Válvula aórtica

A válvula aórtica é considerada a mais estudada, visto que foi descrita há muito tempo, começando com Leonardo da Vinci (1513) e Valsalva (1740), e repetidamente, especialmente durante a segunda metade do século XX. Ao mesmo tempo, os estudos dos últimos anos foram principalmente descritivos ou, menos frequentemente, comparativos por natureza. A partir do trabalho de J. Zimmerman (1969), no qual o autor propôs considerar "a função da válvula como uma continuação de sua estrutura", a maioria dos estudos passou a ser de natureza morfofuncional. Essa abordagem para o estudo da função da válvula aórtica por meio do estudo de sua estrutura deveu-se, em certa medida, às dificuldades metodológicas do estudo direto da biomecânica da válvula aórtica como um todo. Estudos de anatomia funcional permitiram determinar os limites morfofuncionais da válvula aórtica, esclarecer a terminologia e também estudar sua função em grande extensão.

Graças a esses estudos, a válvula aórtica, em sentido amplo, passou a ser considerada como uma única estrutura anatômica e funcional relacionada tanto à aorta quanto ao ventrículo esquerdo.

Segundo os conceitos modernos, a valva aórtica é uma estrutura volumétrica de formato funil ou cilíndrico, constituída por três seios, três triângulos intercúspides de Henle, três cúspides semilunares e um anel fibroso, cujos limites proximal e distal são, respectivamente, as junções ventrículo-aórtica e sinotubular.

Menos comumente utilizado é o termo "complexo valvulo-aórtico". Em sentido estrito, a válvula aórtica é às vezes entendida como um elemento de bloqueio composto por três cúspides, três comissuras e um anel fibroso.

Do ponto de vista da mecânica geral, a válvula aórtica é considerada uma estrutura composta, constituída por uma estrutura fibrosa (de força) resistente e elementos de membrana relativamente finos (paredes e cúspides do seio maxilar) sobre ela. As deformações e os movimentos dessa estrutura ocorrem sob a ação de forças internas que surgem nas membranas a ela fixadas. A estrutura, por sua vez, determina as deformações e os movimentos dos elementos da membrana. A estrutura é constituída principalmente por fibras colágenas compactadas. Esse desenho da válvula aórtica determina a durabilidade de sua função.

Os seios de Valsalva são a porção expandida da seção inicial da aorta, limitada proximalmente pelo segmento correspondente do anel fibroso e pela cúspide, e distalmente pela junção sinotubular. Os seios são nomeados de acordo com as artérias coronárias das quais partem: coronária direita, coronária esquerda e não coronária. A parede dos seios é mais fina que a parede da aorta e consiste apenas na íntima e na média, um pouco espessada por fibras de colágeno. Nesse caso, o número de fibras de elastina na parede dos seios diminui e as fibras de colágeno aumentam na direção da junção sinotubular para a junção ventrículo-aórtica. Fibras de colágeno densas estão localizadas principalmente ao longo da superfície externa dos seios e são orientadas na direção circunferencial e, no espaço subcomissural, participam da formação de triângulos intercúspides que sustentam o formato da válvula. A principal função dos seios é redistribuir a tensão entre as cúspides e os seios durante a diástole e estabelecer uma posição de equilíbrio das cúspides durante a sístole. Os seios são divididos ao nível da sua base por triângulos intercúspides.

A estrutura fibrosa que forma a valva aórtica é uma estrutura espacial única de fortes elementos fibrosos da raiz aórtica, anel fibroso da base das valvas, hastes comissurais (colunas) e junção sinotubular. A junção sinotubular (anel arqueado ou crista arqueada) é uma conexão anatômica em forma de onda entre os seios da face e a aorta ascendente.

A junção ventrículo-aórtica (anel da base da válvula) é uma conexão anatômica circular entre a saída do ventrículo esquerdo e a aorta, que é uma estrutura fibrosa e muscular. Na literatura cirúrgica estrangeira, a junção ventrículo-aórtica é frequentemente chamada de "anel aórtico". A junção ventrículo-aórtica é formada, em média, por 45-47% do miocárdio do cone arterial do ventrículo esquerdo.

A comissura é a linha de conexão (contato) das cúspides adjacentes, com suas bordas proximais periféricas na superfície interna do segmento distal da raiz aórtica, e sua extremidade distal está localizada na junção sinotubular. As hastes comissurais (colunas) são os locais de fixação das comissuras na superfície interna da raiz aórtica. As colunas comissurais são a continuação distal de três segmentos do anel fibroso.

Os triângulos intercúspides de Henle são componentes fibrosos ou fibromusculares da raiz aórtica e estão localizados proximalmente às comissuras, entre segmentos adjacentes do anel fibroso e suas respectivas cúspides. Anatomicamente, os triângulos intercúspides são parte da aorta, mas funcionalmente fornecem vias de saída do ventrículo esquerdo e são afetados pela hemodinâmica ventricular, e não aórtica. Os triângulos intercúspides desempenham um papel importante na função biomecânica da valva, permitindo que os seios funcionem de forma relativamente independente, unindo-os e mantendo uma geometria uniforme da raiz aórtica. Se os triângulos forem pequenos ou assimétricos, desenvolve-se um anel fibroso estreito ou distorção valvar com subsequente disfunção das cúspides. Essa situação pode ser observada em valvas aórticas bicúspides.

A cúspide é o elemento de bloqueio da válvula, com sua borda proximal estendendo-se da porção semilunar do anel fibroso, que é uma estrutura densa de colágeno. A cúspide consiste em um corpo (a porção principal carregada), uma superfície de coaptação (fechamento) e uma base. As bordas livres das cúspides adjacentes na posição fechada formam uma zona de coaptação que se estende das comissuras até o centro da cúspide. A parte central espessada, em formato triangular, da zona de coaptação da cúspide é chamada de nódulo de Aranzi.

O folheto que forma a valva aórtica consiste em três camadas (aórtica, ventricular e esponjosa) e é revestido externamente por uma fina camada endotelial. A camada voltada para a aorta (fibrosa) contém principalmente fibras colágenas orientadas circunferencialmente na forma de feixes e cordões, e uma pequena quantidade de fibras de elastina. Na zona de coaptação da borda livre do folheto, essa camada está presente na forma de feixes individuais. Os feixes de colágeno nessa zona estão "suspensos" entre as colunas comissurais em um ângulo de aproximadamente 125° em relação à parede aórtica. No corpo do folheto, esses feixes partem em um ângulo de cerca de 45° do anel fibroso na forma de uma semielipse e terminam no lado oposto. Essa orientação dos feixes de "potência" e das bordas do folheto na forma de uma "ponte suspensa" tem como objetivo transferir a carga de pressão durante a diástole do folheto para os seios da face e para a estrutura fibrosa que forma a válvula aórtica.

Em uma valva sem carga, os feixes fibrosos estão contraídos na forma de linhas onduladas localizadas na direção circunferencial a uma distância de aproximadamente 1 mm entre si. As fibras de colágeno que compõem os feixes também apresentam uma estrutura ondulada em uma valva relaxada, com um período de onda de cerca de 20 μm. Quando uma carga é aplicada, essas ondas se endireitam, permitindo o estiramento do tecido. Fibras completamente endireitadas tornam-se inextensíveis. As dobras dos feixes de colágeno se endireitam facilmente sob leve carga da valva. Esses feixes são claramente visíveis em estado de carga e na luz transmitida.

A constância das proporções geométricas dos elementos da raiz aórtica foi estudada utilizando o método da anatomia funcional. Em particular, constatou-se que a razão entre os diâmetros da junção sinotubular e da base da valva é constante, variando de 0,8 a 0,9. Isso se aplica aos complexos valva-aórticos de indivíduos jovens e de meia-idade.

Com a idade, ocorrem processos qualitativos de ruptura da estrutura da parede aórtica, acompanhados por uma diminuição de sua elasticidade e pelo desenvolvimento de calcificação. Isso leva, por um lado, à sua expansão gradual e, por outro, à diminuição da elasticidade. Alterações nas proporções geométricas e diminuição da extensibilidade da valva aórtica ocorrem a partir dos 50-60 anos de idade, acompanhadas por uma diminuição da área de abertura das cúspides e deterioração das características funcionais da valva como um todo. As características anatômicas e funcionais da raiz aórtica dos pacientes, relacionadas à idade, devem ser levadas em consideração ao implantar substitutos biológicos sem estrutura na posição aórtica.

Uma comparação da estrutura de uma formação como a válvula aórtica de humanos e mamíferos foi realizada no final da década de 1960. Esses estudos demonstraram a similaridade de uma série de parâmetros anatômicos das válvulas suínas e humanas, em contraste com outras raízes aórticas xenogênicas. Em particular, foi demonstrado que os seios coronários não coronários e esquerdos da válvula humana eram, respectivamente, os maiores e os menores. Ao mesmo tempo, o seio coronário direito da válvula suína era o maior, e o não coronário era o menor. Ao mesmo tempo, as diferenças na estrutura anatômica do seio coronário direito das válvulas aórticas suínas e humanas foram descritas pela primeira vez. Em conexão com o desenvolvimento da cirurgia plástica reconstrutiva e da substituição da válvula aórtica por substitutos biológicos sem moldura, os estudos anatômicos da válvula aórtica foram retomados nos últimos anos.

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Válvula aórtica humana e válvula aórtica suína

Foi realizado um estudo comparativo da estrutura da válvula aórtica humana e da válvula aórtica suína como potencial enxerto xenogênico. Foi demonstrado que as válvulas xenogênicas apresentam um perfil relativamente baixo e são assimétricas na maioria dos casos (80%) devido ao menor tamanho do seu seio não coronário. A assimetria moderada da válvula aórtica humana se deve ao menor tamanho do seu seio coronário esquerdo e não é tão pronunciada.

A valva aórtica suína, diferentemente da humana, não possui anel fibroso e seus seios não fazem fronteira direta com a base das cúspides. As cúspides suínas são fixadas com sua base semilunar diretamente à base da valva, uma vez que o verdadeiro anel fibroso está ausente nas valvas suínas. As bases dos seios e cúspides xenogênicos são fixadas às partes fibrosas e/ou fibromusculares da base da valva. Por exemplo, a base das cúspides não coronarianas e coronarianas esquerdas da valva suína, na forma de folhetos divergentes (fibrosa e ventrículo), são fixadas à base fibrosa da valva. Em outras palavras, as cúspides que formam a valva aórtica suína não são diretamente adjacentes aos seios, como nas raízes aórticas alogênicas. Entre elas está a parte distal da base da válvula, que na direção longitudinal (ao longo do eixo da válvula), ao nível do ponto mais proximal dos seios coronário e não coronário esquerdo, é igual, em média, a 4,6 ± 2,2 mm, e do seio coronário direito, a 8,1 ± 2,8 mm. Esta é uma diferença importante e significativa entre a válvula suína e a válvula humana.

A inserção muscular do cone aórtico do ventrículo esquerdo ao longo do eixo da raiz aórtica suína é muito mais significativa do que na alogênica. Nas válvulas suínas, essa inserção formava a base da cúspide coronária direita e do seio de mesmo nome e, em menor extensão, a base dos segmentos adjacentes das cúspides coronária esquerda e não coronária. Nas válvulas alogênicas, essa inserção cria apenas suporte para a base, principalmente, do seio coronário direito e, em menor extensão, do seio coronário esquerdo.

A análise dos tamanhos e proporções geométricas dos elementos individuais da válvula aórtica, dependendo da pressão intra-aórtica, tem sido utilizada com bastante frequência em anatomia funcional. Para tanto, a raiz aórtica foi preenchida com diversos agentes endurecedores (borracha, parafina, borracha de silicone, plásticos, etc.), e sua estabilização estrutural foi realizada química ou criogenicamente sob diferentes pressões. Os moldes ou raízes aórticas estruturadas resultantes foram estudados utilizando o método morfométrico. Essa abordagem ao estudo da válvula aórtica permitiu estabelecer alguns padrões de seu funcionamento.

Experimentos in vitro e in vivo demonstraram que a raiz aórtica é uma estrutura dinâmica e que a maioria de seus parâmetros geométricos muda durante o ciclo cardíaco, dependendo da pressão na aorta e no ventrículo esquerdo. Outros estudos demonstraram que a função das cúspides é amplamente determinada pela elasticidade e distensibilidade da raiz aórtica. Os movimentos de vórtice do sangue nos seios da face têm um papel importante na abertura e no fechamento das cúspides.

A dinâmica dos parâmetros geométricos da valva aórtica foi estudada em um experimento animal usando cineangiografia de alta velocidade, cinematografia e cineradiografia, bem como em indivíduos saudáveis usando cineangiocardiografia. Esses estudos nos permitiram estimar a dinâmica de muitos elementos da raiz aórtica com bastante precisão e apenas estimar provisoriamente a dinâmica da forma e do perfil da valva durante o ciclo cardíaco. Em particular, foi demonstrado que a expansão sistólico-diastólica da junção sinotubular é de 16-17% e se correlaciona intimamente com a pressão arterial. O diâmetro da junção sinotubular atinge seus valores máximos no pico da pressão sistólica no ventrículo esquerdo, facilitando assim a abertura das valvas devido à divergência das comissuras para fora, e então diminui após o fechamento das valvas. O diâmetro da junção sinotubular atinge seus valores mínimos no final da fase de relaxamento isovolumétrico do ventrículo esquerdo e começa a aumentar na diástole. As colunas comissurais e a junção sinotubular, devido à sua flexibilidade, participam da distribuição da tensão máxima nos folhetos após seu fechamento, durante o período de rápido aumento do gradiente de pressão transvalvar reverso. Modelos matemáticos também foram desenvolvidos para explicar o movimento dos folhetos durante sua abertura e fechamento. No entanto, os dados da modelagem matemática foram amplamente inconsistentes com os dados experimentais.

A dinâmica da base da valva aórtica afeta o funcionamento normal dos folhetos valvares ou da bioprótese sem moldura implantada. Foi demonstrado que o perímetro da base da valva (cão e ovelha) atingiu seu valor máximo no início da sístole, diminuiu durante a sístole e foi mínimo no final. Durante a diástole, o perímetro da valva aumentou. A base da valva aórtica também é capaz de alterações cíclicas assimétricas em seu tamanho devido à contração da parte muscular da junção ventrículo-aórtica (triângulos intercúspides entre os seios coronários direito e esquerdo, bem como as bases dos seios coronários esquerdo e direito). Além disso, foram reveladas deformações de cisalhamento e torção da raiz aórtica. As maiores deformações torcionais foram observadas na área da coluna comissural entre os seios coronários não coronários e esquerdos, e as mínimas - entre os seios coronários não coronários e direito. A implantação de uma bioprótese sem moldura com base semi-rígida pode alterar a complacência da raiz aórtica às deformações torsionais, o que levará à transferência de deformações torsionais para a junção sinotubular da raiz aórtica composta e à formação de distorção dos folhetos da bioprótese.

Um estudo da biomecânica normal da valva aórtica em indivíduos jovens (média de 21,6 anos) foi conduzido utilizando ecocardiografia transesofágica com subsequente processamento computadorizado de imagens de vídeo (até 120 quadros por segundo) e análise da dinâmica das características geométricas dos elementos da valva aórtica, dependendo do tempo e das fases do ciclo cardíaco. Foi demonstrado que, durante a sístole, a área de abertura da valva, o ângulo radial do folheto em relação à base da valva, o diâmetro da base da valva e o comprimento radial do folheto mudam significativamente. O diâmetro da junção sinotubular, o comprimento circunferencial da borda livre do folheto e a altura dos seios da face mudam em menor extensão.

Assim, o comprimento radial do folheto foi máximo na fase diastólica de diminuição isovolumétrica da pressão intraventricular e mínimo na fase sistólica de ejeção reduzida. O estiramento sistólico-diastólico radial do folheto foi, em média, 63,2 ± 1,3%. O folheto foi mais longo na diástole com gradiente diastólico alto e mais curto na fase de fluxo sanguíneo reduzido, quando o gradiente sistólico foi próximo de zero. O estiramento sistólico-diastólico circunferencial do folheto e da junção sinotubular foi, respectivamente, 32,0 ± 2,0% e 14,1 ± 1,4%. O ângulo radial de inclinação do folheto em relação à base da valva mudou, em média, de 22 na diástole para 93° na sístole.

O movimento sistólico das cúspides que formam a valva aórtica foi convencionalmente dividido em cinco períodos:

1. o período preparatório ocorreu durante a fase de aumento isovolumétrico da pressão intraventricular; as válvulas se endireitaram, encurtaram um pouco na direção radial, a largura da zona de coaptação diminuiu, o ângulo aumentou, em média, de 22° para 60°;
2. o período de abertura rápida das válvulas durou 20-25 ms; com o início da expulsão do sangue, uma onda de inversão foi formada na base das válvulas, que se espalhou rapidamente na direção radial para os corpos das válvulas e posteriormente para suas bordas livres;
3. o pico da abertura da válvula ocorreu durante a primeira fase de expulsão máxima; durante esse período, as bordas livres das válvulas foram dobradas ao máximo em direção aos seios, o formato da abertura da válvula se aproximou de um círculo e, de perfil, a válvula se assemelhava ao formato de um cone invertido truncado;
4. o período de abertura relativamente estável das válvulas ocorreu durante a segunda fase de expulsão máxima, as bordas livres das válvulas se endireitaram ao longo do eixo do fluxo, a válvula assumiu a forma de um cilindro e as válvulas fecharam gradualmente; ao final deste período, a forma da abertura da válvula tornou-se triangular;
5. O período de fechamento rápido da válvula coincidiu com a fase de ejeção reduzida. Na base das cúspides, formou-se uma onda de reversão, alongando as cúspides contraídas na direção radial, o que levou ao seu fechamento, primeiro ao longo da borda ventricular da zona de coaptação, e, em seguida, ao fechamento completo das cúspides.

As deformações máximas dos elementos da raiz aórtica ocorrem durante os períodos de abertura e fechamento rápidos da válvula. Com mudanças rápidas na forma das cúspides que formam a válvula aórtica, podem ocorrer altas tensões nelas, o que pode levar a alterações degenerativas no tecido.

O mecanismo de abertura e fechamento da valva com formação, respectivamente, de onda de inversão e reversão, bem como aumento do ângulo radial de inclinação da valva em relação à base da valva na fase de aumento isovolumétrico da pressão no interior do ventrículo podem ser atribuídos aos mecanismos de amortecimento da raiz aórtica, reduzindo a deformação e o estresse das válvulas valvares.