Сучасний погляд на функцію системи гемостазу

Стасишин Олександра Василівна — доктор медичних наук, провідний науковий співробітник
ДУ «Інститут патології крові та трансфузійної медицини НАМН України», Львів

Вступ: біологічна роль, компоненти та основні механізми гемостазу

Кров — багатофункціональна тканина, що складається з плазми крові та клітинних елементів, яка для виконання своїх функцій повинна залишатися в рідкому стані. Реологічні властивості крові забезпечуються системою гемостазу. Це — біологічна система, що при взаємодії з ендотеліальними клітинами забезпечує не лише збереження рідкого стану крові, але й її згортання при пошкодженні судин для запобігання надмірній крововтраті, а також для розчинення тромбів, які виконали свою функцію. Раніше вважали, що гемостаз має двоєдине завдання — збереження рідкого стану крові в нормі та зупинку кровотечі при пошкодженні судини, але останні дані свідчать, що система гемостазу має набагато глибше значення. Так, сучасні автори вважають, що значення екстравазальних (периваскулярних) механізмів гемо­стазу полягає у взаємодії із запаленням, включно з відмежуванням інфекційного джерела, вогнищ деструкції, створенні умов для ефективного фагоцитозу, а також участі у репаративних процесах.

Різноманіття завдань, що стоять перед системою гемостазу, зумовило високу складність цієї системи. Гемостаз забезпечується декількома взаємопов’язаними структурно-функціональними компонентами, до яких належать коагулянтна ланка (плазмові фактори), антикоагулянтна ланка (фізіологічні антикоагулянти), фібринолітична система, клітинні фактори формених елементів крові, фактори згортання і фібринолізу судинної стінки та навколишніх тканин. Їх взаємодія дозволяє системі гемостазу знаходитися в межах фізіологічних коливань: між гіпо- та гіперкоагуляцією. Для збереження крові у фізіологічному стані необхідна структурна та функціональна цілісність судинного ендотелію. При будь-якому пошкодженні тканин основним фізіологічним бар’єром є стінка мікросудини і моношар ендотеліальних клітин, які відповідають на ушкодження вазоконстрикцією, ендотелій судин трансформується в потужну прокоагулянтну поверхню, яка сприяє адгезії тромбоцитів та лейкоцитів. Залежно від розміру ушкодженої судини визначають два основні механізми гемостазу: судинно-тромбоцитарний та коагуляційний. Перший забезпечує зупинку кровотечі у мікроциркуляторних судинах (<100 мкм) із низьким артеріальним тиском. Так, при ушкодженні ендотелію дрібних судин відбувається рефлекторний спазм із подальшим утворенням тромбоцитарного згустку. Однак у судинах діаметром >100 мкм з високим тиском та швидкістю кровотоку тромб не витримує та вимивається. Тому в таких судинах згортання крові здійснюється шляхом гемокоагуляційного гемостазу з формуванням міцнішого фібринового тромбу.

Сучасна клітинна модель гемостазу

До коагуляційного гемостазу входять фактори згортання крові, ініціація яких починається з ушкодження судини. Протягом багатьох років не існувало моделі, здатної пояснити складні процеси взаємодії різних факторів згортання крові, що приводять до зупинки кровотечі. У 1905 р. П. Моравіц (P. Morawitz) представив світу 4-факторну модель гемостазу, в якій кальцій служив каталізатором реакції перетворення протромбіну в тромбін, а останній відповідав за перетворення фібрину в фібриноген (рис. 1) (Owen С.А. et al., 2001). Однак ця теорія не пояснювала причини, чому у пацієнтів із нормальним рівнем цих факторів були наявні кровотечі. Наступним етапом історії гемостазу стало створення каскадної моделі, яка була запропонована у 1964 р. та існувала >50 років (Davie E.W., Ratnoff O.D., 1964; Macfarlane R.G., 1964). Запропонована схема описувала послідовність реакцій активації компонентів плазми крові, які беруть участь у згортанні крові, та включала три шляхи активації коагуляції: внутрішній, зовнішній та загальний (рис. 2) (Ferreira C.N. et al., 2010).

Зовнішній шлях отримав таку назву, оскільки ініціювався елементами, в нормі відсутніми у внутрішньосудинному просторі. Так, для його ініціації необхідний тканинний фактор (TF), розміщений в субендотеліальному просторі. При цьому взаємодія субендотеліального простору з кров’ю виникає тільки при травматизації стінки судини. Цей шлях ініціюється при контакті TF із фактором VII (FVII), що сприяє активації останнього й утворення комплексу FVIIa-TF, який активує фактори IX (FIX) і Х (FX). У свою чергу, FXa разом із фактором V (FV) утворюють протеолітичний комплекс, який бере участь у реакції перетворення протромбіну в тромбін та утворення фібринового згустку. Внутрішній шлях ініціювався компонентами, наявними у внутрішньосудинному просторі. Так, фактор XII (FXII) був активований при контакті з колагеном, що ініціює його активацію та утворення білкових комплексів, включно з калікреїном і високомолекулярним кініногеном (ВМК). Далі каскадом активуються фактори XI (FXI) та FIX. При цьому FIX здатний утворювати комплекс із фактором VIII (FVIII), що в подальшому сприяє активації фактора X. Загальний шлях об’єднував зовнішній і внутрішній шляхи та охоплював утворення протромбіназного комплексу, який представлений FXa, FVa, Ca²⁺ і фосфоліпідами (ФФ) та відповідає за частковий протеоліз протромбіну, тим самим перетворюючи його у тромбін. Далі під дією тромбіну відбувається трансформація фібриногену в фібрин.

Рис. 1. Класична теорія гемостазу

Рис. 2. Каскадна модель гемостазу

FХІІІ–ХІІІ фактор згортання крові.

Необхідність перегляду каскадної моделі гемостазу була зумовлена новими даними про роль клітинних структур у коагуляційних реакціях. Так, дуже важливі для розуміння фізіології гемостазу дані, отримані M. Hoffman та D.M. Monroe (2001), щодо оцінки динаміки утворення тромбіну. Результати цього дослідження продемонстрували, що різні коагуляційні фактори локалізуються на поверхнях субендотеліальних клітин і тромбоцитів, що й дозволило переглянути каскадну модель гемостазу. Однак ця модель все ще не втратила своєї актуальності, оскільки є більш придатною для розуміння базових методів лабораторної діагностики. Так, каскадна модель з успіхом інтерпретує скринінгові коагуляційні тести, в яких штучно змодельовано умови активації FX:

• внутрішній шлях: час згортання венозної крові (за Лі — Уайтом), активований час рекальцифікації, активований парціаль­ний (частковий) тромбопластиновий час (АПТЧ);
• зовнішній шлях: протромбіновий час (ПЧ).

Зазвичай лабораторні тести можуть відображати рівень факторів згортання крові, але не здатні передбачати ризик кровотечі. Крім того, процеси коагуляції, які можна спостерігати in vitro, не відображають повної картини процесів гемостазу in vivo. Так, каскадна модель не в змозі пояснити причини, чому:

• активація FX по зовнішньому шляху через комплекс FVIIа–TF не компенсує недостатності FVIII та FIX;
• відповідно, дефіцит FVII не компенсується FVIII та FIX;
• дефіцит FXII, як і дефіцит ВМК та прекалікреїну, не викликає схильності до кровотеч, хоча внутрішній шлях починається з його активації;
• дефіцит FXI клінічно відчувається набагато легше порівняно з дефіцитом FVIII та FIX (Furie B., Furie B.C., 1992; Heemskerk J.W.M. et al., 2013).

Сучасна модель гемостазу — клітинна, або клітинноасоційована, відповідно до якої активацію, локалізацію та концентрацію коагуляційних білків забезпечують аніонні ФФ мембран, рецептори і місця зв’язування клітин (тромбоцитів, ендотеліоцитів, лейкоцитів). Клітинна модель гемостазу описує гемостатичний процес, що відбувається за сучасними уявленнями in vivo та не заперечує реакції взаємодії і властивості факторів системи гемостазу, протизгортаючої (ПЗС) і фібринолітичної систем, представлених у класичній каскадній моделі гемостазу. Клітинна модель визнає наявність зовнішнього та внутрішнього шляху згортання, але істотно їх модифікує. Система гемостазу складається з факторів згортання, більшість з яких — протеїни, які в невеликій кількості циркулюють у плазмі крові як неактивні проензими (зимогени). Відповідно до клітинної моделі гемостазу, процес згортання крові представлений у вигляді трьох фаз: ініціації (initiation), посилення (amplification) і поширення (propagation), кожна з яких включає декілька послідовних стадій (рис. 3) (Schastlivtse I.V. et al., 2019).

Рис. 3. Сучасна схема гемостатичних реакцій

Фаза ініціації:

• Утворення комплексу TF-VIIa-Ca²⁺;
• активація IX і X факторів;
• утворення тромбіну.

Перший етап ініціації починається з того, що внаслідок травматизації судинної стінки кров контактує із клітинами, на мембрані яких розташований TF, що дозволяє FVII створити комплекс TF-VIIa-Ca²⁺, який у подальшому сприяє активації FIX і FX. При цьому за механізмом позитивного зворотного зв’язку FXa стимулює утворення нових порцій FVIIа. FXa активує FV, що дозволяє утворити комплекс Va-Xa-Ca²⁺, який бере участь в утворенні невеликих порцій тромбіну. Останній відіграє важливу роль у стадії ампліфікації. Крім того, у фазі ініціації наявні механізми, спрямовані на обмеження утворення тромбіну, — так звана ПЗС, що включає специфічний інгібітор шляху тканинного фактора (TFPI), що зв’язує FXа, утворюючи комплекс TFPI-FXa, який здатен пригнічувати TF-VIIa-Ca²⁺, та антитромбін III, який інгібує тромбін та FXa в момент переходу їх з поверхні клітин, які містять TF, в навколишнє середо­вище.

Фаза посилення (ампліфікації) відбувається на поверхні тромбоцитів і включає такі стадії:

• активація тробоцитів, FV, FVIII і FXI;
• утворення тенази, протромбінази і тромбіну.

Тромбін сприяє активації тромбоцитів та їх адгезії на пошкодженій поверхні судини. Активовані тромбоцити вивільняють у плазму крові серотонін, аденозиндифосфат, фактор Віллебранда (vWF), фібриноген та інші фактори, що сприяють процесу гемостазу. Далі тромбін активує FV, FVIII, що пов’язані з vWF та FXI, які розміщені безпосередньо на мембрані тромбоцитів. Важливо пам’ятати, що FVIII перебуває в комплексі з vWF, який перешкоджає його руйнуванню. Коли відбувається активація FVIII, цей комплекс руйнується, дозволяючи vWF брати участь у процесах адгезії та агрегації тромбоцитів. FVIII за участю ФФ та Ca²⁺ утворює комплекс із FIXа, який має назву «теназа/теназний комплекс» та здатен активувати FX. Останній може утворювати комплекс із FVа, який має назву «протромбіназа» і відповідає за так званий «тромбіновий вибух» — утворення значної кількості тромбіну, що сприяє­ утворенню стабільного фібринового згустку.

Третя фаза має назву поширення, або пропагація, та включає дві стадії:

• утворення фібрину;
• утворення фактора FXIIIa та фібринового згустку.

Фаза характеризується активацією FIX з подальшим утворенням теназного комплексу, що сприяє утворенню нових порцій протромбінази, часткового протеолізу протромбіну та, відповідно, утворення нового тромбіну. Перша стадія утворення тромбіну характеризується тим, що тромбін бере участь у реакції активації фібриногену, що, відповідно, призводить до перетворення останнього в фібрин-мономер, який в подальшому утворює фібриновий згусток. Крім того, під впливом тромбіну відбувається активація FXIII, так званого фібринстабілізуючого фактора, який сприяє утворенню міжмолекулярних глутаміл-лізилових ізопептидних зв’язків між ланцюгами фібрину, підвищуючи механічну стабільність фібрину та стійкість фібринового згустку до лізису.

Спочатку створення клітинної моделі автори описували три стадії гемостазу, остання з яких характеризувалася утворенням фібринового згустку. Однак функція системи гемостазу полягає не лише в зупинці наявної кровотечі, але і в збереженні рідкого стану крові, тому сьогодні деякі автори виокремлюють ще одну фазу гемостазу — термінацію. Зазначимо, що автори клітинної моделі гемостазу одразу описали механізми, які перешкоджають тромбоутворенню за межами пошкодженої ділянки, при цьому не виділяючи процеси гальмування коагуляції в окрему стадію. Процеси згортання крові перебувають під постійним контролем ПЗС — сукупність фізіологічних механізмів, спрямованих на збереження рідкого стану крові, що перешкоджають гемокоагуляції. ПЗС включає так звані фізіологічні антикоагулянти, до яких належать вищезазначені TFPI та антитромбін III, протеїн С та його кофактор, протеїн S. Саме ці речовини беруть участь у фінальній стадії гемостазу. Як відомо, TFPI, окрім зв’язування FXа, має здатність зв’язувати FVIIa і TF, утворюючи комплекс, що інактивує раніше активовані фактори згортання і, таким чином, обмежує коагуляцію (Malý М.А. et al., 2007). Протеїн С, активований під впливом комплексу тромбін-тромбомодулін, разом з його кофактором протеїном S, інактивують FVa і FVIIIа. Антитромбін III інгібує тромбін та FХa в момент переходу їх із поверхні клітин, які містять TF в навколишньому середовищі.

Таким чином, каскадна модель гемостазу корисна щодо трактування лабораторних показників, однак вона не пояснює процесів гемостазу in vivo. Створення клітинної моделі дозволило правильно інтерпретувати патофізіологічні механізми порушення гемостазу.

Список використаної літератури

• Davie E.W., Ratnoff O.D. (1964) Waterfall sequence for intrinsic blood clotting. Science, 145(3638): 1310–1312. doi: 10.1126/science.145.3638.1310.
• Ferreira C.N., Sousa M. O., Dusse L.M.S. et al. (2010) O novo modelo da cascata de coagulação baseado nas superfícies celulares e suas implicações. Rev. Bras. Hematol. Hemoter. vol.32 no.5 (https://doi.org/10.1590/S1516-84842010000500016).
• Furie B., Furie B.C. (1992) Molecular and cellular biology of blood coagulation. N. Engl. J. Med., 326(12): 800–806. doi: 10.1056/NEJM199203193261205.
• Heemskerk J.W.M., Mattheij N.J.A., Cosemans J.M.E.M. (2013) Platelet-based coagulation: different populations, different functions. J. Thromb.Haemost., 11(1): 2–16. doi: 10.1111/jth.12045.
• Hoffman M., Monroe D.M. (2001) A cell-based model of hemostasis. Thromb. Haemost., 85(6): 958–965. doi: 10.1055/s-0037-1615947.
• Macfarlane R.G. (1964) An enzyme cascade in the blood clotting mechanism, and its function as a biochemical amplifier. Nature, 202: 498–499. doi: 10.1038/202498a0.
• Malý M.A., Tomasov Р., Hájek Р. et al. (2007) The role of tissue factor in thrombosis and hemostasis. Physiol. Res., 56(6): 685–695.
• Owen C.A., Nichols W.L., Bowie E.J.W. (2001) A history of blood coagulation. Mayo Foundation for Medical Education and Research.
• Schastlivtse I.V., Lobastov K.V., Tsaplin S.N. et al. (2019) Modern view on hemostasis system: cell theory. Meditsinskiy sovet = Med. Council., 16: 72–77. (In Russian). doi: 10.21518/2079-701X-2019-16-72-77.

За підтримки ТОВ «Такеда Україна»
VV-MEDMAT-29972

Пройти тест