Valve aortique

La valve aortique est considérée comme la plus étudiée, car elle a été décrite depuis longtemps, dès Léonard de Vinci (1513) et Valsalva (1740), et à plusieurs reprises, notamment durant la seconde moitié du XXe siècle. Parallèlement, les études passées étaient principalement descriptives ou, plus rarement, comparatives. À partir des travaux de J. Zimmerman (1969), dans lesquels l'auteur proposait de considérer « la fonction valvulaire comme une continuation de sa structure », la plupart des études ont commencé à être de nature morphofonctionnelle. Cette approche de l'étude de la fonction valvulaire aortique par l'étude de sa structure était, dans une certaine mesure, due aux difficultés méthodologiques de l'étude directe de la biomécanique de la valve aortique dans son ensemble. Les études d'anatomie fonctionnelle ont permis de déterminer les limites morphofonctionnelles de la valve aortique, de clarifier la terminologie et d'étudier en grande partie sa fonction.

Grâce à ces études, la valve aortique au sens large a commencé à être considérée comme une structure anatomique et fonctionnelle unique liée à la fois à l'aorte et au ventricule gauche.

Selon les concepts modernes, la valve aortique est une structure volumétrique de forme en entonnoir ou cylindrique, constituée de trois sinus, de trois triangles intercuspides de Henle, de trois cuspides semi-lunaires et d'un anneau fibreux, dont les limites proximale et distale sont respectivement les jonctions ventriculo-aortiques et sinotubulaires.

Le terme « complexe valvulaire-aortique » est moins courant. Au sens strict, la valve aortique est parfois considérée comme un élément de verrouillage composé de trois cuspides, de trois commissures et d'un anneau fibreux.

Du point de vue de la mécanique générale, la valve aortique est considérée comme une structure composite constituée d'une armature fibreuse (de puissance) résistante et d'éléments de coque relativement minces (parois sinusales et cuspides) placés dessus. Les déformations et les mouvements de cette armature se produisent sous l'action des forces internes agissant sur les coques qui lui sont rattachées. L'armature, à son tour, détermine les déformations et les mouvements des éléments de coque. Elle est principalement constituée de fibres de collagène serrées. Cette conception de la valve aortique détermine la durabilité de sa fonction.

Les sinus de Valsalva constituent la partie élargie de la section initiale de l'aorte, limitée proximalement par le segment correspondant de l'anneau fibreux et la cuspide, et distalement par la jonction sinotubulaire. Les sinus sont nommés selon les artères coronaires dont ils partent: coronaires droites, coronaires gauches et non coronaires. La paroi des sinus est plus fine que celle de l'aorte et se compose uniquement de l'intima et de la média, légèrement épaissies par des fibres de collagène. Dans ce cas, le nombre de fibres d'élastine dans la paroi des sinus diminue, tandis que celles de collagène augmentent de la jonction sinotubulaire à la jonction ventriculo-aortique. Les fibres de collagène denses sont situées principalement le long de la surface externe des sinus et sont orientées dans le sens circonférentiel. Dans l'espace sous-commissural, elles participent à la formation des triangles intercuspidiens qui soutiennent la forme de la valvule. Le rôle principal des sinus est de redistribuer la tension entre les cuspides et les sinus pendant la diastole et d'établir une position d'équilibre des cuspides pendant la systole. Les sinus sont divisés à leur base par des triangles intercuspidiens.

La structure fibreuse qui forme la valve aortique est une structure spatiale unique composée d'éléments fibreux résistants de la racine aortique, de l'anneau fibreux de la base des valves, de tiges commissurales (colonnes) et de la jonction sinotubulaire. La jonction sinotubulaire (anneau arqué ou crête arquée) est une connexion anatomique en forme d'onde entre les sinus et l'aorte ascendante.

La jonction ventriculo-aortique (anneau basal valvulaire) est une connexion anatomique circulaire entre la sortie du ventricule gauche et l'aorte, une structure fibreuse et musculaire. Dans la littérature chirurgicale étrangère, la jonction ventriculo-aortique est souvent appelée « anneau aortique ». Elle est constituée en moyenne de 45 à 47 % du myocarde du cône artériel du ventricule gauche.

La commissure est la ligne de connexion (contact) des cuspides adjacentes avec leurs bords proximaux périphériques sur la surface interne du segment distal de la racine aortique. Son extrémité distale est située à la jonction sinotubulaire. Les tiges commissurales (colonnes) sont les points de fixation des commissures sur la surface interne de la racine aortique. Les colonnes commissurales constituent le prolongement distal de trois segments de l'anneau fibreux.

Les triangles intercuspides de Henle sont des composants fibreux ou fibromusculaires de la racine aortique. Ils sont situés à proximité des commissures, entre les segments adjacents de l'anneau fibreux et leurs cuspides respectives. Anatomiquement, les triangles intercuspides font partie de l'aorte, mais fonctionnellement, ils assurent l'éjection du ventricule gauche et sont affectés par l'hémodynamique ventriculaire plutôt qu'aortique. Les triangles intercuspides jouent un rôle important dans la fonction biomécanique de la valvule en permettant aux sinus de fonctionner de manière relativement indépendante, en les unissant et en maintenant une géométrie uniforme de la racine aortique. Si les triangles sont petits ou asymétriques, un anneau fibreux étroit ou une distorsion valvulaire se développe, entraînant un dysfonctionnement des cuspides. Cette situation peut être observée dans les valvules aortiques bicuspides.

La cuspide est l'élément de verrouillage de la valve. Son bord proximal s'étend depuis la partie semi-lunaire de l'anneau fibreux, une structure collagène dense. La cuspide est composée d'un corps (la partie principale chargée), d'une surface de coaptation (fermeture) et d'une base. En position fermée, les bords libres des cuspides adjacentes forment une zone de coaptation s'étendant des commissures jusqu'au centre de la cuspide. La partie centrale triangulaire épaissie de la zone de coaptation de la cuspide est appelée nœud d'Aranzi.

Le feuillet qui forme la valve aortique est composé de trois couches (aortique, ventriculaire et spongieuse) et est recouvert extérieurement d'une fine couche endothéliale. La couche faisant face à l'aorte (fibrosa) contient principalement des fibres de collagène orientées circonférentiellement sous forme de faisceaux et de brins, ainsi qu'une faible quantité de fibres d'élastine. Dans la zone de coaptation du bord libre du feuillet, cette couche se présente sous forme de faisceaux individuels. Les faisceaux de collagène de cette zone sont « suspendus » entre les colonnes commissurales à un angle d'environ 125° par rapport à la paroi aortique. Dans le corps du feuillet, ces faisceaux partent de l'anneau fibreux à un angle d'environ 45° en forme de demi-ellipse et se terminent sur son côté opposé. Cette orientation des faisceaux de « puissance » et des bords du feuillet en forme de « pont de suspension » est destinée à transférer la charge de pression pendant la diastole du feuillet vers les sinus et la structure fibreuse qui forme la valve aortique.

Dans une valve non chargée, les faisceaux fibreux sont contractés et forment des lignes ondulées situées dans le sens circonférentiel, à environ 1 mm les unes des autres. Les fibres de collagène qui composent ces faisceaux présentent également une structure ondulée dans une valve relâchée, avec une période d'onde d'environ 20 μm. Sous l'effet d'une charge, ces ondes se redressent, permettant au tissu de s'étirer. Les fibres complètement redressées deviennent inextensibles. Les plis des faisceaux de collagène se redressent facilement sous une légère charge de la valve. Ces faisceaux sont clairement visibles à l'état chargé et en lumière transmise.

La constance des proportions géométriques des éléments de la racine aortique a été étudiée par la méthode de l'anatomie fonctionnelle. En particulier, il a été constaté que le rapport entre les diamètres de la jonction sinotubulaire et de la base valvulaire est constant et s'élève à 0,8-0,9. Ceci est vrai pour les complexes valvulo-aortiques des individus jeunes et d'âge moyen.

Avec l'âge, des processus qualitatifs de perturbation de la paroi aortique se produisent, s'accompagnant d'une diminution de son élasticité et du développement de calcifications. Cela entraîne, d'une part, son expansion progressive et, d'autre part, une diminution de son élasticité. Des modifications des proportions géométriques et une diminution de l'extensibilité de la valve aortique surviennent après 50-60 ans, ce qui s'accompagne d'une diminution de la surface d'ouverture des cuspides et d'une détérioration des caractéristiques fonctionnelles de la valve dans son ensemble. Les caractéristiques anatomiques et fonctionnelles de la racine aortique liées à l'âge doivent être prises en compte lors de l'implantation de substituts biologiques sans cadre en position aortique.

Une comparaison de la structure d'une formation telle que la valve aortique humaine et mammifère a été réalisée à la fin des années 1960. Ces études ont démontré la similitude de plusieurs paramètres anatomiques des valves porcine et humaine, contrairement à d'autres racines aortiques xénogéniques. En particulier, il a été démontré que les sinus non coronaires et coronaires gauches de la valve humaine étaient respectivement les plus grands et les plus petits. Parallèlement, le sinus coronaire droit de la valve porcine était le plus grand et le sinus non coronaire le plus petit. Parallèlement, les différences de structure anatomique du sinus coronaire droit des valves aortiques porcine et humaine ont été décrites pour la première fois. Dans le cadre du développement de la chirurgie plastique reconstructive et du remplacement de la valve aortique par des substituts biologiques sans cadre, les études anatomiques de la valve aortique ont repris ces dernières années.

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Valve aortique humaine et valve aortique porcine

Une étude comparative de la structure de la valve aortique humaine et de la valve aortique porcine, considérée comme une xénogreffe potentielle, a été menée. Il a été démontré que les valves xénogéniques présentent un profil relativement bas et sont asymétriques dans la plupart des cas (80 %) en raison de la taille plus petite de leur sinus non coronaire. L'asymétrie modérée de la valve aortique humaine est due à la taille plus petite de son sinus coronaire gauche et n'est pas aussi prononcée.

La valve aortique porcine, contrairement à la valve humaine, ne possède pas d'anneau fibreux et ses sinus ne bordent pas directement la base des cuspides. Ces dernières sont fixées par leur base semi-lunaire directement à la base de la valve, car le véritable anneau fibreux est absent chez les valves porcines. Les bases des sinus et des cuspides xénogéniques sont fixées aux parties fibreuses et/ou fibromusculaires de la base de la valve. Par exemple, la base des cuspides non coronaires et coronaires gauches de la valve porcine, sous forme de feuillets divergents (fibrosa et ventnculans), est fixée à la base fibreuse de la valve. Autrement dit, les cuspides qui forment la valve aortique porcine ne sont pas directement adjacentes aux sinus, contrairement aux racines aortiques allogéniques. Entre elles se trouve la partie distale de la base valvulaire, qui, dans le sens longitudinal (le long de l'axe valvulaire), au niveau du point le plus proximal des sinus coronaires et non coronaires gauches, mesure en moyenne 4,6 ± 2,2 mm, et celle du sinus coronaire droit 8,1 ± 2,8 mm. Il s'agit d'une différence importante et significative entre la valve porcine et la valve humaine.

L'insertion musculaire du cône aortique du ventricule gauche le long de l'axe de la racine aortique porcine est beaucoup plus importante que dans l'allo-aorte. Chez les valvules porcines, cette insertion formait la base de la cuspide coronaire droite et du sinus du même nom, et, dans une moindre mesure, la base des segments adjacents des cuspides coronaires et non coronaires gauches. Chez les valvules allogéniques, cette insertion ne constitue qu'un support pour la base, principalement, du sinus coronaire droit et, dans une moindre mesure, du sinus coronaire gauche.

L'analyse des dimensions et des proportions géométriques des différents éléments de la valve aortique en fonction de la pression intra-aortique a été fréquemment utilisée en anatomie fonctionnelle. À cette fin, la racine aortique a été remplie de divers durcisseurs (caoutchouc, paraffine, silicone, plastique, etc.) et sa stabilisation structurelle a été réalisée par voie chimique ou cryogénique sous différentes pressions. Les modèles ou racines aortiques structurés obtenus ont été étudiés par la méthode morphométrique. Cette approche de l'étude de la valve aortique a permis d'établir certains schémas de son fonctionnement.

Des expériences in vitro et in vivo ont montré que la racine aortique est une structure dynamique et que la plupart de ses paramètres géométriques varient au cours du cycle cardiaque en fonction de la pression dans l'aorte et le ventricule gauche. D'autres études ont montré que la fonction des cuspides est largement déterminée par l'élasticité et la distensibilité de la racine aortique. Les mouvements tourbillonnaires du sang dans les sinus jouent un rôle important dans l'ouverture et la fermeture des cuspides.

La dynamique des paramètres géométriques de la valve aortique a été étudiée lors d'une expérimentation animale utilisant la cinéangiographie à haute vitesse, la cinématographie et la cinéradiographie, ainsi que chez des sujets sains par cinéangiocardiographie. Ces études nous ont permis d'estimer avec une grande précision la dynamique de nombreux éléments de la racine aortique et d'estimer seulement provisoirement la dynamique de la forme et du profil de la valve au cours du cycle cardiaque. En particulier, il a été démontré que l'expansion systolique-diastolique de la jonction sinotubulaire est de 16 à 17 % et est étroitement corrélée à la pression artérielle. Le diamètre de la jonction sinotubulaire atteint ses valeurs maximales au pic de pression systolique dans le ventricule gauche, facilitant ainsi l'ouverture des valves par la divergence des commissures vers l'extérieur, puis diminue après la fermeture des valves. Le diamètre de la jonction sinotubulaire atteint ses valeurs minimales à la fin de la phase de relaxation isovolumique du ventricule gauche et commence à augmenter en diastole. Les colonnes commissurales et la jonction sinotubulaire, de par leur flexibilité, participent à la répartition de la contrainte maximale dans les feuillets après leur fermeture, pendant la période d'augmentation rapide du gradient de pression transvalvulaire inverse. Des modèles mathématiques ont également été développés pour expliquer le mouvement des feuillets lors de leur ouverture et de leur fermeture. Cependant, les données issues de la modélisation mathématique étaient largement incompatibles avec les données expérimentales.

La dynamique de la base de la valve aortique affecte le fonctionnement normal des feuillets valvulaires ou de la bioprothèse sans cadre implantée. Il a été démontré que le périmètre de la base de la valve (chien et mouton) atteignait sa valeur maximale en début de systole, diminuait pendant la systole et était minimal à sa fin. Pendant la diastole, le périmètre de la valve augmentait. La base de la valve aortique est également capable de variations cycliques asymétriques de sa taille en raison de la contraction de la partie musculaire de la jonction ventriculo-aortique (triangles intercuspides entre les sinus coronaires droit et gauche, ainsi que les bases des sinus coronaires gauche et droit). De plus, des déformations de cisaillement et de torsion de la racine aortique ont été mises en évidence. Les déformations de torsion les plus importantes ont été observées dans la zone de la colonne commissurale entre les sinus non coronaires et coronaires gauches, et les plus minimales entre les sinus non coronaires et coronaires droits. L'implantation d'une bioprothèse sans cadre avec une base semi-rigide peut modifier la compliance de la racine aortique aux déformations torsionnelles, ce qui entraînera le transfert des déformations torsionnelles à la jonction sinotubulaire de la racine aortique composite et la formation d'une distorsion des feuillets de la bioprothèse.

Une étude de la biomécanique normale de la valve aortique chez des sujets jeunes (21,6 ans en moyenne) a été réalisée par échocardiographie transœsophagienne, suivie d'un traitement informatique des images vidéo (jusqu'à 120 images par seconde) et d'une analyse de la dynamique des caractéristiques géométriques des éléments de la valve aortique en fonction du temps et des phases du cycle cardiaque. Il a été démontré que pendant la systole, la zone d'ouverture de la valve, l'angle radial du feuillet par rapport à la base de la valve, le diamètre de la base de la valve et la longueur radiale du feuillet changent significativement. Le diamètre de la jonction sinotubulaire, la longueur circonférentielle du bord libre du feuillet et la hauteur des sinus changent dans une moindre mesure.

Français Ainsi, la longueur radiale du feuillet était maximale dans la phase diastolique de diminution isovolumique de la pression intraventriculaire et minimale dans la phase systolique d'éjection réduite. L'étirement radial systolique-diastolique du feuillet était, en moyenne, de 63,2 ± 1,3 %. Le feuillet était plus long en diastole avec un gradient diastolique élevé et plus court dans la phase de débit sanguin réduit, lorsque le gradient systolique était proche de zéro. L'étirement systolique-diastolique circonférentiel du feuillet et de la jonction sinotubulaire était, respectivement, de 32,0 ± 2,0 % et de 14,1 ± 1,4 %. L'angle radial d'inclinaison du feuillet par rapport à la base de la valve variait, en moyenne, de 22 en diastole à 93° en systole.

Le mouvement systolique des cuspides qui forment la valve aortique était classiquement divisé en cinq périodes:

1. la période préparatoire s'est produite pendant la phase d'augmentation isovolumique de la pression intraventriculaire; les valves se sont redressées, se sont raccourcies quelque peu dans le sens radial, la largeur de la zone de coaptation a diminué, l'angle a augmenté, en moyenne, de 22° à 60°;
2. la période d'ouverture rapide des valves a duré 20 à 25 ms; avec le début de l'expulsion du sang, une vague d'inversion s'est formée à la base des valves, qui s'est rapidement propagée dans la direction radiale vers les corps des valves et plus loin vers leurs bords libres;
3. le pic d'ouverture de la valve s'est produit pendant la première phase d'expulsion maximale; pendant cette période, les bords libres des valves étaient courbés au maximum vers les sinus, la forme de l'ouverture de la valve s'approchait d'un cercle et, de profil, la valve ressemblait à la forme d'un cône inversé tronqué;
4. la période d'ouverture relativement stable des valves s'est produite pendant la deuxième phase d'expulsion maximale, les bords libres des valves se sont redressés le long de l'axe d'écoulement, la valve a pris la forme d'un cylindre et les valves se sont progressivement fermées; à la fin de cette période, la forme de l'ouverture de la valve est devenue triangulaire;
5. La période de fermeture rapide des valves a coïncidé avec la phase d'éjection réduite. À la base des cuspides, une onde de réversion s'est formée, étirant les cuspides contractées dans le sens radial, ce qui a conduit à leur fermeture d'abord le long du bord ventriculaire de la zone de coaptation, puis à leur fermeture complète.

Les déformations maximales des éléments de la racine aortique se produisent lors des périodes d'ouverture et de fermeture rapides de la valve. L'évolution rapide de la forme des cuspides qui forment la valve aortique peut entraîner des contraintes importantes, susceptibles d'entraîner des modifications dégénératives des tissus.

Le mécanisme d'ouverture et de fermeture de la valve avec la formation, respectivement, d'une onde d'inversion et de réversion, ainsi qu'une augmentation de l'angle d'inclinaison radiale de la valve par rapport à la base de la valve dans la phase d'augmentation isovolumique de la pression à l'intérieur du ventricule peuvent être attribués aux mécanismes d'amortissement de la racine aortique, réduisant la déformation et la contrainte des valves valvulaires.