Aortas vārsts

Aortas vārstulis tiek uzskatīts par visvairāk pētīto, jo tas tika aprakstīts jau sen, sākot ar Leonardo da Vinči (1513) un Valsalvu (1740), un atkārtoti, īpaši 20. gadsimta otrajā pusē. Tajā pašā laikā iepriekšējo gadu pētījumi galvenokārt bija aprakstoši vai retāk salīdzinoši. Sākot ar J. Cimmermana (1969) darbu, kurā autors ierosināja uzskatīt "vārstuļa funkciju par tā struktūras turpinājumu", lielākā daļa pētījumu sāka būt morfofunkcionāla rakstura. Šī pieeja aortas vārstuļa funkcijas izpētei, pētot tā struktūru, zināmā mērā bija saistīta ar metodoloģiskajām grūtībām, kas saistītas ar aortas vārstuļa biomehānikas tiešu izpēti kopumā. Funkcionālās anatomijas pētījumi ļāva noteikt aortas vārstuļa morfofunkcionālās robežas, precizēt terminoloģiju un arī lielā mērā izpētīt tā funkciju.

Pateicoties šiem pētījumiem, aortas vārsts plašā nozīmē sāka tikt uzskatīts par vienotu anatomisku un funkcionālu struktūru, kas saistīta gan ar aortu, gan ar kreiso kambari.

Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām aortas vārsts ir piltuvveida vai cilindriskas formas tilpuma struktūra, kas sastāv no trim sinusiem, trim Henles starpskriemeļu trijstūriem, trim pusmēness formas cuspiem un šķiedru gredzena, kura proksimālās un distālās robežas ir attiecīgi ventrikuloaortālās un sinotubulārās pārejas.

Retāk tiek lietots termins "vārstuļu-aortas komplekss". Šaurā nozīmē aortas vārstu dažreiz saprot kā bloķēšanas elementu, kas sastāv no trim cusps, trim commissures un šķiedru gredzena.

No vispārējās mehānikas viedokļa aortas vārstulis tiek uzskatīts par saliktu struktūru, kas sastāv no spēcīga šķiedru (spēka) rāmja un uz tā novietotiem relatīvi plāniem apvalka elementiem (sinusa sieniņām un cusps). Šī rāmja deformācijas un kustības notiek iekšējo spēku iedarbībā, kas rodas tam piestiprinātajās apvalkos. Rāmis, savukārt, nosaka apvalka elementu deformācijas un kustības. Rāmis galvenokārt sastāv no cieši izvietotām kolagēna šķiedrām. Šāda aortas vārstuļa konstrukcija nosaka tā funkcijas izturību.

Valsalvas sinusi ir aortas sākotnējās daļas paplašinātā daļa, ko proksimāli ierobežo atbilstošais šķiedru gredzena segments un smaile, bet distāli - sinotubulārais savienojums. Sinusus nosauc atbilstoši koronārajām artērijām, no kurām tie atiet: labais koronārais, kreisais koronārais un nekoronārais. Sinusu siena ir plānāka nekā aortas siena un sastāv tikai no intima un medija, ko nedaudz sabiezina kolagēna šķiedras. Šajā gadījumā elastīna šķiedru skaits sinusu sienā samazinās, un kolagēna šķiedras palielinās virzienā no sinotubulārā uz ventrikuloaortisko savienojumu. Blīvās kolagēna šķiedras galvenokārt atrodas gar sinusu ārējo virsmu un ir orientētas apkārtmēra virzienā, un subkomisurālajā telpā tās piedalās starpsmailu trijstūru veidošanā, kas atbalsta vārstuļa formu. Sinusu galvenā loma ir pārdalīt spriegumu starp smailēm un sinusiem diastoles laikā un noteikt smailu līdzsvara stāvokli sistoles laikā. Sinusus to pamatnes līmenī sadala starpskriemeļu trijstūri.

Šķiedrainais karkass, kas veido aortas vārstuļu, ir vienota telpiska struktūra, kas sastāv no spēcīgiem aortas saknes šķiedru elementiem, vārstuļu pamatnes šķiedru gredzena, komisurālajiem stieņiem (kolonnām) un sinotubulārā savienojuma. Sinotubulārais savienojums (arkveida gredzens vai arkveida izciļņš) ir viļņveida anatomisks savienojums starp deguna blakusdobumiem un augšupejošo aortu.

Ventrikulo-aortas savienojums (vārstuļa pamatnes gredzens) ir apaļš anatomisks savienojums starp kreisā kambara izeju un aortu, kas ir šķiedraina un muskuļota struktūra. Ārzemju ķirurģiskajā literatūrā ventrikulo-aortas savienojumu bieži sauc par "aortas gredzenu". Ventrikulo-aortas savienojumu veido vidēji 45-47% no kreisā kambara arteriālā konusa miokarda.

Komisūra ir blakus esošo cuspu savienojuma (kontakta) līnija ar to perifērajām proksimālajām malām aortas saknes distālā segmenta iekšējā virsmā, un tās distālais gals atrodas sinotubulārā savienojuma vietā. Komisurālie stieņi (kolonnas) ir komisūru fiksācijas vietas aortas saknes iekšējā virsmā. Komisurālie kolonnas ir šķiedru gredzena trīs segmentu distālais turpinājums.

Henles starpkuspidālie trīsstūri ir aortas saknes fibrozi vai fibromuskulāri komponenti, un tie atrodas proksimāli no saaugumiem starp blakus esošajiem fibrozā gredzena segmentiem un to attiecīgajiem cusps. Anatomiski starpkuspidālie trīsstūri ir aortas daļa, bet funkcionāli tie nodrošina izplūdes traktus no kreisā kambara, un tos ietekmē kambaru, nevis aortas hemodinamika. Starpkuspidālajiem trīsstūriem ir svarīga loma vārstules biomehāniskajā funkcijā, ļaujot sinusiem darboties relatīvi neatkarīgi, apvienojot tos un saglabājot vienmērīgu aortas saknes ģeometriju. Ja trīsstūri ir mazi vai asimetriski, attīstās šaurs fibrozs gredzens vai vārstuļa deformācija ar sekojošu cusps disfunkciju. Šādu situāciju var novērot divkuspidāliem aortas vārstiem.

Kusps ir vārsta bloķēšanas elements, kura proksimālā mala stiepjas no šķiedru gredzena puslunārās daļas, kas ir blīva kolagēna struktūra. Kusps sastāv no ķermeņa (galvenās noslogotās daļas), koaptācijas (slēgšanas) virsmas un pamatnes. Blakus esošo kušu brīvās malas aizvērtā stāvoklī veido koaptācijas zonu, kas stiepjas no kommisūrām līdz kuša centram. Kuša koaptācijas zonas sabiezināto trīsstūrveida centrālo daļu sauc par Aranzi mezglu.

Aortas vārstules veidojošā vārstiņa sastāv no trim slāņiem (aortas, kambaru un porainā) un no ārpuses ir pārklāta ar plānu endotēlija slāni. Slānis, kas vērsts pret aortu (fibrosa), galvenokārt satur kolagēna šķiedras, kas orientētas apkārtmēra virzienā saišķu un pavedienu veidā, un nelielu daudzumu elastīna šķiedru. Vārstiņa brīvās malas koaptācijas zonā šis slānis atrodas atsevišķu saišķu veidā. Šajā zonā esošie kolagēna saišķi ir "suspendēti" starp komisurālajām kolonnām aptuveni 125° leņķī attiecībā pret aortas sienu. Vārstiņa korpusā šie saišķi atdalās aptuveni 45° leņķī no šķiedru gredzena puselipses veidā un beidzas tā pretējā pusē. Šī "spēka" saišķu un vārstiņa malu orientācija "piekares tilta" veidā ir paredzēta, lai diastoles laikā pārnestu spiediena slodzi no vārstiņa uz deguna blakusdobumiem un šķiedru karkasu, kas veido aortas vārstuli.

Nenospiestā vārstulē šķiedru kūlīši atrodas sarautā stāvoklī viļņotu līniju veidā, kas atrodas apkārtmēra virzienā aptuveni 1 mm attālumā viens no otra. Arī kolagēna šķiedrām, kas veido kūlīšus, atslābinātā vārstulē ir viļņota struktūra ar viļņa periodu aptuveni 20 μm. Pieliekot slodzi, šie viļņi iztaisnojas, ļaujot audiem izstiepties. Pilnībā iztaisnotās šķiedras kļūst nestiepjamas. Kolagēna kūlīšu krokas viegli iztaisnojas, vārstulei nedaudz noslogojot. Šie kūlīši ir skaidri redzami noslogotā stāvoklī un caurlaidīgā gaismā.

Aortas saknes elementu ģeometrisko proporciju noturība tika pētīta, izmantojot funkcionālās anatomijas metodi. Jo īpaši tika konstatēts, ka sinotubulārā savienojuma un vārstuļa pamatnes diametru attiecība ir nemainīga un ir 0,8–0,9. Tas attiecas uz jaunu un pusmūža indivīdu vārstuļa-aortas kompleksiem.

Ar vecumu notiek aortas sienas struktūras kvalitatīvi bojājumi, ko pavada tās elastības samazināšanās un kalcifikācijas attīstība. Tas, no vienas puses, noved pie pakāpeniskas tās paplašināšanās, no otras puses, pie elastības samazināšanās. Ģeometrisko proporciju izmaiņas un aortas vārstuļa izstiepes spējas samazināšanās notiek vecumā virs 50–60 gadiem, ko pavada vārstuļu atveres laukuma samazināšanās un vārstuļa funkcionālo īpašību pasliktināšanās kopumā. Implantējot bezrāmju bioloģiskos aizstājējus aortas pozīcijā, jāņem vērā ar vecumu saistītās aortas saknes anatomiskās un funkcionālās īpatnības.

Cilvēka un zīdītāju aortas vārstuļa veidojuma struktūras salīdzinājums tika veikts 20. gs. sešdesmito gadu beigās. Šie pētījumi parādīja vairāku cūku un cilvēka vārstuļu anatomisko parametru līdzību, atšķirībā no citām ksenogēnām aortas saknēm. Jo īpaši tika parādīts, ka cilvēka vārstuļa nekoronārais un kreisais koronārais sinuss bija attiecīgi lielākais un mazākais. Tajā pašā laikā cūku vārstuļa labais koronārais sinuss bija lielākais, bet nekoronārais - mazākais. Tajā pašā laikā pirmo reizi tika aprakstītas atšķirības cūku un cilvēka aortas vārstuļu labā koronārā sinusa anatomiskajā struktūrā. Saistībā ar rekonstruktīvās plastiskās ķirurģijas un aortas vārstuļa nomaiņas attīstību ar bioloģiskiem bezrāmju aizstājējiem pēdējos gados ir atsākti aortas vārstuļa anatomiskie pētījumi.

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

Cilvēka aortas vārstulis un cūkas aortas vārstulis

Tika veikts salīdzinošs pētījums par cilvēka aortas vārstuļa un cūkas aortas vārstuļa struktūru kā potenciālu ksenotransplantātu. Tika parādīts, ka ksenogēnajiem vārstiem ir relatīvi zems profils un vairumā gadījumu (80%) tie ir asimetriski to nekoronārā sinusa mazākā izmēra dēļ. Cilvēka aortas vārstuļa mērena asimetrija ir saistīta ar tā kreisā koronārā sinusa mazāko izmēru un nav tik izteikta.

Cūkas aortas vārstulei, atšķirībā no cilvēka aortas vārstuļa, nav šķiedraina gredzena, un tās deguna blakusdobumi tieši nerobežojas ar cuspu pamatni. Cūkas cuspu puslunārā pamatne ir piestiprināta tieši pie vārstuļa pamatnes, jo īstā šķiedrainā gredzena cūkas vārstulēm nav. Ksenogēno sinusu un cuspu pamatnes ir piestiprinātas pie vārstuļa pamatnes šķiedrainajām un/vai fibromuskulārajām daļām. Piemēram, cūkas vārstuļa nekoronāro un kreisās koronāro cuspu pamatne atzarojošu lapiņu (fibrosa un ventnculans) veidā ir piestiprināta pie vārstuļa šķiedrainās pamatnes. Citiem vārdiem sakot, cuspuļi, kas veido cūkas aortas vārstuli, neatrodas tieši blakus sinusiem, kā tas ir allogēnajās aortas saknēs. Starp tiem atrodas vārstuļa pamatnes distālā daļa, kas garenvirzienā (gar vārstuļa asi) kreisā koronārā un nekoronārā sinusa proksimālākā punkta līmenī ir vidēji vienāda ar 4,6 ± 2,2 mm, bet labā koronārā sinusa - 8,1 ± 2,8 mm. Šī ir svarīga un būtiska atšķirība starp cūku vārstuļu un cilvēka vārstuļu.

Kreisā kambara aortas konusa muskuļa ievietošanās pa asi cūku aortas saknē ir daudz nozīmīgāka nekā allogēnajā. Cūku vārstulēs šī ievietošanās veidoja labā koronārā sinusa un tāda paša nosaukuma sinusa pamatni, un mazākā mērā - kreisā koronārā un nekoronārā sinusa blakus esošo segmentu pamatni. Allogēnajās vārstulēs šī ievietošanās rada tikai atbalstu galvenokārt labā koronārā sinusa un mazākā mērā kreisā koronārā sinusa pamatnei.

Funkcionālajā anatomijā diezgan bieži tika izmantota aortas vārstuļa atsevišķu elementu izmēru un ģeometrisko proporciju analīze atkarībā no intraaortas spiediena. Šim nolūkam aortas sakne tika piepildīta ar dažādām sacietējošām vielām (gumiju, parafīnu, silikona gumiju, plastmasu utt.), un tās strukturālā stabilizācija tika veikta ķīmiski vai kriogēnā veidā dažādos spiedienos. Iegūtie atlējumi jeb strukturētās aortas saknes tika pētītas, izmantojot morfometrisko metodi. Šī pieeja aortas vārstuļa izpētei ļāva noteikt dažus tā darbības modeļus.

In vitro un in vivo eksperimenti ir parādījuši, ka aortas sakne ir dinamiska struktūra un lielākā daļa tās ģeometrisko parametru mainās sirds cikla laikā atkarībā no spiediena aortā un kreisajā kambarī. Citi pētījumi ir parādījuši, ka galotņu funkciju lielā mērā nosaka aortas saknes elastība un stiepes spēja. Asins virpuļkustībām deguna blakusdobumos ir piešķirta svarīga loma galotņu atvēršanā un aizvēršanā.

Aortas vārstuļa ģeometrisko parametru dinamika tika pētīta dzīvnieku eksperimentā, izmantojot ātrgaitas kineangiogrāfiju, kinematogrāfiju un kineradiogrāfiju, kā arī veseliem indivīdiem, izmantojot kineangiokardiogrāfiju. Šie pētījumi ļāva diezgan precīzi novērtēt daudzu aortas saknes elementu dinamiku un tikai provizoriski novērtēt vārstuļa formas un profila dinamiku sirds cikla laikā. Jo īpaši tika parādīts, ka sinotubulārā savienojuma sistoliskā-diastoliskā ekspansija ir 16-17% un cieši korelē ar arteriālo spiedienu. Sinotubulārā savienojuma diametrs sasniedz maksimālās vērtības sistoliskā spiediena maksimuma brīdī kreisajā kambarī, tādējādi veicinot vārstuļu atvēršanos, pateicoties komisūru diverģencei uz āru, un pēc tam samazinās pēc vārstuļu aizvēršanās. Sinotubulārā savienojuma diametrs sasniedz minimālās vērtības kreisā kambara izovolumiskās relaksācijas fāzes beigās un sāk palielināties diastolē. Komisurālās kolonnas un sinotubulārais savienojums, pateicoties to elastībai, piedalās maksimālā sprieguma sadalījumā lapiņās pēc to aizvēršanās reversā transvalvulārā spiediena gradienta straujas pieauguma periodā. Ir izstrādāti arī matemātiskie modeļi, lai izskaidrotu lapiņu kustību to atvēršanās un aizvēršanās laikā. Tomēr matemātiskās modelēšanas dati lielā mērā neatbilda eksperimentālajiem datiem.

Aortas vārstuļa pamatnes dinamika ietekmē vārstuļu lapiņu vai implantētās bezrāmja bioprotēzes normālu darbību. Tika pierādīts, ka vārstuļa pamatnes perimetrs (sunim un aitai) sasniedza maksimālo vērtību sistoles sākumā, samazinājās sistoles laikā un bija minimāls tās beigās. Diastoles laikā vārstuļa perimetrs palielinājās. Aortas vārstuļa pamatne spēj arī uz cikliskām asimetriskām izmaiņām savā izmērā ventrikuloaortālās savienojuma muskuļu daļas (starpkuspidālo trijstūru starp labo un kreiso koronāro sinusu, kā arī kreisā un labā koronārā sinusa pamatnēm) kontrakcijas dēļ. Turklāt tika atklātas aortas saknes bīdes un vērpes deformācijas. Lielākās vērpes deformācijas tika konstatētas komisurālā kolonnas zonā starp nekoronāro un kreiso koronāro sinusu, bet minimālās - starp nekoronāro un labo koronāro sinusu. Bezrāmja bioprotēzes implantācija ar pusstingru pamatni var mainīt aortas saknes pakļaušanos vērpes deformācijām, kas novedīs pie vērpes deformāciju pārnešanas uz kompozītmateriāla aortas saknes sinotubulāro savienojumu un bioprotēzes lapiņu deformācijas veidošanās.

Izmantojot transezofageālu ehokardiogrāfiju, tika veikts pētījums par aortas vārstuļa normālu biomehāniku jauniem indivīdiem (vidēji 21,6 gadi), kam sekoja video attēlu datorizēta apstrāde (līdz 120 kadriem sekundē) un aortas vārstuļa elementu ģeometrisko raksturlielumu dinamikas analīze atkarībā no sirds cikla laika un fāzēm. Tika pierādīts, ka sistoles laikā būtiski mainās vārstuļa atvēruma laukums, vārstuļa lauskas radiālais leņķis pret vārstuļa pamatni, vārstuļa pamatnes diametrs un vārstuļa lauskas radiālais garums. Mazāk mainās sinotubulārā savienojuma diametrs, vārstuļa brīvās malas apkārtmēra garums un deguna blakusdobumu augstums.

Tādējādi vārstules radiālais garums bija maksimāls diastoliskajā fāzē, kad intraventrikulārais spiediens samazinājās izovolumiski, un minimāls sistoliskajā fāzē, kad samazinājās izsviede. Vārstules radiālais sistoliski-diastoliskais stiepums bija vidēji 63,2±1,3%. Diastolē ar augstu diastolisko gradientu vārstule bija garāka un īsāka samazinātas asins plūsmas fāzē, kad sistoliskais gradients bija tuvu nullei. Vārstules un sinotubulārā savienojuma apkārtmēra sistoliski-diastoliskais stiepums bija attiecīgi 32,0±2,0% un 14,1±1,4%. Vārstules radiālais slīpuma leņķis pret vārstuļa pamatni mainījās vidēji no 22 diastolē līdz 93° sistolē.

Aortas vārstu veidojošo cuspu sistoliskā kustība parasti tika sadalīta piecos periodos:

1. Sagatavošanās periods notika intraventrikulārā spiediena izovolumiskā palielināšanās fāzē; vārsti iztaisnojās, nedaudz saīsinājās radiālajā virzienā, koaptācijas zonas platums samazinājās, leņķis palielinājās vidēji no 22° līdz 60°;
2. Vārstu ātras atvēršanās periods ilga 20–25 ms; sākoties asiņu izspiešanai, vārstu pamatnē izveidojās inversijas vilnis, kas ātri izplatījās radiālā virzienā uz vārstu korpusiem un tālāk uz to brīvajām malām;
3. Vārsta atvēruma maksimums notika maksimālās izspiešanas pirmajā fāzē; šajā periodā vārstu brīvās malas bija maksimāli saliektas deguna blakusdobumu virzienā, vārsta atvēruma forma tuvojās aplim, un profilā vārsts atgādināja nošķelta apgriezta konusa formu;
4. Vārstu relatīvi stabilas atvēršanās periods notika maksimālās izspiešanas otrajā fāzē, vārstu brīvās malas iztaisnojās pa plūsmas asi, vārsts ieguva cilindra formu un vārsti pakāpeniski aizvērās; līdz šī perioda beigām vārsta atveres forma kļuva trīsstūrveida;
5. Ātrās vārstuļu aizvēršanās periods sakrita ar samazinātas izsviedes fāzi. Pie izciļņu pamatnes izveidojās reversās viļņa, kas izstiepja sarautos izciļņus radiālā virzienā, kas noveda pie to aizvēršanās vispirms gar koaptācijas zonas ventrikulāro malu un pēc tam pie izciļņu pilnīgas aizvēršanās.

Aortas saknes elementu maksimālās deformācijas notika vārstules straujas atvēršanās un aizvēršanās periodos. Strauji mainoties aortas vārstuļu veidojošo izciļņu formai, tajos var rasties lieli spriegumi, kas var izraisīt deģeneratīvus audu bojājumus.

Vārsta atvēršanas un aizvēršanas mehānismu, veidojot attiecīgi inversijas un atgriešanās vilni, kā arī vārsta radiālā slīpuma leņķa palielināšanos pret vārsta pamatni izovolumiska spiediena palielināšanās fāzē kambara iekšpusē var attiecināt uz aortas saknes slāpēšanas mehānismiem, samazinot vārstu vārstu deformāciju un spriegumu.