2. Свертывание крови.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Физический факультет
кафедра биофизики
Курсовая работа
Биофизические и биохимические механизмы
взаимодействия свертывания крови и тромбоцитарного
гемостаза.
Выполнила студентка
2 курса, 218 группы
Чернова Анна Дмитриевна
Научный руководитель:
Пантелеев Михаил Александрович
Москва 2011
Содержание.
1.Введение
2. Свертывание крови
3. Тромбоцитарный гемостаз
4. Заключение.
5. Литература.
1.Введение.
В теле взрослого человека содержится около 5 литров крови, состоящей из
клеток – эритроцитов (красные кровяные тельца), лейкоцитов (белые
кровяные тельца) и тромбоцитов(кровяные пластинки), и жидкого
компонента крови – плазмы. Плазма содержит (кроме воды) белки,
питательные вещества, гормоны, электролиты и продукты обмена веществ.
Кровь является очень сложно структурированной и трудно восполняемой
средой. Поэтому организм нуждался в достаточно быстрой реакции на
нарушения целостности, которые могут привести к потерям крови. Это и
привело к возникновению механизма остановки крови, или гемостаза. Как
известно, этот механизм представляет собой сложную систему
биофизических и биохимических реакций. В данной работе я постараюсь
осветить основные процессы биохимии и биофизики реакций свертывания, а
так же рассмотрю тромбоцитарный гемостаз.
Как я уже говорила ранее, при нарушении целостности кровеносной системы
уменьшение кровопотери обеспечивает система гемостаза - комплекс
реакций, направленных на остановку кровотечения при травме сосудов.
Гемостаз же осуществляется двумя путями: остановкой кровотечения с
помощью тромбоцитов и свертыванием крови. Поэтому по механизму
гемостаз группируют на первичный (сосудисто-тромбоцитарный) и
вторичный (процесс свертывания, он же плазменный гемостаз). Первичный
гемостаз реагирует на повреждение наиболее быстро, а вторичная система
более прочная и надежная. Первичный гемостаз практически полностью
обусловлен сужением сосудов и их механической закупоркой агрегатами
тромбоцитов. Общая схема гемостаза и фибринолиза изображена на рисунке
1. Подробное рассмотрение ниже.
Рис.1
2. Свертывание крови.
Вторичный гемостаз представляет собой преимущественно каскад, в котором
одни ферменты, переходя в активное состояние, приобретают способность
активировать другие ферменты свертывания крови. Подобная активация
может носить последовательный и ретроградный (обратный) характер.
Конечной точкой вторичного гемостаза является превращение жидкой крови
в гель, или, говоря более точно, превращение фибриногена в фибрин.
Классическая схема свертывания крови по Моравицу с разделением на 3
этапа изображена на рис.2. В настоящее время она существенно дополнена
дополнительными факторами, проферментами. В отличие от
тромбоцитарных факторов они обозначаются римскими цифрами.
Рис.2
В дополненной и переработанной схеме свертывания по Моравицу процесс
свертывания крови разделяют на три фазы: первая включает комплекс
последовательных реакций, приводящих к образованию протромбиназы, во
вторую фазу осуществляется переход протромбина (фактор II) в тромбин
(фактор IIа) и в третью фазу из фибриногена образуется фибрин.
Рис.3
Римские цифры - факторы свертывания крови, TF-тканевой фактор, PCпротеин C, PCa-активированный протеин C, Fg-фибриноген, Fn-фибрин.
Реакции превращения факторов свертывания в активные формы показаны
горизонтальными черными тонкими стрелками, фигурные стрелки
показывают, под действием каких ферментов происходят эти превращения.
Обратимые реакции формирования комплексов ферментов обозначены
двусторонними стрелками.
Первая фаза. Самой сложной и продолжительной является формирование
протромбиназы. Образование протромбиназы может происходить по
внешнему и внутреннему механизму. Когда процесс свертывания начинается
под действием фосфолипопротеинов, выделяемых из клеток поврежденных
сосудов или соединительной ткани, говорят о внешней системе свертывания
крови (внешний механизм) (общая сокращенная схема реакций плазменной
системы свертывания для внешнего механизма изображена на рис.3.); если
же инициация происходит под влиянием факторов свертывания,
присутствующих в плазме, используют термин внутренняя система
свертывания. Внутренний и внешний пути образования протромбиназы
имеют много общего, так как активируются одними и теми же факторами
(фактор ХIIа, калликреин и др. ), а также приводят в конечном итоге к
появлению одного и того же активного фермента — фактора Ха,
выполняющего функции протромбиназы (рис1.).
Внешний путь свертывания также называется путем тканевого фактора.
Основными компонентами этого пути являются два белка — фактор VIIa и
тканевый фактор. Фактор VIIa — сериновая протеиназа, близкая по своему
строению к фактору Xa. Ее основная функция заключается в активации
фактора X. Однако, фактор VIIa сам по себе практически не обладает
ферментативной активностью, даже в «активированном» виде. Его активный
сайт несовершенен, и благодаря этому фактор VIIa может присутствовать в
крови в активированной форме: в отличие от других протеиназ свертывания,
он не может причинить никакого вреда. Следует отметить, что не весь
фактор VIIa присутствует в крови в активной форме; активировано лишь
около 1–2% от общего количества. Чтобы обрести полную ферментативную
активность, фактору VIIa необходим кофактор, и в данной роли выступает
белок тканевый фактор. Этот трансмембранный белок присутствует в
мембранах почти всех клеток организма, за исключением эндотелия сосудов
и клеток крови. Так он надежно изолирован от крови, но малейшее
повреждение при водит к его обнажению и контакту с кровью. Связывание
фактора VIIa с тканевым фактором приводит к изменению конформации
фактора VIIa, и фактор VIIa приобретает способность расщеплять и
активировать фактор X. Комплекс фактора VIIa и тканевого фактора
называется комплексом «внешней теназы». Таким образом, система
свертывания решает проблему распознавания повреждения благодаря
тканевому фактору. Его присутствие делает любые ткани организма
мощными активаторами свертывания, и кровь остается жидкой только
благодаря тому, что в норме она всегда защищена тончайшей защитной
оболочкой эндотелия. Любое нарушение целостности сосуда означает
нарушение этой оболочки и контакт крови с субэндотелием, ведущий к
связыванию фактора VIIa и тканевого фактора (рис.4).
(рис.4)
Тканевой фактор в мембране и активация фактора X. Рисунок показывает
структуру тканевого фактора (черный) в мембране со связанным фактором
VIIa (серый), справа изображен связанный с мембраной фактор X.Справа
тканевой фактор, не связанный с иными белками.
Образование протромбиназы по внешнему пути происходит чрезвычайно
быстро (за 20—30 с), ведет к появлению небольших порций тромбина (IIа),
который способствует необратимой агрегации тромбоцитов, активации
факторов VIII и V и значительно ускоряет формирование протромбиназы по
внутреннему механизму. Инициатором внутреннего механизма образования
протромбиназы является фактор XII, который активируется травмированной
поверхностью стенки сосуда, кожей, коллагеном, адреналином, в
лабораторных условиях — при контакте со стеклом, после чего переводит
фактор XI в XIa. В этой реакции может принимать участие калликреин.
Фактор XIa оказывает непосредственное влияние на фактор IX, переводя его
в фактор IXa. Специфическая деятельность последнего направлена на
протеолиз фактора X и протекает при обязательном участии фактора VIII
(или VIIIa).
В результате поступления в кровь из тканей и клеток тканевого
тромбопластина (комплекса апопротеина III с фосфолипидным компонентом)
и активации фактора VII, а также активации фактора XII и образуется
протромбин.
Следующие стадии, начиная с активации протромбина (II), протекают
одинаково для обоих механизмов свертывания крови.
Во вторую фазу осуществляется переход фактора II в фактор IIа под
влиянием протромбиназы (фактор Ха) в присутствии фактора V (Va) и
сводится к расщеплению протромбина, благодаря чему появляется фермент
тромбин, обладающий свертывающей активностью. Содержание
протромбина в плазме здорового человека составляет 0.1-0.15гр на литр. Для
образования протромбина в печени необходим витамин K, поэтому
недостаток этого витамина приводит к нарушению свертываемости крови.
Третья фаза носит этапный характер. Активный фермент тромбин начинает
расщеплять фибриноген, который превращается в фибрин и далее
полимеризуется. Все предыдущие действия система совершала именно для
этого превращения, а именно превращения жидкой крови в гель. Для этого
рассмотрим белок фибриноген.
Рис.5
Фибриноген. Основа молекулы составлена из трёх пар полипептидных цепей
альфа, бета и гамма расположены зеркально. FPA и FPB – фибринопептиды
A и B.
Белок фибриноген имеет выраженную неглобулярную форму и постоянно
пристуствует в крови. Он напоминает стрежень или эллипсоид длиной 45-50
нм и толщной 5-7 нм (рис. 5, А). Фибриноген является димером (сложная
молекула, составленная из двух фрагментов более простых молекул),
состоящим из двух половинок, каждая из которых состоит их трёх
полипептидных цепей: Aα, Bβ, γ. Эти половинки ковалентно связаны на
своих N-концах. В области этих N-концов, в центре молекулы, находятся
активные сайты. Активация этих сайтов осуществляется тромбином путем
отрезания фибринопептидов A и B, закрывающих активные сайты, которые
также называются сайтами A и B. В силу симметрии, на каждую молекулу
отрезается по два фибринопептида каждого типа. Отщепление
фибринопептидов A всегда происходит заметно быстрее, и является
необходимым и достаточным для полимеризации. молекула фибриногена
также несет комплементарные сайты a и b, по два на молекулу. Две молекулы
могут формировать A:a связи и строить фибриновую нить (рис. 5Б). Когда на
этих нитях обрезаны фибринопептиды B, две нити могут латерально
агрегировать, склеиваясь по B:b связям, и формировать фибриновое волокно.
Это волокно дополнительно укрепляется поперечным сшивками,
производимыми фактором XIIIa, который также активируется тромбином.
Волокна могут разветвляться, образуя трехмерную сеть фибринового
сгустка, изображенную на рис.5, В.
Рис.5
Фибриновая нить.
Рис.5
Сеть фибринового сгустка.
В этой фибриновой сети задерживаются форменные элементы крови,
формируется кровяной сгусток (тромб), который уменьшает или полностью
прекращает кровопотерю.
Спустя некоторое время после образования сгустка тромб начинает
уплотняться, и из него выдавливается сыворотка. Этот процесс
называется ретракцией сгустка. Он протекает при участии сократительного
белка тромбоцитов (тромбостенина) и ионов кальция. В результате
ретракции тромб плотнее закрывает поврежденный сосуд и сближает края
раны.
Одновременно с ретракцией сгустка начинается постепенное
ферментативное растворение образовавшегося фибрина - фибринолиз, в
результате которого восстанавливается просвет закупоренного сгустком
сосуда. Расщепление фибрина происходит под влиянием плазмина
(фибринолизина), который находится в плазме крови в виде профермента
плазминогена, активирование которого происходит под влиянием
активаторов плазминогена плазмы и тканей. Он разрывает пептидные связи
фибрина, в результате чего фибрин растворяется.
Ретракцию кровяного сгустка и фибринолиз выделяют как дополнительные
фазы свертывания крови.
3. Тромбоцитарный гемостаз.
Теперь обратимся к первичному или сосудисто - тромбоцитарному
гемостазу.
У здорового человека кровотечение из мелких сосудов при их повреждении
останавливается за 1–3 мин. Это происходит, главным образом, за счет
адгезии и агрегации тромбоцитов и, в меньшей степени, спазма
микрососудов. Пусковую роль в этом процессе играет повреждение стенок
кровеносных сосудов и обнажение субэндотелиальных тканевых структур, в
частности, коллагена (рис. 6). Под действием коллагена и содержащегося в
субэндотелии так называемого фактора Виллебранда (FW или ФВ)
происходит быстрая активация тромбоцитов, которые, изменяя свою форму,
набухая и образуя шиповидные отростки (рис. 7), прилипают (адгезируют) к
волокнам соединительной ткани по краям раны (рис. 8).
Адгезия (прилипание) тромбоцитов к субэндотелию поврежденных
кровеносных сосудов является, таким образом, начальным этапом сосудистотромбоцитарного гемостаза и связана со взаимодействием трех его
компонентов: 1) специфических рецепторов мембран тромбоцитов
(гликопротеина Iв, IIб, IIIа); 2) коллагена; 3) фактора Виллебранда и
некоторых других белков (тромбоспондин, фибронектин). Последний
образует своеобразные мостики между коллагеном субэндотелия сосудов и
рецепторами (Iв) тромбоцитов (рис. 9).
Рис.6
Повреждение стенки сосуда.
Рис.7
Активация тромбоцитов под действием коллагена (К) обнажившихся
cубэндотелиальных тканевых структур и фактора Виллебранда (ФВ).
Рис.8
Адгезия (прилипание) тромбоцитов к субэндотелию поврежденного сосуда.
Рис.9
Образование «мостиков» между волокнами коллагена и рецепторами Ib
тромбоцитов.
Фактор Виллебранда имеет три активных центра, два из которых
связываются с экспрессированными рецепторами тромбоцитов, а один — с
рецепторами субэндотелия и коллагеновых волокон. Таким образом,
тромбоцит с помощью FW оказывается «подвешенным» к травмированной
поверхности сосуда.
Рис.10
Агрегация тромбоцитов и образование тромбоцитарного тромба («белого
тромба»).
Одновременно с адгезией наступает агрегация тромбоцитов, осуществляемая
с помощью фибриногена — белка, содержащегося в плазме и тромбоцитах и
образующего между ними связующие мостики, что и приводит к появлению
тромбоцитарной пробки (рис.10).
Важную роль в адгезии и агрегации играет комплекс белков и полипептидов,
получивших наименование «интегрины». Последние служат связующими
агентами между отдельными тромбоцитами (при склеивании друг с другом)
и структурами поврежденного сосуда. Агрегация тромбоцитов может носить
обратимый характер (вслед за агрегацией наступает дезагрегация, т. е. распад
агрегатов), что зависит от недостаточной дозы агрегирующего
(активирующего) агента.
Из тромбоцитов, подвергшихся адгезии и агрегации, усиленно
секретируются гранулы и содержащиеся в них биологически активные
соединения — АДФ, адреналин, норадреналин, фактор Р4, ТхА2 и др. (этот
процесс получил название реакции высвобождения), что приводит к
вторичной, необратимой агрегации. Одновременно с высвобождением
тромбоцитарных факторов происходит образованием тромбина, резко
усиливающего агрегацию и приводящего к появлению сети фибрина, в
которой застревают отдельные эритроциты и лейкоциты.
Благодаря контрактильному белку тромбостенину тромбоциты
подтягиваются друг к другу, тромбоцитарная пробка сокращается и
уплотняется, т. е. наступает ее ретракция.
В норме остановка кровотечения из мелких сосудов занимает 2—4 мин.
4. Заключение.
Система гемостаза представляет собой сложную систему биофизических и
биохимических реакций, которые запускаются при нарушении целостности
сосудистой системы. В данной работе я постаралась раскрыть основные
механизмы работы этой системы.
5.Литература.
1.Физиология человека (том 2). Шмидт Р. Тевс Г.
2.Кровь и кровяные клетки. Pedro Silva.
Физиология человека под редакцией В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько
3.Практическая коагулология. М. А. Пантелеев, С. А. Васильев, Е. И.
Синауридзе, А. И. Воробьев, Ф. И. Атауллаханов. Под редакцией А.И.
Воробьева
4.Внутренние болезни. Сердечно-сосудистая система. Г. Е. Ройтберг, А. В.
Струтынский.
5.Пространственная динамика свертывания крови. А. А. Бутылин, М. А.
Пантелеев, Ф. И. Атауллаханов.
6.Биохимия свертывания крови. М. А. Пантелеев, Ф. И. Атауллаханов.