Система свертывания крови


11.2. Система свертывания крови. Изменения при патологии

При случайных повреждениях мелких кровеносных сосудов возникающее кровотечение через некоторое время прекращается. Это связано с образованием в месте повреждения сосуда тромба или сгустка. Данный процесс называется свёртыванием крови.

В настоящее время существует классическая ферментативная теория свертывания крови – теория Шмидта – Моравица. Положения этой теории представлены на схеме (рис. 11):

Рис. 11. Схема свертывания крови

Повреждение кровеносного сосуда вызывает каскад молекулярных процессов, в результате образуется сгусток крови - тромб, прекращающий вытекание крови. В месте повреждения к открывшемуся межклеточному матриксу прикрепляются тромбоциты; возникает тромбоцитарная пробка. Одновременно включается система реакций, ведущих к превращению растворимого белка плазмы фибриногена в нерастворимый фибрин, который откладывается в тромбоцитарной пробке и на её поверхности, образуется тромб.

Процесс свёртывания крови протекает в две фазы.

В первой фазе протромбин переходит в активный фермент тромбин под влиянием тромбокиназы, содержащейся в тромбоцитах и освобождающейся из них при разрушении кровяных пластинок, и ионов кальция.

Во второй фазе под влиянием образовавшегося тромбина фибриноген превращается в фибрин.

Весь процесс свёртывания крови представлен следующими фазами гемостаза:

а) сокращение поврежденного сосуда;

б) образование в месте повреждения рыхлой тромбоцитарной пробки, или белого тромба. Коллаген сосуда служит связующим центром для тромбоцитов. При агрегации тромбоцитов освобождаются вазоактивные амины, которые стимулируют сужение сосудов;

в) формирование красного тромба (кровяной сгусток);

г) частичное или полное растворение сгустка.

Белый тромб образуется из тромбоцитов и фибрина; в нем относительно мало эритроцитов (в условиях высокой скорости кровотока). Красный тромб состоит из эритроцитов и фибрина (в областях замедленного кровотока).

В процессе свертывания крови участвуют факторы свертывания крови. Факторы свертывания, связанные с тромбоцитами, принято обозначать арабскими цифрами (1, 2, 3 и т.д.), а факторы свертывания, находящиеся в плазме крови, обозначают римскими цифрами.

Фактор I (фибриноген) - гликопротеин. Синтезируется в печени.

Фактор II (протромбин) - гликопротеин. Синтезируется в печени при участии витамин К. Способен связывать ионы кальция. При гидролитическом расщеплении протромбина образуется активный фермент свертывания крови.

Фактор III (тканевый фактор, или тканевый тромбопластин) образуется при повреждении тканей. Липопротеин.

Фактор IV (ионы Са2+). Необходимы для образования активного фактора X и активного тромбопластина тканей, активации проконвертина, образования тромбина, лабилизации мембран тромбоцитов.

Фактор V (проакцелерин) - глобулин. Предшественник акцелерина, синтезируется в печени.

Фактор VII (антифибринолизин, проконвертин)- предшественник конвертина. Синтезируется в печени при участии витамина К.

Фактор VIII (антигемофильный глобулин А) необходим для формирования активного фактора X. Врожденный недостаток фактора VIII - причина гемофилии А.

Фактор IX (антигемофильный глобулин В, Кристмас-фактор) принимает участие в образовании активного фактора X. При недостаточностьи фактора IX развивается гемофилия В.

Фактор X (фактор Стюарта-Прауэра) - глобулин. Фактор X участвует в образовании тромбина из протромбина. Синтезируется клетками печени при участии витамина К.

Фактор XI (фактор Розенталя) - антигемофильный фактор белковой природы. Недостаточность наблюдается при гемофилии С.

Фактор XII (фактор Хагемана) участвует в пусковом механизме свертывания крови, стимулирует фибринолитическую активность, другие защитные реакции организма.

Фактор XIII (фибринстабилизирующий фактор) - участвует в образовании межмолекулярных связей в фибрин-полимере.

Факторы тромбоцитов. В настоящее время известно около 10 отдельных факторов тромбоцитов. Например: Фактор 1 - адсорбированный на поверхности тромбоцитов проакцелерин. Фактор 4 - антигепариновый фактор.

В нормальных условиях тромбина в крови нет, он образуется из белка плазмы протромбина под действием протеолитического фермента фактора Ха (индекс а - активная форма), который образуется при кровопотере из фактора X. Фактор Ха превращает протромбин в тромбин только в присутствии ионов Са2 + и других факторов свертывания.

Фактор III, переходящий в плазму крови при повреждении тканей, и фактор 3 тромбоцитов создают предпосылки для образования затравочного количества тромбина из протромбина. Он катализирует превращение проакцелерина и проконвертина в акцелерин (фактор Va) и в конвертин (фактор VIIa).

При взаимодействии перечисленных факторов, а также ионов Са2+ происходит образование фактора Ха. Затем происходит образование тромбина из протромбина. Под влиянием тромбина от фибриногена отщепляются 2 пептида А и 2 пептида В. Фибриноген превращается в хорошо растворимый фибрин-мономер, который быстро полимеризуется в нерастворимый фибрин-полимер при участии фибринстабилизирующего фактора- фактора XIII (фермент трансглутаминаза) в присутствии ионов Са2+ (рис. 12).

Рис. 12. Образование геля фибрина.

Фибриновый тромб прикрепляется к матриксу в области повреждения сосуда при участии белка фибронектина. Вслед за образованием нитей фибрина происходит их сокращение, для чего необходима энергия АТФ и фактор 8 тромбоцитов (тромбостенин).

У людей с наследственными дефектами трансглутаминазы кровь свертывается так же, как у здоровых, однако тромб получается хрупкий, поэтому легко возникают вторичные кровотечения.

Кровотечение из капилляров и мелких сосудов останавливается уже при образовании тромбоцитной пробки. Для остановки кровотечения из более крупных сосудов необходимо быстрое образование прочного тромба, чтобы свести к минимуму потерю крови. Это достигается каскадом ферментных реакций с механизмами усиления на многих ступенях.

Различают три механизма активации ферментов каскада:

1. Частичный протеолиз.

2. Взаимодействие с белками-активаторами.

3. Взаимодействие с клеточными мембранами.

Ферменты прокоагулянтного пути содержат γ-карбоксиглутаминовую кислоту. Радикалы карбоксиглутаминовой кислоты образуют центры связывания ионов Са2+. В отсутствие ионов Са2+ кровь не свертывается.

Внешний и внутренний пути свёртывания крови.

Во внешнем пути свертывания крови участвуют тромбопластин (тканевой фактор, фактор III), проконвертин (фактор VII), фактор Стюарта (фактор X), проакцелерин (фактор V), а также Са2+ и фосфолипиды мембранных поверхностей, на которых образуется тромб. Гомогенаты многих тканей ускоряют свёртывание крови: это действие называют тромбопластиновой активностью. Вероятно, она связана с наличием в тканях какого-то специального белка. Факторы VII и X - проферменты. Они активируются путём частичного протеолиза, превращаясь в протеолитические ферменты - факторы VIIа и Xа соответственно. Фактор V – это белок, который при действии тромбина превращается в фактор V', который не является ферментом, но активирует фермент Xа по аллостерическому механизму; активация усиливается в присутствии фосфолипидов и Са2+.

В плазме крови постоянно содержатся следовые количества фактора VIIа. При повреждении тканей и стенок сосуда освобождается фактор III – мощный активатор фактора VIIа; активность последнего увеличивается более чем в 15000 раз. Фактор VIIа отщепляет часть пептидной цепи фактора X, превращая его в фермент - фактор Xа. Сходным образом Xа активирует протромбин; образовавшийся тромбин катализирует превращение фибриногена в фибрин, а также превращение предшественника трансглутаминазы в активный фермент (фактор XIIIа). Этот каскад реакций имеет положительные обратные связи, усиливающие конечный результат. Фактор Xа и тромбин катализируют превращение неактивного фактора VII в фермент VIIа; тромбин превращает фактор V в фактор V', который вместе с фосфолипидами и Са2+ в 104–105 раз повышает активность фактора Xа. Благодаря положительным обратным связям скорость образования самого тромбина и, следовательно, превращения фибриногена в фибрин нарастают лавинообразно, и в течение 10-12 с кровь свёртывается.

Свёртывание крови по внутреннему механизму происходит значительно медленнее и требует 10-15 мин. Этот механизм называют внутренним, потому что для него не требуется тромбопластин (тканевой фактор) и все необходимые факторы содержатся в крови. Внутренний механизм свёртывания также представляет собой каскад последовательных активаций проферментов. Начиная со стадии превращения фактора X в Xа, внешний и внутренний пути одинаковы. Как и внешний путь, внутренний путь свёртывания имеет положительные обратные связи: тромбин катализирует превращение предшественников V и VIII в активаторы V' и VIII', которые в конечном итоге увеличивают скорость образования самого тромбина.

Внешний и внутренний механизмы свёртывания крови взаимодействуют между собой. Фактор VII, специфичный для внешнего пути свёртывания, может быть активирован фактором XIIа, который участвует во внутреннем пути свёртывания. Это превращает оба пути в единую систему свёртывания крови.

Гемофилии. Наследственные дефекты белков, участвующих в свёртывании крови, проявляются повышением кровоточивости. Наиболее часто встречается болезнь, вызванная отсутствием фактора VIII – гемофилия А. Ген фактора VIII локализован в X- хромосоме; повреждение этого гена проявляется как рецессивный признак, поэтому у женщин гемофилии А не бывает. У мужчин, имеющих одну X-хромосому, наследование дефектного гена приводит к гемофилии. Признаки болезни обычно обнаруживаются в раннем детстве: при малейшем порезе, а то и спонтанно возникают кровотечения; характерны внутрисуставные кровоизлияния. Частая потеря крови приводит к развитию железодефицитной анемии. Для остановки кровотечения при гемофилии вводят свежую донорскую кровь, содержащую фактор VIII, или препараты фактора VIII.

Гемофилия В. Гемофилия В обусловлена мутациями гена фактора IX, который, как и ген фактора VIII, локализован в половой хромосоме; мутации рецессивны, следовательно, гемофилия В бывает только у мужчин. Гемофилия В встречается примерно в 5 раз реже, чем гемофилия А. Лечат гемофилию В введением препаратов фактора IX.

При повышенной свертываемости крови могут образоваться внутрисосудистые тромбы, закупоривающие неповрежденные сосуды (тромботические состояния, тромбофилии).

Фибринолиз. Тромб в течение нескольких дней после образования рассасывается. Главная роль в его растворении принадлежит протеолитическому ферменту плазмину. Плазмин гидролизирует в фибрине пептидные связи, образованные остатками аргинина и триптофана, причём образуются растворимые пептиды. В циркулирующей крови находится предшественник плазмина – плазминоген. Он активируется ферментом урокиназой, который содержится во многих тканях. Пламиноген может активироваться калликреином, также имеющимся в тромбе. Плазмин может активироваться и в циркулирующей крови без повреждения сосудов. Там плазмин быстро инактивируется белковым ингибитором α2- антиплазмином, в то время как внутри тромба он защищён от действия ингибитора. Урокиназа – эффективное средство для растворения тромбов или предупреждения их образования при тромбофлебитах, тромбоэмболии легочных сосудов, инфаркте миокарда, хирургических вмешательствах.

Противосвёртывающая система. При развитии системы свёртывания крови в ходе эволюции решались две противоположные задачи: предотвращать вытекание крови при повреждении сосудов и сохранять кровь в жидком состоянии в неповреждённых сосудах. Вторая задача решается противосвёртывающей системой, которая представлена набором белков плазмы, ингибирующих протеолитические ферменты.

Белок плазмы антитромбин III ингибирует все протеиназы, участвующие в свёртывании крови, кроме фактора VIIа. Он не действует на факторы, находящиеся в составе комплексов с фосфолипидами, а только на те, которые находятся в плазме в растворённом состоянии. Следовательно, он нужен не для регуляции образования тромба, а для устранения ферментов, попадающих в кровоток из места образования тромба, тем самым он предотвращает распространение свёртывания крови на поврежденные участки кровеносного русла.

В качестве препарата, предотвращающего свёртывание крови, применяется гепарин. Гепарин усиливает ингибирующее действие антитромбина III: присоединение гепарина индуцирует конформационные изменения, которые повышают сродство ингибитора к тромбину и другим факторам. После соединения этого комплекса с тромбином гепарин освобождается и может присоединяться к другим молекулам антитромбина III. Таким образом, каждая молекула гепарина может активировать большое количество молекул антитромбина III; в этом отношении действие гепарина сходно с действием катализаторов. Гепарин применяют как антикоагулянт при лечении тромботических состояний. Известен генетический дефект, при котором концентрация антитромбина III в крови вдвое меньше, чем в норме; у таких людей часто наблюдаются тромбозы. Антитромбин III – главный компонент противосвёртывающей системы.

В плазме крови есть и другие белки – ингибиторы протеиназ, которые также могут уменьшать вероятность внутрисосудистого свёртывания крови. Таким белком является α2- макроглобулин, который ингибирует многие протеиназы, и не только те, которые участвуют в свёртывании крови. α2-Макроглобулин содержит участки пептидной цепи, которые являются субстратами многих протеиназ; протеиназы присоединяются к этим участкам, гидролизируют в них некоторые пептидные связи, в результате чего изменяется конформация α2-макроглобулина, и он захватывает фермент, подобно капкану. Фермент при этом не повреждается: в комплексе с ингибитором он способен гидролизировать низкомолекулярные пептиды, но для крупных молекул активный центр фермента не доступен. Комплекс α2-макроглобулина с ферментом быстро удаляется из крови: время его полужизни в крови около 10 мин. При массивном поступлении в кровоток активированных факторов свёртывания крови мощность противосвёртывающей системы может оказаться недостаточной, и появляется опасность тромбозов.

Витамин К. В пептидных цепях факторов II, VII, IX, и X содержится необычная аминокислота - γ-карбоксиглутаминовая. Эта аминокислота образуется из глутаминовой кислоты в результате посттрансляционной модификации указанных белков:

Реакции, в которых участвуют факторы II, VII, IX, и X, активируются ионами Са2+ и фосфолипидами: радикалы γ-карбоксиглутаминовой кислоты образуют центры связывания Са2+ на этих белках. Перечисленные факторы, а также факторы V' и VIII' прикрепляютя к бислойным фосфолипидным мембранам и друг к другу при участии ионов Са2+, и в таких комплексах происходит активация факторов II, VII, IX, и X. Ион Са2+ активирует также и некоторые другие реакции свёртывания: декальцинированная кровь не свёртывается.

Превращение глутамильного остатка в остаток γ-карбоксиглутаминовой кислоты катализируется ферментом, коферментом которого служит витамин К. Недостаточность витамина К проявляется повышенной кровоточивостью, подкожными и внутренними кровоизлияниями. В отсутствие витамина К образуются факторы II, VII, IX, и X, не содержащие γ-карбоксиглутаминовых остатков. Такие проферменты не могут превращаться в активные ферменты.

studfiles.net

Система гемостаза

  • Коагуляционный гемостаз
    • Общие положения

      После того как образуется тромбоцитарный сгусток, степень сужения поверхностных сосудов уменьшается, что могло бы привести к вымыванию сгустка и возобновлению кровотечения. Однако к этому времени уже набирают достаточную силу процессы коагуляции фибрина в ходе вторичного гемостаза, обеспечивающего плотную закупорку повреждённых сосудов тромбом («красным тромбом»), содержащим не только тромбоциты, но и другие клетки крови, в частности эритроциты (рис. 9).

      Рисунок 9. Красный тромб – эритроциты в трёхмерной фибриновой сети. (источник – сайт www.britannica.com).

      Постоянная гемостатическая пробка формируется при образовании тромбина посредством активации свёртывания крови. Тромбин играет важную роль в возникновении, росте и локализации гемостатической пробки. Он вызывает необратимую агрегацию тромбоцитов (неразрывная связь коагуляционного и сосудисто-тромбоцитарного звеньев гемостаза) (рис. 8) и отложение фибрина на тромбоцитарных агрегатах, образующихся в месте сосудистой травмы. Фибрино-тромбоцитарная сеточка является структурным барьером, предотвращающим дальнейшее вытекание крови из сосуда, и инициирует процесс репарации ткани.

      Свёртывающая система крови – это фактически несколько взаимосвязанных реакции, протекающих при участии протеолитических ферментов. На каждой стадии данного биологического процесса профермент (неактивная форма фермента, предшественник, зимоген) превращается в соответствующую сериновую протеазу. Сериновые протеазы гидролизуют пептидные связи в активном центре, основу которого составляет аминокислота серин. Тринадцать таких белков (факторы свёртывания крови) составляют систему свёртывания (таблица 1; их принято обозначать римскими цифрами (например, ФVII – фактор VII), активированную форму обозначают прибавлением индекса «а» (ФVIIа – активированный фактор VIII). Из них семь активируются до сериновых протеаз (факторы XII, XI, IX, X, II, VII и прекалликреин), три являются кофакторами этих реакций (факторы V, VIII и высокомолекулярный кининоген ВМК), один – кофактор/рецептор (тканевой фактор, фактор III), ещё один – трасглутаминаза (фактор XIII) и, наконец, фибриноген (фактор I) является субстратом для образования фибрина, конечного продукта реакций свёртывания крови (таблица 1).

      Для пострибосомального карбоксилирования терминальных остатков глутаминовой кислоты факторов свёртывания II, VII, IX, X (витамин К-зависимые факторы), а также двух ингибиторов свёртывания (протеинов C (си) и S) необходим витамин К. В отсутствии витамина К (или на фоне приёма непрямых антикоагулянтов, например, варфарина) печень содержит лишь биологически неактивные белковые предшественники перечисленных факторов свёртывания. Витамин К – необходимый кофактор микросомальной ферментной системы, которая активирует эти предшественники, превращая их множественные N-концевые остатки глутаминовой кислоты в остатки γ -карбоксиглутаминовой кислоты. Появление последних в молекуле белка придёт ему способность связывать ионы кальция и взаимодействовать с мембранными фосфолипидами, что необходимо для активации указанных факторов. Активная форма витамина К – восстановленный гидрохинон, который в присутствии O 2 , CO 2 и микросомальной карбоксилазы превращается в 2,3-эпоксид с одновременным γ-карбоксилированием белков. Для продолжения реакций γ –карбоксилирования и синтеза биологически-активных белков витамин К опять должен восстановиться в гидрохинон. Под действием витамин-К-эпоксидредуктазы (которую ингибируют терапевтические дозы варфарина) из 2,3-эпоксида вновь образуется гидрохиноновая форма витамина К (рис. 13).

      Для осуществления многих реакций коагуляционного гемостаза необходимы ионы кальция (Ca ++ , фактор свёртывания IV, рис. 10). Для предотвращения преждевременного свёртывания крови in vitro при подготовке к выполнению ряда коагуляционных тестов к ней добавляют вещества, связывающие кальций (оксалаты натрия, калия или аммония, цитрат натрия, хелатообразующее соединение этилендиаминтетраацетат (ЭДТА)).

      Таблица 1. Факторы свёртывания крови (а – активная форма) [2,3].

      Фактор Название Наиболее важное место образования T ½ (период полусуществования) Средняя концентрация в плазме, мкмоль/мл Свойства и функции Синдром недостаточности
      Название Причины
      I Фибриноген Печень 4-5 дней 8,8 Растворимый белок, предшественник фибриногена Афибриногенемия, недостаточность фибриногена Наследование по аутосомно-рецессивному типу (хромосома 4); коагулопатия потребления, поражение печёночной паренхимы.
      II Протромбин Печень (витамин К-зависимый синтез) 3 дня 1,4 α 1 -глобулин, профермент тромбина (протеаза) Гипопротромбинемия Наследование по аутосомно-рецессивному типу (хромосома 11); поражения печени, недостаточность витамина К, коагулопатия потребления.
      III Тканевой тромбопластин (тканевой фактор) Клетки тканей     Фосфолипропротеин; активен во внешней системе свёртывания    
      IV Кальций (Са ++ )     2500 Необходим для активации большинства факторов свёртывания    
      V Проакцелерин, АК-глобулин Печень 12-15 ч. 0,03 Растворимый b-глобулин, связывается с мембраной тромбоцитов; активируется фактором IIa и Са ++ ; Va служит компонентом активатора протромбина Парагемофилия, гипопроакцелеринемия Наследование по аутосомно-рецессивному типу (хромосома 1); поражения печени.
      VI Изъят из классификации (активный фактор  V)            
      VII Проконвертин Печень (витамин К-зависимый синтез) 4-7 ч. 0,03 α 1 -глобулин, профермент (протеаза); фактор VIIа вместе с фактором III и Са ++ активирует фактор X во внешней системе Гипопроконвертинемия Наследование по аутосомно-рецессивному типу (хромосома 13); недостаточность витамина К.
      VIII Антигемофильный глобулин Различные ткани, в т.ч. эндотелий синусоид печени 8-10 ч. < 0,0004 b 2 -глобулин, образует комплекс с фактором Виллебранда; активируется фактором IIa и Са ++ ; фактор VIIIa служит кофактором в превращении фактора X в фактор Xa Гемофилия А (классическая гемофилия);       синдром Виллебранда Наследование по рецессивному типу, сцепление с X-хромосомой (половой);   Наследование обычно по аутосомно-доминантному типу.
      IX Фактор Кристмаса Печень Печень (витамин К-зависимый синтез) 24 часа 0,09 α 1 -глобулин, контакт-чувствительный профермент (протеаза); фактор IXа вместе с фактором пластинок 3, фактором VIIIa и Са ++ активирует фактор X dj внутренней системе Гемофилия B Наследование по рецессивному типу, сцепленное с X-хромосомой (половой).
      X Фактор Стюарта-Прауэра Печень Печень (витамин К-зависимый синтез) 2 дня 0,2 α 1 -глобулин, профермент (протеаза); фактор Xa служит компонентом активатора протромбина Недостаточность фактора X Наследование по аутосомноу-рецессивному типу (хромосома 13)
      XI Плазменный предшественник трмбопластина (ППТ) Печень 2-3 дня 0,03 γ-глобулин,  контакт-чувствительный профермент (протеаза); фактор XIa вместе с  Са ++ активирует фактор IX Недостаточность ППТ Наследование по аутосомно-рецессивному типу (хромосома 4); коагулопатия потребления.
      XII Фактор Хагемана Печень 1 день 0,45 b-глобулин, контакт-чувствительный профермент (протеаза) (изменяет форму при контакте с поверхностями); активируется калликреином, коллагеном и др.; активирует ПК, ВМК, фактор XI Синдром Хагемана (обычно не проявляется клинически) Наследование обычно по аутосомно-рецессивному типу (хромосома 5).
      XIII Фибрин-стабилизирующий фактор Печень, тромбоциты 8 дней 0,1 b-глобулин, профермент (трансамидаза); фактор XIIIa вызывает переплетение нитей фибрина Недостаточность фактора XIII Наследование по аутосомно-рецессивному типу (хромосомы 6, 1); коагулопатия потребления.
        Прекалликреин (ПК), фактор Флетчера Печень   0,34 b-глобулин, профермента (протеаза); активируется фактором XIIa; калликреин способствует активации факторов XII и XI Обычно клинически не проявляется Наследование (хромосома 4)
        Высокомолекулярный кининоген (ВМК) (фактор Фитцжеральда, фактор Вильямса, фактор Фложека) Печень   0,5 α 1 -глобулин; способствует контактной активации факторов XII и XI Обычно клинически не проявляется Наследование (хромосома 3)

      Основы современной ферментной теории свёртывания крови были заложены в конце XIX – начале XX столетия профессором Тартуского (Дерптского) университета Александром-Адольфом Шмидтом (1877 г.) и уроженцем Санкт-Петербурга Паулом Моравитцем (1904 г.), а также в работе С. Мурашева о специфичности действия фибрин-ферментов (1904 г.). Основные этапы свёртывания крови, приведённые в схеме Моравитца, верны и поныне. Вне организма кровь свёртывается за несколько минут. Под действием «активатора протромбина» (тромбокиназы), белок плазмы протромбин превращается в тромбин. Последний вызывает ращепление растворённого в плазме фибриногена с образованием фибрина, волокна которого образуют основу тромба. В результате этого кровь превращается из жидкости в студенистую массу. С течением времени открывались всё новые и новые факторы свёртывания и в 1964 году двумя независимыми группами учёных (Davie EW, Ratnoff OD; Macfarlane RG) была предложена ставшая классической модель коагуляционного каскада (водопада), представленная во всех современных учебниках и руководствах. Эта теория подробно изложена ниже. Использование подобного рода схемы свёртывания крови оказалось удобным для правильного толкования комплекса лабораторных тестов (таких как АЧТВ, ПВ), применяющихся при диагностике различных геморрагических диатезов коагуляционного генеза (например, гемофилии А и B). Однако модель каскада не лишена недостатков, что послужило поводом для разработки альтернативной теории (Hoffman M, Monroe DM) – клеточной модели свёртывания крови (см. соответствующий раздел).

       
    • Модель коагуляционного каскада (водопада)

      Механизмы инициации свёртывания крови подразделяют на внешние и внутренние. Такое деление искусственно, поскольку оно не имеет места in vivo, но данный подход облегчает интерпретацию лабораторных тестов in vitro.

      Большинство факторов свёртывания циркулируют в крови в неактивной форме. Появление стимулятора коагуляции (триггера) приводит к запуску каскада реакций, завершающихся образованием фибрина (рис. 10). Триггер может быть эндогенным (внутри сосуда) или экзогенным (поступающим из тканей). Внутренний путь активации свёртывания крови определяется как коагуляция, инициируемая компонентами, полностью находящимися в пределах сосудистой системы. Когда процесс свёртывания начинается под действием фосфолипопротеинов, выделяемых из клеток повреждённых сосудов или соединительной ткани, говорят о внешней системе свёртывания крови. В результате запуска реакций системы гемостаза независимо от источника активации образуется фактор Xa, обеспечивающий превращение протромбина в тромбин, а последний катализирует образование фибрина из фибриногена. Таким образом, и внешний и внутренний пути замыкаются на единый – общий путь свёртывания крови.

      • Внешний путь активации свёртывания крови

        Основным путём активации свёртывания крови in vivo считается внешний путь (рис. 10 п. 1). Компоненты этого пути следующие: тканевой фактор (ТФ, фактор III, тканевая тромбокиназа, тканевой тромбопластин), его ингибитор (ингибитор пути тканевого фактора, ИПТФ) и плазменный фактор VII. Тканевой фактор представляет собой внутренний мембранный гликопротеин (масса 47 кДа), имеющийся во многих клетках; он не поступает в кровь до тех пор, пока не образуются протеазы или не произойдёт повреждение клеток in vivo. Тканевой фактор функционирует в качестве кофактора/рецептора, который в присутствии ионов кальция активирует фактор VII. Активация фактор VII приводит к открытию (обнажению) его активного серинового центра. Активация фактора VII может также происходить за счёт незначительного протеолитического действия других сериновых протеаз (тромбина, ФXIIa, ФIXa, и ФXa), а также за счёт самоактивации, однако самоактивация in vivo идёт незначительно. Комплекс ТФ/ФVIIa/Ca 2+ действует на два субстрата: фактор X (запуск общего пути) и ФIX (фактор внутреннего пути).

        Рисунок 10. Схема свёртывания крови согласно модели коагуляционного каскада. 1 – внешний путь активации свёртывания крови, 2 – внутренний путь активации свёртывания крови, 3 – образование фибрина (общий путь свёртывания крови). ФЛ – фосфолипиды (в основном тромбоцитарный фактор 3); ВМК – высокомолекулярный кининоген; КК – калликреин; ПКК – прекалликреин. Пояснения в тексте [1].

         
      • Внутренний путь активации свёртывания крови

        Компонентами внутреннего пути являются факторы XII, XI, IX, XIII, кофакторы – высокомолекулярный кининоген (ВМК) и прекалликреин (ПК), а также их ингибиторы.

        Внутренний путь (рис. 10 п. 2) запускается при повреждении эндотелия, когда обнажается отрицательно заряженная поверхность (например, коллаген) в пределах сосудистой стенки. Контактируя с такой поверхностью, активируется ФXII (образуется ФXIIa). Фактор XIIa активирует ФXI и превращает прекалликреин (ПК) в калликреин, который активирует фактор XII (петля положительной обратной связи). Механизм взаимной активации ФXII и ПК отличается большей быстротой по сравнению с механизмом самоактивации ФXII, что обеспечивает многократное усиление системы активации. Фактор XI и ПК связываются с активирующей поверхностью посредством высокомолекулярного кининогена (ВМК). Без ВМК активации обоих проферментов не происходит. Связанный ВМК может расщепляться калликреином (К) или связанным с поверхностью ФXIIa и инициировать взаимную активацию систем ПК-ФXII.

        Фактор XIa активирует фактор IX. Фактор IX может также активироваться под действием комплекса ФVIIa/ФIII (перекрёст с каскадом внешнего пути), причём считается, что in vivo это доминирующий механизм. Активированный ФIXa требует наличия кальция и кофактора (ФVIII), для прикрепления к тромбоцитарному фосфолипиду (тромбоцитарному фактору 3 – см. раздел сосудисто-тромбоцитарный гемостаз) и превращения фактора X в фактор Xa (переход с внутреннего на общий путь). Фактор VIII действует в качестве мощного ускорителя завершающей ферментативной реакции.

        Фактор VIII, который также называют антигемофильным фактором, кодируется большим геном, расположенным на конце X-хромосомы. Он активируется под действием тромбина (основной активатор), а также факторов IXa и Xa. ФVIII циркулирует в крови, будучи связанным с фактором фон Виллебранда (ФВ) – большим гликопротеином, продуцируемым эндотелиальными клетками и мегакариоцитами (см. также раздел сосудисто-тромбоцитарный гемостаз). ФВ служит внутрисосудистым белком-носителем для ФVIII. Связывание ФВ с ФVIII стабилизирует молекулу ФVIII, увеличивает её период полусуществования внутри сосуда и способствует её транспорту к месту повреждения. Однако чтобы активированный фактор VIII мог проявить свою кофакторную активность, он должен отсоединиться от ФВ. Воздействие тромбина на комплекс ФVIII/ФВ приводит к отделению ФVIII от несущего протеина и расщеплению на тяжёлую и лёгкую цепи ФVIII, которые важны для коагулянтной активность ФVIII.

         
      • Общий путь свёртывания крови (образование тромбина и фибрина)

        Внешний и внутренний пути свёртывания крови замыкаются на активации ФX, с образования ФXa начинается общий путь (рис. 10 п. 3). Фактор Xa активирует ФV. Комплекс факторов Xa, Va, IV (Ca 2+ ) на фосфолипидной матрице (главным образом это тромбоцитарный фактор 3 – см. сосудисто-тромбоцитарный гемостаз) является протромбиназой, которая активирует протромбин (превращение ФII в ФIIa).

        Тромбин (ФIIa) представляет собой пептидазу, особенно эффективно расщепляющую аргиниловые связи. Под действием тромбина наступает частичный протеолиз молекулы фибриногена. Однако функции тромбина не ограничиваются влиянием на фибрин и фибриноген. Он стимулирует агрегацию тромбоцитов, активирует факторы V, VII, XI и XIII (положительная обратная связь), а также разрушает факторы V, VIII и XI (петля отрицательная обратной связи), активирует фибринолитическую систему, стимулирует эндотелиальные клетки и лейкоциты. Он также вызывает миграцию лейкоцитов и регулирует тонус сосудов. Наконец, стимулируя рост клеток, способствует репарации тканей.

        Тромбин вызывает гидролиз фибриногена до фибрина. Фибриноген (фактор I) представляет собой сложный гликопротеин, состоящий из трёх пар неидентичных полипептидных цепей. Тромбин прежде всего расщепляет аргинин-глициновые связи фибриногена с образованием двух пептидов (фибринопептид А и фибринопептид B) и мономеров фибрина. Эти мономеры образуют полимер, соединяясь бок в бок (фибрин I) и удерживаясь рядом водородными связями (растворимые фибрин-мономерные комплексы – РФМК). Последующий гидролиз этих комплексов при действии тромбина приводит к выделению фибринопептида B. Кроме того, тромбин активирует ФXIII, который в присутствии ионов кальция связывает боковые цепи полимеров (лизин с глутаминовыми остатками) изопептидными ковалентными связями. Между мономерами возникают многочисленные перекрёстные связи, создающие сеть взаимодействующих фибриновых волокон (фибрин II), весьма прочных и способных удерживать тромбоцитарную массу на месте травмы.

        Однако на этой стадии трёхмерная сеть волокон фибрина, которая удерживает в больших количествах клетки крови и кровяные пластинки, всё ещё относительно рыхлая. Свою окончательную форму она принимает после ретракции: через несколько часов волокна фибрина сжимаются и из него как бы выдавливается жидкость – сыворотка, т.е. лишённая фибриногена плазма. На месте сгустка остаётся плотный красный тромб, состоящий из сети волокон фибрина с захваченными ею клетками крови. В этом процессе участвуют тромбоциты. В них содержится тромбостенин – белок, сходный с актомиозином, способный сокращаться за счёт энергии АТФ. Благодаря ретракции сгусток становится более плотным и стягивает края раны, что облегчает её закрытие клетками соединительной ткани.

         
       
    • Регуляция системы свертывания крови

      Активация свёртывания крови in vivo модулируется рядом регуляторных механизмов, которые ограничивают реакции местом повреждения и предотвращают возникновение массивного внутрисосудистого тромбоза. К регулирующим факторам относят: кровоток и гемодилюцию, клиренс, осуществляемый печенью и ретикулоэндотелиальной системой (РЭС), протеолитическое действие тромбина (механизм отрицательной обратной связи), ингибиторы сериновых протеаз.

      При быстром кровотоке происходит разбавление активных сериновых протеаз и транспорт их в печень для утилизации. Кроме того, диспергируются и отсоединяются периферические тромбоциты от тромбоцитарных агрегатов, что ограничивает размер растущей гемостатической пробки.

      Растворимые активные сериновые протеазы инактивируются и удаляются из кровообращения гепатоцитами и ретикулоэндотелиальными клетками печени (купферовскими клетками) и других органов.

      Тромбин в качестве фактора, ограничивающего свёртывание, разрушает факторы XI, V, VIII, а также инициирует активацию фибринолитической системы посредством белка C, что приводит к растворению фибрина, в том числе за счёт стимуляции лейкоцитов (клеточный фибринолиз – см. раздел « фибринолиз »).

      • Ингибиторы сериновых протеаз

        Процесс свёртывания крови строго контролируется присутствующими в плазме белками (ингибиторами), которые ограничивают выраженность протеолитических реакций и обеспечивают защиту от тромбообразования (рис. 11). Главными ингибиторами факторов свёртывания крови являются антитромбин III (АТ III, гепариновый кофактор I), гепариновый кофактор II (ГК II), протеин «си» (PC) и протеин «эс» (PS), ингибитор пути тканевого фактора (ИПТФ), протеаза нексин-1 (ПН-1), C1-ингибитор, α 1 -антитрипсин (α 1 -АТ) и α 2 -макроглобулин (α 2 -М). Большинство этих ингибиторов, за исключением ИПТФ и α 2 -М, относятся к серпинам (СЕРиновых Протеаз ИНгибиторы).

        Антитромбин III (АТ III) является серпином и основным ингибитором тромбина, ФXa и ФIXa, он также инактивирует ФXIa и ФXIIa (рис. 11). Антитромбин III нейтрализует тромбин и другие сериновые протеазы посредством ковалентного связывания. Скорость нейтрализации сериновых протеаз антитромбином III в отсутствии гепарина (антикоагулянта) невелика и существенно увеличивается в его присутствии (в 1000 – 100000 раз). Гепарин представляет собой смесь полисульфатированных эфиров гликозаминогликанов; он синтезируется тучными клетками и гранулоцитами, его особенно много в печени, лёгких, сердце и мышцах, а также в тучных клетках и базофилах. В терапевтических целях вводят синтетический гепарин (нефракционированный гепарин, низкомолекулярные гепарины). Гепарин образует с АТ III комплекс, называемый антитромбином II (АТ II), повышая тем самым эффективность АТ III и подавляя образование и действие тромбина. Кроме того, гепарин служит активатором фибринолиза и поэтому способствует растворению сгустков крови. Значение АТ III, как основного модулятора гемостаза подтверждается наличием тенденции к тромбообразованию у лиц с врождённым или приобретённым дефицитом АТ III.

        Протеинс си (PC) – витамин К-зависимый белок, синтезируемый гепатоцитами. Циркулирует в крови в неактивной форме. Активируется небольшим количеством тромбина. Эта реакция значительно ускоряется тромбомодулином (ТМ) – поверхностным белком эндотелиальных клеток, который связывается с тромбином. Тромбин в комплексе с тромбомодулином становится антикоагулянтным белком, способным активировать сериновую протеазу – PC (петля отрицательной обратной связи). Активированный PC в присутствии своего кофактора – протеина S (PS) расщепляет и инактивирует ФVa и ФVIIIa (рис. 11). PC и PS являются важными модуляторами активации свёртывания крови и их врождённый дефицит связан со склонностью к тяжёлым тромботическим нарушениям. Клиническое значение PC доказывает повышенное тромбообразование (тромбофилия) у лиц с врождённой патологией ФV (Лейденская мутация – замена гуанина 1691 аденином, что приводит к замещению аргинина глутамином в позиции 506 аминокислотной последовательности белка). Такая патология ФV устраняет сайт, по которому происходит расщепление активированным протеином C, что мешает инактивации фактора V и способствует возникновению тромбоза.

        Активированный PC посредством механизма обратной связи подавляет продукцию эндотелиальными клетками ингибитора активатора плазминогена-1 (ИАП-1), оставляя без контроля тканевой активатор плазминогена (ТАП – см. разле фибринолиз). Это косвенно стимулирует фибринолитическую систему и усиливает антикоагулянтную активность активированного PC.

        α 1 -антитрипсин (α 1 -АТ) нейтрализует ФXIa и активированный PC.

        С1-ингибитор (С1-И) также является серпином и главным ингибитором сериновых ферментов контактной системы. Он нейтрализует 95% ФXIIa и более 50% всего калликреина, образующегося в крови. При дефиците С1-И возникает ангионевротический отёк. ФXIa инактивируется в основном α1-антитрипсином и АТ III.

        Гепариновый кофактор II (ГК II) – серпин, ингибирующий только тромбин в присутствии гепарина или дерматан-сульфата. ГК II находится преимущественно во внесосудистом пространстве, где локализуется дерматан-сульфат, и именно здесь может играть решающую роль в ингибировании тромбина. Тромбин способен стимулировать пролиферацию фибробластов и других клеток, хемотаксис моноцитов, облегчать адгезию нейтрофилов к эндотелиальным клеткам, ограничивать повреждение нервных клеток. Способность ГК II блокировать эту деятельность тромбина играет определённую роль в регулировании процессов заживления ран, воспаления или развития нервной ткани.

        Протеаза нексин-1 (ПН-1) – серпин, ещё один вторичный ингибитор тромбина, предотвращающий его связывание с клеточной поверхностью.

        Ингибитор пути тканевого фактора (ИПТФ) представляет собой куниновый ингибитор свёртывания (кунины гомологичны ингибитору панкреатического трипсина – апротинину). Синтезируется главным образом эндотелиальными клетками и в меньшей степени – мононуклеарами и гепатоцитами. ИПТФ связывается с ФXa, инактивируя его, а затем комплекс ИПТФ-ФXa инактивирует комплекс ТФ-ФVIIa (рис. 11). Нефракционированный гепарин, низкомолекулярные гепарины стимулируют выделение ИПТФ и усиливают его антикоагулянтную активность.

        Рисунок 11. Действие ингибиторов коагуляции. ФЛ – фосфолипиды. Пояснения в тексте [1].

         
       
    • Фибринолиз

      Конечная стадия в репаративном процессе после повреждения кровеносного сосуда происходит за счёт активации фибринолитической системы (фибринолиза), что приводит к растворению фибриновой пробки и началу восстановления сосудистой стенки.

      Растворение кровяного сгустка – такой же сложный процесс, как и его образование. В настоящее время считается, что даже в отсутствие повреждения сосудов постоянно происходит превращение небольшого количества фибриногена в фибрин. Это превращение уравновешивается непрерывно протекающим фибринолизом. Лишь в том случае, когда свёртывающая система дополнительно стимулируется в результате повреждения ткани, выработка фибрина в области повреждения начинает преобладать и наступает местное свёртывание.

      Существуют два главных компонента фибринолиза: фибринолитическая активность плазмы и клеточный фибринолиз.

      • Фибринолитическая система плазмы

        Фибринолитическая система плазмы (рис. 12) состоит из плазминогена (профермент), плазмина (фермент), активаторов плазминогена и соответствующих ингибиторов. Активация фибринолитической системы приводит к образованию плазмина – мощного протеолитического фермента, обладающего разнообразным действием in vivo.

        Предшественник плазмина (фибринолизина) – плазминоген (профибринолизин) представляет собой гликопротеин, продуцируемый печенью, эозинофилами и почками. Активация плазмина обеспечивается механизмами, аналогичными внешней и внутренней свёртывающим системам. Плазмин представляет собой сериновую протеазу. Тромболитическое действие плазмина обусловлено его сродством к фибрину. Плазмин отщепляет от фибрина путём гидролиза растворимые пептиды, которые тормозят действие тромбина (рис. 11) и, таким образом, препятствуют дополнительному образованию фибрина. Плазмин расщепляет также другие факторы свёртывания: фибриноген, факторы V, VII, VIII, IX, X, XI и XII, фактор Виллебранда и тромбоцитарые гликопротеины. Благодаря этому он не только обладает тромболитическим эффектом, но и снижает свёртываемость крови. Он также активирует компоненты каскада комплемента (C1, C3a, C3d, C5).

        Превращение плазминогена в плазмин катализируется активаторами плазминогена и строго регулируется различными ингибиторами. Последние инактивируют как плазмин, так и активаторы плазминогена.

        Активаторы плазминогена образуются или сосудистой стенкой (внутренняя активация), или тканями (внешняя активация). Внутренний путь активации включает активацию белков контактной фазы: ФXII, XI, ПК, ВМК и калликреина. Это важный путь активации плазминогена, но основной – через ткани (внешняя активация); он происходит в результате действия тканевого активатора плазминогена (ТАП), выделяемого эндотелиальными клетками. ТАП также продуцируется другими клетками: моноцитами, мегакариоцитами и мезотелиальными клетками.

        ТАП представляет собой сериновую протеазу, которая циркулирует в крови, образуя комплекс со своим ингибитором, и имеет высокое сродство к фибрину. Зависимость ТАП от фибрина ограничивает образование плазмина зоной аккумуляции фибрина. Как только небольшое количество ТАП и плазминогена соединилось с фибрином, каталическое действие ТАП на плазминоген многократно усиливается. Затем образовавшийся плазмин разлагает фибрин, обнажая новые лизиновые остатки, с которыми связывается другой активатор плазминогена (одноцепочечная урокиназа). Плазмин превращает эту урокиназу в иную форму – активную двуцепочечную, вызывая дальнейшую трансформацию плазминогена в плазмин и растворение фибрина.

        Одноцепочечная урокиназа выявляется в большом количестве в моче. Как и ТАП, она относится к сериновым протеазам. Основная функция этого фермента проявляется в тканях и заключается в разрушении внеклеточного матрикса, что способствует миграции клеток. Урокиназа продуцируется фибробластами, моноцитами/макрофагами и эндотелиальными клетками. В отличие от ТАП циркулирует в не связанной с ИАП форме. Она потенцирует действие ТАП, будучи введённой после (но не до) ТАП.

        Как ТАП, так и урокиназа синтезируются в настоящее время методами рекомбинантной ДНК и пспользуются в качестве лекарственны средств (рекомбинантный тканевой активатор плазминогена, урокиназа). Другими активаторами плазминогена (нефизиологическими) являются стрептокиназа (продуцируемая гемолитическим стрептококком), антистрептлаза (комплекс человеческого плазминогена и бактериальной стрептокиназы) и стафилокиназа (продуцируемая золотистым стафилококком) (рис. 12). Эти вещества используются в качестве фармакологических тромболитических средств, применяются для лечения острого тромбоза (например, при остром коронарном синдроме, ТЭЛА).

        Расщепление плазмином пептидных связей в фибрине и фибриногене приводит к образованию различных дериватов с меньшей молекулярной массой, а именно продуктов деградации фибрина (фибриногена) – ПДФ. Самый крупный дериват называется фрагментом X (икс), который ещё сохраняет аргинин-глициновые связи для дальнейшего действия, осуществляемого тромбином. Фрагмент Y (антитромбин) меньше, чем X, он задерживает полимеризацию фибрина, действуя как конкурентный ингибитор тромбина (рис. 11). Два других, меньших по размеру фрагмента, D и E, ингибируют агрегацию тромбоцитов.

        Плазмин в кровотоке (в жидкой фазе) быстро инактивируется естественно образующимися ингибиторами, но плазмини в фибриновом сгустке (гелевая фаза) защищён от действия ингибиторов и лизирует фибрин локально. Таким образом, в физиологических условиях фибринолиз ограничен зоной фибринообрвазония (гелевая фаза), то есть гемостатической пробкой. Однако при патологических состояниях фибринолиз может стать генерализованным, охватывая обе фазы плазминообразования (жидкую и гелевую), что приводит к литическому состоянию (фибринолитическое состояние, активный фибринолиз). Оно характеризуется образованием избыточного количества ПДФ в крови, а также проявляющимся клинически кровотечением.

         
      • Регуляция системы фибринолиза

        Подобно активным сериновым протеазам системы свёртывания крови, функции активаторов плазмина и плазминогена модулируются ингибиторами. Ингибиторы плазмина: α 2 -антиплазмин, α 2 -макроглобулин, α 1 -антитрипсин, антитромбин III и ингибитор эстеразы С1. Несмотря на присутствие различных ингибиторов, участвующих в нейтрализации плазмина in vivo, наследственный дефицит α 2 -антиплазмина проявляется сильными кровотечениями – очевидное свидетельство недостаточности контроля активности плазмина другими ингибиторами.

        Ингибиторы активатора плазминогена 1, 2, 3 (ИАП-1, ИАП-2, ИАП-3). Основная функция ИАП-1 – ограничить фибринолитическую активность местом расположения гемостатической пробки за счёт ингибирования ТАП. Эта функция выполняется легко, благодаря большему (в молях) содержанию его в сосудистой стенке по сравнению с ТАП. На месте повреждения активированные тромбоциты выделяют избыточное количество ИАП-1, предотвращая преждевременный лизис фибрина.

        ИАП-2 – основной ингибитор двухцепочечной урокиназы.

        С1-ингибитор инактивирует связанный с контактной фазой фибринолиз, в частности трансформацию одноцепочечной урокиназы в двухцепочечную.

        Гликопротеин, богатый гистидином (ГБГ) является ещё одним конкурентным ингибитором плазминогена. Высокий уровень ИАП-1 и ГБГ в плазме обусловливает повышенную склонность к тромбозам.

        Рисунок 12. Фибринолитическая система плазмы. ТАП – тканевой активатор плазминогена. Пояснения в тексте [1].

         
      • Клеточная фибринолитическая система

        Клеточный фибринолиз связан с лейкоцитами, макрофагами, эндотелиальными клетками и тромбоцитами. Он поддерживает специфическую активность как местного, так и системного фибринолиза. Лейкоциты привлекаются в зону отложения фибрина хемотаксическими веществами, которые освобождают тромбоциты, образованием калликреина и продуктами деградации фибрина (ПДФ). Наряду с влиянием эстераз и других протеаз на разрушенный фибрин, лейкоциты и макрофаги фагоцитируют фибрин и клеточные остатки, скопившиеся в месте повреждения.

         
       
    • Представление о коагуляционной сети

      Ставшее классическим словосочетание «коагуляционный каскад» не совсем верно отражает суть функционировния системы гемостаза. «Каскад» подразумевает простую однонаправленную цепочку событий, в то время как в процессе коагуляции имеется множество перекрёстных реакций. С одной стороны, действуют силы самоусиления, в результате чего каждый предшествующий фактор вовлекает в процесс активации не такое же, а значительно большее количество молекул последующих факторов, а с другой стороны, механизм самоторможения. Так, фактор внешней системы VIIa и тканевой тромбопластин помимо десятого фактора также могут активировать фактор внутренней системы IX (рис. 10). С другой стороны, фактор VII может активироваться продуктами расщепления фактора XI и фактором IXa внутренней системы. Тромбин, являясь активатором тромбоцитов и многих факторов свёртывания, одновременно в комплексе с белком эндотелиальных клеток тромбомодулином активирует PC (белок противосвёртывающей системы) и фибринолиз. Образовавшиеся в результате фибринолиза ПДФ инактивируют тромбин, тем самым препятствуя дальнейшему тромбообразованию (рис. 11)… Всё это говорит о том, что функционирование системы гемостаза намного сложнее, чем процессы, происходящие в водопаде или камнепаде. Таким образом, более подходящим термином для системы гемостаза будет «коагуляционная сеть». Интегральная схема такой сети, демонстрирующая, в частности, мишени некоторых антикоагулянтов, представлена на рисунке 13.

      Рисунок 13. Коагуляционная сеть. APC – активированный протеин «си» (PC); AT III – антитромбин III; CA – активаторы контактной системы; ПДФ – продукты деградации фибрина; Ф – фибрин; Фг – фибриноген; II – протромбин; IIa – тромбин; K – калликреин; П – плазмин; Пг – плазминоген; Пк – прекалликреин; PC – протеин «си»; PS – протеин S; TAT – комплекс тромбин-антитромбин; ТФ – тканевой фактор; ИПТФ – ингибитор пути тканевого фактора; Тмод – тромбомодулин; VK – витамин К; VKh3 – восстановленная (гидрохиноновая) форма витамина К; VKO – эпоксид витамина К (окисленная форма); XF – сеть фибриновых нитей [8].

       
    • Клеточная модель свертывания крови
      • Общие положения

        Более полувека теория каскада формирует представления врачей о коагуляционном звене гемостаза. Авторы этой модели специально оговаривали, что их теория не претендует на роль догмы. Она основана на анализе результатов лабораторных коагуляционных тестов у больных геморрагическими диатезами и здоровых людей и весьма удобна для их трактовки. Так, АЧТВ характеризует изменения во внутреннем и общем путях гемостаза, а ПВ – во внешнем и общем (рис. 14).

        Рисунок 14. Модель коагуляционного каскада, как теоретическая основа для трактовки коагуляционных тестов. ПК – прекалликреин; ВМК – высокомолекулярный кининоген; АЧТВ – активированное частичное тромбопластиновое время; ПВ/МНО – протромбиновое время/международное нормализованное отношение [9].

        Однако эта модель оказалась несостоятельной для объяснения механизмов остановки кровотечения in vivo. Далеко не всегда изменения в коагуляционных тестах соответствуют клинической картине. Так, при дефиците факторов контактной фазы внутреннего пути, таких как прекалликреин (ПК), ФXII или высокомолекулярный кининоген (ВМК), закономерно удлиняется АЧТВ, однако повышенной кровоточивости у таких больных не наблюдается. Казалось бы, логичным объяснением служит активация системы гемостаза по внешнему пути – нормальное содержание фактора VII компенсирует утерянную функцию внутреннего пути. В таком случае активность VII фактора должна компенсировать недостаточность любых факторов внутреннего пути. Почему же при дефиците ФVIII или ФIX развивается тяжёлое заболевание (гемофилия А или B соответственно), характеризующееся образованием массивных гематом, гемартрозов, внутренними кровотечениями? Протромбиновое время у этих больных в норме, следовательно, активность фактора VII сохранена.

        С другой стороны, при дефиците ФVII протромбиновое время закономерно удлиняется, однако АЧТВ остаётся в норме. При этом свёртывание крови, согласно модели коагуляционного каскада, должно запускаться по внутреннему пути, предотвращая кровопотерю. Тем не менее, дефицит фактора VII приводит к развитию геморрагического синдрома.

        Подобные несоответствия наводят на мысль о том, что цепочки реакций внутреннего, внешнего и общего путей гемостаза in vivo работают не изолированно, а в тесном взаимодействии.

        В основе скрининговых коагуляционных тестов лежит искусственное воспроизведение условий активации фактора X по внутреннему (АЧТВ) или по внешнему пути (ПВ). При этом материалом служит лишённая форменных элементов (в т.ч. тромбоцитов) плазма крови. Для исследования АЧТВ к ней добавляются субстраты, заменяющие фосфолипидные мембраны и контактную поверхность, при определении ПВ – тканевой тромбопластин. В то же время доказано, что in vivo очень важную роль в процессах гемостаза играют клетки (тромбоциты, моноциты, фибробласты и др.), на поверхности которых происходят различные реакции. Таким образом, лабораторные тесты с использованием искусственных стимуляторов свёртывания не могут полностью имитировать гемостаз in vivo.

        Необходимость пересмотра каскадной модели свертывания крови вызвана новыми данными о роли различных клеточных структур в коагуляционных реакциях. Оказалось, что, несмотря на сходную структуру мембранных липидов, клетки, несущие тканевой фактор, и активированные тромбоциты экспрессируют рецепторы, которые локализуют на их поверхности различные компоненты свертывающей системы крови. Именно факт локализации различных коагуляционных факторов на поверхностях субэндотелиальных клеток и тромбоцитов позволил по-новому пересмотреть последовательность включения их в процесс формирования фибринового сгустка.

        На основе этих знаний разработана клеточная модель свёртывания крови (cell-based model of coagulation), призванная описать процессы гемокаогуляции in vivo и объяснить ограничения, которые необходимо учитывать при интерпретации результатов лабораторных коагуляционных тестов.

        С учетом данных о локализации и контроле коагуляционных реакций на различных клеточных поверхностях, процесс свертывания крови в настоящее время представляют в виде трех перекрывающих друг друга фаз: инициации (initiation), усиления (amplification) и распространения (propagation).

         
      • Инициация

        В первую фазу (инициации, рис. 15) на поверхности клеток, содержащих тканевой фактор (ТФ), происходит активация ФVII (в физиологических условиях тканевой фактор содержат фибробласты, гладкомышечные клетки сосудов; при воспалении ТФ-несущими становятся эндотелиальные клетки, моноциты; при ряде патологических состояний, включая антифосфолипидный синдром – нейтрофилы). При повреждении сосудистой стенки клетки, несущие ТФ, начинают контактировать с плазмой. Одновременно обнажаются субэндотелиальные структуры (коллаген), что приводит к скоплению в этой области тромбоцитов (адгезия). ТФ связывается с ФVII с образованием комплекса ТФ/ФVIIa. Этот комплекс локально на поверхности ТФ- несущих клеток активирует ФX и ФIX. Фактор IXa мигрирует и связывается с поверхностью тромбоцитов, в то время как фактор Xa остаётся на поверхности клеток, несущих ТФ (его переносу на поверхность тромбоцитов препятствуют плазменные ингибиторы – ИПТФ, АТ III, которые мгновенно инактивируют ФXa; на ФIXa ИПТФ не влияет, а АТ III – значительно слабее, чем на ФXa). Согласно клеточной модели, фактор IXa не играет существенной роли в первую фазу коагуляции. Фактор Xa активирует ФV. В результате, образовавшийся на поверхности ТФ-несущих клеток комплекс ФXa/ФVa расщепляет протромбин (ФII) с образованием небольшого количества тромбина (ФIIa) – ключевого фактора последующего усиления активации системы свёртывания.

        Рисунок 15. Клеточная модель свёртывания крови, фаза инициации. ТФ – тканевой фактор; ИПТФ – ингибитор пути тканевого фактора; АТ III – антитромбин III. Пояснение в тексте [9].

         
      • Усиление

        Реакции фазы усиления (амплификации, рис. 16) происходят на поверхности тромбоцитов. Пространственное разделение процессов коагуляции (фаза инициации – на поверхности ТФ-несущих клеток, фаза усиления – на поверхности тромбоцитов) – один из механизмов ограничения их выраженности при отсутствии необходимости в свёртывании крови. Небольшое количество тромбина, образовавшегося в фазу инициации, активирует тромбоциты, факторы V, VIII и XI. Тромбин способствует высвобождению ФVIII из комплекса с фактором Виллебранда, в результате образуется ФVIIIa. Активированный ФXI (ФXIa) приобретает способность связываться с поверхностью тромбоцитов. Активированные небольшим количеством образовавшегося в фазу инциации тромбина факторы в следующую фазу (фазу распространения) обеспечивают формирование на тромбоцитарной матрице огромного количества тромбина, которое способно перевести фибриноген в фибрин. Таким образом, вышедший из фазы инциации тромбин выступает в качестве мощного усилителя коагуляции.

        Рисунок 16. Клеточная модель свёртывания крови, фаза усиления. ТФ – тканевой фактор; ФВ –фактор Виллебранда. Пояснения в тексте [9].

         
      • Распространение

        В фазу распространения (propagation, рис. 17) на поверхности активированных тромбоцитов формируются теназный (ФVIIIa/ФIXa) и протромбиназный (ФVa/ФXa) комплексы. ФVIII активируется в фазу усиления и фиксируется на тромбоцитах. ФIXa переносится на поверхность тромбоцитов с места активации (поверхность ТФ-несущих клеток) ещё в фазу инициации (рис. 15); дополнительное его количество образуется на тромбоцитах под действием образованного в фазу усиления ФXIa (рис. 16). Теназный комплекс на поверхности тромбоцитов активирует ФX, связанный со своим кофактором ФVa (пришедшим из фазы усиления – рис. 16). Образовавшийся протромбиназный комплекс обеспечивает лавинообразное нарастание уровня тромбина. Тромбин переводит фибриноген (ФI) в фибрин (ФIa), а также активирует ФXIII, обеспечивающий стабилизацию фибриновых нитей и образование множества ковалентных перекрёстных связей между ними.

        Затем происходит ретракция кровяного сгустка. Одновременно активируется фибринолитическая система.

        Рисунок 17. Клеточная модель свёртывания крови, фаза распространения. Пояснения в тексте [9].

        На рисунке 18 представлена схема, объединяющая все три фазы свёртывания крови согласно клеточной теории.

        Рисунок 18. Клеточная теория свёртывания крови. ТФ – тканевой фактор; ФВ – фактор Виллебранда. Пояснения в тексте [15].

        Клеточная модель ни в коем случае не отрицает реакции взаимодействия и свойства факторов свёртывающей, противосвёртывающей и фибринолитической систем, приведённые в разделе «модель коагуляционного каскада». Она лишь описывает гемостатический процесс, происходящий по современным представлениям in vivo.

        В свете клеточной теории гемостаза становится понятной причина повышенной кровоточивости при гемофилии A и B: для адекватного гемостаза необходимо полноценное функционирование как ФVII (фактор внешнего пути согласно каскадной модели и основной фактор инициации по клеточной теории), так и факторов VIII и IX (факторы внутреннего пути каскадной модели, формирующие теназный комплекс, который обеспечивает активацию X фактора в фазу распространения по клеточной теории). Даже если комплекс ТФ/ФVIIa обеспечит активацию X фактора в фазу инициации, то образующегося количества тромбина хватает только для активации других факторов свёртывания и тромбоцитов в фазу усиления. Достаточное для образования фибрина количество тромбина появляется под действием активного теназного комплекса в фазу распространения. То есть при гемофилии A или B in vivo свёртывание крови резко замедляется в фазу распространения, так как имеется дефицит факторов, формирующих теназный комплекс, в связи с чем развивается геморрагический синдром.

        Дефицит ФXII, ПК, ВМК ведут к удлинению АЧТВ, т.к. нарушается контактная активация свёртывания по внутреннему пути в этом лабораторном тесте. Однако повышенной кровоточивости не наблюдается, т.к. указанные факторы не играют решающей роли в гемокоагуляции in vivo.

        Дефицит ФXI сопровождается уменьшением образования ФIXa на активированных тромбоцитах в фазу усиления (рис. 16), что может сопровождаться повышенной кровоточивостью; с другой стороны, некоторое количество ФIXa образуется под действием комплекса ТФ/ФVIIa и мигрирует на тромбоциты ещё в фазу инициации (рис. 15), поэтому для дефицита ФXI характерна значительная вариабельность тяжести геморрагического синдрома от умеренных проявлений до бессимптомного течения.

        При дефиците ФVII нарушается инициация свёртывания на ТФ-несущих клетках, блокируется образование «стартового» тромбина (рис. 15) и, следовательно, активация тромбоцитов, V, VIII, XI факторов в фазу усиления. Поэтому даже при нормальном содержании факторов теназного комлпекса с нормальными значениями АЧТВ, дефицит ФVII in vivo приводит к развитию геморрагического диатеза.

         
       
    • Клиническое значение нарушений в коагуляционном звене гемостаза и фибринолитической системе

      Врождённое (см. табл. 1) или приобретённое уменьшение содержания или активности плазменных факторов свёртывания может сопровождаться повышенной кровоточивостью (геморрагические диатезы с гематомным типом кровоточивости, например гемофилия А, гемофилия B, афибриногенемия, гипокоагуляционная стадия синдрома диссеминированного внутрисосудистого свёртывания – ДВС, печёночно-клеточная недостаточность и др.; дефицит фактора Виллебранда приводит к развитию геморрагического синдрома со смешанным типом кровоточивости, т.к. ФВ участвует и в сосудисто-тромбоцитарном и в коагуляционном гемостазе). Избыточная активация коагуляционного гемостаза (например, в гиперкоагуляционную фазу ДВС), резистентность факторов свёртывания к соответствующим ингибиторам (например, Лейденская мутация фактора V) или дефицит ингибиторов (например, дефицит АТ III, дефицит PС) приводят к развитию тромбозов (наследственные и приобретённые тромбофилии).

      Избыточная активация фибринолитической системы (например, при наследственном дефиците α 2 -антиплазмина) сопровождается повышенной кровоточивостью, её недостаточность (например, при повышенном уровне ИАП-1) – тромбозами.

      В качестве антикоагулянтов в клинической практике применяются следующие лекарственные препараты: гепарины (нефракционированный гепарин – НФГ и низкомолекулярные гепарины – НМГ), фондапаринукс (взаимодействует с АТ III и селективно ингибирует ФXa), варфарин . Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) США разрешены к применению (по специальным показаниям (например, для лечения гепарининдуцированной тромбоцитопенической пурпуры) внутривенные препараты – прямые ингибиторы тромбина: липерудин, аргатробан, бивалирудин. Клинические испытания проходят пероральные ингибиторы фактора IIa (дабигатран) и фактора Xa (ривароксабан, апиксабан).

      Коллагеновая кровоостанавливающая губка способствует местному гемостазу за счёт активации тромбоцитов и факторов свёртывания контактной фазы (внутренний путь активации гемостаза).

      В клинике используются следующие основные методы исследования системы коагуляционного гемостаза и мониторинга терапии антикоагулянтами: тромбоэластография, определение времени свёртывания крови , времени рекальцификации плазмы, активированного частичного (парциального) тромбопластинового времени (АЧТВ или АПТВ) , протромбинового времени (ПВ), протромбинового индекса, международного нормализованного отношения (МНО) , тромбинового времени , анти-фактор Xa активности плазмы, качественное и количественное определение различных факторов свёртывания (в т.ч. фибриногена), а также их ингибиторов (в т.ч. антитромбина III) .

      Для исследования активности тромбообразования/фибринолиза (эти процессы протекают параллельно) определяют уровень продуктов деградации фибрина (ПДФ) , растворимых фибрин-мономерных комплексов (РФМК), D-димера . Фибринолитическую активность оценивают по времени лизиса эуглобулиновых сгустков , определяют концентрацию плазминогена , активаторов и ингибиторов фибринолиза.

      В качестве тромболитиков применяются следующие лекарственные препараты: рекомбинантный тканевой активатор плазминогена, стрептокиназа , урокиназа .

      В клинике используются также препараты, подавляющие фибринолиз (гемостатические средства). ε-аминокапроновая кислота блокирует лизинсвязывающие участки плазминогена и плазмина, препятствуя их соединению с фибрином. В качестве её аналога применяется транексамовая кислота (циклокапрон). Апротинин (гордокс, контрикал, трасилол) – природный ингибитор протеаз, получаемый из бычьих лёгких. Он подавляет действие многих веществ, участвующих в воспалении, фибринолизе, образовании тромбина. К числу этих веществ относятся калликреин и плазмин.

       
     
  • www.smed.ru

    Вся информация про свертывающую систему крови

    Жизнедеятельность человеческого организма возможна исключительно в условиях жидкого агрегатного состояния крови, которое позволяет ей выполнять свои функции: транспортную, дыхательную, питательную, защитную и т.д. Одновременно с этим, в экстремальных ситуациях необходим быстрый гемостаз (остановка кровотечения). За баланс этих разнонаправленных процессов ответственны свертывающая и противосвертывающая системы крови.

    Свертывающая система

    Гемостаз – процесс образования тромба в поврежденных сосудах, предназначенный для остановки кровотечения и обеспечения жидкого агрегатного состояния крови в сосудистом русле. Различают 2 механизма гемостаза:

    • Сосудисто-тромбоцитарный, или микроциркуляторный. Функционирует, главным образом, в сосудах мелкого калибра.
    • Коагуляционный. Ответственен за прекращение кровотечения в крупных сосудах.

    Только тесное взаимодействие коагуляционного и микроциркуляторного механизмов способно обеспечить полноценную гемостатическую функцию организма.

    Система тромбообразования

    Компонентами свертывающей системы крови являются:

    • Тромбоциты. Мелкие кровяные пластинки дискообразной формы диаметром 3-4 мкм, способные к амебоидному движению. На их внешней оболочке располагаются специфические рецепторы для адгезии (прилипания) к сосудистой стенке и агрегации (склеивания) друг с другом. Содержимое тромбоцита включает большое число гранул с биологически активными веществами, участвующими в различных механизмах гемостаза (серотонин, АДФ, тромбоксан, ферменты, кальциевые ионы и др.). В 1 литре крови циркулирует 150-450×109 тромбоцитов.
    • Внутренняя оболочка кровеносных сосудов (эндотелий). Она синтезирует и выделяет в кровь большое число соединений, которые регулируют процесс гемостаза:
    1. простациклин: уменьшает степень агрегации тромбоцитов;
    2. кинины – местные гормоны, участвующие в процессе свертывания крови путем расширения артерий, повышения проницаемости капилляров и т.д.;
    3. фактор активации тромбоцитов: способствует лучшей их адгезии;
    4. оксид азота: обладает вазодилатирующими свойствами (т.е. расширяет сосудистый просвет);
    5. плазменные факторы свертывания крови: проакцелерин, фактор Виллебранда.
    • Факторы свертывания. Представлены преимущественно пептидами. Они циркулируют в плазме, содержатся в форменных элементах крови и тканях. Источником их образования обычно являются клетки печени, где они синтезируются с участием витамина К. Наибольшую роль играют I-IV факторы, остальные выполняют функцию ускорения процесса гемостаза.

    Читайте так же:  Основные элементы состава крови

    Видео на эту тему

    Сосудисто-тромбоцитарный механизм гемостаза

    Указанный путь свертывания крови предназначен для быстрой остановки кровотечения (секунды-минуты) в мелких сосудах. Реализуется он следующим образом:

    1. В ответ на болевое раздражение возникает рефлекторный сосудистый спазм, который поддерживается местным выделением серотонина, адреналина, тромбоксана;
    2. Затем тромбоциты прикрепляются к поврежденной сосудистой стенке путем образования коллагеновых мостиков с помощью фактора Виллебранда;
    3. Тромбоциты деформируются, у них появляются нитевидные выросты, благодаря которым они склеиваются между собой под влиянием адреналина, АДФ, простагландинов – стадия образования белого тромба;
    4. Продукция тромбина приводит к устойчивому склеиванию тромбоцитов – необратимая стадия образования тромбоцитарного тромба;
    5. Тромбоциты выделяют специфические соединения, которые индуцируют уплотнение и сокращение тромботического сгустка – стадия ретракции тромбоцитарного тромба.

    Коагуляционный механизм

    Суть его сводится к организации нерастворимого фибрина из растворимого белка фибриногена, в результате чего кровь переходит из жидкого агрегатного состояния в желеобразное с формированием сгустка (тромба).

    Коагуляционный механизм представлен последовательной цепочкой ферментативных реакций с участием факторов свертывания крови, сосудистой стенки, тромбоцитов и т.д.

    Свертывание крови осуществляется в 3 фазы:

    1. Образование протромбиназы (5-7 минут). Начинается под влиянием XII фактора и может осуществляться 2-мя путями: внешним и внутренним.
    2. Образование тромбина из протромбина (II фактор) под действием протромбиназы и ионов кальция (2-5 секунд).
    3. Тромбин активирует переход фибриногена (I фактор) в фибрин (3-5 секунд). Сначала происходит отщепление отдельных участков молекулы фибриногена с образованием разрозненных единиц фибрина, которые затем соединяются между собой, формируя растворимый полимер (фибрин S). Он легко подвергается растворению ферментами плазмы, поэтому происходит дополнительное его «прошивание», после чего образуется нерастворимый фибрин I. Благодаря этому тромб выполняет свою функцию.
    В течение 120-180 минут свежий тромб подвергается сокращению.

    Внешний путь свертывания

    Провоцируется повреждением тканей (кроме эндотелия), из которых в сосудистое русло выделяется III фактор (тканевой тромбопластин). Он представлен гликопротеидами и фосфолипидами, активирующими VII фактор в присутствии кальциевых ионов. Дальнейший каскад биохимических реакций вызывает образование протромбиназы.

    Читайте так же:  Особенности недостатка кислорода в крови

    Она представляет собой сложный комплекс, который состоит из активированного X фактора, фосфолипидов, ионов кальция и проакцелерина.

    Внутренний путь

    Начинается с контакта крови с коллагеном поврежденного кровеносного сосуда, что приводит к активации XII фактора. Он способствует активации фактора Розенталя, который запускает цепочку взаимодействий с ионами кальция, фактором Кристмаса и другими биологически активными соединениями. В результате формируется активированный X фактор.

    Совместно с V фактором он приводит к образованию на фосфолипидах тромбоцитов протромбиназы.

    Нарушения свертываемости

    Гипокоагуляционный синдром – собирательное понятие, объединяющее различные патологические состояния, которые проявляются увеличением времени свертываемости крови.

    Тромбоциты принимают участие в большинстве этапов свертывания крови, поэтому уменьшение их числа (тромбоцитопения) или функциональная патология (тромбоцитопатия) ведут к нарушениям гемостаза.

    Падение до 50×109 клеток на 1 литр крови сопровождается капиллярными кровотечениями, увеличенным временем кровотечения, замедлением процесса сокращения тромба.

    Гипокоагуляция может наблюдаться и при различных патологиях печени (гепатит, цирроз) в результате снижения интенсивности синтеза протромбина и факторов свертывания VII, IX, X. Заболевания желудочно-кишечного тракта и желчевыводящих путей также могут привести к ухудшению механизма гемостаза, т.к. витамин К образуется под влиянием микрофлоры кишечника и всасывается только в присутствии желчи.

    Отдельно выделяют наследственные гипокоагуляционные синдромы: гемофилия А, гемофилия В, генетически обусловленный дефицит различных факторов свертывания.

    Гиперкоагуляционный синдром развивается при сдвиге баланса в сторону свертывающей системы. Часто наблюдается при выраженном стрессе за счет активации надпочечников, симпатической нервной системы. Время свертывания уменьшается с 5-10-ти минут до 3-4-х.

    Гиперкоагуляция возможна при увеличении числа тромбоцитов (тромбоцитоз), повышении концентрации фибриногена или других факторов свертывания, наследственных патологиях, ДВС-синдроме и т.д.

    Противосвертывающая система

    Представлена антикоагулянтами, т.е. веществами, препятствующими тромбообразованию. Они блокируют ферменты свертывающей системы, связываясь с их активным центром. К важнейшим антикоагулянтам относятся:

    • Антитромбин III – основной антагонист тромбина, IX и X факторов. Также способен ингибировать другие биологически активные вещества, а в присутствии гепарина увеличивает свою активность в 1000 раз.
    • Гепарин: синтезируется в клетках печени, тучных клетках соединительной ткани и базофилах. Одна его молекула способна поступательно взаимодействовать со множеством молекул антитромбина III, инактивируя тромбин.
    • Протеин С: синтезируется в печени под влиянием витамина К. Он циркулирует в неактивной форме и активируется под влиянием тромбина. Ингибирует V и VIII факторы свертывания.
    • Протеин S: образуется в эндотелиальных клетках и печени под влиянием витамина К. С помощью протеина С дезактивирует V и VIII факторы.
    Указанные выше вещества называются антикоагулянтами прямого действия, т.к. они постоянно синтезируются в организме.

    Гепарин и антитромбин III обеспечивают 80% активности противосвертывающей системы. С целью саморегуляции процесса тромбообразования, во время него происходит выделение биологически активных молекул – антикоагулянтов непрямого действия (простациклин, антитромбин IV).

    Читайте так же:  Особенности недостатка кислорода в крови

    Заключение

    В процессе свертывания крови принимает участие большое количество химических соединений, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и с противосвертывающей системой. Источником их образования являются различные органы и системы (печень, легкие, кишечник, сосуды), что обусловливает важность их нормального функционирования в обеспечении адекватной системы гемостаза.

    Поделиться:

    Нет комментариев

    1pokrovi.ru

    Как работает свертывание крови?

    Свертывание крови — крайне сложный и во многом еще загадочный биохимический процесс, который запускается при повреждении кровеносной системы и ведет к превращению плазмы крови в студенистый сгусток, затыкающий рану и останавливающий кровотечение. Нарушения этой системы крайне опасны и могут привести к кровотечению, тромбозу или другим патологиям, которые совместно отвечают за львиную долю смертности и инвалидности в современном мире. Здесь мы рассмотрим устройство этой системы и расскажем о самых современных достижениях в ее изучении.

    Каждый, кто хоть раз в жизни получал царапину или рану, приобретал тем самым замечательную возможность наблюдать превращение крови из жидкости в вязкую нетекучую массу, приводящее к остановке кровотечения. Этот процесс называется свертыванием крови и управляется сложной системой биохимических реакций.

    Иметь какую-нибудь систему остановки кровотечения — абсолютно необходимо для любого многоклеточного организма, имеющего жидкую внутреннюю среду. Свертывание крови является жизненно необходимым и для нас: мутации в генах основных белков свертывания, как правило, летальны. Увы, среди множества систем нашего организма, нарушения в работе которых представляют опасность для здоровья, свертывание крови также занимает абсолютное первое место как главная непосредственная причина смерти: люди болеют разными болезнями, но умирают почти всегда от нарушений свертывания крови. Рак, сепсис, травма, атеросклероз, инфаркт, инсульт — для широчайшего круга заболеваний непосредственной причиной смерти является неспособность системы свертывания поддерживать баланс между жидким и твердым состояниями крови в организме.

    Если причина известна, почему же с ней нельзя бороться? Разумеется, бороться можно и нужно: ученые постоянно создают новые методы диагностики и терапии нарушений свертывания. Но проблема в том, что система свертывания очень сложна. А наука о регуляции сложных систем учит, что управлять такими системами нужно особым образом. Их реакция на внешнее воздействие нелинейна и непредсказуема, и для того, чтобы добиться нужного результата, нужно знать, куда приложить усилие. Простейшая аналогия: чтобы запустить в воздух бумажный самолетик, его достаточно бросить в нужную сторону; в то же время для взлета авиалайнера потребуется нажать в кабине пилота на правильные кнопки в нужное время и в нужной последовательности. А если попытаться авиалайнер запустить броском, как бумажный самолетик, то это закончится плохо. Так и с системой свертывания: чтобы успешно лечить, нужно знать «управляющие точки».

    Вплоть до самого последнего времени свертывание крови успешно сопротивлялось попыткам исследователей понять его работу, и лишь в последние годы тут произошел качественный скачок. В данной статье мы расскажем об этой замечательной системе: как она устроена, почему ее так сложно изучать, и — самое главное — поведаем о последних открытиях в понимании того, как она работает.

    Как устроено свертывание крови

    Остановка кровотечения основана на той же идее, что используют домохозяйки для приготовления холодца — превращении жидкости в гель (коллоидную систему, где формируется сеть молекул, способная удержать в своих ячейках тысячекратно превосходящую ее по весу жидкость за счет водородных связей с молекулами воды). Кстати, та же идея используется в одноразовых детских подгузниках, в которые помещается разбухающий при смачивании материал. С физической точки зрения, там нужно решать ту же самую задачу, что и в свертывании — борьбу с протечками при минимальном приложении усилий.

    Свертывание крови является центральным звеном гемостаза (остановки кровотечения). Вторым звеном гемостаза являются особые клетки — тромбоциты, — способные прикрепляться друг к другу и к месту повреждения, чтобы создать останавливающую кровь пробку.

    Рисунок 1. Основные реакции свертывания крови. Система свертывания представляет собой каскад — последовательность реакций, где продукт каждой реакции выступает катализатором следующей. Главный «вход» в этот каскад находится в его средней части, на уровне факторов IX и X: белок тканевый фактор (обозначен на схеме как TF) связывает фактор VIIa, и получившийся ферментативный комплекс активирует факторы IX и X. Результатом работы каскада является белок фибрин, способный полимеризоваться и образовывать сгусток (гель). Подавляющее большинство реакций активации — это реакции протеолиза, т.е. частичного расщепления белка, увеличивающего его активность. Почти каждый фактор свертывания обязательно тем или иным образом ингибируется: обратная связь необходима для стабильной работы системы. Адаптировано из [1].Обозначения: Реакции превращения факторов свертывания в активные формы показаны односторонними тонкими черными стрелками. При этом фигурные красные стрелки показывают, под действием каких именно ферментов происходит активация. Реакции потери активности в результате ингибирования показаны тонкими зелеными стрелками (для простоты стрелки изображены как просто «уход», т.е. не показано, с какими именно ингибиторами происходит связывание). Обратимые реакции формирования комплексов показаны двусторонними тонкими черными стрелками. Белки свертывания обозначены либо названиями, либо римскими цифрами, либо аббревиатурами (TF — тканевый фактор, PC — протеин С, APC — активированный протеин С). Чтобы избежать перегруженности, на схеме не показаны: связывание тромбина с тромбомодулином, активация и секреция тромбоцитов, контактная активация свертывания.

    Общее представление о биохимии свертывания можно получить из рисунка 1, внизу которого показана реакция превращения растворимого белка фибриногена в фибрин, который затем полимеризуется в сетку. Эта реакция представляет собой единственную часть каскада, имеющую непосредственный физический смысл и решающую четкую физическую задачу. Роль остальных реакций — исключительно регуляторная: обеспечить превращение фибриногена в фибрин только в нужном месте и в нужное время.

    Фибриноген напоминает стержень длиной 50 нм и толщиной 5 нм (рис. 2а). Активация позволяет его молекулам склеиваться в фибриновую нить (рис 2б), а затем в волокно, способное ветвиться и образовывать трехмерную сеть (рис. 2в).

    Рисунок 2. Фибриновый гель. А. Схематическое устройство молекулы фибриногена. Основа ее составлена из трех пар зеркально расположенных полипептидных цепей α, β, γ. В центре молекулы можно видеть области связывания, которые становятся доступными при отрезании тромбином фибринопептидов А и Б (FPA и FPB на рисунке). Б. Механизм сборки фибринового волокна: молекулы крепятся друг к другу «внахлест» по принципу головка-к-серединке, образуя двухцепочечное волокно. В. Электронная микрофотография геля: фибриновые волокна могут склеиваться и расщепляться, образуя сложную трехмерную структуру. Изображения из [2–4].

    Рисунок 3. Трехмерная структура молекулы тромбина. На схеме показаны активный сайт и части молекулы, ответственные за связывание тромбина с субстратами и кофакторами. (Активный сайт — часть молекулы, непосредственно распознающее место расщепления и осуществляющее ферментативный катализ.) Выступающие части молекулы (экзосайты) позволяют осуществлять «переключение» молекулы тромбина, делая его мультифункциональным белком, способным работать в разных режимах. Например, связывание тромбомодулина с экзосайтом I физически перекрывает доступ к тромбину прокоагулянтным субстратам (фибриноген, фактор V) и аллостерически стимулирует активность по отношению к протеину C. Воспроизведено из [5].

    Активатор фибриногена тромбин (рис. 3) принадлежит к семейству сериновых протеиназ — ферментов, способных осуществлять расщепление пептидных связей в белках. Он является родственником пищеварительных ферментов трипсина и химотрипсина. Протеиназы синтезируются в неактивной форме, называемой зимогеном. Чтобы их активировать, необходимо расщепить пептидную связь, удерживающую часть белка, которая закрывает активный сайт. Так, тромбин синтезируется в виде протромбина, который может быть активирован. Как видно из рис. 1 (где протромбин обозначен как фактор II), это катализируется фактором Xa.

    Вообще, белки свертывания называют факторами и нумеруют римскими цифрами в порядке официального открытия. Индекс «а» означает активную форму, а его отсутствие — неактивный предшественник. Для давно открытых белков, таких как фибрин и тромбин, используют и собственные имена. Некоторые номера (III, IV, VI) по историческим причинам не используются.

    Активатором свертывания служит белок, называемый тканевым фактором, присутствующий в мембранах клеток всех тканей, за исключением эндотелия и крови. Таким образом, кровь остается жидкой только благодаря тому, что в норме она защищена тонкой защитной оболочкой эндотелия. При любом нарушении целостности сосуда тканевой фактор связывает из плазмы фактор VIIa, а их комплекс — называемый внешней теназой (tenase, или Xase, от слова ten — десять, т.е. номер активируемого фактора) — активирует фактор X.

    Тромбин также активирует факторы V, VIII, XI, что ведет к ускорению его собственного производства: фактор XIa активирует фактор IX, а факторы VIIIa и Va связывают факторы IXa и Xa, соответственно, увеличивая их активность на порядки (комплекс факторов IXa и VIIIa называется внутренней теназой). Дефицит этих белков ведет к тяжелым нарушениям: так, отсутствие факторов VIII, IX или XI вызывает тяжелейшую болезнь гемофилию (знаменитую «царскую болезнь», которой болел царевич Алексей Романов); а дефицит факторов X, VII, V или протромбина несовместим с жизнью.

    Такое устройство системы называется положительной обратной связью: тромбин активирует белки, которые ускоряют его собственное производство. И здесь возникает интересный вопрос, а зачем они нужны? Почему нельзя сразу сделать реакцию быстрой, почему природа делает ее исходно медленной, а потом придумывает способ ее дополнительного ускорения? Зачем в системе свертывания дублирование? Например, фактор X может активироваться как комплексом VIIa—TF (внешняя теназа), так и комплексом IXa—VIIIa (внутренняя теназа); это выглядит совершенно бессмысленным.

    В крови также присутствуют ингибиторы протеиназ свертывания. Основными являются антитромбин III и ингибитор пути тканевого фактора. Кроме этого, тромбин способен активировать сериновую протеиназу протеин С, которая расщепляет факторы свертывания Va и VIIIa, заставляя их полностью терять свою активность.

    Протеин С — предшественник сериновой протеиназы, очень похожей на факторы IX, X, VII и протромбин. Он активируется тромбином, как и фактор XI. Однако при активации получившаяся сериновая протеиназа использует свою ферментативную активность не для того, чтобы активировать другие белки, а для того, чтобы их инактивировать. Активированный протеин С производит несколько протеолитических расщеплений в факторах свертывания Va и VIIIa, заставляя их полностью терять свою кофакторную активность. Таким образом, тромбин — продукт каскада свертывания — ингибирует свое собственное производство: это называется отрицательной обратной связью. И опять у нас регуляторный вопрос: зачем тромбин одновременно ускоряет и замедляет собственную активацию?

    Эволюционные истоки свертывания

    Формирование защитных систем крови началось у многоклеточных свыше миллиарда лет назад — собственно, как раз в связи с появлением крови. Сама система свертывания является результатом преодоления другой исторической вехи — возникновения позвоночных около пятисот миллионов лет назад. Скорее всего, эта система возникла из иммунитета. Появление очередной системы иммунных реакций, которая боролась с бактериями путем обволакивания их фибриновым гелем, привело к случайному побочному результату: кровотечение стало прекращаться быстрее. Это позволило увеличивать давление и силу потоков в кровеносной системе, а улучшение сосудистой системы, то есть улучшение транспорта всех веществ, открыло новые горизонты развития. Кто знает, не было ли появление свертывания тем преимуществом, которое позволило позвоночным занять свое нынешнее место в биосфере Земли?

    У ряда членистогих (таких, как рак-мечехвост) свертывание также существует, но оно возникло независимо и осталось на иммунологических ролях. Насекомые, как и прочие беспозвоночные, обычно обходятся более слабой разновидностью системы остановки кровотечения, основанной на агрегации тромбоцитов (точнее, амебоцитов — дальних родственников тромбоцитов). Этот механизм вполне функционален, но накладывает принципиальные ограничения на эффективность сосудистой системы, — так же, как трахейная форма дыхания ограничивает максимально возможный размер насекомого.

    К сожалению, существа с промежуточными формами системы свертывания почти все вымерли. Единственным исключением являются бесчелюстные рыбы: геномный анализ системы свертывания у миноги показал, что она содержит гораздо меньше компонентов (то есть, устроена заметно проще) [6]. Начиная же с челюстных рыб и до млекопитающих системы свертывания очень похожи. Системы клеточного гемостаза также работают по схожим принципам, несмотря на то, что мелкие, безъядерные тромбоциты характерны только для млекопитающих. У остальных позвоночных тромбоциты — крупные клетки, имеющие ядро.

    Подводя итог, система свертывания изучена очень хорошо. В ней уже пятнадцать лет не открывали новых белков или реакций, что для современной биохимии составляет вечность. Конечно, нельзя совсем исключить вероятность такого открытия, но пока что не существует ни одного явления, которое мы не могли бы объяснить при помощи имеющихся сведений. Скорее наоборот, система выглядит гораздо сложнее, чем нужно: мы напомним, что из всего этого (довольно громоздкого!) каскада собственно желированием занимается только одна реакция, а все остальные нужны для какой-то непонятной регуляции.

    Именно поэтому сейчас исследователи-коагулологи, работающие в самых разных областях — от клинической гемостазиологии до математической биофизики, — активно переходят от вопроса «Как устроено свертывание?» к вопросам «Почему свертывание устроено именно так?», «Как оно работает?» и, наконец, «Как нам нужно воздействовать на свертывание, чтобы добиться желаемого эффекта?». Первое, что необходимо сделать для ответа — научиться исследовать свертывание целиком, а не только отдельные реакции.

    Как исследовать свертывание?

    Для изучения свертывания создаются различные модели — экспериментальные и математические. Что именно они позволяют получить?

    С одной стороны, кажется, что самым лучшим приближением для изучения объекта является сам объект. В данном случае — человек или животное. Это позволяет учитывать все факторы, включая ток крови по сосудам, взаимодействия со стенками сосудов и многое другое. Однако в этом случае сложность задачи превосходит разумные границы. Модели свертывания позволяют упростить объект исследования, не упуская его существенных особенностей.

    Попытаемся составить представление о том, каким требованиям должны отвечать эти модели, чтобы корректно отражать процесс свертывания in vivo.

    В экспериментальной модели должны присутствовать те же биохимические реакции, что и в организме. Должны присутствовать не только белки системы свертывания, но и прочие участники процесса свертывания — клетки крови, эндотелия и субэндотелия. Система должна учитывать пространственную неоднородность свертывания in vivo: активацию от поврежденного участка эндотелия, распространение активных факторов, присутствие тока крови.

    Рассмотрение моделей свертывания естественно начать с методов исследования свертывания in vivo. Основа практически всех используемых подходов такого рода заключается в нанесении подопытному животному контролируемого повреждения с тем, чтобы вызвать гемостатическую или тромботическую реакцию. Данная реакция исследуется различными методами:

    1. наблюдение за временем кровотечения;
    2. анализ плазмы, взятой у животного;
    3. вскрытие умерщвленного животного и гистологическое исследование;
    4. наблюдение за тромбом в реальном времени с использованием микроскопии или ядерного магнитного резонанса (рис. 4).

    Рисунок 4. Формирование тромба in vivo в модели тромбоза, индуцированного лазером. Эта картинка воспроизведена из исторической работы, где ученые впервые смогли пронаблюдать развитие тромба «вживую». Для этого в кровь мыши впрыснули концентрат флуоресцентно меченных антител к белкам свертывания и тромбоцитам, и, поместив животное под объектив конфокального микроскопа (позволяющего осуществлять трехмерное сканирование), выбрали доступную для оптического наблюдения артериолу под кожей и повредили эндотелий лазером. Антитела начали присоединяться к растущему тромбу, сделав возможным его наблюдение. Воспроизведено из [7].

    Классическая постановка эксперимента по свертыванию in vitro заключается в том, что плазма крови (или цельная кровь) смешивается в некоторой емкости с активатором, после чего производится наблюдение за процессом свертывания. По методу наблюдения экспериментальные методики можно разделить на следующие типы:

    1. наблюдение за самим процессом свертывания;
    2. наблюдение за изменением концентраций факторов свертывания от времени.

    Второй подход дает несравненно больше информации. Теоретически, зная концентрации всех факторов в произвольный момент времени, можно получить полную информацию о системе. На практике исследование даже двух белков одновременно дорого и связано с большими техническими трудностями.

    Наконец, свертывание в организме протекает неоднородно. Формирование сгустка запускается на поврежденной стенке, распространяется с участием активированных тромбоцитов в объеме плазмы, останавливается с помощью эндотелия сосудов. Адекватно изучить эти процессы с помощью классических методов невозможно. Вторым важным фактором является наличие потока крови в сосудах.

    Осознание этих проблем привело к появлению, начиная с 1970-х годов, разнообразных проточных экспериментальных систем in vitro. Несколько больше времени потребовалось на осознание пространственных аспектов проблемы. Только в 1990-е годы стали появляться методы, учитывающие пространственную неоднородность и диффузию факторов свертывания, и только в последнее десятилетие они стали активно использоваться в научных лабораториях (рис. 5).

    Рисунок 5. Пространственный рост фибринового сгустка в норме и патологии. Свертывание в тонком слое плазмы крови активировалось иммобилизованным на стенке тканевым фактором. На фотографиях активатор расположен слева. Серая расширяющаяся полоса — растущий фибриновый сгусток.

    Наряду с экспериментальными подходами для исследований гемостаза и тромбоза также используются математические модели (этот метод исследований часто называется in silico [8]). Математическое моделирование в биологии позволяет устанавливать глубокие и сложные взаимосвязи между биологической теорией и опытом. Проведение эксперимента имеет определенные границы и сопряжено с рядом трудностей. Кроме того, некоторые теоретически возможные эксперименты неосуществимы или запредельно дороги вследствие ограничений экспериментальной техники. Моделирование упрощает проведение экспериментов, так как можно заранее подобрать необходимые условия для экспериментов in vitro и in vivo, при которых интересующий эффект будет наблюдаем.

    Рисунок 6. Вклад внешней и внутренней теназы в формирование фибринового сгустка в пространстве. Мы использовали математическую модель, чтобы исследовать, как далеко может простираться влияние активатора свертывания (тканевого фактора) в пространстве. Для этого мы посчитали распределение фактора Xa (который определяет распределение тромбина, который определяет распределение фибрина). На анимации показаны распределения фактора Xa, произведенного внешней теназой (комплексом VIIa–TF) или внутренней теназой (комплексом IXa–VIIIa), а также общее количество фактора Xa (заштрихованная область). (Вставка показывает то же самое на более крупной шкале концентраций.) Можно видеть, что произведенный на активаторе фактор Xa не может проникнуть далеко от активатора из-за высокой скорости ингибирования в плазме. Напротив, комплекс IXa–VIIIa работает вдали от активатора (т.к. фактор IXa медленнее ингибируется и потому имеет большее расстояние эффективной диффузии от активатора), и обеспечивает распространение фактора Xa в пространстве. Анимация из [9].

    Регуляция системы свертывания

    Сделаем следующий логический шаг и попробуем ответить на вопрос — а как описанная выше система работает?

    Каскадное устройство системы свертывания. Начнем с каскада — цепочки активирующих друг друга ферментов. Один фермент, работающий с постоянной скоростью, дает линейную зависимость концентрации продукта от времени. У каскада из N ферментов эта зависимость будет иметь вид tN, где t — время. Для эффективной работы системы важно, чтобы ответ носил именно такой, «взрывной» характер, поскольку это сводит к минимуму тот период, когда сгусток фибрина еще непрочен.

    Запуск свертывания и роль положительных обратных связей. Как упоминалось в первой части статьи, многие реакции свертывания медленны. Так, факторы IXa и Xa сами по себе являются очень плохими ферментами и для эффективного функционирования нуждаются в кофакторах (факторах VIIIa и Va, соответственно). Эти кофакторы активируются тромбином: такое устройство, когда фермент активирует собственное производство, называется петлей положительной обратной связи.

    Как было показано нами экспериментально и теоретически, положительная обратная связь активации фактора V тромбином формирует порог по активации — свойство системы не реагировать на малую активацию, но быстро срабатывать при появлении большой. Подобное умение переключаться представляется весьма ценным для свертывания: это позволяет предотвратить «ложное срабатывание» системы.

    Роль внутреннего пути в пространственной динамике свертывания. Одной из интригующих загадок, преследовавших биохимиков на протяжении многих лет после открытия основных белков свертывания, была роль фактора XII в гемостазе. Его дефицит обнаруживался в простейших тестах свертывания, увеличивая время, необходимое для образования сгустка, однако, в отличие от дефицита фактора XI, не сопровождался нарушениями свертывания.

    Один из наиболее правдоподобных вариантов разгадки роли внутреннего пути был предложен нами с помощью пространственно неоднородных экспериментальных систем. Было обнаружено, что положительные обратные связи имеют большое значение именно для распространения свертывания. Эффективная активация фактора X внешней теназой на активаторе не поможет сформировать сгусток вдали от активатора, так как фактор Xa быстро ингибируется в плазме и не может далеко отойти от активатора. Зато фактор IXa, который ингибируется на порядок медленнее, вполне на это способен (и ему помогает фактор VIIIa, который активируется тромбином). А там, куда сложно дойти и ему, начинает работать фактор XI, также активируемый тромбином. Таким образом, наличие петель положительных обратных связей помогает создать трехмерную структуру сгустка.

    Путь протеина С как возможный механизм локализации тромбообразования. Активация протеина С тромбином сама по себе медленна, но резко ускоряется при связывании тромбина с трансмембранным белком тромбомодулином, синтезируемым клетками эндотелия. Активированный протеин С способен разрушать факторы Va и VIIIa, на порядки замедляя работу системы свертывания. Ключом к пониманию роли данной реакции стали пространственно-неоднородные экспериментальные подходы. Наши эксперименты позволили предположить, что она останавливает пространственный рост тромба, ограничивая его размер.

    Подведение итогов

    В последние годы сложность системы свертывания постепенно становится менее загадочной. Открытие всех существенных компонентов системы, разработка математических моделей и использование новых экспериментальных подходов позволили приоткрыть завесу тайны. Структура каскада свертывания расшифровывается, и сейчас, как мы видели выше, практически для каждой существенной части системы выявлена или предложена роль, которую она играет в регуляции всего процесса.

    На рис. 7 представлена наиболее современная попытка пересмотреть структуру системы свертывания. Это та же схема, что и на рис. 1, где разноцветным затенением выделены части системы, отвечающие за разные задачи, как обсуждалось выше. Не все в этой схеме является надежно установленным. Например, наше теоретическое предсказание, что активация фактора VII фактором Xa позволяет свертыванию пороговым образом отвечать на скорость потока, остается пока еще непроверенным в эксперименте.

    Рисунок 7. Модульная структура системы свертывания: роль отдельных реакций свертывания в функционировании системы. Воспроизведено из [1].

    Вполне возможно, что эта картина еще не вполне полна. Тем не менее, прогресс в этой области в последние годы вселяет надежду, что в обозримом будущем оставшиеся неразгаданные участки на схеме свертывания обретут осмысленную физиологическую функцию. И тогда можно будет говорить о рождении новой концепции свертывания крови, пришедшей на смену старинной каскадной модели, которая верно служила медицине на протяжении многих десятилетий.

    Статья написана при участии А.Н. Баландиной и Ф.И. Атауллаханова и была в первоначальном варианте опубликована в «Природе» [10].

    1. Panteleev M.A., Balandina A.N., Lipets E.N., Ovanesov M.V., Ataullakhanov F.I. (2010). Task-oriented modular decomposition of biological networks: trigger mechanism in blood coagulation. Biophys. J. 98, 1751–1761;
    2. Fuss C., Palmaz J.C., Sprague E.A. (2001). Fibrinogen: structure, function, and surface interactions. J. Vasc. Interv. Radiol. 12, 677–682;
    3. http://biomolecula.ru#;
    4. Mills J.D., Ariëns R.A., Mansfield M.W., Grant P.J. (2002). Altered fibrin clot structure in the healthy relatives of patients with premature coronary artery disease. Circulation 106, 1938–1942;
    5. Crawley J.T., Zanardelli S., Chion C.K., Lane D.A. (2007). The central role of thrombin in hemostasis. J. Thromb. Haemost. 5 Suppl 1, 95–101;
    6. Doolittle RF, Jiang Y, Nand J. (2008). Genomic evidence for a simpler clotting scheme in jawless vertebrates. J. Mol. Evol. 66, 185–196;
    7. Falati S., Gross P., Merrill-Skoloff G., Furie B.C., Furie B. (2002). Real-time in vivo imaging of platelets, tissue factor and fibrin during arterial thrombus formation in the mouse. Nat. Med. 8(10), 1175–1181;
    8. In vivo — in vitro — in silico;
    9. Panteleev M.A., Ovanesov M.V., Kireev D.A., Shibeko A.M., Sinauridze E.I., Ananyeva N.M., Butylin A.A., Saenko E.L., and Ataullakhanov F.I. (2006). Spatial propagation and localization of blood coagulation are respectively regulated by intrinsic and protein C pathways. Biophys. J. 90, 1489–1500;
    10. А.Н. Баландина, М.А. Пантелеев, Ф.И. Атауллаханов. Система свертывания крови и ее регуляция. Природа 3 (2011), 32–38..

    biomolecula.ru


    Смотрите также