Válvula aórtica

La válvula aórtica se considera la más estudiada, pues fue descrita hace mucho tiempo, comenzando por Leonardo da Vinci (1513) y Valsalva (1740), y repetidamente, especialmente durante la segunda mitad del siglo XX. Al mismo tiempo, los estudios anteriores eran principalmente descriptivos o, con menos frecuencia, comparativos. A partir del trabajo de J. Zimmerman (1969), en el que el autor propuso considerar "la función valvular como una continuación de su estructura", la mayoría de los estudios comenzaron a ser de naturaleza morfofuncional. Este enfoque para el estudio de la función de la válvula aórtica a través del estudio de su estructura se debió, en cierta medida, a las dificultades metodológicas del estudio directo de la biomecánica de la válvula aórtica en su conjunto. Los estudios de anatomía funcional permitieron determinar los límites morfofuncionales de la válvula aórtica, aclarar la terminología y, en gran medida, estudiar su función.

Gracias a estos estudios, la válvula aórtica en sentido amplio comenzó a ser considerada como una única estructura anatómica y funcional relacionada tanto con la aorta como con el ventrículo izquierdo.

Según los conceptos modernos, la válvula aórtica es una estructura volumétrica de forma de embudo o cilíndrica, formada por tres senos, tres triángulos intercúspides de Henle, tres cúspides semilunares y un anillo fibroso, cuyos límites proximal y distal son, respectivamente, las uniones ventriculoaórtica y sinotubular.

El término "complejo valvular-aórtico" es menos común. En sentido estricto, la válvula aórtica se entiende a veces como un elemento de bloqueo compuesto por tres cúspides, tres comisuras y un anillo fibroso.

Desde el punto de vista de la mecánica general, la válvula aórtica se considera una estructura compuesta por un marco fibroso resistente (de fuerza) y elementos de cubierta relativamente delgados (paredes sinusales y cúspides) colocados sobre él. Las deformaciones y los movimientos de este marco se producen bajo la acción de fuerzas internas que surgen en las cubiertas unidas a él. El marco, a su vez, determina las deformaciones y los movimientos de los elementos de la cubierta. El marco está compuesto principalmente por fibras de colágeno densamente compactadas. Este diseño de la válvula aórtica determina la durabilidad de su función.

Los senos de Valsalva son la porción expandida de la sección inicial de la aorta, limitada proximalmente por el segmento correspondiente del anillo fibroso y la cúspide, y distalmente por la unión sinotubular. Los senos se nombran según las arterias coronarias de las que parten: coronaria derecha, coronaria izquierda y no coronaria. La pared de los senos es más delgada que la de la aorta y está compuesta únicamente por la íntima y la media, ligeramente engrosadas por fibras de colágeno. En este caso, el número de fibras de elastina en la pared de los senos disminuye, y las fibras de colágeno aumentan en dirección de la unión sinotubular a la ventriculoaórtica. Las fibras de colágeno densas se localizan principalmente a lo largo de la superficie externa de los senos y están orientadas en dirección circunferencial, y en el espacio subcomisural participan en la formación de triángulos intercuspídeos que sostienen la forma de la válvula. La función principal de los senos paranasales es redistribuir la tensión entre las cúspides y los senos durante la diástole y establecer un equilibrio entre las cúspides durante la sístole. Los senos paranasales están divididos en su base por triángulos intercuspídeos.

El entramado fibroso que forma la válvula aórtica es una estructura espacial única compuesta por elementos fibrosos resistentes de la raíz aórtica, el anillo fibroso de la base de las válvulas, las columnas comisurales y la unión sinotubular. Esta unión (anillo arqueado o cresta arqueada) es una conexión anatómica ondulada entre los senos paranasales y la aorta ascendente.

La unión ventrículo-aórtica (anillo de la base valvular) es una conexión anatómica circular entre la salida del ventrículo izquierdo y la aorta, una estructura fibrosa y muscular. En la literatura quirúrgica internacional, la unión ventrículo-aórtica se denomina a menudo "anillo aórtico". La unión ventrículo-aórtica está formada, en promedio, por el 45-47% del miocardio del cono arterial del ventrículo izquierdo.

La comisura es la línea de conexión (contacto) de las cúspides adyacentes con sus bordes proximales periféricos en la superficie interna del segmento distal de la raíz aórtica, y su extremo distal se ubica en la unión sinotubular. Las columnas comisurales son los puntos de fijación de las comisuras en la superficie interna de la raíz aórtica. Las columnas comisurales son la continuación distal de tres segmentos del anillo fibroso.

Los triángulos intercúspides de Henle son componentes fibrosos o fibromusculares de la raíz aórtica y se ubican proximales a las comisuras entre los segmentos adyacentes del anillo fibroso y sus respectivas cúspides. Anatómicamente, los triángulos intercúspides forman parte de la aorta, pero funcionalmente proporcionan tractos de salida del ventrículo izquierdo y se ven afectados por la hemodinámica ventricular más que por la aórtica. Los triángulos intercúspides desempeñan un papel importante en la función biomecánica de la válvula al permitir que los senos funcionen de forma relativamente independiente, uniéndolos y manteniendo una geometría uniforme de la raíz aórtica. Si los triángulos son pequeños o asimétricos, se desarrolla un anillo fibroso estrecho o una distorsión valvular con la consiguiente disfunción de las cúspides. Esta situación se observa en las válvulas aórticas bicúspides.

La cúspide es el elemento de bloqueo de la válvula, cuyo borde proximal se extiende desde la porción semilunar del anillo fibroso, una densa estructura de colágeno. La cúspide consta de un cuerpo (la porción principal cargada), una superficie de coaptación (cierre) y una base. Los bordes libres de las cúspides adyacentes, en posición cerrada, forman una zona de coaptación que se extiende desde las comisuras hasta el centro de la cúspide. La parte central triangular engrosada de la zona de coaptación de la cúspide se denomina nódulo de Aranzi.

La valva que forma la válvula aórtica consta de tres capas (aórtica, ventricular y esponjosa) y está recubierta externamente por una fina capa endotelial. La capa orientada hacia la aorta (fibrosa) contiene principalmente fibras de colágeno orientadas circunferencialmente en forma de haces y filamentos, y una pequeña cantidad de fibras de elastina. En la zona de coaptación del borde libre de la valva, esta capa se presenta en forma de haces individuales. Los haces de colágeno en esta zona están suspendidos entre las columnas comisurales en un ángulo de aproximadamente 125° con respecto a la pared aórtica. En el cuerpo de la valva, estos haces parten del anillo fibroso en un ángulo de aproximadamente 45°, formando una semielipse, y terminan en su lado opuesto. Esta orientación de los haces de "potencia" y de los bordes de la valva en forma de "puente colgante" tiene como objetivo transferir la carga de presión durante la diástole desde la valva a los senos y al marco fibroso que forma la válvula aórtica.

En una valva sin carga, los haces fibrosos se encuentran contraídos en forma de líneas onduladas, ubicadas circunferencialmente a una distancia aproximada de 1 mm entre sí. Las fibras de colágeno que conforman los haces también presentan una estructura ondulada en una valva relajada, con un período de onda de aproximadamente 20 μm. Al aplicar una carga, estas ondas se enderezan, permitiendo que el tejido se estire. Las fibras completamente enderezadas se vuelven inextensibles. Los pliegues de los haces de colágeno se enderezan fácilmente con una ligera carga de la valva. Estos haces son claramente visibles en estado de carga y con luz transmitida.

Se estudió la constancia de las proporciones geométricas de los elementos de la raíz aórtica mediante el método de anatomía funcional. En particular, se observó que la relación entre los diámetros de la unión sinotubular y la base valvular es constante y oscila entre 0,8 y 0,9. Esto se aplica a los complejos valvular-aórticos de individuos jóvenes y de mediana edad.

Con la edad, se producen procesos cualitativos de alteración de la estructura de la pared aórtica, acompañados de una disminución de su elasticidad y el desarrollo de calcificación. Esto conduce, por un lado, a su expansión gradual y, por otro, a una disminución de la elasticidad. Los cambios en las proporciones geométricas y la disminución de la extensibilidad de la válvula aórtica ocurren a partir de los 50-60 años, lo que se acompaña de una disminución del área de apertura de las cúspides y un deterioro de las características funcionales de la válvula en su conjunto. Al implantar sustitutos biológicos sin marco en la posición aórtica, se deben tener en cuenta las características anatómicas y funcionales de la raíz aórtica relacionadas con la edad de los pacientes.

A finales de la década de 1960 se realizó una comparación de la estructura de una formación como la válvula aórtica de humanos y mamíferos. Estos estudios demostraron la similitud de varios parámetros anatómicos de las válvulas porcina y humana, en contraste con otras raíces aórticas xenogénicas. En particular, se demostró que los senos coronarios no coronarios e izquierdos de la válvula humana eran, respectivamente, el más grande y el más pequeño. Al mismo tiempo, el seno coronario derecho de la válvula porcina era el más grande y el no coronario era el más pequeño. Al mismo tiempo, se describieron por primera vez las diferencias en la estructura anatómica del seno coronario derecho de las válvulas aórticas porcina y humana. En relación con el desarrollo de la cirugía plástica reconstructiva y el reemplazo de la válvula aórtica con sustitutos biológicos sin marco, los estudios anatómicos de la válvula aórtica se han reanudado en los últimos años.

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Válvula aórtica humana y válvula aórtica porcina

Se realizó un estudio comparativo de la estructura de la válvula aórtica humana y la válvula aórtica porcina como posible xenoinjerto. Se demostró que las válvulas xenogénicas presentan un perfil relativamente bajo y son asimétricas en la mayoría de los casos (80%) debido al menor tamaño de su seno no coronario. La asimetría moderada de la válvula aórtica humana se debe al menor tamaño de su seno coronario izquierdo y no es tan pronunciada.

La válvula aórtica porcina, a diferencia de la humana, no presenta un anillo fibroso y sus senos no bordean directamente la base de las cúspides. Las cúspides porcinas se unen con su base semilunar directamente a la base de la válvula, ya que el verdadero anillo fibroso está ausente en las válvulas porcinas. Las bases de los senos y cúspides xenogénicas se unen a las partes fibrosas y/o fibromusculares de la base de la válvula. Por ejemplo, la base de las cúspides no coronarias y coronarias izquierdas de la válvula porcina en forma de valvas divergentes (fibrosa y ventriculiana) se une a la base fibrosa de la válvula. En otras palabras, las cúspides que forman la válvula aórtica porcina no son directamente adyacentes a los senos, como en las raíces aórticas alogénicas. Entre ellos se encuentra la parte distal de la base valvular, cuya sección longitudinal (a lo largo del eje valvular) a nivel del punto más proximal de los senos coronarios izquierdos y no coronarios mide, en promedio, 4,6 ± 2,2 mm, y la del seno coronario derecho, 8,1 ± 2,8 mm. Esta es una diferencia importante y significativa entre la válvula porcina y la humana.

La inserción muscular del cono aórtico del ventrículo izquierdo a lo largo del eje en la raíz aórtica porcina es mucho más significativa que en la alogénica. En las válvulas porcinas, esta inserción formaba la base de la cúspide coronaria derecha y el seno del mismo nombre, y en menor medida la base de los segmentos adyacentes de las cúspides coronaria izquierda y no coronaria. En las válvulas alogénicas, esta inserción solo proporciona soporte a la base, principalmente, del seno coronario derecho y, en menor medida, del seno coronario izquierdo.

El análisis del tamaño y las proporciones geométricas de los elementos individuales de la válvula aórtica en función de la presión intraaórtica se ha utilizado con frecuencia en anatomía funcional. Para ello, la raíz aórtica se rellenó con diversas sustancias endurecedoras (caucho, parafina, silicona, plásticos, etc.) y su estabilización estructural se llevó a cabo química o criogénicamente a diferentes presiones. Los moldes o raíces aórticas estructuradas resultantes se estudiaron mediante el método morfométrico. Este enfoque para el estudio de la válvula aórtica permitió establecer patrones de su funcionamiento.

Experimentos in vitro e in vivo han demostrado que la raíz aórtica es una estructura dinámica y que la mayoría de sus parámetros geométricos cambian durante el ciclo cardíaco en función de la presión en la aorta y el ventrículo izquierdo. Otros estudios han demostrado que la función de las valvas está determinada en gran medida por la elasticidad y la distensibilidad de la raíz aórtica. Se ha asignado un papel importante a los vórtices sanguíneos en los senos paranasales en la apertura y el cierre de las valvas.

La dinámica de los parámetros geométricos de la válvula aórtica se estudió en un experimento con animales mediante cineangiografía, cinematografía y cinerradiografía de alta velocidad, así como en individuos sanos mediante cineangiocardiografía. Estos estudios permitieron estimar la dinámica de numerosos elementos de la raíz aórtica con bastante precisión y solo estimar provisionalmente la dinámica de la forma y el perfil de la válvula durante el ciclo cardíaco. En particular, se demostró que la expansión sistólica-diastólica de la unión sinotubular es del 16-17 % y se correlaciona estrechamente con la presión arterial. El diámetro de la unión sinotubular alcanza sus valores máximos en el pico de presión sistólica del ventrículo izquierdo, lo que facilita la apertura de las válvulas debido a la divergencia de las comisuras hacia afuera, y luego disminuye tras el cierre de las válvulas. El diámetro de la unión sinotubular alcanza sus valores mínimos al final de la fase de relajación isovolumétrica del ventrículo izquierdo y comienza a aumentar en diástole. Las columnas comisurales y la unión sinotubular, gracias a su flexibilidad, participan en la distribución de la tensión máxima en las valvas tras su cierre durante el período de rápido aumento del gradiente de presión transvalvular inverso. También se han desarrollado modelos matemáticos para explicar el movimiento de las valvas durante su apertura y cierre. Sin embargo, los datos obtenidos mediante modelos matemáticos fueron en gran medida inconsistentes con los datos experimentales.

La dinámica de la base de la válvula aórtica afecta el funcionamiento normal de las valvas de la válvula o de la bioprótesis sin marco implantada. Se demostró que el perímetro de la base de la válvula (perro y oveja) alcanzó su valor máximo al inicio de la sístole, disminuyó durante la sístole y fue mínimo al final. Durante la diástole, el perímetro de la válvula aumentó. La base de la válvula aórtica también es capaz de cambios asimétricos cíclicos en su tamaño debido a la contracción de la parte muscular de la unión ventriculoaórtica (triángulos intercúspides entre los senos coronarios derecho e izquierdo, así como las bases de los senos coronarios izquierdo y derecho). Además, se revelaron deformaciones por cizallamiento y torsión de la raíz aórtica. Las mayores deformaciones torsionales se observaron en el área de la columna comisural entre los senos coronarios no coronarios e izquierdo, y las mínimas, entre los senos coronarios no coronarios y derecho. La implantación de una bioprótesis sin marco con una base semirrígida puede cambiar la compliancia de la raíz aórtica a las deformaciones torsionales, lo que conducirá a la transferencia de deformaciones torsionales a la unión sinotubular de la raíz aórtica compuesta y la formación de una distorsión de las valvas de la bioprótesis.

Se realizó un estudio de la biomecánica normal de la válvula aórtica en individuos jóvenes (21,6 años de edad en promedio) mediante ecocardiografía transesofágica con posterior procesamiento informático de imágenes de video (hasta 120 fotogramas por segundo) y análisis de la dinámica de las características geométricas de los elementos de la válvula aórtica en función del tiempo y las fases del ciclo cardíaco. Se demostró que, durante la sístole, el área de apertura de la válvula, el ángulo radial de la valva con respecto a la base, el diámetro de la base y la longitud radial de la valva varían significativamente. El diámetro de la unión sinotubular, la longitud circunferencial del borde libre de la valva y la altura de los senos varían en menor medida.

Así, la longitud radial de la valva fue máxima en la fase diastólica de disminución isovolumétrica de la presión intraventricular y mínima en la fase sistólica de eyección reducida. El estiramiento sistólico-diastólico radial de la valva fue, en promedio, del 63,2 ± 1,3 %. La valva fue más larga en diástole con un gradiente diastólico alto y más corta en la fase de flujo sanguíneo reducido, cuando el gradiente sistólico era cercano a cero. El estiramiento sistólico-diastólico circunferencial de la valva y la unión sinotubular fue, respectivamente, del 32,0 ± 2,0 % y del 14,1 ± 1,4 %. El ángulo radial de inclinación de la valva con respecto a la base de la válvula cambió, en promedio, de 22 en diástole a 93° en sístole.

El movimiento sistólico de las cúspides que forman la válvula aórtica se dividía convencionalmente en cinco períodos:

1. El período preparatorio ocurrió durante la fase de aumento isovolumétrico de la presión intraventricular; las válvulas se enderezaron, se acortaron algo en dirección radial, el ancho de la zona de coaptación disminuyó, el ángulo aumentó, en promedio, de 22° a 60°;
2. el período de apertura rápida de las válvulas duró 20-25 ms; con el inicio de la expulsión de sangre, se formó una onda de inversión en la base de las válvulas, que se extendió rápidamente en dirección radial a los cuerpos de las válvulas y más allá de sus bordes libres;
3. el pico de apertura de la válvula se produjo durante la primera fase de expulsión máxima; durante este período, los bordes libres de las valvas se doblaron al máximo hacia los senos, la forma de la abertura de la válvula se aproximó a un círculo y, de perfil, la válvula se parecía a la forma de un cono invertido truncado;
4. El período de apertura relativamente estable de las válvulas ocurrió durante la segunda fase de expulsión máxima, los bordes libres de las válvulas se enderezaron a lo largo del eje del flujo, la válvula tomó la forma de un cilindro y las válvulas se cerraron gradualmente; al final de este período, la forma de la apertura de la válvula se volvió triangular;
5. El período de cierre rápido de la válvula coincidió con la fase de eyección reducida. En la base de las valvas, se formó una onda de reversión que estiró las valvas contraídas en dirección radial, lo que provocó su cierre, primero a lo largo del borde ventricular de la zona de coaptación, y luego el cierre completo de las valvas.

Las deformaciones máximas de los elementos de la raíz aórtica se produjeron durante los períodos de apertura y cierre rápidos de la válvula. Con los cambios rápidos en la forma de las cúspides que forman la válvula aórtica, pueden producirse tensiones elevadas en ellas, lo que puede provocar cambios degenerativos en el tejido.

El mecanismo de apertura y cierre de la válvula con la formación, respectivamente, de una onda de inversión y reversión, así como un aumento del ángulo radial de inclinación de la válvula a la base de la válvula en la fase de aumento isovolumétrico de la presión dentro del ventrículo se puede atribuir a los mecanismos de amortiguación de la raíz aórtica, reduciendo la deformación y el estrés de las válvulas valvulares.