מסתם אבי העורקים

מסתם אבי העורקים נחשב לנחקר ביותר, שכן הוא תואר מזמן, החל מלאונרדו דה וינצ'י (1513) ו-Valsalva (1740), ושוב ושוב, במיוחד במהלך המחצית השנייה של המאה ה-20. יחד עם זאת, המחקרים של השנים האחרונות היו בעיקר תיאוריים או, בתדירות נמוכה יותר, השוואתיים באופיים. החל מעבודתו של ג'יי צימרמן (1969), שבה הציע המחבר להתייחס ל"תפקוד המסתם כהמשך למבנהו", רוב המחקרים החלו להיות בעלי אופי מורפופונקציונלי. גישה זו לחקר תפקוד מסתם אבי העורקים באמצעות חקר מבנהו נבעה, במידה מסוימת, מהקשיים המתודולוגיים של מחקר ישיר של הביומכניקה של מסתם אבי העורקים בכללותו. מחקרים של אנטומיה תפקודית אפשרו לקבוע את הגבולות המורפופונקציונליים של מסתם אבי העורקים, להבהיר את המינוח, וגם לחקור את תפקודו במידה רבה.

הודות למחקרים אלה, מסתם אבי העורקים במובן הרחב החל להיחשב כמבנה אנטומי ותפקודי יחיד הקשור הן לאבי העורקים והן לחדר השמאלי.

על פי תפיסות מודרניות, מסתם אבי העורקים הוא מבנה נפחי בצורת משפך או גליל, המורכב משלושה סינוסים, שלושה משולשים בין-כוספידיים של הנלה, שלושה קצוות חצי ירחיים וטבעת סיבית, שגבולותיה הפרוקסימליים והדיסטליים הם, בהתאמה, הצמתים החדריים והסינוטובולריים.

פחות נפוץ הוא המונח "קומפלקס מסתם-אבי העורקים". במובן הצר, מסתם אבי העורקים נתפס לעיתים כאלמנט נעילה המורכב משלושה קצוות, שלושה קומיסורים וטבעת סיבית.

מנקודת מבט של מכניקה כללית, מסתם אבי העורקים נחשב למבנה מורכב המורכב ממסגרת סיבית (כוח) חזקה ואלמנטים דקים יחסית של קליפה (דפנות הסינוסים וקווים) המונחים עליה. עיוותים ותנועות של מסגרת זו מתרחשים תחת פעולת כוחות פנימיים הנובעים מהקליפות המחוברות אליה. המסגרת, בתורה, קובעת את העיוותים והתנועות של אלמנטי הקליפה. המסגרת מורכבת בעיקר מסיבי קולגן ארוזים היטב. עיצוב זה של מסתם אבי העורקים קובע את עמידות תפקודו.

הסינוסים של ולסלבה הם החלק המורחב של החלק הראשוני של אבי העורקים, מוגבלים באופן פרוקסימלי על ידי הקטע המתאים של הטבעת הסיבית והקוספ, ובדיסטלי על ידי הצומת הסינוטובולרית. הסינוסים נקראים על פי העורקים הכליליים מהם הם יוצאים: כלילי ימני, כלילי שמאלי ולא כלילי. דופן הסינוסים דקה יותר מדופן אבי העורקים ומורכבת רק מהאינטימה והמדיה, המעובה במידה מסוימת על ידי סיבי קולגן. במקרה זה, מספר סיבי האלסטין בדופן הסינוסים פוחת, וסיבי הקולגן גדלים בכיוון מהסינוטובולרית לצומת החדר. סיבי קולגן צפופים ממוקמים בעיקר לאורך המשטח החיצוני של הסינוסים ומכוונים בכיוון ההיקפי, ובמרחב התת-קומיסורי הם משתתפים ביצירת משולשים בין-קוספיים התומכים בצורת המסתם. התפקיד העיקרי של הסינוסים הוא לפזר מחדש את המתח בין הקוספס (cusps) והסינוסים במהלך הדיאסטולה וליצור מיקום שיווי משקל של הקוספס במהלך סיסטולה. הסינוסים מחולקים בגובה בסיסם על ידי משולשים בין-קוספיים.

המסגרת הסיבית היוצרת את מסתם אבי העורקים היא מבנה מרחבי יחיד של אלמנטים סיביים חזקים של שורש אבי העורקים, טבעת סיבית של בסיס המסתמים, מוטות קומיסורליים (עמודים) וצומת סינוטובלרי. הצומת הסינטובולרי (טבעת מקושתת, או רכס מקושת) הוא חיבור אנטומי בצורת גל בין הסינוסים לאבי העורקים העולה.

צומת החדרים-אאורטה (טבעת בסיס השסתום) היא חיבור אנטומי עגול בין פתח החדר השמאלי לאבי העורקים, שהוא מבנה סיבי ושרירי. בספרות כירורגית זרה, צומת החדרים-אאורטה נקרא לעתים קרובות "טבעת אבי העורקים". צומת החדרים-אאורטה נוצר, בממוצע, על ידי 45-47% משריר הלב של קונוס העורקים של החדר השמאלי.

קומיסורה היא קו החיבור (מגע) של קצוות סמוכים כאשר הקצוות הפרוקסימאליים ההיקפיים שלהם נמצאים על המשטח הפנימי של הקטע הדיסטלי של שורש אבי העורקים וקצהו הדיסטלי ממוקם בצומת הסינוטובולרי. מוטות קומיסורה (עמודים) הם מקומות הקיבוע של הקומיסורות על המשטח הפנימי של שורש אבי העורקים. עמודות קומיסורה הן ההמשך הדיסטלי של שלושה מקטעים של הטבעת הסיבית.

משולשי הנלה הבין-קוספידליים הם רכיבים סיביים או פיברומוסקולריים של שורש אבי העורקים, והם ממוקמים בסמוך לקומיסורות בין מקטעים סמוכים של הטבעת הסיבית לבין הקוספס שלהם. מבחינה אנטומית, המשולשים הבין-קוספידליים הם חלק מהאבי העורקים, אך מבחינה תפקודית הם מספקים דרכי זרימה מהחדר השמאלי ומושפעים מהמודינמיקה החדרית ולא של אבי העורקים. למשולשים הבין-קוספידליים תפקיד חשוב בתפקוד הביומכני של המסתם בכך שהם מאפשרים לסינוסים לתפקד באופן עצמאי יחסית, על ידי איחודם ועל ידי שמירה על גיאומטריה אחידה של שורש אבי העורקים. אם המשולשים קטנים או אסימטריים, מתפתחת טבעת סיבית צרה או עיוות מסתם עם תפקוד לקוי של הקוספס. ניתן לראות מצב זה במסתמים אבי העורקים הדו-קוספידליים.

הקוספס הוא אלמנט הנעילה של המסתם, כאשר הקצה הפרוקסימלי שלו משתרע מהחלק החצי-ירחי של הטבעת הסיבית, שהיא מבנה קולגן צפוף. הקוספס מורכב מגוף (החלק הטעון העיקרי), משטח קואפטציה (סגירה) ובסיס. הקצוות החופשיים של קוספס סמוכים במצב סגור יוצרים אזור קואפטציה המשתרע מהקומיסורות למרכז הקוספס. החלק המרכזי המעובה בעל הצורה המשולשת של אזור הקואפטציה של הקוספס נקרא צומת ארנזי.

העלעל היוצר את מסתם אבי העורקים מורכב משלוש שכבות (אבי העורקים, חדרית וספוגית) ומכוסה מבחוץ בשכבה דקה של אנדותל. השכבה הפונה לאבי העורקים (פיברוזה) מכילה בעיקר סיבי קולגן המכוונים בכיוון ההיקפי בצורת צרורות וגדילים, וכמות קטנה של סיבי אלסטין. באזור הקואפטציה של הקצה החופשי של העלעל, שכבה זו נמצאת בצורת צרורות בודדים. צרורות הקולגן באזור זה "תלויים" בין עמודי הקומיסורלציה בזווית של כ-125 מעלות ביחס לדופן אבי העורקים. בגוף העלעל, צרורות אלה יוצאים בזווית של כ-45 מעלות מהטבעת הסיבית בצורת חצי אליפסה ומסתיימים בצד הנגדי שלה. כיוון זה של צרורות ה"כוח" וקצוות העלעל בצורת "גשר תלוי" נועד להעביר את עומס הלחץ במהלך הדיאסטולה מהעלעל לסינוסים ולמסגרת הסיבית היוצרת את מסתם אבי העורקים.

במסתם לא עמוס, צרורות הסיבים נמצאים במצב מכווץ בצורת קווים גליים הממוקמים בכיוון ההיקפי במרחק של כ-1 מ"מ זה מזה. גם סיבי הקולגן המרכיבים את הצורות בעלי מבנה גלי במסתם רפוי עם מחזור גל של כ-20 מיקרומטר. כאשר מופעל עומס, גלים אלה מתיישרים, ומאפשרים לרקמה להימתח. סיבים ישרים לחלוטין הופכים לבלתי ניתנים להרחבה. קפלי צרורות הקולגן מתיישרים בקלות תחת עומס קל על המסתם. צרורות אלה נראים בבירור במצב טעון ובאור מועבר.

הקביעות של הפרופורציות הגיאומטריות של אלמנטי שורש אבי העורקים נחקרה בשיטת האנטומיה הפונקציונלית. בפרט, נמצא כי היחס בין קוטר הצומת הסינוטובולרית לבסיס המסתם קבוע ועומד על 0.8-0.9. זה נכון לגבי קומפלקסים של מסתם-אבי העורקים של אנשים צעירים ובגיל העמידה.

עם הגיל, מתרחשים תהליכים איכותיים של שיבוש מבנה דופן אבי העורקים, המלווים בירידה בגמישותו ובהתפתחות הסתיידות. זה מוביל, מצד אחד, להתרחבות הדרגתית שלו, ומצד שני, לירידה בגמישות. שינויים בפרופורציות גיאומטריות וירידה בהתארכות מסתם אבי העורקים מתרחשים בגיל מעל גיל 50-60, המלווים בירידה בשטח הפתיחה של הקיספים ובהידרדרות במאפיינים התפקודיים של המסתם בכללותו. יש לקחת בחשבון מאפיינים אנטומיים ותפקודיים הקשורים לגיל של שורש אבי העורקים של חולים בעת השתלת תחליפים ביולוגיים ללא מסגרת במיקום אבי העורקים.

בסוף שנות ה-60 בוצעה השוואה בין מבנה של תצורה כמו מסתם אבי העורקים של בני אדם ויונקים. מחקרים אלה הדגימו את הדמיון בין מספר פרמטרים אנטומיים של מסתמי חזיר ואנושיים, בניגוד לשורשי אבי העורקים קסנוגניים אחרים. בפרט, הוכח כי הסינוסים הכליליים הלא-כליליים והשמאליים של המסתם האנושי היו, בהתאמה, הגדולים והקטנים ביותר. במקביל, הסינוס הכלילי הימני של המסתם החזירי היה הגדול ביותר, והסינוס הלא-כלילי היה הקטן ביותר. במקביל, תוארו לראשונה ההבדלים במבנה האנטומי של הסינוס הכלילי הימני של מסתמי אבי העורקים של חזיר ואנושיים. בקשר לפיתוח ניתוחים פלסטיים משחזרים והחלפת מסתם אבי העורקים בתחליפים ביולוגיים ללא מסגרת, חודשו בשנים האחרונות מחקרים אנטומיים של מסתם אבי העורקים.

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

מסתם אבי העורקים האנושי ומסתם אבי העורקים של חזיר

נערך מחקר השוואתי של מבנה מסתם אבי העורקים האנושי ומסתם אבי העורקים החזירי כקסנוגרפט פוטנציאלי. הוכח כי למסתמים הקסנוגניים פרופיל נמוך יחסית והם אסימטריים ברוב המקרים (80%) בשל גודלו הקטן יותר של הסינוס הלא-כלילי שלהם. אסימטריה מתונה של מסתם אבי העורקים האנושי נובעת מגודלו הקטן יותר של הסינוס הכלילי השמאלי שלו ואינה כה בולטת.

למסתם אבי העורקים של החזיר, בניגוד למסתם האנושי, אין טבעת סיבית והסינוסים שלו אינם גובלים ישירות בבסיס הקיספסים. הקיספסים של החזיר מחוברים עם בסיס חצי הירח שלהם ישירות לבסיס המסתם, מכיוון שהטבעת הסיבית האמיתית נעדרת במסתמים של החזיר. בסיסי הסינוסים והקוספסים הקסנוגניים מחוברים לחלקים הסיביים ו/או הפיברומוסקולריים של בסיס המסתם. לדוגמה, בסיס הקיספסים הלא-כליליים והכליליים השמאליים של המסתם של החזיר בצורת עלעלים מתפצלים (פיברוזה ו-ventnculans) מחוברים לבסיס הסיבי של המסתם. במילים אחרות, הקיספסים היוצרים את מסתם אבי העורקים של החזיר אינם צמודים ישירות לסינוסים, כמו בשורשי אבי העורקים האלוגניים. ביניהם נמצא החלק הדיסטלי של בסיס השסתום, אשר בכיוון האורך (לאורך ציר השסתום) בגובה הנקודה הפרוקסימלית ביותר של הסינוסים הכליליים השמאליים והלא-כליליים שווה, בממוצע, ל-4.6 ± 2.2 מ"מ, ושל הסינוס הכלילי הימני - 8.1 ± 2.8 מ"מ. זהו הבדל חשוב ומשמעותי בין שסתום חזיר לשסתום אנושי.

ההחדרה השרירית של חרוט אבי העורקים של החדר השמאלי לאורך הציר בשורש אבי העורקים של החזיר משמעותית הרבה יותר מאשר במסתמים האלוגניים. במסתמים חזיריים, החדרה זו היוותה את בסיס הקיספס הכלילי הימני והסינוס בעל אותו שם, ובמידה פחותה את בסיס המקטעים הסמוכים של הקיספס הכליליים והלא-כליליים השמאליים. במסתמים אלוגניים, החדרה זו יוצרת תמיכה רק לבסיס, בעיקר, של הסינוס הכלילי הימני, ובמידה פחותה, של הסינוס הכלילי השמאלי.

ניתוח הגדלים והפרופורציות הגיאומטריות של אלמנטים בודדים של מסתם אבי העורקים בהתאם ללחץ התוך-אבי העורקים שימש לעתים קרובות באנטומיה תפקודית. למטרה זו, שורש אבי העורקים מולא בחומרים מקשים שונים (גומי, פרפין, גומי סיליקון, פלסטיק וכו'), וייצוב מבני שלו בוצע כימית או קריוגנית תחת לחצים שונים. היציקות או שורשי אבי העורקים המובנים שהתקבלו נחקרו בשיטה מורפומטרית. גישה זו לחקר מסתם אבי העורקים אפשרה לקבוע כמה דפוסים של תפקודו.

ניסויים in vitro ו-in vivo הראו כי שורש אבי העורקים הוא מבנה דינמי ורוב הפרמטרים הגיאומטריים שלו משתנים במהלך מחזור הלב בהתאם ללחץ באבי העורקים ובחדר השמאלי. מחקרים אחרים הראו כי תפקוד הקוספס נקבע במידה רבה על ידי האלסטיות והדיסטנסיביליות של שורש אבי העורקים. תנועות מערבולת של דם בסינוסים יוחסו תפקיד חשוב בפתיחה וסגירה של הקוספס.

הדינמיקה של הפרמטרים הגיאומטריים של מסתם אבי העורקים נחקרה בניסוי בבעלי חיים תוך שימוש בצינאנגיוגרפיה במהירות גבוהה, סינמטוגרפיה וסינרדיגוגרפיה, וכן אצל אנשים בריאים באמצעות צינאנגיוקרדיוגרפיה. מחקרים אלה אפשרו לנו להעריך את הדינמיקה של אלמנטים רבים של שורש אבי העורקים בצורה מדויקת למדי, ולהעריך באופן זמני בלבד את הדינמיקה של צורת ופרופיל המסתם במהלך מחזור הלב. בפרט, הוכח כי ההתרחבות הסיסטולית-דיאסטולית של הצומת הסינוטובולרית היא 16-17% והיא קשורה קשר הדוק ללחץ הדם העורקי. קוטר הצומת הסינוטובולרית מגיע לערכיו המקסימליים בשיא הלחץ הסיסטולי בחדר השמאלי, ובכך מקל על פתיחת המסתמים עקב סטיית הקומיסורות החוצה, ולאחר מכן יורד לאחר סגירת המסתמים. קוטר הצומת הסינוטובולרית מגיע לערכיו המינימליים בסוף שלב ההרפיה האיזווולומית של החדר השמאלי ומתחיל לעלות בדיאסטולה. עמודי הקומיסורה והצומת הסינוטובולרית, בשל גמישותם, משתתפים בחלוקת המאמץ המקסימלי בעלעלים לאחר סגירתם במהלך תקופת העלייה המהירה במפל הלחץ הטרנס-וולוולרי ההפוך. מודלים מתמטיים פותחו גם כדי להסביר את תנועת העלעלים במהלך פתיחתם וסגירתם. עם זאת, הנתונים מהמודלים המתמטיים לא היו עקביים במידה רבה עם הנתונים הניסויים.

הדינמיקה של בסיס מסתם אבי העורקים משפיעה על הפעולה התקינה של עללי המסתם או הביו-פרוטזה ללא מסגרת המושתלת. הוכח כי היקף בסיס המסתם (כלב וכבש) הגיע לערכו המקסימלי בתחילת הסיסטולה, ירד במהלך הסיסטולה והיה מינימלי בסופה. במהלך הדיאסטולה, היקף המסתם גדל. בסיס מסתם אבי העורקים מסוגל גם לשינויים אסימטריים מחזוריים בגודלו עקב התכווצות החלק השרירי של הצומת החדרית (משולשים בין-קוספידיים בין הסינוסים הכליליים הימניים והשמאליים, כמו גם בסיסי הסינוסים הכליליים השמאליים והימניים). בנוסף, נחשפו עיוותים של גזירה ופיתול של שורש אבי העורקים. העיוותים הפיתוליים הגדולים ביותר נצפו באזור עמוד הקומיסורלי בין הסינוסים הכליליים הלא-כליליים והשמאליים, והמינימום - בין הסינוסים הכליליים הלא-כליליים והימניים. השתלת ביו-פרוטזה ללא מסגרת עם בסיס קשיח למחצה יכולה לשנות את הגמישות של שורש אבי העורקים לעיוותים פיתוליים, מה שיוביל להעברת עיוותים פיתוליים לצומת הסינוטובולרי של שורש אבי העורקים המורכב ולהיווצרות עיוות של עללי הביו-פרוטזה.

מחקר על ביומכניקה תקינה של מסתם אבי העורקים אצל אנשים צעירים (21.6 שנים בממוצע) נערך באמצעות אקו לב טרנס-ושטי, ולאחר מכן עיבוד ממוחשב של תמונות וידאו (עד 120 פריימים לשנייה) וניתוח הדינמיקה של המאפיינים הגיאומטריים של אלמנטי מסתם אבי העורקים בהתאם לזמן ולשלבי מחזור הלב. הוכח שבמהלך סיסטולה, שטח פתיחת המסתם, הזווית הרדיאלית של העלעל לבסיס המסתם, קוטר בסיס המסתם ואורך הרדיאלי של העלעל משתנים באופן משמעותי. קוטר הצומת הסינטובולרי, האורך ההיקפי של הקצה החופשי של העלעל וגובה הסינוסים משתנים במידה פחותה.

לפיכך, האורך הרדיאלי של העלעל היה מקסימלי בשלב הדיאסטולי של ירידה איזווולומית בלחץ התוך-חדרי ומינימלי בשלב הסיסטולי של פליטה מופחתת. המתיחה הסיסטולית-דיאסטולית הרדיאלית של העלעל הייתה, בממוצע, 63.2±1.3%. העלעל היה ארוך יותר בדיאסטולה עם גרדיאנט דיאסטולי גבוה וקצר יותר בשלב של זרימת דם מופחתת, כאשר הגרדיאנט הסיסטולי היה קרוב לאפס. המתיחה הסיסטולית-דיאסטולית ההיקפית של העלעל והצומת הסינוטובולרית הייתה, בהתאמה, 32.0±2.0% ו-14.1±1.4%. זווית הנטייה הרדיאלית של העלעל לבסיס המסתם השתנתה, בממוצע, מ-22 בדיאסטולה ל-93° בסיסטולה.

התנועה הסיסטולית של הקיספים היוצרים את מסתם אבי העורקים חולקה באופן קונבנציונלי לחמש תקופות:

1. תקופת ההכנה התרחשה בשלב העלייה האיזווולומית בלחץ התוך-חדרי; המסתמים התיישרו, התקצרו מעט בכיוון הרדיאלי, רוחב אזור הקואפטציה ירד, הזווית גדלה, בממוצע, מ-22° ל-60°;
2. תקופת הפתיחה המהירה של השסתומים נמשכה 20-25 מילישניות; עם תחילת יציאת הדם, נוצר גל של היפוך בבסיס השסתומים, אשר התפשט במהירות בכיוון הרדיאלי לגופי השסתומים והלאה לקצוותיהם החופשיים;
3. שיא פתיחת השסתום התרחש בשלב הראשון של הוצאה מקסימלית; במהלך תקופה זו, הקצוות החופשיים של השסתומים היו כפופים באופן מקסימלי לכיוון הסינוסים, צורת פתיחת השסתום התקרבה למעגל, ובפרופיל השסתום דמה לצורת חרוט הפוך קטום;
4. תקופת הפתיחה היציבה יחסית של השסתומים התרחשה במהלך השלב השני של הפליטה המקסימלית, הקצוות החופשיים של השסתומים התיישרו לאורך ציר הזרימה, השסתום קיבל צורה של גליל, והשסתומים נסגרו בהדרגה; בסוף תקופה זו, צורת פתח השסתום הפכה למשולשת;
5. תקופת הסגירה המהירה של המסתם חפפה לשלב של פליטה מופחתת. בבסיס הקוספס נוצר גל חזרה, שמותח את הקוספס המכווצים בכיוון הרדיאלי, מה שהוביל לסגירתם תחילה לאורך קצה החדר של אזור הקואפטציה, ולאחר מכן לסגירה מוחלטת של הקוספס.

עיוותים מקסימליים של אלמנטים של שורש אבי העורקים התרחשו בתקופות של פתיחה וסגירה מהירות של המסתם. עם שינויים מהירים בצורת הקצוות היוצרים את מסתם אבי העורקים, עלולים להתרחש בהם מתחים גבוהים, מה שעלול להוביל לשינויים ניווניים ברקמה.

מנגנון הפתיחה והסגירה של השסתום עם היווצרות, בהתאמה, גל היפוך והיפוך, כמו גם עלייה בזווית הנטייה הרדיאלית של השסתום לבסיס השסתום בשלב של עלייה איזווולומית בלחץ בתוך החדר, ניתן לייחס למנגנוני ריסון של שורש אבי העורקים, מה שמפחית את העיוות והלחץ של שסתומי השסתום.