Анализ топографических сценариев формирования очагов кальцификации в дисфункциональных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках

Цель. Проанализировать топографические сценарии формирования кальцифика-тов в дисфункциональных аортальных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках.

Материалы и методы. Дисфункциональные аортальные клапаны сердца (n = 18) и атеросклеротические бляшки (n = 20) фиксировали в формалине, постфиксировали в 1% тетраоксиде осмия, последовательно окрашивали 2% тетраоксидом осмия и 2% ура-нилацетатом и заключали в эпоксидную смолу Epon с последующей шлифовкой и полировкой сформованных блоков. После контрастирования цитратом свинца и напыления углеродом проводили визуализацию образцов методом сканирующей электронной микроскопии в обратно рассеянных электронах и элементный анализ кальцификатов методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Измерение соотношения Ca/P в кальцификатах аортальных клапанов и бляшек произведено по схеме «бильярдного стола» в центре кальцификата и часовой стрелке в ближней и дальней окружностях, а также в контрольных участках возле и вдали от кальцификата. Топографические сценарии формирования кальцификатов моделировали при помощи корреляционного анализа.

Результаты. Выявлена значимая корреляция соотношения Ca/P в центре кальцификата с таковой в ближней и дальней окружностях как в клапанных (г = 0,35-0,78 в ближней окружности; г = 0,63-0,69 в дальней окружности), так и атеросклеротических (г = 0,37-0,56 в ближней окружности; г = 0,48-0,63 в дальней окружности) кальцификатах, что свидетельствует об иерархическом принципе формирования очагов кальцификации.

Заключение. Кальцификация в кальцинированных аортальных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках развивается по концентрическому принципу (от центра к периферии).

1. Shi X., Gao J., Lv Q., Cai H., Wang F., Ye R., Liu X. Calcification in Atherosclerotic Plaque Vulnerability: Friend or Foe? Front Physiol. 2020; 11: 56. doi: 10.3389/fphys.2020.00056.

2. Vengrenyuk Y, Carlier S.,. Xanthos S., Cardoso L., Ganatos P, Virmani R., Einav S., Gilchrist L., Weinbaum S. A hypothesis for vulnerable plaque rupture due to stress-induced debonding around cellular microcalcifications in thin fibrous caps. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006; 103(40): 14678-83. doi: 10.1073/pnas.0606310103.

3. Kelly-Arnold A., Maldonado N., Laudier D., Aikawa E., Cardoso L., Weinbaum S. Revised microcalcification hypothesis for fibrous cap rupture in human coronary arteries. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013; 110(26): 10741-6. doi: 10.1073/pnas.1308814110.

4. Petsophonsakul P., Furmanik M., Forsythe R., Dweck M., Schurink G.W., Natour E., Reutelingsperger C., Jacobs M., Mees B., Schurgers L. Role of Vascular Smooth Muscle Cell Phenotypic Switching and Calcification in Aortic Aneurysm Formation. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2019; 39(7): 13511368. doi: 10.1161/ATVBAHA.119.312787.

5. Halevi R., Hamdan A., Marom G., Lavon K., Ben-Zekry S., Raanani E., Haj-Ali R. A New Growth Model for Aortic Valve Calcification. J Biomech Eng. 2018; 140(10). doi: 10.1115/1.4040338.

6. 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.

7. Di Vito A., Donato A., Presta I., Mancuso T., Brunetti F.S., Mastroroberto P, Amorosi A., Malara N., Donato G. Extracellular Matrix in Calcific Aortic Valve Disease: Architecture, Dynamic and Perspectives. Int J Mol Sci. 202; 22(2): 913. doi: 10.3390/ijms22020913.

8. Demer L.L., Tintut Y Inflammatory, metabolic, and genetic mechanisms of vascular calcification. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2014; 34(4): 715-23. doi:10.1161/ATVBAHA.113.302070.

9. Massera D., Kizer J.R., Dweck M.R. Mechanisms of mitral annular calcification. Trends Cardiovasc Med. 2020 Jul;30(5):289-295. doi: 10.1016/j.tcm.2019.07.011

10. Shroff R.C., McNair R., Skepper J.N., Figg N., Schurgers L. J., Deanfield J., Rees L., Shanahan C.M. Chronic mineral dysregulation promotes vascular smooth muscle cell adaptation and extracellular matrix calcification. J Am Soc Nephrol. 2010; 21: 103-112. doi: 10.1681/ASN.2009060640.

11. Kapustin A.N., Chatrou M.L., Drozdov I., Zheng Y, Davidson S.M., Soong D., Furmanik M., Sanchis P., De Rosales R.T., Alvarez-Hernandez D., Shroff R., Yin X., Muller K., Skepper J.N., Mayr M., Reutelingsperger C.P., Chester A., Bertazzo S., Schurgers L.J., Shanahan C.M. Vascular smooth muscle cell calcification is mediated by regulated exosome secretion. Circ Res. 2015; 116(8): 1312-23. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.116.305012.

12. Mayr M., Grainger D., Mayr U., Leroyer A.S., Leseche G., Sidibe A., Herbin O., Yin X., Gomes A., Madhu B., Griffiths J.R., Xu Q., Tedgui A., Boulanger C.M. Proteomics, metabolomics, and immunomics on microparticles derived from human atherosclerotic plaques. Circ Cardiovasc Genet. 2009; 2: 379-388. doi: 10.1161/CIRCGENETICS.108.842849.

13. New S.E., Goettsch C., Aikawa M., Marchini J.F., Shibasaki M. , Yabusaki K., Libby P, Shanahan C.M., Croce K., Aikawa E. Macrophage-derived matrix vesicles: an alternative novel mechanism for microcalcification in atherosclerotic plaques. Circ Res. 2013; 113: 72-77. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.113.301036.

14. Cote N., El Husseini D., Pepin A., Guauque-Olarte S., Ducharme Vi, Bouchard-Cannon P, Audet A, Fournier D, Gaudreault N. Derbali H, McKee MD, Simard C, Despres JP, Pibarot P, Bosse Y, Mathieu P. ATP acts as a survival signal and prevents the mineralization of aortic valve. J Mol Cell Cardiol. 2012; 52: 1191-202.

15. Durham A.L., Speer M.Y., Scatena M., Giachelli C.M., Shanahan C.M. Role of smooth muscle cells in vascular calcification: implications in atherosclerosis and arterial stiffness. Cardiovasc. Res. 2018; 114(4): 590-600. doi: 10.1093/cvr/cvy010.

16. Allahverdian S., Chaabane C., Boukais K., Francis G.A., Bochaton-Piallat M.L. Smooth muscle cell fate and plasticity in atherosclerosis. Cardiovasc. Res. 2018; 114(4): 540-550. doi: 10.1093/cvr/cvy022.

17. Chistiakov D.A., Orekhov A.N., Bobryshev Y.V. Vascular smooth muscle cell in atherosclerosis. Acta Physiol. (Oxf). 2015; 214(1): 33-50. doi: 10.1111/apha.12466.

18. Reynolds J.L., Skepper J.N., McNair R., Kasama T., Gupta K., Weissberg PL., Jahnen-Dechent W., Shanahan C.M. Multifunctional roles for serum protein fetuin-a in inhibition of human vascular smooth muscle cell calcification. J Am Soc Nephrol. 2005; 16: 2920-2930. doi: 10.1681/ASN.2004100895.

19. Ambale-Venkatesh B., Yang X., Wu C.O., Liu K., Hundley W.G., McClelland R., Gomes A.S., Folsom A.R., Shea S., Guallar E., Bluemke D.A., Lima J.A.C. Cardiovascular Event Prediction by Machine Learning: The Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis. Circ Res. 2017; 121(9): 1092-1101. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.117.311312.

20. Foley R.N., Collins A.J., Herzog C.A., Ishani A., Kalra PA. Serum phosphorus levels associate with coronary atherosclerosis in young adults. J Am Soc Nephrol. 2009; 20(2): 397-404. doi: 10.1681/ASN.2008020141.

21. 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.

22. Hutcheson J.D., Goettsch C., Bertazzo S., Maldonado N., Ruiz J.L., Goh W., Yabusaki K., Faits T., Bouten C., Franck G., Quillard T., Libby P., Aikawa M., Weinbaum S., Aikawa E. Genesis and growth of extracellular-vesicle-derived microcalcification in atherosclerotic plaques. Nat Mater. 2016; 15(3): 335-43. doi: 10.1038/nmat4519.

23. Burgmaier M., Milzi A., Dettori R., Burgmaier K., Marx N., Reith S. Colocalization of plaque macrophages with calcification is associated with a more vulnerable plaque phenotype and a greater calcification burden in coronary target segments as determined by OCT. PLoS One. 2018; 13(10): e0205984. doi: 10.1371/journal.pone.0205984.

24. Fuery M.A., Liang L., Kaplan F.S., Mohler E.R. 3rd. Vascular ossification: Pathology, mechanisms, and clinical implications. Bone. 2018; 109: 28-34. doi: 10.1016/j.bone.2017.07.006.

25. Carino A., Ludwig C., Cervellino A., Muller E., Testino A. Formation and transformation of calcium phosphate phases under biologically relevant conditions: Experiments and modelling. Acta Biomater. 2018; 74: 478-488. doi: 10.1016/j.actbio.2018.05.027.

26. Lee J.S., Morrisett J.D., Tung C.H. Detection of hydroxyapatite in calcified cardiovascular tissues. Atherosclerosis. 2012; 224(2): 340-7. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2012.07.023.

27. Cheng C.L., Chang H.H., Huang P.J., Wang W.C., Lin S.Y. Ex vivo assessment of valve thickness/ calcification of patients with calcific aortic stenosis in relation to in vivo clinical outcomes. J Mech Behav Biomed Mater. 2017; 74: 324-332. doi: 10.1016/j.jmbbm.2017.06.020.

28. Cottignoli V, Relucenti M., Agrosi G., Cavarretta E., Familiari G., Salvador L., Maras A. Biological niches within human calcified aortic valves: towards understanding of the pathological biomineralization process. Biomed Res Int. 2015; 2015: 542687. doi: 10.1155/2015/542687.

29. Mangialardo S., Cottignoli V., Cavarretta E., Salvador L., Postorino P., Maras A. Pathological biominerals: raman and infrared studies of bioapatite deposits in human heart valves. Appl Spectrosc. 2012; 66(10): 1121-7. doi: 10.1366/12-06606.

30. 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.

31. Bischetti S., Scimeca M., Bonanno E., Federici M., Anemona L., Menghini R., Casella S., Cardellini M., Ippoliti A., Mauriello A. Carotid plaque instability is not related to quantity but to elemental composition of calcification. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 2017; 27(9): 768-774. doi: 10.1016/j.numecd.2017.05.006.

32. Pettenazzo E., Deiwick M., Thiene G., Molin G., Glasmacher B., Martignago F., Bottio T., Reul H., Valente M. Dynamic in vitro calcification of bioprosthetic porcine valves evidence of apatite crystallization. J Thorac Cardiovasc Surg. 2001; 121(3): 500-9. doi: 10.1067/mtc.2001.112464.