Трикуспидальный и пульмональный клапаны сердца регулируют кровоток от тканей к легким для обогащения кислородом, митральный и аортальный клапаны левого сердца контролируют кровоток артериальной крови к органам и тканям. Аортальный и пульмональный являются выходными клапанами левого и правого желудочков, соответственно. Митральный и трикуспидальный клапаны сердца являются выходными клапанами левого и правого предсердий и одновременно входными клапанами левого и правого желудочков, соответственно.

Аортальный и пульмональный клапаны сердца открыты в фазу сокращения желудочков (систола) и закрыты в фазу расслабления желудочков (диастола). В фазы изоволюмического сокращения и расслабления все четыре клапана закрыты. Закрытые пульмональный и трикуспидальный клапаны сердца выдерживают давление 30 мм рт. ст., аортальный — около 100 мм рт. ст., митральный — до 150 мм. рт. ст. Повышенные нагрузки на клапаны сердца слева определяют их большую подверженность заболеваниям. Гемодинамика может играть важную роль в развитии клапанной патологии

Аортальные клапаны сердца открывается в начале систолического сокращения левого желудочка и закрываются перед диастолическим расслаблением желудочка. Систола начинается в момент открытия аортального клапана (20-30 мс) и продолжается около 1/3 времени сердечного цикла. Кровоток через клапаны сердца быстро усиливается и достигает максимальной скорости в первой трети систолы после полного открытия створок. Торможение кровотока через клапаны сердца происходит медленнее. Обратный градиент давления тормозит низкоскоростное пристенное течение с образованием обратного течения в синусах. В течение систолы прямой перепад давления, под действием которого кровь движется через аортальные клапаны сердца, не превышает нескольких мм. рт. ст., обратный же перепад давления на клапане в норме достигает 80 мм рт. ст. Клапаны сердца закрываются в конце фазы торможения потока с формированием незначительного обратного потока. Все клапаны сердца закрыты в фазы изоволюмического сокращения и расслабления. Аортальные клапаны сердца изменяют свои размеры и форму а течение цикла сокращения сердца, в основном, по направлению оси аорты. Периметр фиброзного кольца достигает минимума в конце систолы и максимума — в конце диастолы. Исследования на собаках показали 20% изменение периметра при аортальном давлении 120/80 мм. рт. ст. В течение систолы в синусах наблюдается образование вихревого движения жидкости. Вихри способствуют быстрому и эффективному закрытию створок. Объем обратного перетока составляет 5% от прямого. В здоровом организме под действием прямого перепада давления скорость кровотока быстро нарастает до значений 1,4±0,4 м/с. У детей наблюдаются еще более высокие скорости — 1,5±0,3 м/с. В конце систолы имеет место короткий период обратного кровотока, который фиксируется ультразвуковым допплеровским методом. Источником обратного расхода может служить как собственно обратное течение крови через проходное отверстие клапана в фазу закрытия створок, так и движение уже закрытых створок в сторону левого желудочка.

Профиль скорости в плоскости фиброзного кольца равномерный, но с небольшим скосом в сторону септальной стенки. Кроме того, систолический поток крови через аортальные клапаны сердца сохраняет спиралевидный характер, сформированный в левом желудочке. Закрутка кровотока в аорте (0-10°) устраняет образование застойных зон, повышает давление вблизи стенок, способствуя более эффективному отбору крови в отходящие сосуды, предупреждает травму форменных элементов крови за счет безотрывного течения. Суждения о направлении вращения кровотока в восходящем отделе аорты неоднозначны. Одни авторы указывали на вращение систолического потока крови через аортальные клапаны сердца против часовой стрелки, если смотреть по потоку, другие — на противоположное направление, третьи — вообще не упоминают о спиралевидном характере систолического выброса крови, четвертые — склоняются к гипотезе зарождения закрученного потока в дуге аорты. Неустойчивый, а в ряде случаев разнонаправленный характер вращения потока крови в восходящем отделе аорты и ее дуге связан, по-видимому, с индивидуальными морфофункциональными особенностями выходного отдела левого желудочка, аортального структур, синусов Вальсальвы, стенки аорты.

Кровоток через пульмональные клапаны сердца близок к аортальному, но существенно меньше его по величине. В здоровом взрослом организме скорости достигают 0,8±0,2 м/с в детском — 0,9±0,2 м/с. За пульмональным структурами также наблюдается закрутка потока, которая направлена в фазу ускорения кровотока против часовой стрелки.

За релаксацией желудочка следует торможение потока крови, и митральные структуры частично призакрывается. При сокращении предсердия скорость в А-волне обычно меньше по сравнению с Е-волной. Первоначальные исследования были направлены на объяснение механизма закрытия митрального клапана. В. J. Bellhouse (1972) первым предположил, что вихри, образовавшиеся за створками во время наполнения желудочка, способствуют частичному закрытию створок. Экспериментальные исследования подтвердили, что без образования крупных вихрей за створками митральные структуры оставались бы в открытом состоянии до начала сокращения желудочка, а его закрытие сопровождалось значительной регургитацией. J. Reul и соавт. (1981) обнаружили, что обратный перепад давления в середине диастолы желудочка обеспечивает не только торможение жидкости, но и начальное прикрытие створок. Таким образом, участие вихрей в механизме закрытия створок относится к началу диастолы. Е. L. Yellin и соавт. (1981) уточнили, что на механизм закрытия совокупно влияют натяжение хорд, торможение потока и вихри в желудочке.

Диастолический поток крови, исходящий из левого предсердия через митральные структуры в левый желудочек, закручен по часовой стрелке при взгляде по потоку. Современные исследования пространственного скоростного поля в левом желудочке методом магнитного резонанса обнаруживают вихревое движение крови как в фазу прикрытия створок, так и в фазу сокращения предсердия. Закрутка потока обеспечивается тангенциальной подачей крови из легочных вен в полость левого предсердия, а также направлением кровотока передней створкой митрального клапана на спиралеобразные трабекулы внутренней стенки левого желудочка. Уместно задаться вопросом: какой смысл заложен природой в этом феномене — закрутке крови в левом желудочке сердца и аорте? В закрученном потоке давление у стенок левого желудочка превышает давление на его оси, что способствует растяжению его стенок в период повышения внутрижелудочкового давления, включению в процесс механизма Франка-Старлинга и более эффективной систоле. Закрученный поток интенсифицирует смешивание объемов крови — насыщенных кислородом с обедненными. Повышение давления вблизи стенок левого желудочка, максимальное значение которого приходится на конечную стадию диастолы, создает дополнительные усилия на створки митрального клапана и способствует быстрейшему их закрытию. После закрытия митрального клапана кровь продолжает вращательное движение. Левый желудочек в систолу лишь меняет направление поступательного движения крови, не изменяя при этом направление вращательного движения, следовательно, знак закрутки меняется на противоположный, если по-прежнему смотреть по потоку.

Профиль скорости в трикуспидальном клапане похож на митральный, но скорости здесь меньше, так как площадь проходного отверстия такого клапана больше. Трикуспидальные клапаны сердца открываются раньше митрального, а закрывается позже.