Бессимптомная бактериальная колонизация как причина воспалительной инфильтрации биопротезов клапанов сердца на поздних сроках их функционирования

Обоснование. Средняя долговечность биопротезов клапанов сердца ограничена 10–15 годами из-за структурной дегенерации их биологической составляющей. Одной из причин развития дегенеративных изменений в имплантатах является инфильтрация иммунными клетками. Как правило, воспаление развивается через несколько лет после биопротезирования, что плохо согласуется с гипотезой иммунного отторжения, вызванного остаточной иммунногенностью протезной биоткани. Мы предположили, что главным стимулом иммунного ответа на поздних сроках функционирования биопротезов становится их бессимптомная колонизация бактериальными агентами.

Цель: исследовать серию биопротезов, эксплантированных из-за структурной дегенерации, на предмет бактериальной инвазии; выявить закономерности в локализации микроорганизмов и клеточных инфильтратов.

Материал и методы. Изучено 23 биопротеза клапанов сердца, иссеченных при репротезировании по причине структурной дегенерации. Детекцию бактерий в образцах осуществляли путем окрашивания гистологических срезов по Граму и посредством ПЦР-анализа. Для фенотипирования иммунных клеток применяли метод иммуногистохимического окрашивания с использованием антител к CD45 (пан-лейкоцитарный маркер), CD68 (маркер макрофагов), CD3 (маркер Т-лимфоцитов) и эластазе нейтрофилов (ELA2). Компонентный состав тканей исследовали с помощью пентахромного окрашивания по Расселу – Мовату. Анализ окрашенных срезов выполняли методом световой микроскопии. Результаты. Все исследованные биопротезы имели классические морфолого-гистологические признаки структурной дегенерации (наличие перфораций и макрокальцификатов в основании и куполе створок, разрывов в комиссуральной зоне), но не протезного эндокардита (вегетации отсутствовали, результаты посевов крови и смывов были отрицательными). С помощью гистологического метода бактерии обнаружены в 19 из 23 изученных клапанов (82,6%), тогда как данные ПЦР-анализа указали на присутствие бактерий в 11 (47,8%) имплантатах (Streptococcus ssp. и Staphylococcus ssp. без видовой идентификации). Отмечена солокализация колоний микроорганизмов и мелких клеточных инфильтратов, составленных макрофагами (CD45+, CD68+) и нейтрофилами (CD45+, ELA2+).

Заключение. Бессимптомная бактериальная колонизация биопротезов клапанов сердца широко распространена и может провоцировать клеточную инфильтрацию этих медицинских изделий.

1. Otto C.M., Nishimura R.A., Bonow R.O., Carabello B.A., Erwin J.P., Gentile F. et al. 2020 ACC/AHA guideline for the management of patients with valvular heart disease: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on clinical practice guidelines. Circulation. 2021;143(5):e72–e227. DOI: 10.1161/CIR.0000000000000923.

2. Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция биопротезов клапанов сердца: достижения и проблемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2012;(1):4–11. DOI: 10.17802/2306-1278-2012-1-4-11.

3. Pibarot P., Dumesnil J.G. Prosthetic heart valves: selection of the optimal prosthesis and long-term management. Circulation. 2009;119(7):1034– 1048. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.108.778886.

4. Dvir D., Bourguignon T., Otto C.M., Hahn R.T., Rosenhek R., Webb J.G. et al. Standardized definition of structural valve degeneration for surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves. Circulation. 2018;137(4):388–399. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.117.030729.

5. Kostyunin A.E., Yuzhalin A.E., Rezvova M.A., Ovcharenko E.A., Glushkova T.V., Kutikhin A.G. Degeneration of bioprosthetic heart valves: update 2020. J. Am. Heart Assoc. 2020;9(19):e018506. DOI: 10.1161/JAHA.120.018506.

6. Senage T., Paul A., Le Tourneau T., Fellah-Hebia I., Vadori M., Bashir S. et al. The role of antibody responses against glycans in bioprosthetic heart valve calcification and deterioration. Nat. Med. 2022;28(2):283– 294. DOI: 10.1038/s41591-022-01682-w.

7. Костюнин А.Е., Глушкова Т.В., Резвова М.А., Клышников К.Ю., Онищенко П.С., Овчаренко Е.А. N-гликолилнейраминовая кислота как возможный триггер иммунного отторжения эпоксиобработанных ксеноперикардиальных биопротезов клапанов сердца. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2023;12(3):173–180. DOI: 10.17802/2306-1278-2023-12-3-173-180.

8. Kossar A.P., George I., Gordon R., Ferrari G. Bacterial infiltration and bioprosthetic valve failure: Emerging diagnostics for emerging therapies. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2020;159(4):1279–1282. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2019.07.149.

9. Nair V., Law K.B., Li A.Y., Phillips K.R., David T.E., Butany J. Characterizing the inflammatory reaction in explanted Medtronic Freestyle stentless porcine aortic bioprosthesis over a 6-year period. Cardiovasc. Pathol. 2012;21(3):158–168. DOI: 10.1016/j.carpath.2011.05.003.

10. Kostyunin A., Mukhamadiyarov R., Glushkova T., Bogdanov L., Shishkova D., Osyaev N. et al. Ultrastructural pathology of atherosclerosis, calcific aortic valve disease, and bioprosthetic heart valve degeneration: commonalities and differences. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(20):7434. DOI: 10.3390/ijms21207434.

11. Shetty R., Pibarot P., Audet A., Janvier R., Dagenais F., Perron J. et al. Lipid-mediated inflammation and degeneration of bioprosthetic heart valves. Eur. J. Clin. Invest. 2009;39(6):471–480. DOI: 10.1111/j.1365-2362.2009.02132.x.

12. Böer U., Buettner F.F.R., Schridde A., Klingenberg M., Sarikouch S., Haverich A. et al. Antibody formation towards porcine tissue in patients implanted with crosslinked heart valves is directed to antigenic tissue proteins and αGal epitopes and is reduced in healthy vegetarian subjects. Xenotransplantation. 2017;24(2):e12288. DOI: 10.1111/xen.12288.

13. Habib G., Lancellotti P., Antunes M.J., Bongiorni M.G., Casalta J.P., Del Zotti F. et al. 2015 ESC Guidelines for the management of infective endocarditis: The Task Force for the Management of Infective Endocarditis of the European Society of Cardiology (ESC). Endorsed by: European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS), the European Association of Nuclear Medicine (EANM). Eur. Heart J. 2015;36(44):3075– 3128. DOI: 10.1093/eurheartj/ehv319.

14. Sakaue T., Nakaoka H., Shikata F., Aono J., Kurata M., Uetani T. et al. Biochemical and histological evidence of deteriorated bioprosthetic valve leaflets: the accumulation of fibrinogen and plasminogen. Biol. Open. 2018;7(8):bio034009. DOI: 10.1242/bio.034009.

15. Fazzari F., Baggiano A., Fusini L., Ghulam Ali S., Gripari P., Junod D. et al. Early biological valve failure: structural valve degeneration, thrombosis, or endocarditis? J. Clin. Med. 2023;12(17):5740. DOI: 10.3390/jcm12175740.

16. Morris A.J., Drinkovic D., Pottumarthy S., Strickett M.G., MacCulloch D., Lambie N. et al. Gram stain, culture, and histopathological examination findings for heart valves removed because of infective endocarditis. Clin. Infect. Dis. 2003;36(6):697–704. DOI: 10.1086/367842.