Структура кальцификатов в биопротезах клапанов сердца, консервированных диглицидиловым эфиром этиленгликоля

Основные положения. Морфология и элементный состав кальциевых депозитов, сформированных в тканях эпоксиобработанных биопротезов в аортальной и митральной позициях, не отличались от кальцификатов, выявленных в минерализованном матриксе створок стенозированного аортального клапана человека. Элементный состав минеральных отложений в биопротезах «КемКор» и «ЮниЛайн» одинаковый, тогда как морфология кальцификатов различалась между рассматриваемыми моделями клапанных заменителей и, по-видимому, обусловлена специфичностью строения волокнистого матрикса биоткани, использованной при их изготовлении.

Цель. Сравнительный анализ морфологии и элементного состава минеральных отложений, образованных в створках эпоксиобработанных биопротезов, в зависимости от позиции имплантации (аортальной или митральной) и типа биоматериала (ксеноаортальный или ксеноперикардиальный); оценка кальциевых депозитов, сформированных в тканях протезных клапанов, относительно кальцификатов из пораженного клапана аорты человека.

Материалы и методы. В исследовании использованы створки клапанных биопротезов «КемКор» и «ЮниЛайн» (ЗАО «НеоКор», Кемерово, Россия), эксплантированных из митральной и аортальной позиций по причине дисфункций, а также створки кальцинированного аортального клапана (АК), удаленного при его протезировании. Морфологию кальцификатов изучали методом сканирующей электронной микроскопии с использованием микроскопа S-3400N (Hitachi, Япония), их элементный состав - методом электронно-зондового микроанализа с помощью энергодисперсионного спектрометра XFlash 4010 (Bruker, Германия), входящего в конструкцию указанного микроскопа.

Результаты. В изученных образцах обнаружены крупные внутренние кальцификаты, окруженные коллагеновыми волокнами, как правило, с признаками начала минерализации. В створках нативного клапана аорты и ксеноаортальных биопротезов «КемКор» кальциевые отложения располагались преимущественно в спонгиозном слое и имели рыхлую структуру, тогда как в створках перикардиальных протезов «ЮниЛайн» присутствовали плотные кальцификаты пластинчатой формы. Анализ элементного состава кальциевых депозитов показал присутствие Са, Р, O, Mg и Na в минерализованных участках и наличие S в областях с меньшей электронной плотностью. Соотношение Са/Р для кальцификатов в створках АК составило 1,81 (1,79-1,84; min - 1,48; max - 2,05), в створках биопротезов «ЮниЛайн» и «КемКор» - 1,78 (1,751,86; min - 1,52; max - 2,03) и 1,82 (1,81-1,88; min - 1,71; max - 2,06) соответственно. Достоверных различий в соотношении Са/Р между кальцификатами в исследованных группах не выявлено (р>0,05).

Заключение. Кальциевые депозиты, выявленные в ткани эпоксиобработанных биопротезов и АК человека, по-видимому, образованы посредством дистрофической минерализации. Морфология кальцификатов в биопротезах зависит от типа биологической ткани, в которой они сформированы. Связь между морфологической структурой кальцификатов, обнаруженных в створках биопротезов, и позицией имплантации изделий не выявлена. Элементный состав минеральных отложений не различался во всех изученных образцах.

1. Baumgartner H., Falk V., Bax J.J., De Bonis M., Hamm C., Holm P.J., Iung B., Lancellotti P., Lansac E., Rodriguez Munoz D., Rosenhek R., Sjogren J., Tornos Mas P., Vahanian A., Walther T., Wendler O., Windecker S., Zamorano J.L., ESC Scientific Document Group. 2017 ESC/EACTS Guidelines for the management of valvular heart disease. Eur. Heart J. 2017, 38(36):2739-2791. doi:10.1093/eurheartj/ehx391.

2. Nishimura R.A., Otto C.M., Bonow R.O., Carabello B.A., Erwin J.P. 3rd., Fleisher L.A., Jneid H., Mack M.J., McLeod C.J., O'Gara P.T., Rigolin V.H., Sundt T.M. 3rd., Thompson A. 2017 AHA/ACC focused update of the 2014 AHA/ACC guideline for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology American Heart Association task force on clinical practice guidelines. Circulation. 2017, 135(25):e1159-e1195. doi:10.1161/CIR.0000000000000503.

3. Lindman B.R., Clavel M.A., Mathieu P., Iung B., Lancellotti P., Otto C.M., Pibarot P. Calcific aortic stenosis. Nat Rev Dis Primers. 2016; 2:16006. doi:10.1038/nrdp.2016.6.

4. Harb S.C., Griffin B.P. Mitral valve disease: a comprehensive review. Curr Cardiol Rep. 2017; 19(8):73. doi:10.1007/s11886-017-0883-5.

5. Fiedler A.G., Tolis G.Jr. Surgical treatment of valvular heart disease: overview of mechanical and tissue prostheses, advantages, disadvantages, and implications for clinical use. Curr. Treat. Options Cardiovasc. Med. 2018; 20(1):7. doi:10.1007/s11936-018-0601-7.

6. Pibarot P., Dumesnil J.G. Prosthetic heart valves: selection of the optimal prosthesis and long-term management. Circulation. 2009; 119(7):1034-1048. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.108.778886.

7. Li K.Y.C. Bioprosthetic heart valves: upgrading a 50year old technology. Front. Cardiovasc. Med. 2019; 6:47. doi:10.3389/fcvm.2019.00047.

8. Capodanno D., Petronio A.S., Prendergast B., Eltchaninoff H., Vahanian A., Modine T., Lancellotti P., Sondergaard L., Ludman P.F., Tamburino C., Piazza N., Hancock J., Mehilli J., Byrne R.A., Baumbach A., Kappetein A.P., Windecker S., Bax J., Haude M. Standardized definitions of structural deterioration and valve failure in assessing longterm durability of transcatheter and surgical aortic bioprosthetic valves: a consensus statement from the European Association of Percutaneous Cardiovascular Interventions (EAPCI) endorsed by the European Society of Cardiology (ESC) and the European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS). Eur. Heart J. 2017; 38(45):3382-3390. doi:10.1093/eurheartj/ehx303.

9. Dvir D., Bourguignon T., Otto C.M., Hahn R.T., Rosenhek R., Webb J.G., Treede H., Sarano M.E., Feldman T., Wijeysundera H.C., Topilsky Y., Aupart M., Reardon M.J., Mackensen G.B., Szeto W.Y., Kornowski R., Gammie J.S., Yoganathan A.P., Arbel Y., Borger M.A., Simonato M., Reisman M., Makkar R.R., Abizaid A., McCabe J.M., Dahle G., Aldea G.S., Leipsic J., Pibarot P., Moat N.E., Mack M.J., Kappetein A.P., Leon M.B.; VIVID (Valve in Valve International Data) Investigators. Standardized definition of structural valve degeneration for surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves. Circulation. 2018; 137(4):388-399. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.117.030729.

10. Bonetti A., Marchini M., Ortolani F. Ectopic mineralization in heart valves: new insights from in vivo and in vitro procalcific models and promising perspectives on noncalcifiable bioengineered valves. J. Thorac. Dis. 2019; 11(5):2126-2143. doi:10.21037/jtd.2019.04.78.

11. Schoen F.J., Levy R.J. Calcification of tissue heart valve substitutes: progress toward understanding and prevention. Ann. Thorac. Surg. 2005; 79(3):1072-1080. doi:10.1016/j.athoracsur.2004.06.033.

12. Chen J., Peacock J.R., Branch J., David Merryman W. Biophysical analysis of dystrophic and osteogenic models of valvular calcification. J. Biomech. Eng. 2015; 137(2):020903. doi:10.1115/1.4029115.

13. 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. Journal of Microscopy 2007; 228(1):62-77. doi:10.1111/j.1365-2818.2007.01824.x.

14. Chen J., Peacock J.R., Branch J., David Merryman W. Biophysical analysis of dystrophic and osteogenic models of valvular calcification. J. Biomech. Eng. 2015; 137(2):020903. doi:10.1115/1.4029115.

15. Wang Y., Azais T., Robin M., Vallee A., Catania C., Legriel P., Pehau-Arnaudet G., Babonneau F., Giraud-Guille M.M., Nassif N. The predominant role of collagen in the nucleation, growth, structure and orientation of bone apatite. Nat Mater. 2012; 11(8):724-733. doi:10.1038/nmat3362.

16. Aguiari P., Fiorese M., Iop L., Gerosa G., Bagno A. Mechanical testing of pericardium for manufacturing prosthetic heart valves. Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. 2016; 22(1):72-84. doi:10.1093/icvts/ivv282.

17. Soares J.S., Feaver K.R., Zhang W., Kamensky D., Aggarwal A., Sacks M.S. Biomechanical behavior of bioprosthetic heart valve heterograft tissues: characterization, simulation, and performance. Cardiovasc. Eng. Technol. 2016; 7(4):309-351. doi:10.1007/s13239-016-0276-8.

18. Richards J.M., Kunitake J.A.M.R., Hunt H.B., Wnorowski A.N., Lin D.W., Boskey A.L., Donnelly E., Estroff L.A., Butcher J.T. Crystallinity of hydroxyapatite drives myofibroblastic activation and calcification in aortic valves. Acta Biomater. 2018; 71:24-36. doi:10.1016/j.actbio.2018.02.024.

19. Weska R.F., Aimoli C.G., Nogueira G.M., Leirner A.A., Maizato M.J., Higa O.Z., Polakievicz B., Pitombo R.N., Beppu M.M. 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.

20. Cottignoli V., Cavarretta E., Salvador L., Valfre C., Maras A. 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.

21. Bertazzo S., Gentleman E. Aortic valve calcification: a bone of contention. Eur. Heart J. 2017; 38(16):1189-1193. doi:10.1093/eurheartj/ehw071.

22. Bertazzo S., Gentleman E., Cloyd K.L., Chester A.H., Yacoub M.H., Stevens M.M. Nano-analytical electron microscopy reveals fundamental insights into human cardiovascular tissue calcification. Nat. Mater. 2013; 12(6):576-583. doi:10.1038/nmat3627.

23. Mohler E.R. 3rd., Gannon F., Reynolds C., Zimmerman R., Keane M.G., Kaplan F.S. Bone formation and inflammation in cardiac valves. Circulation. 2001; 103(11):1522-1528. doi:10.1161/01.cir.103.11.1522.

24. Ovcharenko EA, KU Klyshnikov, AE Yuzhalin, GV Savrasov, TV Glushkova, GU Vasukov, DV Nushtaev, YuA Kudryavtsev, LS Barbarash. Comparison of xenopericardial patches of different origin and type of fixation implemented for TAVI. International Journal of Biomedical Engineering and Technology. 2017; 25(1):44-59. doi: 10.1504/IJBET.2017.086551

25. Барбараш Л.С., Рогулина Н.В., Рутковская Н.В., Овчаренко Е.А. Механизмы развития дисфункций биологических протезов клапанов сердца. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2018;7(2):10-24. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2018-7-2-10-24

26. Lu F., Wu H., Bai Y., Gong D., Xia C., Li Q., Lu F., Xu Z. Evidence of osteogenic regulation in calcific porcine aortic valves. Heart Surg Forum. 2018; 21(5):E375-E381. doi:10.1532/hsf.2033.