Frequency, localization and pathogenesis of calcification of cardiac connective tissues

Summary

The frequency, intensity and localization of lime incrustations in the annulus fibrosus and the left valvular apparatus are studied in 491 human hearts of all age groups and the disposition by age and sex is recorded. An experimental calcinosis of the cardiac frame was induced in 149 female albino rats by using the model of calciphylaxis. One mg dihydrotachysterine was given orally on the first day of the study. In addition, the single groups of the study received ferrous dextran (10 mg i.v.) or metallic salts (2 mg cobalt chloride or 100–150 mg magnesium chloride or 10 mg manganous chloride or 10 mg zinc acetate daily i.p.) throughout a period up to 17 days. The following results were obtained:

• 1. In human hearts, lime incrustations are found in the aortic annulus in 40%, in the aortic valve and in the mitral annulus in 22% and in the mitral valve in 8%. The earliest lime incrustations in the mitral and the aortic annulus are recorded in men aged 30, in the aortic valve in men aged 40 and in the mitral valve in men aged 50. In men over 60, calcification of the aortic valve is noted in 50% of the examined cases, in men over 80, in 80–100%. On the other hand, the calcification rate of the mitral annulus and the aortic valve was 30–40% and of the mitral valve about 15% in men over 70. Lime incrustations in the mitral annulus develop significantly earlier and more intense in women than in men. With regard to the more intense calcifications the mitral annulus of women is calcified four times more commonly than that of men, the mitral valve nearly three times.

• 2. In rats, analogous calcifications can be produced in the annulus fibrosus as well as in the aortic and mitral valves. The calcifications of the mitral annulus are considerably reduced by zinc acetate and manganous chloride. The initial changes during the course of the calciphylactic reaction are an enlargement of the fibroblasts, a swelling of the collagenous fibres, a decomposition of elastic fibres and an increase of acid mucopolysaccharides. From the 4th day of the study an incrustation of lime salts is seen with the highest rate on the 9th. day.

Aging of the cardiac connective tissue and local factors of physical kind (stress of pressure) play the main role in the course of calcification of the cardiac frame. In addition, hormonal factors and disturbances of the electrolyte metabolism have to be discussed to explain the special sex disposition.

Zusammenfassung

An 491 menschlichen Herzen aller Altersklassen wurden pathohistologisch und histochemisch die Häufigkeit, Stärke und Lokalisation von Kalkablagerungen im Bereich des Annulus fibrosus und der Klappen des linken Herzens untersucht und die Altersund Geschlechtsdisposition registriert. Parallel hierzu wurde bei 149 weiblichen Albinoratten nach dem Modell der Calciphylaxie eine experimentelle Calcinose des Herzgerüstes erzeugt. Die Tiere erhielten am 1. Versuchstag 1 mg Dihydrotachysterin oral verabfolgt und in den einzelnen Versuchsgruppen zusätzlich Eisen-Dextran (10 mg i.v.) oder Metallsalze (tgl. 2 mg Kobaltchlorid oder 100–150 mg Magnesiumchlorid oder 10 mg Manganchlorid oder 10 mg Zinkacetat i.p.) über einen Zeitraum von maximal 17 Versuchstagen. Die Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen:

• 1. In den menschlichen Herzen finden sich im aortalen Annulus in 40% Kalkeinlagerungen, in den Aortenklappen und im mitralen Annulus in 22%, in der Mitralklappe in 8%. Die frühesten Stadien der Kalkeinlagerungen lassen sich im mitralen und aortalen Annulus ab 30. Lebensjahr registrieren, an der Aortenklappe ab 40. Lebensjahr, an der Mitralklappe ab 50. Lebensjahr. Der aortale Annulus weist nach dem 60. Lebensjahr bei 50% aller untersuchten Fälle Verkalkungen auf, jenseits des 80. Lebensjahres bei 80–100%. Demgegenüber sind im mitralen Annulus und der Aortenklappe jenseits des 70. Lebensjahres in 30–40% Kalkablagerungen nachweisbar, in der Mitralklappe in etwa 15%. Im mitralen Annulus treten bei Frauen Kalkablagerungen wesentlich früher und zugleich auch stärker als bei Männern auf. Bei Berücksichtigung besonders der stärkeren scholligen Verkalkungen ist der mitrale Annulus bei Frauen 4mal häufiger verkalkt als bei Männern, die Mitralklappe fast 3mal.

• 2. Bei der Ratte lassen sich analoge Verkalkungen im Annulus fibrosus und der Aortensowie Mitralklappe erzeugen. Die Verkalkungen werden besonders am mitralen Annulus durch Zinkacetat und Manganchlorid stark vermindert. Die initialen Veränderungen im Ablauf der calciphylaktischen Reaktion bestehen in einer Schwellung der Fibroblasten, einer Quellung der kollagenen Fasern, einem Zerfall elastischer Fasern und einer Vermehrung saurer Mucopolysaccharide. Ab 4. Versuchstag kommt es zu einer Einlagerung von Kalksalzen mit Höhepunkt am 9. Versuchstag.

Beim Ablauf der Herzgerüstverkalkung spielen Alterungen des Herzbindegewebes und lokale mechanisch-physikalische Faktoren (Druckbelastung) die Hauptrolle. Zusätzlich müssen zur Erklärung der besonderen Geschlechtsdisposition am mitralen Annulus hormonale Faktoren und Störungen der Elektrolytregulation diskutiert werden.