CC BY
28
УДК 548.5;541-1 DOI: https://doi.org/10.34680/2076-8052.2020.5(121).108-112
ИССЛЕДОВАНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ СТЕНОЗЕ СОСУДОВ И СИНТЕЗ ИХ АНАЛОГОВ Т.И.Правильникова, О.А.Голованова, К.О.Бережной* STUDY OF DEPOSITS IN NARROWED BLOOD VESSELS AND SYNTHESIS OF THEIR ANALOGUES
T.LPravilnikova, O.A.Golovanova, K.O.Berezhnoy*
Омский государственный университет им. Ф.М.Достоевского, Golovanoa2000@mail.ru * Омская областная клиническая больница, tanyushalev@mail.ru
Считается, что атеросклероз поражает артерии людей определенного возраста (старше 50 лет). Тем не менее, бессимптомные проявления атеросклероза в виде отложений на сосудах можно заметить уже у шестилетних детей. Таким образом, атеросклероз прогрессирует, число больных с каждым годом становится все больше и больше, при этом механизм образования минеральных отложений до сих пор неизвестен. В работе представлены результаты исследований отложений, изъятых из кровеносных сосудов. Изучена морфология полученных отложений с помощью оптической микроскопии. Методами РФА и ИК-спектроскопии определен фазовый и групповой состав. Установлено, что все образцы (отложения в сосудах) представляют собой смесь октакальций фосфата, брушита и карбонат гидроксилапатита В типа. Ключевые слова: стеноз сосудов, кальцификация, сосудистая имплантация, шунтирование, атеросклероз
Для цитирования: Правильникова Т.И., Голованова О.А., Бережной К.О. Исследование отложений при стенозе сосудов и синтез их аналогов // Вестник НовГУ. Сер.: Технические науки. 2020. №5(121). С.108-112. DOI: https://doi. org/10.34680/2076-8052.2020.5(121).108-112.
It is believed that atherosclerosis affects the arteries of people of a certain age (over 50 years), which is why younger people often think that atherosclerosis is the fate of the elderly. However, asymptomatic manifestations of atherosclerosis in the form of deposits on blood vessels can be seen already in six-year-olds. Thus, such a disease as atherosclerosis is progressing, the number of patients is becoming more and more every year, while the mechanism of formation of mineral deposits is still unknown. The paper presents the results of studies of deposits removed from blood vessels. The morphology of the obtained deposits was studied using optical microscopy. The phase composition was determined by X-ray and IR spectroscopy. The samples were found to be a Mixture of octacalcium phosphate, brushite, and b-type hydroxylapatite carbonate.
Keywords: stenosis of blood vessels, calcification, vascular implantation, bypass, atherosclerosis
For citation: Pravilnikova T.I., Golovanova O.A., Berezhnoy K.O. Study of deposits in narrowed blood vessels and synthesis of their analogues // Vestnik NovSU. Issue: Engineering Sciences. 2020. №5(121). С.108-112. DOI: https://doi.org/10.34680/2076-8052.2020.5(121). 108-112.
Введение
В последние десятилетия в мире проявляется устойчивый интерес к процессам биологической минерализации. Более 50 лет с помощью различных методов изучаются такие патогенные биоминеральные образования организма человека, как уролиты, холе-литы, зубные слюнные и другие крупные минеральные образования, легко извлекаемые из организма по причине отсутствия тесной связи с тканью. Минерализация тканей же изучена в меньшей степени.
Минерализация тканей является неотъемлемой частью широкого спектра патогенных процессов и заболеваний сердечно-сосудистой системы и наблюдается при развитии тромбозов, аневризмах сердца и крупных сосудов, встречается при поздних стадиях атерослероза в составе атероматозных масс. В настоящее время в современной научной литературе нет полного объяснения механизмов минерализации. Существует предположение, что патологическая минерализация биологических структур представляет собой всесторонний многофакторный клеточно-опосредованный процесс, регулируемый на генетическом, биохимическом и гормональном уровнях [1-3]. Также полагают, что кальциевая дегенерация мягких
тканей является универсальным патологическим процессом, в основе которого лежат различные механизмы, и одно из ключевых мест среди них занимает клеточно-опосредованная минерализация. Так, преимущественная активация тех или иных сигнальных путей, опосредующих инициацию и прогрессирова-ние кальций-ассоциированной деградации биологических структур, определяется широким спектром модулирующих факторов. К числу таких факторов могут быть отнесены воспаление (в том числе иммунное), оксидативный стресс, механические воздействия, изменения ионного и клеточного составов микросреды, минерального гомеостаза, а также соотношения промоутеров и ингибиторов, обеспечивающих баланс между образованием кальцификатов и их разрушением [4-5].
Сосудистые кальцификации (СК) — это активно регулируемые биологические процессы, связанные с кристаллизацией фосфатов кальция во внеклеточном матриксе и в клетках носителя или интимы артериальной стенки. Обе модели СК часто совпадают и встречаются у пациентов с диабетом II типа, хроническим заболеванием почек и другими менее частыми расстройствами; СК также типичны для старческого вырождения.
Сосудистые кальцификации имеют сходный состав с минералами костей и представляют собой в основном отложения гидроксиапатита с высокой степенью кристаллизации. Первоначально СК считались результатом пассивных дегенеративных процессов; однако стало известно, что СК является активным процессом, инициируемым и регулируемым различными молекулярными путями передачи сигналов. Хотя точная молекулярная основа СК все еще остается неясной.
С появлением новых исследовательских данных и без того большое количество молекулярных механизмов, предположительно способствующих образованию СК, продолжает расти. По всей видимости, несмотря на то, что осаждение фосфатов кальция представляет собой итоговую общность СК, инициирующие и распространяющиеся молекулярные механизмы — различные. Также различные структуры и составы кристаллов апатита могут присутствовать в различных формах СК. В частности, процессы сосудистой кальцификации, связанной с образованием атеромы, и процессы медиальной кальцификации инициируются разными механизмами, но в конечном итоге — к внематочной СК [6,9]. Что касается состава кардиолитов, в своем исследовании авторы установили, что они являются органо-апатитовыми агрегатами, минеральная компонента которых представлена хорошо окристаллизованным апатитом, а органическая — белками и липидами. В целом, апатит в кар-диолитах является нестехиометрическим, кальций-дефицитным, а вариации параметров элементарной ячейки объясняются высоким содержанием воды и карбонатиона В-типа [7-8]. Содержание химических элементов в кардиолитах колеблется в следующих пределах (мас.%): Ca — от 23 до 33,5; Р — от 13,4 до 18; Mg — от 0,4 до 1,8; № — от 0,7 до 1,8; Fe — от 0 до 0,5.
Цель работы — изучить фазовый и групповой состав отложений, изъятых из кровеносных сосудов при стенозе.
Материалы и методы исследования
Исследуемыми материалами были образцы сосудов с отложениями, извлеченные (рис.1) во время проведения шунтирования у пациентов с атеросклерозом нижних конечностей. Диссекция была выполнена 9 пациентам пожилого возраста, средний возраст составил 70 лет.
Для изучения и определения химического состава минеральных отложений внутри предоставленных сосудов каждый образец выдерживался в 3%-м растворе перекиси водорода с целью очистки его от загрязнений органической и неорганической природы. Далее материалы высушивались на воздухе, и проводились замеры образцов (в ширину B и длину L), а также фиксировалась масса. Взвешивание проходило в два этапа. На первом этапе была получена масса образца общая (mO, на втором — масса образца после очистки от биологической составляющей (m2). Для этого полученные кальцификаты повторно высушивались на воздухе, дополнительно очищались от остатков органической ткани и перетирались в керамической ступке до состояния мелкодисперсного порошка. Фотографии исследуемых сосудов представлены на рис.1.
Фазовый состав полученных образцов и порошков осадков исследован с помощью РФА (ДРОН-3) и ИК-спектроскопии (спектрофотометре «ФТ-02»). Идентификация пиков на дифрактограммах проводилась с помощью картотеки JCPDS и программных пакетов DifWin4.0 и Crystallographica Search-Match. Содержание присутствующих фаз в образцах определяли по методу корундовых чисел (метод Чанга, программа Crystallographica Search-Match). Размеры области когерентного рассеяния (ОКР, минимальные размеры кристаллитов) твердых фаз определены по формуле Де-бая-Шеррера. Параметры и объем элементарной ячейки кристаллов были вычислены по формулам для гексагональной сингонии ГА. ИК-спектры получали на спектрофотометре «ФТ-02». Это универсальный спек-
Рис.2. Наиболее крупный сосуд с признаками атеросклеротического поражения, изъятый при операции
трометр среднего ИК диапазона для лабораторного применения, снабженный системой сбора и обработки данных на базе персонального компьютера и пакета аналитических программ. ИК- спектроскопия проводилась с использованием приставки МНПВО. При этом образец в виде порошка наносился на германиевую кювету и прессовался. Регистрацию спектров проводили с разрешением 4 см1, общее число сканирований — 50. Запись спектра исследуемых образцов проводили в области от 400 до 4000 см1.
Математическую обработку всех данных осуществляли с использованием статистических программ Static2 и Statistica. 10 из статистического пакета StatSoft.
Для изучения морфологии поверхности применялись оптическая и сканирующая электронная микроскопия. Использовались оптические микроскопы Neophot-2.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе исследования было получено несколько образцов различной формы и массы. Цвет исследуемых образцов во всех случаях был светло-желтый.
Поверхность сосудов гладкая, в местах образования отложений стенка сосуда твердая, с выпуклостями. Извлеченные отложения, как и сам сосуд, светло-желтого цвета. Размеры и вес всех исследуемых сосудов различны. Масса полученных отложений варьируется в диапазоне от 0,05 до 0,35 грамм. Наиболее крупный образец представлен на рис.2 .
При внимательном изучении на поверхности стенки сосуда видно уплотнение, которое является результатом развития у пациента атеросклероза и, как следствие, его последней стадии — кальцификации стенки сосуда. В дальнейшем после механической очистки образца (сосуда) от органической составляющей был получен исследуемый материал массой m2 = 0,3391 г (рис.2).
С целью определения группового и фазового состава образцов была проведена ИК-спектроскопия и рентгенофазовый анализ.
Результаты ИК-спектроскопии показали, что спектры образцов 1, 5, 6, 8, 2 и 4 идентичны (рис.3), незначительные различия отмечаются в интенсивности некоторых пиков. ИК-спектр образца 9 имеет
Рис.3. ИК-спектры образцова: а) 3; б) 1, 2, 4, 5, 6 и 8
С <
IК\ 1
шДШЗДШ »ЮМ
l-i-C-8. 2
Шёшкк!
а) б)
Рис.4. Дифрактограммы: а) образцов 1-5-6-8, 2,4; б) образца 3
аналогичную со спектрами образцов 1,5,6 и 8 картину, однако видно, что полоса поглощения в области 2300-2370 см-1 выражена интенсивнее, из-за чего и было принято решение изучать этот образец отдельно.
На основании ИК-спектроскопии было решено объеденить идентичные образцы 1, 5, 6 и 8. Проведенный рентгенофазовый анализ показал, что образцы 1-5-6-8, 2, 4 имеют схожий состав, что можно увидеть на дифрактограмме (рис.4). Значения пиков, полученных с дифрактограмм образцов 1-5-6-8, 2, 4, соответствуют смеси октакальций фосфата, брушита и гидроксилапатита.
Видно, что в ИК-спектрах (рис.3) исследуемых образцов в области 450-700 см-1 проявляются дважды вырожденные деформационные колебания О-Р-О в
PO4; в области 900-1200 см-1 — асимметричные валентные колебания Р-О в PO4~. Пик, соответствующий значению 2364 см-1, относится к ассиметричным валентным колебаниям С-О в СО2. В ИК-спектре образцов регистрируются полосы пропускания в спектральных областях 1416-1547 и 850-900 см-1 , которые, в свою очередь, относятся к асимметричным валентным и деформационным колебаниям карбонат-ионов соответственно. Следует отметить, что интенсивность, характерная для гидроксилапатита полос колебания Н2О, в области 3400-3550 см-1 очень хорошо выражена.
Таким образом, на основе проведенных анализов можно сделать выводы о фазовом составе всех образцов. Установлено, что исследуемое вещество является карбонат гидроксилапатитом B-типа (Ca5 (PO4, CO3)3 (OH)). Дифрактограмма образца 3 отличается (рис.4) от дифрактограмм других образцов, а значения пиков соответствуют веществу гидроксила-патит.
Заключение
Были изучены отложения, извлеченные при стенозе кровеносных сосудов. Методами РФА и ИК-спектроскопии установлено, что образцы представляют собой смесь октакальций фосфата, брушита и
карбонат гидроксилапатита В типа. Образцы — различной формы и массы. Цвет исследуемых образцов во всех случаях был светло-желтый. Поверхность сосудов гладкая, в местах образования отложений стенка сосуда твердая, с выпуклостями. Извлеченные отложения, как и сам сосуд, светло-желтого цвета. Размеры и вес всех исследуемых сосудов различны. Масса полученных отложений варьируется в диапазоне от 0,05 до 0,35 грамм.
Barbarash O.L., Rutkovskaya N.V., Hryachkova O.N. et al.Impact of recipient-related factors on structural dysfunction rates of xenoaorticbioprothetic heart valve // Pat. Pref. Adher. 2015. V.9. P.389-399.
Hutcheson J.D., Goettsch C., Rogers M.A. et al. Revisiting cardiovascular calcification: A multifaceted disease requiring amultidisciplinary approach // Semin. Cell. Dev. Biol. 2015. V.6. P.167-171.
Ruiz J.L., Hutcheson J.D., Aikawa, E. Cardiovascular calcification: Current controversies and novel concepts // Cardio-vasc. Pathol. 2015. V.24(4). P.207-212. Evrard S., Delanaye Р., Kamel S. et al. Vascular calcification: from pathophysiology to biomarkers // Clinica Acta. 2015. V.438. P.401-414.
New S.E., Aikawa E. Molecular imaging insights into early inflammatory stages of arterial and aortic valve calcification // Circ. Res. 2011. V.108. P.1381-1391. Lanzer P., Boehm M., Sorribas V. et al. Medial vascular calcification revisited: review and perspectives // Eur Heart J.
2014. V.35(23). P.1515—1525.
Россеева Е.В., Николаев А.М., Морозов М.В. и др. Биоапатит кальцификатов сердечных клапанов // Минералогия во всем пространстве сего слова: проблемы укрепления минерально-сырьевой базы и рационального использования минерального сырья. Мат. Годичного собрания РМО. СПб, 2012. С.306-308.
Голованова О.А., Кутузова Ю.А, Левченко Т.И. Изучение характеристик фосфатов кальция, синтезированных из модельных растворов плазмы крови // Вестник Омского университета. 2016. №1 (79). С.56-62. Golovanova O.A., Frank-Kamenetskaya O.V., Punin Y.O. Specific features of pathogenic mineral formation in the human body // Russian Journal of General Chemistry. 2011. V.81(6). P.1392-1406.
References
Barbarash O.L., Rutkovskaya N.V., Hryachkova O.N. et al. Impact of recipient-related fac-tors on structural dysfunction rates of xenoaorticbioprothetic heart valve. Pat. Pref. Adher.,
2015, vol. 9, pp. 389-99.
2.
3.
4
5.
6
7.
8.
9
2. Hutcheson J.D., Goettsch C., Rogers M.A. et al. Revisiting cardiovascular calcification: A multifaceted disease requiring a multidisciplinary approach. Semin. Cell. Dev. Biol., 2015, vol. 6, pp. 167-71.
3. Ruiz J.L., Hutcheson J.D., Aikawa, E. Cardiovascular calcification: Current controversies and novel concepts. Cardiovasc. Pathol., 2015, vol. 24(4), pp. 207-12.
4. Evrard S., Delanaye R., Kamel S. et al. Vascular calcification: from pathophysiology to bi-omarkers. Clinica Acta 2015, vol. 438, pp. 401-14.
5. New S.E., Aikawa E. Molecular imaging insights into early inflammatory stages of arterial and aortic valve calcification. Circ. Res. 2011b, vol. 108, pp. 1381-91.
6. Lanzer P., Boehm M., Sorribas V. et al. Medial vascular calcification revisited: review and perspectives. Eur Heart J. 2014, vol. 35(23), pp. 1515-25.
7. Rosseeva E.V., Nikolaev A.M., Frank-Kamenetskaya O.V., Lamanova L.M. Bioapatit kal'tsifikatov serdechnykh klapanov
[Bioapatites of calcificates of mitral valves]. Mineralogiya vo vsem prostranstve sego slova: problemy ukrepleniya miner-al'no-syr'evoy bazy i ratsional'nogo ispol'zovaniya mineral'nogo syr'ya. Materialy Godichnogo sobraniya Rossiyskogo miner-alogicheskogo obshchestva i Fedorovskoy sessii 2012 [Proc. of the Annual meeting of the Russian Mineralogical Society and Fedorovskaya session 2012], pp. 306-308. Available at: http://www.minsoc.ru/2012-1-111-0/ (accessed 01.08.2020).
8. Golovanova O.A., Kutuzova Yu.A, Levchenko T.I. Izuchenie kharakteristik fosfatov kal'tsiya, sintezirovannykh iz model'nykh rastvorov plazmy krovi [Studying the characteristics of calcium phosphate synthesized from model solutions of blood plasma]. Vestnik Omskogo universiteta, 2016, no.1 (79), p.56-62.
9. Golovanova, O.A., Frank-Kamenetskaya, O.V., Punin, Y.O. Specific features of pathogenic mineral formation in the human body. Russian Journal of General Chemistry, 2011, vol. 81 (6), pp. 1392-1406.
