Процес згортання крові починається з крововтрати, але масивна крововтрата, що супроводжується падінням артеріального тиску, веде до різких змін усієї системи гемостазу.
Система згортання крові (гемостазу)
Система згортання крові - це складний багатокомпонентний комплекс гомеостазу людини, що забезпечує збереження цілісності організму завдяки постійному підтриманню рідкого стану крові та формуванню за потреби різного типу тромбів, а також активації процесів загоєння в місцях судинних та тканинних ушкоджень.
Функціонування системи згортання забезпечується безперервною взаємодією судинної стінки та циркулюючої крові. Відомі певні компоненти, які відповідають за нормальну діяльність коагулологічної системи:
- ендотеліальні клітини судинної стінки,
- тромбоцити,
- адгезивні молекули плазми,
- плазмові фактори згортання,
- системи фібринолізу,
- системи фізіологічних первинних та вторинних антикоагулянтів-антипротеаз,
- плазмова система фізіологічних первинних репарантів-загоїв.
Будь-які пошкодження судинної стінки, «травмування крові», з одного боку, призводять до різної тяжкості кровотеч, а з іншого – викликають фізіологічні, а в подальшому патологічні зміни в системі гемостазу, які здатні власними силами призвести до загибелі організму. До закономірних важких і частих ускладнень масивної крововтрати належить гострий синдром дисемінованого внутрішньосудинного згортання (гострий ДВС-синдром).
При гострій масивній крововтраті, а її не можна уявити без ушкодження судин, практично завжди має місце локальний (у місці ушкодження) тромбоз, який у поєднанні з падінням артеріального тиску може запустити гострий ДВС-синдром, що є найважливішим і патогенетично найбільш несприятливим механізмом усіх бід гострої масивної крововтрати.
Ендотеліальні клітини
Ендотеліальні клітини судинної стінки забезпечують підтримку рідкого стану крові, безпосередньо впливаючи на багато механізмів і ланок тромбоутворення, повністю блокуючи або ефективно стримуючи їх. Судини забезпечують ламінарність струму крові, що перешкоджає склеюванню клітинних та білкових компонентів.
Ендотелій несе на своїй поверхні негативний заряд, як і клітини, що циркулюють у крові, різні глікопротеїни та інші сполуки. Однойменно заряджені ендотелій та циркулюючі елементи крові відштовхуються, що перешкоджає злипанню клітин та білкових структур у циркуляторному руслі.
Підтримка рідкого стану крові
Підтримці рідкого стану крові сприяють:
- простациклін (PGI 2),
- NO та АДФаза,
- інгібітор тканинного тромбопластину,
- глюкозаміноглікани і, зокрема, гепарин, антитромбін III, кофактор гепарину II, тканинний активатор плазміногену та ін.
Простациклін
Блокада аглютинації та агрегації тромбоцитів у кровотоку здійснюється декількома шляхами. Ендотелій активно виробляє простагландин I 2 (PGI 2), або простациклін, який пригнічує формування первинних агрегатів тромбоцитів. Простациклін здатний «розбивати» ранні аглютинати та агрегати тромбоцитів, водночас будучи вазодилататором.
Окис азоту (NO) та АДФазу
Дезагрегація тромбоцитів і вазодилатація здійснюються також шляхом вироблення ендотелієм окису азоту (NO) і так званої АДФази (ферменту, що розщеплює аденозиндифосфат - АДФ) - сполуки, що виробляється різними клітинами і є активним агентом, що стимулює агрегацію.
Система протеїну С
Стримуючий та інгібуючий вплив на систему згортання крові, переважно на її внутрішній шлях активації, надає система протеїну С. В комплекс цієї системи входять:
- тромбомодулін,
- протеїн С,
- протеїн S,
- тромбін як активатор протеїну С,
- інгібітор протеїну С.
Ендотеліальні клітини виробляють тромбомодулін, який за участю тромбіну активує протеїн, переводячи його відповідно в протеїн Ca. Активований протеїн Са за участю протеїну S інактивує фактори Va і VIIIa, пригнічуючи та інгібуючи внутрішній механізм системи згортання крові. Крім того, активований протеїн Са стимулює активність системи фібринолізу двома шляхами: за рахунок стимуляції вироблення та викиду з ендотеліальних клітин у кровотік тканинного активатора плазміногену, а також завдяки блокаді інгібітору тканинного активатора плазміногену (PAI-1).
Патологія системи протеїну С
Спадкова або набута патологія системи протеїну С, що нерідко спостерігається, призводить до розвитку тромботичних станів.
Фульмінантна пурпура
Гомозиготний дефіцит протеїну С (фульмінантна пурпура) – вкрай тяжка патологія. Діти з фульмінантною пурпурою практично нежиттєздатні та гинуть у ранньому віці від важких тромбозів, гострого ДВС-синдрому та сепсису.
Тромбози
Гетерозиготний спадковий дефіцит протеїну або протеїну S сприяє виникненню тромбозів у молодих. Найчастіше спостерігаються тромбози магістральних та периферичних вен, тромбоемболії легеневої артерії, ранні інфаркти міокарда, ішемічні інсульти. У жінок з дефіцитом протеїну С або S, які приймають гормональні контрацептиви, ризик тромбозів (частіше тромбозів мозкових судин) зростає у 10-25 разів.
Оскільки протеїни С та S є вітамін К-залежними протеазами, що виробляються в печінці, лікування тромбозів непрямими антикоагулянтами типу синкумару або пелентану у пацієнтів із спадковим дефіцитом протеїну С або S може призводити до посилення тромботичного процесу. Крім того, у ряду хворих під час лікування непрямими антикоагулянтами (варфарином) можуть розвиватися периферичні некрози шкіри (« варфаринові некрози»). Їхня поява практично завжди означає наявність гетерозиготного дефіциту протеїну С, що веде до зниження фібринолітичної активності крові, локальної ішемії та шкірних некрозів.
V фактор Leiden
Ще одна патологія, що безпосередньо пов'язана з функціонуванням системи протеїну С, отримала назву спадкової резистентності до активованого протеїну С, або V фактор Leiden. По суті V фактор Leiden є мутантним V фактором з точковою заміною аргініну в 506-й позиції фактора V на глутамін. V фактор Leiden має підвищену резистентність до прямої дії активованого протеїну С. Якщо спадковий дефіцит протеїну С у пацієнтів переважно з венозними тромбозами зустрічається у 4-7% випадків, то V фактор Leiden, за даними різних авторів, - у 10-25%.
Інгібітор тканинного тромбопластину
Ендотелій судин також може пригнічувати тромбоутворення при активації. Ендотеліальні клітини активно виробляють інгібітор тканинного тромбопластину, який інактивує комплекс тканинний фактор - фактор VIIa (ТФ-VIIa), що призводить до блокади зовнішнього механізму згортання крові, що активізується при попаданні тканинного тромбопластину в кровотік, тим самим підтримуючи.
Глюкозаміноглікани (гепарин, антитромбін III, кофактор гепарину II)
Інший механізм підтримки рідкого стану крові пов'язаний з виробленням ендотелієм різних глюкозаміногліканів, серед яких відомі гепаран-і дерматан-сульфат. Ці глюкозаміноглікани за будовою та функціями близькі до гепаринів. Гепарин, що виробляється і викидається в кровотік, зв'язується з циркулюючими в крові молекулами антитромбіну III (AT III), активуючи їх. У свою чергу активований AT III захоплює та інактивує фактор Ха, тромбін та ряд інших факторів системи згортання крові. Крім механізму інактивації зсідання, що здійснюється через АТ III, гепарини активують так званий кофактор гепарину II (КГ II). Активований КГ II, як і AT III, пригнічує функції фактора Ха і тромбіну.
Крім впливу на активність фізіологічних антикоагулянтів-антипротеаз (AT III та КГ II), гепарини здатні модифікувати функції таких адгезивних молекул плазми, як фактор Віллебранда та фібронектин. Гепарин знижує функціональні властивості фактора Віллебранду, сприяючи зменшенню тромботичного потенціалу крові. Фібронектин внаслідок гепаринової активації зв'язується з різними об'єктами-мішенями фагоцитозу – клітинними мембранами, тканинним детритом, імунними комплексами, фрагментами колагенових структур, стафілококами та стрептококами. Внаслідок стимульованих гепарином опсонічних взаємодій фібронектину активізується інактивація мішеней фагоцитозу в органах макрофагальної системи. Очищення циркуляторного русла від об'єктів-мішеней фагоцитозу сприяє збереженню рідкого стану та плинності крові.
Крім того, гепарини здатні стимулювати вироблення та викид у циркуляторне русло інгібітора тканинного тромбопластину, що істотно знижує ймовірність тромбозу при зовнішній активації системи згортання крові.
Процес згортання крові - тромбоутворення
Разом з описаним вище існують механізми, також пов'язані зі станом судинної стінки, але не сприяють підтримці рідкого стану крові, а відповідальні за її згортання.
Процес зсідання крові починається з пошкодження цілісності судинної стінки. При цьому розрізняють і зовнішні механізми процесу формування тромба.
При внутрішньому механізмі пошкодження тільки ендотеліального шару судинної стінки призводить до того, що потік крові контактує зі структурами субендотелію - з базальною мембраною, в якій основними тромбогенними факторами є колаген та ламінін. З ними взаємодіють фактор Віллебранда і фібронектин, що знаходяться в крові; формується тромбоцитарний тромб, а потім фібриновий потік.
Необхідно відзначити, що тромби, що формуються в умовах швидкого кровотоку (в артеріальній системі), можуть існувати практично лише за участю фактора Віллебранда. Навпаки, у формуванні тромбів при відносно невеликих швидкостях кровотоку (у мікроциркуляторному руслі, венозній системі) беруть участь як фактор Віллебранда, так і фібриноген, фібронектин, тромбоспондин.
Інший механізм тромбоутворення здійснюється за безпосередньою участю фактора Віллебранда, який при пошкодженні цілісності судин суттєво збільшується у кількісному відношенні внаслідок надходження з тілець Вейбола-Паллада ендотелію.
Системи та фактори згортання крові
Тромбопластин
Найважливішу роль зовнішньому механізмі тромбоутворення грає тканинний тромбопластин, що у кровотік з інтерстиціального простору після розриву цілісності судинної стінки. Він індукує тромбоутворення, активуючи систему згортання крові за участю VII фактора. Оскільки тканинний тромбопластин містить фосфоліпідну частину, тромбоцити у цьому механізмі тромбоутворення беруть участь мало. Саме поява тканинного тромбопластину в руслі крові та його участь у патологічному тромбоутворенні та визначають розвиток гострого ДВС-синдрому.
Цитокіни
Наступний механізм тромбоутворення реалізується за участю цитокінів – інтерлейкіну-1 та інтерлейкіну-6. фактор некрозу пухлини, що утворюється в результаті їх взаємодії, стимулює вироблення і викид з ендотелію і моноцитів тканинного тромбопластину, про значення якого вже говорилося. Цим пояснюється розвиток локальних тромбів при різних захворюваннях, що протікають із чітко вираженими запальними реакціями.
Тромбоцити
Спеціалізованими клітинами крові, що беруть участь у процесі її згортання, є тромбоцити - без'ядерні клітини крові, що є фрагментами цитоплазми мегакаріоцитів. Продукція тромбоцитів пов'язана з певним – тромбопоетином, що регулює тромбоцитопоез.
Кількість тромбоцитів у крові становить 160-385×109/л. Вони добре видно у світловому мікроскопі, тому під час проведення диференціальної діагностики тромбозів чи кровоточивості мікроскопія мазків периферичної крові необхідна. У нормі розмір тромбоциту вбирається у 2-3,5 мкм (близько ⅓-¼ діаметра еритроцита). При світловій мікроскопії незмінені тромбоцити виглядають як округлі клітини з рівними краями та червоно-фіолетовими гранулами (α-гранули). Тривалість життя тромбоцитів становить середньому 8-9 діб. В нормі вони дискоїдної форми, але при активації набувають форми сфери з великою кількістю цитоплазматичних випинань.
У тромбоцитах є 3 типи специфічних гранул:
- лізосоми, що містять у великій кількості кислі гідролази та інші ферменти;
- α-гранули, що містять безліч різних білків (фібриноген, фактор Віллебранда, фібронектин, тромбоспондин та ін) і фарбуються по Романівському-Гімзі у фіолетово-червоний колір;
- δ-гранули — щільні гранули, що містять велику кількість серотоніну, іонів К+, Ca2+, Mg2+ та ін.
У α-гранулах містяться суворо специфічні білки тромбоцитів - такі, як 4 пластинковий фактор і β-тромбоглобулін, що є маркерами активації тромбоцитів; їх визначення у плазмі може допомогти у діагностиці поточних тромбозів.
Крім того, у структурі тромбоцитів є система щільних трубочок, що є як би депо для іонів Ca 2+, а також велика кількість мітохондрій. При активації тромбоцитів відбувається низка біохімічних реакцій, які за участю циклооксигенази та тромбоксансинтетази призводять до утворення тромбоксану А 2 (ТХА 2) з арахідонової кислоти – потужного фактора, що відповідає за необоротну агрегацію тромбоцитів.
Тромбоцит покритий 3-шаровою мембраною, на зовнішній її поверхні розташовуються різні рецептори, багато з яких є глікопротеїнами та взаємодіють з різними білками та сполуками.
Тромбоцитарний гемостаз
Рецептор глікопротеїну Iа зв'язується з колагеном, рецептор глікопротеїну Ib взаємодіє з фактором Віллебранда, глікопротеїнами IIb-IIIa – з молекулами фібриногену, хоча може зв'язуватися і з фактором Віллебранду, і з фібронектином.
При активації тромбоцитів агоністами - АДФ, колагеном, тромбіном, адреналіном та ін - на їх зовнішній мембрані з'являється 3-й пластинковий фактор (мембранний фосфоліпід), що активує швидкість згортання крові, підвищуючи її в 500-700 тис. разів.
Плазмові фактори згортання крові
Плазма крові містить кілька специфічних систем, що у каскаді згортання крові. Це системи:
- адгезивних молекул,
- факторів згортання крові,
- факторів фібринолізу,
- факторів фізіологічних первинних та вторинних антикоагулянтів-антипротеаз,
- факторів фізіологічних первинних репарантів-загоїв.
Система адгезивних молекул плазми
Система адгезивних молекул плазми є комплексом глікопротеїнів, що відповідають за міжклітинні, клітинно-субстратні та клітинно-білкові взаємодії. До неї належать:
- фактор Віллебранда,
- фібриноген,
- фібронектин,
- тромбоспондин,
- Вітронектин.
Фактор Віллебранда
Фактор Віллебранда є високомолекулярним глікопротеїном з молекулярною масою 10 3 кД і більше. Фактор Віллебранда виконує безліч функцій, але основні з них дві:
- взаємодія з VIII фактором, завдяки чому відбувається захист антигемофільного глобуліну від протеолізу, що підвищує тривалість його життя;
- забезпечення процесів адгезії та агрегації тромбоцитів у циркуляторному руслі, особливо при високих швидкостях кровотоку в судинах артеріальної системи.
Зниження рівня фактора Віллебранда нижче 50%, що спостерігається при хворобі або синдромі Віллебранда, призводить до вираженої петехіальної кровоточивості, як правило, мікроциркуляторного типу, що виявляється синяковістю при невеликих травмах. Однак при тяжкій формі хвороби Віллебранда може спостерігатися гематомний тип кровоточивості, подібний до гемофілії ().
Навпаки, суттєве підвищення концентрації фактора Віллебранда (понад 150%) може призводити до тромбофілічного стану, що нерідко клінічно проявляється різного типу тромбозами периферичних вен, інфарктом міокарда, тромбозами легеневої артерії або мозкових судин.
Фібриноген - фактор I
Фібриноген, або фактор I, бере участь у багатьох міжклітинних взаємодіях. Його основними функціями є участь у формуванні фібринового тромбу (армування тромбу) та здійснення процесу агрегації тромбоцитів (прикріплення одних тромбоцитів до інших) завдяки специфічним тромбоцитарним рецепторам глікопротеїнів IIb-IIIа.
Плазмовий фібронектин
Плазмовий фібронектин - адгезивний глікопротеїн, що взаємодіє з різними факторами згортання крові. Також однією з функцій плазмового фібронектину є репарація дефектів судин і тканин. Показано, що нанесення фібронектину на ділянки тканинних дефектів (трофічні виразки рогівки ока, ерозії та виразки шкірних покривів) сприяє стимуляції репаративних процесів та швидше загоєнню.
Нормальна концентрація плазмового фібронектину у крові - близько 300 мкг/мл. При тяжких травмах, масивній крововтраті, опіках, тривалих порожнинних операціях, сепсисі, гострому ДВС-синдромі в результаті споживання рівень фібронектину падає, що знижує фагоцитарну активність макрофагальної системи. Саме цим можна пояснити високу частоту інфекційних ускладнень у осіб, які перенесли масивну крововтрату, та доцільність призначення пацієнтам переливання кріопреципітату або свіжозамороженої плазми, що містять у великій кількості фібронектин.
Тромбоспондін
Основними функціями тромбоспондину є забезпечення повноцінної агрегації тромбоцитів та зв'язування їх з моноцитами.
Вітронектин
Вітронектин, або білок, що зв'язується зі склом, бере участь у кількох процесах. Зокрема, він пов'язує комплекс АТ III-тромбін і надалі виводить його із циркуляції через макрофагальну систему. Крім того, вітронектин блокує клітинно-літичну активність кінцевого каскаду факторів системи комплементу (комплекс 5 -З 9), тим самим перешкоджаючи реалізації цитолітичного ефекту активації системи комплементу.
Фактори згортання крові
Система плазмових факторів зсідання крові - це складний багатофакторний комплекс, активація якого призводить до формування стійкого фібринового згустку. Вона відіграє основну роль у зупинці кровотечі при всіх випадках пошкодження цілісності судинної стінки.
Система фібринолізу
Система фібринолізу є найважливішою системою, яка перешкоджає безконтрольному зсіданню крові. Активація системи фібринолізу реалізується за внутрішнім або зовнішнім механізмом.
Внутрішній механізм активації
Внутрішній механізм активації фібринолізу починається з активації плазмового XII фактора (фактора Хагемана) за участю високомолекулярного кініногену та калікреїн-кінінової системи. В результаті плазміноген переходить у плазмін, який розщеплює молекули фібрину на дрібні фрагменти (X, Y, D, Е), що опсоннзуються плазмовим фібронектмном.
Зовнішній механізм активації
Зовнішній шлях активації фібринолітичної системи може здійснюватися стрептокіназою, урокіназою чи тканинного активатора плазміногену. Зовнішній шлях активації фібринолізу часто використовується в клінічній практиці для лізування гострих тромбозів різної локалізації (при тромбоемболії легеневої артерії, гострому інфаркті міокарда та ін.).
Система первинних та вторинних антикоагулянтів-антипротеаз
Система фізіологічних первинних та вторинних антикоагулянтів-антипротеаз існує в організмі людини для інактивації різних протеаз, плазмових факторів згортання та багатьох компонентів фібринолітичної системи.
До первинних антикоагулянтів відноситься система, що включає гепарин, AT III та КГ II. Ця система переважно інгібує тромбін, фактор Ха і ряд інших факторів системи згортання крові.
Система протеїну С, як зазначалося, інгібує Va і VIIIa плазмові чинники згортання, що у результаті гальмує згортання крові за внутрішнім механізмом.
Система інгібітора тканинного тромбопластину та гепарин пригнічують зовнішній шлях активації згортання крові, а саме комплекс ТФ-VII фактор. Гепарин у цій системі відіграє роль активатора вироблення та викиду в кровотік інгібітора тканинного тромбопластину з ендотелію судинної стінки.
PAI-1 (інгібітор тканинного активатора плазміногену) є основною антипротеазою, що інактивує активність тканинного активатора плазміногену.
До фізіологічних вторинних антикоагулянтів-антипротеаз відносяться компоненти, концентрація яких підвищується в процесі згортання крові. Одним із основних вторинних антикоагулянтів є фібрин (антитромбін I). Він активно сорбує на своїй поверхні та інактивує циркулюючі в кровотоку вільні молекули тромбіну. Інактивувати тромбін можуть також деривати факторів Va і VIIIa. Крім того, в крові тромбін інактивують циркулюючі молекули розчинного глікокаліцину, які є залишками рецептора тромбоцитів глікопротеїну Ib. У складі глікоколіцину є певна послідовність - "пастка" для тромбіну. Участь розчинного глікокаліцину в інактивації циркулюючих молекул тромбіну дозволяє досягати самообмеження тромбоутворення.
Система первинних репарантів-загоювальників
У плазмі крові знаходяться певні фактори, які сприяють процесам загоєння та репарації судинних та тканинних дефектів, – так звана фізіологічна система первинних репарантів-загоювальних. До цієї системи входять:
- плазмовий фібронектин,
- фібриноген та його похідне фібрин,
- трансглутамінази або XIII фактор згортання крові,
- тромбін,
- фактор зростання тромбоцитів – тромбопоетин.
Про роль та значення кожного з цих факторів окремо вже йшлося.
Механізм згортання крові
Виділяють внутрішній та зовнішній механізм згортання крові.
Внутрішній шлях згортання крові
У внутрішньому механізмі згортання крові беруть участь чинники, що у крові за нормальних умов.
По внутрішньому шляху процес зсідання крові починається з контактної або протеазної активації XII фактора (або фактора Хагемана) за участю високомолекулярного кініногену та калікреїн-кінінової системи.
XII фактор перетворюється на XIIа (активований) фактор, який активує XI фактор (попередник плазмового тромбопластину), переводячи його на фактор ХIа.
Останній активує IX фактор (антигемофілічний фактор, або фактор Крістмаса), переводячи його за участю фактора VIIIa (антигемофілічний фактор А) в фактор IХа. В активації IX фактора беруть участь іони Ca 2+ та 3-й тромбоцитарний фактор.
Комплекс факторів IХа та VIIIa з іонами Ca 2+ та 3-м тромбоцитарним фактором активує X фактор (фактор Стюарта), переводячи його в фактор Ха. В активації X фактора також бере участь фактор Va (проакцелерин).
Комплекс факторів Ха, Va, іонів Са (IV фактор) та 3-го тромбоцитарного фактора називається протромбіназою; вона активує протромбін (або II фактор), перетворюючи його на тромбін.
Останній розщеплює молекули фібриногену, переводячи їх у фібрин.
Фібрин з розчинної форми під впливом фактора XIIIа (фібринстабілізуючий фактор) перетворюється на нерозчинний фібрин, який безпосередньо і здійснює армування (зміцнення) тромбоцитарного тромбу.
Зовнішній шлях згортання крові
Зовнішній механізм зсідання крові здійснюється при попаданні в циркуляторне русло з тканин тканинного тромбопластину (або III, тканинного, фактора).
Тканинний тромбопластин зв'язується з VII фактором (проконвертином), перетворюючи його на фактор VIIa.
Останній активує X фактор, перетворюючи його на фактор Ха.
Подальші перетворення згортання каскаду такі ж, як при активації плазмових факторів згортання за внутрішнім механізмом.
Механізм згортання крові коротко
Загалом механізм зсідання крові коротко може бути представлений як ряд послідовних етапів:
- внаслідок порушення нормального кровотоку та пошкодження цілісності судинної стінки розвивається дефект ендотелію;
- до базальної мембрани ендотелію (до колагену, ламініну), що оголилася, прилипають фактор Віллебранда і плазмовий фібронектин;
- циркулюючі тромбоцити також прилипають до колагену та ламініну базальної мембрани, а потім до фактору Віллебранду та фібронектину;
- адгезія тромбоцитів та їх агрегація призводять до появи на їхній зовнішній поверхневій мембрані 3-го пластиночного фактора;
- за безпосередньою участю 3-го пластиночного фактора відбувається активація плазмових факторів згортання, що призводить до утворення в тромбоцитарному тромбі фібрину - починається армування тромбу;
- активується система фібринолізу як за внутрішнім (через XII фактор, високомолекулярний кініноген і калікреїн-кінінову систему), так і за зовнішнім (під впливом ТАП) механізмами, що зупиняє подальше тромбоутворення; при цьому відбувається не тільки лізування тромбів, але і утворення великої кількості продуктів деградації фібрину (ПДФ), які в свою чергу блокують патологічне тромбоутворення, маючи фібринолітичну активність;
- починаються репарація та загоєння судинного дефекту під впливом фізіологічних факторів репаративно-загоювальної системи (плазмового фібронектину, трансглутамінази, тромбопоетину та ін.).
При гострої масивної крововтрати, ускладненої шоком, рівновагу у системі гемостазу, саме між механізмами тромбообразования і фібринолізу швидко порушується, оскільки споживання значно перевищує продукцію. Виснаження механізмів згортання крові, що розвивається, і є однією з ланок розвитку гострого ДВС-синдрому.
Згортання крові - вкрай складний і багато в чому ще загадковий біохімічний процес, який запускається при пошкодженні кровоносної системи і веде до перетворення плазми крові в драглистий потік, що затикає рану і кровотеча, що зупиняє. Порушення цієї системи вкрай небезпечні і можуть призвести до кровотечі, тромбозу або інших патологій, які відповідають за левову частку смертності та інвалідності в сучасному світі. Тут ми розглянемо пристрій цієї системи та розповімо про найсучасніші досягнення у її вивченні.
Кожен, хто хоч раз у житті отримував подряпину чи рану, набував цим чудову можливість спостерігати перетворення крові з рідини в в'язку нетекучу масу, що призводить до зупинки кровотечі. Цей процес називається зсіданням крові і управляється складною системою біохімічних реакцій.
Мати якусь систему зупинки кровотечі - абсолютно необхідно для будь-якого багатоклітинного організму, що має рідке внутрішнє середовище. Згортання крові є життєво необхідним і для нас: мутації в генах основних білків згортання, як правило, летальні. На жаль, серед багатьох систем нашого організму, порушення в роботі яких становлять небезпеку для здоров'я, згортання крові також займає абсолютне перше місце як головна безпосередня причина смерті: люди хворіють на різні хвороби, але вмирають майже завжди від порушень згортання крові. Рак, сепсис, травма, атеросклероз, інфаркт, інсульт - для найширшого кола захворювань безпосередньою причиною смерті є нездатність системи згортання підтримувати баланс між рідким та твердим станом крові в організмі.
Якщо причина відома, чому з нею не можна боротися? Зрозуміло, боротися можна і потрібно: вчені постійно створюють нові методи діагностики та терапії порушень згортання. Але проблема в тому, що система згортання дуже складна. А наука про регулювання складних систем вчить, що керувати такими системами потрібно особливим чином. Їхня реакція на зовнішній вплив нелінійна і непередбачувана, і для того, щоб досягти потрібного результату, потрібно знати, куди докласти зусилля. Найпростіша аналогія: щоб запустити в повітря паперовий літачок, його достатньо кинути у потрібний бік; в той же час для зльоту авіалайнера потрібно натиснути в кабіні пілота на правильні кнопки в потрібний час та в потрібній послідовності. А якщо спробувати авіалайнер запустити кидком, як паперовий літачок, то це закінчиться погано. Так і із системою згортання: щоб успішно лікувати, потрібно знати «керівні точки».
Аж до останнього часу згортання крові успішно чинило опір спробам дослідників зрозуміти його роботу, і лише останніми роками тут стався якісний стрибок. У цій статті ми розповімо про цю чудову систему: як вона влаштована, чому її так складно вивчати, і – найголовніше – розповімо про останні відкриття у розумінні того, як вона працює.
Як влаштовано згортання крові
Зупинка кровотечі заснована на тій самій ідеї, що використовують домогосподарки для приготування холодця - перетворення рідини на гель (колоїдну систему, де формується мережа молекул, здатна утримати у своїх осередках тисячоразово переважає її за вагою рідина за рахунок водневих зв'язків з молекулами води). До речі, та ж ідея використовується в одноразових дитячих підгузках, в які міститься матеріал, що розбухає при змочуванні. З фізичної точки зору, там потрібно вирішувати те саме завдання, що і в згортанні - боротьбу з протіканнями при мінімальному додатку зусиль.
Згортання крові є центральною ланкою гемостазу(Зупинки кровотечі). Другою ланкою гемостазу є спеціальні клітини - тромбоцити, - здатні прикріплюватися один до одного і до місця пошкодження, щоб створити зупиняючу кров пробку.
Загальне уявлення про біохімію згортання можна отримати з малюнка 1, внизу якого показано реакцію перетворення розчинного білка фібриногенув фібрин, який потім полімеризується у сітку. Ця реакція є єдиною частиною каскаду, що має безпосередній фізичний зміст і вирішальну чітку фізичну задачу. Роль інших реакцій - виключно регуляторна: забезпечити перетворення фібриногену на фібрин лише у потрібному місці та у потрібний час.
Рисунок 1. Основні реакції зсідання крові.Система згортання є каскад - послідовність реакцій, де продукт кожної реакції виступає каталізатором наступної. Головний «вхід» у цей каскад знаходиться у його середній частині, на рівні факторів IX та X: білок тканинний фактор(позначений на схемі як TF) пов'язує фактор VIIa, і ферментативний комплекс, що вийшов, активує фактори IX і X. Результатом роботи каскаду є білок фібрин, здатний полімеризуватися і утворювати згусток (гель). Переважна більшість реакцій активації - реакції протеолізу, тобто. часткового розщеплення білка, що збільшує його активність. Майже кожен фактор згортання обов'язково тим чи іншим чином пригнічується: зворотний зв'язок необхідний стабільної роботи системи.
Позначення:Реакції перетворення факторів згортання на активні форми показані односторонніми тонкими чорними стрілками. При цьому фігурні червоні стрілкипоказують, під впливом яких саме ферментів відбувається активація. Реакції втрати активності внаслідок інгібування показані тонкими зеленими стрілками(Для простоти стрілки зображені як просто «догляд», тобто не показано, з якими саме інгібіторами відбувається зв'язування). Оборотні реакції формування комплексів показані двосторонніми тонкими чорними стрілками. Білки згортання позначені або назвами, або римськими цифрами, або абревіатурами ( TF- Тканинний фактор, PC- Протеїн С, APC- Активований протеїн С). Щоб уникнути перевантаженості, на схемі не показано: зв'язування тромбіну з тромбомодуліном, активація та секреція тромбоцитів, контактна активація згортання.
Фібриноген нагадує стрижень довжиною 50 нм та товщиною 5 нм (рис. 2). а). Активація дозволяє його молекулам склеюватись у фібринову нитку (рис 2 б), а потім у волокно, здатне розгалужуватися і утворювати тривимірну мережу (рис. 2). в).
Малюнок 2. Фібриновий гель. а - Схематичний устрій молекули фібриногену. Основу її складено з трьох пар дзеркально розташованих поліпептидних ланцюгів α, β, γ. У центрі молекули можна бачити області зв'язування, які стають доступними при відрізанні тромбіном фібринопептидів А та Б (FPA та FPB на малюнку). б - Механізм складання фібринового волокна: молекули кріпляться один до одного «внахлест» за принципом головка-до-серединки, утворюючи дволанцюгове волокно. в - Електронна мікрофотографія гелю: фібринові волокна можуть склеюватися та розщеплюватися, утворюючи складну тривимірну структуру.
Малюнок 3. Тривимірна структура молекули тромбіну.На схемі показано активний сайт та частини молекули, відповідальні за зв'язування тромбіну з субстратами та кофакторами. (Активний сайт - частина молекули, що безпосередньо розпізнає місце розщеплення і здійснює ферментативний каталіз.) Частини молекули, що виступають (екзосайти) дозволяють здійснювати «перемикання» молекули тромбіну, роблячи його мультифункціональним білком, здатним працювати в різних режимах. Наприклад, зв'язування тромбомодуліну з екзосайтом I фізично перекриває доступ до тромбіну прокоагулянтним субстратам (фібриноген, фактор V) і алостерично стимулює активність по відношенню до протеїну C.
Активатор фібриногену тромбін (рис. 3) належить до сімейства серинових протеїназ – ферментів, здатних здійснювати розщеплення пептидних зв'язків у білках. Він є родичем травних ферментів трипсину та хімотрипсину. Протеїнази синтезуються в неактивній формі, яка називається зимогеном. Щоб їх активувати, необхідно розщепити пептидний зв'язок, який утримує частину білка, яка закриває активний сайт. Так, тромбін синтезується у вигляді протромбіну, який можна активувати. Як видно із рис. 1 (де протромбін позначений як фактор II), що каталізується фактором Xa.
Взагалі, білки згортання називають факторами та нумерують римськими цифрами у порядку офіційного відкриття. Індекс «а» означає активну форму, яке відсутність - неактивний попередник. Для давно відкритих білків, таких як фібрин та тромбін, використовують і власні імена. Деякі номери (III, IV, VI) з історичних причин не використовуються.
Активатором згортання є білок, званий тканинним фактором, присутній у мембранах клітин всіх тканин, крім ендотелію і крові. Таким чином, кров залишається рідкою тільки тому, що в нормі вона захищена тонкою захисною оболонкою ендотелію. За будь-якого порушення цілісності судини тканинний фактор пов'язує з плазми фактор VIIa, а їх комплекс - званий зовнішньою теназою(Tenase, або Xase, від слова ten- Десять, тобто. номер активованого фактора) – активує фактор X.
Тромбін також активує фактори V, VIII, XI, що веде до прискорення його власного виробництва: фактор XIa активує фактор IX, а фактори VIIIa та Va пов'язують фактори IXa та Xa, відповідно, збільшуючи їх активність на порядки (комплекс факторів IXa та VIIIa називається внутрішньою теназою). Дефіцит цих білків веде до тяжких порушень: так, відсутність факторів VIII, IX або XI викликає тяжку хворобу гемофілію(знамениту «царську хворобу», на яку хворів царевич Олексій Романов); а дефіцит факторів X, VII, V або протромбіну несумісний із життям.
Такий пристрій системи називається позитивним зворотним зв'язком: тромбін активує білки, які прискорюють його власне виробництво І тут постає цікаве питання, а навіщо вони потрібні? Чому не можна одразу зробити реакцію швидкою, чому природа робить її вихідно повільною, а потім вигадує спосіб її додаткового прискорення? Навіщо у системі згортання дублювання? Наприклад, фактор X може активуватись як комплексом VIIa-TF (зовнішня теназа), так і комплексом IXa-VIIIa (внутрішня теназа); це виглядає абсолютно безглуздим.
У крові також є інгібітори протеїназ згортання. Основними є антитромбін III та інгібітор шляху тканинного фактора. Крім цього, тромбін здатний активувати серинову протеїназу. протеїн Сщо розщеплює фактори згортання Va і VIIIa, змушуючи їх повністю втрачати свою активність.
Протеїн С – попередник серинової протеїнази, дуже схожої на фактори IX, X, VII та протромбін. Він активується тромбіном, як і фактор ХІ. Однак при активації серинова протеїназа, що вийшла, використовує свою ферментативну активність не для того, щоб активувати інші білки, а для того, щоб їх інактивувати. Активований протеїн С виробляє кілька протеолітичних розщеплень у факторах зсідання Va і VIIIa, змушуючи їх повністю втрачати свою кофакторну активність. Таким чином, тромбін – продукт каскаду згортання – інгібує своє власне виробництво: це називається негативним зворотним зв'язком.І знову у нас регуляторне питання: навіщо тромбін одночасно прискорює та уповільнює власну активацію?
Еволюційні витоки згортання
Формування захисних систем крові почалося у багатоклітинних понад мільярд років тому - власне, саме у зв'язку з появою крові. Сама система згортання є результатом подолання іншої історичної віхи – виникнення хребетних близько п'ятисот мільйонів років тому. Найімовірніше, ця система виникла з імунітету. Поява чергової системи імунних реакцій, яка боролася з бактеріями шляхом обволікання їх фібриновим гелем, призвела до випадкового побічного результату: кровотеча стала припинятися швидше. Це дозволило збільшувати тиск і силу потоків у кровоносній системі, а покращення судинної системи, тобто покращення транспорту всіх речовин, відкрило нові горизонти розвитку. Хто знає, чи не була поява згортання тією перевагою, яка дозволила хребетним зайняти своє нинішнє місце у біосфері Землі?
У ряду членистогих (таких як рак-мечехвіст) згортання також існує, але воно виникло незалежно і залишилося на імунологічних ролях. Комахи, як і інші безхребетні, зазвичай обходяться слабшим різновидом системи зупинки кровотечі, заснованої на агрегації тромбоцитів (точніше, амебоцитів – далеких родичів тромбоцитів). Цей механізм цілком функціональний, але накладає важливі обмеження ефективність судинної системи, - як і, як трахейна форма дихання обмежує максимально можливий розмір комахи.
На жаль, істоти з проміжними формами системи згортання майже всі вимерли. Єдиним винятком є безщелепні риби: геномний аналіз системи згортання у міноги показав, що вона містить набагато менше компонентів (тобто влаштована помітно простіше). Починаючи з щелепних риб і до ссавців системи згортання дуже схожі. Системи клітинного гемостазу також працюють за подібними принципами, незважаючи на те, що дрібні, без'ядерні тромбоцити характерні тільки для ссавців. В інших хребетних тромбоцити – великі клітини, що мають ядро.
Підсумовуючи, система згортання вивчена дуже добре. У ній вже п'ятнадцять років не відкривали нових білків чи реакцій, що з сучасної біохімії становить вічність. Звичайно, не можна виключити ймовірність такого відкриття, але поки що не існує жодного явища, яке ми не могли б пояснити за допомогою наявних відомостей. Швидше навпаки, система виглядає набагато складніше, ніж потрібно: ми нагадаємо, що з усього цього (досить громіздкого!) каскаду власне желювання займається лише одна реакція, а всі інші потрібні для якоїсь незрозумілої регуляції.
Саме тому зараз дослідники-коагулологи, які працюють у різних областях - від клінічної гемостазіології до математичної біофізики, - активно переходять від питання «Як влаштовано згортання?»до питань «Чому згортання влаштовано саме так?», "Як воно працює?"і наостанок, «Як нам потрібно впливати на згортання, щоб досягти бажаного ефекту?». Перше, що необхідно зробити для відповіді – навчитися досліджувати згортання цілком, а не лише окремі реакції.
Як дослідити згортання?
Для вивчення згортання створюються різні моделі - експериментальні та математичні. Що саме вони дають змогу отримати?
З одного боку, здається, що найкращим наближенням вивчення об'єкта є сам об'єкт. В даному випадку – людина чи тварина. Це дозволяє враховувати всі фактори, включаючи струм крові судинами, взаємодії зі стінками судин та багато іншого. Однак у разі складність завдання перевищує розумні кордону. Моделі згортання дозволяють спростити об'єкт дослідження, не упускаючи його суттєвих особливостей.
Спробуємо скласти уявлення про те, яким вимогам повинні відповідати ці моделі, щоб коректно відображати процес згортання in vivo.
В експериментальній моделі повинні бути ті ж біохімічні реакції, що і в організмі. Повинні бути присутніми не тільки білки системи згортання, а й інші учасники процесу згортання – клітини крові, ендотелію та субендотелію. Система має враховувати просторову неоднорідність згортання in vivo: активація від пошкодженої ділянки ендотелію, поширення активних факторів, наявність струму крові.
Розгляд моделей згортання природно розпочати з методів дослідження згортання in vivo. Основа практично всіх підходів такого роду полягає в нанесенні піддослідній тварині контрольованого пошкодження з тим, щоб викликати гемостатичну або тромботичну реакцію. Ця реакція досліджується різними методами:
- спостереження за часом кровотечі;
- аналіз плазми, взятої у тварини;
- розтин умертвленої тварини та гістологічне дослідження;
- спостереження за тромбом у реальному часі з використанням мікроскопії чи ядерного магнітного резонансу (рис. 4).
Малюнок 4. Формування тромбу in vivoу моделі тромбозу, індукованого лазером.Ця картинка відтворена з історичної роботи, де вчені вперше змогли спостерігати розвиток тромбу «наживо». Для цього в кров миші впорснули концентрат флуоресцентно мічених антитіл до білків згортання та тромбоцитів, і, помістивши тварину під об'єктив конфокального мікроскопа (що дозволяє здійснювати тривимірне сканування), вибрали доступну для оптичного спостереження артеріолу під шкірою і пошкодили енд. Антитіла почали приєднуватися до тромбу, що зростає, уможлививши його спостереження.
Класична постановка експерименту зі згортання in vitroполягає в тому, що плазма крові (або цільна кров) поєднується в деякій ємності з активатором, після чого проводиться спостереження за процесом згортання. За методом спостереження експериментальні методики можна розділити такі типи:
- спостереження за самим процесом згортання;
- спостереження зміною концентрацій чинників згортання від часу.
Другий підхід дає незрівнянно більше інформації. Теоретично, знаючи концентрацію всіх факторів у довільний момент часу, можна отримати повну інформацію про систему. Насправді дослідження навіть двох білків одночасно дорого пов'язані з великими технічними труднощами.
Зрештою, згортання в організмі протікає неоднорідно. Формування згустку запускається на пошкодженій стінці, поширюється за участю активованих тромбоцитів обсягом плазми, зупиняється за допомогою ендотелію судин. Адекватно вивчити ці процеси з допомогою класичних методів неможливо. Другим важливим фактором є наявність потоку крові у судинах.
Усвідомлення цих проблем призвело до появи, починаючи з 1970-х років, різноманітних проточних експериментальних систем in vitro. Дещо більше часу знадобилося на усвідомлення просторових аспектів проблеми. Лише у 1990-ті роки почали з'являтися методи, що враховують просторову неоднорідність та дифузію факторів згортання, і лише в останнє десятиліття вони почали активно використовуватись у наукових лабораторіях (рис. 5).
Малюнок 5. Просторове зростання фібринового згустку в нормі та патології.Згортання в тонкому шарі плазми активувалося іммобілізованим на стінці тканинним фактором. На фотографіях активатор розташований зліва. Сіра смуга, що розширюється- Зростання фібриновий потік.
Поряд з експериментальними підходами для досліджень гемостазу та тромбозу також використовуються математичні моделі (цей метод досліджень часто називається in silico). Математичне моделювання в біології дозволяє встановлювати глибокі та складні взаємозв'язки між біологічною теорією та досвідом. Проведення експерименту має певні межі та пов'язане з низкою труднощів. Крім того, деякі теоретично можливі експерименти нездійсненні або занадто дорогі внаслідок обмежень експериментальної техніки. Моделювання спрощує проведення експериментів, тому що можна заздалегідь підібрати необхідні умови для експериментів in vitroі in vivo, при яких цікавий ефект буде спостерігатися.
Регулювання системи згортання
Рисунок 6. Внесок зовнішньої та внутрішньої тенази у формування фібринового згустку у просторі.Ми використовували математичну модель, щоб дослідити, як далеко може сягати вплив активатора згортання (тканинного фактора) у просторі. Для цього ми вважали розподіл фактора Xa (який визначає розподіл тромбіну, який визначає розподіл фібрину). На анімації показано розподіл фактора Xa, виробленого зовнішньою теназою(комплексом VIIa-TF) або внутрішньою теназою(комплексом IXa-VIIIa), а також загальна кількість фактора Xa (заштрихована область). (Вставка показує те саме на більшій шкалі концентрацій.) Можна бачити, що вироблений на активаторі фактор Xa не може проникнути далеко від активатора через високу швидкість інгібування в плазмі. Навпаки, комплекс IXa–VIIIa працює далеко від активатора (оскільки фактор IXa повільніше інгібується і тому має більшу відстань ефективної дифузії від активатора), і забезпечує поширення фактора Xa у просторі.
Зробимо наступний логічний крок та спробуємо відповісти на запитання – а як описана вище система працює?
Каскадний пристрій системи згортання
Почнемо з каскаду - ланцюжки ферментів, що активують один одного. Один фермент, що працює з постійною швидкістю, дає лінійну залежність концентрації препарату від часу. У каскаду з Nферментів ця залежність матиме вигляд t N, де t- Час. Для ефективної роботи системи важливо, щоб відповідь мала саме такий, «вибуховий» характер, оскільки це зводить до мінімуму той період, коли потік фібрину ще неміцний.
Запуск згортання та роль позитивних зворотних зв'язків
Як згадувалося в першій частині статті, багато реакцій згортання повільні. Так, фактори IXa і Xa самі по собі є дуже поганими ферментами і для ефективного функціонування потребують кофакторів (факторів VIIIa і Va, відповідно). Ці кофактори активуються тромбіном: такий пристрій, коли фермент активує власне виробництво, називається петлею позитивного зворотного зв'язку.
Як було показано нами експериментально і теоретично, позитивний зворотний зв'язок активації фактора V тромбіном формує поріг активації - властивість системи не реагувати на малу активацію, але швидко спрацьовувати при появі великої. Подібне вміння перемикатися є дуже цінним для згортання: це дозволяє запобігти «хибному спрацьовуванню» системи.
Роль внутрішнього шляху у просторовій динаміці згортання
Однією з загадок, що інтригували, переслідували біохіміків протягом багатьох років після відкриття основних білків згортання, була роль фактора XII в гемостазі. Його дефіцит виявлявся у найпростіших тестах згортання, збільшуючи час, необхідний освіти згустку, проте, на відміну дефіциту чинника XI, не супроводжувався порушеннями згортання.
Один із найбільш правдоподібних варіантів розгадки ролі внутрішнього шляху був запропонований нами за допомогою просторово неоднорідних експериментальних систем. Було виявлено, що позитивні зворотні зв'язки мають велике значення для поширення згортання. Ефективна активація фактора X зовнішньою теназою на активаторі не допоможе сформувати потік далеко від активатора, оскільки фактор Xa швидко пригнічується в плазмі і не може далеко відійти від активатора. Проте фактор IXa, який інгібується на порядок повільніше, цілком на це здатний (і йому допомагає фактор VIIIa, який активується тромбіном). А там, куди складно дійти і йому, починає працювати фактор XI, який також активується тромбіном. Таким чином, наявність петель позитивних зворотних зв'язків допомагає створити тривимірну структуру згустку.
Шлях протеїну С як можливий механізм локалізації тромбоутворення
Активація протеїну З тромбіном повільна сама по собі, але різко прискорюється при зв'язуванні тромбіну з трансмембранним білком тромбомодуліном, синтезованим клітинами ендотелію. Активований протеїн С здатний руйнувати фактори Va і VIIIa, на порядок уповільнюючи роботу системи згортання. Ключем до розуміння ролі цієї реакції стали просторово-неоднорідні експериментальні підходи. Наші експерименти дозволили припустити, що вона зупиняє просторове зростання тромбу, обмежуючи його розмір.
Підбиття підсумків
В останні роки складність системи згортання поступово стає менш загадковою. Відкриття всіх істотних компонентів системи, розробка математичних моделей та використання нових експериментальних підходів дозволили відкрити завісу таємниці. Структура каскаду згортання розшифровується, і тепер, як ми бачили вище, практично кожної істотної частини системи виявлено чи запропоновано роль, що вона грає у регуляції всього процесу.
На малюнку 7 представлено найсучаснішу спробу переглянути структуру системи згортання. Це та сама схема, що й на рис. 1, де різнобарвним затіненням виділено частини системи, відповідальні за різні завдання, як було обговорено вище. Не все у цій схемі є надійно встановленим. Наприклад, наше теоретичне передбачення, що активація фактора VII фактором Xa дозволяє згортання граничним чином відповідати на швидкість потоку, залишається поки що неперевіреним в експерименті.
Згортання крові
Згортання крові - це найважливіший етап роботи системи гемостазу, що відповідає за зупинку кровотечі при пошкодженні судинної системи організму. Згортанню крові передує стадія первинного судинно-тромбоцитарного гемостазу. Цей первинний гемостаз майже цілком зумовлений звуженням судин та механічною закупоркою агрегатами тромбоцитів місця ушкодження судинної стінки. Характерний час для первинного гемостазу у здорової людини становить 1-3 хв. Згортання крові (гемокоагуляція, коагуляція, плазмовий гемостаз, вторинний гемостаз) - складний біологічний процес утворення в крові ниток білка фібрину, який полімеризується та утворює тромби, внаслідок чого кров втрачає плинність, набуваючи сирної консистенції. Згортання крові у здорової людини відбувається локально, у місці утворення первинної тромбоцитарної пробки. Характерний час утворення фібринового згустку близько 10 хв.
Фізіологія
Фібриновий потік, отриманий шляхом додавання тромбіну в цільну кров. Скануюча електронна мікроскопія.
Процес гемостазу зводиться до утворення тромбоцитарно-фібринового згустку. Умовно його поділяють на три стадії:
- Тимчасовий (первинний) спазм судин;
- Освіта тромбоцитарної пробки за рахунок адгезії та агрегації тромбоцитів;
- Ретракція (скорочення та ущільнення) тромбоцитарної пробки.
Ушкодження судин супроводжується негайною активацією тромбоцитів. Адгезія (прилипання) тромбоцитів до волокон сполучної тканини по краях рани обумовлена фактором глікопротеїну Віллебранда. Одночасно з адгезією настає агрегація тромбоцитів: активовані тромбоцити приєднуються до пошкоджених тканин і один до одного, формуючи агрегати, що перешкоджають шляху втрати крові. З'являється тромбоцитарна пробка
З тромбоцитів, що зазнали адгезії та агрегації, посилено секретуються різні біологічно активні речовини (АДФ, адреналін, норадреналін та ін.), що призводять до вторинної, незворотної агрегації. Одночасно з вивільненням тромбоцитарних факторів відбувається утворення тромбіну, який впливає на фібриноген з утворенням мережі фібрину, в якій застрягають окремі еритроцити та лейкоцити – утворюється так званий тромбоцитарно-фібриновий потік (тромбоцитарна пробка). Завдяки контрактильному білку тромбостеніну тромбоцити підтягуються один до одного, тромбоцитарна пробка скорочується та ущільнюється, настає її ретракція.
Процес згортання крові
Класична схема згортання крові за Моравицею (1905)
Процес згортання крові являє собою переважно проферментно-ферментний каскад, в якому проферменти, переходячи в активний стан, набувають здатності активувати інші фактори згортання крові. У найпростішому вигляді процес згортання крові може бути поділений на три фази:
- фаза активація включає комплекс послідовних реакцій, що призводять до утворення протромбінази та переходу протромбіну в тромбін;
- фаза коагуляції – утворення фібрину з фібриногену;
- фаза ретракції – утворення щільного фібринового згустку.
Ця схема була описана ще в 1905 році Моравіцем і досі не втратила своєї актуальності.
В галузі детального розуміння процесу згортання крові з 1905 року відбувся значний прогрес. Відкрито десятки нових білків та реакцій, що беруть участь у процесі згортання крові, що має каскадний характер. Складність цієї системи обумовлена ??необхідністю регуляції даного процесу. Сучасне уявлення каскаду реакцій, що супроводжують згортання крові, представлено на рис. 2 і 3. Внаслідок руйнування тканинних клітин та активації тромбоцитів вивільняються білки фосфоліпопротеїни, які разом з факторами плазми X a і V a , а також іонами Ca 2+ утворюють ферментний комплекс, який активує протромбін. Якщо процес згортання починається під дією фосфоліпопротеїнів, що виділяються з клітин пошкоджених судин або сполучної тканини, мова йде про зовнішньої системи згортання крові(Зовнішній шлях активації згортання, або шлях тканинного фактора). Основними компонентами цього шляху є 2 білки: фактор VIIа та тканинний фактор, комплекс цих 2 білків називають також комплексом зовнішньої тенази.
Якщо ініціація відбувається під впливом факторів згортання, присутніх у плазмі, використовують термін внутрішня система згортання. Комплекс факторів IXа та VIIIa, що формується на поверхні активованих тромбоцитів, називають внутрішньою теназою. Таким чином, фактор X може активуватись як комплексом VIIa-TF (зовнішня теназа), так і комплексом IXa-VIIIa (внутрішня теназа). Зовнішня та внутрішня системи згортання крові доповнюють одна одну.
У процесі адгезії форма тромбоцитів змінюється – вони стають округлими клітинами із шиповидними відростками. Під впливом АДФ (частково виділяється з ушкоджених клітин) та адреналіну здатність тромбоцитів до агрегації підвищується. При цьому з них виділяються серотонін, катехоламіни та ряд інших речовин. Під їх впливом відбувається звуження просвіту ушкоджених судин, виникає функціональна ішемія. Зрештою судини перекриваються масою тромбоцитів, що прилипли до країв колагенових волокон по краях рани.
На цій стадії гемостазу під дією тканинного тромбопластину утворюється тромбін. Саме він ініціює необоротну агрегацію тромбоцитів. Реагуючи зі специфічними рецепторами в мембрані тромбоцитів, тромбін викликає фосфорилювання внутрішньоклітинних білків та вивільнення іонів Ca 2+ .
За наявності в крові іонів кальцію під дією тромбіну відбувається полімеризація розчинного фібриногену (див. фібрин) та утворення безструктурної мережі волокон нерозчинного фібрину. Починаючи з цього моменту в цих нитках починають фільтруватися формені елементи крові, створюючи додаткову жорсткість всій системі, і через деякий час утворюючи тромбоцитарно-фібриновий потік (фізіологічний тромб), який закупорює місце розриву, з одного боку, запобігаючи втраті крові, а з іншого - блокуючи надходження у кров зовнішніх речовин та мікроорганізмів. На згортання крові впливає багато умов. Наприклад, катіони прискорюють процес, а аніони - уповільнюють. Крім того, існують речовини, що повністю блокують згортання крові (гепарин, гірудин і т. д.), так і активують його (отрута гюрзи, феракрил).
Вроджені порушення системи згортання крові називають гемофілією.
Методи діагностики зсідання крові
Все різноманіття клінічних тестів системи згортання крові можна розділити на 2 групи: глобальні (інтегральні, загальні) тести і «локальні» (специфічні) тести. Глобальні випробування характеризують результат роботи всього каскаду згортання. Вони підходять для діагностики загального стану системи згортання крові і вираженості патологій, з одночасним урахуванням всіх факторів впливів. Глобальні методи відіграють ключову роль на першій стадії діагностики: вони дають інтегральну картину змін, що відбуваються в системі згортання і дозволяють передбачати тенденцію до гіпер- або гіпокоагуляції в цілому. «Локальні» тести характеризують результат роботи окремих ланок каскаду системи згортання крові, а також окремих факторів згортання. Вони є незамінними для можливого уточнення локалізації патології з точністю до фактора згортання. Для отримання повної картини роботи гемостазу у пацієнта лікар повинен мати можливість вибирати, який тест необхідний.
Глобальні тести:
- Визначення часу зсідання цільної крові (метод Мас-Магро або Метод Моравиця)
- Тест генерації тромбіну (тромбіновий потенціал, ендогенний тромбіновий потенціал)
«Локальні» тести:
- Активований частковий тромбопластиновий час (АЧТБ)
- Тест протромбінового часу (або протромбіновий тест, МНО, ПВ)
- Вузькоспеціалізовані методи виявлення змін у концентрації окремих чинників
Всі методи, що вимірюють проміжок часу з моменту додавання реагенту (активатора, що запускає процес згортання) до формування фібринового згустку в плазмі, що досліджується, відносяться до клоттингових методів (від англ. «сlot» - згусток).
Див. також
Примітки
Посилання
Wikimedia Foundation. 2010 .
- Бейсбол на літніх Олімпійських іграх 1996
ЗГОРТАННЯ КРОВІ- перетворення рідкої крові на еластичний потік в результаті переходу розчиненого в плазмі крові фібриногену на нерозчинний фібрин; захисна реакція тварин і людини, що запобігає втраті крові при порушенні цілісності кровоносних судин. Біологічний енциклопедичний словник
згортання крові- - Тематики біотехнології EN blood clotting... Довідник технічного перекладача
згортання крові Енциклопедичний словник
ЗГОРТАННЯ КРОВІ- згортання крові, перехід крові з рідкого стану в драглистий потік. Ця властивість крові (згортання) є захисною реакцією, що запобігає організму від втрати крові. С. до. протікає як послідовність біохімічних реакцій, ... Ветеринарний енциклопедичний словник
ЗГОРТАННЯ КРОВІ- Перетворення рідкої крові на еластичний згусток в результаті переходу розчиненого в плазмі крові білка фібриногену в нерозчинний фібрин при спливі крові з пошкодженої судини. Фібрин, полімеризуючись, утворює тонкі нитки, що утримують… Природознавство. Енциклопедичний словник
Фактори згортання крові- Схема взаємодії факторів згортання при активації гемокоагуляції.
Згортання крові- Згортання крові (гемокоагуляція, частина гемостазу) складний біологічний процес утворення в крові ниток білка фібрину, що утворюють тромби, внаслідок чого кров втрачає плинність, набуваючи сирної консистенції. В нормальному стані… … Вікіпедія
Одним із найважливіших процесів, що протікають у нашому організмі, є згортання крові. Схема його буде описана нижче (також для наочності надані зображення). І оскільки це складний процес, варто розглянути його у подробицях.
Як все відбувається?
Отже, зазначений процес відповідає за зупинку кровотечі, що сталася через пошкодження тієї чи іншої складової судинної системи організму.
Якщо говорити простою мовою, можна виділити три фази. Перша – активація. Після пошкодження судини починають відбуватися послідовні реакції, які призводять до утворення так званої протромбінази. Це - складний комплекс, що складається з V і X. Він утворюється на фосфоліпідній поверхні мембран тромбоцитів.
Друга фаза – коагуляція. На цьому етапі з фібриногену утворюється фібрин – високомолекулярний білок, який є основою тромбів, виникнення яких має на увазі згортання крові. Схема, подана нижче, цю фазу наочно демонструє.
І, зрештою, третій етап. Він має на увазі утворення фібринового згустку, що відрізняється щільною структурою. До речі, саме шляхом його промивання та висушування вдається отримати «матеріал», який потім використовується для приготування стерильних плівок та губок для зупинки кровотечі, спричиненої розривом дрібних судин при хірургічних операціях.
Про реакції
Вище було коротко описано Схема, до речі, була розроблена в далекому 1905 вченим-коагулолог на ім'я Пауль Оскар Моравіц. І вона не втрачає своєї актуальності й досі.
Але з 1905 року в галузі розуміння згортання крові як складного процесу багато що змінилося. Завдяки прогресу, звичайно. Вчені змогли відкрити десятки нових реакцій та білків, які беруть участь у цьому процесі. І тепер найпоширеніша каскадна схема згортання крові. Завдяки їй сприйняття та розуміння такого складного процесу стає трохи зрозумілішим.
Як можна бачити на наведеному нижче зображенні, те, що відбувається буквально «розібрано на цеглинки». Приймається до уваги внутрішня та зовнішня система – кров'яна та тканинна. Для кожної характерна певна деформація, що настає внаслідок ушкодження. У кров'яній системі шкода завдається судинним стінкам, колагену, протеазам (розщепляючі ферменти) та катехоламінам (молекули-медіатори). У тканинній спостерігається пошкодження клітин, внаслідок якого з них виходить тромбопластин. Який є найважливішим стимулятором процесу згортання (інакше званим коагуляцією). Він виходить безпосередньо у кров. Такий його «шлях», але він має захисний характер. Адже саме тромбопластин запускає процес згортання. Після його виходу в кров починається здійснення вищезгаданих трьох фаз.
Час
Отже, що є згортання крові, схема зрозуміти допомогла. Тепер хотілося б трохи поговорити про час.
Весь процес займає максимум 7 хвилин. Перша фаза триває від п'яти до семи. Протягом цього часу утворюється протромбін. Дана речовина є складним різновидом білкової структури, що відповідає за перебіг процесу згортання та здатність крові до згущення. Яка використовується нашим організмом з метою утворення тромбу. Він закупорює пошкоджене місце, завдяки чому кровотеча зупиняється. Все це займає 5-7 хвилин. Друга та третя стадії відбуваються набагато швидше. За 2-5 секунд. Тому що ці фази згортання крові (схема надана вище) торкаються процесів, які відбуваються повсюдно. А значить і біля місця ушкодження безпосередньо.
Протромбін, у свою чергу, утворюється у печінці. І на його синтез потрібен час. Наскільки швидко виробиться достатня кількість протромбіну залежить від кількості вітаміну К, що міститься в організмі. Якщо його не вистачає, кровотеча зупинитиме складно. І це є серйозною проблемою. Оскільки нестача вітаміну До свідчить про порушення синтезу протромбіну. А це – недуга, яку необхідно лікувати.
Стабілізація синтезу
Що ж, загальна схема згортання крові зрозуміла – тепер слід приділити трохи уваги темі, що стосується того, що необхідно робити для відновлення необхідної кількості вітаміну К в організмі.
Для початку – правильно харчуватися. Найбільша кількість вітаміну К міститься в зеленому чаї – 959 мкг у 100 г! Втричі більше, до речі, ніж у чорному. Тому варто його активно пити. Не варто нехтувати і овочами - шпинатом, білокачанною капустою, томатами, зеленим горошком, цибулею.
У м'ясі вітамін К теж міститься, але не в усьому - тільки в телятині, яловичій печінці, баранині. Але найменше його перебуває у складі часнику, родзинок, молока, яблук та винограду.
Втім, якщо ситуація серйозна, то однією різноманітністю меню допомогти буде складно. Зазвичай лікарі рекомендують комбінувати свій раціон з препаратами, ними прописаними. Із лікуванням не варто затягувати. Необхідно якнайшвидше до нього приступити, щоб нормалізувати механізм згортання крові. Схема лікування прописується безпосередньо лікарем, і він також повинен попередити, що може статися, якщо рекомендаціями знехтувати. А наслідками може стати дисфункція печінки, тромбогеморагічний синдром, пухлинні захворювання та ураження стовбурових клітин кісткового мозку.
Схема Шмідта
Наприкінці ХІХ століття жив відомий фізіолог та доктор медичних наук. Звали його Олександр Олександрович Шмідт. Він прожив 63 роки, і більшу частину часу присвятив дослідженню проблем гематології. Але особливо ретельно він вивчав тему згортання крові. У нього вдалося встановити ферментативний характер цього процесу, внаслідок чого вчений запропонував теоретичне пояснення. Яке наочно зображує наведену нижче схему згортання крові.
Насамперед відбувається скорочення пошкодженої судини. Потім на місці дефекту утворюється пухка первинна тромбоцитарна пробка. Потім вона зміцнюється. Внаслідок чого утворюється червоний тромб (інакше названий кров'яним згустком). Після чого він частково чи повністю розчиняється.
У ході цього процесу проявляються певні фактори зсідання крові. Схема, у своєму розгорнутому варіанті, також їх відображає. Позначаються вони арабськими цифрами. І всього їх налічується 13. І про кожного потрібно розповісти.
Чинники
Повноцінна схема згортання крові неможлива без їхнього перерахування. Що ж, почати варто з першого.
Фактор I - безбарвний білок фібриноген. Синтезований у печінці, розчинений у плазі. Фактор II – протромбін, про який вже говорилося вище. Його унікальна здатність полягає у зв'язуванні іонів кальцію. І саме згодом розщеплення цієї речовини формується фермент згортання.
Фактор III – це ліпопротеїн, тканинний тромбопластин. Його прийнято називати транспортом фосфоліпідів, холестерину, а також триацилгліцеридів.
Наступним фактором IV є іони Са2+. Ті самі, що зв'язуються під впливом безбарвного білка. Вони задіяні у багатьох складних процесах, крім згортання, у секреції нейромедіаторів, наприклад.
Чинник V - це глобулін. Який теж утворюється у печінці. Він необхідний зв'язування кортикостероїдів (гормональних речовин) та його транспортування. Фактор VI певний час існував, але потім його було вирішено вилучити із класифікації. Оскільки вчені з'ясували - його включає фактор V.
Але класифікацію змінювати не стали. Тому за V йде чинник VII. Проконвертин, що включає в себе, за участю якого утворюється тканинна протромбіназа (перша фаза).
Фактор VIII – це білок, виражений в одному ланцюжку. Відомий як антигемофільний глобулін А. Саме через його нестачу розвивається таке рідкісне спадкове захворювання, як гемофілія. Фактор IX є "спорідненим" раніше згаданому. Оскільки це антигемофільний глобулін У. Фактор X - безпосередньо глобулін, синтезований у печінці.
І, нарешті, останні три пункти. Це фактор Розенталя, Хагемана та стабілізація фібрину. Вони, в сукупності, впливають на утворення міжмолекулярних зв'язків та нормальне функціонування такого процесу, як згортання крові.
Схема Шмідта включає усі ці чинники. І досить швидко з ними ознайомитися, щоб зрозуміти, наскільки описуваний процес складний і багатозначний.
Протизгортаюча система
Це поняття також необхідно відзначити увагу. Вище було описано систему згортання крові - схема також наочно демонструє перебіг цього процесу. Але так зване «протиповертання» теж має місце бути.
Спочатку хотілося б відзначити, що в ході еволюції вчені вирішували два зовсім протилежні завдання. Вони намагалися з'ясувати - як організму вдається запобігти витіканню крові з пошкоджених судин, і при цьому зберегти її в рідкому стані? Що ж, вирішенням другого завдання стало виявлення протизгортальної системи.
Вона є певним набором плазмових білків, які здатні знижувати швидкість хімічних реакцій. Тобто інгібувати.
І в цьому процесі бере участь антитромбін III. Його головна функція полягає у контролюванні роботи деяких факторів, що включає схема процесу згортання крові. Важливо уточнити: він не регулює утворення тромбу, а усуває непотрібні ферменти, що потрапили в кровотік з місця, де формується. Навіщо це необхідно? Для запобігання розповсюдженню згортання на ділянки кровоносного русла, які виявилися пошкодженими.
Перешкодний елемент
Розповідаючи про те, що є системою згортання крові (схема якої представлена вище), не можна не відзначити увагою таку речовину, як гепарин. Він являє собою сірковмісний кислий глікозаміноглікан (один з видів полісахаридів).
Це – прямий антикоагулянт. Речовина, що сприяє пригніченню активності системи згортання. Саме гепарин перешкоджає процесу утворення тромбів. Як це відбувається? Гепарин просто знижує активність тромбіну у крові. Однак це – природна речовина. І воно несе користь. Якщо ввести цей антикоагулянт в організм, то можна сприяти активуванню антитромбіну III та ліпопротеїнліпази (ферменти, що розщеплюють тригліцериди – головні джерела енергії для клітин).
Так ось, гепарин часто використовується для лікування тромботичних станів. Лише одна його молекула може активувати велику кількість антитромбіну III. Відповідно, гепарин можна вважати каталізатором - оскільки дія в даному випадку дійсно схожа на ефект, що викликається ними.
Є й інші речовини з такою ж дією, що містяться в Взяти, наприклад, α2-макроглобулін. Він сприяє розщепленню тромбу, впливає на процес фібринолізу, виконує функцію транспорту для 2-валентних іонів та деяких білків. А ще інгібує речовини, що беруть участь у процесі згортання.
Спостерігаються зміни
Є ще один нюанс, який демонструє традиційна схема згортання крові. Фізіологія нашого організму така, що багато процесів мають на увазі не лише хімічні зміни. Але ще й фізичні. Якби ми могли спостерігати згортання неозброєним поглядом, то побачили б, що форма тромбоцитів у його процесі змінюється. Вони перетворюються на округлі клітини з характерними шиповидними відростками, які необхідні для інтенсивного здійснення агрегації – об'єднання елементів у єдине ціле.
Але це ще не все. З тромбоцитів у процесі згортання виділяються різні речовини – катехоламіни, серотонін тощо. Внаслідок цього просвіт судин, які виявилися пошкодженими, звужується. За рахунок чого відбувається багатофункціональна ішемія. Кровопостачання у пошкодженому місці знижується. І, відповідно, вилив поступово теж зводиться до мінімуму. Це дає тромбоцитам можливість перекрити ушкоджені місця. Вони, за рахунок своїх шиповидних відростків, нібито «кріпляться» до країв колагенових волокон, що знаходяться біля країв рани. На цьому закінчується перша, найдовша фаза активації. Завершується вона утворенням тромбіну. Після чого слідує ще кілька секунд фази коагуляції та ретракції. А останній етап – відновлення нормального кровообігу. І воно має велике значення. Оскільки повноцінне загоєння рани неможливе без хорошого кровопостачання.
Корисно знати
Що ж, приблизно так на словах виглядає спрощена схема згортання крові. Втім, є ще кілька нюансів, які хотілося б зауважити.
Гемофілія. Про неї вже згадувалося вище. Це дуже небезпечне захворювання. Будь-який крововилив людиною, ним страждає, переживається важко. Захворювання спадкове, розвивається через дефекти білків, що беруть участь у процесі згортання. Виявити його можна досить просто – при найменшому порізі людина втратить багато крові. І витратить чимало часу на її зупинку. При особливо важких формах крововилив може початися без причин. Люди, які страждають на гемофілію, можуть рано зазнати інвалідизації. Оскільки часті крововиливи в м'язові тканини (звичайні гематоми) та суглоби - це не рідкість. Чи лікується це? Насилу. Людина повинна в прямому розумінні слова ставитися до свого тіла, як до крихкої судини, і завжди бути обережною. Якщо відбувається кровотеча - потрібно терміново ввести донорську свіжу кров, в якій міститься фактор XVIII.
Зазвичай на це захворювання страждають чоловіки. А жінки виступають у ролі носительок гена гемофілії. Цікаво, що британська королева Вікторія була такою. Одному з її синів захворювання передалося. Щодо решти двох невідомо. З того часу гемофілію, до речі, нерідко називають королівською хворобою.
Але трапляються й зворотні випадки. Якщо вона спостерігається, то людині теж потрібно бути не менш акуратною. Підвищена згортання говорить про високий ризик утворення внутрішньосудинних тромбів. Які закупорюють цілі судини. Нерідко наслідком може стати тромбофлебіт, що супроводжується запаленням венозних стінок. Але цей дефект лікується простіше. Часто, до речі, він є придбаним.
Дивно, скільки всього відбувається в організмі людини, коли той просто порізався листком паперу. Можна ще довго розповідати про особливості крові, її згортання та процеси, які його супроводжують. Але вся найбільш цікава інформація, як і схеми, що наочно демонструють її, надана вище. З рештою, за бажання, можна ознайомитись в індивідуальному порядку.
Надалі під впливом тромбоцитарних факторів настає скорочення ниток фібрину (ретракція), внаслідок чого відбувається ущільнення згустку та виділення сироватки.
Отже, сироватка крові відрізняється за своїм складом від плазми відсутністю в ній фібриногену та деяких інших речовин, що беруть участь у процесі згортання крові.
Кров, з якої видалено фібрин, називають дефібринованою.Вона складається з формених елементів та сироватки.
Інгібітори гемокоагуляції перешкоджають внутрішньосудинному зсіданню крові або сповільнюють цей процес.Найбільш потужним інгібітором зсідання крові є гепарин.
Гепарин- природний антикоагулянт широкого спектра дії, утворюється в лаброцитах (огрядних клітинах) та базофільних лейкоцитах. Гепарин гальмує всі фази процесу згортання крові.
Кров, залишаючи судинне русло, згортається і цим обмежує крововтрату. У судинному руслі кров рідка, тому вона і виконує всі свої функції. Це пояснюється трьома основними причинами:
· фактори системи згортання крові в судинному руслі перебувають у неактивному стані;
· Наявність у крові, формених елементах і тканинах антикоагулянтів (інгібіторів), що перешкоджають утворенню тромбіну;
· наявність інтактного (неушкодженого) ендотелію судин.
Антиподом системи гемокоагуляції є фібринолітична система, основною функцією якої є розщеплення ниток фібрину на розчинні компоненти. До її складу входять фермент плазмін (фібринолізин), що знаходиться в крові в неактивному стані, у вигляді плазміногену (профібринолізину), активатори та інгібітори фібринолізу. Активатори стимулюють перетворення плазміногену на плазмін, інгібітори гальмують цей процес.
Процес фібринолізу необхідно розглядати разом із процесом згортання крові. Зміна функціонального стану однієї з них супроводжується компенсаторними зрушеннями діяльності іншої. Порушення функціональних взаємозв'язків між системами гемокоагуляції та фібринолізу може призвести до тяжких патологічних станів організму, або до підвищеної кровоточивості, або внутрішньосудинного тромбоутворення.
До факторів, що прискорюють процес згортання крові, належать: 1) тепло, оскільки згортання крові є ферментативним процесом; 2) іони кальцію, оскільки вони беруть участь у всіх фазах гемокоагуляції; 3) дотик крові з шорсткою поверхнею (ураження судин атеросклерозом, судинні шви у хірургії); 4) механічні впливи (тиск, роздроблення тканин, струшування ємностей з кров'ю, оскільки це призводить до руйнування формених елементів крові та виходу факторів, що беруть участь у згортанні крові).
До факторів, що уповільнюють та запобігають гемокоагуляції, відносяться: 1) зниження температури; 2) цитрат та оксалат натрію (зв'язують іони кальцію); 3) гепарин (пригнічує всі фази гемокоагуляції); 4) гладка поверхня (гладкі шви при зшиванні судин у хірургії, покриття силіконом або парафінування канюль та ємностей для донорської крові).
Loading...