Схема свёртывания крови. Свёртывание крови Система адгезивных молекул плазмы

Пока кровь течет по неповрежденным кровеносным сосудам, она остается жидкой. Но стоит поранить сосуд, как довольно быстро образуется сгусток. Кровяной сгусток (тромб), словно пробка, закупоривает ранку, кровотечение останавливается, и ранка постепенно заживает. Если бы кровь не свертывалась, то человек мог бы погибнуть от самой маленькой царапины.

Кровь человека, выпущенная из кровеносного сосуда, свертывается в течение 3-4 мин.

Свертывание крови является важной защитной реакцией организма, препятствующей кровопотере и, таким образом, сохраняющей постоянство объема циркулирующей крови.

В основе свертывания крови лежит изменение физико-химического состояния растворенного в плазме крови белка фибриногена . Фибриноген в процессе свертывания крови превращается в нерастворимый фибрин . Фибрин выпадает в виде тонких нитей. Нити фибрина образуют густую мелкоячеистую сеть, в которой задерживаются форменные элементы. Образуется сгусток, или тромб. Постепенно происходит уплотнение кровяного сгустка. Уплотняясь, он стягивает края раны и этим способствует ее заживлению. При уплотнении сгустка из него выдавливается прозрачная желтоватая жидкость - сыворотка . Сыворотка - это плазма крови, из которой удален белок фибриноген. В уплотнении сгустка важная роль принадлежит тромбоцитам, в которых содержится вещество, способствующее сжатию сгустка.

Свертывание крови - сложный процесс. В нем принимают участие соли кальция, находящиеся в плазме крови. Обязательным условием свертывания крови является разрушение кровяных пластинок (тромбоцитов).

Согласно современным представлениям превращение растворенного в плазме крови белка фибриногена в нерастворимый белок фибрин совершается под влиянием фермента тромбина . В крови имеется неактивная форма тромбина - протромбин , который образуется в печени. Протромбин превращается в активный тромбин под влиянием тромбопластина в присутствии солей кальция. Соли кальция есть в плазме крови, а тромбопластина в циркулирующей крови нет. Он образуется при разрушении тромбоцитов или при повреждении других клеток тела. Образование тромбопластина также сложный процесс. Кроме тромбоцитов, в образовании тромбопластина принимают участие еще некоторые белки плазмы крови. Отсутствие в крови некоторых белков резко сказывается на процессе свертывания крови. Если в плазме крови отсутствует один из глобулинов (крупномолекулярных белков), то наступает заболевание гемофилия, или кровоточивость. У людей, страдающих гемофилией, резко понижена свертываемость крови. Даже небольшое ранение может вызвать у них опасное кровотечение.

Чаще гемофилией болеют мужчины. Это заболевание передается по наследству.

Процесс свертывания крови регулируется нервной системой и гормонами желез внутренней секреции. Он может ускоряться и замедляться.

Если при кровотечениях важно, чтобы кровь свертывалась, то не менее важно, чтобы она, циркулируя в кровеносной системе, оставалась жидкой, не свертывалась.

В организме образуются вещества, препятствующие свертыванию крови. Такими свойствами обладает гепарин , находящийся в клетках легких и печени. В сыворотке крови обнаружен белок фибринолизин - фермент, растворяющий образовавшийся фибрин. В крови, таким образом, одновременно имеются две системы: свертывающая и противосвертывающая. При определенном равновесии этих систем кровь внутри сосудов не свертывается. При ранениях и некоторых заболеваниях равновесие нарушается, что приводит к свертыванию крови. Тормозят свертывание крови соли лимонной и щавелевой кислот, осаждая необходимые для свертывания соли кальция. В шейных железах медицинских пиявок образуется гирудин , обладающий мощным противосвертывающим действием. Противосвертывающие вещества широко применяют в медицине.

В дальнейшем под влиянием тромбоцитарных факторов наступает сокращение нитей фибрина (ретракция), в результате чего происходит уплотнение сгустка и выделение сыворотки.

Следовательно, сыворотка крови отличается по своему составу от плазмы отсутствием в ней фибриногена и некоторых других веществ, участвующих в процессе свертывания крови.

Кровь, из которой удален фибрин, называют дефибринированной. Она состоит из форменных элементов и сыворотки.

Ингибиторы гемокоагуляции препятствуют внутрисосудистому свертыванию крови или замедляют этот процесс. Наиболее мощным ингибитором свертывания крови является гепарин.

Гепарин - естественный антикоагулянт широкого спектра действия, образуется в лаброцитах (тучных клетках) и базофильных лейкоцитах. Гепарин тормозит все фазы процесса свертывания крови.

Кровь, покидая сосудистое русло, свертывается и тем самым ограничивает кровопотерю. В сосудистом же русле кровь жидкая, поэтому она и выполняет все свои функции. Это объясняется тремя основными причинами:

· факторы системы свертывания крови в сосудистом русле находятся в неактивном состоянии;

· наличие в крови, форменных элементах и тканях антикоагулянтов (ингибиторов), препятствующих образованию тромбина;

· наличие интактного (неповрежденного) эндотелия сосудов.

Антиподом системы гемокоагуляции является фибринолитическая система, основной функцией которой расщепление нитей фибрина на растворимые компоненты. В ее состав входят фермент плазмин (фибринолизин), находящийся в крови в неактивном состоянии, в виде плазминогена (профибринолизина), активаторы и ингибиторы фибринолиза. Активаторы стимулируют превращение плазминогена в плазмин, ингибиторы тормозят этот процесс.

Процесс фибринолиза необходимо рассматривать в совокупности с процессом свертывания крови. Изменение функционального состояния одной из них сопровождается компенсаторными сдвигами в деятельности другой. Нарушение функциональных взаимосвязей между системами гемокоагуляции и фибринолиза может привести к тяжелым патологическим состояниям организма, либо к повышенной кровоточивости, либо к внутрисосудистому тромбообразованию.

К факторам, ускоряющим процесс свертывания крови, относятся: 1) тепло, так как свертывание крови является ферментативным процессом; 2) ионы кальция, так как они участвуют во всех фазах гемокоагуляции; 3) соприкосновение крови с шероховатой поверхностью (поражение сосудов атеросклерозом, сосудистые швы в хирургии); 4) механические воздействия (давление, раздробление тканей, встряхивание емкостей с кровью, так как это приводит к разрушению форменных элементов крови и выходу факторов, участвующих в свертывании крови).

К факторам, замедляющим и предотвращающим гемокоагуляцию, относятся: 1) понижение температуры; 2) цитрат и оксалат натрия (связывают ионы кальция); 3) гепарин (подавляет все фазы гемокоагуляции); 4) гладкая поверхность (гладкие швы при сшивании сосудов в хирургии, покрытие силиконом или парафинирование канюль и емкостей для донорской крови).

Свертываемость крови должна быть нормальной, поэтому в основе гемостаза лежат равновесные процессы. Нельзя, чтобы наша ценная биологическая жидкость сворачивалась – это грозит серьезными, смертельно опасными, осложнениями (). Напротив, может обернуться неконтролируемым массивным кровотечением, что также способно повлечь гибель человека.

Сложнейшие механизмы и реакции, привлекая ряд веществ на том или ином этапе, поддерживают это равновесие и таким образом дают возможность организму довольно быстро справляться самому (без привлечения какой-либо посторонней помощи) и восстанавливаться.

Норма свертываемости крови не может быть определена каким-то одним параметром, ведь в этом процессе участвуют многие компоненты , активирующие друг друга. В связи с этим, анализы на свертываемость крови бывают разные, где интервалы их нормальных значений преимущественно зависят от метода проведения исследования, а также в иных случаях – от пола человека и прожитых им дней, месяцев, лет. И вряд ли читателя удовлетворит ответ: «Время свертывания крови составляет 5 – 10 минут» . Остается масса вопросов…

Все важны и все нужны

Остановка кровотечения опирается на архисложный механизм, включающий множество биохимических реакций, к участию в котором привлекается огромное количество различных компонентов, где каждый из них играет свою определенную роль.

схема свертывания крови

Между тем, отсутствие или несостоятельность хоть какого-то одного фактора свертывания или противосвертывания может расстроить весь процесс. Вот всего лишь несколько примеров:

• Неадекватная реакция со стороны стенок сосудов нарушает кровяных пластинок – , что «почувствует» первичный гемостаз;
• Низкая способность эндотелия синтезировать и выделять ингибиторы агрегации тромбоцитов (основной – простациклин) и естественные антикоагулянты () сгущает движущуюся по сосудам кровь, что приводит к формированию в кровотоке абсолютно ненужных организму свертков, которые до поры до времени могут спокойно «сидеть» прикрепленными к стеночке какого-либо сосуда. Эти становятся очень опасными, когда отрываются и начинают циркулировать в кровеносном русле – тем самым они создают риск сосудистой катастрофы;
• Отсутствием такого плазменного фактора, как FVIII, обусловлена болезнь, сцепленная с полом – А;
• Гемофилия В обнаруживается у человека, если по тем же причинам (рецессивная мутация в Х-хромосоме, которая, как известно, у мужчин только одна) имеет место недостаточность фактора Кристмана (FIX).

Вообще, все начинается еще на уровне поврежденной сосудистой стенки, которая, секретируя вещества, необходимые для обеспечения свертываемости крови, привлекает циркулирующие в кровотоке кровяные пластинки – тромбоциты. К примеру, «зазывающий» тромбоциты к месту аварии и способствующий их адгезии к коллагену – мощному стимулятору гемостаза, должен своевременно начать свою деятельность и хорошо работать, чтобы в дальнейшем можно было рассчитывать на формирование полноценной пробки.

Если тромбоциты на должном уровне используют свои функциональные возможности (адгезивно-агрегационная функция), быстро включаются в работу другие компоненты первичного (сосудисто-тромбоцитарного) гемостаза и в короткие сроки формируют тромбоцитарную пробку, то для того, чтобы остановить кровь, вытекающую из сосуда микроциркуляторного русла, можно обойтись и без особого влияния остальных участников процесса свертывания крови. Однако для образования полноценной пробки, способной закрыть травмированный сосуд, который имеет более широкий просвет, без плазменных факторов организму не справиться.

Таким образом, на первом этапе (сразу после получения травмы сосудистой стенки) начинают идти последовательные реакции, где активация одного фактора дает толчок к приведению в активное состояние остальных. И если где-то чего-то не хватает или фактор оказывается несостоятельным, процесс свертываемости крови затормаживается или обрывается вовсе.

В целом, механизм свертывания состоит из 3 фаз, которые должны обеспечивать:

• Образование сложного комплекса активированных факторов (протромбиназы) и превращению белка, синтезируемого печенью – , в тромбин (фаза активации );
• Трансформация растворенного в крови белка – фактора I ( , FI) в нерастворимый фибрин осуществляется в фазе коагуляции ;
• Завершение процесса свертывания формированием плотного фибринового сгустка (фаза ретракции ).

Анализы на свертываемость крови

Многоэтапный каскадный ферментативный процесс, конечной целью которого является образование сгустка, способного закрыть «брешь» в сосуде, для читателя, наверняка, покажется запутанным и непонятным, поэтому достаточным будет напоминание, что данный механизм обеспечивают различные факторы свертывания, ферменты, Са 2+ (ионы кальция) и многообразие прочих компонентов. Однако в этой связи пациентов довольно часто интересует вопрос: как обнаружить, если с гемостазом что-то не в порядке или успокоиться, зная, что системы работают нормально? Конечно, для таких целей существуют анализы на свертываемость крови.

Самым распространенным специфическим (локальным) анализом состояния гемостаза считается широко известная, нередко назначаемая терапевтами, кардиологами, а также акушерами-гинекологами, наиболее информативная .

Между тем, следует заметить, что проведение такого количества тестов не всегда оправдано. Это зависит от многих обстоятельств: что ищет врач, на каком этапе каскада реакций он сосредотачивает свое внимание, сколько времени в распоряжении медицинских работников и т. д.

Имитация внешнего пути свертываемости крови

Например, внешний путь активации свертывания в лабораторных условиях может имитировать исследование, называемое медиками протромбином по Квику, пробой Квика, протромбиновым (ПТВ) или тромбопластиновым временем (все это разные обозначения одного анализа). В основе указанного теста, который находится в зависимости от факторов II, V, VII, X, лежит участие тканевого тромбопластина (он в ходе работы над образцом крови присоединяется к цитратной рекальцинированной плазме).

Пределы нормальных значений у мужчин и у женщин одного возраста не отличаются и ограничиваются диапазоном 78 – 142%, однако у женщин, ждущих ребенка, этот показатель слегка повышен (но слегка!). У детей, наоборот, нормы находятся в пределах меньших значений и возрастают по мере приближения к совершеннолетию и дальше:

Отражение внутреннего механизма в условиях лаборатории

Между тем, чтобы определить нарушение свертываемости крови, обусловленное сбоем работы внутреннего механизма, тканевой тромбопластин при проведении анализа не применяют – это позволяет плазме использовать исключительно собственные резервы. В условиях лаборатории внутренний механизм прослеживают, ожидая пока кровь, взятая из сосудов кровеносного русла, свернется сама. Начало этой сложной каскадной реакции совпадает с активацией фактора Хагемана (фактор XII). Запуск данной активации обеспечивают различные условия (контакт крови с поврежденной стенкой сосудов, клеточными мембранами, которые претерпели определенные изменения), поэтому ее называют контактной.

Контактная активация возникает и вне организма, например, когда кровь попадает в чужеродную среду и соприкасается с ней (контакт со стеклом в пробирке, инструментарием). Удаление из крови ионов кальция никак не отражается на запуске этого механизма, однако процесс не может завершиться образованием сгустка – он обрывается на этапе активации фактора IX, где без ионизированного кальция уже не обойтись.

Время свертывания крови или время, в течение которого она, пребывая до того в жидком состоянии, выливается в форму эластичного сгустка, зависит от скорости превращения белка фибриногена, растворенного в плазме, в нерастворимый фибрин. Он (фибрин) образует нити, которые удерживают красные кровяные тельца (эритроциты), заставляя их формировать сверток, закрывающий собой отверстие в поврежденном кровеносном сосуде. Время свертывания крови (1 мл, взятый из вены – метод Ли-Уайта) в таких случаях в среднем ограничивается 4 – 6 минутами. Однако норма свертываемости крови, безусловно, имеет более широкий диапазон цифровых (временных) величин:

1. Кровь, взятая из вены, переходит в форму сгустка от 5 до 10 минут;
2. Время свертывания по Ли-Уайту в стеклянной пробирке составляет 5 – 7 минут, в пробирке из силикона оно удлиняется до 12- 25 минут;
3. Для крови, взятой из пальца, нормальными считаются показатели: начало – 30 секунд, окончание кровотечения – 2 минуты.

К анализу, отражающему внутренний механизм, обращаются при первых подозрениях на грубые нарушения свертываемости крови. Тест весьма удобен: проводится быстро (пока кровь течет или сгусток в пробирке образует), обходится без особых реактивов и сложного оборудования, в специальной подготовке пациент не нуждается. Разумеется, нарушения свертываемости крови, обнаруженные подобным образом, дают основание предполагать ряд существенных изменений в системах, обеспечивающих нормальное состояние гемостаза, и заставляют проводить дальнейшие исследования с целью выявления истинных причин патологии.

При увеличении (удлинении) времени свертываемости крови можно подозревать:

• Дефицит плазменных факторов, предназначенных для обеспечения свертывания, или же врожденную их неполноценность, невзирая на то, что в крови они пребывают на достаточном уровне;
• Серьезную патологию печени, повлекшую функциональную несостоятельность паренхимы органа;
• (в фазе, когда способность крови сворачиваться идет на убыль);

Время свертываемости крови удлиняется в случаях использования гепаринотерапии, поэтому пациентам, получающим данный , сдавать анализы, свидетельствующие о состоянии гемостаза, приходится довольно часто.

Рассматриваемый показатель свертываемости крови уменьшает свои значения (укорачивается):

• В фазе высокой коагуляции () ДВС-синдрома;
• При других заболеваниях, повлекших патологическое состояние гемостаза, то есть, когда пациент уже имеет нарушения свертываемости крови и отнесен к группе повышенного риска образования тромбов (тромбоз, и т. п.);
• У женщин, использующих для контрацепции или с целью лечения в течение длительного времени оральные средства, содержащие гормоны;
• У женщин и мужчин, принимающих кортикостероиды (при назначении кортикостероидных препаратов возраст имеет весьма важное значение – многие из них у детей и пожилых людей способны вызвать существенные изменения со стороны гемостаза, поэтому запрещены к применению в этой группе).

В целом, нормы мало отличаются

Показатели свертываемости крови (норма) у женщин, мужчин и детей (имеется в виду один возраст для каждой категории), в принципе, мало отличаются, хотя отдельные показатели у женщин изменяются физиологически (до, во время и после месячных, в период беременности), поэтому пол взрослого человека все же учитывается при проведении лабораторных исследований. Кроме этого, у женщин в период вынашивания ребенка отдельные параметры даже должны несколько сдвигаться, ведь организму предстоит остановить кровотечение после родов, поэтому свертывающая система начинает готовиться загодя. Исключение в отношении некоторых показателей свертываемости крови составляет категория детей первых дней жизни, например, у новорожденных ПТВ на пару-тройку выше, нежели у взрослых лиц мужского и женского пола (норма взрослых – 11 – 15 секунд), а у недоношенных детей протромбиновое время увеличивается на 3 – 5 секунд. Правда, уже где-то к 4 дню жизни ПТВ снижается и соответствует норме свертываемости крови взрослых людей.

Познакомиться с нормой отдельных показателей свертываемости крови, а, возможно, и сравнить их с собственными параметрами (если тест был проведен сравнительно недавно и на руках имеется бланк с записью результатов исследования), читателю поможет приведенная ниже таблица:

Лабораторный тест	Нормальные значения показателя свертываемости крови	Используемый материал
Тромбоциты: У женщин У мужчин У детей	180 – 320 х 10 9 /л 200 – 400 х 10 9 /л 150 – 350 х 10 9 /л	Капиллярная кровь (из пальца)
Время свертывания: По Сухареву По Ли-Уайту	Начало – 30 - 120 секунд, окончание – 3 - 5 минут 5 - 10 минут	Капиллярная Кровь, взятая из вены
Длительность кровотечения по Дюке	не более 4 минут	кровь из пальца
Тромбиновое время (показатель обращения фибриногена в фибрин)	12 – 20 секунд	венозная
ПТИ (протромбиновый индекс): Кровь из пальца Кровь из вены	90 – 105%	Капиллярная Венозная
АЧТВ (активированное частичное тромбопластиновое время, каолин-кефалиновое время)	35 - 50 секунд (не коррелирует с полом и возрастом)	кровь из вены
Фибиноген: У взрослых мужчин и женщин У женщин в последний месяц III триместра беременности У детей первых дней жизни	2,0 – 4,0 г/л 1,25 – 3,0 г/л	Венозная кровь

В заключение хочется обратить внимание наших постоянных (и новых, конечно) читателей: возможно, прочтение обзорной статьи в полной мере не сможет удовлетворить интерес пациентов, которых затронула патология гемостаза. Люди, которые впервые столкнулись с подобной проблемой, как правило, хотят получить как можно больше сведений о системах, обеспечивающих и остановку кровотечения в нужный момент, и предотвращение образования опасных сгустков, поэтому начинают искать информацию на просторах интернета. Что ж, не следует торопиться – в других разделах нашего сайта дана подробная (и, главное, корректная) характеристика каждому из показателей состояния гемостаза, указан диапазон нормальных значений, а также описаны показания и подготовка к анализу.

Видео: просто о свертывания крови

Видео: репортаж об анализах на свертываемости крови

Выделяют три главных стадии гемокоагуляции:

1. образование тромбопластина крови и тромбопластина ткани;

2. образование тромбина;

3. образование фибринового сгустка.

Различают 2 механизма гемокоагуляции: внутренний механизм свёртывания (в нём участвуют факторы, находящиеся внутри сосудистого русла) и внешний механизм свёртывания крови (в нём помимо внутрисосудистых факторов участвуют ещё и внешние факторы).

Внутренний механизм свёртывания крови (контактный)

Внутренний механизм гемокоагуляции запускается при повреждении эндотелия сосудов (например, при атеросклерозе, при действии высоких доз катехоламинов) в котором присутствует коллаген, фосфолипиды. К изменённому участку эндотелия присоединяется ХII фактор (пусковой фактор). Взаимодействуя с измененным эндотелием, он претерпевает конформационные структурные изменения и становится очень мощным активным протеолитическим ферментом. ХIIа фактор одновременно участвует в свёртывающей системе, антисвёртывающей системе кининовой системе:

1. активирует свёртывающую систему крови;
2. активирует противосвёртывающую систему;
3. активирует агрегацию тромбоцитов;
4. активирует кининовую систему;

1 стадия внутреннего механизма свёртывания крови – образование полного тромбопластина крови.

ХII фактор, контактируя с поврежденным эндотелием, переходит в ХII активный. ХIIа активирует прекалликреин (ХIY), который активирует кининоген (ХY). Кинины, в свою очередь, повышают активность ХII фактора.

ХII фактор активирует фактор ХI, который затем активирует IХ фактор (ф. Кристмаса). Фактор IХа взаимодействует с фактором YIII и ионами кальция. В результате образуется комплекс, включающий фермент, кофермент, ионы кальция (ф.IХа, ф.YIII, Са 2+). Данный комплекс активирует Х фактор при участии тромбоцитарного фактора Р 3 . В результате образуется активный тромбопластин крови, включающий ф.Ха, ф.Y, Са 2+ и Р 3 .

Р 3 - представляет собой фрагмент мембран тромбоцитов, содержит липопротеиды, богат фосфолипидами.

2 стадия – образование тромбина.

Активный тромбопластин крови запускает 2 стадию свёртывания крови, активируя переход протромбина в тромбин (ф.II →ф.II а). Тромбин активирует внешний и внутренний механизмы гемокоагуляции, а также антисвёртывающую систему, агрегацию тромбоцитов и высвобождение тромбоцитарных факторов.

Активный тромбин запускает 3 стадию свёртывания крови.

3 стадия заключается в образовании нерастворимого фибрина (I фактор). Под воздействием тромбина растворимый фибриноген последовательно переходит в фибрин- мономер, а затем в нерастворимый фибрин-полимер.

Фибриноген – водорастворимый белок, состоит из 6 полипептидных цепей, включающих 3 домена. Под действием тромбина от фибриногена отщепляются пептиды А и В, и в нём формируются участки агрегации. Фибриновые нити соединяются вначале в линейные цепи, а затем формируются ковалентные межцепочечные сшивки. В их образовании участвует ХIIIа фактор (фибринстабилизирующий), который активируется тромбином. Под действием фактора ХIIIа, являющегося ферментом трансамидиназой, в фибрине в процессе его полимеризации возникают связи между глютамином и лизином.

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

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

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

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

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

Как устроено свертывание крови

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

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

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

Рисунок 1. Основные реакции свертывания крови. Система свертывания представляет собой каскад - последовательность реакций, где продукт каждой реакции выступает катализатором следующей. Главный «вход» в этот каскад находится в его средней части, на уровне факторов IX и X: белок тканевый фактор (обозначен на схеме как TF) связывает фактор VIIa, и получившийся ферментативный комплекс активирует факторы IX и X. Результатом работы каскада является белок фибрин, способный полимеризоваться и образовывать сгусток (гель). Подавляющее большинство реакций активации - это реакции протеолиза, т.е. частичного расщепления белка, увеличивающего его активность. Почти каждый фактор свертывания обязательно тем или иным образом ингибируется: обратная связь необходима для стабильной работы системы.

Обозначения: Реакции превращения факторов свертывания в активные формы показаны односторонними тонкими черными стрелками . При этом фигурные красные стрелки показывают, под действием каких именно ферментов происходит активация. Реакции потери активности в результате ингибирования показаны тонкими зелеными стрелками (для простоты стрелки изображены как просто «уход», т.е. не показано, с какими именно ингибиторами происходит связывание). Обратимые реакции формирования комплексов показаны двусторонними тонкими черными стрелками . Белки свертывания обозначены либо названиями, либо римскими цифрами, либо аббревиатурами (TF - тканевый фактор, PC - протеин С, APC - активированный протеин С). Чтобы избежать перегруженности, на схеме не показаны: связывание тромбина с тромбомодулином, активация и секреция тромбоцитов, контактная активация свертывания.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Эволюционные истоки свертывания

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

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

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

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

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

Как исследовать свертывание?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Регуляция системы свертывания

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

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

Каскадное устройство системы свертывания

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

Запуск свертывания и роль положительных обратных связей

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

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

Роль внутреннего пути в пространственной динамике свертывания

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

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

Путь протеина С как возможный механизм локализации тромбообразования

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

Подведение итогов

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

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