Съсирване на кръвта

Основната течност на човешкото тяло, кръвта, се характеризира с редица свойства, които са от съществено значение за функционирането на всички органи и системи. Един от тези параметри е кръвосъсирването, което характеризира способността на организма да предотвратява големи загуби на кръв в нарушение на целостта на кръвоносните съдове чрез образуване на съсиреци или кръвни съсиреци.

Как се съсирва кръвта

Стойността на кръвта се крие в неговата уникална способност да доставя храна и кислород на всички органи, да осигурява тяхното взаимодействие, да евакуира отпадъчните шлаки и токсини от тялото. Ето защо, дори и малка загуба на кръв става заплаха за здравето. Преходът на кръвта от течност в желеобразно състояние, т.е. хемокоагулацията започва с физико-химична промяна в състава на кръвта, а именно с трансформирането на фибриногена, разтворен в плазмата.

Какво вещество е преобладаващо при образуването на кръвни съсиреци? Увреждането на кръвоносните съдове е сигнал за фибриноген, който започва да се трансформира, превръщайки се в неразтворим фибрин под формата на нишки. Тези нишки, преплитащи се, образуват гъста мрежа, клетките от която запазват формираните елементи на кръвта, създавайки неразтворим плазмен протеин, който образува кръвен съсирек.

В бъдеще раната е затворена, съсирекът се уплътнява поради интензивната работа на тромбоцитите, ръбовете на раната се стягат и опасността се неутрализира. Ясна жълтеникава течност, която се освобождава при уплътняването на кръвен съсирек, се нарича серум.

Процес на кръвосъсирване

За по-ясно представяне на този процес, можем да си припомним метода за производство на извара: коагулацията на казеиновия млечен протеин също допринася за образуването на суроватка. С течение на времето раната се елиминира поради постепенното разтваряне на фибриновите съсиреци в близките тъкани.

Кръвни съсиреци или съсиреци, образувани по време на този процес, се разделят на 3 вида:

• Бял тромб, образуван от тромбоцити и фибрин. Появява се при увреждания с висока скорост на кръвоносната система, главно в артериите. Нарича се така, защото червените кръвни клетки в тромба съдържат следи.
• Разпространено отлагане на фибрин се образува в много малки съдове, капиляри.
• Червен тромб. Коагулираната кръв се появява само при липса на увреждане на съдовата стена, с бавен кръвен поток.

Какво е включено в механизма на съсирване

Най-важната роля в механизма на коагулиране принадлежи на ензимите. За първи път е забелязан през 1861 г. и е направено заключението, че процесът е невъзможен при липса на ензими, а именно тромбин. Тъй като коагулацията е свързана с прехода на плазмено разтворен фибриноген към неразтворим фибринов протеин, това вещество е централно място в коагулационните процеси.

Всеки от нас има тромбин в малко количество в неактивно състояние. Другото му име е протромбин. Той се синтезира от черния дроб, взаимодейства с тромбопластин и калциеви соли, превръщайки се в активен тромбин. Калциевите йони присъстват в кръвната плазма, а тромбопластин е продукт на унищожаването на тромбоцити и други клетки.

За да се предотврати забавянето или реакцията на реакцията, необходимо е наличието на определени ензими и протеини в определена концентрация. Например, известно генетично заболяване на хемофилия, при което човек е изтощен от кървене и може да загуби опасен обем кръв поради една драскотина, се дължи на факта, че кръвният глобулин, включен в процеса, не се справя със своята задача поради недостатъчна концентрация.

Механизъм на кръвосъсирване

Защо кръвта коагулира в увредените съдове?

Процесът на съсирване на кръвта се състои от три фази, преминаващи една в друга:

• Първата фаза е образуването на тромбопластин. Той получава сигнала от увредените съдове и започва реакцията. Това е най-трудният етап поради сложната структура на тромбопластина.
• Трансформация на неактивен протромбинов ензим в активен тромбин.
• Заключителна фаза Този етап завършва с образуването на кръвен съсирек. Налице е ефект на тромбин върху фибриноген с участието на калциеви йони, което води до фибрин (неразтворим филаментозен протеин), който затваря раната. Калциевите йони и протеиновият тромбостен кондензират и фиксират съсирека, което води до ретракция на кръвния съсирек (намаление) с почти наполовина за няколко часа. Впоследствие раната се заменя с съединителна тъкан.

Каскадният процес на образуване на тромби е доста сложен, тъй като в коагулацията участват голям брой различни протеини и ензими. Тези основни клетки, включени в процеса (протеини и ензими), са фактори на кръвосъсирването, общо 35 са известни, от които 22 са тромбоцитни клетки и 13 са плазмени клетки.

Факторите, съдържащи се в плазмата, обикновено се обозначават с римски цифри и тромбоцитни фактори - арабски. В нормално състояние, всички тези фактори присъстват в организма в неактивно състояние, а в случай на съдови лезии, процесът на тяхното бързо активиране се задейства, в резултат на което настъпва хемостаза, т.е. кървенето спира.

Плазмените фактори са базирани на протеини и се активират, когато настъпи съдово увреждане. Те са разделени на 2 групи:

• Витамин К зависи и се образува само в черния дроб;
• Независимо от витамин К.

Фактори могат да бъдат открити и в левкоцитите и еритроцитите, което определя огромната физиологична роля на тези клетки в кръвосъсирването.

Коагулиращите фактори съществуват не само в кръвта, но и в други тъкани. Тромбопластиновия фактор се открива в големи количества в мозъчната кора, плацентата и белите дробове.

Тромбоцитните фактори изпълняват следните задачи в организма:

• Увеличаване на скоростта на образуване на тромбин;
• Насърчаване на превръщането на фибриноген в неразтворим фибрин;
• Разредете кръвния съсирек;
• Насърчаване на вазоконстрикция;
• Участвайте в неутрализацията на антикоагулантите;
• Допринася за "залепването" на тромбоцитите, поради което настъпва хемостаза.

Скоростта на съсирване на кръвта

Един от основните показатели на кръвта е коагулограма - изследване, което определя качеството на съсирването. Лекарят винаги ще се позовава на това проучване, ако пациентът има тромбоза, автоимунни заболявания, разширени вени, с неизвестна етиология, остро и хронично кървене. Също така, този анализ е необходим за необходимите случаи по време на операция и по време на бременност.

Реакция на кръвен съсирек се извършва чрез вземане на кръв от пръста и измерване на времето, през което кървенето спира. Коагулируемостта е 3-4 минути. След 6 минути, той трябва вече да е желатинов съсирек. Ако кръвта се отстранява от капилярите, съсирекът трябва да се образува в рамките на 2 минути.

При деца по-бързо кръвосъсирването, отколкото при възрастни: кръвта спира в рамките на 1,2 минути, а кръвният съсирек се образува само след 2,5-5 минути.

Също така при изследване на кръвта, измерването е важно:

• Протромбин - протеин, отговорен за механизмите на коагулация. Неговата ставка: 77-142%.
• Протромбинов индекс: съотношението на стандартната стойност на този показател към стойността на протромбин при пациент. Норма: 70-100%
• Протромбиново време: периодът от време, през който се извършва съсирването. При възрастни трябва да бъде в рамките на 11-15 секунди, при малки деца - 13-17 секунди. Това е диагностичен метод за предполагаема хемофилия, DIC.
• Тромбиново време: показва скоростта на образуване на кръвен съсирек. Норма 14-21 сек.
• Фибриноген - протеин, отговорен за тромбоза, което показва, че има възпаление в организма. Обикновено тя трябва да бъде в кръвта от 2-4 g / l.
• Антитромбин - специфично протеиново вещество, което осигурява резорбция на тромба.

При какви условия се поддържа балансът на двете обратни системи?

В човешкото тяло две системи едновременно работят, които осигуряват процесите на съсирване: един организира най-ранното начало на тромбоза, за да намали загубата на кръв до нула, а другата по всякакъв начин предотвратява и помага за поддържане на кръвта в течната фаза. Често, при определени здравословни състояния, вътре в кръвоносните съдове се появява необичайно кръвосъсирване, което е голяма опасност, далеч надхвърляща риска от кървене. По тази причина има тромбоза на кръвоносните съдове на мозъка, белодробна артерия и други заболявания.

Важно е, че и двете системи работят правилно и са в състояние на интравитално равновесие, в което кръвта ще се съсири само ако има увреждане на съдовете, а вътре в нея ще остане течност.

Фактори, при които кръвта се съсирва по-бързо

• Болкови дразнения.
• Нервна възбуда, стрес.
• Интензивно производство на адреналин от надбъбречните жлези.
• Повишени нива на витамин К. в кръвта
• Калциеви соли.
• Висока температура Известно е на каква температура кръвта на човек коагулира - при 42 градуса С.

Фактори, предотвратяващи съсирването на кръвта

• Хепаринът е специална субстанция, която предотвратява образуването на тромбопластин, като по този начин прекратява процеса на коагулация. Синтезира се в белите дробове и черния дроб.
• Fibrolizin - протеин, който насърчава разтварянето на фибрин.
• Пристъпи на силна болка.
• Ниска температура на околната среда.
• Ефектите на хирудин, фибринолизин.
• Приемане на калиев или натриев цитрат.

Важно е в случаите на съмнения за лошо кръвосъсирване да се идентифицират причините за ситуацията, като се елиминират рисковете от тежки заболявания.

Кога трябва да се тества за съсирване на кръвта?

Необходимо е веднага да се постави диагнозата на кръвта в следните случаи:

• Ако има затруднения при спиране на кървенето;
• Откриване на тялото на различни цианотични петна;
• Появата на екстензивни хематоми след лека травма;
• Кървещи венци;
• Висока честота на кръвотечение от носа.

Коагулация и съсирване на кръвта: концепция, показатели, тестове и норми

Съсирването на кръвта трябва да бъде нормално, така че основата на хемостазата са балансирани процеси. Невъзможно е нашата ценна биологична течност да коагулира твърде бързо - тя заплашва със сериозни, смъртоносни усложнения (тромбоза). Напротив, бавното образуване на кръвен съсирек може да доведе до неконтролирано масово кървене, което също може да доведе до смърт на човек.

Най-сложните механизми и реакции, привличащи редица вещества в един или друг етап, поддържат това равновесие и по този начин позволяват на тялото да се справи доста бързо (без намесата на външна помощ) и да се възстанови.

Скоростта на съсирването на кръвта не може да се определи с нито един параметър, тъй като в този процес участват много компоненти, които се активират взаимно. В тази връзка тестовете за съсирване на кръвта са различни, като интервалите на техните нормални стойности зависят основно от метода на провеждане на изследването, както и от други случаи - от пола на лицето и от дните, месеците и годините, в които живеят. Малко вероятно е читателят да се задоволи с отговора: "Времето за съсирване на кръвта е от 5 до 10 минути." Остават много въпроси...

Всички важни и всички необходими.

Спирането на кървенето се основава на изключително сложен механизъм, включващ множество биохимични реакции, в които участват огромен брой различни компоненти, където всеки от тях играе своята специфична роля.

схема на кръвосъсирване

Междувременно отсъствието или несъответствието на поне един коагулационен фактор или антикоагулационен фактор може да наруши целия процес. Ето само няколко примера:

• Неадекватната реакция от страна на стените на съдовете нарушава адхезивно-агрегационната функция на тромбоцитите, която първичната хемостаза „усеща”;
• Ниската способност на ендотелиума да синтезира и освобождава инхибитори на тромбоцитната агрегация (основният е простациклин) и естествените антикоагуланти (антитромбин III) удебелява кръвта, движеща се през съдовете, което води до образуването на конвулсии, абсолютно ненужни за тялото, което може да стои тихо прикачено към тялото. stenochku всеки съд. Тези съсиреци (тромби) стават много опасни, когато излизат и започват да циркулират в кръвния поток - така те създават риск от съдова катастрофа;
• Отсъствието на такъв плазмен фактор като FVIII, дължащ се на заболяването, свързано с пола - хемофилия А;
• Хемофилия В се открива при хора, ако по същите причини (рецесивна мутация в Х-хромозомата, за която се знае, че е само една при мъжете), съществува дефицит на фактора Кристман (FIX).

Като цяло, всичко започва на нивото на повредената съдова стена, която, отделяйки вещества, необходими за осигуряване на съсирването на кръвта, привлича кръвните тромбоцити, циркулиращи в кръвния поток - тромбоцитите. Например, фактор Willebrand, „призоваване” на тромбоцитите до мястото на произшествието и насърчаване на адхезията им към колаген - мощен стимулатор на хемостаза, трябва да започне своята дейност своевременно и да работи добре, така че да можете да разчитате на образуването на пълноценна запушалка.

Ако тромбоцитите на правилно ниво използват своята функционалност (адхезивно-агрегираща функция), други компоненти на първичната (съдова-тромбоцитна) хемостаза бързо започват да функционират и образуват тромбоцитна кухина за кратко време, след това, за да спрат кръвта, изтичаща от съда на микроваскулатурата., можете да направите без специалното влияние на другите участници в процеса на кръвосъсирването. Въпреки това, за образуването на пълноправен корк, способен да затвори увредения съд, който има по-широк лумен, тялото не може да се справи без плазмени фактори.

Така на първия етап (непосредствено след нараняване на съдовата стена) започват да се провеждат последователни реакции, при които активирането на един фактор дава тласък за привеждане на останалото в активно състояние. И ако нещо липсва някъде или факторът се окаже несъстоятелен, процесът на съсирване на кръвта се забавя или прекратява напълно.

Като цяло, коагулационният механизъм се състои от 3 фази, които трябва да осигуряват:

• Образуване на комплекс от активирани фактори (протромбиназа) и трансформиране на протеина, синтезиран от черния дроб - протромбин, в тромбин (фаза на активиране);
• Превръщането на протеина, разтворен в кръвния фактор I (фибриноген, FI) в неразтворим фибрин, се извършва в коагулационната фаза;
• Завършване на коагулационния процес чрез образуване на плътен фибринов съсирек (фаза на ретракция).

Тестове за кръвосъсирване

Многостепенен каскаден ензимен процес, чиято крайна цел е образуването на съсирек, който може да затвори "дупката" в съда, за читателя със сигурност ще изглежда объркващ и неразбираем, следователно напомня, че механизмът на коагулационните фактори, ензими, Са 2+ (йони) калций) и различни други компоненти. Въпреки това, в това отношение, пациентите често се интересуват от въпроса: как да се открие дали има нещо нередно с хемостазата или да се успокои, знаейки, че системите работят нормално? Разбира се, за такива цели има тестове за съсирване на кръвта.

Най-честият специфичен (локален) анализ на състоянието на хемостаза е широко известен, често предписан от лекари, кардиолози и акушер-гинеколози, най-информативната коагулограма (хемостазиограма).

Коагулограмата включва няколко основни (фибриноген, активирано парциално тромбопластиново време - АРТТ и някои от следните параметри: международно нормализирано съотношение - INR, протромбинов индекс - PTI, протромбиново време - PTV), отразяващо външния път на кръвосъсирването, както и допълнителни показатели за кръвосъсирване (антитромбин, D-димер, PPMK и т.н.).

Междувременно трябва да се отбележи, че такъв брой тестове не винаги са оправдани. Зависи от много обстоятелства: това, което лекарят търси, на кой етап от каскадата от реакции фокусира вниманието си, колко време е на разположение на медицинските работници и т.н.

Имитация на външния път на кръвосъсирването

Например, външният път на активиране на коагулацията в лабораторията може да имитира изследване, наречено протромбин на лекарите Квик, разбиването на Квик, протромбиновото (PTV) или тромбопластиновото време (всички те са различни наименования на същия анализ). В основата на този тест, който зависи от фактори II, V, VII, X, е участието на тъканния тромбопластин (той се присъединява към цитратно рециклираната плазма в хода на работата върху кръвната проба).

Границите на нормалните стойности при мъжете и при жените от същата възраст не се различават и са ограничени в границите от 78 - 142%, но при жените, които чакат дете, този показател е леко увеличен (но леко!). При децата, напротив, нормите са в по-малки граници и се увеличават с наближаването на зряла възраст и след това:

Отражението на вътрешния механизъм в лабораторията

В същото време, за да се определи нарушението на кървенето, причинено от неправилно функциониране на вътрешния механизъм, тъканният тромбопластин не се използва по време на анализа - това позволява на плазмата да използва само собствени резерви. В лабораторията се проследява вътрешният механизъм, който изчаква, докато кръвта, взета от кръвоносните съдове на кръвния поток, се съкрати. Началото на тази сложна каскадна реакция съвпада с активирането на фактора Хагеман (фактор XII). Стартирането на това активиране осигурява различни състояния (контакт с кръвта на повредената стена на съда, клетъчни мембрани, които са претърпели определени промени), поради което се нарича контакт.

Контактната активация се случва извън тялото, например, когато кръвта навлезе в чуждата среда и влезе в контакт с нея (контакт със стъкло в епруветка, апаратура). Отстраняването на калциевите йони от кръвта не влияе на пускането на този механизъм, но процесът не може да завърши с образуването на съсирек - той спира на етапа на активиране на фактор IX, където йонизиран калций вече не е необходим.

Времето на коагулация или времето, през което то преди това е в течно състояние, се излива във формата на еластичен съсирек, зависи от скоростта, с която фибриногенен протеин, разтворен в плазмата, се превръща в неразтворим фибрин. Той (фибрин) образува влакна, които държат червените кръвни клетки (еритроцити), принуждавайки ги да образуват снопче, покриващо дупка в повредения кръвоносен съд. Времето на кръвосъсирване (1 ml, взето от вена - метод Lee-White) в такива случаи е ограничено средно до 4-6 минути. Въпреки това, скоростта на съсирване на кръвта, разбира се, има по-широк диапазон от цифрови (временни) стойности:

1. Кръв, взета от вена, се превръща в форма на съсирек от 5 до 10 минути;
2. Коагулационното време на Lee-White в стъклена епруветка е 5–7 минути, а в силиконова епруветка - 12-25 минути;
3. За кръв, взета от пръста, следните показатели се считат за нормални: начало - 30 секунди, край на кървенето - 2 минути.

Анализът, отразяващ вътрешния механизъм, е разгледан при първото подозрение за големи нарушения на кървенето. Тестът е много удобен: извършва се бързо (докато кръвта тече или се образува съсирек в епруветка), не изисква специално обучение без специални реактиви и сложно оборудване. Разбира се, установените по този начин нарушения на кървенето предполагат редица значителни промени в системите, които осигуряват нормалното състояние на хемостазата, и ни принуждават да провеждаме по-нататъшни изследвания, за да идентифицираме истинските причини за патологията.

При увеличаване (удължаване) на времето за съсирване на кръвта е възможно да се подозира:

• Липса на плазмени фактори, предназначени да осигурят съсирването или вродената им непълноценност, въпреки факта, че те са в кръвта на достатъчно ниво;
• Сериозна чернодробна патология, която е довела до функционална недостатъчност на органния паренхим;
• DIC синдром (във фазата, когато способността на кръвта да се съсирва);

Времето на съсирване на кръвта се удължава в случаите на употреба на хепаринова терапия, затова пациентите, получаващи този антикоагулант, трябва да се подложат на тестове, които често показват състоянието на хемостаза.

Индексът на кръвосъсирването намалява неговите стойности (скъсява се):

• Във фазата на висока коагулация (хиперкоагулация) на DIC;
• При други заболявания, които причиняват патологично състояние на хемостаза, т.е. когато пациентът вече има нарушение на кръвосъсирването и се говори за повишен риск от образуване на кръвни съсиреци (тромбоза, тромбофилия и др.);
• При жени, които използват орални контрацептиви, съдържащи хормони за контрацепция или за продължително лечение;
• При жените и мъжете, които приемат кортикостероиди (когато се предписват кортикостероидни лекарства, възрастта е много важна - много от тях при деца и възрастни хора могат да причинят значителни промени в хемостазата, следователно са забранени за употреба в тази група).

Като цяло нормите се различават малко

Нивата на съсирване на кръвта (нормални) за жени, мъже и деца (т.е. една възраст за всяка категория) по принцип не се различават много, въпреки че индивидуалните показатели за жените се променят физиологично (преди, по време и след менструация, по време на бременност) следователно пола на възрастен все още се взема предвид при лабораторните изследвания. В допълнение, при жените в периода на раждане, индивидуалните параметри дори трябва да се променят донякъде, защото тялото трябва да спре кървенето след раждането, затова коагулационната система започва да се подготвя предварително. Изключение за някои показатели на кръвосъсирването е категорията на бебетата в ранните дни на живота, например при новородени, PTV е с няколко по-високи, отколкото при възрастни, мъже и жени (нормата за възрастни е 11-15 секунди), а при недоносени бебета се увеличава протромбиновото време. за 3 - 5 секунди. Вярно е, че вече някъде до четвъртия ден от живота PTV се намалява и съответства на степента на съсирване на кръвта при възрастни.

За да се запознаете с нормата на отделните показатели за съсирване на кръвта, и може би ги сравнете със собствените си параметри (ако тестът е проведен сравнително наскоро и имате формуляр с резултатите от проучването), следната таблица ще помогне на читателя:

Как действа кръвосъсирването?

автор

редактор

Всеки, който поне веднъж в живота си е получил драскотина или рана, като по този начин придобива прекрасна възможност да наблюдава превръщането на кръвта от течност в вискозна нетекуща маса, водеща до спиране на кървенето. Този процес се нарича кръвосъсирване и се контролира от сложна система от биохимични реакции.

Наличието на система за спиране на кървенето е абсолютно необходимо за всеки многоклетъчен организъм, който има течна вътрешна среда. Коагулацията на кръвта също е от жизненоважно значение за нас: мутациите в гените на основните коагулационни протеини обикновено са летални. Уви, сред многото системи на нашето тяло, чиито смущения представляват опасност за здравето, съсирването на кръвта също заема първо място като основна непосредствена причина за смъртта: хората страдат от различни заболявания, но почти винаги умират от нарушения на кръвосъсирването. Рак, сепсис, травма, атеросклероза, инфаркт, инсулт - за най-широк спектър от заболявания, неспособността на коагулационната система да поддържа баланс между течните и твърдите кръвни състояния в организма е пряка причина за смърт.

Ако причината е известна, защо не може да се води? Разбира се, че е възможно и необходимо да се борим: учените непрекъснато създават нови методи за диагностициране и лечение на нарушения на кръвосъсирването. Но проблемът е, че коагулационната система е много сложна. А науката за регулирането на сложните системи учи, че трябва да управлявате такива системи по специален начин. Реакцията им на външно влияние е нелинейна и непредсказуема, а за да се постигне желания резултат, трябва да знаете къде да поставите усилията. Най-простата аналогия е: да изстреляме хартиен самолет във въздуха, достатъчно е да го хвърлим в правилната посока; в същото време, за да свалите самолет, трябва да натиснете правилните бутони в кокпита в точното време и в правилната последователност. И ако се опитате да стартирате самолет с хвърляне като хартиен самолет, това ще свърши лошо. Така че с коагулационната система: за успешно лечение, трябва да знаете "контролните точки".

Доскоро коагулацията на кръвта успешно се противопостави на опитите на изследователите да разберат работата му и само през последните години се наблюдава качествен скок. В тази статия ще говорим за тази прекрасна система: как работи, защо е толкова трудно да се учи, и - най-важното - да ви разкаже за последните открития в разбирането на начина, по който работи.

Как се съсирва кръвта

Спирането на кървенето се основава на същата идея, че домакините използват за приготвяне на желе - превръщане на течност в гел (колоидна система, където се образува мрежа от молекули, които могат да държат течност в клетките си хиляда пъти по-голяма от теглото си поради водородни връзки с водни молекули). Между другото, същата идея се използва и в бебешките пелени за еднократна употреба, при които материалът се набъбва при омокряне. От физическа гледна точка, същият проблем трябва да бъде решен там, както при коагулацията - борба с течовете с минимални усилия.

Коагулацията на кръвта е централната връзка на хемостазата (спиране на кървенето). Втората връзка на хемостазата са специални клетки - тромбоцити - които могат да се прикрепят един към друг и към мястото на нараняване, за да създадат запушалка за спиране на кръвта.

Фигура 1. Основни коагулационни реакции. Коагулационната система е каскада - последователност от реакции, където продуктът на всяка реакция действа като следващ катализатор. Основният "вход" към тази каскада е в средната му част, на нивото на фактори IX и X: протеинът на тъканния фактор (посочен в диаграмата като TF) свързва фактор VIIa, а полученият ензимен комплекс активира фактори IX и X. Резултатът от каскадата е фибрин способни да полимеризират и образуват съсирек (гел). Преобладаващата част от реакциите на активиране са реакции на протеолиза, т.е. частично разцепване на протеина, увеличаване на неговата активност. Почти всеки коагулационен фактор е непременно инхибиран по един или друг начин: обратната връзка е необходима за стабилната работа на системата. Адаптирано от [1].
Легенда: Реакциите на превръщането на коагулационните фактори в активни форми са показани с едностранни тънки черни стрелки. В същото време, къдравите червени стрелки показват какви ензими се активират. Реакциите на загуба на активност в резултат на инхибиране са показани с тънки зелени стрелки (за простота, стрелките са изобразени просто като "напускащи", т.е. не се показва с кои инхибитори става свързването). Реверсивните реакции на образуване на комплекс са обозначени с двустранни тънки черни стрелки. Коагулационните протеини се обозначават или чрез имена, или с римски цифри, или чрез съкращения (TF - тъканен фактор, PC - протеин С, АРС - активиран протеин С). За да се избегне претоварване, диаграмата не показва: свързване на тромбин с тромбомодулин, активиране и отделяне на тромбоцити, контактна активация на коагулацията.

Обща идея за биохимията на коагулацията може да бъде получена от Фигура 1, на дъното на която е показана реакцията на превръщане на разтворимия фибриногенен протеин в фибрин, който след това се полимеризира в мрежа. Тази реакция е единствената част от каскадата, която има пряк физически смисъл и решава ясен физически проблем. Ролята на другите реакции е изключително регулаторна: да се гарантира превръщането на фибриногена във фибрин само на точното място в точното време.

Фибриногенът наподобява пръчка с дължина 50 nm и дебелина 5 nm (Фиг. 2а). Активирането позволява на молекулите му да се слепват заедно във фибринова нишка (Фиг. 2б) и след това в влакно, което може да разклонява и образува триизмерна мрежа (Фиг. 2в).

Фигура 2. Фибринов гел. А. Схематично устройство на молекула фибриноген. Нейната основа е съставена от три двойки α, β и γ огледалоподобни полипептидни вериги. В центъра на молекулата можете да видите областите на свързване, които стават достъпни, когато тромбинът е отрязан от фибринопептиди А и В (FPA и FPB на фигурата). Б. Механизъм за сглобяване на фибриновите влакна: молекулите са прикрепени един към друг "припокривани" съгласно принципа "главата до средата", образувайки двуверижно влакно. Б. Електронна микроснимка на гела: фибриновите влакна могат да се слепят и да се разделят, образувайки сложна триизмерна структура. Снимки от [2-4].

Фигура 3. Триизмерна структура на молекулата на тромбина. Диаграмата показва активното място и частите на молекулата, отговорни за свързването на тромбина с субстратите и кофакторите. (Активният сайт е частта от молекулата, която директно разпознава мястото на разцепване и извършва ензимен катализ.) Говорителите на молекулата (екзозити) позволяват "превключване" на молекулата на тромбина, което го прави многофункционален протеин, способен да работи в различни режими. Например, свързването на тромбомодулин с екзозит I физически блокира достъпа до тромбин чрез прокоагулантни субстрати (фибриноген, фактор V) и алостерично стимулира активността срещу протеин С. Възпроизведен от [5].

Фибриногенният активатор тромбин (фиг. 3) принадлежи към семейството на серинови протеинази - ензими, способни да разцепват пептидни връзки в протеини. Той е роднина на храносмилателните ензими трипсин и химотрипсин. Протеиназите се синтезират в неактивна форма, наречена zymogen. За да ги активирате, е необходимо да разцепите пептидната връзка, която задържа частта от протеина, която затваря активния сайт. Така, тромбинът се синтезира като протромбин, който може да се активира. Както може да се види от фиг. 1 (където протромбин е означен като фактор II), това се катализира от фактор Ха.

Като цяло, коагулационните протеини се наричат ​​фактори и се номерират с римски цифри по реда на официалното откритие. Индекс "а" означава активната форма, а отсъствието му - неактивен предшественик. За дълго открити протеини, като фибрин и тромбин, те използват свои собствени имена. Някои числа (III, IV, VI) не се използват по исторически причини.

Активаторът на коагулацията е протеин, наречен тъканен фактор, присъстващ в клетъчните мембрани на всички тъкани, с изключение на ендотелиума и кръвта. Така, кръвта остава течна само поради факта, че тя обикновено е защитена от тънка защитна мембрана на ендотелиума. За всяко нарушение на целостта на съда, тъканният фактор свързва фактор VIIa от плазмата, а техният сложен - наречен външен теназа (теназа или Xase, от думата десет - десет, т.е. броя на активирания фактор) - активира фактор X.

Тромбинът също активира фактори V, VIII, XI, което води до ускоряване на собственото му производство: фактор XIa активира фактор IX, а фактори VIIIa и Va свързват съответно фактори IXa и Xa, увеличавайки тяхната активност с порядъка (комплексът от фактори IXa и VIIIa се нарича вътрешен) tenase). Недостигът на тези протеини води до тежки нарушения: например, липсата на фактори VIII, IX или XI причинява най-тежко заболяване на хемофилия (известната „царска болест”, която е засегната от Царевич Алексей Романов); и дефицитът на фактори X, VII, V или протромбин е несъвместим с живота.

Такава система се нарича положителна обратна връзка: тромбинът активира протеини, които ускоряват собственото му производство. И тук възниква интересен въпрос, защо са необходими? Защо е невъзможно веднага да се реагира бързо, защо природата я прави първоначално бавна, а след това идва начин да я ускори допълнително? Защо в системата за дублиране на коагулацията? Например, фактор X може да бъде активиран от двата комплекса VIIa - TF (външен теназ) и комплекс IXa - VIIIa (вътрешен тенза); изглежда напълно безсмислено.

В кръвта присъстват също инхибитори на кръвосъсирването. Основните от тях са антитромбин III и инхибитор на пътя на тъканния фактор. В допълнение, тромбинът е способен да активира серинов протеиназа С, който разгражда коагулационните фактори Va и VIIIa, което ги кара да загубят напълно своята активност.

Протеин С е прекурсор на серинова протеаза, много подобен на фактори IX, X, VII и протромбин. Той се активира от тромбин, както е фактор XI. Въпреки това, когато се активира, получената серинова протеаза използва своята ензимна активност, за да не активира други протеини, но да ги инактивира. Активираният протеин С предизвиква няколко протеолитични разграждания в коагулационните фактори Va и VIIIa, което ги кара да загубят напълно своята кофакторна активност. Така тромбинът - продукт на коагулационната каскада - подтиска собственото си производство: това се нарича отрицателна обратна връзка. И отново имаме регулаторен въпрос: защо тромбинът ускорява и забавя собственото активиране в същото време?

Еволюционен произход на коагулацията

Образуването на защитни кръвни системи започнало в многоклетъчно преди повече от един милиард години - всъщност именно във връзка с появата на кръв. Самата коагулационна система е резултат от преодоляването на друг исторически момент - появата на гръбначни животни преди около петстотин милиона години. Най-вероятно тази система е възникнала от имунитета. Появата на редовна система от имунни реакции, която се бори с бактериите чрез обгръщането им с фибринов гел, доведе до инцидентен страничен ефект: кървенето започна да спира по-бързо. Това позволи да се повиши налягането и силата на потоците в кръвоносната система и подобряването на съдовата система, т.е. подобряването на транспорта на всички вещества, откри нови хоризонти за развитие. Кой знае дали появата на коагулация не е предимството, което позволява на гръбначните животни да заемат сегашното си място в биосферата на Земята?

В редица членестоноги (като рак на подковата опашка), също съществува коагулация, но тя възниква самостоятелно и остава в имунологични роли. Насекомите, както и други безгръбначни, обикновено струват по-слаба разновидност на системата, за да спрат кървенето, основано на тромбоцитната агрегация (по-точно, амебоцитите - далечни роднини на тромбоцитите). Този механизъм е доста функционален, но налага фундаментални ограничения върху ефективността на съдовата система, точно както трахеалната форма на дишане ограничава максималния възможен размер на насекомо.

За съжаление, същества с междинни форми на коагулационната система почти изчезват. Единственото изключение е челюстната риба: анализът на генома на коагулационната система в минога показва, че той съдържа много по-малко компоненти (т.е. много по-лесно е да се работи) [6]. Започвайки от максиларните риби до бозайниците, коагулационните системи са много сходни. Системите за клетъчна хемостаза също работят по сходни принципи, въпреки факта, че малки, неядрени тромбоцити са характерни само за бозайници. В останалите гръбначни животни тромбоцитите са големи клетки, които имат ядро.

За да обобщим, коагулационната система е проучена много добре. В продължение на петнадесет години тя не е открила нови протеини или реакции, което е вечност за съвременната биохимия. Разбира се, не може напълно да се изключи възможността за такова откритие, но досега не е имало нито едно явление, което да не можем да обясним с помощта на наличната информация. Точно обратното, системата изглежда много по-сложна от необходимото: напомняме, че от всичко това (доста тромаво!) Каскада, само една реакция всъщност прави желирането и всички останали са необходими за някаква неразбираема регулация.

Ето защо сега изследователите по коагулология, работещи в различни области - от клинична хемосазиология до математическа биофизика - активно се движат от въпроса „Как се организира съсирването?” На въпросите „Защо съсирването е направено по този начин?”, „Как работи?” И накрая, “Как трябва да работим върху коагулацията, за да постигнем желания ефект?”. Първото нещо, което трябва да се направи, е да се научим да изследваме коагулацията като цяло, а не само индивидуалните реакции.

Как да изследваме коагулацията?

Създадени са различни модели за изследване на коагулацията - експериментални и математически. Какво точно позволяват да получат?

От една страна, изглежда, че самият обект е най-доброто приближение за изучаване на обект. В този случай лице или животно. Това ви позволява да вземете под внимание всички фактори, включително притока на кръв през съдовете, взаимодействия със стените на кръвоносните съдове и много други. В този случай обаче сложността на задачата надхвърля разумните граници. Модели на коагулация позволяват опростяване на обекта на изследване, без да се губят неговите съществени характеристики.

Нека се опитаме да разберем какви изисквания трябва да отговарят тези модели, за да отразим правилно процеса на коагулация in vivo.

В експерименталния модел същите биохимични реакции трябва да присъстват както в организма. Трябва да присъстват не само протеините на коагулационната система, но и други участници в процеса на кръвосъсирването - кръвни клетки, ендотелиум и субендотелиум. Системата трябва да отчита пространствената нехомогенност на коагулацията in vivo: активиране от увредения ендотел, пролиферацията на активните фактори, наличието на кръвен поток.

Разглеждането на коагулационните модели е естествено да започне с проучвания на коагулацията in vivo. В основата на почти всички използвани подходи от този вид е да се приложи контролирано увреждане на експерименталното животно, за да се предизвика хемостатичен или тромботичен отговор. Тази реакция се изследва чрез различни методи:

1. наблюдение на времето на кървене;
2. анализ на плазмата, взета от животно;
3. аутопсия на закланото животно и хистологично изследване;
4. мониторинг на тромба в реално време чрез микроскопия или ядрено-магнитен резонанс (фиг. 4).

Фигура 4. In vivo образуване на тромб в лазерно индуциран тромбозен модел. Тази картина е възпроизведена от историческа работа, където учените са успели да наблюдават за първи път развитието на кръвен съсирек “на живо”. За да направят това, мишките се инжектират с концентрат от флуоресцентно белязани антитела към коагулиращи протеини и тромбоцити и поставяйки животното под лещата на конфокален микроскоп (позволяващо триизмерно сканиране), те подбират артериола, достъпна за оптично наблюдение под кожата и уврежда ендотелиума с лазер. Антителата започват да се присъединяват към нарастващия тромб, което прави възможно наблюдението му. Възпроизвежда се от [7].

Класическата формулировка на in vitro коагулационния експеримент е, че кръвната плазма (или цяла кръв) се смесва в известна степен с активатор, след което се наблюдава коагулационен процес. Според метода на наблюдение експерименталните техники могат да се разделят на следните типове:

1. наблюдение на самия процес на коагулация;
2. наблюдение на промените в концентрациите на коагулационния фактор във времето.

Вторият подход предоставя несравнимо повече информация. Теоретично, знаейки концентрацията на всички фактори в произволно време, можете да получите пълна информация за системата. На практика изследването на два протеина едновременно е скъпо и е свързано с големи технически трудности.

И накрая, коагулацията в тялото е неравномерна. Образуването на съсирек се задейства върху повредената стена, разпространява се с участието на активирани тромбоцити в обема на плазмата и се спира с помощта на съдовия ендотелиум. Невъзможно е тези процеси да бъдат адекватно изследвани с помощта на класически методи. Вторият важен фактор е наличието на кръвен поток в съдовете.

Осъзнаването на тези проблеми доведе до появата, от 70-те години на миналия век, на различни експериментални експериментални системи in vitro. Отне малко повече време, за да се разберат пространствените аспекти на проблема. Едва през 90-те години започват да се появяват методи, които отчитат пространствената хетерогенност и разпространението на коагулационните фактори, и едва през последното десетилетие се използват активно в научни лаборатории (фиг. 5).

Фигура 5. Пространствен растеж на фибринов съсирек в здраве и болест. Коагулацията в тънък слой кръвна плазма се активира от тъканния фактор, имобилизиран на стената. В снимките активаторът се намира отляво. Сивата експандираща лента е нарастващ фибринов съсирек.

Наред с експерименталните подходи, изследванията за хемостаза и тромбоза използват математически модели (този изследователски метод често се нарича в silico [8]). Математическото моделиране в биологията дава възможност да се установят дълбоки и сложни взаимоотношения между биологичната теория и опита. Експериментът има определени граници и е свързан с редица трудности. Освен това някои теоретично възможни експерименти са неприложими или прекомерно скъпи поради ограниченията на експерименталните техники. Симулацията опростява провеждането на експерименти, тъй като е възможно предварително да се изберат необходимите условия за експерименти in vitro и in vivo, при които ще се наблюдава ефекта на интереса.

Фигура 6. Приносът на външната и вътрешната теза към образуването на фибринов съсирек в пространството. Използвахме математически модел, за да изследваме до каква степен може да достигне влиянието на активатора на коагулацията (тъканния фактор) в пространството. За това сме изчислили разпределението на фактор Ха (което определя разпределението на тромбина, което определя разпределението на фибрина). Анимацията показва разпределението на фактор Xa, произвеждан от външна теназа (комплекс VIIa - TF) или вътрешна теназа (комплекс IXa - VIIIa), както и общото количество фактор Ха (защрихованата област). (Вложката показва същото нещо в по-голяма скала на концентрация.) Може да се види, че фактор Ха, произведен върху активатора, не може да проникне далеч от активатора поради високата степен на инхибиране в плазмата. Напротив, комплексът IXa-VIIIa работи далеч от активатора (тъй като фактор IXa е по-бавен инхибиран и следователно има по-голямо ефективно разстояние от активатора) и осигурява разпространението на фактор Ха в пространството. Анимация от [9].

Регулиране на системата за коагулация

Да вземем следващата логична стъпка и да се опитаме да отговорим на въпроса - как функционира системата, описана по-горе?

Каскадна коагулационна система. Нека започнем с каскадата - вериги от ензими, които се активират. Един ензим, работещ с постоянна скорост, дава линейна зависимост на концентрацията на продукта във времето. За каскада от N ензими, тази зависимост ще има формата t N, където t е времето. За ефективното функциониране на системата е важно отговорът да има такъв "експлозивен" характер, тъй като това намалява периода, в който фибриновият съсирек е все още крехък.

Стартирането на коагулацията и ролята на положителните обратни връзки. Както е споменато в първата част на статията, много реакции на съсирване са бавни. По този начин, самите фактори IXa и Xa са много лоши ензими и се нуждаят от кофактори за ефективно функциониране (фактори VIIIa и Va съответно). Тези кофактори се активират от тромбин: такова устройство, когато ензимът активира собственото си производство, се нарича положителна обратна връзка.

Както беше показано от нас експериментално и теоретично, положителната обратна връзка за активиране на фактор V от тромбин формира прага на активиране - свойството на системата да не реагира на ниска активация, но бързо да реагира, когато се появи голямо. Такава способност за превключване изглежда много ценна за коагулацията: това помага да се предотврати „фалшиво позитивно“ на системата.

Ролята на вътрешния път в пространствената динамика на коагулацията. Една от интригуващите пъзели, които поразиха биохимиците в продължение на много години след откриването на основните коагулационни протеини, беше ролята на фактор XII в хемостазата. Недостигът му е установен при най-простите коагулационни тестове, увеличавайки времето, необходимо за образуването на съсирек, но за разлика от дефицита на фактор XI, той не е съпътстван от нарушения на коагулацията.

Един от най-правдоподобните начини за разкриване на ролята на вътрешния път беше предложен от нас с помощта на пространствено нехомогенни експериментални системи. Установено е, че положителните обратни връзки са от голямо значение именно за разпространението на коагулацията. Ефективното активиране на фактор X от външната теза върху активатора не спомага за образуването на съсирек далеч от активатора, тъй като фактор Ха бързо се инхибира в плазмата и не може да се отдалечи далеч от активатора. Но фактор IXa, който се инхибира по-бавно, е напълно способен на това (и фактор VIIIa, който се активира от тромбин, помага). И там, където е трудно да се достигне до него, фактор XI започва да работи, също активиран от тромбин. По този начин, наличието на цикли на положителна обратна връзка помага да се създаде триизмерна структура на съсиреци.

Пътят на протеин С като възможен механизъм за локализиране на тромбоза. Активирането на протеин С от тромбин е бавно, но се ускорява рязко, когато тромбинът се свързва с трансмембранния протеин, тромбомодулин, синтезиран от ендотелни клетки. Активираният протеин С е способен да унищожава фактори Va и VIIIa, забавяйки работата на коагулационната система по ред. Ключът към разбирането на ролята на тази реакция стана пространствено нехомогенни експериментални подходи. Нашите експерименти показват, че той спира пространствения растеж на кръвен съсирек, ограничавайки неговия размер.

Обобщава

През последните години сложността на коагулационната система постепенно става по-малко загадъчна. Откриването на всички съществени компоненти на системата, разработването на математически модели и използването на нови експериментални подходи ни позволиха да вдигнем завесата на секретността. Структурата на коагулационната каскада се дешифрира и сега, както видяхме по-горе, практически за всяка съществена част от системата, ролята, която играе в регулирането на целия процес, е идентифицирана или предложена.

На фиг. 7 представя най-модерния опит за преразглеждане на структурата на коагулационната система. Това е същата схема като на фиг. 1, където многоцветното засенчване подчертава части от системата, отговорни за различни задачи, както е обсъдено по-горе. Не всичко в тази схема е сигурно инсталирано. Например, нашето теоретично предсказание, че активирането на фактор VII от фактор Xa позволява коагулацията да реагира по прага на скоростта на потока, остава все още неизпитана в експеримента.

Фигура 7. Модулна структура на коагулационната система: ролята на отделните реакции на коагулация във функционирането на системата. Възпроизвежда се от [1].

Възможно е тази картина да не е завършена. Въпреки това напредъкът в тази област през последните години ни дава надежда, че в обозримо бъдеще останалите нерешени области в схемата на коагулация ще придобият значима физиологична функция. И тогава можем да говорим за раждането на нова концепция за кръвосъсирването, която замени стария каскаден модел, който вярно служи на медицината в продължение на много десетилетия.

Статията е написана с участието на А.Н. Баландиной и Ф.И. Ataullakhanova първоначално е публикувана в Nature [10].