DOI: 10.23648/UMBJ.2017.25.5242

УДК 616-092

ОСОБЕННОСТИ АДГЕЗИВНЫХ СВОЙСТВ АОРТАЛЬНЫХ ПОЛУЛУНИЙ И АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКИХ БЛЯШЕК У БОЛЬНЫХ КАЛЬЦИНИРУЮЩИМ АОРТАЛЬНЫМ СТЕНОЗОМ

Н.И. Гуляев1, М.В. Жуков2,3, Г.Л. Куранов4, Ю.А. Борисов5, Е.Д. Суглобова5, С.Г. Ястребов6, В.В. Кузнецов1, А.С. Перемышленко1, А.В. Гордиенко1, О.В. Костина1, А.С. Пелешок1

1ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова», г. Санкт-Петербург, Россия;

2ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», г. Санкт-Петербург, Россия;

3ФГБУН «Институт аналитического приборостроения» Российской академии наук, г. Санкт-Петербург, Россия;

4ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», г. Санкт-Петербург, Россия;

5ГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова» Минздрава России, г. Санкт-Петербург, Россия;

6ФГБУН «Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе» Российской академии наук, г. Санкт-Петербург, Россия

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

С целью изучения механизмов формирования первичного ядра кальцификации в матриксе аортальных полулуний исследованы адгезивные свойства эндотелиальной поверхности, субэндотелиальных структур аортальных полулуний и атеросклеротической бляшки основания аорты.

Материалы и методы. Исследованы 10 клапанов аорты и 10 участков корня аорты (в т.ч. участки с атеросклеротической бляшкой на стадии атероматоза без повреждения покрышки), взятых от пациентов без заболеваний сердца, а также 16 клапанов аорты, забранных у больных с тяжелой стадией аортального стеноза интраоперационно. С помощью рентгенодифракционного анализа выполнено исследование химического состава депозитов солей кальция аортальных полулуний. Изучение адгезивных свойств аортальных полулуний и атеросклеротических бляшек к частицам гидроксиапатита (ГА) проведено методом атомно-силовой микроскопии с использованием специализированных зондов с ГА.

Результаты и обсуждение. В результате исследования химического состава кальцинатов аортальных полулуний определено, что их основу составляет ГА. Показано, что сила адгезии эндотелия основания аорты по отношению к фосфату кальция при формировании в этой области атеросклеротической бляшки увеличивается в 4 раза, что указывает на развитие дисфункции эндотелия. При повреждении эндотелия сила адгезии субэндотелиального пространства возрастает в 14–23 раза.

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о патогенетической значимости в развитии кальциноза аортального клапана и корня аорты таких факторов, как дисфункция эндотелия, изменение его адгезивных свойств и обнажение субэндотелиальных структур. Результаты исследований демонстрируют эффективность использования разработанных специализированных зондов на основе ГА для моделирования процессов образования кальцийсодержащих структур клапана аорты.

Ключевые слова: кальцинирующий аортальный стеноз, патогенез, атомно-силовая микроскопия, рентгенодифракционный анализ, сканирующая электронная микроскопия, кальциноз, атеросклеротическая бляшка, адгезия, эндотелий, гидроксилапатит (гидроксиапатит).

 

Литература

  1. Агеев Ф.Т., Баринова И.В., Серединина Е.М., Орлова Я.А., Кузьмина А.Е. Механизмы формирования кальцификации артерий. Кардиологический вестник. 2012; 7 (2): 57–64.
  2. Efstratiadis G., Koskinas K., Pagourelias E. Coronary calcification in patients with end-stage renal disease: a novel endocrine disorder? Hormones.2007; 6–131.
  3. Prieto R.M., Gomila I., Söhnel O., Costa-Bauza A., Bonnin O., Grases F. Study on the structure and composition of aortic valve calcific deposits: Etiological aspects. Journal of Biophysical Chemistry. 2011; 2 (1): 19–25.
  4. Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфатов кальция. Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2004; XLVIII.
  5. Пухов Д.Э., Васильев С.В., Зотов А.С., Ильин М.В., Рудый А.С. Микроморфология, состав, особенности локализации минеральных отложений створок аортальных клапанов по данным сканирующей электронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа. Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова. 2014; 9 (1): 23–30.
  6. Lim K.P., Tan L.P. Interaction force measurements for the design of tissue adhesives. Acta Biomaterialia. 2009; 5, iss. 1: 84–92.
  7. Lisa Manning M., Ramsey A. Foty, Malcolm S. Steinberg, and Eva-Maria Schoetz. Coaction of intercellular adhesion and cortical tension specifies tissue surface tension. PNAS. 2010; 107 (28): 12517–12522.
  8. Siamantouras E., Hills C.E., Younis M.Y., Squires P.E., Liu K.K. Quantitative investigation of calcimimetic R568 on beta cell adhesion and mechanics using AFM single-cell force spectroscopy. FEBS Lett. 2014; 588: 1178–
  9. Zhukov M.V., Kukhtevich I.V., Levichev V.V., Mukhin I.S., Golubok A.O. Specialized probes with nanowhisker structures for scanning probe microscopy. J. Phys.: Conf. Ser. 2014; 541 (1): 012042 (6pp).
  10. Дедков В.Г., Дедкова Е.Г. Контактная атомно-силовая спектроскопия биологических тканей. Письма в ЖТФ. 2010; 36 (3): 76–81.
  11. Benoit M., Gaub H.E. Measuring cell adhesion forces with the atomic force microscope at the molecular level. Cells Tissues Organs. 2002; 172: 174–189.
  12. Гуляев Н.И. Дисфункция эндотелия у больных с дегенеративным стенозом клапана аорты: современное состояние проблемы. Клиническая медицина. 2015; 5: 37–42.
  13. Scott J.E. Structure and function in extracellular matrices depend on interactions between anionic glycosaminoglycans. Pathol. Biol. (Paris). 2001; 49 (4): 284–289.
  14. Omuna K., Ito A. Cluster Growth model for hydroxyapatite. Сhem. Mater. 1998; 10: 3346–3351.
  15. Казанова Т. Неорганические фосфатные материалы (пер. с япон.). Киев: Наукова думка; 1998: 17–109.

 

DOI: 10.23648/UMBJ.2017.25.5242

Аdhesive properties of aortic semilunar valve and atherosclerotic plaques in patients with calcific aortic stenosis

N.I. Gulyaev1, M.V. Zhukov2,3, G.L. Kuranov4, Yu.A. Borisov5, E.D. Suglobova5, S.G. Yastrebov6, V.V. Kuznetsov1, A.S. Peremyshlenko1, A.V. Gordienko1, O.V. Kostina1, A.S. Peleshok1

1S.M. Kirov Military Medical Academy, St. Peresburg, Russia;

2ITMO University (Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics), St. Peresburg, Russia;

3Institute for Analytical Instrumentation, Russian Academy of Sciences (IAI RAS), St. Peresburg, Russia;

4Saint Petersburg State University, St. Peresburg, Russia;

5Pavlov First Saint Petersburg State Medical University, St. Peresburg, Russia;

6Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences, St. Peresburg, Russia

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

The objective of the paper is to study the source mechanisms of the primary nucleus calcification in the matrix of the aortic semilunar valve and to determine the adhesive properties of the endothelial surface, and subendothelial structures of aortic semilunar valve and atherosclerotic aortic plaques.

Materials and Methods. We studies 10 aortic valves and 10 parts of the aortic root (including areas with atherosclerotic plaques in the atheromatosis stage without wall damage) taken from patients without cardiac disorders, and 16 aortic valves retrieved intraoperatively from patients with severe aortic stenosis. The chemical composition of aortic calcium deposits was studied using XRD analysis. The study of adhesive properties of aortic leaflets and aortic atherosclerotic plaques to hydroxyapatite (HA) particles was conducted by means of atomic force microscopy and specialized probes with hydroxyapatite structures.

The study of the chemical composition of aortic calcium deposits determined that they consisted of hydroxyapatite. It was shown that the endothelium adhesion force of the aortic root toward calcium phosphate increased 4 times if an atherosclerotic plaque was formed in this area, which denoted endothelial dysfunction. If endothelium was damaged adhesion force of subendothelial space increased 14–23 times.

Conclusion. The results obtained demonstrate pathogenetic value of adhesive changes of endothelium and subendothelial structures in the development of calcified aortic stenosis. The suggested method of atomic force microscopy and specialized probes with hydroxyapatite structures helps to simulate the processes of ectopic calcification of the aortic valve.

Keywords: calcific aortic stenosis, pathogenesis, atomic force microscopy, XRD analysis, scanning electronic microscopy, calcification, atherosclerotic plaque, adhesion, endothelium, hydroxyapatite.

 

References

  1. Ageev F.T., Barinova I.V., Seredinina E.M., Orlova Ya.A., Kuz'mina A.E. Mekhanizmy formirovaniya kal'tsifikatsii arteriy [Mechanisms of arteriosteogenesis]. Kardiologicheskiy vestnik. 2012; 7–64 (in Russian).
  2. Efstratiadis G., Koskinas K., Pagourelias E. Coronary calcification in patients with end-stage renal disease: a novel endocrine disorder? Hormones.2007; 6–131.
  3. Prieto R.M., Gomila I., Söhnel O., Costa-Bauza A., Bonnin O., Grases F. Study on the structure and composition of aortic valve calcific deposits: Etiological aspects. Journal of Biophysical Chemistry. 2011; 2 (1): 19–25.
  4. Veresov A.G., Putlyaev V.I., Tret'yakov Yu.D. Khimiya neorganicheskikh biomaterialov na osnove fosfatov kal'tsiya. [Chemistry of inorganic biomaterials on the basis of calcium phosphate]. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal (Zhurnal Rossiyskogo khimicheskogo obshchestva im. D.I. Mendeleeva). 2004; XLVIII (4): 52–64 (in Russian).
  5. Pukhov D.E., Vasil'ev S.V., Zotov A.S., Il'in M.V., Rudyy A.S. Mikromorfologiya, sostav, osobennosti lokalizatsii mineral'nykh otlozheniy stvorok aortal'nykh klapanov po dannym skaniruyushchey elektronnoy mikroskopii i rentgenodifraktsionnogo analiza [Micromorphology, composition and localization of mineral deposits of aortal valve scusps according to the scanning electronic microscopy and ХRD analysis]. Vestnik Natsional'nogo mediko-khirurgicheskogo tsentra im. N.I. Pirogova. 2014; 9 (1): 23–30 (in Russian).
  6. Lim K.P., Tan L.P. Interaction force measurements for the design of tissue adhesives. Acta Biomaterialia. 2009; 5, Issue 1: 84–92.
  7. Lisa Manning M., Ramsey A. Foty, Malcolm S. Steinberg, and Eva-Maria Schoetz. Coaction of intercellular adhesion and cortical tension specifies tissue surface tension. PNAS. 2010; 107 (28): 12517–12522.
  8. Siamantouras E., Hills C.E., Younis M.Y., Squires P.E., Liu K.K. Quantitative investigation of calcimimetic R568 on beta cell adhesion and mechanics using AFM single-cell force spectroscopy. FEBS Lett. 2014: 588: 1178–
  9. Zhukov M.V., Kukhtevich I.V., Levichev V.V., Mukhin I.S., Golubok A.O. Specialized probes with nanowhisker structures for scanning probe microscopy. J. Phys.: Conf. Ser. 2014; 541 (1): 012042 (6pp).
  10. Dedkov V.G., Dedkova E.G. Kontaktnaya atomno-silovaya spektroskopiya biologicheskikh tkaney [Contact atomic force spectroscopy of biological tissues]. Pis'ma v ZhTF. 2010; 36 (3): 76–81 (in Russian).
  11. Benoit M., Gaub H.E. Measuring cell adhesion forces with the atomic force microscope at the molecular level. Cells Tissues Organs. 2002;172:174–189.
  12. Gulyaev N.I. Disfunktsiya endoteliya u bol'nykh s degenerativnym stenozom klapana aorty: sovremennoe sostoyanie problemy [Endothelial dysfunction in patients with degenerative aortic stenosis: modern problem state]. Klinicheskaya meditsina. 2015; 5: 37–42 (in Russian).
  13. Scott J. E. Structure and function in extracellular matrices depend on interactions between anionic glycosaminoglycans. Pathol. Biol. (Paris). 2001; 49 (4): 284–289.
  14. Omuna K., Ito A. Cluster Growth model for hydroxyapatite. Сhem. Mater. 1998; 10: 3346–3351.
  15. Kazanova T. Neorganicheskie fosfatnye materialy [Inorganic phosphate materials (translated from Japanese)]. Kiev: Naukova dumka; 1998: 17–109 (in Russian).