Сердечный клапан — это биологический односторонний клапан , который позволяет крови течь в одном направлении через камеры сердца . В сердце млекопитающих обычно присутствуют четыре клапана, и вместе они определяют путь тока крови через сердце. Сердечный клапан открывается или закрывается в зависимости от разницы кровяного давления с каждой стороны. [1] [2] [3]
Четыре клапана в сердце млекопитающих — это два атриовентрикулярных клапана, разделяющих верхние предсердия от нижних желудочков — митральный клапан в левом сердце и трехстворчатый клапан в правом сердце. Другие два клапана находятся у входа в артерии, выходящие из сердца. Это полулунные клапаны — аортальный клапан на аорте и легочный клапан на легочной артерии .
Сердце также имеет клапан коронарного синуса и клапан нижней полой вены , которые здесь не обсуждаются.
Клапаны и камеры сердца выстланы эндокардом . Клапаны сердца отделяют предсердия от желудочков или желудочки от кровеносных сосудов . Клапаны сердца расположены вокруг фиброзных колец сердечного скелета . Клапаны включают в себя створки, называемые створками или створками , похожие на клапан утиного клюва или трепещущий клапан , которые открываются, чтобы обеспечить приток крови, а затем закрываются, чтобы запечатать и предотвратить обратный поток. Митральный клапан имеет две створки, тогда как другие имеют три. На кончиках створок есть узелки, которые делают уплотнение более плотным.
Легочный клапан имеет левую, правую и переднюю створки. [4] Аортальный клапан имеет левую, правую и заднюю створки. [5] Трикуспидальный клапан имеет переднюю, заднюю и септальную створки; а митральный клапан имеет только переднюю и заднюю створки.
Клапаны человеческого сердца можно разделить на две группы: [6]
Атриовентрикулярные клапаны — это митральный клапан и трехстворчатый клапан , которые расположены между предсердиями и желудочками и предотвращают обратный поток из желудочков в предсердия во время систолы . Они прикреплены к стенкам желудочков сухожильными хордами , которые предотвращают их инверсию.
Хорды сухожильные прикреплены к папиллярным мышцам , которые вызывают напряжение, чтобы лучше удерживать клапан. Вместе папиллярные мышцы и хорды сухожильные известны как подклапанный аппарат. Функция подклапанного аппарата заключается в том, чтобы удерживать клапаны от пролабирования в предсердия, когда они закрываются. [7] Однако подклапанный аппарат не влияет на открытие и закрытие клапанов, что полностью вызвано градиентом давления через клапан. Однако своеобразное вставление хорд на свободном крае створки обеспечивает распределение систолического напряжения между хордами в соответствии с их различной толщиной. [8]
Закрытие клапанов AV выслушивается как lub , первый тон сердца (S1). Закрытие клапанов SL выслушивается как dub , второй тон сердца (S2).
Митральный клапан также называют двустворчатым клапаном , поскольку он содержит две створки или заслонки. Митральный клапан получил свое название из-за сходства с митрой епископа ( тип шляпы). Он находится на левой стороне сердца и позволяет крови течь из левого предсердия в левый желудочек .
Во время диастолы нормально функционирующий митральный клапан открывается в результате повышенного давления из левого предсердия, когда оно наполняется кровью (предварительная нагрузка). Когда давление в предсердии становится выше давления в левом желудочке, митральный клапан открывается. Открытие облегчает пассивный поток крови в левый желудочек. Диастола заканчивается сокращением предсердия, которое выбрасывает последние 30% крови, которая переносится из левого предсердия в левый желудочек. Это количество крови известно как конечный диастолический объем (КДО), и митральный клапан закрывается в конце сокращения предсердия, чтобы предотвратить обратный поток крови.
Трехстворчатый клапан имеет три створки или створок и находится на правой стороне сердца. Он находится между правым предсердием и правым желудочком и останавливает обратный ток крови между ними.
Аортальный и легочный клапаны расположены у основания аорты и легочного ствола соответственно. Их также называют «полулунными клапанами». Эти две артерии получают кровь из желудочков, а их полулунные клапаны позволяют крови нагнетаться в артерии и предотвращают обратный ток из артерий в желудочки. Эти клапаны не имеют сухожильных хорд и больше похожи на клапаны в венах, чем на атриовентрикулярные клапаны. Закрытие полулунных клапанов вызывает второй сердечный тон .
Аортальный клапан , имеющий три створки, находится между левым желудочком и аортой . Во время систолы желудочков давление в левом желудочке повышается, и когда оно становится больше давления в аорте, аортальный клапан открывается, позволяя крови выйти из левого желудочка в аорту. Когда систола желудочков заканчивается, давление в левом желудочке быстро падает, и давление в аорте заставляет аортальный клапан закрыться. Закрытие аортального клапана вносит вклад в компонент A2 второго тона сердца.
Легочный клапан ( иногда называемый легочным клапаном) находится между правым желудочком и легочной артерией и имеет три створки. Подобно аортальному клапану, легочный клапан открывается в систолу желудочков, когда давление в правом желудочке поднимается выше давления в легочной артерии. В конце систолы желудочков, когда давление в правом желудочке быстро падает, давление в легочной артерии закроет легочный клапан. Закрытие легочного клапана способствует появлению компонента P2 второго тона сердца. Правое сердце является системой низкого давления, поэтому компонент P2 второго тона сердца обычно тише, чем компонент A2 второго тона сердца. Однако у некоторых молодых людей физиологически нормально слышать оба компонента раздельно во время вдоха.
В развивающемся сердце клапаны между предсердиями и желудочками, двустворчатые и трехстворчатые клапаны, развиваются по обе стороны атриовентрикулярных каналов . [9] Расширение оснований желудочков вверх приводит к тому, что канал становится впяченным в полости желудочков. Инвагинированные края образуют зачатки боковых створок атриовентрикулярных клапанов. Средние и перегородочные створки развиваются из нисходящего расширения промежуточной перегородки .
Полулунные клапаны (клапаны легочной артерии и аорты) образуются из четырех утолщений на сердечном конце артериального ствола . [ 9] Эти утолщения называются эндокардиальными подушками . [ требуется ссылка ] Артериальный ствол изначально представляет собой единый выводной тракт из эмбрионального сердца, который позже разделится, чтобы стать восходящей аортой и легочным стволом . До того, как он разделится, возникают четыре утолщения. Существуют переднее, заднее и два боковых утолщения. Перегородка начинает формироваться между тем, что позже станет восходящей аортой и легочным трактом. По мере формирования перегородки два боковых утолщения разделяются, так что восходящая аорта и легочный ствол имеют по три утолщения каждое (переднее или заднее и половину каждого из боковых утолщений). Утолщения являются источником трех створок полулунных клапанов. Клапаны видны как уникальные структуры к девятой неделе. По мере созревания они слегка вращаются, как наружные сосуды, закручиваясь спиралью, и немного приближаются к сердцу. [9]
В общем случае движение клапанов сердца определяется с помощью уравнения Навье-Стокса , используя граничные условия давления крови, перикардиальной жидкости и внешней нагрузки в качестве ограничений. Движение клапанов сердца используется в качестве граничного условия в уравнении Навье-Стокса при определении динамики жидкости выброса крови из левого и правого желудочков в аорту и легкие.
Перепад давления на открытом сердечном клапане связан со скоростью потока Q через клапан:
Если:
Обычно аортальный и митральный клапаны включаются в исследования клапанов в пределах одной степени свободы. Эти соотношения основаны на идее, что клапан является структурой с одной степенью свободы. Эти соотношения основаны на уравнениях Эйлера .
Уравнения для аортального клапана в этом случае:
где:
атриовентрикулярный клапан
Клапанная болезнь сердца — это общий термин, обозначающий дисфункцию клапанов, которая в основном бывает двух форм: регургитация (также недостаточность или некомпетентность ), когда дисфункциональный клапан позволяет крови течь в неправильном направлении [10], или стеноз , когда клапан узкий. [11]
Регургитация происходит, когда клапан становится недостаточным и выходит из строя, позволяя крови течь в неправильном направлении. Эта недостаточность может повлиять на любой из клапанов, как при аортальной недостаточности , митральной недостаточности , легочной недостаточности и трехстворчатой недостаточности . Другая форма клапанного заболевания сердца - стеноз , сужение клапана. Это результат утолщения клапана, и любой из клапанов сердца может быть поражен, как при стенозе митрального клапана , стенозе трехстворчатого клапана , стенозе легочного клапана и стенозе аортального клапана . Стеноз митрального клапана является распространенным осложнением ревматизма . Воспаление клапанов может быть вызвано инфекционным эндокардитом , обычно бактериальной инфекцией, но иногда может быть вызвано и другими организмами. Бактерии могут легче прикрепляться к поврежденным клапанам. [12] Другой тип эндокардита , который не вызывает воспалительной реакции, — это небактериальный тромботический эндокардит . Он обычно встречается на ранее неповрежденных клапанах. [12] Основным клапанным заболеванием сердца является пролапс митрального клапана , который представляет собой ослабление соединительной ткани, называемое миксоматозной дегенерацией клапана. Это приводит к смещению утолщенной створки митрального клапана в левое предсердие во время систолы. [11]
Заболевание клапанов сердца может быть врожденным, например, аортальная регургитация , или приобретенным, например, инфекционный эндокардит . Различные формы связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями , заболеваниями соединительной ткани и гипертонией . Симптомы заболевания будут зависеть от пораженного клапана, типа заболевания и тяжести заболевания. Например, клапанное заболевание аортального клапана , такое как аортальный стеноз или аортальная регургитация , может вызвать одышку, тогда как клапанное заболевание трехстворчатого клапана может привести к дисфункции печени и желтухе . Когда клапанное заболевание сердца является результатом инфекционных причин, таких как инфекционный эндокардит , у пораженного человека может быть лихорадка и уникальные признаки, такие как осколочные кровоизлияния ногтей, поражения Джейнуэя , узлы Ослера и пятна Рота . Особенно опасным осложнением клапанного заболевания является создание эмболов из-за турбулентного кровотока и развитие сердечной недостаточности . [11]
Клапанная болезнь сердца диагностируется с помощью эхокардиографии , которая является формой ультразвука . Поврежденные и дефектные клапаны сердца могут быть восстановлены или заменены искусственными клапанами сердца . Инфекционные причины также могут потребовать лечения антибиотиками . [11]
Наиболее распространенной формой клапанной аномалии является врожденный порок сердца (ВПС), называемый двустворчатым аортальным клапаном . Это происходит в результате слияния двух створок во время эмбрионального развития, образуя двустворчатый клапан вместо трехстворчатого. Это состояние часто не диагностируется до тех пор, пока не разовьется кальцифицирующий аортальный стеноз , и это обычно происходит примерно на десять лет раньше, чем могло бы развиться в противном случае. [13] [14]
Менее распространенными ВПС являются атрезия трехстворчатого и легочного клапана , а также аномалия Эбштейна . Атрезия трехстворчатого клапана — это полное отсутствие трехстворчатого клапана, что может привести к недоразвитию или отсутствию правого желудочка. Атрезия легочного клапана — это полное закрытие легочного клапана. Аномалия Эбштейна — это смещение перегородчатой створки трехстворчатого клапана, что приводит к увеличению предсердия и уменьшению желудочка по сравнению с нормой.
Функция сердечных клапанов
В статье использован текст, находящийся в открытом доступе, из 20-го издания «Анатомии Грея» (1918 г.)
![{\displaystyle A(x,t)=A_{0}\left(1-[1-{\Lambda }(t)]{x \over {L}}\right)^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d86e8a7cd26aac3833526c8a4a24ace993b9f68f)
![{\displaystyle \int _{0}^{L}p(x,t){{\partial }A \over {\partial }x}\,dx=[A_{0}-A(L,t)]\,p(L,t)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cd1e3437e71128cc9a0e20f42e2ab4d7dbbc19d8)
