대동맥 판막

대동맥 판막은 레오나르도 다빈치(1513)와 발살바(1740)를 시작으로 오래전에 기술되었고, 특히 20세기 후반에 반복적으로 연구되었기 때문에 가장 많이 연구된 것으로 여겨집니다. 동시에, 지난 몇 년간의 연구는 주로 기술적이거나, 드물게는 비교 연구의 성격을 띠었습니다. 저자가 "판막 기능을 구조의 연장선으로" 고려할 것을 제안한 J. Zimmerman(1969)의 연구를 시작으로, 대부분의 연구는 형태 기능적 성격을 띠기 시작했습니다. 대동맥 판막의 기능을 구조 연구를 통해 연구하는 이러한 접근 방식은 어느 정도 대동맥 판막 전체의 생체역학을 직접 연구하는 방법론적 어려움에 기인합니다. 기능 해부학 연구는 대동맥 판막의 형태 기능적 경계를 결정하고, 용어를 명확히 하며, 그 기능을 광범위하게 연구할 수 있게 해주었습니다.

이러한 연구 덕분에 넓은 의미에서 대동맥 판막은 대동맥과 좌심실 모두에 관련된 단일 해부학적, 기능적 구조로 간주되기 시작했습니다.

현대적 개념에 따르면, 대동맥 판막은 깔때기 모양 또는 원통 모양의 체적 구조로, 3개의 동맥, 3개의 헨레 삼각형, 3개의 반달 모양의 융기, 섬유질 고리로 구성되며, 그 근위 및 원위 경계는 각각 심실-대동맥 접합부와 동맥-세관 접합부입니다.

"판막-대동맥 복합체"라는 용어는 덜 일반적으로 사용됩니다. 좁은 의미에서 대동맥 판막은 세 개의 첨판, 세 개의 교련, 그리고 섬유륜으로 구성된 잠금 장치로 이해되기도 합니다.

일반 역학의 관점에서 볼 때, 대동맥 판막은 튼튼한 섬유질(파워) 프레임과 그 위에 놓인 비교적 얇은 껍질 요소(동벽과 첨두)로 구성된 복합 구조로 간주됩니다. 이 프레임의 변형과 움직임은 연결된 껍질에서 발생하는 내부 힘의 작용으로 발생합니다. 다시 이 프레임이 껍질 요소의 변형과 움직임을 결정합니다. 프레임은 주로 촘촘하게 뭉친 콜라겐 섬유로 구성됩니다. 대동맥 판막의 이러한 디자인은 판막 기능의 내구성을 결정합니다.

발살바동은 대동맥 초기 부분의 확장된 부분으로, 근위부는 섬유륜과 첨두의 해당 분절에 의해, 원위부는 동세관 접합부에 의해 제한됩니다.동은 출발하는 관상동맥에 따라 우관상동맥, 좌관상동맥, 비관상동맥으로 명명됩니다.동의 벽은 대동맥 벽보다 얇고 내막과 중막으로만 구성되며, 콜라겐 섬유에 의해 다소 두꺼워집니다. 이 경우, 동벽의 엘라스틴 섬유 수가 감소하고, 콜라겐 섬유는 동세관 접합부에서 심실대동맥 접합부 방향으로 증가합니다. 치밀한 콜라겐 섬유는 주로 동 바깥 표면을 따라 위치하고 원주 방향으로 배향되어 있으며, 교련하 공간에서 판막 모양을 지지하는 교두 삼각형 형성에 참여합니다. 부비동의 주요 역할은 이완기 동안 첨두와 부비동 사이의 장력을 재분배하고 수축기 동안 첨두의 평형 위치를 확립하는 것입니다. 부비동은 기저부 수준에서 첨두 삼각형에 의해 나뉩니다.

대동맥판막을 형성하는 섬유질 골격은 대동맥 근부의 강한 섬유질 요소, 판막 기저부의 섬유질 고리, 교련 막대(기둥), 그리고 동세관 접합부로 이루어진 단일 공간 구조입니다. 동세관 접합부(아치형 고리 또는 아치형 능선)는 동과 상행 대동맥을 연결하는 물결 모양의 해부학적 연결부입니다.

심실-대동맥 접합부(판막 기저부 고리)는 좌심실 출구와 대동맥을 연결하는 원형 해부학적 연결부로, 섬유질과 근육으로 이루어진 구조입니다. 외국의 외과 문헌에서는 심실-대동맥 접합부를 종종 "대동맥 고리"라고 부릅니다. 심실-대동맥 접합부는 평균적으로 좌심실 동맥 원뿔의 심근 중 45~47%에 의해 형성됩니다.

교련은 대동맥 근위부 원위부 안쪽 표면에서 인접한 첨두와 그 주변 근위부 가장자리가 연결되는 선이며, 원위부는 동세관 접합부에 위치합니다. 교련봉(기둥)은 대동맥 근위부 안쪽 표면에 교련이 고정되는 지점입니다. 교련 기둥은 섬유륜의 세 부분이 원위부에서 연장되는 부분입니다.

헨레의 첨간삼각형은 대동맥 근위부의 섬유질 또는 섬유근육질 구성 요소이며, 섬유고리의 인접한 분절과 해당 첨두 사이의 교련 근위에 위치합니다. 해부학적으로 첨간삼각형은 대동맥의 일부이지만, 기능적으로는 좌심실에서 유출로를 제공하며 대동맥 혈류역학보다는 심실 혈류역학의 영향을 받습니다. 첨간삼각형은 동(sinus)들이 비교적 독립적으로 기능하고, 동들을 통합하며, 균일한 대동맥 근위부의 기하 구조를 유지하도록 함으로써 판막의 생체역학적 기능에 중요한 역할을 합니다. 첨간삼각형이 작거나 비대칭적이면, 섬유고리 또는 판막 변형이 발생하고, 이로 인해 첨두의 기능 장애가 발생합니다. 이러한 상황은 이첨판 대동맥 판막에서 볼 수 있습니다.

첨두는 판막의 잠금 요소로, 근위 가장자리는 치밀한 콜라겐 구조인 섬유륜의 반달 모양 부분에서 뻗어 나옵니다. 첨두는 몸체(주로 하중을 받는 부분), 접합면(폐쇄면), 그리고 기저부로 구성됩니다. 닫힌 위치에서 인접한 첨두의 자유 가장자리는 교련에서 첨두 중심까지 이어지는 접합대를 형성합니다. 첨두 접합대의 두꺼워진 삼각형 모양의 중앙 부분을 아란지 결절(Aranzi node)이라고 합니다.

대동맥 판막을 형성하는 판막엽은 세 층(대동맥판막, 심실판막, 해면판막)으로 이루어져 있으며, 바깥쪽은 얇은 내피층으로 덮여 있습니다. 대동맥을 마주 보는 층(섬유막)은 주로 원주 방향으로 배열된 다발과 가닥 형태의 콜라겐 섬유와 소량의 엘라스틴 섬유를 포함합니다. 판막엽 자유연의 접합 영역에서 이 층은 개별 다발 형태로 존재합니다. 이 영역의 콜라겐 다발은 대동맥 벽에 대해 약 125° 각도로 교련 기둥 사이에 "매달려" 있습니다. 판막엽의 몸체에서 이 다발들은 섬유 고리에서 약 45° 각도로 반타원형으로 갈라져 반대편에서 끝납니다. "파워" 묶음과 판막 가장자리의 이러한 방향은 "현수교" 형태로 되어 있어 이완기 동안 판막에서 발생하는 압력 부하를 판막에서 동맥과 대동맥 판막을 형성하는 섬유질 틀로 전달하기 위한 것입니다.

부하가 걸리지 않은 판막에서 섬유 다발은 원주 방향으로 약 1mm 떨어진 위치에 물결선 형태로 수축된 상태를 유지합니다. 이 다발을 구성하는 콜라겐 섬유는 이완된 판막에서도 약 20μm의 파동 주기를 갖는 물결 구조를 갖습니다. 부하가 가해지면 이러한 파동은 곧게 펴져 조직이 늘어납니다. 완전히 곧게 펴진 섬유는 더 이상 늘어날 수 없습니다. 콜라겐 다발의 주름은 판막에 약간의 부하가 걸리면 쉽게 곧게 펴집니다. 이러한 다발은 부하가 걸린 상태와 투과광에서 명확하게 보입니다.

대동맥 근부 요소의 기하학적 비율의 불변성은 기능해부학 방법을 이용하여 연구되었습니다. 특히, 동세관 접합부 직경과 판막 기저부 직경의 비가 일정하며 0.8~0.9인 것으로 나타났습니다. 이는 젊은층과 중년층의 판막-대동맥 복합체에서도 동일하게 나타납니다.

나이가 들면서 대동맥 벽 구조의 질적 손상 과정이 발생하고, 이는 탄성 감소와 석회화 발생을 동반합니다. 이는 한편으로는 점진적인 팽창을 초래하고, 다른 한편으로는 탄성 감소를 초래합니다. 50~60세가 넘으면 대동맥 판막의 기하학적 비율 변화와 신장성 감소가 발생하며, 이는 첨구의 개구 면적 감소와 판막 전체의 기능적 특성 저하를 동반합니다. 대동맥 위치에 프레임리스 생물학적 대치물을 이식할 때는 환자의 대동맥 근위부의 연령에 따른 해부학적 및 기능적 특징을 고려해야 합니다.

1960년대 후반에 인간과 포유류의 대동맥 판막과 같은 형성체의 구조 비교가 수행되었습니다. 이 연구들은 다른 이종 대동맥 근과 대조적으로 돼지와 인간의 판막의 여러 해부학적 매개변수의 유사성을 보여주었습니다. 특히, 인간 판막의 비관상동과 좌측 관상동이 각각 가장 크고 가장 작음이 밝혀졌습니다. 동시에 돼지 판막의 우측 관상동이 가장 크고 비관상동이 가장 작았습니다. 동시에 돼지와 인간의 대동맥 판막의 우측 관상동의 해부학적 구조의 차이점이 처음으로 설명되었습니다. 재건 성형 수술과 생물학적 프레임리스 대용물을 이용한 대동맥 판막 치환술의 발전과 관련하여 최근 대동맥 판막의 해부학적 연구가 재개되었습니다.

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인간 대동맥판막과 돼지 대동맥판막

인간 대동맥 판막과 돼지 대동맥 판막을 잠재적인 이종이식재로 사용하는 구조에 대한 비교 연구가 수행되었습니다. 이종 이식된 판막은 비교적 낮은 단면을 가지며, 비관상동의 크기가 작기 때문에 대부분(80%)에서 비대칭성을 보입니다. 인간 대동맥 판막의 중등도 비대칭성은 좌측 관상동의 크기가 작기 때문이며, 그 정도는 심하지 않습니다.

돼지 대동맥 판막은 사람과 달리 섬유질 고리가 없고, 그 동(sinus)은 첨두의 기저부와 직접 경계를 이루지 않습니다. 돼지 판막에는 진정한 섬유질 고리가 없기 때문에 돼지 첨두는 반달 모양의 기저부가 판막 기저부에 직접 부착되어 있습니다. 이종성 동과 첨두의 기저부는 판막 기저부의 섬유질 및/또는 섬유근육질 부분에 부착되어 있습니다. 예를 들어, 돼지 판막의 비관상동맥 및 좌측 관상동맥 첨두의 기저부는 발산하는 판막엽(섬유종 및 심실) 형태로 판막의 섬유질 기저부에 부착되어 있습니다. 다시 말해, 돼지 대동맥 판막을 형성하는 첨두는 동종이식 대동맥 근에서처럼 첨두에 직접 인접해 있지 않습니다. 그 사이에는 판막 기저부의 원위부가 있는데, 좌측 관상동과 비관상동의 가장 근위부 높이에서 판막 축을 따라 세로 방향으로 평균 4.6 ± 2.2mm, 우측 관상동의 경우 8.1 ± 2.8mm입니다. 이는 돼지 판막과 인간 판막의 중요하고 유의미한 차이입니다.

돼지 대동맥 근위부에서 좌심실 대동맥 원뿔의 축을 따라 근육에 부착되는 것은 동종이식보다 훨씬 더 중요합니다. 돼지 판막에서 이 부착은 우관상동맥 첨두와 동명의 동(sinus)의 기저부를 형성했으며, 그보다 덜하지만 좌관상동맥 첨두와 비관상동맥 첨두의 인접 분절의 기저부를 형성했습니다. 동종이식 판막에서 이 부착은 주로 우관상동맥동의 기저부, 그리고 그보다 덜하지만 좌관상동맥동의 기저부만을 지지합니다.

대동맥판막의 각 구성 요소의 크기와 기하학적 비율을 대동맥 내 압력에 따라 분석하는 것은 기능 해부학에서 매우 자주 활용되었습니다. 이를 위해 대동맥 근부를 다양한 경화 물질(고무, 파라핀, 실리콘 고무, 플라스틱 등)로 채우고, 다양한 압력 하에서 화학적 또는 극저온 방식으로 구조적 안정화를 수행했습니다. 그 결과 생성된 주형 또는 구조화된 대동맥 근부는 형태계측학적 방법을 사용하여 연구되었습니다. 이러한 대동맥판막 연구 접근법을 통해 대동맥판막의 기능 패턴을 규명할 수 있었습니다.

시험관내 및 생체내 실험 결과, 대동맥 근위는 역동적인 구조이며, 대부분의 기하학적 매개변수는 심장 주기 동안 대동맥과 좌심실의 압력에 따라 변하는 것으로 나타났습니다. 다른 연구에서는 대동맥근의 기능이 대동맥근의 탄성과 팽창성에 의해 크게 결정된다는 것이 밝혀졌습니다. 정맥동 내 혈액의 와류 운동이 대동맥근의 개폐에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다.

대동맥 판막의 기하학적 매개변수의 역학은 고속 영화촬영술, 영화촬영술, 영화방사선촬영술을 사용하는 동물 실험과 영화심장촬영술을 사용하는 건강한 개인에서 연구되었습니다. 이러한 연구를 통해 대동맥 근부의 여러 요소의 역학을 매우 정확하게 추정하고 심장 주기 동안 판막의 모양과 측면의 역학을 임시적으로만 추정할 수 있었습니다. 특히, 동방세관 접합부의 수축기-이완기 확장이 16-17%이며 동맥압과 밀접한 상관관계가 있음이 밝혀졌습니다. 동방세관 접합부의 직경은 좌심실의 수축기 압력이 최고조에 달할 때 최대값에 도달하여 교련이 바깥쪽으로 발산되어 판막이 열리기 쉽고, 판막이 닫힌 후에는 감소합니다. 동세관 접합부의 직경은 좌심실의 등용성 이완기 말기에 최소값에 도달하고, 이완기에는 증가하기 시작합니다. 연접 기둥과 동세관 접합부는 유연성으로 인해 판막 폐쇄 후 역방향 판막압 구배가 빠르게 증가하는 기간 동안 판막엽의 최대 응력 분포에 관여합니다. 판막엽이 열리고 닫히는 동안 판막엽의 움직임을 설명하기 위한 수학적 모델도 개발되었습니다. 그러나 수학적 모델링 데이터는 실험 데이터와 크게 일치하지 않았습니다.

대동맥 판막 기저부의 역학은 판막엽 또는 이식된 프레임리스 생체 보철물의 정상적인 작동에 영향을 미칩니다. 판막 기저부 둘레(개와 양)는 수축기 초기에 최대값에 도달하고, 수축기 동안 감소하며, 수축기 말기에 최소값을 보였습니다. 이완기 동안 판막 둘레는 증가했습니다. 대동맥 판막 기저부는 또한 심실-대동맥 접합부 근육 부분(우측 및 좌측 관상동 사이의 첨두 삼각, 그리고 좌측 및 우측 관상동 기저부)의 수축으로 인해 크기가 주기적으로 비대칭적으로 변할 수 있습니다. 또한, 대동맥 근위부의 전단 및 비틀림 변형이 관찰되었습니다. 가장 큰 비틀림 변형은 비관상동과 좌측 관상동 사이의 교련 기둥 영역에서 관찰되었고, 가장 작은 비틀림 변형은 비관상동과 우측 관상동 사이에서 관찰되었습니다. 반경성 기반을 갖춘 프레임리스 생체 보철물을 이식하면 대동맥 뿌리의 유연성이 비틀림 변형에 맞게 바뀌어 복합 대동맥 뿌리의 동통관 연결부로 비틀림 변형이 전달되고 생체 보철물 판막이 왜곡됩니다.

젊은 사람(평균 21.6세)의 대동맥 판막의 정상 생체역학에 대한 연구는 경식도 심초음파를 이용하여 수행되었으며, 이후 비디오 영상(초당 최대 120프레임)을 컴퓨터로 처리하고 심장 주기의 시간과 단계에 따라 대동맥 판막 요소의 기하학적 특성의 역학을 분석했습니다. 수축기 동안 판막 개방 면적, 판막 기저부에 대한 판막엽의 방사각, 판막 기저부의 직경, 판막엽의 방사 길이가 유의미하게 변하는 것으로 나타났습니다. 동세관 접합부의 직경, 판막엽 자유연의 원주 길이, 그리고 동 높이의 변화는 상대적으로 적었습니다.

따라서, 판막엽의 방사상 길이는 심실내압이 등용성으로 감소하는 이완기에서 최대이고, 박출량이 감소하는 수축기에서 최소였다. 판막엽의 방사상 수축기-이완기 신장은 평균 63.2±1.3%였다. 판막엽은 이완기 기울기가 큰 이완기에서 더 길었고, 수축기 기울기가 0에 가까울 때 혈류가 감소하는 단계에서 더 짧았다. 판막엽과 동세관 접합부의 원주 방향 수축기-이완기 신장은 각각 32.0±2.0%와 14.1±1.4%였다. 판막 기저부에 대한 판막엽의 방사상 경사각은 이완기에서 22°에서 수축기에서 93°로 평균적으로 변했다.

대동맥 판막을 형성하는 첨단부의 수축 운동은 일반적으로 5가지 기간으로 구분됩니다.

1. 준비 기간은 심실 내 압력이 등용적으로 증가하는 단계에서 발생했다. 판막은 곧게 펴지고, 반경 방향으로 다소 짧아졌으며, 접합 영역의 폭은 줄어들었고, 각도는 평균 22°에서 60°로 증가했다.
2. 판막이 빠르게 열리는 기간은 20~25ms 동안 지속되었습니다. 혈액이 배출되기 시작하면서 판막 바닥에서 역전파가 형성되었고, 이 파동은 빠르게 방사형으로 판막 본체로 확산되었고 더 나아가 자유 가장자리까지 퍼졌습니다.
3. 밸브 개방의 정점은 최대 배출의 첫 번째 단계에서 나타났습니다. 이 기간 동안 밸브의 자유 가장자리는 동을 향해 최대한 구부러졌고, 밸브 개방 모양은 원형에 가까워졌으며, 측면에서 밸브는 잘린 거꾸로 된 원뿔 모양과 유사했습니다.
4. 밸브가 비교적 안정적으로 열리는 기간은 최대 배출의 두 번째 단계에서 발생했으며, 밸브의 자유 가장자리는 흐름 축을 따라 곧게 펴지고 밸브는 원통 모양을 띠고 밸브가 점차 닫혔습니다. 이 기간이 끝날 무렵에는 밸브 개구부 모양이 삼각형이 되었습니다.
5. 빠른 판막 폐쇄 시기는 박출 감소 단계와 일치했습니다. 첨두 기저부에서 역전파가 형성되어 수축된 첨두가 요골 방향으로 늘어났고, 이로 인해 접합대의 심실 가장자리를 따라 먼저 폐쇄된 후 첨두가 완전히 폐쇄되었습니다.

대동맥 근부 요소의 최대 변형은 판막이 빠르게 열리고 닫히는 시기에 발생했습니다. 대동맥 판막을 형성하는 첨두(cusp)의 모양이 빠르게 변하면 첨두에 높은 응력이 발생하여 조직의 퇴행성 변화를 초래할 수 있습니다.

각각 반전파와 반전파를 형성하여 판막을 열고 닫는 메커니즘과, 심실 내부의 압력이 등용적으로 증가하는 단계에서 판막이 판막 바닥에 대해 기울어지는 반경 방향 각도가 증가하는 것은 대동맥 뿌리의 감쇠 메커니즘에 기인할 수 있으며, 이는 판막의 변형과 응력을 줄여줍니다.