Aorta billentyű

Az aortabillentyűt tartják a legtöbbet tanulmányozottnak, mivel már régen leírták, Leonardo da Vincivel (1513) és Valsalvával (1740) kezdve, és ismételten, különösen a 20. század második felében. Ugyanakkor az elmúlt évek tanulmányai főként leíró vagy ritkábban összehasonlító jellegűek voltak. J. Zimmerman (1969) munkájától kezdve, amelyben a szerző azt javasolta, hogy a "billentyűfunkciót a szerkezetének folytatásaként" tekintsék, a legtöbb tanulmány morfofunkcionális jellegűvé vált. Az aortabillentyű funkciójának a szerkezetén keresztül történő vizsgálatának ez a megközelítése bizonyos mértékig az aortabillentyű biomechanikájának közvetlen vizsgálatának módszertani nehézségeinek tudható be. A funkcionális anatómia vizsgálata lehetővé tette az aortabillentyű morfofunkcionális határainak meghatározását, a terminológia tisztázását, valamint a funkciójának nagymértékű tanulmányozását.

Ezeknek a tanulmányoknak köszönhetően az aorta billentyűt tág értelemben egyetlen anatómiai és funkcionális struktúrának tekintették, amely mind az aortához, mind a bal kamrához kapcsolódik.

A modern koncepciók szerint az aorta billentyű egy tölcsér vagy henger alakú térfogati szerkezet, amely három sinusból, három Henle-féle intercuspidális háromszögből, három félhold alakú cuspsból és egy rostos gyűrűből áll, amelyek proximális és disztális határai a kamrai aorta és a szinotubuláris csomópontok.

Ritkábban használják a "billentyű-aorta komplex" kifejezést. Szűkebb értelemben az aorta billentyűt néha egy záróelemként értik, amely három csücsökből, három komisszúrából és egy rostos gyűrűből áll.

Az általános mechanika szempontjából az aortabillentyűt összetett szerkezetnek tekintjük, amely egy erős rostos (erő) vázból és a ráhelyezett viszonylag vékony héjelemekből (sinusfalak és csücskök) áll. E váz deformációi és mozgásai a hozzá kapcsolódó héjakban ébredő belső erők hatására következnek be. A váz viszont meghatározza a héjelemek deformációit és mozgásait. A váz főként szorosan elhelyezkedő kollagénrostokból áll. Az aortabillentyű ilyen kialakítása határozza meg funkciójának tartósságát.

A Valsalva-sinusok az aorta kezdeti szakaszának kitágult részei, amelyeket proximálisan a rostos gyűrű megfelelő szegmense és a csücsök, disztálisan pedig a szinotubuláris átmenet határol. A szinuszokat a koszorúerek szerint nevezik el, amelyekből kiindulnak: jobb koszorúér, bal koszorúér és nem koszorúér. A szinusz fala vékonyabb, mint az aorta fala, és csak az intima és a média rétegéből áll, amelyeket kollagénrostok némileg megvastagítanak. Ebben az esetben a szinusz falában az elasztinrostok száma csökken, a kollagénrostok száma pedig a szinotubuláristól a kamrai aorta átmenetéig növekszik. A sűrű kollagénrostok főként a szinuszok külső felületén helyezkednek el, és kerületi irányban orientálódnak, a szubkommisszurális térben pedig részt vesznek a csücskök közötti háromszögek kialakításában, amelyek a billentyű alakját tartják. A szinuszok fő szerepe a csücskök és szinuszok közötti feszültség újraelosztása a diasztolé során, valamint a csücskök egyensúlyi helyzetének megteremtése a szisztolé során. Az orrmelléküregeket az aljuk szintjén intercusp háromszögek választják el.

Az aortabillentyűt alkotó rostos váz egyetlen térbeli szerkezet, amely az aortagyök, a billentyűalap rostos gyűrűje, a komisszurális rudak (oszlopok) és a szinotubuláris átmenet erős rostos elemeiből áll. A szinotubuláris átmenet (íves gyűrű vagy íves gerinc) egy hullám alakú anatómiai kapcsolat az orrmelléküregek és a felszálló aorta között.

A kamra-aorta átmenet (billentyűalap-gyűrű) egy kerek anatómiai összeköttetés a bal kamra kivezető nyílása és az aorta között, amely rostos-izmos szerkezet. A külföldi sebészeti szakirodalomban a kamra-aorta átmenetet gyakran „aortagyűrűnek” nevezik. A kamra-aorta átmenetet átlagosan a bal kamra artériás kónusának szívizomzatának 45-47%-a alkotja.

A komisszurális oszlop a szomszédos csücskök és azok perifériás proximális széleinek kapcsolódási (érintkezési) vonala az aortagyök disztális szegmensének belső felszínén, disztális vége pedig a szinotubuláris átmenethez közel helyezkedik el. A komisszurális rudak (oszlopok) a komisszurák rögzítési helye az aortagyök belső felszínén. A komisszurális oszlopok a rostos gyűrű három szegmensének disztális folytatásai.

A Henle-féle intercupidális háromszögek az aortagyök rostos vagy fibromuszkuláris komponensei, és a rostos gyűrű szomszédos szegmensei és a megfelelő csücskök közötti komisszurák proximális részén helyezkednek el. Anatómiailag az intercupidális háromszögek az aorta részét képezik, de funkcionálisan kiáramlási útvonalakat biztosítanak a bal kamrából, és inkább a kamrai, mint az aorta hemodinamikája befolyásolja őket. Az intercupidális háromszögek fontos szerepet játszanak a billentyű biomechanikai funkciójában azáltal, hogy lehetővé teszik a sinusok viszonylag független működését, egyesítik azokat, és fenntartják az aortagyök egyenletes geometriáját. Ha a háromszögek kicsik vagy aszimmetrikusak, keskeny rostos gyűrű vagy billentyűtorzulás alakul ki, amely a csücskök ezt követő diszfunkciójával jár. Ez a helyzet a kétcsúcsú aortabillentyűknél is megfigyelhető.

A csücsök a billentyű záróeleme, proximális széle a rostos gyűrű félhold alakú részéből nyúlik ki, amely egy sűrű kollagén szerkezet. A csücsök egy testből (a fő terhelt rész), egy koaptációs (záró) felületből és egy alapból áll. A zárt helyzetben lévő szomszédos csücsök szabad szélei egy koaptációs zónát alkotnak, amely a komisszuráktól a csücsök közepéig terjed. A csücsök koaptációs zónájának megvastagodott, háromszög alakú középső részét Aranzi-csomónak nevezik.

Az aortabillentyűt alkotó billentyű három rétegből áll (aorta, kamrai és szivacsos), és kívülről vékony endoteliális réteg borítja. Az aorta felé néző réteg (fibrosa) főként kerületi irányban orientált kollagénrostokat tartalmaz kötegek és szálak formájában, valamint kis mennyiségű elasztinrostokat. A billentyű szabad szélének koaptációs zónájában ez a réteg különálló kötegek formájában van jelen. A kollagénkötegek ebben a zónában a komisszurális oszlopok között "felfüggesztve" vannak, körülbelül 125°-os szögben az aorta falához képest. A billentyű testében ezek a kötegek körülbelül 45°-os szögben eltávolodnak a rostos gyűrűtől fél-ellipszis formájában, és annak ellentétes oldalán végződnek. A "teljesítmény" kötegek és a billentyű széleinek ilyen orientációja "függőhíd" formájában a diasztolé során a nyomásterhelést a billentyűről az orrmelléküregekre és az aortabillentyűt alkotó rostos vázra kívánja átvinni.

Terheletlen billentyű esetén a rostos kötegek összehúzott állapotban vannak, hullámos vonalak formájában, amelyek kerületi irányban helyezkednek el egymástól körülbelül 1 mm távolságra. A kötegeket alkotó kollagénrostok relaxált billentyű esetén is hullámos szerkezetűek, a hullámperiódusuk körülbelül 20 μm. Terhelés hatására ezek a hullámok kiegyenesednek, lehetővé téve a szövet nyúlását. A teljesen kiegyenesedett rostok nyújthatatlanná válnak. A kollagénkötegek redői a billentyű enyhe terhelése alatt könnyen kiegyenesednek. Ezek a kötegek terhelt állapotban és áteső fényben is jól láthatók.

Az aorta gyökérelemeinek geometriai arányainak állandóságát funkcionális anatómiai módszerrel vizsgálták. Különösen azt találták, hogy a szinotubuláris átmenet és a billentyűalap átmérőjének aránya állandó és 0,8-0,9. Ez igaz a fiatal és középkorú egyének billentyű-aorta komplexeire.

Az életkorral az aorta falszerkezetének kvalitatív zavarai zajlanak, melyeket a rugalmasságának csökkenése és a meszesedés kialakulása kísér. Ez egyrészt fokozatos tágulásához, másrészt a rugalmasság csökkenéséhez vezet. A geometriai arányok változása és az aortabillentyű nyújthatóságának csökkenése 50-60 év felett jelentkezik, amit a csücskök nyílásának csökkenése és a billentyű egészének funkcionális jellemzőinek romlása kísér. A keret nélküli biológiai helyettesítők aorta pozícióba történő beültetésekor figyelembe kell venni a betegek aortagyökének életkorral összefüggő anatómiai és funkcionális jellemzőit.

Az 1960-as évek végén összehasonlították az emberi és emlősök aortabillentyűjének szerkezetét. Ezek a tanulmányok kimutatták a sertés- és emberi billentyűk számos anatómiai paraméterének hasonlóságát, ellentétben más xenogén aortagyökökkel. Különösen azt mutatták ki, hogy az emberi billentyű nem koszorúér- és bal oldali koszorúér-sinusai voltak a legnagyobbak, illetve a legkisebbek. Ugyanakkor a sertésbillentyű jobb koszorúér-sinusa volt a legnagyobb, a nem koszorúér-sinusa pedig a legkisebb. Ugyanakkor először írták le a sertés- és az emberi aortabillentyű jobb koszorúér-sinusának anatómiai szerkezetében mutatkozó különbségeket. A rekonstrukciós plasztikai sebészet és az aortabillentyű biológiai keret nélküli pótlásokkal történő cseréjének fejlődésével összefüggésben az utóbbi években újraindultak az aortabillentyű anatómiai vizsgálatai.

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

Emberi aortabillentyű és sertés aortabillentyű

Összehasonlító vizsgálatot végeztek az emberi aortabillentyű és a sertés aortabillentyű, mint potenciális xenograft szerkezetéről. Kimutatták, hogy a xenogén billentyűk viszonylag alacsony profilúak és a legtöbb esetben (80%-ban) aszimmetrikusak a nem koszorúér-sinusuk kisebb mérete miatt. Az emberi aortabillentyű mérsékelt aszimmetriája a bal koszorúér-sinus kisebb méretének köszönhető, és nem olyan kifejezett.

A sertés aortabillentyűtől eltérően, nincs rostos gyűrűje, és az orrmelléküregei sem határosak közvetlenül a csücskök tövével. A sertés csücskök félhold alakú tövükkel közvetlenül a billentyű tövéhez kapcsolódnak, mivel a valódi rostos gyűrű hiányzik a sertésbillentyűkből. A xenogén sinusok és csücskök tövei a billentyűalap rostos és/vagy fibromuszkuláris részeihez kapcsolódnak. Például a sertésbillentyű nem koszorúér- és bal koszorúér-csücskeinek töve, amelyek széttartó vitorlák (fibrosa és ventnculans) formájában jelennek meg, a billentyű rostos tövéhez kapcsolódnak. Más szóval, a sertés aortabillentyűt alkotó csücskök nem közvetlenül az orrmelléküregek mellett helyezkednek el, mint az allogén aortagyököknél. Közöttük található a billentyűalap disztális része, amely hosszirányban (a billentyűtengely mentén) a bal koszorúér és a nem koszorúér-sinusok legproximálisabb pontjának szintjén átlagosan 4,6 ± 2,2 mm, a jobb koszorúér-sinusé pedig 8,1 ± 2,8 mm. Ez egy fontos és jelentős különbség a sertésbillentyű és az emberi billentyű között.

A bal kamra aorta kúpjának izomos tapadása a tengely mentén a sertés aorta gyökében sokkal jelentősebb, mint az allogénben. Sertésbillentyűknél ez a tapadás képezte a jobb koszorúér-csúcs és az azonos nevű sinus alapját, kisebb mértékben pedig a bal koszorúér- és nem koszorúér-csúcsok szomszédos szegmenseinek alapját. Allogén billentyűknél ez a tapadás csak támasztékot biztosít főként a jobb koszorúér-sinus, kisebb mértékben a bal koszorúér-sinus alapjának.

Az aortabillentyű egyes elemeinek méreteinek és geometriai arányainak az aortán belüli nyomástól függő elemzését gyakran alkalmazták a funkcionális anatómiában. Erre a célra az aortagyököt különféle keményítőanyagokkal (gumi, paraffin, szilikon gumi, műanyagok stb.) töltötték meg, és szerkezeti stabilizálását kémiailag vagy kriogén módon végezték különböző nyomások alatt. A kapott gipszeket vagy strukturált aortagyököket morfometriai módszerrel vizsgálták. Az aortabillentyű vizsgálatának ez a megközelítése lehetővé tette a működésének egyes mintázatainak megállapítását.

In vitro és in vivo kísérletek kimutatták, hogy az aortagyök dinamikus szerkezet, és geometriai paramétereinek nagy része a szívciklus során változik az aortában és a bal kamrában uralkodó nyomástól függően. Más tanulmányok kimutatták, hogy a csücskök működését nagymértékben meghatározza az aortagyök rugalmassága és tágulékonysága. A vér örvénylő mozgása az arcüregekben fontos szerepet játszik a csücskök nyitásában és zárásában.

Az aortabillentyű geometriai paramétereinek dinamikáját állatkísérletben vizsgálták nagysebességű kineangiográfiával, kinematográfiával és kineradiográfiával, valamint egészséges egyéneken cineangiokardiográfiával. Ezek a vizsgálatok lehetővé tették számunkra, hogy meglehetősen pontosan megbecsüljük az aortagyök számos elemének dinamikáját, és csak feltételesen becsüljük meg a billentyű alakjának és profiljának dinamikáját a szívciklus során. Különösen kimutatták, hogy a szinotubuláris átmenet szisztolés-diasztolés expanziója 16-17%, és szorosan korrelál a vérnyomással. A szinotubuláris átmenet átmérője a bal kamrában a szisztolés nyomás csúcspontján éri el maximális értékeit, ezáltal elősegítve a billentyűk nyitását a komisszurák kifelé irányuló divergenciája miatt, majd a billentyűk záródása után csökken. A szinotubuláris átmenet átmérője a bal kamra izovolumikus relaxációs fázisának végén éri el minimális értékeit, és diasztolés állapotban növekedni kezd. A kommisszurális oszlopok és a szinotubuláris átmenet rugalmasságuknak köszönhetően részt vesznek a vitorlákban a maximális feszültség eloszlásában azok záródása után, a fordított transzvalvuláris nyomásgradiens gyors növekedésének időszakában. Matematikai modelleket is kidolgoztak a vitorlák nyitás és záródás közbeni mozgásának magyarázatára. A matematikai modellezésből származó adatok azonban nagyrészt ellentmondtak a kísérleti adatoknak.

Az aortabillentyű-alap dinamikája befolyásolja a billentyűvitorlák vagy a beültetett keret nélküli bioprotézis normális működését. Kimutatták, hogy a billentyűalap kerülete (kutya és juh) a szisztolé elején érte el maximális értékét, a szisztolé alatt csökkent, majd a végén minimális volt. Diasztolé alatt a billentyűkerület megnőtt. Az aortabillentyű-alap ciklikus aszimmetrikus méretváltozásra is képes a kamrai aorta átmenet izomzatának (a jobb és bal koszorúér-sinusok, valamint a bal és jobb koszorúér-sinusok alapjai közötti intercupsidális háromszögek) összehúzódása miatt. Ezenkívül az aortagyök nyírási és torziós deformációit is kimutatták. A legnagyobb torziós deformációkat a komisszurális oszlop területén figyelték meg a nem koszorúér-sinusok és a bal koszorúér-sinusok között, a legkisebbeket pedig a nem koszorúér-sinusok és a jobb koszorúér között. Egy félig merev bázisú keret nélküli bioprotézis beültetése megváltoztathatja az aortagyök torziós deformációkkal szembeni engedékenységét, ami a torziós deformációk átviteléhez vezet az összetett aortagyökér szinotubuláris csomópontjába, és a bioprotézis szórólapok torzulásához.

Fiatal egyének (átlagosan 21,6 évesek) aortabillentyű normál biomechanikájának vizsgálatát transzoesophagealis echokardiográfiával végezték, majd számítógépes videofelvétel-feldolgozással (akár 120 képkocka/másodperc sebességgel) elemezték az aortabillentyű elemeinek geometriai jellemzőinek dinamikáját a szívciklus idejétől és fázisaitól függően. Kimutatták, hogy szisztolé alatt a billentyűnyílás területe, a billentyű radiális szöge a billentyűalaphoz képest, a billentyűalap átmérője és a billentyű radiális hossza jelentősen megváltozik. A szinotubuláris átmenet átmérője, a billentyű szabad szélének kerületi hossza és az orrmelléküregek magassága kisebb mértékben változik.

Így a vitorla radiális hossza a legnagyobb az intraventrikuláris nyomás izovolumiás csökkenésének diasztolés fázisában, és a legkisebb a csökkent ejekció szisztolés fázisában. A vitorla radiális szisztolés-diasztolés megnyúlása átlagosan 63,2±1,3% volt. A vitorla hosszabb volt diasztolés állapotban, magas diasztolés gradienssel, és rövidebb a csökkent véráramlás fázisában, amikor a szisztolés gradiens közel nulla volt. A vitorla és a sinotubuláris átmenet kerületi szisztolés-diasztolés megnyúlása 32,0±2,0%, illetve 14,1±1,4% volt. A vitorla radiális dőlésszöge a billentyűalakhoz képest átlagosan 22°-ról diasztolésben 93°-ra változott szisztolésben.

Az aortabillentyűt alkotó csücskök szisztolés mozgását hagyományosan öt periódusra osztották:

1. az előkészítő időszak az intraventrikuláris nyomás izovolumikus növekedésének fázisában zajlott; a billentyűk kiegyenesedtek, radiális irányban kissé rövidültek, a koaptációs zóna szélessége csökkent, a szög átlagosan 22°-ról 60°-ra nőtt;
2. a billentyűk gyors nyitásának periódusa 20-25 ms-ig tartott; a vér kiürülésének kezdetével a billentyűk alján inverziós hullám alakult ki, amely gyorsan terjedt sugárirányban a billentyűk testére és tovább a szabad széleikre;
3. a billentyűnyílás csúcspontja a maximális kilövellés első fázisában következett be; ebben az időszakban a billentyűk szabad szélei maximálisan a szinuszok felé hajlottak, a billentyűnyílás alakja megközelítette a kört, és profilban a billentyű egy csonka, fordított kúp alakjára hasonlított;
4. a szelepek viszonylag stabil nyitásának időszaka a maximális kiszorítás második fázisában következett be, a szelepek szabad szélei kiegyenesedtek az áramlási tengely mentén, a szelep henger alakúvá vált, és a szelepek fokozatosan bezárultak; ezen időszak végére a szelepnyílás alakja háromszög alakúvá vált;
5. A gyors billentyűzáródás időszaka egybeesett a csökkent ejekció fázisával. A csücskök tövében egy visszafordulási hullám alakult ki, amely az összehúzódott csücsköket radiális irányban nyújtotta, ami először a koaptációs zóna kamrai széle mentén történő záródásukhoz, majd a csücskök teljes lezárásához vezetett.

Az aorta gyökelemeinek maximális deformációi a billentyű gyors nyitásának és zárásának időszakaiban következtek be. Az aortabillentyűt alkotó csücskök alakjának gyors változásával nagy feszültségek léphetnek fel bennük, ami degeneratív szöveti változásokhoz vezethet.

A szelep nyitásának és zárásának mechanizmusa az inverziós és visszafordulási hullám kialakulásával, valamint a szelep radiális dőlésszögének növekedése a szelep aljához képest a kamra belsejében lévő izovolumikus nyomásnövekedés fázisában az aorta gyökér csillapító mechanizmusainak tulajdonítható, csökkentve a szelepszelepek deformációját és feszültségét.