Nel folio 115 verso del “Corpus of the anatomical Studies” della collezione di Sua Maestà la Regina presso il Castello di Windsor, Leonardo Da Vinci riporta numerosi disegni della valvola aortica (Figg.1,2,3) così come la sua valutazione delle diverse strutture. Questo “folio” rappresenta uno dei più ricchi esempi della precisa e accurata metodologia di Leonardo anche se,talvolta, di difficile interpretazione .
Fig. 1. La valvola aortica (1512-1513)
Il costante interesse di Leonardo per la valvola aortica viene dimostrato dalla frequente ricorrenza di disegni di una struttura tricuspide , indicando il fatto che era particolarmente attratto dalla sua simmetria. Inoltre egli affermò: “ No mj legga chi non e matematicho nelli mja principj” (“Non lasciare nessuno che non sia un matematico leggere i miei principi”). E’ ben conosciuto che la simmetria, già ben definita da Vitruvio come “la proporzione fra il tutto e le sue differenti componenti”, viene rappresentata da armonia, equilibrio e proporzione (Leonardo) così come è documentato che, nella scuola di Pitagora, il cerchio nel piano e la sfera nello spazio erano considerati le figure perfette per la loro simmetria e rotazione. In effetti, nei disegni di Leonardo, la valvola aortica tricuspide (ma anche quella quadricuspide) inserita in un cerchio appariva un perfetto esempio di simmetria e rotazione (Fig 2).
Fig. 2. Dettaglio della valvola aortica
L’interesse di Leonardo, come matematico non si limitava soltanto alla simmetria geometrica della valvola aortica; difatti, vista la sua attenzione per la fluido-dinamica, è possibile che considerasse la valvola aortica come un importante componente emodinamico. In effetti, descrisse un metodo di osservazione anatomica, simile alla moderna “ingegneria inversa”, dove ogni elemento veniva scomposto e,successivamente, analizzato (“li uscjoli” i lembi, “l’infima bassezza” lo scheletro fibroso). Leggermente diversa alla metodologia di Leonardo, la moderna “ingegneria inversa” prende da parte un oggetto, analizza il suo funzionamento e cerca di duplicarlo o migliorarlo, come ,ad esempio,nei “software” e “hardware” dei computer. Dopo avere esaminato ogni componente,Leonardo ne intuiva la funzione e con una fervida immaginazione cercava di ricostruire tutto il “meccanismo”.Nel caso specifico, analizzando il flusso attraverso il vaso e i seni (Fig. 3) era stato in grado di capire come il compito della valvola aortica venisse svolto, soprattutto per quello che riguarda l’apertura e la chiusura.
Fig. 3. Valvola e radice aortica in dettaglio
Infine, descrisse accuratamente la verifica sperimentale con un modello di valvola aortica”fa questa prova dj vetro e moujcj dentro acqua e panico”. Se da un lato tutte le teorie di Leonardo erano suffragate da un’argomentazione sperimentale, dall’altro l’osservazione della forma rappresentava il pilastro su cui fondare la teoria della funzione. Infatti, nel Codex Atlanticus , scrisse “nessuno effetto in natura e sanza ragione; intendi la ragione e non ti bisogna esperienza” cioè “niente in natura è senza motivo; capisci il motivo e non avrai bisogno di esperienza”. Pertanto il concetto di “Unità funzionale e morfologica” della valvola aortica viene introdotto da Leonardo con una semplice domanda: “perche il buso della arteria aorto e triangolare” (“perché l’orificio dell’arteria aortica è triangolare?”).
Fu probabilmente l’anatomista greco Erasistrato (304-250 a.c) il primo a descrivere le tre membrane a livello degli orifici polmonari e aortici (tre membrane totalmente sigmoidee) e la rappresentazione grafica di una valvola aortica o polmonare tricuspide è una delle prime nella storia della medicina, seppure Leonardo non escluse anche la possibilità che le stesse valvole avessero 4 o 2 lembi. E’ certamente difficile pensare che Leonardo avesse mai visto una valvola aortica quadricuspide o bicuspide, mentre è più probabile fosse conseguenza della sua fervida immaginazione. In ogni caso l’incidenza della valvola aortica bicuspide è di circa 0,5-2%/100 neonati ed è dello 0.008% nei casi di valvola quadricuspide. Sicuramente, Leonardo aveva avuto scarse probabilità di riscontrare una valvola bicuspide e ancora di meno una quadricuspide nelle sue probabili 30 dissezioni anatomiche, se consideriamo che una vasta casistica presentata da Simmonds (25.666 autopsie) riporta soltanto 2 casi di valvola aortica quadricuspide. Comunque, Leonardo riporta nei suoi disegni 3 diverse configurazioni di valvola aortica che appaiono frutto di un ragionamento geometrico piuttosto che la riproduzione di una esperienza diretta. In base a questo ragionamento egli spiegò la ragione per la quale la configurazione con tre cuspidi fosse superiore rispetto a quella con quattro e determinò che “per la qual cosa langolo piu ottuso e piu forte chellangolo retto del quadrato” (“per questa ragione l’angolo ottuso è più forte rispetto all’angolo retto del quadrato”). Difatti, in una valvola tricuspide chiusa, nel centro dell’aorta ogni lembo forma un angolo di 120° mentre nella configurazione con quattro lembi è di 90° per cui,secondo Leonardo,l’ orificio quadrato della valvola con quattro lembi è più largo rispetto all’orificio triangolare inserito nello stesso cerchio e di conseguenza, i lembi della valvola quadricuspide sono più deboli, perchè gli angoli di chiusura sono più lontani dalla base del triangolo. In questo modo, Leonardo in modo semplice, anticipò il concetto di aumento dello stress dei lembi in presenza di malattie congenite (valvola aortica bicuspide o quadricuspide) e questo concetto venne riconosciuto di grande importanza nel disegno e costruzione di protesi biologiche o nei casi di chirurgia conservativa della valvola aortica.
Leonardo affermò anche che “usscioli” ,cioè i lembi valvolari aortici, sono la miglior soluzione in termini di efficacia e durabilità perché “lla sagace natura provide dj durissima resisstentia nella infima baseza del cerchi dellinpeto” (“la natura dispone una estrema resistenza nella parte più bassa del cerchio”).
Leonardo,inoltre,comprese chiaramente che la durabilità della valvola era in gran parte dipendente dal fatto che i lembi valvolari erano parte integrante della parete aortica avviando una personale valutazione anche della radice aortica e del flusso (Fig.4).
Fig. 4. La radice aortica sec. Leonardo con analisi del flusso
Dall’osservazione di suoi disegni si capisce che Da Vinci aveva anche capito che i lembi valvolari non si inserivano in maniera circolare ma piuttosto a modo di corona (lo scheletro fibroso) delimitando piccole strutture triangolari di ventricolo, che sono state rivalutate recentemente. Infatti Sutton indicò che i triangoli “interleaflet” rappresentano il cono cruciale nell’adeguato funzionamento della valvola aortica perché permettono l’azione indipendente dei seni.
L’interpretazione di Leonardo della funzione valvolare aortica è basata soprattutto dall’analisi del flusso del sangue. Egli,infatti, scrisse che la valvola aortica si apre dal sangue che “incide” e si chiude dal sangue che si “riflette”, considerando anche che “l’impeto” del sangue va dal ventricolo verso l’aorta con conseguente stiramento e dilatazione dei lembi verso l’alto. Inoltre,spiegò che la velocità del sangue poteva dipendere dai differenti diametri dell’aorta: “major velocita nella mjnor larghezze dessa canna” (“maggiore è la velocità quando l’orificio è più piccolo, e minore quando è più grande”).
Leonardo considerò che in presenza di sangue, la valvola aortica si divide in una parte
centrale ed una porzione laterale formando delle circonvoluzioni a questo livello;con questa chiara descrizione dei vortici a livello dei seni, Leonardo semplicemente spiegava come la chiusura della valvola aortica non era soltanto dovuta ad un reflusso del sangue ma anche ad un perfetto effetto emodinamico a livello della radice aortica.
Un altro importante ragionamento è quello riguardo la coaptazione dei lembi aortici. Infatti è chiaro che, per Leonardo, l’area di coaptazione era fondamentale nel mantenere le cuspidi chiuse, in modo tale che il sangue non refluisse in ventricolo e comprese che la coaptazione non si verificava a livello del bordo libero ma a livello della “pancia” dei lembi. Il meccanismo funzionale della valvola aortica può essere spiegato dalla presenza di pieghe a livello della tunica arteriosa delle cuspidi aortiche e Leonardo,con le sue semplici descrizioni, aveva spiegato elementi dimostrabili soltanto al microscopio.Dagli studi effettuati da Gross e Kugel,sappiamo che i lembi aortici hanno tre tuniche istologiche : una nella parte ventricolare (inflow) chiamata“ventricularis”, che è costituita da fibra elastiche,una seconda, centrale, chiamata “spongiosa” costituita da collagene e fibre elastiche in una rete di proteoglicani e la terza (outflow) chiamata fibrosa, formata da fibre collagene disposte in maniera “corrugata”. In presenza di pressione, questi solchi scompaiono, in quanto la lunghezza del lembo aumenta durante l’apertura mentre superficie di coaptazione si incrementa durante la chiusura. Questo è anche uno dei meccanismi grazie al quale la valvola aortica riesce a mantenere una corretta coaptazione in determinate situazioni soprattutto quando la radice appare dilatata. Quindi grazie all’intuizione e il ragionamento di Leonardo, l’importanza dell’area di coaptazione nell’efficienza e durabilità della funzionalità della valvola vengono sottolineate. Sappiamo ancora che, grazie a questo meccanismo, l’area di coaptazione aumenta del 40% durante la diastole con una conseguente riduzione del sovraccarico di pressione a livello del lembo. Come conseguenza della consapevolezza dell’importanza dell’area di coaptazione, è facile capire il perché Leonardo considerasse la configurazione tricuspide della valvola aortica quale quella più forte e più resistente allo stress.
Altro elemento di studio di Leonardo è rappresentato dalla contiguità anatomica tra valvola aortica e valvola mitrale (Fig.5). Tale contiguità rappresenta tuttora elemento di grande importanza nell’ambito della chirurgia valvolare e deve essere presente nel bagaglio formativo di un chirurgo cardiovascolare.
Fig. 5. Valvola e radice aortica,rapporti con valvola mitrale
In conclusione gli studi di Leonardo su valvola e radice aortica rappresentano la base della moderna medicina e chirurgia cardiovascolare in quanto egli comprese elementi di notevole importanza quali:
- ruolo del flusso ematico attraverso i seni di Valsalva;
- importanza dello stress a livello dei lembi valvolari aortici;
- meccanismo di coaptazione delle cuspidi;
- importanza della struttura anatomica della valvola nell’ambito della parete aortica;
- importanza della contiguità mitro-aortica
