Significance of the Subvalvular Apparatus for Left-Ventricular Dimensions and Systolic Function: Experimental Replacement of the Mitral Valve

Summary

To study the significance of the subvalvular apparatus for left-ventricular performance in mitral valve replacement, a new experimental model was developed. In 21 dogs St. Jude prostheses were implanted in the mitral position preserving the chordae tendineae and the papillary muscles by plicating an fixing the mitral leaflets with the prosthesis on the valvular annulus. Flexible steel wires were slung around the chordae tendineae of the anterior and the posterior papillary muscle separately and passed through the left ventricular wall via insulating plastic cannulas. Left-ventricular dimensions and global systolic function were measured during volume loading with blood before and after severance of the chordae tendineae by external application of electrocautery to the steel wires. Thus the heart continued beating without any interference following loss of the subvalvular apparatus. The external left ventricular diameters in the major and minor axis were determined by sonomicrometry. Left-ventricular systolic and diastolic pressures were measured by catheter tip manometers, stroke volume by electromagnetic measurements of flow in the ascending aorta. When the chordae tendineae had been cut, left-ventricular enddiastolic diameters in the major axis were increased (+ 2%), in the minor axis decreased (- 1 %) at any left-ventricular enddiastolic pressure. Systolic shortening of the major axis diameter was considerably reduced (20-27%) at any left-ventricular enddiastolic pressure following severance of the chordae tendineae. Significant increase of the systolic shortening in the minor axis diameter occurred at preload levels of 3-6 mmHg (15-8%), while at higher left-ventricular enddiastolic pressure of 7-8 mmHg no significant changes were present. Peak systolic left-ventricular pressure and heart rate did not change following severance of the chordae tendineae at comparable preload levels, whereas the maximum rate of rise of left-ventricular pressure (dP/dt_max) (-9 to -10%) as well as left-ventricular stroke volume (-7 to -8 %) decreased significantly after destruction of the subvalvular apparatus. These results reveal changes of left-ventricular dimensions and an impairment of left-ventricular performance following mitral valve replacement with excision of the mitral valve leaflets, chordae tendineae, and papillary muscles. These results suggest that preservation of the subvalvular apparatus in mitral valve replacement in patients be seriously considered whenever possible.

Zusammenfassung

Um die Bedeutung des subvalvulären Halteapparates der Mitralklappe für die linskventrikuläre Funktion zu untersuchen, wurde ein neues experimentelles Modell entwickelt. In 21 Hundeversuchen wurden St. Jude-Prothesen in Mitralposition implantiert, wobei der subvalvuläre Apparat erhalten blieb und die Klappensegel mit der Kunststoffprothese am Mitralring fixiert wurden. Flexible Stahldrähte wurden um die Chordae tendineae sowohl des vorderen als auch des hinteren Papillarmuskels geschlungen und mit Hilfe von isolierten Plastikkanülen durch die Ventrikelwand nach außen gestochen. Durch Elektrokoagulation wurden die Sehnenfäden von außen durchtrennt, so daß das Herz in seinen Kontraktionen nicht eingeschränkt war und unbehindert weiterschlagen konnte. Während der Blutvolumenbelastung wurden sowohl vor als auch nach Durchtrennung der Sehnenfäden Funktionskurven des linken Ventrikels erstellt. Die äußeren Durchmesser des linken Ventrikels wurden mit Hilfe des Ultraschall-Laufzeitverfahrens in der Längs- und Querachse bestimmt. Die Drucke im linken Ventrikel wurden mit Katheterspitzenmanometern, das linksventrikuläre Schlagvolumen mit einem elektromagnetischen Strömungsmesser an der Aorta ascendens gemessen. Nach Durchtrennung der Sehnenfäden nahm bei vergleichbaren linksventrikulären enddiastolischen Drucken der enddiastoli sche Längsdurchmesser des linken Ventrikels um 2% zu, der enddiastolische Querdurchmesser dagegen um 1% ab. Die systolische Verkürzung im Längsdurchmesser war nach Funk tionsverlust des subvalvulären Mitralklappenapparates bei alien vergleichbaren Vorlaststufen erheblich reduziert (-27%). Signifikante Veränderungen der systolischen Verkürzung waren im Querdurchmesser nur bei linksventrikulären enddiastolischen Drucken von 3-6mmHg (Anstiege von 15 bzw. 8%) vorhanden, dagegen waren bei höheren linksventrikulären enddiastolischen Drucken von 7-8 mmHg nach Durchtrennung der Sehnenfäden keine Veränderungen zu erkennen. Der systolische Linksventrikeldruck und die Herzfrequenz waren nach Durchtrennung der Sehnenfäden nicht verändert, während dP/ dt max (-9% bis -10%) als auch das linksventrikuläre Schlagvolumen (-7% bis -8%) bei alien vergleichbaren linksventrikulären Füllungsdrucken nach Funktionsverlust des subvalvulä ren Halteapparates signifikant abnahmen. Diese Ergebnisse zeigen Veränderungen der linksventrikulären Dimensionen und eine Beeinträchtigung der systolischen Linksventrikelfunktion, wenn beim Mitralklappenersatz die Klappensegel, die Chordae tendineae und die Papillarmuskeln reseziert werden. Es erscheint empfehlenswert, beim Mitralklappenersatz am Patienten Teile des subvalvularen Halteapparates - wenn möglich - zu erhalten.

Key words

Mitral valve replacement - Subvalvular apparatus - Left-ventricular function - Left-ventricular dimensions - Canine experiments