Katup aorta

Katup aorta dianggap sebagai yang paling banyak dipelajari, karena telah dijelaskan sejak lama, dimulai dengan Leonardo da Vinci (1513) dan Valsalva (1740), dan berulang kali, terutama selama paruh kedua abad ke-20. Pada saat yang sama, penelitian tahun-tahun sebelumnya sebagian besar bersifat deskriptif atau, lebih jarang, komparatif. Dimulai dengan karya J Zimmerman (1969), di mana penulis mengusulkan untuk mempertimbangkan "fungsi katup sebagai kelanjutan dari strukturnya", sebagian besar penelitian mulai bersifat morfofungsional. Pendekatan terhadap studi fungsi katup aorta melalui studi strukturnya ini, sampai batas tertentu, disebabkan oleh kesulitan metodologis studi langsung biomekanik katup aorta secara keseluruhan. Studi anatomi fungsional memungkinkan untuk menentukan batas morfofungsional katup aorta, mengklarifikasi terminologi, dan juga mempelajari fungsinya secara luas.

Berkat penelitian ini, katup aorta dalam arti luas mulai dianggap sebagai struktur anatomi dan fungsional tunggal yang terkait dengan aorta dan ventrikel kiri.

Menurut konsep modern, katup aorta merupakan struktur volumetrik berbentuk corong atau silinder, terdiri atas tiga sinus, tiga segitiga interkuspid Henle, tiga daun katup semilunar, dan sebuah cincin fibrosa yang batas proksimal dan distalnya masing-masing merupakan sambungan ventrikuloaorta dan sinotubular.

Istilah yang jarang digunakan adalah "kompleks katup-aorta". Dalam pengertian yang sempit, katup aorta terkadang dipahami sebagai elemen pengunci yang terdiri dari tiga daun katup, tiga komisura, dan cincin fibrosa.

Dari sudut pandang mekanika umum, katup aorta dianggap sebagai struktur komposit yang terdiri dari rangka berserat (kuat) yang kuat dan elemen cangkang yang relatif tipis (dinding sinus dan katup) yang ditempatkan di atasnya. Deformasi dan gerakan rangka ini terjadi di bawah aksi gaya internal yang timbul pada cangkang yang melekat padanya. Rangka, pada gilirannya, menentukan deformasi dan gerakan elemen cangkang. Rangka tersebut sebagian besar terdiri dari serat kolagen yang dikemas rapat. Desain katup aorta ini menentukan daya tahan fungsinya.

Sinus Valsalva adalah bagian yang melebar dari bagian awal aorta, dibatasi secara proksimal oleh segmen cincin fibrosa dan cusp yang sesuai, dan secara distal oleh sambungan sinotubular. Sinus diberi nama sesuai dengan arteri koroner tempat mereka berangkat: koroner kanan, koroner kiri, dan nonkoroner. Dinding sinus lebih tipis dari dinding aorta dan hanya terdiri dari intima dan media, agak menebal oleh serat kolagen. Dalam hal ini, jumlah serat elastin di dinding sinus berkurang, dan serat kolagen meningkat ke arah dari sinotubular ke sambungan ventrikuloaorta. Serat kolagen padat terletak terutama di sepanjang permukaan luar sinus dan berorientasi pada arah melingkar, dan di ruang subkomisural mereka berpartisipasi dalam pembentukan segitiga interkusp yang mendukung bentuk katup. Peran utama sinus adalah untuk mendistribusikan kembali ketegangan antara katup dan sinus selama diastol dan untuk menetapkan posisi keseimbangan katup selama sistole. Sinus dibagi pada tingkat dasarnya oleh segitiga interkusp.

Kerangka fibrosa yang membentuk katup aorta adalah struktur spasial tunggal dari elemen fibrosa yang kuat dari akar aorta, cincin fibrosa dari dasar katup, batang komisura (kolom) dan sambungan sinotubular. Sambungan sinotubular (cincin lengkung, atau punggung lengkung) adalah hubungan anatomi berbentuk gelombang antara sinus dan aorta asendens.

Sambungan ventrikulo-aorta (cincin dasar katup) adalah sambungan anatomis bundar antara saluran keluar ventrikel kiri dan aorta, yang merupakan struktur berserat dan berotot. Dalam literatur bedah asing, sambungan ventrikulo-aorta sering disebut "cincin aorta". Sambungan ventrikulo-aorta dibentuk, rata-rata, oleh 45-47% miokardium konus arteri ventrikel kiri.

Komisura adalah garis sambungan (kontak) dari katup-katup yang berdekatan dengan tepi proksimal perifernya pada permukaan bagian dalam segmen distal akar aorta dan ujung distalnya terletak pada sambungan sinotubular. Batang-batang komisura (kolom-kolom) adalah tempat fiksasi komisura pada permukaan bagian dalam akar aorta. Kolom-kolom komisura adalah kelanjutan distal dari tiga segmen cincin fibrosa.

Segitiga interkuspid Henle merupakan komponen fibrosa atau fibromuskular dari akar aorta dan terletak proksimal terhadap komisura antara segmen cincin fibrosa yang berdekatan dan kuspisnya masing-masing. Secara anatomis, segitiga interkuspid merupakan bagian dari aorta, tetapi secara fungsional segitiga ini menyediakan jalur keluar dari ventrikel kiri dan dipengaruhi oleh hemodinamik ventrikel daripada aorta. Segitiga interkuspid memainkan peran penting dalam fungsi biomekanik katup dengan memungkinkan sinus berfungsi relatif independen, dengan menyatukannya, dan dengan mempertahankan geometri akar aorta yang seragam. Jika segitiga tersebut kecil atau asimetris, cincin fibrosa yang sempit atau distorsi katup dengan disfungsi kuspis selanjutnya akan berkembang. Situasi ini dapat terlihat pada katup aorta bikuspid.

Titik puncak adalah elemen pengunci katup, dengan tepi proksimalnya memanjang dari bagian semilunar cincin fibrosa, yang merupakan struktur kolagen padat. Titik puncak terdiri dari badan (bagian utama yang terbebani), permukaan koaptasi (penutupan), dan dasar. Tepi bebas dari titik puncak yang berdekatan dalam posisi tertutup membentuk zona koaptasi yang memanjang dari komisura ke bagian tengah titik puncak. Bagian tengah berbentuk segitiga yang menebal dari zona koaptasi titik puncak disebut nodus Aranzi.

Daun katup yang membentuk katup aorta terdiri dari tiga lapisan (aorta, ventrikel, dan spons) dan ditutupi di bagian luar dengan lapisan endotel tipis. Lapisan yang menghadap aorta (fibrosa) terutama mengandung serat kolagen yang berorientasi pada arah melingkar dalam bentuk bundel dan untaian, dan sejumlah kecil serat elastin. Di zona koaptasi tepi bebas daun katup, lapisan ini hadir dalam bentuk bundel individu. Bundel kolagen di zona ini "digantung" di antara kolom komisura pada sudut sekitar 125 ° relatif terhadap dinding aorta. Di badan daun katup, bundel ini berangkat pada sudut sekitar 45 ° dari cincin fibrosa dalam bentuk semi-elips dan berakhir di sisi yang berlawanan. Orientasi berkas "daya" dan tepi daun katup dalam bentuk "jembatan suspensi" ini dimaksudkan untuk mentransfer beban tekanan selama diastol dari daun katup ke sinus dan rangka fibrosa yang membentuk katup aorta.

Pada katup yang tidak terbebani, berkas-berkas fibrosa berada dalam keadaan berkontraksi dalam bentuk garis-garis bergelombang yang terletak pada arah melingkar pada jarak sekitar 1 mm dari satu sama lain. Serat-serat kolagen yang membentuk berkas-berkas tersebut juga memiliki struktur bergelombang pada katup yang rileks dengan periode gelombang sekitar 20 μm. Ketika beban diberikan, gelombang-gelombang ini menjadi lurus, yang memungkinkan jaringan untuk meregang. Serat-serat yang diluruskan sepenuhnya menjadi tidak dapat diperpanjang. Lipatan-lipatan berkas kolagen mudah diluruskan di bawah beban katup yang ringan. Berkas-berkas ini terlihat jelas dalam keadaan terbebani dan dalam cahaya yang ditransmisikan.

Keteguhan proporsi geometris elemen akar aorta dipelajari menggunakan metode anatomi fungsional. Secara khusus, ditemukan bahwa rasio diameter sambungan sinotubular dan dasar katup adalah konstan dan berjumlah 0,8-0,9. Hal ini berlaku untuk kompleks katup-aorta individu muda dan setengah baya.

Seiring bertambahnya usia, proses kualitatif gangguan struktur dinding aorta terjadi, disertai dengan penurunan elastisitasnya dan perkembangan kalsifikasi. Hal ini menyebabkan, di satu sisi, ekspansi bertahapnya, dan di sisi lain, penurunan elastisitasnya. Perubahan proporsi geometris dan penurunan ekstensibilitas katup aorta terjadi pada usia di atas 50-60 tahun, yang disertai dengan penurunan area pembukaan katup dan penurunan karakteristik fungsional katup secara keseluruhan. Fitur anatomi dan fungsional yang berkaitan dengan usia dari akar aorta pasien harus diperhitungkan saat menanamkan pengganti biologis tanpa bingkai di posisi aorta.

Perbandingan struktur formasi seperti katup aorta manusia dan mamalia dilakukan pada akhir tahun 1960-an. Studi-studi ini menunjukkan kesamaan sejumlah parameter anatomi katup babi dan manusia, berbeda dengan akar aorta xenogenik lainnya. Secara khusus, ditunjukkan bahwa sinus koroner non-koroner dan kiri katup manusia masing-masing adalah yang terbesar dan terkecil. Pada saat yang sama, sinus koroner kanan katup babi adalah yang terbesar, dan non-koroner adalah yang terkecil. Pada saat yang sama, perbedaan dalam struktur anatomi sinus koroner kanan katup aorta babi dan manusia dijelaskan untuk pertama kalinya. Sehubungan dengan pengembangan bedah plastik rekonstruktif dan penggantian katup aorta dengan pengganti tanpa bingkai biologis, studi anatomi katup aorta telah dilanjutkan dalam beberapa tahun terakhir.

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

Katup aorta manusia dan katup aorta babi

Telah dilakukan studi perbandingan struktur katup aorta manusia dan katup aorta babi sebagai xenograft potensial. Diperlihatkan bahwa katup xenogenik memiliki profil yang relatif rendah dan asimetris dalam sebagian besar kasus (80%) karena ukuran sinus nonkoronernya yang lebih kecil. Asimetri sedang pada katup aorta manusia disebabkan oleh ukuran sinus koroner kirinya yang lebih kecil dan tidak begitu kentara.

Katup aorta babi, tidak seperti katup aorta manusia, tidak memiliki cincin fibrosa dan sinusnya tidak berbatasan langsung dengan dasar katup. Katup aorta babi melekat dengan dasar semilunarnya langsung ke dasar katup, karena cincin fibrosa sejati tidak ada pada katup aorta babi. Dasar sinus dan katup aorta xenogenik melekat pada bagian fibrosa dan/atau fibromuskular dari dasar katup. Misalnya, dasar katup aorta babi non-koroner dan koroner kiri dalam bentuk daun katup yang menyimpang (fibrosa dan ventnculans) melekat pada dasar fibrosa katup. Dengan kata lain, katup yang membentuk katup aorta babi tidak berbatasan langsung dengan sinus, seperti pada akar aorta alogenik. Di antara keduanya terdapat bagian distal dasar katup, yang dalam arah membujur (sepanjang sumbu katup) pada tingkat titik paling proksimal sinus koroner kiri dan non-koroner sama, rata-rata, dengan 4,6 ± 2,2 mm, dan sinus koroner kanan - 8,1 ± 2,8 mm. Ini merupakan perbedaan penting dan signifikan antara katup babi dan katup manusia.

Insersi otot kerucut aorta ventrikel kiri sepanjang sumbu pada akar aorta babi jauh lebih signifikan daripada pada yang alogenik. Pada katup babi, insersi ini membentuk dasar dari katup koroner kanan dan sinus dengan nama yang sama, dan pada tingkat yang lebih rendah membentuk dasar segmen yang berdekatan dari katup koroner kiri dan non-koroner. Pada katup alogenik, insersi ini hanya menciptakan dukungan untuk dasar, terutama, sinus koroner kanan dan, pada tingkat yang lebih rendah, sinus koroner kiri.

Analisis ukuran dan proporsi geometris elemen individual katup aorta tergantung pada tekanan intra-aorta cukup sering digunakan dalam anatomi fungsional. Untuk tujuan ini, akar aorta diisi dengan berbagai zat pengeras (karet, parafin, karet silikon, plastik, dll.), dan stabilisasi strukturalnya dilakukan secara kimia atau kriogenik di bawah tekanan yang berbeda. Cetakan yang dihasilkan atau akar aorta terstruktur dipelajari menggunakan metode morfometrik. Pendekatan untuk mempelajari katup aorta ini memungkinkan untuk menetapkan beberapa pola fungsinya.

Percobaan in vitro dan in vivo telah menunjukkan bahwa akar aorta merupakan struktur yang dinamis dan sebagian besar parameter geometrisnya berubah selama siklus jantung tergantung pada tekanan di aorta dan ventrikel kiri. Penelitian lain telah menunjukkan bahwa fungsi katup sangat ditentukan oleh elastisitas dan distensibilitas akar aorta. Gerakan pusaran darah di sinus berperan penting dalam pembukaan dan penutupan katup.

Dinamika parameter geometri katup aorta dipelajari dalam percobaan hewan menggunakan sineangiografi kecepatan tinggi, sinematografi, dan sineradiografi, serta pada individu sehat menggunakan sineangiokardiografi. Studi-studi ini memungkinkan kami untuk memperkirakan dinamika banyak elemen akar aorta dengan cukup akurat dan hanya memperkirakan secara tentatif dinamika bentuk dan profil katup selama siklus jantung. Secara khusus, ditunjukkan bahwa ekspansi sistolik-diastolik dari sambungan sinotubular adalah 16-17% dan berkorelasi erat dengan tekanan arteri. Diameter sambungan sinotubular mencapai nilai maksimumnya pada puncak tekanan sistolik di ventrikel kiri, sehingga memfasilitasi pembukaan katup karena divergensi komisura ke luar, dan kemudian menurun setelah penutupan katup. Diameter sambungan sinotubular mencapai nilai minimumnya pada akhir fase relaksasi isovolumik ventrikel kiri dan mulai meningkat pada diastol. Kolom komisural dan sambungan sinotubular, karena fleksibilitasnya, berpartisipasi dalam distribusi tekanan maksimum pada daun katup setelah penutupannya selama periode peningkatan cepat dalam gradien tekanan transvalvular terbalik. Model matematika juga telah dikembangkan untuk menjelaskan pergerakan daun katup selama pembukaan dan penutupannya. Namun, data dari pemodelan matematika sebagian besar tidak konsisten dengan data eksperimen.

Dinamika dasar katup aorta memengaruhi operasi normal daun katup atau bioprostesis tanpa bingkai yang ditanamkan. Telah ditunjukkan bahwa perimeter dasar katup (anjing dan domba) mencapai nilai maksimumnya pada awal sistol, menurun selama sistol dan minimal pada akhirnya. Selama diastol, perimeter katup meningkat. Dasar katup aorta juga mampu mengalami perubahan asimetris siklik dalam ukurannya karena kontraksi bagian otot persimpangan ventrikuloaorta (segitiga interkuspid antara sinus koroner kanan dan kiri, serta dasar sinus koroner kiri dan kanan). Selain itu, deformasi geser dan torsional dari akar aorta terungkap. Deformasi torsional terbesar dicatat di area kolom komisura antara sinus koroner non-koroner dan kiri, dan minimum - antara sinus koroner non-koroner dan kanan. Implantasi bioprostesis tanpa bingkai dengan basis semi-kaku dapat mengubah kepatuhan akar aorta terhadap deformasi torsional, yang akan mengarah pada pemindahan deformasi torsional ke sambungan sinotubular akar aorta komposit dan pembentukan distorsi daun bioprostesis.

Sebuah studi tentang biomekanik normal katup aorta pada individu muda (rata-rata 21,6 tahun) dilakukan menggunakan ekokardiografi transesofageal dengan pemrosesan komputer berikutnya dari gambar video (hingga 120 bingkai per detik) dan analisis dinamika karakteristik geometris elemen katup aorta tergantung pada waktu dan fase siklus jantung. Ditunjukkan bahwa selama sistol, area pembukaan katup, sudut radial daun katup ke dasar katup, diameter dasar katup, dan panjang radial daun katup berubah secara signifikan. Diameter sambungan sinotubular, panjang keliling tepi bebas daun katup, dan tinggi sinus berubah pada tingkat yang lebih rendah.

Dengan demikian, panjang radial daun katup maksimal pada fase diastolik penurunan isovolumik tekanan intraventrikular dan minimum pada fase sistolik ejeksi berkurang. Peregangan radial sistolik-diastolik daun katup, rata-rata, 63,2±1,3%. Daun katup lebih panjang pada diastol dengan gradien diastolik tinggi dan lebih pendek pada fase aliran darah berkurang, ketika gradien sistolik mendekati nol. Peregangan sirkumferensial sistolik-diastolik daun katup dan sambungan sinotubular, masing-masing, 32,0±2,0% dan 14,1±1,4%. Sudut radial inklinasi daun katup ke dasar katup berubah, rata-rata, dari 22 pada diastol menjadi 93° pada sistol.

Gerakan sistolik katup yang membentuk katup aorta secara konvensional dibagi menjadi lima periode:

1. periode persiapan terjadi selama fase peningkatan isovolumik dalam tekanan intraventrikular; katup diluruskan, agak memendek dalam arah radial, lebar zona koaptasi menurun, sudut meningkat, rata-rata, dari 22° menjadi 60°;
2. periode pembukaan katup yang cepat berlangsung 20-25 ms; dengan dimulainya pengeluaran darah, gelombang inversi terbentuk di dasar katup, yang dengan cepat menyebar ke arah radial ke badan katup dan lebih jauh ke tepi bebasnya;
3. puncak pembukaan katup terjadi pada fase pertama pengeluaran maksimal, pada masa ini tepi bebas katup ditekuk maksimal ke arah sinus, bentuk pembukaan katup mendekati lingkaran, dan dari profilnya katup menyerupai bentuk kerucut terbalik yang terpotong;
4. Periode pembukaan katup yang relatif stabil terjadi selama fase kedua pengeluaran maksimum, tepi bebas katup diluruskan sepanjang sumbu aliran, katup berbentuk silinder, dan katup secara bertahap menutup; pada akhir periode ini, bentuk bukaan katup menjadi segitiga;
5. Periode penutupan katup yang cepat bertepatan dengan fase ejeksi yang berkurang. Di dasar katup, gelombang pembalikan terbentuk, yang meregangkan katup yang berkontraksi ke arah radial, yang menyebabkan penutupan katup terlebih dahulu di sepanjang tepi ventrikel zona koaptasi, dan kemudian penutupan katup secara menyeluruh.

Deformasi maksimum elemen akar aorta terjadi selama periode pembukaan dan penutupan katup yang cepat. Dengan perubahan cepat pada bentuk katup yang membentuk katup aorta, tekanan tinggi dapat terjadi di dalamnya, yang dapat menyebabkan perubahan degeneratif pada jaringan.

Mekanisme pembukaan dan penutupan katup dengan pembentukan, masing-masing, gelombang inversi dan pembalikan, serta peningkatan sudut radial kemiringan katup terhadap dasar katup dalam fase peningkatan tekanan isovolumik di dalam ventrikel dapat dikaitkan dengan mekanisme peredaman akar aorta, mengurangi deformasi dan tekanan katup katup.