CC BY
13
26 Комплектные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний
УДК 616.13.002.2-004.6
DOI 10.17802/2306-1278-2021-10-3-26-33
АНАЛИЗ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЦЕНАРИЕВ ФОРМИРОВАНИЯ ОЧАГОВ КАЛЬЦИФИКАЦИИ В ДИСФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КЛАПАНАХ СЕРДЦА
И АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКИХ БЛЯШКАХ Л.А. Богданов1, Н.Ю. Осяев1, Ю.Д. Богданова2, Р.А. Мухамадияров1, А.Р. Шабаев1,
А.В. Евтушенко1, А.Г. Кутихин1
1 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Сосновый бульвар, 6, Кемерово, Российская Федерация, 650002; 2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет», ул. Красная, 6, Кемерово, Российская Федерация, 650000
Основные положения
• На данный момент процесс морфологического развития кальцификата в литературе почти не описан. Расшифровка механизма морфологического роста кальцификата в атеросклеротической бляшке и створке аортального клапана позволит унифицировать фармакотерапию, направленную на ингибирование кальцификации элементов сердечно-сосудистой системы.
Цель Проанализировать топографические сценарии формирования кальцифика-тов в дисфункциональных аортальных клапанах сердца и атеросклеротиче-ских бляшках.
Материалы и методы Дисфункциональные аортальные клапаны сердца (n = 18) и атеросклеротиче-ские бляшки (n = 20) фиксировали в формалине, постфиксировали в 1% тетра-оксиде 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 атеро-склеротических (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 атеро-склеротических бляшках развивается по концентрическому принципу (от центра к периферии).
Ключевые слова Атеросклероз • Кальцинирующий аортальный стеноз • Минерализация • Кальцификация • Элементный анализ • Фосфат кальция
Поступила в редакцию: 29.05.2021; поступила после доработки: 04.06.2021; принята к печати: 21.07.2021
ELEMENTAL ANALYSIS OF VALVULAR AND ATHEROSCLEROTIC
CALCIFICATION
L.A. Bogdanov1, N.Yu. Osyaev1, Yu.D. Bogdanova2, R.A. Mukhamadiyarov1, A.R. Shabaev1,
A.V. Evtushenko1, A.G. Kutikhin1
Для корреспонденции: Лев Александрович Богданов, bogdanovleone@gmail.com; адрес: Сосновый бульвар, 6, Кемерово, Россия, 650002
Corresponding author: Leo A. Bogdanov, bogdanovleone@gmail.com; address: 6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, Russian Federation, 650002
Элементный анализ кальцификатов 27
1 Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", 6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, Russian Federation, 650002; 2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kemerovo State University", 6, Krasnaya St., Kemerovo, Russian Federation, 650000
Highlights
• The lack of scientific data hinders understanding of morphological patterns of calcification. Deciphering the mechanism of morphological growth of calcification in the atherosclerotic plaque and the aortic valve leaflet will allow clinicians to advance the development of unified therapy aimed at successful treatment of calcifications of the cardiovascular system.
Aim To analyze the topographic patterns of valvular and atherosclerotic calcification growth.
Methods Dysfunctional aortic valves (n = 18) and atherosclerotic plaques (n = 20) were fixed in formalin, postfixed in 1% osmium tetroxide, consecutively stained by 2% osmium tetroxide and 2% uranyl acetate, and embedded into epoxy resin (Epon) with the further grinding and polishing ofthe samples. Upon the counterstaining by lead citrate and sputter coating with carbon, samples were visualized by backscattered scanning electron microscopy. Elemental analysis was conducted via energy-dispersive X-ray spectroscopy. Measurement of Ca/P ratio within the mineral deposits was carried out employing a pool table principle (i.e., in the center of the deposit, in the near and far circumferences (clockwise), and in control regions around the mineral deposit). Topographic patterns of calcifications were modeled using the correlation analysis.
Results Significant correlation was revealed between the Ca/P ratio in the deposit center and in the near and far circumferences of deposit in both in valvular (r = 0,35-0,78 - near circumference; r = 0,63-0,69 - far circumference) and atherosclerotic mineral deposits (r = 0,37-0,56 - near circumference; r = 0,48-0,63 - far circumference), suggesting the hierarchical growth of cardiovascular calcification around the initial nucleation sites.
Conclusion Valvular and atherosclerotic calcifications development is concentric.
Keywords Atherosclerosis • Calcific aortic stenosis • Mineralization • Calcification • Elemental analysis • Calcium phosphate
Received: 29.05.2021; received in revised form: 04.06.2021; accepted: 21.07.2021
Введение
Патологические механизмы минерализации элементов сердечно-сосудистой системы гетерогенны и представляют собой предмет дискуссий на протяжении последних десятилетий. К примеру, макрокаль-цификация (более 100 мкм) неоинтимы играет положительную роль, сдерживая прогрессирование ате-росклеротической бляшки [1], микрокальцификация (от 5 до 100 мкм) неоинтимы, напротив, нарушает целостность фиброзной покрышки и способствует нестабильности бляшки [1-3], а кальцификация ме-дии в любом ее проявлении играет отрицательную роль, критически нарушая способность артерий реагировать на изменения артериального давления и приводя к их механической недостаточности [4]. В то же время кальцификация клапанов сердца носит сугубо негативный характер, препятствуя физиологическим движениям их створок и вызывая развитие аортального стеноза, как следствие приводящего к хронической сердечной недостаточности [5-7].
На протяжении долгого времени считалось, что патологическая минерализация сердечно-сосудистой
системы является пассивным дегенеративным процессом, однако последние исследования доказали обратное, при этом эктопическая кальцификация в сосудах и клапанах сердца протекает аналогично ортото-пической оссификации в костной ткани [8, 9]. В ходе онтогенетического остеогенеза матриксные везикулы отделяются от плазматической мембраны остеобла-стов/остеоцитов и могут служить центрами нуклеации гидроксиапатита [10]. Матриксные везикулы сосудистых гладкомышечных клеток с остеохондрогенной дифференцировкой содержат кальций-связывающие аннексины А2, А5, А6 [11], а также щелочную фос-фатазу, которая участвует в разложении пирофосфата, выступающего в роли ингибитора минерализации, и приводит к генерации свободных фосфат-анионов [7]. Ультраструктурные исследования продемонстрировали в стенке патологических сосудов и клапанов сердца матриксные везикулы, содержащие гидроксиапатит, что позволяет предположить их участие в формировании очага кальцификации [7, 12, 13].
Образующийся в результате действия щелочной фосфатазы неорганический фосфат активно
28 Elemental analysis of calcification
поглощается интерстициальными клетками клапанов через натрий-зависимый переносчик фосфатов Pit-1, после чего от клеток отделяются кальцифици-рующиеся матриксные везикулы [14]. Сосудистые гладкомышечные клетки также играют ключевую роль в инициировании и регулировании кальци-фикации сосудов, выделяя при остеохондрогенной дифференцировке кальцифицирующиеся матрикс-ные везикулы и экспрессируя специфические каль-ций-связывающие белки, синтез которых в норме ограничен костной тканью [15-17]. Остеохондро-генная дифференцировка сосудистых гладкомы-шечных клеток в нормальных физиологических условиях не происходит в результате регулирующего действия тканевых ингибиторов минерализации матриксного Gla-белка (MGP), Gla-богатого белка (GRP) и фетуина-A, связывающих избыточные ионы кальция и фосфора в микроокружении сосудистых гладкомышечных клеток [18]. Справедливым является и обратное утверждение - уровень внеклеточного кальция и фосфора ассоциирован с кальцификацией сосудов [19, 20].
Механизм химической трансформации фосфата кальция при формировании кальцификата in vivo изучен достаточно хорошо [21, 22], тогда как процесс морфологического развития кальцификата в литературе почти не описан. На данный момент имеются две основные теории: концентрическая (рост кальцификата из центра к периферии с выраженной корреляцией отношения содержания кальция к содержанию фосфора (Ca/P) от центра к периферии) [21, 22] и мультицентричная (множественные очаги кальцификации сливаются друг с другом, образуя единый кальцификат с неоднородным соотношением Ca/P в различных участках, неравномерно распределенных по всей площади кальцификата) [23-25].
Цель исследования - проанализировать релевантность каждой из представленных гипотез происходящему в нативных кальцинированных аортальных клапанах и атеросклеротических бляшках сценарию, используя элементный анализ и расчет соотношения кальция к фосфору в репрезентативных кальцификатах и их участках.
Материалы и методы
Получены нативные створки аортального клапана сердца (n = 18), удаленные при их протезировании по причине аортального стеноза или недостаточности, и атеросклеротические бляшки (n = 20), удаленные в ходе каротидной эндартерэктомии из-за гемодина-мически значимого стеноза. Оба вида операций проведены в НИИ КПССЗ (Кемерово, Россия). До включения в исследование от всех пациентов получено письменное информированное согласие, протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом НИИ КПССЗ (№ ЛФАА-ЛБ-3 от 25.06.2019).
Эксплантированные створки аортального клапана и бляшки были промыты в физиологическом растворе и перенесены в забуференный 10% формалин (рН 7,4) (B06-003, ООО «БиоВитрум», Россия) для фиксации на 24 ч с однократной сменой формалина через первые 2 ч. На следующем этапе образцы постфиксировали в 1% тетраоксиде осмия (OsO4, 19110, Electron Microscopy Sciences, США), приготовленном на 0,1М фосфатном буфере, в течение 12 ч и далее окрашивали 2% водным раствором тетраоксида осмия в течение 48 ч. На следующем этапе биоптаты обезвоживали в этаноле возрастающей концентрации (50, 60, 70, 80, 95%, по две 15-минутных смены в каждой из указанных концентраций). Далее биоптаты докрашивали 2% спиртовым раствором уранилацетата (22400-2, Electron Microscopy Sciences) в течение 5 ч, обезвоживали в изопропаноле (06-002, ООО «БиоВитрум») в течение 5 ч и ацетоне (150495, АО «ЛенРеактив», Россия) в течение часа.
Затем образцы пропитывали смесью эпоксидной смолы Epon (14120, Electron Microscopy Sciences) и ацетона в соотношении 1:1 в течение 6 ч, чистой эпоксидной смолой в течение 24 ч и полимеризова-ли в свежей эпоксидной смоле при 60 °C в течение 24 ч. Получившиеся эпоксидные блоки шлифовали до поверхности образца и полировали на установке TegraPol-11 (Struers, Дания) с последовательным использованием шлифовальных дисков с диаметром зерна 9, 6 и 3 мкм. После полировки образцы контрастировали цитратом свинца по Рейнольдсу (17810, Electron Microscopy Sciences) в течение 15 мин путем нанесения раствора на отполированную поверхность блока. После отмывки в бидистилли-рованной воде на блоки наносили углеродное напыление толщиной в 10-15 нм с помощью вакуумного напылительного поста (EM ACE200, Leica, Австрия).
Визуализацию образцов производили методом сканирующей электронной микроскопии (Hitachi S-3400N, Hitachi, Япония) в режиме BSECOMP (обратно рассеянных электронов) при ускоряющем напряжении 15 кВ. Элементный анализ кальцифи-катов выполняли при помощи энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (XFlash 4010, Bruker, США). Анализ проводился также в режиме обратно рассеянных электронов в условиях высокого вакуума при ускоряющем напряжении 15 кВ.
Статистический анализ
Статистическую обработку полученных данных выполняли при помощи программы GraphPad Prism 8 (GraphPad Software, США). Корреляционный анализ производили с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Корреляцию считали значимой при значении коэффициента корреляции r>0,4 и p<0,05.
L.A. Bogdanov et al. 29
Результаты
При электронно-микроскопическом анализе выявлена массивная кальцификация как дисфункциональных аортальных клапанов, так и атеро-склеротических бляшек. Особенностью кальци-фикации клапанов были множественные макро-кальцификаты, распределенные по всей створке клапана (рис. 1, a), в то время как в подавляющем большинстве атеросклеротических бляшек отмечены лишь один или несколько крупных очагов кальцификации (рис. 1, b).
С целью определения механизма роста кальци-фиката в клапанах и бляшках измеряли элементный состав различных зон репрезентативных кальцифи-катов по схеме «бильярдного стола» (рис. 2). Соотношение Ca/P в различных участках кальцификатов аортального клапана варьировало от 1,85 до 3,43 по сравнению с кальцификатами бляшек, где наблюдали значения от 1,92 до 3,08. По результатам корреляционного анализа полученных данных в очагах и клапанной (рис. 3), и атеросклеротической
Рисунок 2. Схема проведения элементного анализа внутри одного кальцификата по типу «бильярдного стола»: 1-11 -участки внутри кальцификата (2-7 - ближняя окружность, 8-11 - дальняя окружность), 12-14 - контрольные участки вокруг кальцификата, 15 - контрольный участок вдали от кальцификата
Figure 2. Scheme of elemental analysis employing "pool table principal". 1-11, regions within the mineral deposit (2-7, near circumference; 8-11, far circumference); 12-14, control regions around the mineral deposit; 15, a control region aside the mineral deposit
Рисунок 1. Кальцификаты: в составе кальцинированного аортального клапана, ув. х 45 (a); в составе атеросклеротической бляшки, ув. х 42 (b)
Figure 1. Calcifications in: (a) dysfunctional aortic valve, magnification 45х; (b) atherosclerotic plaque, magnification 42х
Рисунок 3. Репрезентативное соотношение Ca/P в центре, ближней и дальней окружностях клапанного кальцификата, а также контрольном участке возле кальцификата
Figure 3. Representative Ca/P ratio in the center, near circumference, and far circumference of the valvular calcification and adjacent control region
30 Элементный анализ кальцификатов
минерализации (рис. 4) выявлено увеличение соотношения Ca/P по мере удаления от центра кальцификата, свидетельствующее о меньшей зрелости фосфата кальция в периферических зонах. Соотношение Ca/P в центре клапанных кальцификатов коррелировало с таковым в участках ближней (г = 0,35-0,78) и дальней (г = 0,63-0,69) окружностей (таблица) и было выше, чем в атеросклеро-тических бляшках (г = 0,37-0,56, центр и ближняя окружность; г = 0,48-0,63, центр и дальняя окружность) (см. таблицу). Таким образом, созревание минерала от центра к периферии более выраженно в клапанных кальцификатах по сравнению с ате-росклеротическими, где оно протекает более равномерно. Кроме того, контрольные участки 12, 13 и 14 (см. рис. 2) в непосредственной близости к
кальцификату и в аортальном клапане (см. рис. 3), и в бляшке (см. рис. 4) содержали исключительно кальций, а не фосфор.
Обсуждение
Согласно данным литературы, терминальной стадией кальцификации является гидроксиапатит с соотношением Ca/P, равным 1,67 [26], однако каль-цификаты в биологических тканях характеризуются существенной долей карбоната в составе фосфата кальция (к примеру, карбонат-гидроксиапатита, который также называется биоапатитом); помимо ги-дроксиапатита они также могут содержать дикаль-ций фосфат и октакальций фосфат [27-30]. По этой причине метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии не позволяет идентифицировать
Рисунок 4. Репрезентативное соотношение Ca/P в центре, ближней и дальней окружностях атеросклеротического кальцификата, а также контрольном участке возле кальцификата
Figure 4. Representative Ca/P ratio in the center, near circumference, and far circumference of the atherosclerotic calcification and adjacent control region
Корреляция соотношения Ca/P в центре и различных участках атеросклеротических и клапанных кальцификатов, выбранных по схеме согласно рис. 2
Correlation (Spearman's г) between the Ca/P ratio in the center of valvular calcifications and in hierarchically selected areas at their near circumference (2-7), far circumference (8-11) and control region (12)
Номер участка Аортальные клапаны / Aortic valves Атеросклеротические бляшки / Atherosclerotic plaques
/ Area number коэффициент корреляции Спирмена / Spearman's rank correlation coefficient P коэффициент корреляции Спирмена / Spearman's rank correlation coefficient P
2 0,355 0,148 0,374 0,104
3 0,566 0,014 0,499 0,025
4 0,690 0,002 0,52 0,019
5 0,645 0,004 0,556 0,011
6 0,785 0,001 0,442 0,051
7 0,219 0,383 0,135 0,569
8 0,248 0,321 0,083 0,729
9 0,690 0,002 0,633 0,003
10 0,347 0,158 0,481 0,032
11 0,638 0,004 0,28 0,232
12 -0,079 0,838 -0,206 0,384
Л.А. Богданов и др.
31
точное количество и соотношение Ca и P в биоминералах, а следовательно, достоверно определить в них тип фосфата кальция. Как правило, диффе-ренцировка фаз фосфата кальция осуществляется при помощи рентгеновской порошковой дифрак-тометрии, однако такой анализ требует предварительного сжигания ткани и поэтому не позволяет провести дифференциальный анализ в различных участках кальцификата [27].
По данным, полученным в ходе элементного анализа различных фаз фосфата кальция во время его созревания, трансформация фосфата кальция до гидроксиапатита происходит за 7-10 дней [25]. Более ранее исследование элементного состава кальцификатов 41 атеросклеротической бляшки с гемодинамически значимым стенозом (>60%) при помощи энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии показало, что почти две трети кальци-фикатов состоят из гидроксиапатита, еще треть - из оксалата кальция [31]. В эксперименте со сжиганием органического компонента биопротезов клапанов сердца и последующим элементным анализом продемонстрировано, что соотношение Ca/P в неорганическом компоненте соответствует гидрокси-апатиту [32]. В целом длительность формирования кальцификатов в бляшках позволяет с достаточной долей уверенности предполагать преимущественное преобладание в них терминальной фазы фосфата кальция - гидроксиапатита.
Полученные в представленной работе результаты демонстрируют рост кальцификатов от центра к периферии как в кальцинированных аортальных клапанах сердца, так и атеросклеротических бляшках, что свидетельствует в пользу концентрической, а не мультицентричной теории роста минерала [21, 22]. Безусловно, нельзя исключать того, что в некоторых случаях эктопические кальцификаты в тканях
сердечно-сосудистои системы могут постепенно соединяться в один, однако сильная корреляционная связь соотношения Ca/P от центра к периферии свидетельствует об иерархическом порядке кальци-фикации вокруг ядер нуклеации, которыми в том числе могут служить секретируемые сосудистыми гладкомышечными клетками остеохондрогенного фенотипа матриксные везикулы [11].
Заключение
Кальцификация в кальцинированных аортальных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках развивается по концентрическому принципу (от центра к периферии).
Конфликт интересов
Л.А. Богданов заявляет об отсутствии конфликта интересов. Н.Ю. Осяев заявляет об отсутствии конфликта интересов. Ю.Д. Богданова заявляет об отсутствии конфликта интересов. Р.А. Мухамадия-ров заявляет об отсутствии конфликта интересов. А.Р. Шабаев заявляет об отсутствии конфликта интересов. А.В. Евтушенко заявляет об отсутствии конфликта интересов. А.Г. Кутихин заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование
Работа выполнена при поддержке комплекснои программы фундаментальных научных исследований СО РАН в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ № 0546-2019-0002 «Патогенетическое обоснование разработки имплантатов для сердечно-сосудистой хирургии на основе биосовместимых материалов с реализацией пациент-ориентированного подхода с использованием математического моделирования, тканевой инженерии и геномных предикторов».
Информация об авторах
Богданов Лев Александрович, младший научный сотрудник лаборатории фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация; ORCГО 0000-0003-4124-2316
Осяев Николай Юрьевич, лаборант-исследователь лаборатории фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация; ORCID 0000-0002-5186-7873
Богданова Юлия Дмитриевна, магистрант 2-го курса института биологии, экологии и природных ресурсов федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный университет», Кемерово, Российская Федерация; ORCID 0000-0002-6607-1544
Author Information Form
Bogdanov Leo A., junior researcher at the Laboratory of Fundamental Aspects of Atherosclerosis, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 00000003-4124-2316
OsyaevNikolay Yu., MD, research assistant at the Laboratory of Fundamental Aspects of Atherosclerosis, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 00000002-5186-7873
Bogdanova Yulia D., master student, Institute of Biology, Ecology, and Natural Resources, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kemerovo State University", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 00000002-6607-1544
32 Elemental analysis of calcification
Мухамадияров Ринат Авхадиевич, кандидат биологических наук старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация; ORCID 0000-0002-5558-3229
Шабаев Амин Рашитович, младший научный сотрудник лаборатории фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация; ORCID 0000-0002-9734-8462
Евтушенко Алексей Валерьевич, доктор медицинских наук заведующий лабораторией пороков сердца отдела хирургии сердца и сосудов федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация; ORCID 0000-0001-8475-4667
Кутихин Антон Геннадьевич, кандидат медицинских наук заведующий лабораторией фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация; ORCID 0000-0001-8679-4857
Mukhamadiyarov Rinat A., PhD, senior researcher at the Laboratory of Fundamental Aspects of Atherosclerosis, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 0000-0002-5558-3229
Shabaev Amin R., MD, junior researcher at the Laboratory of. Fundamental Aspects of Atherosclerosis, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 00000002-9734-8462
Evtushenko Aleksey V., Ph.D., Head of the Laboratory of Valvular Heart Disease, Department of Cardiovascular Surgery, Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 0000-0001-8475-4667
Kutikhin Anton G., MD, PhD, Head of the Laboratory of Fundamental Aspects of Atherosclerosis, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution "Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases", Kemerovo, Russian Federation; ORCID 00000001-8679-4857
Вклад авторов в статью
БЛА - вклад в концепцию и дизайн исследования, получение и интерпретация данных исследования, написание статьи, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
ОНЮ - интерпретация данных исследования, внесение корректив в статью, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
БЮД - интерпретация данных исследования, внесение корректив в статью, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
МРА - получение и интерпретация материала, внесение корректив в статью, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
ШАР - получение и интерпретация материала, внесение корректив в статью, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
ЕАВ - получение и интерпретация материала, внесение корректив в статью, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
КАГ - вклад в концепцию и дизайн исследования, написание статьи, утверждение окончательной версии для публикации, полная ответственность за содержание
Author Contribution Statement
BLA - contribution to the concept and design of the study, data collection and interpretation, manuscript writing, approval of the final version, fully responsible for the content
ONYu - data interpretation, editing, approval of the final version, fully responsible for the content
BYuD - data interpretation, editing, approval of the final version, fully responsible for the content
MRA - data collection and interpretation, editing, approval of the final version, fully responsible for the content
ShAR - data collection and interpretation, editing, approval of the final version, fully responsible for the content
EAV - data collection and interpretation, editing, approval of the final version, fully responsible for the content
KAG - contribution to the concept and design of the study, manuscript writing, editing, approval of the final version, fully responsible for the content
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES
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
L.A. Bogdanov et al. 33
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 V, Bouchard-Cannon P., Audet A, Fournier D, Gaudreault N, Derbali H, McKee MD, Simard C, Després JP, Pibarot P., Bossé 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 P.L., 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., Isham A., Kalra P.A. 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. Co-localization 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., Müller 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., Valfré 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.
Для цитирования: Богданов Л.А., Осяев Н.Ю., Богданова Ю.Д., Мухамадияров Р.А., Шабаев А.Р., Евтушенко А.В., Кутихин А.Г. Анализ топографических сценариев формирования очагов кальцификации в дисфункциональных клапанах сердца и атеросклеротических бляшках. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021;10(3): 26-33. DOI: 10.17802/2306-1278-2021-10-3-26-33
To cite: Bogdanov L.A., Osyaev N.Yu., Bogdanova Yu.D., Mukhamadiyarov R.A., Shabaev A.R., Evtushenko A.V., Kutikhin A.G. Elemental analysis of valvular and atherosclerotic calcification. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2021;10(3): 26-33. DOI: 10.17802/2306-1278-2021-10-3-26-33
