Herzklappen: Segel, Taschen und ihre tragenden Verbindungen

Vier Übergänge mit unterschiedlichen Bauaufgaben

An jedem Kammerzufluss liegt eine Segelklappe: rechts die Trikuspidalklappe, links die Mitralklappe. Die Kammerausgänge tragen Taschenklappen: rechts die Pulmonalklappe zum Lungenarterienstamm und links die Aortenklappe zur Körperschlagader. Damit besitzt jede Kammer einen getrennten Einlass und Auslass. Die Form der beweglichen Gewebe passt zu dieser Lage zwischen Vorhof und Kammer beziehungsweise zwischen Kammer und großer Arterie. [1] [2]

Für die Öffnungsbewegung ist die Druckdifferenz über der Klappe entscheidend. Überwiegt der Druck auf der Zuflussseite, bewegt sich das Gewebe in die Durchlassstellung. Kehrt das Druckgefälle um, legen sich die Verschlussflächen aneinander. Dabei ändern sich gleichzeitig Ringform, Kammergeometrie und Strömung. Eine Herzklappe lässt sich deshalb am besten als beweglicher Gewebeverbund an einer ebenfalls bewegten Umgebung verstehen. [6] [7]

Der vollständige Herzzyklus ordnet die vier Übergänge zeitlich. Während der Kammerfüllung sind die Segelklappen offen; während der Austreibung sind die Taschenklappen offen. Dazwischen liegen kurze Abschnitte mit geschlossenen Ein- und Auslässen. Auf dieser Seite steht die örtliche Konstruktion im Mittelpunkt: Welche Strukturen bewegen sich, wo sind sie befestigt und wie tragen sie die Belastung? [1] [4]

Die Mitralklappe: zwei Segel mit verschiedenen Formen

Die Mitralklappe überspannt den Übergang vom linken Vorhof zur linken Kammer. Ihr vorderes Segel besitzt eine größere zusammenhängende Fläche, während sich das hintere Segel über einen längeren Anteil des Klappenumfangs erstreckt. Das hintere Segel lässt sich gewöhnlich in mehrere Abschnitte gliedern. An den beiden Kommissuren treffen vorderes und hinteres Segel aufeinander; diese Endbereiche verbinden die beweglichen Teile zu einer umlaufenden Verschlussstruktur. [6] [7]

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Der sogenannte Mitralring beschreibt die Ansatzregion der Segel. Sie besitzt eine räumliche, annähernd sattelförmige Gestalt und verändert ihre Form mit dem Herzschlag. Vorderer Ansatzbereich und Aortenwurzel stehen über die aortomitrale Faserkontinuität in enger Verbindung. Weiter hinten ist die Beziehung zur Vorhof- und Kammerwand anders aufgebaut. Diese ungleichen Nachbarschaften erklären, warum der Ring als anatomische Grenzregion mehrere Gewebeverbindungen zusammenfasst. [8] [62]

Beim Schluss berühren sich die beiden Segel entlang einer Koaptationszone. Koaptation bedeutet das flächige Zusammenliegen benachbarter Segelanteile. Ihre freien Ränder tragen zur Form bei; die Verschlussreserve entsteht durch eine überlappende Kontaktfläche. Unter steigendem Kammerdruck verteilt sich die Last über Segel, Sehnenfäden, Papillarmuskeln und Ringumgebung. Das Zusammenspiel dieser Teile hält die Schlussfläche in einer geeigneten Lage zwischen Vorhof und Kammer. [6] [8]

Sehnenfäden und Papillarmuskeln spannen den Halteapparat auf

Die Sehnenfäden, Chordae tendineae, ziehen von Papillarmuskeln zu den Segeln. Ein Teil erreicht die freien Ränder, andere Fäden setzen weiter auf der kammerseitigen Segelfläche an. Diese Verteilung stabilisiert verschiedene Segelbereiche. Die Fäden verzweigen sich und bilden ein räumliches Netz. Wer einen Längsschnitt betrachtet, sieht daher nur einen Ausschnitt aus einem wesentlich breiter aufgefächerten Haltesystem. [7]

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In der linken Kammer lassen sich zwei größere Papillarmuskelgruppen unterscheiden. Jede Gruppe gibt Sehnenfäden zu beiden Mitralsegeln ab. Dadurch verbinden die Muskelgruppen die benachbarten Segelhälften über Kreuz. Ihre Basen gehen aus der Kammermuskulatur hervor. Wenn die Kammer ihre Form ändert, verändern sich auch Abstand und Richtung zwischen Papillarmuskelspitzen, Segelansätzen und Schlussfläche; die Sehnen übertragen die daraus entstehenden Zugkräfte. [7] [8]

Die Papillarmuskeln werden zusammen mit dem übrigen Kammermyokard aktiviert. Ihre Kraftentwicklung stabilisiert den Halteapparat während der Systole und begrenzt die Bewegung der Segel zum Vorhof. Die eigentliche Öffnungs- und Schlussrichtung folgt den Druckverhältnissen. Diese Rollenverteilung macht den Mechanismus anschaulich: Das Druckgefälle bewegt die Segel, ihre Verankerungen führen und sichern die Bewegung unter Last. [1] [6]

Die rechte Segelklappe folgt der Geometrie des rechten Herzens

Die Trikuspidalklappe liegt zwischen rechtem Vorhof und rechter Kammer. Üblicherweise werden ein vorderes, ein hinteres und ein septales Segel beschrieben. Form, Einschnitte und Größe der Segel zeigen eine erhebliche anatomische Vielfalt. Die Benennung in drei Hauptsegmente bietet eine Orientierung entlang des Rings; zusätzliche Unterteilungen können in einzelnen Herzen deutlich sichtbar sein. Bildgebung und Präparation können diese Konturen aus verschiedenen Richtungen zeigen. [9] [12]

Auch rechts gehören Sehnenfäden und Papillarmuskeln zum Klappenapparat. Besonders die septale Seite besitzt eigene Beziehungen zur Kammerscheidewand: Sehnenfäden können unmittelbar aus dem Septum hervorgehen. Papillarmuskelköpfe und Fadenverzweigungen variieren. In anatomischen Originaluntersuchungen lässt sich diese Vielfalt direkt verfolgen. Für ein Grundlagenbild ist deshalb wichtig, die septale Verankerung und den Bezug zur rechten Kammer deutlich darzustellen. [11] [12]

Der Trikuspidalring ist ebenfalls eine dreidimensionale, veränderliche Ansatzregion. Seine Form steht mit der Geometrie des rechten Vorhofs und der rechten Kammer in Verbindung. Auf der septalen Seite liegt der atrioventrikuläre Leitungsübergang in enger Nachbarschaft. Klappenapparat und Reizleitung teilen damit dieselbe räumliche Region. Die jeweilige Detailseite zu diesen Strukturen ergänzt die Betrachtung des rechten Herzinnenraums. [9] [25]

Taschenklappen sind in eine Gefäßwurzel eingebaut

Die Aortenklappe besitzt gewöhnlich drei Taschen. Jede Tasche ist entlang einer gebogenen, halbmondförmigen Linie an der Wurzel befestigt. Die Ansatzlinien steigen zu den Kommissuren hin auf und bilden zusammen eine kronenartige räumliche Anordnung. Der häufig verwendete Begriff Aortenring kann unterschiedliche Bezugslinien meinen, darunter den gedachten Ring durch die tiefsten Ansatzpunkte. Die wirkliche Ansatzlinie lässt sich entlang jeder einzelnen Tasche verfolgen. [10] [62]

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Hinter jeder Tasche weitet sich die Aortenwurzel zu einem Sinus aus. Zwei dieser Sinus tragen gewöhnlich die Ursprünge der rechten und linken Koronararterie. Nach oben geht die Wurzel am sinotubulären Übergang in die röhrenförmige aufsteigende Aorta über. Taschen, Sinuswände und dieser Übergang bilden ein gemeinsames räumliches System. Die Abbildung der Aortenwurzel zeigt deshalb auch die benachbarten Koronarostien. [10] [31]

Während der Austreibung weichen die freien Taschenränder zur Gefäßwand aus. Zum Ende der Austreibung ändern sich die Druck- und Strömungsverhältnisse; die Taschen füllen sich von der arteriellen Seite her und legen ihre freien Anteile aneinander. Ihre Koaptationsflächen bilden den zentralen Verschluss. Die Sinusräume bleiben seitlich hinter den Taschen erhalten. So kann dieselbe dünne Struktur zwischen weiter Durchlassstellung und belastetem Schluss wechseln. [4] [6]

Die Pulmonalklappe besitzt ein vergleichbares Taschenprinzip am Ausgang der rechten Kammer. Ihre Wurzel liegt in einer anderen räumlichen Beziehung zum Herzskelett und zum muskulären Ausflusstrakt. Auch die Druckbelastung des nachgeschalteten Lungenkreislaufs unterscheidet sich. Die gemeinsamen Begriffe Tasche, Sinus und Kommissur helfen beim Vergleich; die einzelne Gefäßwurzel bestimmt ihre konkrete Lage und Verankerung. [6] [10]

Wie lebendes Klappengewebe wechselnde Lasten trägt

Klappengewebe enthält geordnetes Kollagen, elastische Fasern und eine wasserbindende Grundsubstanz. Kollagenreiche Bereiche nehmen Zuglasten auf. Elastische Anteile unterstützen Formänderung und Rückstellung. Die proteoglykanreiche Zwischenschicht begünstigt relative Verschiebungen zwischen den Faserlagen. Die Anordnung folgt der Aufgabe des jeweiligen Segels oder der jeweiligen Tasche; an den Ansätzen geht sie in tragendes Bindegewebe der Umgebung über. [6]

Eine geöffnete Klappe wird von strömendem Blut umspült. Dabei wirken Scherkräfte an der Oberfläche, während die Segel oder Taschen ihre Form ändern. Im geschlossenen Zustand wird die Druckdifferenz über eine belastete Verschlussfläche aufgenommen. Innerhalb eines einzigen Herzschlags wechselt daher die Art der mechanischen Beanspruchung. Für die Gewebeorganisation sind sowohl die Richtung der Fasern als auch die örtlichen Übergänge zwischen beweglicher Fläche und festem Ansatz wichtig. [68]

Kollagenfasern liegen in entspannterem Zustand teilweise gewellt. Mit zunehmendem Zug werden mehr Faseranteile für die Lastaufnahme wirksam. Die daraus entstehende Steifigkeit verändert sich während der Dehnung. Elastin und wasserreiche Matrixbestandteile ergänzen diese Antwort bei Rückstellung, Biegung und Verschiebung. Eine Klappenfläche besitzt deshalb je nach Belastungsrichtung und Ausgangszustand unterschiedliche mechanische Eigenschaften. [66]

An der Blutgrenze liegt ein Endothel, dessen Zellen mechanische Reize wahrnehmen und Signale an benachbarte Zellen und die innere Gewebeumgebung weitergeben. Valvuläre interstitielle Zellen erhalten die Matrix durch einen laufenden Wechsel von Abbau und Neubildung. Histologische Schnitte zeigen diese Zell- und Faserlagen; die funktionelle Bildgebung erfasst ihre gemeinsame Bewegung als Klappenapparat. [6] [7] [66] [67]

Bei einer Untersuchung der Klappenbewegung lassen sich daraus konkrete Beobachtungsebenen ableiten: Wie weit öffnet die Fläche, wie kommen die Segel oder Taschen beim Schluss zusammen, und wie verändern sich Ansatzregion sowie Halteapparat? Bei einer Segelklappe ergänzt die Stellung der Papillarmuskeln die Betrachtung. Bei einer Taschenklappe gehört die Form der Gefäßwurzel dazu. Jede Ebene erklärt einen anderen Teil der gemeinsamen Bewegung. [8] [9]

Für eine vollständige räumliche Beschreibung werden mehrere Ebenen kombiniert: die Ansatzlinie, die freien Ränder, die Kommissuren, die Koaptationsfläche und bei Segelklappen die tieferen Haltestrukturen. Ein einzelner Bildausschnitt kann beispielsweise die Segelbewegung sehr gut zeigen, während ein zweiter die Fadenansätze erklärt. Gemeinsam machen diese Ansichten nachvollziehbar, wie Form, Druck und Verankerung bei jedem Herzschlag zusammenarbeiten. [8] [9]

Vier Klappen und ihre räumlichen Übergänge

Begriffe zum Weiterlesen

Koaptation

Flächige Berührung benachbarter Segel- oder Taschenanteile beim Schluss. [6]

Kommissur

Übergangsbereich, an dem benachbarte bewegliche Klappenanteile aufeinandertreffen. [10]

Annulus

Ansatzregion beziehungsweise definierte Bezugslinie einer Klappe; ihre genaue Bedeutung folgt dem betrachteten Bauteil. [8] [10]

Chordae tendineae

Sehnenfäden zwischen den Segeln einer AV-Klappe und ihrem kammerseitigen Halteapparat. [7]

Papillarmuskel

Aus der Kammerwand hervorgehende Muskelgruppe, die über Sehnenfäden mit Klappensegeln verbunden ist. [7]

Sinus aortae

Seitliche Ausweitung der Aortenwurzel hinter einer Tasche. [10]

Valvuläre interstitielle Zelle

Im Inneren des Klappengewebes liegende Zelle, die unter anderem die extrazelluläre Matrix erhält. [66]

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