Aortaklep

De aortaklep wordt beschouwd als de meest bestudeerde klep, aangezien deze al lang geleden werd beschreven, te beginnen met Leonardo da Vinci (1513) en Valsalva (1740), en herhaaldelijk, vooral in de tweede helft van de 20e eeuw. Tegelijkertijd waren de studies van de afgelopen jaren voornamelijk beschrijvend of, minder vaak, vergelijkend van aard. Beginnend met het werk van J. Zimmerman (1969), waarin de auteur voorstelde om "de klepfunctie als een voortzetting van haar structuur" te beschouwen, begonnen de meeste studies een morfofunctioneel karakter te krijgen. Deze benadering van de studie van de functie van de aortaklep door middel van de studie van haar structuur was tot op zekere hoogte te wijten aan de methodologische moeilijkheden van directe studie van de biomechanica van de aortaklep als geheel. Studies van functionele anatomie maakten het mogelijk om de morfofunctionele grenzen van de aortaklep te bepalen, de terminologie te verduidelijken en ook haar functie in grote mate te bestuderen.

Dankzij deze onderzoeken werd de aortaklep in brede zin beschouwd als één anatomische en functionele structuur, gerelateerd aan zowel de aorta als de linker hartkamer.

Volgens moderne concepten is de aortaklep een volumetrische structuur met een trechter- of cilindervorm, bestaande uit drie sinussen, drie intercuspide driehoeken van Henle, drie halvemaanvormige kleppen en een vezelachtige ring waarvan de proximale en distale grenzen respectievelijk de ventriculoaortale en sinotubulaire verbinding zijn.

Minder gebruikelijk is de term "klep-aortacomplex". In enge zin wordt de aortaklep soms begrepen als een vergrendelingselement bestaande uit drie slippen, drie commissuren en een fibreuze ring.

Vanuit het oogpunt van de algemene mechanica wordt de aortaklep beschouwd als een samengestelde structuur bestaande uit een sterk vezelachtig (kracht) frame en relatief dunne schaalelementen (sinuswanden en cuspen) die erop geplaatst zijn. Vervormingen en bewegingen van dit frame vinden plaats onder invloed van interne krachten die ontstaan in de schalen die eraan vastzitten. Het frame bepaalt op zijn beurt de vervormingen en bewegingen van de schaalelementen. Het frame bestaat voornamelijk uit dicht opeengepakte collageenvezels. Dit ontwerp van de aortaklep bepaalt de duurzaamheid van haar functie.

De sinussen van Valsalva zijn het vergrote deel van het begingedeelte van de aorta, proximaal begrensd door het corresponderende segment van de fibreuze ring en de cusp, en distaal door de sinotubulaire verbinding. De sinussen zijn vernoemd naar de kransslagaders waaruit ze vertrekken: rechter coronaire, linker coronaire en niet-coronaire. De wand van de sinussen is dunner dan de wand van de aorta en bestaat alleen uit de intima en media, enigszins verdikt door collageenvezels. In dit geval neemt het aantal elastinevezels in de wand van de sinussen af en nemen de collageenvezels toe in de richting van de sinotubulaire naar de ventriculoaortale verbinding. Dichte collageenvezels bevinden zich voornamelijk langs het buitenoppervlak van de sinussen en zijn in de circumferentiële richting georiënteerd. In de subcommissurale ruimte nemen ze deel aan de vorming van intercusp-driehoeken die de vorm van de klep ondersteunen. De belangrijkste rol van de sinussen is het herverdelen van de spanning tussen de cuspis en de sinussen tijdens de diastole en het bewerkstelligen van een evenwichtspositie van de cuspis tijdens de systole. De sinussen worden aan de basis gescheiden door intercuspid-driehoeken.

Het vezelachtige raamwerk dat de aortaklep vormt, is een enkele ruimtelijke structuur van sterke vezelachtige elementen: de aortawortel, de vezelachtige ring van de basis van de kleppen, de commissurale staven (kolommen) en de sinotubulaire verbinding. De sinotubulaire verbinding (gebogen ring of gebogen kam) is een golfvormige anatomische verbinding tussen de sinussen en de aorta ascendens.

De ventriculo-aortaverbinding (klepbasisring) is een ronde anatomische verbinding tussen de linkerventrikeluitgang en de aorta, een vezelachtige en gespierde structuur. In buitenlandse chirurgische literatuur wordt de ventriculo-aortaverbinding vaak de "aorta-ring" genoemd. De ventriculo-aortaverbinding wordt gemiddeld gevormd door 45-47% van het myocard van de arteriële conus van de linkerventrikel.

De commissuur is de verbindingslijn (contactlijn) van aangrenzende cuspen met hun perifere proximale randen op het binnenoppervlak van het distale segment van de aortawortel en het distale uiteinde ervan bevindt zich op de sinotubulaire verbinding. Commissurale staven (kolommen) zijn de fixatiepunten van de commissuren op het binnenoppervlak van de aortawortel. Commissurale kolommen vormen de distale voortzetting van drie segmenten van de fibreuze ring.

De intercuspide driehoeken van Henle zijn fibreuze of fibromusculaire componenten van de aortawortel en bevinden zich proximaal van de commissuren tussen aangrenzende segmenten van de fibreuze ring en hun respectievelijke cuspen. Anatomisch gezien maken de intercuspide driehoeken deel uit van de aorta, maar functioneel vormen ze uitstroomkanalen vanuit de linker hartkamer en worden ze beïnvloed door ventriculaire in plaats van aortahemodynamiek. De intercuspide driehoeken spelen een belangrijke rol in de biomechanische functie van de klep door de sinussen relatief onafhankelijk te laten functioneren, door ze te verenigen en door een uniforme aortawortelgeometrie te behouden. Als de driehoeken klein of asymmetrisch zijn, ontwikkelt zich een smalle fibreuze ring of klepvervorming met daaropvolgende disfunctie van de cuspen. Deze situatie is te zien bij bicuspide aortakleppen.

De cusp is het vergrendelingselement van de klep, met zijn proximale rand die zich uitstrekt vanaf het halvemaanvormige deel van de vezelring, een dichte collageenstructuur. De cusp bestaat uit een lichaam (het belangrijkste belaste deel), een coaptatie- (afsluitings-)oppervlak en een basis. De vrije randen van aangrenzende cusps vormen in gesloten positie een coaptatiezone die zich uitstrekt van de commissuren tot het midden van de cusp. Het verdikte, driehoekige centrale deel van de coaptatiezone van de cusp wordt de Aranzi-knoop genoemd.

Het klepblad dat de aortaklep vormt, bestaat uit drie lagen (aorta-, ventriculair en sponsachtig) en is aan de buitenkant bedekt met een dunne endotheellaag. De naar de aorta gerichte laag (fibrosa) bevat voornamelijk collageenvezels die in de circumferentiële richting zijn georiënteerd in de vorm van bundels en strengen, en een kleine hoeveelheid elastinevezels. In de coaptatiezone van de vrije rand van het klepblad is deze laag aanwezig in de vorm van individuele bundels. De collageenbundels in deze zone hangen tussen de commisurale kolommen onder een hoek van ongeveer 125° ten opzichte van de aortawand. In het klepbladlichaam verlaten deze bundels zich onder een hoek van ongeveer 45° ten opzichte van de vezelring in de vorm van een halve ellips en eindigen aan de tegenoverliggende zijde. Deze oriëntatie van de "kracht"bundels en de randen van het klepblad in de vorm van een "hangbrug" is bedoeld om de drukbelasting tijdens de diastole over te brengen van het klepblad naar de sinussen en het vezelachtige raamwerk dat de aortaklep vormt.

In een onbelaste klep bevinden de vezelbundels zich in een samengetrokken toestand in de vorm van golvende lijnen die zich in de omtreksrichting op een afstand van ongeveer 1 mm van elkaar bevinden. De collageenvezels waaruit de bundels bestaan, hebben ook in een ontspannen klep een golvende structuur met een golfperiode van ongeveer 20 μm. Bij belasting richten deze golven zich op, waardoor het weefsel kan uitrekken. Volledig gestrekte vezels worden onrekbaar. De plooien van de collageenbundels strekken zich gemakkelijk op onder lichte belasting van de klep. Deze bundels zijn duidelijk zichtbaar in belaste toestand en in doorvallend licht.

De constantheid van de geometrische verhoudingen van de aortawortelelementen werd bestudeerd met behulp van de functionele anatomiemethode. In het bijzonder werd vastgesteld dat de verhouding tussen de diameters van de sinotubulaire verbinding en de klepbasis constant is en 0,8-0,9 bedraagt. Dit geldt voor de klep-aortacomplexen van jonge en middelbare personen.

Met de leeftijd treden kwalitatieve processen van verstoring van de structuur van de aortawand op, gepaard gaande met een afname van de elasticiteit en de ontwikkeling van verkalking. Dit leidt enerzijds tot een geleidelijke expansie en anderzijds tot een afname van de elasticiteit. Veranderingen in de geometrische verhoudingen en een afname van de rekbaarheid van de aortaklep treden op rond de leeftijd van 50-60 jaar, wat gepaard gaat met een afname van het openingsoppervlak van de cuspis en een verslechtering van de functionele kenmerken van de klep als geheel. Leeftijdsgebonden anatomische en functionele kenmerken van de aortawortel van patiënten dienen in aanmerking te worden genomen bij het implanteren van frameloze biologische substituten in de aortapositie.

Eind jaren zestig werd een vergelijking gemaakt van de structuur van een formatie zoals de aortaklep van mensen en zoogdieren. Deze studies toonden de gelijkenis aan tussen een aantal anatomische parameters van de varkens- en menselijke kleppen, in tegenstelling tot andere xenogene aortawortels. In het bijzonder werd aangetoond dat de niet-coronaire en linker coronaire sinussen van de menselijke klep respectievelijk de grootste en de kleinste waren. Tegelijkertijd was de rechter coronaire sinus van de varkensklep de grootste en de niet-coronaire de kleinste. Tegelijkertijd werden de verschillen in de anatomische structuur van de rechter coronaire sinus van de varkens- en menselijke aortaklep voor het eerst beschreven. In verband met de ontwikkeling van reconstructieve plastische chirurgie en aortaklepvervanging met biologische, frameloze prothesen, zijn anatomische studies van de aortaklep de afgelopen jaren hervat.

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

Menselijke aortaklep en varkensaortaklep

Er werd een vergelijkende studie uitgevoerd naar de structuur van de menselijke aortaklep en de varkensaortaklep als potentieel xenotransplantaat. Er werd aangetoond dat de xenogene kleppen een relatief laag profiel hebben en in de meeste gevallen (80%) asymmetrisch zijn vanwege de kleinere omvang van hun niet-coronaire sinus. De matige asymmetrie van de menselijke aortaklep is te wijten aan de kleinere omvang van de linker coronaire sinus en is minder uitgesproken.

De varkensaortaklep heeft, in tegenstelling tot de menselijke, geen vezelige ring en de sinussen grenzen niet direct aan de basis van de cuspen. De varkensaortakleppen zijn met hun halvemaanvormige basis direct aan de basis van de klep bevestigd, aangezien de echte vezelige ring bij varkenskleppen ontbreekt. De bases van xenogene sinussen en cuspen zijn bevestigd aan de vezelige en/of fibromusculaire delen van de klepbasis. Zo zijn de basis van de niet-coronaire en linker coronaire cuspen van de varkensklep in de vorm van divergerende blaadjes (fibrosa en ventnculans) bevestigd aan de vezelige basis van de klep. Met andere woorden, de cuspen die de varkensaortaklep vormen, grenzen niet direct aan de sinussen, zoals bij de allogene aortawortels. Daartussen bevindt zich het distale deel van de klepbasis, dat in longitudinale richting (langs de klepas) ter hoogte van het meest proximale punt van de linker coronaire en niet-coronaire sinussen gemiddeld gelijk is aan 4,6 ± 2,2 mm, en van de rechter coronaire sinus - 8,1 ± 2,8 mm. Dit is een belangrijk en significant verschil tussen de varkensklep en de menselijke klep.

De musculaire aanhechting van de aortaconus van het linkerventrikel langs de as in de varkensaortawortel is veel significanter dan bij de allogene kleppen. Bij varkenskleppen vormde deze aanhechting de basis van de rechter coronaire cusp en de gelijknamige sinus, en in mindere mate de basis van de aangrenzende segmenten van de linker coronaire en niet-coronaire cusp. Bij allogene kleppen creëert deze aanhechting alleen ondersteuning voor de basis, voornamelijk van de rechter coronaire sinus en, in mindere mate, van de linker coronaire sinus.

Analyse van de afmetingen en geometrische verhoudingen van individuele elementen van de aortaklep, afhankelijk van de intra-aortale druk, werd in de functionele anatomie veelvuldig toegepast. Hiervoor werd de aortawortel gevuld met verschillende verhardende stoffen (rubber, paraffine, siliconenrubber, kunststoffen, enz.) en werd de structurele stabilisatie chemisch of cryogeen uitgevoerd onder verschillende drukken. De resulterende afgietsels of gestructureerde aortawortels werden bestudeerd met behulp van de morfometrische methode. Deze benadering van de studie van de aortaklep maakte het mogelijk om patronen in de werking ervan vast te stellen.

In vitro en in vivo experimenten hebben aangetoond dat de aortawortel een dynamische structuur is en dat de meeste geometrische parameters ervan veranderen tijdens de hartcyclus, afhankelijk van de druk in de aorta en het linkerventrikel. Andere studies hebben aangetoond dat de functie van de cuspis grotendeels wordt bepaald door de elasticiteit en rekbaarheid van de aortawortel. Vortexbewegingen van bloed in de sinussen kregen een belangrijke rol toebedeeld bij het openen en sluiten van de cuspis.

De dynamiek van de geometrische parameters van de aortaklep werd bestudeerd in een dierexperiment met behulp van hogesnelheidscineangiografie, cinematografie en cineradiografie, en bij gezonde personen met behulp van cineangiocardiografie. Deze studies stelden ons in staat de dynamiek van veel elementen van de aortawortel vrij nauwkeurig te schatten en slechts een voorlopige schatting te maken van de dynamiek van de vorm en het profiel van de klep tijdens de hartcyclus. In het bijzonder werd aangetoond dat de systolisch-diastolische expansie van de sinotubulaire verbinding 16-17% bedraagt en nauw correleert met de arteriële druk. De diameter van de sinotubulaire verbinding bereikt zijn maximale waarden bij de piek van de systolische druk in het linkerventrikel, waardoor het openen van de kleppen wordt vergemakkelijkt door de divergentie van de commissuren naar buiten, en neemt vervolgens af na het sluiten van de kleppen. De diameter van de sinotubulaire verbinding bereikt zijn minimumwaarden aan het einde van de isovolumetrische relaxatiefase van het linkerventrikel en begint toe te nemen tijdens de diastole. De commisurale kolommen en de sinotubulaire verbinding dragen, dankzij hun flexibiliteit, bij aan de verdeling van de maximale spanning in de klepbladen na hun sluiting, tijdens de periode van snelle toename van de omgekeerde transvalvulaire drukgradiënt. Er zijn ook wiskundige modellen ontwikkeld om de beweging van de klepbladen tijdens hun opening en sluiting te verklaren. De gegevens van de wiskundige modellering waren echter grotendeels inconsistent met de experimentele gegevens.

De dynamiek van de aortaklepbasis beïnvloedt de normale werking van de klepbladen of de geïmplanteerde frameloze bioprothese. Er werd aangetoond dat de omtrek van de klepbasis (hond en schaap) zijn maximale waarde bereikte aan het begin van de systole, afnam tijdens de systole en minimaal was aan het einde. Tijdens de diastole nam de klepomtrek toe. De aortaklepbasis kan ook cyclisch asymmetrisch in grootte veranderen als gevolg van de contractie van het musculaire deel van de ventriculoaorta-overgang (intercuspide driehoeken tussen de rechter en linker coronaire sinussen, evenals de bases van de linker en rechter coronaire sinussen). Daarnaast werden schuif- en torsievervormingen van de aortawortel vastgesteld. De grootste torsievervormingen werden waargenomen in het gebied van de commisurale kolom tussen de niet-coronaire en linker coronaire sinussen, en de minimale - tussen de niet-coronaire en rechter coronaire sinus. Implantatie van een frameloze bioprothese met een semi-rigide basis kan de flexibiliteit van de aortawortel bij torsievervormingen veranderen, wat zal leiden tot overdracht van torsievervormingen naar de sinotubulaire verbinding van de samengestelde aortawortel en tot vervorming van de bioprothesekleppen.

Een onderzoek naar de normale biomechanica van de aortaklep bij jonge personen (gemiddeld 21,6 jaar) werd uitgevoerd met behulp van transoesofageale echocardiografie, gevolgd door computerverwerking van videobeelden (tot 120 frames per seconde) en analyse van de dynamiek van de geometrische kenmerken van de aortaklepelementen, afhankelijk van het tijdstip en de fasen van de hartcyclus. Er werd aangetoond dat tijdens de systole de openingsoppervlakte van de klep, de radiale hoek van het klepblad ten opzichte van de klepbasis, de diameter van de klepbasis en de radiale lengte van het klepblad significant veranderen. De diameter van de sinotubulaire verbinding, de omtrekslengte van de vrije rand van het klepblad en de hoogte van de sinussen veranderen in mindere mate.

De radiale lengte van het klepblad was dus maximaal in de diastolische fase van isovolumetrische afname van de intraventriculaire druk en minimaal in de systolische fase van verminderde ejectie. De radiale systolisch-diastolische rek van het klepblad was gemiddeld 63,2 ± 1,3%. Het klepblad was langer in diastole met een hoge diastolische gradiënt en korter in de fase van verminderde bloedstroom, wanneer de systolische gradiënt bijna nul was. De circumferentiële systolisch-diastolische rek van het klepblad en de sinotubulaire verbinding was respectievelijk 32,0 ± 2,0% en 14,1 ± 1,4%. De radiale hellingshoek van het klepblad ten opzichte van de klepbasis veranderde gemiddeld van 22° in diastole tot 93° in systole.

De systolische beweging van de klepbladen die de aortaklep vormen, werd conventioneel verdeeld in vijf perioden:

1. de voorbereidende periode vond plaats tijdens de fase van isovolumetrische toename van de intraventriculaire druk; de kleppen werden rechtgetrokken, enigszins korter in radiale richting, de breedte van de coaptatiezone nam af, de hoek nam gemiddeld toe van 22° tot 60°;
2. de periode van snelle opening van de kleppen duurde 20-25 ms; met het begin van de bloeduitstoting vormde zich een inversiegolf aan de basis van de kleppen, die zich snel in radiale richting verspreidde naar de kleplichamen en verder naar hun vrije randen;
3. het hoogtepunt van de klepopening vond plaats tijdens de eerste fase van maximale uitdrijving; tijdens deze periode waren de vrije randen van de kleppen maximaal gebogen in de richting van de sinussen, de vorm van de klepopening benaderde een cirkel en in profiel leek de klep op de vorm van een afgeknotte omgekeerde kegel;
4. de periode van relatief stabiele opening van de kleppen vond plaats tijdens de tweede fase van maximale uitdrijving, de vrije randen van de kleppen strekten zich uit langs de stroomas, de klep nam de vorm aan van een cilinder en de kleppen sloten zich geleidelijk; aan het einde van deze periode werd de vorm van de klepopening driehoekig;
5. De periode van snelle klepsluiting viel samen met de fase van verminderde ejectie. Aan de basis van de cuspen werd een reversiegolf gevormd, die de samengetrokken cuspen in radiale richting uitrekte, wat leidde tot hun sluiting eerst langs de ventriculaire rand van de coaptatiezone en vervolgens tot volledige sluiting van de cuspen.

De grootste vervormingen van de aortawortelelementen vonden plaats tijdens perioden van snelle opening en sluiting van de klep. Door snelle veranderingen in de vorm van de cuspis die de aortaklep vormen, kunnen er hoge spanningen in ontstaan, wat kan leiden tot degeneratieve veranderingen in het weefsel.

Het mechanisme van het openen en sluiten van de klep met de vorming van respectievelijk een inversie- en reversie-golf, evenals een toename van de radiale hellingshoek van de klep ten opzichte van de klepbasis in de fase van isovolumetrische druktoename in het ventrikel, kan worden toegeschreven aan de dempingsmechanismen van de aortawortel, waardoor de vervorming en spanning van de klepkleppen worden verminderd.