Аортальный клапан

Аортальный клапан

Несмотря на то, что аортальный клапан прост по структуре, его нормальная функция - один из критических элементов, определяющих эффективную функцию сердца. В этой статье аортальный клапан рассматривается с многих точек зрения, обеспечивающих понимание его механических и физиологических свойств. Изменение этих свойств ведет к развитию патофизиологических процессов, отражающихся на функции всего сердца.

Анатомия и структура аортального клапана 

Эмбриологическое развитие аортального клапана связано с развитием выходного тракта левого желудочка. В процессе эмбриогенеза truncus arteriosus в конечном счете развивается в легочную артерию и аорту.
Развитие аортального клапана
 
Развитие аортального клапана
Схематически показано развитие перегородки (septum), разделяющей truncoconal на аорту и легочную артерию. П, Л - правый и левый синусы; А – аорта; ЛА – легочная артерия.

Аортальный клапан отделяет тракт левого желудочка от аорты. Так как выходной тракт имеет и мышечные и волокнистые компоненты, все три аортальных створки также имеют в структуре волокне части и частично мускульные приложения. Аортальный клапан находится кпереди и кверху от митрального клапана. Он состоит из трех полулунных створок и фиброзного кольца. Сами створки располагаются в пределах расширенных аортальных пазух (синусов Valsalva).

Поскольку в пределах двух синусов располагаются устья коронарных артерий, их традиционно называют правым и левым коронарным синусом. Устья коронарных артерий обычно открывается в верхней части синусов причем левое коронарное устье обычно располагается ниже правого. Области, где смыкаются полулунные створки получили название commissures (комиссуры). Комиссура между некоронарной и левой коронарной створками располагается в области аортально-мирального контакта. Справа от этой комиссуры, некоронарный синус непосредственно связан со стенкой правого пердсердия. Комиссура между некоронарным и правым коронарным синусом расположена выше атриовентрикулярной связки и мембранозной перегородки. Комиссура между правым и левым коронарным синусом острым выступом расположена commissure легочного клапана. Боковая часть левого коронарного синуса - единственная часть аортального клапана, которая не связана с другими камерами сердца. Аортальный клапан в отличие от митрального является пассивным механизмом, обеспечивающим движение крови из левого желудочка. В этой связи его структура должна обеспечивать минимальные потери энергии вместе с тем иметь достаточную структурную целостность, чтобы противостоять системному давлению.

Соединение между выходным трактом левого желудочка и аортой определяется как желудочковое артериальное соединение. Оно должно рассматриваться как анатомическое и физиологическое соединение. Физиологическое соединение ограничено расположением полулунных створок, которые определяют разделение между выходным трактом левого желудочка и проксимальной аортой. Однако существует несоответствие между физиологическим анатомическим соединением вследствие непосредственной близости мышечной части выходного тракта левого желудочка и кольца митрального клапана. Комиссуры аортального клапана располагаются выше анатомического соединения по основанию полулунных створок. Фиброзный скелет аортального клапана формирует заднюю стенку выходного тракта (митрально-аортальный контакт). 
Схематической изображение анатомофизиологических взаимотношений в области аортального клапана
Схематической изображение анатомофизиологических взаимотношений в области аортального клапана

Створка клапана состоит из коллагена, elastin, и glycosaminoglycans. Они являются главными компонентами трех основных слоев створки: fibrosa, spongiosa, и ventricularis. Артериальные и желудочковые стороны створки связаны с соответствующей аортальной и желудочковой поверхностью. Не существует границ между внешними слоями створки и соответствующей поверхности.

Внешние слои створки формируют континуум с аортальным или желудочковым эндотелием.
 
 Створка аортального клапана

Створка аортального клапана. Непрерывность внутрисердечных и эндотелиальных компонентов с аортальным клапаном. Вставка иллюстрирует радиальные и поперечные (периферические) оси аортальной створки и линии приложения к аортальной стенке.


Схематическое изображение различных слоев аортальной створки


Схематическое изображение различных слоев аортальной створки показывает, что фиброзный слой сморщен, увеличивая способность растягиваться в радиальном направлении

Желудочковая поверхность каждой створки содержит elastin-богатые волокна, ориентированные в радиальном направлении, перпендикулярно к к свободному краю. Elastin механически соединен с коллагеном. Elastin поддерживает определенную конфигурацию волокна коллагена и возвращает волокна к их начальному состоянию, когда-то внешние силы потока крови спадают.

Кроме того, есть компонент коллагена расположение параллельного свободному краю в периферическом направлении. Аортальная сторона содержит богатый коллагеном слой, упомянутый как fibrosa. Эти волокна находятся в периферическом слое и, в расслабленном состоянии, принимают форму волны. Средний слой, названный как spongiosa, состоит главным образом из mucopolysaccharides. Эти основные слои аортальной створки обеспечивают необходимые биомеханические свойства для надлежащей функции клапана.
Механические свойства аортального клапана должны позволить клапану открываться с минимальными трансвальвулярным градиентом давления и закрываться полностью с минимальным обратным потоком. Кроме того, механические свойства также должны обеспечить долговечность, так как возникающие напряжения являются слишком большими для створок и должны быть распределены по всем структурам клапана.

Распределение напряжения осуществляется в двух направлениях: периферическом и радиальном. Радиальный вектор перпендикулярен потоку крови, а периферический вектор направлен по ходу потока крови. Периферическая жесткость увеличена относительно радиальной жесткости, что облегчает приспособление створки к закрытию в течение диастолы. Так как фиброзный слой створки клапана сморщен, эта особенность позволяет ему простираться в радиальном направлении и обеспечить коаптацию створок.
Взаимной поддержка сомкнутых створок уменьшает напряжения каждой из них и распределяются равномерно по их краям до комиссур клапана.

Снижение напряжения также достигается взаимодействием синусов Вальсальвы со створками аортального клапана. Синусы изменяет радиус искривления последних в от систолы до диастолы, уменьшая его на 16 %. Это изменение радиуса искривления позволяет распределить напряжение в пределах синуса в соответствии формулой Лапласа. В диастолу внутренний изгиб каждого синуса в области комиссур вызывает их наклон внутрь просвета аорты, а полости синуса кнаружи. Описанный механизм снижения напряжения важен для долговечности клапана. Нормальный механизм снижения напряжения не работает при врожденных аномалиях или развитии фиброза и кальциноза при ревматизме. Неспособность эффективно управлять напряжениями объясняет, почему изменение створок приводят к прогрессивному ухудшению функции клапана.

Механика движения

Открытие и закрытие аортального клапана происходит пассивно соответственно изменению направления потока крови и давления во время сердечного цикла.

Открытие

В течение диастолы, различие давления между аортой и желудочком создает напряжение на створках клапана. Это напряжение сжимает корень аорты. Кроме того, упругие свойства аортального корня вносят дополнительный вклад в уменьшение его в диаметре. В течение диастолы при заполнении кровью желудочка, приблизительно за 20-40 миллисекунд до открытия аортального клапана происходит 12%-ое расширение аортального корня. Только одно расширение корня помогает в открытии створок на 20%. Фактически, створки начинают открываться прежде, чем давление в левом желудочке превысит давление в аорте, исключительно благодаря эффекту расширения корня аорты. Поскольку давление продолжает повышаться, аортальный корень расширяется, чтобы позволить клапану быстро открыться в начале изгнания. Эти механизмы позволяют клапану открываться быстро и обеспечивают минимальное сопротивление изгнанию.

Закрытие

Закрытие аортального клапана - один из наиболее изящных механизмов клапанного аппарата.

Основная теория, объясняющая закрытие - теория вихря. Поскольку в процессе изгнания происходит замедление движения крови, в крае потока создаются маленькие вихри. Эти вихри по аортальной стенке постепенно двигаются к основанию желудочкового артериального соединения, краям створок и синусов Вальсальвы. В конце изгнания и до закрытия клапана, вихри в пределах пазухи Valsalva создают эффект воздушного шара и отодвигают створки к центру аорты. Закрытие створок клапана происходит быстро. Створки клапана действуют как упругая мембрана, производящей звук - II тон.

Реология

Поток крови в аорте является пульсирующим и отличается от классического ламинарного. Анализ характеристик потока затруднен, потому что структурные компоненты выше и ниже аортального клапана отличаются от пациента пациенту. Кроме того, движущие силы механизма клапана и силы изгнания значительно изменяются. Однако, при признании этих ограничений, могут быть описаны некоторые характеристики нормальной реологии аортального потока.
 
Позиция аортальных створок в конце диастолы и систолы
Позиция аортальных створок в конце диастолы и систолы и перемещение отдельной створки от закрытого положения (позиции) (0) к полному открытию (26) в течение изгнания. Полностью открытая створка формирует однородный диаметр выше желудочкового-артериального соединения снижающий турбуленцию в синусе Вальсальвы

Выходной тракт левого желудочка действует как труба, увеличивающая скорость потока крови, в наиболее узком месте – кольце аортального клапана, сохраняя при этом ламинарный поток. Этот скоростной профиль становится более прямолинейным в конце изгнания. Поскольку эффективное отверстие клапана обычно меньше чем аорта, происходит изменение характеристики потока в сторону развития турбуленции, величина которой пропорциональна скорости изгнания крови и взаимодействию между изгнанной кровью и относительно застойной кровью в аорте.

Рисунок демонстрирует, что после изгнания крови через отверстие клапана, положение створок помогает уменьшать турбуленцию, маскируя расширение пазух, за счет приведения в соответствие диаметров корня и аорты. При нормальных условиях, эффективное отверстие клапана незначительно меньше чем аорта. Как только профиль потока достигает аортальной стенки, взаимодействие между застойной кровью в аорте, и высоко-скоростная потоком в выходном тракте левого желудочка нивелируется и турбулентность гасится. Когда высокоскоростной поток сталкивается с низко-скоростным в этом месте в 14 раз увеличивается плотность энергии. Эта энергия передается окружающим тканям и может привести к повреждению эндотелия, разрушению тромбоцитов с последующим тромбозом. 


Профессор, д.м.н Ю.П. Островский