiniai modeliai, paaiškinantys lapelių judėjimą jų atidarymo ir uždarymo metu. Tačiau matematinio modeliavimo duomenys daugiausia neatitiko eksperimentinių duomenų.

Aortos vožtuvo pagrindo dinamika turi įtakos normaliam vožtuvo lapelių arba implantuoto berėmės bioprotezės veikimui. Įrodyta, kad vožtuvo pagrindo (šunų ir avių) perimetras pasiekė maksimalią vertę sistolės pradžioje, sumažėjo sistolės metu ir buvo minimalus jos pabaigoje. Diastolės metu vožtuvo perimetras padidėjo. Aortos vožtuvo pagrindas taip pat gali cikliškai asimetriškai keisti savo dydį dėl skilvelių-aortos jungties raumeninės dalies (tarpslankstelinių trikampių tarp dešiniojo ir kairiojo vainikinių sinusų, taip pat kairiojo ir dešiniojo vainikinių sinusų pagrindų) susitraukimo. Be to, nustatytos aortos šaknies šlyties ir sukimo deformacijos. Didžiausios sukimo deformacijos pastebėtos komisinio stulpelio srityje tarp nevainikinių ir kairiojo vainikinių sinusų, o minimalios – tarp nevainikinių ir dešiniojo vainikinių. Berėmės bioprotezės su pusiau standžiu pagrindu implantavimas gali pakeisti aortos šaknies prisitaikymą prie torsinių deformacijų, dėl ko torsinės deformacijos bus perduotos į kompozicinės aortos šaknies sinotubulinę jungtį ir susidarys bioprotezės lapelių iškraipymas.

Jaunų asmenų (vidutiniškai 21,6 metų) normalios aortos vožtuvo biomechanikos tyrimas buvo atliktas naudojant transezofaginę echokardiografiją, vėliau kompiuteriu apdorojant vaizdo vaizdus (iki 120 kadrų per sekundę) ir analizuojant aortos vožtuvo elementų geometrinių charakteristikų dinamiką, priklausomai nuo širdies ciklo laiko ir fazių. Buvo įrodyta, kad sistolės metu reikšmingai pasikeičia vožtuvo atsidarymo plotas, lapelio radialinis kampas su vožtuvo pagrindu, vožtuvo pagrindo skersmuo ir lapelio radialinis ilgis. Mažiau pasikeičia sinotubulinės jungties skersmuo, lapelio laisvojo krašto apskritiminis ilgis ir sinusų aukštis.

Taigi, lapelio radialinis ilgis buvo didžiausias diastolinėje fazėje, kai sumažėja intraskilvelio slėgis, ir mažiausias sistolinėje fazėje, kai sumažėja išstūmimas. Lapelio radialinis sistolinis-diastolinis išsiplėtimas vidutiniškai buvo 63,2 ± 1,3 %. Diastolėje, kai diastolinis gradientas didelis, lapelis buvo ilgesnis, o sumažėjusios kraujotakos fazėje, kai sistolinis gradientas artimas nuliui, – trumpesnis. Lapelio ir sinotubulinės jungties perimetrinis sistolinis-diastolinis išsiplėtimas buvo atitinkamai 32,0 ± 2,0 % ir 14,1 ± 1,4 %. Lapelio radialinis polinkio kampas į vožtuvo pagrindą vidutiniškai keitėsi nuo 22 diastolėje iki 93° sistolės metu.

Aortos vožtuvą sudarančių gaubtelių sistolinis judėjimas paprastai buvo suskirstytas į penkis laikotarpius:

1. Parengiamasis laikotarpis vyko izovoliuminio intraskilvelio slėgio padidėjimo fazėje; vožtuvai išsitiesino, šiek tiek sutrumpėjo radialine kryptimi, sumažėjo koaptacijos zonos plotis, kampas padidėjo vidutiniškai nuo 22° iki 60°;
2. greito vožtuvų atsidarymo laikotarpis truko 20–25 ms; prasidėjus kraujo išstūmimui, vožtuvų apačioje susidarė inversijos banga, kuri greitai išplito radialine kryptimi į vožtuvų korpusus ir toliau į jų laisvus kraštus;
3. Vožtuvo atsidarymo pikas įvyko per pirmąją maksimalaus išstūmimo fazę; šiuo laikotarpiu laisvieji vožtuvų kraštai buvo maksimaliai sulenkti link sinusų, vožtuvo angos forma artėjo prie apskritimo, o profiliu vožtuvas priminė nupjauto apversto kūgio formą;
4. Antrojo maksimalaus išstūmimo etapo metu įvyko santykinai stabilus vožtuvų atidarymo laikotarpis, laisvi vožtuvų kraštai ištiesėjo išilgai srauto ašies, vožtuvas įgavo cilindro formą, o vožtuvai palaipsniui užsidarė; šio laikotarpio pabaigoje vožtuvo angos forma tapo trikampė;
5. Greito vožtuvo užsidarymo laikotarpis sutapo su sumažėjusio išstūmimo faze. Ties smaigalių pagrindu susidarė atvirkštinė banga, ištempusi susitraukusias smaigalius radialine kryptimi, dėl ko jie užsidarė pirmiausia palei koaptacijos zonos skilvelio kraštą, o vėliau visiškai užsidarė.

Didžiausios aortos šaknies elementų deformacijos įvyko vožtuvo greito atsidarymo ir uždarymo laikotarpiais. Greitai keičiantis aortos vožtuvą sudarančių iškilimų formai, jose gali atsirasti dideli įtempiai, kurie gali sukelti degeneracinius audinių pokyčius.

Vožtuvo atidarymo ir uždarymo mechanizmas, susidarant atitinkamai inversijos ir atvirkštinės bangos, taip pat vožtuvo radialinio polinkio kampo padidėjimas vožtuvo pagrindo atžvilgiu izovoluminio slėgio padidėjimo fazėje skilvelio viduje gali būti siejamas su aortos šaknies slopinimo mechanizmais, mažinančiais vožtuvų deformaciją ir įtempimą.