Herzklappen

Die Trikuspidal- und Pulmonalklappe des Herzens regulieren den Blutfluss vom Gewebe zur Lunge zur Sauerstoffanreicherung, die Mitral- und Aortenklappe des linken Herzens steuern den arteriellen Blutfluss zu Organen und Geweben. Die Aorten- und Pulmonalklappe sind die Auslassventile der linken bzw. rechten Herzkammer. Die Mitral- und Trikuspidalklappe des Herzens sind die Auslassventile des linken bzw. rechten Vorhofs und gleichzeitig die Einlassventile der linken bzw. rechten Herzkammer. Die Aorten- und Pulmonalklappe des Herzens sind während der Kontraktionsphase der Herzkammern (Systole) geöffnet und während der Entspannungsphase der Herzkammern (Diastole) geschlossen. Während der isovolumischen Kontraktions- und Entspannungsphasen sind alle vier Klappen geschlossen. Geschlossene Pulmonal- und Trikuspidalklappen des Herzens können einem Druck von 30 mmHg standhalten, die Aortenklappe etwa 100 mmHg, die Mitralklappe bis zu 150 mmHg. Erhöhte Belastungen der linken Herzklappen führen zu ihrer größeren Anfälligkeit für Erkrankungen. Die Hämodynamik kann eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Klappenpathologien spielen

Die Aortenklappen des Herzens öffnen sich zu Beginn der systolischen Kontraktion des linken Ventrikels und schließen vor der diastolischen Relaxation des Ventrikels. Die Systole beginnt im Moment der Öffnung der Aortenklappe (20–30 ms) und dauert etwa 1/3 des Herzzyklus. Der Blutfluss durch die Herzklappen nimmt schnell zu und erreicht seine maximale Geschwindigkeit im ersten Drittel der Systole nach der vollständigen Öffnung der Klappensegel. Die Hemmung des Blutflusses durch die Herzklappen erfolgt langsamer. Der umgekehrte Druckgradient hemmt den langsamen Wandfluss mit der Bildung eines Rückflusses in den Nebenhöhlen. Während der Systole überschreitet die direkte Druckdifferenz, unter deren Einwirkung das Blut durch die Aortenklappen des Herzens fließt, einige mmHg nicht, während die umgekehrte Druckdifferenz an der Klappe normalerweise 80 mmHg erreicht. Die Herzklappen schließen am Ende der Flussverzögerungsphase mit der Bildung eines unbedeutenden Rückflusses. Alle Herzklappen sind in den Phasen der isovolumischen Kontraktion und Entspannung geschlossen. Die Aortenklappen des Herzens ändern während des Kontraktionszyklus des Herzens ihre Größe und Form, hauptsächlich in Richtung der Aortenachse. Der Umfang des Faserrings erreicht am Ende der Systole ein Minimum und am Ende der Diastole ein Maximum. Studien an Hunden haben eine 20%ige Umfangsänderung bei einem Aortendruck von 120/80 mmHg gezeigt. Während der Systole bildet sich in den Nebenhöhlen ein Flüssigkeitswirbel. Die Wirbel tragen zum schnellen und effektiven Schließen der Klappen bei. Das Rückflussvolumen beträgt 5 % des Direktflusses. In einem gesunden Organismus steigt die Fließgeschwindigkeit des Blutes unter dem Einfluss eines Direktdruckunterschieds schnell auf Werte von 1,4 ± 0,4 m/s an. Bei Kindern werden sogar noch höhere Geschwindigkeiten beobachtet – 1,5 ± 0,3 m/s. Am Ende der Systole kommt es zu einem kurzen Rückfluss des Blutes, der mit der Doppler-Ultraschallmethode aufgezeichnet wird. Ursache für den Rückfluss kann entweder der tatsächliche Rückfluss des Blutes durch die Klappenöffnung während der Schließphase der Klappensegel oder die Bewegung bereits geschlossener Klappensegel in Richtung linker Herzkammer sein.

Das Geschwindigkeitsprofil in der Ebene des Faserrings ist gleichmäßig, jedoch mit einer leichten Neigung in Richtung Septumwand. Außerdem behält der systolische Blutfluss durch die Aortenklappen des Herzens den im linken Ventrikel gebildeten Spiralcharakter bei. Die Verwirbelung des Blutflusses in der Aorta (0 – 10 °) verhindert die Bildung stagnierender Zonen, erhöht den Druck in der Nähe der Wände, erleichtert eine effektivere Blutsammlung in den abgehenden Gefäßen und verhindert eine Schädigung der Blutzellen durch den ununterbrochenen Fluss. Die Meinungen über die Drehrichtung des Blutflusses in der aufsteigenden Aorta sind nicht eindeutig. Einige Autoren weisen auf eine Drehung des systolischen Blutflusses durch die Aortenklappen des Herzens gegen den Uhrzeigersinn hin, wenn man den Fluss entlang betrachtet, andere – in die entgegengesetzte Richtung; andere erwähnen den Spiralcharakter des systolischen Blutauswurfs überhaupt nicht und wieder andere neigen zu der Hypothese, dass der Wirbelfluss im Aortenbogen entsteht. Die instabile und in manchen Fällen multidirektionale Rotation des Blutflusses in der aufsteigenden Aorta und ihrem Bogen hängt offenbar mit individuellen morphofunktionellen Merkmalen des Auslassabschnitts des linken Ventrikels, der Aortenstrukturen, der Valsalva-Sinus und der Aortenwand zusammen.

Der Blutfluss durch die Pulmonalklappen des Herzens verläuft ähnlich wie die Aorta, ist jedoch deutlich geringer. Bei einem gesunden Erwachsenen erreichen die Geschwindigkeiten 0,8 ± 0,2 m/s, bei einem Kind 0,9 ± 0,2 m/s. Hinter den Lungenstrukturen ist zudem ein Strömungswirbel zu beobachten, der in der Phase der Blutflussbeschleunigung gegen den Uhrzeigersinn gerichtet ist.

Auf die Entspannung des Ventrikels folgt eine Verlangsamung des Blutflusses, und die Mitralstrukturen schließen sich teilweise. Während der Kontraktion des Vorhofs ist die Geschwindigkeit der A-Welle normalerweise geringer als die der E-Welle. Erste Studien zielten darauf ab, den Mechanismus des Mitralklappenschlusses zu erklären. BJ Bellhouse (1972) war der Erste, der vermutete, dass sich während der Ventrikelfüllung hinter den Klappensegeln bildende Wirbel zu deren teilweisem Verschluss beitragen. Experimentelle Studien haben bestätigt, dass die Mitralstrukturen ohne die Bildung großer Wirbel hinter den Klappensegeln bis zum Einsetzen der Ventrikelkontraktion offen blieben und ihr Verschluss mit erheblicher Regurgitation einhergehen würde. J. Reul et al. (1981) fanden heraus, dass der umgekehrte Druckabfall in der Mitte der Diastole des Ventrikels nicht nur für eine Flüssigkeitsverlangsamung, sondern auch für einen initialen Verschluss der Klappensegel sorgt. Somit bezieht sich die Beteiligung von Wirbeln am Mechanismus des Klappensegelschlusses auf den Beginn der Diastole. EL Yellin et al. (1981) stellten klar, dass der Verschlussmechanismus durch die kombinierte Wirkung von Sehnenspannung, Strömungshemmung und ventrikulären Wirbeln beeinflusst wird.

Der diastolische Blutfluss vom linken Vorhof durch die Mitralklappenstrukturen in die linke Herzkammer ist stromabwärts betrachtet im Uhrzeigersinn verwirbelt. Moderne Magnetresonanztomographie-Untersuchungen des räumlichen Geschwindigkeitsfeldes in der linken Herzkammer zeigen eine Wirbelbewegung des Blutes sowohl während der Klappenverschlussphase als auch während der Vorhofkontraktionsphase. Die Verwirbelung des Blutflusses wird durch die tangentiale Blutzufuhr aus den Lungenvenen in den linken Vorhof sowie durch die Richtung des Blutflusses durch das vordere Mitralklappensegel zu den Spiralbälkchen der Innenwand der linken Herzkammer bewirkt. Es ist angebracht, die Frage zu stellen: Was bedeutet dieses Phänomen – die Blutverwirbelung in der linken Herzkammer und der Aorta? Bei einer wirbelnden Strömung übersteigt der Druck an den Wänden der linken Herzkammer den Druck auf ihrer Achse, was während der Phase erhöhten intraventrikulären Drucks zur Dehnung der Wände, zur Einbeziehung des Frank-Starling-Mechanismus in den Prozess und zu einer wirksameren Systole beiträgt. Die wirbelnde Strömung intensiviert die Vermischung der sauerstoffgesättigten und sauerstoffarmen Blutvolumina. Der Druckanstieg in der Nähe der Wände der linken Herzkammer, dessen Maximalwert im Endstadium der Diastole auftritt, erzeugt zusätzliche Kräfte auf die Mitralklappensegel und fördert deren schnelles Schließen. Nachdem die Mitralklappe geschlossen hat, setzt das Blut seine Rotationsbewegung fort. Die linke Herzkammer ändert in der Systole nur die Richtung der Vorwärtsbewegung des Blutes, ohne die Richtung der Rotationsbewegung zu ändern; daher ändert sich das Vorzeichen des Wirbels ins Gegenteil, wenn wir weiter entlang der Strömung blicken.

Das Geschwindigkeitsprofil der Trikuspidalklappe ähnelt dem der Mitralklappe, die Geschwindigkeit ist jedoch geringer, da die Durchgangsöffnung einer solchen Klappe größer ist. Die Trikuspidalklappe des Herzens öffnet sich früher als die Mitralklappe und schließt später.

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