Статья
Особенности кальцификации элементов сердечно-сосудистой системы и их заменителей: состав, структура и локализация кальцификатов
Кальцификация тканей сердечно-сосудистой системы и биологических заменителей нарушает их нормальную биомеханическую функцию, приводя к стенозам или разрывам тканей. Разработки стратегий по снижению риска кальцификации требуют понимания механизмов данного процесса. Однако, несмотря на то что механизмы кальцификации активно изучаются с середины 80-х годов прошлого века и широко освещены в литературе, в настоящее время нет единого мнения о причинно-следственных связях данного патологического процесса. В представленном обзоре приведены данные по составу, структурным особенностям и локализации кальцификатов в структуре естественных клапанов сердца и сосудов, биопротезов клапанов сердца, обработанных глутаровым альдегидом, а также данные по кальцификатам, полученным в экспериментах in vivo и in vitro. Данные характеристики кальцификатов отражают особенности механизма кальцификации. Результаты проведенного обзора литературы демонстрируют, что локальным триггером процесса кальцификации являются гибель клеток и микроразрушения окружающих тканей на фоне общего биохимического дисбаланса, при этом скорость процессов кальцификации обусловлена концентрацией механического напряжения.
1. d'Arcy J. L., Prendergast B. D., Chambers J. B. et al. Valvular heart disease: the next cardiac epidemic. Heart 2011; 97 (2): 91-93. DOI: 10.1136/hrt.2010.205096.
2. Ghaisas N. K., Foley J. B., O'Briain D. S. et al. Adhesion molecules in nonrheumatic aortic valve disease: endothelial expression, serum levels and effects of valve replacement. J. Am Coll Cardiol 2000; 36 (7): 2257-2262.
3. Wallby L., Janerot-Sjцberg B., Steffensen T., Broqvist M. T-lymphocyte infiltration in non-rheumatic aortic stenosis: a comparative descriptive study between tricuspid and bicuspid aortic valves. Heart 2002; 88 (4): 348-351.
4. New S. E., Aikawa E. Molecular imaging insights into early inflammatory stages of arterial and aortic valve calcification. Circ Res 2011; 108(11): 1381-1391. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.110.234146.
5. Farzaneh-Far A., Proudfoot D., Shanahan C. Weissberg P. L. Vascul ar and valvar calcification: recent advances. Heart 2001; 85: 13-17. DOI: 10.1136/heart.85.1.13
6. Schoen F.J., Levy R.J. Calcification of Tissue Heart Valve Substitutes: Progress Toward Understanding and Prevention. Ann Thorac Surg 2005; 79: 1072-1080. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2004.06.033
7. Sturla F., Ronzoni M., Vitali M. et al. Impact of different aortic valve calcification patterns on the outcome of transcatheter aortic valve implantation: A finite element study. J. Biomech 2016; 49 (12): 2520-2530. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2016.03.036.
8. Fujita B., Kütting M., Seiffert M. et al. Calcium Distribution Patterns of the Aortic Valve as a Risk Factor for the Need of Permanent Pacemaker Implantation After Transcatheter Aortic Valve Implantation. Eur Heart J. Cardiovasc Imaging 2016; 17 (12): 1385-1393. DOI: 10.1093/ehjci/jev343
9. Harbaoui B., Montoy M., Charles P. et al. Aorta calcification burden: Towards an integrative predictor of cardiac outcome after transcatheter aortic valve implantation. Atherosclerosis 2016; 246: 161-168. DOI: 10.1016/j.atherosclerosis. 2016.01.013.
10. Hutcheson J. D., Goettsch C., Rogers M. A., Aikawa E. Revisiting cardiovascular calcification: A multifaceted diseaserequiring a multidisciplinary approach. Semin Cell Dev Biol 2015; 46: 68-77. DOI: 10.1016/j.semcdb.2015.09.004.
11. Mikroulis D., Mavrilas D., Kapolos J. et al. Physicochemical and microscopical study of calcific deposits from natural and bioprosthetic heart valves. Comparison and implications for mineralization mechanism. J. Mater Sci Mater Med 2002; 13: 885-889.
12. Pettenazzo E., Deiwick M., Thiene G. et al. Dynamic in vitro calcification of bioprosthetic porcine valves evidence of apatite crystallization. J. Thoracic Cardiovasc Surg 2001; 121 (3): 500-509. DOI: 10.1067/mtc.2001.112464
13. Kim K. M., Herrera G. A., Battarbee H. D. Role of glutaraldehyde in calcification of porcine aortic valve fibroblasts. Am J. Pathol 1999; 154 (3): 843-852. DOI: 10.1016/S0002-9440(10)65331-X
14. Grases F., Sohnel O., Zelenkova M. Ultrafine Structure of Human Aortic Valve Calcific Deposits. J. Cytol Histol 2014; 5 (2): 214. DOI.org/10.4172/2157-7099.1000214
15. Mohler III E. R., Gannon F., Reynolds C. et al. Bone Formation and Inflammation in Cardiac Valves. Circulation 2001; 103(11): 1522-1528.
16. Chen J., Peacock J. R., Branch J., David Merryman W. Biophysical analysis of dystrophic and osteogenic models ofvalvular calcification. J. Biomech Eng 2015; 137 (2): 020903. DOI: 10.1115/1.4029115.
17. Balachandran K., Sucosky P.,Jo H., Yoganathan A. P. Elevated Cyclic Stretch Induces Aortic Valve Calcification in a Bone Morphogenic Protein-Dependent Manner. Am J. Pathol 2010; 177 (1): 49-57. DOI: 10.2353/ajpath.2010.090631
18. Титов Л. Т., Ларионов П. М., Щукин В. С., Зайковский В. И. Механизм минерализации сердечных клапанов. Поверхность. Рентгеновские, син-хротронные и нейтронные исследования 2001; 3: 74-79
19. Вересов А. Г., Путляев В. И., Третьяков Ю. Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфатов кальция. Рос. хим. жур. 2004; XLVIII (4): 52-64
20. Delogne C., Lawford P. V., Habesch S. M., Carolan V. A. Characterization of the calcification of cardiac valve bioprostheses by environmental scanning electron microscopy and vibrational spectroscopy. J. Microscopy 2007; 228 (l): 62-77. DOI: 10.1111 /j.1365-2818.2007.01824.x
21. Ламанова Л. М. Тканевая кальцификация в сердечно-сосудистой системе. Вестник Томского государственного университета 2010; 337: 194-197
22. Пухов Д. Э., Васильев С. В., Зотов А. С. и др. Микроморфология, состав, особенности локализации минеральных отложений створок аортальных клапанов по данным сканирующей электронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа. Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н. И. Пирогова 2014; 9 (1): 23-30
23. Cottignoli V., Cavarretta E., Salvador L. et al. Morphological and Chemical Study of Pathological Deposits in Human Aortic and Mitral Valve Stenosis: A Biomineralogical Contribution. Patholog Res Int 2015; 2015: 342984. DOI: 10.1155/2015/342984.
24. Orzechowska S., Wrybel A., Goncerz G. et al. Physicochemical and Micro-Tomographic Characterization of Inorganic Deposits Associated with Aortic Stenosis. J. Heart Valve Dis 2014; 23 (1): 40-47.
25. Prieto R. M., Gomila I., Sцhnel O. et al. Study on the structure and composition of aortic valve calcific deposits: Etiological aspects. J. Biophys Chem 2011; 2 (1): 19-25. DOI: 10.4236/jbpc. 2011.21003
26. Halevi R., Hamdan A., Marom G. et al. Progressive aortic valve calcification: Three-dimensional visualization and biomechanical analysis. J. Biomechanics 2015; 48 (3): 489-497; DOI: 10.1016/ j. jbiomech. 2014.12.004.
27. Weska R. F., Aimoli C. G., Nogueira G. M. et al. Natural and Prosthetic Heart Valve Calcification: Morphology and Chemical Composition Characterization. Artif Organs 2010; 34 (4): 311-318. DOI: 10.1111/j.1525-1594.2009.00858.x.
28. Tomazic B. B. Physiochemical principles of cardiovascular calcification. Z. Kardiol 2001; 90 (3): 68-80.
29. Попандопуло А. Г., Петрова М. В., Юдицикий Д. Л., Мокрик И. Ю. Механизмы кальцификации сосудисто-клапанных биопротезов и методы ее изучения. Сучаснi медичнi технологii 2011; 3 (4): 313-16
30. Пухов Д. Э., Васильев С. В., Зотов А. С. и др. Особенности локализации и состав минеральных отложений атеросклеротических бляшек коронарных артерий по данным сканирующей электронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа. Атеросклероз и дислипидемии 2014; 1: 40-49
31. Cottignoli V., Relucenti M., Agrosм G. et al. Biological Niches within Human Calcified Aortic Valves: Towards Understanding of the Pathological Biomineralization Process. Biomed Res Int 2015; 2015 DOI: 10.1155/2015/542687.
32. Bertazzo S., Gentleman E., Cloyd K. L. et al. Nano-analytical electron microscopy reveals fundamental insights into human cardiovascular tissue calcification. Nature Materials 2013; 12 (6): 576-583; DOI: 10.1038/nmat3627.
33. Кутихин А. Г., Великанова Е. А., Глушкова Т. В. и др. Сходство минерало-органических наночастиц, выделенных из атеросклеротических, и искусственно синтезированных минерало-органических наночастиц. Медицина в Кузбассе 2015; 14 (4): 55-66
34. Bertazzo S., Gentleman E. Aortic valve calcification: a bone of contention. Eur Heart J. 2016; DOI: 10.1093/eurheartj/ehw071
35. Кутихин А. Г., Великанова Е. А., Глушкова Т. В. и др. Роль кальций-фосфатных бионов в патогенезе атеросклероза: отсутствие прямой кальцификации тканей и изменения конформации антикальцифицирующих белков. Медицинский альманах 2016; 1 (41): 135-139
36. Sathyamurthy I., Alex S. Calcific aortic valve disease: Is it another face of atherosclerosis? Indian Heart J. 2015; 67 (5): 503-506. DOI: 10.1016/j.ihj. 2015.07.033.
37. Wang Y., Azais T., Robin M. et al. The predominant role of collagen in the nucleation, growth, structure and orientation of bone apatite. Nature Materials 2012; 11 (8): 724-733. DOI: 10.1038/nmat3362.
38. Iung B., Baron G., Butchart E. G. et al. A prospective survey of patients with valvular heart disease in Europe: The Euro Heart Survey on Valvular Heart Disease. Eur Heart J. 2003; 24 (13): 1231-1243.
39. Flameng W., Meuris B., Yperman J. et al. Factors influencing calcification of cardiac bioprostheses in adolescent sheep. J. Thorac Cardiovasc Surg 2006; 132: 89-98. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2006.02.036
40. Honge J. L., Funder J. A., Pedersen T. B. et al. Degenerative processes in bioprosthetic mitral valves in juvenile pigs. J. Cardiothorac Surg 2011; 15 (6): 72. DOI: 10.1186/1749-8090-6-72.
41. Flameng W., Meuris B., De V. G. et al. Trilogy pericardial valve: hemodynamic performance and calcification in adolescent sheep. Ann Thorac Surg 2008; 85 (2): 587-592. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2007.09.041.
42. Bottio T., Thiene G., Pettenazzo E. et al. Hancock II bioprosthesis: A glance at the microscope in mid-long-term explants. J. Thorac Cardiovasc Surg 2003; 126 (1): 99-105.
43. Stankovic Z., Allen B. D., Garcia J. et al. 4D flow imaging with MRI. Cardiovasc Diagn Ther 2014; 4 (2): 173-192. DOI: 10.3978 / j.issn.2223-3652.2014.01.02.
44. Bouchareb R., Boulanger M., Fournier D. et al. Mechanical strain induces the production of spheroid mineralized microparticles in the aortic valve through a RhoA/ROCK-dependent mechanism. J. Mol Cellular Cardiol 2014; 67: 49-59. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2013.12.009.
45. Fisher C. I., Chen J., Merryman W. D. Calcific nodule morphogenesis by heart valve interstitial cells is strain dependent. Biomech Model Mechanobiol 2013; 12: 5-17. DOI: 10.1007/s10237-012-0377-8
46. Журавлева И. Ю., Глушкова Т. В., Веремеев А. В. и др. Применение аминодифосфоната для профилактики кальцификации эпоксиобработанных биопротезов. Патология кровообращения и кардиохирургия 2010; 2: 18-21
47. Masumoto H., Watanabe T., Sakai Y. et al. Experimental study of calcification of the xenopericardia. Kyobu Geka 2000; 53 (6): 468-471.
48. Bailey M. T., Pillarisetti S., Xiao H., Vyavahare N. R. Role of elastin in pathologic calcification of xenograft heart valves. J. Biomed Mater Res A 2003; 66 (1): 93-102. DOI: 10.1002/jbm.a.10543.