CC BY
13
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ■
Возрастное ремоделирование внеклеточного матрикса внутренней грудной артерии у пациентов с сочетанием двух и более факторов сердечно-сосудистого риска
Мухамадияров Р.А., Фролов А.В., Кутихин А.Г.
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», 650002, г. Кемерово, Российская Федерация
Актуальность. Возрастные изменения структуры сосудов оказывают значительное влияние на состояние внутренних органов. В процесс ремоделирования сосуда вовлечены не только клеточные популяции, но и внеклеточный матрикс сосудистой стенки. Поэтому понимание структурных изменений стенок сосудов имеет важное значение при создании терапевтических и хирургических подходов к коррекции нарушения кровоснабжения органов. Цель - выполнить сравнительное исследование особенностей ультраструктуры сосудистой стенки внутренней грудной артерии (ВГА) у пациентов с сочетанием >2 факторов сердечнососудистого риска.
Материал и методы. Для исследования использовали сегменты ВГА человека, используемые в качестве кондуитов для коронарного шунтирования (п=30). Образцы фиксировали в забуфе-ренном параформальдегиде с постфиксацией в растворе тетраоксида осмия. После обезвоживания в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне образцы помещали в эпоксидную смолу. После полимеризации смолы образцы шлифовали, а затем полировали до нужной глубины образца. Для повышения электронного контраста образцы обрабатывали спиртовым раствором уранилацетата в процессе обезвоживания и цитратом свинца по Рейнольдсу после полировки эпоксидных блоков. Образцы визуализировали посредством сканирующей электронной микроскопии с детекцией в режиме обратно-рассеянных электронов при ускоряющем напряжении 15 кВ.
Результаты. На основании особенностей строения медии среди исследованных образцов были выделены 3 типичных варианта строения ВГА: 1) вариант с гипертрофией гладкомышечных клеток (ГМК), при котором в медии преобладают правильно ориентированные слои ГМК и неклеточный матрикс - ГМ-тип; 2) вариант с преобладанием в медии клеток фибробластического дифферона и коллагеновых волокон - ФБ-тип; 3) смешанный вариант с присутствием одновременно признаков первого и второго варианта гистологической организации - СМ-тип. Кроме того, в одном образце были обнаружены принципиально отличные изменения структуры стенки сосуда, которые позволили выделить его в четвертый тип - инфицированный. Заключение. Полученные данные позволяют предположить, что ГМ-, СМ- и ФБ-типы являются различными этапами одного и того же процесса ремоделирования, связанного с повреждением слоя интимы и внутренней эластической мембраны. В результате развития воспаления происходят миграция лейкоцитов в сосудистую стенку и трансформация ее клеточного состава.
Финансирование. Работа выполнена при поддержке комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ № 0419-2021-001 «Разработка новых фармакологических подходов к экспериментальной терапии атеросклероза и комплексных цифровых решений на основе искусственного интеллекта для автоматизированной диагностики патологий системы кровообращения и определения риска летального исхода» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках национального проекта «Наука и университеты».
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ
Мухамадияров Ринат Авхадиевич -кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины ФГБНУ НИИ КПССЗ (Кемерово, Российская Федерация)
E-mail: rem57@rambler.ru
https://orcid.org/0000-0002-5558-
3229
Ключевые слова:
возрастное
ремоделирование артерий; ультраструктура стенки артерий; эластолиз; внутренняя грудная артерия; неоинтима
Для цитирования: Мухамадияров Р.А., Фролов А.В., Кутихин А.Г. Возрастное ремоделирование внеклеточного ма-трикса внутренней грудной артерии у пациентов с сочетанием двух и более факторов сердечно-сосудистого риска // Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2022. Т. 10, № 2. С. 33-45. DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2022-10-2-33-45 Статья поступила в редакцию 26.01.2022. Принята в печать 12.05.2022.
Age-dependent remodeling of the internal thoracic artery extracellular matrix in patients with a combination of two or more cardiovascular risk factors
OORRESPONDENCE
Rinat A. Mukhamadiyarov -MD, Senior Researcher, Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine, Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases (Kemerovo, Russian Federation) E-mail: rem57@rambler.ru https://orcid.org/0000-0002-5558-3229
Keywords:
age-associated arterial remodelling; ultrastructure of the arterial wall; elastolysis; internal mammary artery; neointima
Mukhamadiyarov R.A., Frolov A.V., Kutikhin A.G.
Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases, 650002, Kemerovo, Russian Federation
Background. Age-induced changes in the blood vessels have significant impact on target organs. As both cell populations and the extracellular matrix of the vascular wall are involved in the blood vessel remodeling, understanding of the ultrastructural consequences of these interactions are crucial for the development of novel therapeutic and surgical approaches for correcting impaired blood supply.
Aim. To investigate the ultrastructural features of the internal thoracic artery (ITA) in patients with a combination of >2 cardiovascular risk factors.
Material and methods. We assessed ITA segments used as the conduits for the coronary artery bypass graft surgery (n=30). Samples were fixed in paraformaldehyde with the further post-fixation in osmium tetroxide. After uranyl acetate staining and dehydration in ascending ethanol series followed by incubation in acetone, the samples were embedded into epoxy resin. Then, samples were grinded, polished, and counterstained with lead citrate. The samples were visualised by means of backscattered scanning electron microscopy.
Results. We identified three typical variants of ITA structure: 1) smooth muscle cell (SMC) phenotype with regularly oriented SMC layers and abundant extracellular matrix; 2) a fibroblastic phenotype where fibroblasts and collagen fibers prevailed; 3) a mixed phenotype. One of the ITA samples contained signs of the infection.
Conclusion. Smooth muscle cell, fibroblastic and mixed ITA phenotypes represent different and interconnected stages of vascular remodeling associated with the intimal injury and disruption of the internal elastic lamina. Migration of leukocytes into the vascular wall provokes the transformation of its cellular composition.
Funding. This study was supported by the Complex Program of Basic Research under the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences within the Basic Research Topic of Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases No. 0419-2021-001 "Novel anti-atherosclerotic therapies and machine learning solutions for automated diagnosis and prognostication of cardiovascular disease". The study is financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (National Project Science and Universities). Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
For citation: Mukhamadiyarov R.A., Frolov A.V., Kutikhin A.G. Age-dependent remodeling of the internal thoracic artery extracellular matrix in patients with a combination of two or more cardiovascular risk factors. Clinical and Experimental Surgery. Petrovsky Journal. 2022; 10 (2): 33-45. DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2022-10-2-33-45 (in Russian) Received 26.01.2022. Accepted 12.05.2022.
Внеклеточный матрикс (ВКМ) стенки артерии обеспечивает ее оптимальные гемодинамиче-ские характеристики и выступает в качестве структурной опоры для клеток. Кроме того, по отношению к клеткам ВКМ не только является опорным субстратом, но и участвует в регуляции многих клеточных процессов [1-5]. Возрастные изменения белков ВКМ имеют далеко идущие последствия,
приводящие к нарушению многих аспектов гомео-стаза и оптимального функционирования артерии. Коллаген и эластин являются главными структурными элементами, стабилизирующими сосудистую стенку, но имеют длительный период регенерации, что делает их уязвимыми для ряда возрастных изменений [4, 6, 7]. С учетом отсутствия полноценной регенерации этих структур процессы гли-
кирования, карбамилирования и фрагментации оказывают драматический эффект на характеристики сосудов.
Поэтому пожилой возраст может рассматриваться в качестве предиктора будущих сердечнососудистых событий [3, 4]. Коронарные и периферические артерии демонстрируют постепенное возрастное ухудшение сосудистой функции, которое может быть связано со снижением эффективности защитных механизмов, обеспечивающих устойчивость к окислительному стрессу и воспалению [4, 7].
Различные артерии имеют разную скорость структурной деградации в процессе функционирования. Поэтому представляет большой интерес исследование ультраструктуры сосудистой стенки внутренней грудной артерии (ВГА) у пожилых пациентов, уже имеющих сосудистые поражения коронарных артерий.
Цель исследования - выполнить сравнительное исследование особенностей ультраструктуры сосудистой стенки ВГА у пациентов с сочетанием >2 факторов сердечно-сосудистого риска.
Материал и методы
В работе использовали разработанный нашей исследовательской группой оригинальный вариант сканирующей электронной микроскопии в обратно-рассеянных электронах (EM-BSEM), который позволяет получать микрофотографии высокого разрешения, визуально сходные с получаемыми при просвечивающей электронной микроскопии [8, 9]. Для исследования использовали участки ВГА, используемой в качестве кондуитов для коронарного шунтирования. Общее количество пациентов - 30, 17 мужчин и 13 женщин. Средний возраст пациентов 62±9 лет.
Исследование было выполнено в соответствии со стандартами надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice), принципами Хельсинкской декларации (2013). Протокол исследования был одобрен Локальным этическим комитетом ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний». До включения в работу от всех пациентов было получено письменное информированное согласие.
Сегменты ВГА длиной 5-7 мм помещали в забу-ференный (рН 7,4) 10% водный раствор формалина (BioVitrum, Россия). После суточной фиксации в формалине (2 смены раствора формалина по 12 ч каждая) биоматериал постфиксировали 1% тетра-оксидом осмия в 0,1M фосфатном буфере в течение 12 ч, затем окрашивали 2% тетраоксидом осмия в бидистиллированной воде в течение 48 ч. Далее образцы обезвоживали в серии спиртов возраста-
ющей концентрации (50, 60, 70, 80 и 95% этанол, все по 2 смены, каждая смена по 15 мин), окрашивали 2% уранилацетатом (Electron Microscopy Sciences, США) в 95% этаноле (5 ч), обезвоживали 99,7% изопропанолом (BioVitrum, Россия) в течение 5 ч и ацетоном (Реахим, Россия) в течение 3 ч, пропитывали смесью ацетона с эпоксидной смолой Epon (Electron Microscopy Sciences, США) в соотношении 1:1 (6 ч), после чего переносили в свежую порцию эпоксидной смолы (на 24 ч) и далее проводили ее полимеризацию в емкостях FixiForm (Electron Microscopy Sciences, США) при 60 °С.
После этого образцы в эпоксидных блоках подвергали шлифовке и полировке на установке TegraPol-11 (Struers, США). Контрастирование цитратом свинца проводили по Рейнольдсу в течение 7 мин путем нанесения раствора на поверхность шлифованного образца с последующей его отмывкой бидистиллированной водой. Далее проводили напыление на полированную поверхность эпоксидных блоков углерода (толщина покрытия 10-15 нм) с помощью вакуумного напылительного поста (EM ACE200, Leica). Визуализацию структуры образцов при помощи сканирующей электронной микроскопии в обратно-рассеянных электронах проводили на электронном микроскопе Hitachi-S-3400N (Hitachi, Япония) в режиме BSECOMP при ускоряющем напряжении 15 кВ.
При исследованиях в структуре стенки сосуда идентифицировали элементы ВКМ и клеточный состав.
Дополнительно выполняли полуколичественную оценку сохранности эндотелия, степени покрытия поверхности просвета сосудов фибрином, сохранность эластиновых волокон в составе медии.
При оценке сохранности эндотелия 3 балла назначали сосудам с полностью сохранным слоем, 0 баллов - сосудам с полностью нарушенным эндотелием или при наличии только отдельных эн-дотелиоцитов с нарушенной структурой. Степень покрытия фибрином оценивали в баллах, назначая 3 балла артериям с полным покрытием всей поверхности просвета сосуда фибрином и 0 баллов -сосудам, свободным от фибринового слоя.
Кроме того, рассчитывали процент сосудов в медии, в которых наблюдали наличие макрофагов и пенистых клеток.
Результаты
Изучение ВГА проводили с учетом ее структуры, относящейся к мышечному типу артерий (имеющей 3 слоя: интиму с внутренней эластической мембраной, широкий слой медии с преобладанием гладких миоцитов и адвентициальную оболочку).
Рис. 1. Общая структура сосудистой стенки внутренней грудной артерии (ВГА) с высокой сохранностью тканей: А - ВГА с окружающими тканями; Б - строение медиального слоя с гладкомышечными клетками; В - трехслойная структура стенки ВГА
Fig. 1. Structure of internal mammary artery vascular wall: A - internal mammary artery and the adjacent tissues; B - internal mammary artery medial layer with the vascular smooth muscle cells;
C - layers of the internal mammary artery wall
На основании особенностей строения медии среди исследованных образцов были выделены 3 типичных варианта строения ВГА: 1) вариант с гипертрофией гладкомышечных клеток (ГМК), при котором в медии преобладают правильно ориентированные слои ГМК и неклеточный матрикс - ГМ-тип; 2) вариант с преобладанием в медии клеток фибробластического дифферона и коллагеновых волокон - ФБ-тип; 3) смешанный вариант с присутствием одновременно признаков первого и второго варианта организации - СМ-тип.
В варианте ГМ-типа отмечена высокая сохранность исходной структуры стенки сосуда (рис. 1), интима преимущественно состояла из сплошного слоя эндотелиальных клеток и базальной мембраны с тонким субэндотелиальным слоем рыхлой соединительной ткани (рис. 1А, Б). Внутренняя эластическая мембрана состояла из фенестри-рованного слоя эластических волокон. Слой ме-дии состоял в основном из расположенных по окружности ГМК, среди которых находятся эластические волокна. Максимальное количество эластических волокон находилось на внешней и внутренней границах медии, образуя хорошо различимые внешнюю и внутреннюю эластические пластинки (рис. 1А, В). В центральной части
медии эластин был представлен только отдельными разреженными разнонаправленными волокнами, находящимися среди ГМК. Адвентициаль-ная оболочка состояла из коллагеновых волокон и связанных с ними фибробластов и фиброцитов. В составе этой оболочки встречались мелкие кровеносные сосуды (рис. 1В). В целом общая структура сосудов ГМ-типа отличалась от интактных наличием в слое интимы фибрина, гипертрофии ГМК в медии (рис. 1А-В).
В медии ГМ-типа основную массу клеток составляли именно ГМК (рис. 1, 2), ГМК имели упорядоченное расположение в виде ориентированных тяжей, которые могли иметь различную ориентацию относительно стенки просвета сосуда (рис. 2А-В). В межклетниках ГМК встречались разволокненные эластические структуры (см. рис. 2В, Г). В цитоплазме ГМК отмечали присутствие мышечных волокон, что указывает на принадлежность к сократительному фенотипу (см. рис. 2В, Г). Между собой ГМК образовывали расширенные взаимопроникающие контакты, обладающие повышенной электронной плотностью (см. рис. 2Г-Д). На границе между медией и адвентицией присутствовали рыхло расположенные эластические волокна в сопровождении коллагеновых (см. рис. 2Е).
Рис. 2. Структура мышечного типа сосудистой стенки внутренней грудной артерии (ВГА): А-В - преобладание гладкомышечных клеток (ГМК) в структуре медии; Г, Д - ГМК с сократительными волокнами в цитоплазме и расширенные межклеточные контакты между ГМК
с электронно-плотным содержимым; Е - эластические и коллагеновые волокна на границе медии и адвентиции
Fig. 2. Smooth muscle cell morphotype of internal mammary artery: A-C - vascular smooth muscle cells in the medial layer;
D, E - vascular smooth muscle cells with the actin fibers in the cytosol and extended intercellular contacts between vascular smooth muscle cells with the electron-dense content;
F - elastic and collagen fibers at the border between medial and adventitial layers
Д (Е)
Е (F)
Кроме ГМК, в составе медии наблюдали наличие единичных клеток фибробластического ряда. В большем количестве эти клетки присутствовали вблизи наружной эластической мембраны (см. рис 2В, Е). На границе между медией и адвен-тицией отмечали наличие большого количества рыхло расположенных, частично фрагментирован-ных эластических волокон (см. рис. 2Е).
У ФБ-типа ВГА в стенке сосуда в структуре медии преобладали коллагеновые волокна и клетки фибробластического дифферона (рис. 3). Вблизи
внутренней эластической мембраны фибробла-сты клетки и волокна образовывали извилистые структуры с параллельным к мембране расположением клеток (см. рис. 3А, Б). Ближе к срединной части медии в некоторых участках ориентация фибробластоподобных клеток и коллагеновых волокон была перпендикулярной поверхности стенки сосуда (см. рис. 3Г, Д). Ближе к адвентиции ориентация фибробластов клеток становилась параллельной этому слою и отделялась от него внешней эластической мембраной (см. рис. 3Е).
Рис. 3. Строение ФБ-типа сосудистой стенки внутренней грудной артерии: А-В - общий вид; Г, Д - перпендикулярная ориентация фибробластов и коллагеновых волокон в структуре сосудистой стенки; Е - параллельная ориентация фибробластов и коллагеновых волокон в структуре сосудистой стенки;
Ж - фрагментированные эластиновые волокна в составе медии стенки сосуда; З, И - макрофаги и пенистые клетки в структуре сосудистой стенки
Fig. 3. Fibroblast morphotype of internal mammary artery: A-С - overview; D, E - perpendicular orientation of fibroblasts and collagen fibers within the vascular wall; F - parallel orientation of fibroblasts and collagen fibers within the vascular wall;
G - fragmented elastic fibers within the medial layer;
H, I - macrophages and foam cells within the vascular wall
А (А)
Б (В)
В (С)
Г (D)
Д (Е)
Е (F)
Ж (G)
З (H)
А (А)
Б (В)
Рис. 4. Строение смешанного типа сосудистой стенки внутренней грудной артерии:
A, Б - общий вид;
B, Г - фибробласты, гладкомышечные клетки (ГМК)
и фрагментированные эластические волокна в структуре медии; Д - тяжи ГМК среди фибробластов
Fig. 4. Mixed morphotype of internal mammary artery:
A, B - overview;
C, D - fibroblasts, vascular smooth muscle cells
and fragmented elastic fibers in the medial layer; E - vascular smooth muscle cell layers amid the fibroblasts
В толще медии наблюдали наличие остатков эластических волокон, которые обычно не имели плотного контакта с другими структурными элементами медии (см. рис. 3Ж). В отличие от ГМК-типа, в ФБ-типе, кроме ГМК и клеток фибробластиче-ского ряда, наблюдали наличие пенистых клеток (см. рис. 3Ж-З). За счет частичной редукции ГМК толщина медии в некоторых участках заметно уменьшалась (см. рис. 3А, Е).
В варианте со смешанным типом ремоделиро-вания стенки сосуда ВГА одновременно присутствовали ГМК и клетки фибробластического ряда
(рис. 4А-Д). В центральной части медии наблюдали относительную сохранность слоев эластина, волокна которого были параллельны наружной эластической мембране, частично фрагментиро-ваны и разрознены (см. рис. 4А-В). В типичном варианте оба типа клеток располагались вперемешку (см. рис. 4В-Г). Вместе с тем встречались участки, содержащие гладкомышечные тяжи или плотные слои коллагеновых волокон (см. рис. 4Д).
Во всех вариантах ремоделирования во внутренней эластической мембране наблюдали структурные
Рис. 5. Структура внутреннего эластического слоя сосудистой стенки внутренней грудной артерии вблизи границы с просветом сосуда: А, Б - относительно сохранная внешняя эластическая мембрана;
В, Г - полностью фрагментированная эластическая мембрана;
Д, Е - клеточное окружение фрагментированных эластических волокон
Fig. 5. Elastic fibers of internal mammary artery:
A, B - relatively intact internal elastic lamina; C, D - fragmented internal elastic lamina;
E, F - cellular microenvironment of the fragmented elastic fibers
А (А)
Б (В)
О. '1 о v. Aj&W* ^ 4 / | ^'NF ^ ¥ .,.118. * Й - 'j^tX * 7 Г:,- • • ):'■ > >\ v*;
S3400 15.0kV x2.50k BSECOMP 20.0um
В (С)
Г (D)
нарушения с различной степенью выраженности (рис. 5). Как правило, в слое сосудистой стенки, прилегающей к просвету сосуда, присутствовал слой эластической мембраны, однако встречались варианты с двумя сближенными мембранами (см. рис. 5А, Б). Иногда между внутренней эластической мембраной и просветом сосуда наблюдали наличие мембраноподобных ламелл, образованных гранулярными структурами и клетками (см. рис. 5В). Вблизи внутренней эластической мембраны обычно отмечали наличие большого количества различных клеток. Среди них чаще всего идентифицировали
ГМК, фибробласты и фиброциты, а также макрофаги (см. рис. 5В-Е). При наличии нескольких близко расположенных эластических слоев максимальную деструкцию отмечали в слое, обращенном в сторону просвета сосуда (см. рис. 5Б). Часто этот слой был сильно фрагментирован (см. рис. 5Г).
В участках ВГА с высокой гистологической сохранностью слоя медии часть, обращенная к просвету сосуда, была представлена типичной интимой (рис. 6А, Б). Вместе с тем часть поверхностности была покрыта структурированным фи-бриновым слоем (см. рис. 6Г-Е). Фибриновые
А (А)
Б (В)
Рис. 6. Структурированный фибрин на поверхности эластинового слоя: А, Б - поверхность без выраженного фибринового слоя; В-Е - хорошо выраженный фибриновый слой с эндотелием
Fig. 6. Structured fibrin on the internal elastic lamina:
А, В - fibrin-free surface; C-F - endothel.ial.ised fibrin layer
В (С) Г(D)
t
к -С V f^» tgetäsj&j* -1 4« __-r
i S - * -• ' С—
S3400 15.0kV x2 50k 8SECOMP 20 Oum S3400 15.0kV x5 00k BSECOMP 10 Oum
Д (Е) Е (F)
волокна плотно примыкали к внутренней эластической мембране, и ориентация волокон в этом слое была параллельной поверхности просвета сосуда (см. рис. 6В-Г). В составе фибринового слоя присутствовали отдельные клетки, преимущественно ГМК (см. рис. 6В). Слои фибрина имели различную толщину. Толстый фибриновый слой обычно был покрыт сплошным слоем эндотелия (см. рис. 6В-Е).
Некоторые участка просвета сосуда не имели сплошной эндотелиальной выстилки или слоя фибрина (рис. 7). Часть такой поверхности оста-
валась «голой» (см. рис. 7А), часть была покрыта остатками эндотелия в виде отдельных клеток и моноцитами (см. рис. 7Б-Е). В таких участках наблюдали интенсивное разрушение эластической пластинки и миграцию моноцитов в толщу стенки сосуда (см. рис. 7В-Е).
В одном из изученных сосудов обнаружили структурные особенности, которые позволили выделить его в особый, четвертый тип (рис. 8). В отличие от ранее рассмотренных вариантов ре-моделирования, в четвертом типе отмечали частичное стенозирование просвета сосуда за счет
Рис. 7. Структура внутреннего слоя эластической пластины без сплошного эндотелиального слоя: А - базальная мембрана на границе с просветом сосуда;
Б-Е - различные типы клеток на границе с просветом сосуда
Fig. 7. Structure of the internal elastic lamina without the endothelial layer: A - basement membrane;
B-F - different cell populations at the luminal border
В (С)
Г (D)
Д (Е)
Е (F)
гиперплазии стенки сосуда, преимущественно за счет слоя медии (см. рис. 8А-Г). Гиперплазия стенки сосуда была обусловлена появлением в структуре медии слабоструктурированного материала, возможно фибрина, содержащего в своем составе разрознено расположенные ГМК и фибро-бласты (см. рис. 8Г-Е). На внутренней поверхности фибринового слоя отмечали наличие эндотелия (см. рис. 8Д-Е). Главной особенностью стенки этого сосуда было наличие небольших неравномерно расположенных электронно-плотных включений размером от 0,2 до 1 мкм, вытянутой
формы. Включения присутствовали во всех слоях стенки сосуда, но их наибольшая концентрация наблюдалась в медии. По морфологическим признакам, таким как размеры и неравномерная электронная плотность частиц - большая на периферии и низкая в центре, мы идентифицировали их как бактерии. Внутренняя эластическая пластинка в стенке сосуда была частично разрушена. В медии отмечали присутствие очень маленького количества клеток. На основании приведенных признаков это тип был обозначен как ИНФ (инфицированный).
А (А) Б (В)
Рис. 8. Инфицированный тип ремоделирования внутригрудной артерии (ВГА):
A, Б - сужение просвета сосуда и различия
в электронной плотности стенки сосуда в пределах ее периметра;
B, Г - бактерии
в структуре медии; Д - поверхность сосуда с нарушенным эндотелием и адгезией эритроцитов, Е - эндотелий с адгезией моноцитов
Fig. 8. Infection of internal mammary artery:
A, B - arterial stenosis and differences in the electron density of the vascular wall;
C, D - bacteria within the medial layer;
E - luminal surface with the disrupted endothelium and adhered red blood cells; F - endothelium with adhered monocytes
В обобщенном виде полученные данные представлены в таблице.
Обсуждение
Полученные результаты показали наличие нескольких вариантов ремоделирования стенки ВГА. Только 3,3% изменений структуры стенки сосуда можно было отнести к воздействию инфицирующего агента (см. таблицу). Остальные 96,6% случаев могли быть связаны с возрастным фактором. Распределение количества случаев между ГМ-, ФБ- и СМ-типами было приблизительно равным. В отноше-
нии сохранности эндотелиального слоя наилучшие данные были получены для ГМ-типа. По выраженности фибринового слоя максимальный показатель был для ИНФ-типа, далее следовали ГМ- и СМ-типы. По сохранности эластических волокон в медии лидировал ИНФ-тип, за ним следовали ГМ- и СМ-типы. Наибольшие отличия между представленными типами сосудов были выявлены по наличию макрофагов и пенистых клеток. В сосудах ФБ-типа в 50% сосудов были выявлены макрофаги и 20% у сосудов СМ-типа. Пенистые клетки наблюдали только в сосудах ФБ-типа. Полученные данные хорошо укладываются в предположение о том, что выявленные типы
Особенности структуры с разным типом ремоделирования сосудистой стенки внутренней грудной артерии исследованных образцов(п=30)
Показатель ГМ-тип ФБ-тип СМ-тип ИНФ-тип
Количество, % 30 33,3 33,3 3,3
Сохранность эндотелия, баллы 1,9 1,3 1,2 1
Количество слоев эластина в интиме и во внутренней мембране, среднее 1,2 1,1 1,1 1
Выраженность структурированного фибринового слоя на поверхности просвета сосуда, баллы 1,7 1,2 1,7 -
Сохранность эластиновых мембран в медии,баллы 1,7 1,2 1,7 2
Сосуды с макрофагами, % 0 50 20 0
Сосуды с пенистыми клетками, % 0 30 0 0
Сосуды с нарушением ориентации волокон в медии, % 67 30 40 0
Примечание. ГМ-тип - гладкомышечный; ФБ-тип - фибробластический; СМ-тип - смешанный тип ремоделирования медии внутренней грудной артерии; ИНФ-тип - инфекционный.
ремоделирования структуры стенки ВГА, за исключением ИНФ-типа, являются проявлениями различных стадий одного и того же процесса.
Основываясь на этом предположении, ГМ-тип можно рассматривать как самый сохранный вариант. В этом варианте наблюдали максимальную сохранность эндотелиального слоя, высокую сохранность внутренней эластической мембраны, отсутствие в структуре стенки сосудов макрофагов. Среди отклонений от нормы можно отметить наличие структурированного фибрина на поверхности эндотелия, частичное нарушение структуры эндотелия и разнонаправленную ориентацию эластических волокон в медии. Возможно, что в условиях перераспределения механических нагрузок в медии ГМК начинают синтезировать эластин. Но вновь синтезированный эластин располагается не параллельно поверхности границы просвета сосуда, а беспорядочно. Отсюда нарушение ориентации волокон в медии. На возможность синтеза эластина ГМК может также указывать расширение межклетников и его заполнение электронно-плотным содержимым.
Переход к СМ-типу может быть связан с разрастанием в структуре медии клеток фибробластиче-ского дифферона. ГМК и фибробласты клетки либо располагаются вперемешку друг с другом, либо входят в состав коллагеновых тяжей или тяжей из ГМК. Кроме того, в структуре стенки сосуда появляются макрофаги, но пенистых клеток среди них еще нет.
ФБ-тип, вероятно, является следующим этапом возрастного ремоделирования стенки ВГА. Отмеченное морфологическое разнообразие клеток фи-бробластического ряда может быть связано с тем, что часть из них относится к миофибробластам. На это указывают высокая электронная плотность цитоплазмы ряда клеток, их перпендикулярная ориентация по отношению к стенке сосуда, форма ядра, промежуточная между ГМК и фибробластами. Однако точно идентифицировать этот тип клеток имеющимися в распоряжении методами не представляется возможным.
В этом варианте в структуре медии в половине сосудов появляются макрофаги, и в 20% сосудов наблюдали присутствие пенистых клеток. Во всех типах ремоделирования стенок ВГА наблюдали изменения в структуре интимы и внутренней эластической мембраны.
К числу нарушений структуры интимы с переходом в неоинтиму можно отнести появление фибри-новых отложений на границе кровотока с просветом сосуда, нарушение целостности эндотелиального слоя, появление моноцитов на поверхности сосуда и деструкцию эластической мембраны.
Отложение фибрина, вероятно, является следствием возникновении микротромбов в местах нарушения эндотелиального слоя. При благоприятном исходе фибриновый слой структурируется, покрывается эндотелием и заселяется преимущественно ГМК, в меньшей степени фибробластами и моноцитами.
Наличие значительных структурных изменений в структуре интимы и внутренней эластической мембраны при минимальных изменениях слоя адвенти-ции может указывать на то, что ремоделирование ВГА начинается со стороны просвета сосуда и распространяется вглубь стенки. Этот процесс может быть связан с гидролизом эластических мембран. Как ВКМ в целом, так и волокна эластина в частности не только поддерживают в стенке сосуда необходимые биомеханические свойства, но также играют жизненно важную роль в различных физиологических процессах [6, 10]. Например, принимают участие в ангиогенезе, стимуляции клеточной адгезии, хемотаксисе, пролиферации, активации матриксных металлопротеаз [11-13]. Ферменты, разрушающие эластин, такие как матриксные металлопротеиназы, сериновые и цистеиновые протеазы, медленно повреждают эластин в течение жизни организма. Разрушение эластина и биологические процессы, запускаемые эластокинами, способствуют развитию и прогрессированию различных патологических состояний, включая атеросклероз [14, 15].
Литература
1. Halper J., Kjaer M. Basic components of connective tissues and extracellular matrix: elastin, fibrillin, fibulins, fibrinogen, fibronectin, laminin, tenascins and thrombospondins // Adv. Exp. Med. Biol. 2014. Vol. 802. P. 31-47. DOI: https://doi. org/10.1007/978-94-007-7893-1_3
2. Tsamis A., Krawiec J.T., Vorp D.A. Elastin and collagen fibre microstructure of the human aorta in ageing and disease: a review // J. R. Soc. Interface. 2013. Vol. 10, N 83. Article ID 20121004. DOI: https://doi.org/10.1098/rsif.2012.1004
3. Duca L., Blaise S., Romier B., Laffargue M., Gayral S., El Btaouri H. et al. Matrix ageing and vascular impacts: focus on elastin fragmentation // Cardiovasc. Res. 2016. Vol. 110, N 3. P. 298-308. DOI: https://doi.org/10.1093/cvr/cvw061
4. Birch H.L. Extracellular matrix and ageing // Sub-cell. Biochem. 2018. Vol. 90. P. 169-190. DOI: https://doi. org/10.1007/978-981-13-2835-0_7
5. Petsophonsakul P., Furmanik M., Forsythe R., Dweck M., Schurink G.W., Natour E. et al. Role of vascular smooth muscle cell phenotypic switching and calcification in aortic aneurysm formation // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2019. Vol. 39, N 7. P. 1351-1368. DOI: https://doi.org/10.1161/ATVBAHA. 119.312787
6. Thijssen D.H., Carter S.E., Green D.J. Arterial structure and function in vascular ageing: are you as old as your arteries? // J. Physiol. 2016. Vol. 594, N 8. P. 2275-2284. DOI: https://doi. org/10.1113/JP270597
7. Tesauro M., Mauriello A., Rovella V., Annicchiarico-Petruz-zelli M., Cardillo C., Melino G. et al. Arterial ageing: from endothelial dysfunction to vascular calcification // J. Intern. Med. 2017. Vol. 281, N 5. P. 471-482. DOI: https://doi.org/10.1111/joim. 12605
8. Мухамадияров Р.А., Севостьянова В.В., Шишкова Д.К., Насонова М.В., Зинчук С.Ф., Кудрявцева Ю.А. Применение композиционного контраста для исследования биологических объектов методом сканирующей электронной микроскопии //
Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2017. № 3. С. 93-103. DOI: https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-6-3-93-103
9. Mukhamadiyarov R.A., Bogdanov L.A., Glushkova T.V., Shishkova D.K., Kostyunin A.E., Koshelev V.A. et al. EMbedding and backscattered scanning electron microscopy: a detailed protocol for the whole-specimen, high-resolution analysis of cardiovascular tissues // Front. Cardiovasc. Med. 2021. Vol. 8. Article ID 739549. DOI: https://doi.org/10.3389/fcvm.2021.739549
10. Lee S.H., Shin K., Park S., Kang S.M., Choi D., Lee S.H. et al. Circulating anti-elastin antibody levels and arterial disease characteristics: associations with arterial stiffness and atherosclerosis // Yonsei Med. J. 2015. Vol. 56, N 6. P. 1545-1551. DOI: https://doi.org/10.3349/ymj.2015.56.6.1545
11. Heinz A. Elastases and elastokines: elastin degradation and its significance in health and disease // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2020. Vol. 55, N 3. P. 252-273. DOI: https://doi.org/ 10.1080/10409238.2020.1768208
12. Maurice P., Blaise S., Gayral S., Debelle L., Laffargue M., Hornebeck W. et al. Elastin fragmentation and atherosclerosis progression: the elastokine concept // Trends Cardiovasc. Med. 2013. Vol. 23, N 6. P. 211-221. DOI: https://doi.org/10.1016/]. tcm.2012.12.004
13. Katsuda S., Kaji T. Atherosclerosis and extracellular matrix // J. Atheroscler. Thromb. 2003. Vol. 10, N 5. P. 267-274. DOI: https://doi.org/10.5551/jat.10.267
14. Cocciolone A.J., Hawes J.Z., Staiculescu M.C., Johnson E.O., Murshed M., Wagenseil J.E. Elastin, arterial mechanics, and cardiovascular disease // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2018. Vol. 315, N 2. P. H189-H205. DOI: https://doi.org/10.1152/ajp-heart.00087.2018
15. Nezu T., Hosomi N., Aoki S., Matsumoto M. Carotid intima-media thickness for atherosclerosis // J. Atheroscler. Thromb. 2016. Vol. 23, N 1. P. 18-31. DOI: https://doi.org/10.5551/ jat.31989
References
1. Halper J., Kjaer M. Basic components of connective tissues and extracellular matrix: elastin, fibrillin, fibulins, fibrinogen, fibronectin, laminin, tenascins and thrombospondins. Adv Exp Med Biol. 2014; 802: 31-47. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-7893-1_3
2. Tsamis A., Krawiec J.T., Vorp D.A. Elastin and collagen fibre microstructure of the human aorta in ageing and disease: a review. J R Soc Interface. 2013; 10 (83): 20121004. DOI: https:// doi.org/10.1098/rsif.2012.1004
3. Duca L., Blaise S., Romier B., Laffargue M., Gayral S., El Btaouri H., et al. Matrix ageing and vascular impacts: focus on elastin fragmentation. Cardiovasc Res. 2016; 110 (3): 298-308. DOI: https://doi.org/10.1093/cvr/cvw061
4. Birch H.L. Extracellular matrix and ageing. Subcell Biochem. 2018; 90: 169-90. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-13-2835-0_7
5. Petsophonsakul P., Furmanik M., Forsythe R., Dweck M., Schurink G.W., Natour E., et al. Role of vascular smooth muscle cell phenotypic switching and calcification in aortic aneurysm formation. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2019; 39 (7): 1351-68. DOI: https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.119.312787
6. Thijssen D.H., Carter S.E., Green D.J. Arterial structure and function in vascular ageing: are you as old as your arteries? J Physiol. 2016; 594 (8): 2275-84. DOI: https://doi.org/10.1113/ JP270597
7. Tesauro M., Mauriello A., Rovella V., Annicchiarico-Petruz-zelli M., Cardillo C., Melino G., et al. Arterial ageing: from endothelial dysfunction to vascular calcification. J Intern Med. 2017; 281 (5): 471-82. DOI: https://doi.org/10.1111/joim.12605
8. Mukhamadiyarov P.A., Sevost'yanova V.V., Shishkova D.K., Nasonova M.V., Zinchuk S.F., Kudryavtseva Yu.A. Composite contrast using to research biological objects by scanning electron microscopy. Kompleksnye problemy serdechno-sosudistykh zabo-levaniy [Complex Problems of Cardiovascular Diseases]. 2017;
(3): 93-103. DOI: https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-6-3-93-103 (in Russian)
9. Mukhamadiyarov R.A., Bogdanov L.A., Glushkova T.V., Shishkova D.K., Kostyunin A.E., Koshelev V.A., et al. EMbedding and backscattered scanning electron microscopy: a detailed protocol for the whole-specimen, high-resolution analysis of cardiovascular tissues. Front Cardiovasc Med. 2021; 8: 739549. DOI: https://doi.org/10.3389/fcvm.2021.739549
10. Lee S.H., Shin K., Park S., Kang S.M., Choi D., Lee S.H., et al. Circulating anti-elastin antibody levels and arterial disease characteristics: associations with arterial stiffness and atherosclerosis. Yonsei Med J. 2015; 56 (6): 1545-51. DOI: https://doi. org/10.3349/ymj.2015.56.6.1545
11. Heinz A. Elastases and elastokines: elastin degradation and its significance in health and disease. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2020; 55 (3): 252-73. DOI: https://doi.org/10.1080/1040 9238.2020.1768208
12. Maurice P., Blaise S., Gayral S., Debelle L., Laffargue M., Hornebeck W., et al. Elastin fragmentation and atherosclerosis progression: the elastokine concept. Trends Cardiovasc Med. 2013; 23 (6): 211-21. DOI: https://doi.org/10.1016/j. tcm.2012.12.004
13. Katsuda S., Kaji T. Atherosclerosis and extracellular matrix. J Atheroscler Thromb. 2003; 10 (5): 267-74. DOI: https:// doi.org/10.5551/jat.10.267
14. Cocciolone A.J., Hawes J.Z., Staiculescu M.C., Johnson E.O., Murshed M., Wagenseil J.E. Elastin, arterial mechanics, and cardiovascular disease. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2018; 315 (2): H189-205. DOI: https://doi.org/10.1152/ajp-heart.00087.2018
15. Nezu T., Hosomi N., Aoki S., Matsumoto M. Carotid intima-media thickness for atherosclerosis. J Atheroscler Thromb. 2016; 23 (1): 18-31. DOI: https://doi.org/10.5551/jat. 31989
