Aorttaläppä

Aorttaläpän katsotaan olevan tutkituin, sillä sitä kuvailtiin jo kauan sitten, Leonardo da Vincin (1513) ja Valsalvan (1740) teoksissa, ja toistuvasti, erityisesti 1900-luvun jälkipuoliskolla. Samaan aikaan viime vuosien tutkimukset olivat luonteeltaan pääasiassa kuvailevia tai harvemmin vertailevia. J. Zimmermanin (1969) työstä lähtien, jossa kirjoittaja ehdotti "läpän toiminnan tarkastelua rakenteensa jatkeena", useimmat tutkimukset alkoivat olla luonteeltaan morfofunktionaalisia. Tämä lähestymistapa aorttaläpän toiminnan tutkimiseen sen rakenteen kautta johtui jossain määrin aorttaläpän biomekaniikan suoran tutkimuksen metodologisista vaikeuksista kokonaisuutena. Funktionaalisen anatomian tutkimukset mahdollistivat aorttaläpän morfofunktionaalisten rajojen määrittämisen, terminologian selventämisen ja myös sen toiminnan laajan tutkimisen.

Näiden tutkimusten ansiosta aorttaläpän laajaa merkitystä alettiin pitää yhtenä anatomisena ja toiminnallisena rakenteena, joka liittyy sekä aorttaan että vasempaan kammioon.

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan aorttaläpän on suppilonmuotoinen tai sylinterimäinen tilavuusrakenne, joka koostuu kolmesta poskiontelosta, kolmesta Henlen välisestä kolmiosta, kolmesta puolikuunmuotoisesta kärjestä ja kuituisesta renkaasta, joiden proksimaaliset ja distaaliset rajat ovat vastaavasti kammioaortan ja sinotubulaariset liitokset.

Harvemmin käytetty termi on "läppä-aorttakompleksi". Kapeassa merkityksessä aorttaläpällä tarkoitetaan joskus lukituselementtiä, joka koostuu kolmesta kärjestä, kolmesta kommissuurasta ja kuituisesta renkaasta.

Yleisen mekaniikan näkökulmasta aorttaläpän katsotaan olevan komposiittirakenne, joka koostuu vahvasta kuituisesta (voima)rungosta ja sen päälle asetetuista suhteellisen ohuista kuorielementeistä (sinusseinämät ja kurvit). Tämän rungon muodonmuutokset ja liikkeet tapahtuvat siihen kiinnitettyjen kuorien sisäisten voimien vaikutuksesta. Runko puolestaan määrää kuorielementtien muodonmuutokset ja liikkeet. Runko koostuu pääasiassa tiiviisti pakatuista kollageenikuiduista. Aorttaläpän tämä rakenne määrää sen toiminnan kestävyyden.

Valsalvan poskiontelot ovat aortan alkuosan laajentunut osa, jota proksimaalisesti rajoittavat vastaava kuiturenkaan segmentti ja kärki ja distaalisesti sinotubulaarinen liitoskohta. Poskiontelot on nimetty niiden sepelvaltimoiden mukaan, joista ne lähtevät: oikea sepelvaltimo, vasen sepelvaltimo ja ei-sepelvaltimo. Poskionteloiden seinämä on ohuempi kuin aortan seinämä ja koostuu vain intimasta ja mediasta, joita kollageenikuidut ovat hieman paksuntaneet. Tässä tapauksessa elastiinikuitujen määrä poskionteloiden seinämässä vähenee ja kollageenikuidut lisääntyvät sinotubulaarista kammioaortan liitokseen. Tiheät kollageenikuidut sijaitsevat pääasiassa poskionteloiden ulkopinnalla ja ovat suuntautuneet kehän suuntaan, ja subkomissuraalisessa tilassa ne osallistuvat kärkien välisten kolmioiden muodostumiseen, jotka tukevat läpän muotoa. Poskionteloiden päätehtävänä on jakaa jännitys kärkien ja poskionteloiden välillä diastolen aikana ja luoda kärkien tasapainoasento systolen aikana. Poskiontelot on jaettu tyvestä väliin jäävillä kolmioilla.

Aorttaläpän muodostava kuituinen runko on yksittäinen spatiaalinen rakenne, joka koostuu aortan tyven, läppien pohjan kuituisen renkaan, kommissuaalisten sauvojen (pylväiden) ja sinotubulaarisen liitoksen vahvoista kuituisista elementeistä. Sinotubulaarinen liitos (kaareva rengas tai kaareva harjanne) on aaltomainen anatominen yhteys poskionteloiden ja nousevan aortan välillä.

Kammio-aortan liitoskohta (läppäpohjan rengas) on pyöreä anatominen yhteys vasemman kammion ulostuloaukon ja aortan välillä, joka on kuituinen ja lihaksikas rakenne. Ulkomaisessa kirurgisessa kirjallisuudessa kammio-aortan liitosta kutsutaan usein "aortan renkaaksi". Kammio-aortan liitoskohta muodostuu keskimäärin 45-47%:sta vasemman kammion valtimokartiossa olevasta sydänlihaksesta.

Kommissuuri on vierekkäisten kärkien yhteys (kosketus)linja niiden perifeerisiin proksimaalisiin reunoihin aortan juuren distaalisen segmentin sisäpinnalla, ja sen distaalinen pää sijaitsee sinotubulaarisen liitoksen kohdalla. Kommissuuritangot (pylväät) ovat kommissuurien kiinnityskohtia aortan juuren sisäpinnalla. Kommissuuripylväät ovat sidekudosrenkaan kolmen segmentin distaalinen jatke.

Henlen kyynärpään väliset kolmiot ovat aortan juuren sidekudos- tai fibromuskulaarisia komponentteja, ja ne sijaitsevat proksimaalisesti sidekudosrenkaan vierekkäisten segmenttien ja niiden kärkien välisten kommissuurien lähellä. Anatomisesti kyynärpään väliset kolmiot ovat osa aorttaa, mutta toiminnallisesti ne tarjoavat ulosvirtausreittejä vasemmasta kammiosta, ja niihin vaikuttaa pikemminkin kammioiden kuin aortan hemodynamiikka. Kynärpään väliset kolmiot ovat tärkeässä roolissa läpän biomekaanisessa toiminnassa, koska ne mahdollistavat poskionteloiden toiminnan suhteellisen itsenäisesti, yhdistävät ne ja ylläpitävät yhtenäistä aortan juuren geometriaa. Jos kolmiot ovat pieniä tai epäsymmetrisiä, kehittyy kapea sidekudosrengas tai läppävääristymä, joka johtaa kärkien toimintahäiriöihin. Tämä tilanne voidaan havaita kaksiliuskaisissa aorttaläpissä.

Kärki on läpän lukituselementti, jonka proksimaalinen reuna ulottuu sidekudosrenkaan puolikuunmuotoisesta osasta, joka on tiheä kollageenirakenne. Kärki koostuu rungosta (pääasiallinen kuormitettu osa), koaptaatiopinnasta (sulkeutumispinnasta) ja pohjasta. Suljetussa asennossa vierekkäisten kärkien vapaat reunat muodostavat koaptaatiovyöhykkeen, joka ulottuu kommissuroista kärjen keskelle. Kärkialueen koaptaatiovyöhykkeen paksuuntunutta, kolmionmuotoista keskiosaa kutsutaan Aranzi-solmukkeeksi.

Aorttaläpän muodostava läppä koostuu kolmesta kerroksesta (aortta-, kammio- ja sienimäinen) ja on päällystetty ulkopuolelta ohuella endoteelikerroksella. Aorttaa kohti oleva kerros (fibrosa) sisältää pääasiassa kehän suuntaan suuntautuneita kollageenisäikeitä kimppujen ja säikeiden muodossa sekä pienen määrän elastiinisäikeitä. Läppän vapaan reunan koaptaatiovyöhykkeellä tämä kerros on yksittäisten kimppujen muodossa. Tämän vyöhykkeen kollageenikimput ovat "ripustettuina" kommissuraalipylväiden väliin noin 125 asteen kulmassa aortan seinämään nähden. Läppän rungossa nämä kimput lähtevät noin 45 asteen kulmassa kuituisesta renkaasta puoliellipsin muodossa ja päättyvät sen vastakkaiselle puolelle. Tämä "voima"kimppujen ja läppän reunojen suuntautuminen "riippusillan" muodossa on tarkoitettu siirtämään diastolen aikaista painekuormaa läppästä poskionteloihin ja aorttaläpän muodostavaan kuituiseen runkoon.

Kuormittamattomassa läpässä kuitukimput ovat supistuneessa tilassa aaltoilevien viivojen muodossa, jotka sijaitsevat kehän suunnassa noin 1 mm:n etäisyydellä toisistaan. Myös kimppuja muodostavat kollageenikuidut ovat aaltoilevassa muodossa rentoutuneessa läpässä, ja niiden aallonpituus on noin 20 μm. Kuormituksen kohteeksi joutuneina nämä aallot suoristuvat, jolloin kudos voi venyä. Täysin suoristuneet kuidut muuttuvat venymättömiksi. Kollageenikimppujen laskokset suoristuvat helposti läpän kevyen kuormituksen alaisena. Nämä kimput näkyvät selvästi kuormitetussa tilassa ja läpäisevässä valossa.

Aortan juurielementtien geometristen mittasuhteiden pysyvyyttä tutkittiin funktionaalisen anatomian menetelmällä. Erityisesti havaittiin, että sinotubulaarisen liitoksen ja läppäpohjan halkaisijoiden suhde on vakio ja on 0,8–0,9. Tämä pätee nuorten ja keski-ikäisten henkilöiden läppä-aorttakomplekseihin.

Iän myötä aortan seinämän rakenteessa tapahtuu laadullisia häiriöitä, joihin liittyy sen elastisuuden heikkeneminen ja kalkkeutumisen kehittyminen. Tämä johtaa toisaalta sen asteittaiseen laajenemiseen ja toisaalta elastisuuden vähenemiseen. Aorttaläpän geometristen mittasuhteiden muutokset ja venyvyyden väheneminen tapahtuvat yli 50–60 vuoden iässä, johon liittyy läppien aukkoalueen pieneneminen ja läpän toiminnallisten ominaisuuksien heikkeneminen kokonaisuudessaan. Potilaiden aortan juuren ikään liittyvät anatomiset ja toiminnalliset ominaisuudet tulee ottaa huomioon, kun aortan asentoon asennetaan kehyksettömiä biologisia korvikkeita.

Ihmisen ja nisäkkäiden aorttaläpän kaltaisen muodostuman rakenteen vertailu tehtiin 1960-luvun lopulla. Nämä tutkimukset osoittivat useiden sian ja ihmisen läppien anatomisten parametrien samankaltaisuuden verrattuna muihin ksenogeenisiin aortan juuriin. Erityisesti osoitettiin, että ihmisen läpän ei-sepelvaltimo- ja vasen sepelvaltimosinus oli vastaavasti suurin ja pienin. Samaan aikaan sian läpän oikea sepelvaltimosinus oli suurin ja ei-sepelvaltimosinus pienin. Samalla kuvattiin ensimmäistä kertaa sian ja ihmisen aorttaläpän oikean sepelvaltimosinuksen anatomisen rakenteen erot. Rekonstruktiivisen plastiikkakirurgian ja aorttaläpän korvaamisen biologisilla kehyksettömillä korvikkeilla kehityksen yhteydessä aorttaläpän anatomisia tutkimuksia on jatkettu viime vuosina.

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

Ihmisen aorttaläpän ja sian aorttaläpän

Ihmisen aorttaläpän ja sian aorttaläpän rakennetta potentiaalisena ksenograftina vertailevassa tutkimuksessa osoitettiin, että ksenogeenisillä läppillä on suhteellisen matala profiili ja ne ovat useimmissa tapauksissa (80 %) epäsymmetrisiä johtuen niiden ei-sepelvaltimosinuksen pienemmästä koosta. Ihmisen aorttaläpän kohtalainen epäsymmetria johtuu sen vasemman sepelvaltimosinuksen pienemmästä koosta eikä ole niin voimakas.

Sian aorttaläpässä, toisin kuin ihmisen aorttaläpässä, ei ole sidekudosrengasta, eivätkä sen poskiontelot rajoitu suoraan kärkien tyveen. Sian kärjet ovat kiinnittyneet puolikuun muotoisella tyvellään suoraan läpän tyveen, koska varsinaista sidekudosrengasta ei ole sian läpissä. Ksenogeenisten poskionteloiden ja kärkien tyvet ovat kiinnittyneet läpän tyven kuitu- ja/tai fibromuskulaarisiin osiin. Esimerkiksi sian läpän ei-koronaaristen ja vasemman sepelvaltimopään kärkien tyvet hajaantuvien läppäjen (fibrosa ja ventnculans) muodossa ovat kiinnittyneet läpän kuitupohjaan. Toisin sanoen sian aorttaläpän muodostavat kärjet eivät ole suoraan poskionteloiden vieressä, kuten allogeenisissa aortan juurissa. Niiden välissä on läpän pohjan distaalinen osa, joka pituussuunnassa (läpän akselia pitkin) vasemman sepelvaltimoiden ja ei-sepelvaltimoiden poskionteloiden proksimaalisimman pisteen tasolla on keskimäärin 4,6 ± 2,2 mm ja oikean sepelvaltimoiden poskiontelon kohdalla 8,1 ± 2,8 mm. Tämä on tärkeä ja merkittävä ero sian läpän ja ihmisen läpän välillä.

Vasemman kammion aorttakartion lihaksikas kiinnittyminen akselia pitkin sian aortan juuressa on paljon merkittävämpää kuin allogeenisessa. Sian läpäissä tämä kiinnittyminen muodosti oikean sepelvaltimoiden kärjen ja samannimisen sinuksen pohjan ja vähäisemmässä määrin vasemman sepelvaltimoiden ja ei-sepelvaltimoiden kärkien vierekkäisten segmenttien pohjan. Allogeenisissä läpäissä tämä kiinnittyminen luo vain tukea pääasiassa oikean sepelvaltimoiden sinuksen pohjalle ja vähäisemmässä määrin vasemman sepelvaltimoiden sinuksen pohjalle.

Aorttaläpän yksittäisten elementtien kokojen ja geometristen mittasuhteiden analysointia aortan sisäisen paineen mukaan on käytetty toiminnallisessa anatomiassa melko usein. Tätä varten aortan juuri täytettiin erilaisilla kovettimilla (kumi, parafiini, silikonikumi, muovit jne.), ja sen rakenteellinen stabilointi suoritettiin kemiallisesti tai kryogeenisesti eri paineissa. Tuloksena olevia kipsejä tai strukturoituja aortan juuria tutkittiin morfometrisellä menetelmällä. Tämä lähestymistapa aorttaläpän tutkimukseen mahdollisti sen toiminnan joidenkin kaavojen selvittämisen.

In vitro- ja in vivo -kokeet ovat osoittaneet, että aortan juuri on dynaaminen rakenne ja useimmat sen geometrisista parametreista muuttuvat sydämen syklin aikana aortan ja vasemman kammion paineesta riippuen. Muissa tutkimuksissa on osoitettu, että kärkien toiminta määräytyy suurelta osin aortan juuren elastisuuden ja venyvyyden perusteella. Veren pyörreliikkeillä poskionteloissa on pidetty tärkeänä kärkien avautumisessa ja sulkeutumisessa.

Aorttaläpän geometristen parametrien dynamiikkaa tutkittiin eläinkokeessa käyttäen suurnopeuskuvausta, kinematografiaa ja kineradiografiaa, sekä terveillä yksilöillä käyttäen kineangiokardiografiaa. Näiden tutkimusten avulla pystyimme arvioimaan aortan tyven monien elementtien dynamiikkaa melko tarkasti ja vain alustavasti arvioimaan läpän muodon ja profiilin dynamiikkaa sydämen toimintasyklin aikana. Erityisesti osoitettiin, että sinotubulaarisen liitoksen systolinen-diastolinen laajeneminen on 16-17 % ja korreloi läheisesti valtimopaineen kanssa. Sinotubulaarisen liitoksen halkaisija saavuttaa maksimiarvonsa vasemman kammion systolisen paineen huipulla, mikä helpottaa läppien avautumista kommissuurien ulospäin suuntautuvan hajaannusten vuoksi, ja pienenee sitten läppien sulkeutumisen jälkeen. Sinotubulaarisen liitoksen halkaisija saavuttaa minimiarvonsa vasemman kammion isovolumisen relaksaatiovaiheen lopussa ja alkaa kasvaa diastolessa. Joustavuutensa ansiosta kommissuraalipylväät ja sinotubulaarinen liitos osallistuvat läppäliuskojen maksimijännityksen jakautumiseen niiden sulkeutumisen jälkeen käänteisen transvalvulaarisen painegradientin nopean kasvun aikana. Matemaattisia malleja on myös kehitetty selittämään läppäliuskojen liikettä niiden avautumisen ja sulkeutumisen aikana. Matemaattisen mallinnuksen tiedot olivat kuitenkin suurelta osin ristiriidassa kokeellisten tietojen kanssa.

Aorttaläpän pohjan dynamiikka vaikuttaa läppäläppäpussien tai implantoidun kehyksettömän bioproteesin normaaliin toimintaan. Osoitettiin, että läppäpohjan (koira ja lammas) kehä saavutti maksimiarvonsa systolen alussa, pieneni systolen aikana ja oli minimaalinen sen lopussa. Diastolen aikana läppäpohjan kehä kasvoi. Aorttaläpän pohja kykenee myös syklisiin epäsymmetrisiin koon muutoksiin kammio-aortan liitoskohdan lihasosan (oikean ja vasemman sepelvaltimoiden välisten kyynärpään välisten kolmioiden sekä vasemman ja oikean sepelvaltimoiden pohjan) supistumisen vuoksi. Lisäksi havaittiin aortan tyvessä leikkaus- ja vääntömuodonmuutoksia. Suurimmat vääntömuodonmuutokset havaittiin kommissuraalipylvään alueella ei-sepelvaltimoiden ja vasemman sepelvaltimoiden välillä ja pienimmät ei-sepelvaltimoiden ja oikean sepelvaltimoiden välillä. Kehyksettömän bioproteesin istuttaminen puolijäykällä pohjalla voi muuttaa aortan juuren taipumusta vääntömuodonmuutoksiin, mikä johtaa vääntömuodonmuutosten siirtymiseen aortan komposiittijuuren sinotubulaariseen liitokseen ja bioproteesin läppäliuskojen vääristymän muodostumiseen.

Aorttaläpän normaalia biomekaniikkaa nuorilla yksilöillä (keskimäärin 21,6 vuotta) tutkittiin transesofageaalisen sydämen kaikukuvauksen avulla, minkä jälkeen videokuvia (jopa 120 kuvaa sekunnissa) käsiteltiin tietokoneella ja analysoitiin aorttaläpän elementtien geometristen ominaisuuksien dynamiikkaa sydämen toiminta-ajasta ja vaiheista riippuen. Osoitettiin, että systolen aikana läpän avautumispinta-ala, läpän säteittäinen kulma läpän pohjaan nähden, läpän pohjan halkaisija ja läpän säteittäinen pituus muuttuvat merkittävästi. Sinotubulaarisen liitoksen halkaisija, läpän vapaan reunan ympärysmitta ja poskionteloiden korkeus muuttuvat vähemmän.

Siten läppäläppän säteittäinen pituus oli suurimmillaan diastolisessa vaiheessa, jossa kammionsisäinen paine laski isovolumisessa määrin, ja pienimmillään systolisessa vaiheessa, jossa ejektio oli vähentynyt. Läppäläppän säteittäinen systolinen ja diastolinen venymä oli keskimäärin 63,2 ± 1,3 %. Läppä oli pidempi diastolisessa vaiheessa, jossa diastolinen gradientti oli korkea, ja lyhyempi verenkierron vähentymisen vaiheessa, kun systolinen gradientti oli lähellä nollaa. Läppäläppän ja sinotubulaarisen liitoksen ympärysmittainen systolinen ja diastolinen venymä oli vastaavasti 32,0 ± 2,0 % ja 14,1 ± 1,4 %. Läppäläppän säteittäinen kaltevuuskulma läpän pohjaan nähden muuttui keskimäärin 22 asteesta diastolessa 93 asteeseen systolessa.

Aorttaläpän muodostavien kärkien systolinen liike jaettiin perinteisesti viiteen jaksoon:

1. valmisteluvaihe tapahtui kammionsisäisen paineen isovolumisen nousun vaiheessa; läpät suoristuivat, lyhenivät jonkin verran säteittäisessä suunnassa, koaptaatioalueen leveys pieneni, kulma kasvoi keskimäärin 22°:sta 60°:een;
2. venttiilien nopean avautumisen jakso kesti 20-25 ms; veren poistumisen alkaessa venttiilien pohjaan muodostui inversioaalto, joka levisi nopeasti säteittäisessä suunnassa venttiilien runkoihin ja edelleen niiden vapaisiin reunoihin;
3. Läppiaukon huippu tapahtui maksimaalisen ulostyönnön ensimmäisessä vaiheessa; tänä aikana läppien vapaat reunat olivat maksimaalisesti taipuneet poskionteloita kohti, läppiaukon muoto lähestyi ympyrää ja profiilissa läppä muistutti katkaistun käänteisen kartion muotoa;
4. venttiilien suhteellisen vakaan avautumisen jakso tapahtui maksimaalisen poistumisen toisessa vaiheessa, venttiilien vapaat reunat suoristuivat virtausakselia pitkin, venttiilistä tuli sylinterin muotoinen ja venttiilit sulkeutuivat vähitellen; tämän ajanjakson loppuun mennessä venttiiliaukon muoto muuttui kolmionmuotoiseksi;
5. Läppien nopean sulkeutumisen jakso osui yksiin vähentyneen ejektiovaiheen kanssa. Kynsien tyveen muodostui palautumisaalto, joka venytti supistuneet kynsiä radiaalisesti, mikä johti niiden sulkeutumiseen ensin koaptaatioalueen kammioreunaa pitkin ja sitten kynsien täydelliseen sulkeutumiseen.

Aortan tyven elementtien suurimmat muodonmuutokset tapahtuivat läpän nopean avautumisen ja sulkeutumisen aikana. Aorttaläpän muodostavien kärkien muodon nopeat muutokset voivat johtaa niihin suuriin jännityksiin, jotka voivat johtaa kudoksen rappeuttaviin muutoksiin.

Venttiilin avaamis- ja sulkemismekanismi, jossa muodostuu vastaavasti inversio- ja käänteisaalto, sekä venttiilin säteittäisen kallistuskulman kasvu venttiilin pohjaan nähden kammion sisäisen paineen isovolumisen nousun vaiheessa voidaan katsoa johtuvan aortan juuren vaimennusmekanismeista, jotka vähentävät venttiiliventtiilien muodonmuutosta ja rasitusta.