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心室主动脉连接处的解剖学和病理生理学:主动脉瓣修复手术的评估

Published at: 2015年第1卷第S1期

关键词:

《ACS主动脉外科》连载002

Laurent de Kerchove, Gebrine El Khoury

Division of Cardiothoracic and Vascular Surgery St-Luc University Hospital, Catholic University of Louvain, Brussels, Belgium

Correspondence to: Laurent de Kerchove, MD. Division of Cardiothoracic and Vascular Surgery, Cliniques Universitaires St-Luc, Avenue Hippocrate 10, 1200 Brussels, Belgium.

1 简介

明确主动脉瓣返流(aortic regurgitation,AR) 的发病机制,需要将主动脉瓣视为一个功能性单位。主动脉瓣由三个结构组成:①功能性主动脉环(functional aortic annulus,FAA),包含心室—主动脉连接处(ventriculo-aortic junction,VAJ)和窦管结合部(sino-tubular junction,STJ)( 图1);②瓣叶附着缘;③三个主动脉窦。AR 的发病机制属于定向修复类,其中VAJ 特别重要。通常,VAJ 瓣环成形术是对瓣膜口与瓣叶组织数量之间的差异进行修复,不同类型AR 的一期修复术也是这样( 图2)。

图1 主动脉根部的图示.a.窦管结合部;b. 心室-主动脉连接处,也被称为基底环或外科环;c.主动脉窦。

图2 主动脉瓣关闭不全(AI)的定向修复功能分类及发病机制和修复技术应用的描述。FAA,功能性主动脉环;STJ,窦管结合部;SCA,连合下瓣环成形术。

VAJ为FAA的一部分,在这篇综述中重点讲述。我们强调VAJ对AR进展的作用和VAJ瓣环成形术对AR修复术的必要性,描述在心动周期内VAJ的解剖学和动力学,定义正常和病理性主动脉瓣(aortic valve,AV) 直径,最后,分析VAJ 瓣环成形术的不同手术方案。

2 VAJ在主动脉瓣返流中的作用及VAJ瓣环成形术的必要性

在一项超声心动图的研究中,Padial 等人分析慢性AR患者的主动脉根部大小(即VAL,主动脉窦,STJ)。研究显示了根部扩张与AR严重程度的相关性,随着时间的推移根部扩张逐渐进展。在不同程度的主动脉根部病变中,STJ和主动脉窦的扩张与AR严重性的关系最密切。在VAJ层面对相似的关联性进行观察,但效果较小。在另一项超声心动图研究中,研究对象为二叶式主动脉瓣(bicuspid aortic valve,BAV)患者,Keane 等人研究显示了主动脉根部大小与AR严重程度的关联性,从不发病至出现严重AR,在这一过程中,所有人的主动脉根部直径都有进行性和显著性的增长。


图3 图片说明了新鲜尸体的主动脉根部位于主动脉壁和心肌组织之间的交界处的近端解剖之后(A. 正位图;B. 后位图;LCS,左冠窦;NCS,无冠窦;RCS,右冠窦;LA,左心房;RV,右心室)。

当FAA扩张时,主动脉瓣叶向外移位,从而导致AR。然而在STJ的外科重建中利用管状涤纶移植片替代升主动脉相对来说比较简单,由于VAJ深嵌入心脏内,并与某些精细的结构如膜性中隔和兴奋传导系统距离较近,VAJ的重建和稳定性变得更加复杂。结果就是VAJ瓣环成形术在AV修复(例如AV保留重构技术)中经常被忽略,这就限制了重度VAJ扩张病人修复的耐久性。

3 VAJ的解剖学

VAJ常被称为主动脉环或基底环,均系左心室与主动脉根部之间的连接区域,超声心动图显示主动脉环对应于瓣叶附着缘最低点的切面。外科医生又将瓣叶附着缘称为外科环,是人工瓣膜的缝合处。解剖学家认为VAJ是心室肌与主动脉管壁的相交处。然而大部分人认为纤维性环不能在此处独立存在,即使有关VAJ 的讨论仍在进行中。

从主动脉瓣修复的角度出发,VAJ为FAA的一部分,是运用瓣膜成形术对AV的结构与功能进行修复的区域。由于瓣膜保留再植术在近端根部的解剖中是必要的,外科医生已经学会了不仅要考虑VAJ的管腔内侧,还要顾及管腔外侧(图3),因此在VAJ的描述中这两方面都是重要的。

VAJ约一半由纤维部组成,另一半由肌部组成,右后侧的纤维部包括室间隔膜部和主动脉壁之间的主动脉瓣—二尖瓣延续区、两个三角区和它们之间的交界。纤维部位于无冠窦与部分左冠窦的交界以下。左前侧的肌部由室间隔组成,位于右冠窦和部分左冠窦以下。病变好发于支撑左右窦的肌肉组织。

在主动脉根部的管腔内侧,瓣叶附着缘的最低点与VAJ平面相交(图4),附着缘上部在VAJ以上,起于主动脉根部管壁,止于STJ下方1~2毫米。在主动脉根部的管腔外侧,VAJ为根部与心肌组织的交界区,此区与主动脉瓣保留再植术中主动脉根部的解剖界限相对应。在无冠窦及左冠窦一侧,主动脉根部的近端解剖界限位于左心房顶部,与相应的瓣叶附着缘处于相同水平或位于其最低点下方1-2毫米处(图4B,D)。在右冠窦一侧,根部近端解剖界限的心肌来源于室间隔以及持续横向的右心室流出道。这条界限通常位于右冠状动脉瓣叶附着缘最低点切线以上。事实上,附着缘比室间隔略深(图4c)。因此正如Ho所描述的那样,右主动脉窦基底部包含部分心肌,心肌夹杂程度因心脏的不同而有所变化。相比之下BAV病人可以发生大的心肌夹杂,我们常用“下沉窦”来描述这一类病人的特征(图5)。


图4 A. 纵向切开的主动脉根部腔内视图 黑色直线为心室-动脉连接处;黑色虚线为近端主动脉根部的解剖界限;直线与虚线间的双箭头表示包含于右冠窦基底部的部分心肌;虚线围绕膜性中隔(LCS,左冠窦;NCS,无冠窦;RCS,右冠窦);B. 纵切面通过左冠窦最低点,近端根部解剖界限到达VAJ平面;C. 纵切面通过右冠窦最低点,近端根部解剖界限达不到VAJ平面;双箭头示包含于右冠窦基底部的心肌段(RV,右心室;中隔,室间肌性中隔);D. 纵切面通过无冠窦最低点;近端根部解剖界限到达VAJ平面。

4 VAJ的动力学

VAJ不是刚性结构:如同主动脉根部的其他部分和瓣叶,在心动周期中它有特定的运动。Dagum 和 Lansac分析羊的主动脉根部。他们在大体上进行了十分相似的观察,并发现VAJ的面积在等容收缩期时增加,在前三分之一期射血时达到最大充盈。接着在后三分之二的等容舒张期射血时VAJ的面积减少,最后在舒张期VAJ的面积增加。Dagum等人认为在一个心动周期中VAJ的最大直径和最小直径间相差约为10%。Dagum等人表明,VAJ纤维部与肌部的外周变形存在差异,相比之下肌部的变形较明显。


图5 术中图片所示的所谓的“下沉窦”,其右冠窦基底部包含大部分心肌。(A. 1型二叶式主动脉瓣;B. 0型二式叶主动脉瓣,双箭头显示心肌容量的宽度)。

基于这些数据,如果VAJ不充盈,一些学者则担心保留瓣的耐久性。研究显示保留瓣膜再植术会使VAJ失去充盈,而通过重构技术可以使瓣叶和根部的动力学接近于正常的AV。尽管重构具有血液动力学优点,但在长期研究中这两种技术均已显示了相似的结果。

5 正常和病理性主动脉瓣的VAJ尺寸

20世纪80年代后期,Roman等人对正常少年和成年人的主动脉根部尺寸进行分析,通过超声心动图测量主动脉根部,采用M-型超声和二维超声监控识别不同层次的结构。对于成年人,女性的VAJ直径约为23±2 mm,男性的约为26±3 mm:指数值均为13±1 mm/m²。体表面积和年龄对VAJ大小的影响最大;人体质量指数和血压对VAJ大小影响最小。基于二维超声心动图的测量结果,一些后续研究报道了正常主动脉瓣成年人群体的VAJ大小约为23 mm。在那些研究中,VAJ的测量均以主动脉长轴切面为标准。在瓣叶连接点层面采取了从内侧缘到内侧缘的测量技术。在解剖学上,VAJ 的测量近似于一侧的右冠瓣至另一侧的左冠瓣或无冠瓣间的前后轴直径。

尽管有大量关于AV修复的文章,但是在AR或BAV等疾病的病理学研究中,很少关于有VAJ大小的报道。在慢性AR病人中,Padial等人发现轻度AR患者的VAJ直径指数约13 mm/cm²,中至重度AR患者的VAJ直径指数约为14 mm/cm²。在上述研究中,六分之一病人患有BAV并保留其三尖瓣((tricuspid aortic valve,TAV),在其他研究中,Lansac等人发现既往有AR和根部动脉瘤手术的同期患者,包括23%的BAV病人,他们的VAJ直径大约为27.6±2.5 mm。鉴于同期的成年病人也具有相似的AV修复术指证,我们证实了VAJ扩张与这些疾病间的关联,TAV病人的VAJ平均直径为26 mm,BAV病人的平均直径为28 mm。


图6 这张图片显示了一位58岁患有BAV,无AR和动脉瘤的老年患者的三维超声心动图,分为3个正交视图(矢状位,左上象限;冠状位,右上象限;正位,左下象限;多平面重建,右下象限)。从VAJ的冠状位进行分析,将图像调整到与为矢状位和正位的交点相对应。在这位患者VAJ的最大直径为28mm,最小直径为21mm。

近年来,三维影像技术如3D超声心动图和CT扫描仪的研发,为VAJ大小和形态的研究提供了更多的数据。大部分研究分析了AV狭窄患者经导管AV植入术时的VAJ大小,超声心动图和CT扫描均显示VAJ一般呈卵圆形(图6)。Tops等人报导了在进行进行经导管AV植入术评估的患者中,有50%的患者在冠状面和矢状面上VAJ的卵圆形结构直径相差3±2毫米。Delgado等人也报导了重度主动脉瓣狭窄的患者,其VAJ卵圆形环状结构在冠状面((25±2.4 mm)和矢状面(23±2 mm)之间存在明显差距。最终,Rankin等人已经证实在健康成人中,主动脉瓣基底部为卵圆形,其较小直径与较大直径比为0.66。

6 VAJ瓣环成形术的手术方案

在20世纪60年代,Taylor是采用VAJ瓣环成形术治疗AR的第一人,他的技术包含了VAJ环压止血法,即环绕大动脉基底部进行缝合。几年之后,Cabrol、Frater和Duran分别在瓣叶层面、主动脉窦层面和瓣膜下层面相继介绍了不同的环状折叠术。其中,Cabrol缝合也称为交界处成形术或交界处下成形术,由于其高效性和简单性而应用最广。近20年来,在一些其他手术中,局部或环形带的缝合已经被用于临床实践。1996年,David等人介绍了局部的外部带,位于瓣叶之间支撑纤维环。在2002,Izumoto等人介绍了瓣膜下周环。2005年,Lansac等人描述外周主动脉环。当前,VAJ的相关技术尚未规范,其他设备如Rankin等人开发的内部刚性环仍处于研究阶段。

VAJ瓣膜置换术装置经过一系列不同尺寸的研究和随访后,广泛报导了一些技术。所有这些技术已经显示出相对安全性和即刻到中期研究的阳性结果,很少有研究分析每项技术对于瓣膜结构和功能的影响,并且在临床或实验设计中,对这些技术间的比较也研究甚少。基于这些研究,我们对瓣环成形术的主要概念(即部分瓣环成形术、内环、外环)进行详尽的分析。一般而言,瓣环成形术可单独减少AR产生,或与其他FAA及瓣叶修复技术联合减少AR产生。一项体外试验显示,环形的内部或外部基底环的瓣膜置换术与非环状基底缝合瓣膜置换术(即交界处下成形术)相比,对VAJ重建具有更大的潜力。另一项研究显示,在BAV修复中,随着时间的推移,非环状基底缝合瓣膜置换术逐渐失去了重建效果。因此,与交界处下成形术相比之下,我们建议采取保留瓣膜在再植术,通过人工瓣膜成形术得到的VAJ重建的程度和范围是解释BAV修复获得更好效果的因素之一。

Scharfschwerdt等人与猪主动脉瓣体外研究的团队将内、外环技术进行比较,发现两种技术均可减少AR发病,并且内环技术的效果更佳。对猪主动脉瓣的研究显示,外环相比于内环的瓣膜下位置有更靠近血管周的位置。但是猪与人主动脉瓣在解剖学上的差异限制了这项研究,这一差异也引起了担忧——对于右冠状动脉瓣,特别是“下沉窦”,其外环存在潜在的错位隐患。然而与内环相比,外环呈现明显的优势,比如可以较早植入,并且不接触瓣叶和血流。

7 结论

VAJ是一个三维卵圆形结构,深嵌心脏结构中,支撑瓣叶附着缘的基底部。正常主动脉瓣的VAJ大小与体表面积紧密相关。在病理情况下,如慢性主动脉瓣返流、主动脉瘤和二叶型主动脉瓣,VAJ扩张并失去正常比例。不同的瓣膜置换技术和设备在VAJ重塑和治疗AR中是有效的。那些技术均适用于VAJ的内、外侧面,然而,在主动脉修复中对VAJ的处理缺少标准化,仍需要更多的研究对瓣膜功能的最终影响、这些技术的长期结果进行评估,并建立主动脉瓣修复的光谱分析。

8 致谢

声明:作者宣称没有利益冲突。

 

参考文献

 

译  者:凌新宇,第二军医大学长征医院胸心外科

点击《心脏外科优秀医生的助跑器》阅读上期连载内容。

doi: 

10.3978/kysj.2014.1.2212
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