участвует в свертывании крови какой витамин участвует в свертывании крови
Жирорастворимые витамины (A,D,E,K) (венозная кровь) в Москве
Исследование позволяет определить концентрацию жирорастворимых витаминов A, D, E, K в крови для диагностики их избытка или недостатка в организме.
Приём и исследование биоматериала
Когда нужно сдавать анализ Жирорастворимые витамины (A,D,E,K)?
Подробное описание исследования
Витамины являются жизненно необходимыми веществами для организма. Жирорастворимые витамины, в отличие от водорастворимых, способны накапливаться в печени и жировой ткани, а в больших дозах могут быть токсичными. Как избыток (гипервитаминоз), так и недостаток (гиповитаминоз) витаминов A, D, E, K может вызывать нарушения в организме.
Витамин А, или ретинол, поступает в основном с растительной пищей (томаты, морковь). Микронутриент необходим для роста и развития тканей — эмбриональной, хрящевой, костной; нормальной работы клеток эпителия, выстилающего внутренние органы (например, легких). Также витамин А обладает антиоксидантными свойствами. Его производное — ретиналь — компонент палочек сетчатки глаза, которые отвечают за сумеречное зрение. При гиповитаминозе витамина А человек начинает хуже видеть в темноте — куриная слепота, — возникает сухость глаз, повышается риск развития конъюнктивитов.
Особенно важно адекватное поступление витамина А в период беременности, поскольку он участвует в росте и развитии плода. Так как ретинол накапливается в печени, его дефицит может проявляться через некоторое время при недостаточном поступлении с пищей. Гипервитаминоз встречается редко и в основном связан с чрезмерным употреблением продуктов или препаратов, содержащих витамин А.
Витамин D — ключевой микронутриент, необходимый для нормального развития костей. Существует в двух формах: D2 (эргокальциферол), который поступает в организм с пищей, и D3 (холекальциферол), синтезирующегося в коже под воздействием ультрафиолетовых лучей. Из этих форм в результате метаболических превращений — в виде двух последовательных реакций гидроксилирования в печени и почках — образуется активная форма витамина D — кальцитриол, который регулирует кальций-фосфорный обмен. Он способствует повышению кальция в крови путем усиления его всасывания в кишечнике, реабсорбции в почках и выхода из костной ткани. Также он выполняет множество других биологических функций: участвует в росте тканей, обеспечении нервно-мышечной проводимости, поддержании иммунитета, регуляции процессов воспаления.
Гиповитаминоз у детей приводит к возникновению рахита. Заболевание проявляется нарушением формирования костной ткани и развитием остеомаляции (размягчения костей), которая характеризуется деформациями черепа, грудной клетки, ребер, поздним прорезыванием зубов. У взрослых дефицит витамина D вызывает повышенную ломкость костей, боли в них, мышечную слабость. Гипервитаминоз характеризуется тошнотой, рвотой, повышенной жаждой. При длительном избыточном поступлении витамина D соли кальция откладываются на стенках сосудов, что приводит к развитию сердечно-сосудистых заболеваний.
Витамин Е обладает выраженными антиоксидантными свойствами. Большое количество содержится в бобовых, растительном масле и яйцах. Данный микронутриент защищает мембраны клеток от окисления (действия свободных радикалов кислорода), особенно в мышцах и головном мозге, участвует в реакциях для получения энергии. Дефицит витамина приводит к неврологическим нарушениям (атаксии, снижению поверхностной и глубокой чувствительности), мышечным дисфункциям (слабости, истончению миокарда). При гипервитаминозе могут наблюдаться различные патологии пищеварительного тракта.
Витамин К влияет на процессы свертывания крови. Содержится в растительных и мясных продуктах, а также синтезируется бактериями в толстом кишечнике. Он участвует в образовании плазменных факторов свертывания крови, с помощью которых происходит остановка кровотечения, а также белка — остеокальцина, который способствует минерализации костной ткани. Другие витамин-К-зависимые белки отвечают за рост гладких мышц, обеспечивают подвижность сперматозоидов.
Снижение уровня витамина К у младенцев в первые месяцы после рождения повышает риск развития гемолитической болезни новорожденных и кровоизлияний во внутренние органы. У взрослых дефицит витамина К проявляется повышенной кровоточивостью при незначительных травмах и удалении зубов, обильными менструациями, кровоизлияниями под кожу.
Таким образом, комплексный анализ на жирорастворимые витамины позволяет выявить их недостаток или избыток и своевременно принять меры для восстановления их баланса в организме.
Витамин К
Витамин К — показатель, использующийся для оценки содержания витамина К в крови.
Оценка содержания витамина K в крови
Витамин К (koagulations vitamin) — жирорастворимый витамин, необходимый для нормального свертывания крови.
Биологическая роль витамина K и заболевания, ассоциированные с его дефицитом
Основная биологическая роль этого витамина реализуется при его участии в реакциях каскада свертывания крови и образования тромба для остановки кровотечения, а также в реакциях формирования костной ткани. Витамин К является кофактором фермента гамма-карбоксилазы, участвующей в свертывании крови ряда факторов свертывания: фактора II (протромбина), фактора VII (проконвертина), фактора IX (Кристмас-фактор), фактор X (фактор Стюарта). При недостаточности витамин К процесс свертывания крови удлиняется, что может стать причиной повышенной кровоточивости и приводить к развитию кровотечений. Кроме того, витамин К необходим в синтезе белка остеокальцина, являющегося неколлагеновым белком костного матрикса. После синтеза остеобластами остеокальцин способен связывать кальций, участвуя, таким образом, в нормальном образовании костной ткани. При недостатке витамина К происходит снижение активности реакций карбоксилирования остеокальцина в результате чего нарушается процесс минерализации костной ткани и активируется развитие остеопороза.
Основные источники витамина К
Витамин К существует в нескольких формах, отличающихся по строению и источникам, в которых он содержится. Витамин К1 — филлохинон, в основном содержится в растительной пище и пищевых продуктах животного происхождения. Наибольшее количество содержится в шпинате, капусте, растительных маслах. Витамин К2 — менахинон, синтезируется бактериальной флорой кишечника человека. Основное количество витамина К поступает с пищей в виде филлохинона. Витамин К устойчив при кулинарной обработке продуктов.
Основные показания для назначения
Повышенная кровоточивость; при необходимости в комплексе с другими аналитами при остеопорозе.
Участвует в свертывании крови какой витамин участвует в свертывании крови
Комплексный анализ основных витаминов и микроэлементов, необходимых для нормального гемопоэза, используемый для диагностики заболеваний крови, в том числе анемии.
Основные микронутриенты гемопоэза, дефицит микронутриентов при анемии, анализы при анемии.
Hemopoiesis, vitamins and trace elements, Micronutrients in anemia, Nutrient status in anemia.
Высокоэффективная жидкостная хроматография.
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Как правильно подготовиться к исследованию?
Общая информация об исследовании
Гемопоэз – комплексный процесс, включающий формирование и последовательное созревание клеток трех основных гемопоэтических ростков (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов). В норме у взрослого человека и ребенка функцию кроветворения выполняет красный костный мозг, сосредоточенный преимущественно в плоских костях и эпифизах трубчатых костей. Часть соединений, необходимых для гемопоэза, человеческий организм способен вырабатывать самостоятельно (АТФ, глицин, фосфолипиды). Однако значительную роль в процессе гемопоэза играют соединения, которые в естественных условиях организмом не синтезируются, – витамины и микроэлементы. Их поступление полностью зависит от качества питания.
Организации, занимающиеся разработкой рекомендаций по диетологии, периодически пересматривают и публикуют рекомендованные суточные нормы потребления витаминов и микроэлементов, рассчитанные для среднестатистического здорового человека определенной возрастной группы. Так, например, норма железа составляет 11 мг/сутки для младенца женского или мужского пола, 8 мг/сутки – для взрослого мужчины и 18 мг – для взрослой женщины, а беременные женщины должны получать не менее 27 мг железа в сутки. Дефицит или, наоборот, избыток этих соединений может оказывать негативное влияние на процесс гемопоэза.
Наибольшее клиническое значение имеет анемия, обусловленная дефицитом железа, фолиевой кислоты (витамин В9), витамина В12 (цианокобаламин) и В6 (пиридоксаль-5-фосфат). Несмотря на разную этиологию, различные формы анемии, однако, имеют схожую симптоматику в виде повышенной утомляемости, одышки и учащенного сердцебиения. По этой причине диагностика анемий и других нарушений кроветворения носит комплексный характер. Очень информативным является комплексное исследование, включающее витамины и микроэлементы, нарушение метаболизма которых может быть причиной заболевания.
Железо и витамин B6 необходимы для синтеза гема молекулы гемоглобина, а их дефицит приводит к нарушению созревания эритроцитов. Железодефицитная анемия (ЖА) – это самая частая форма анемии как среди взрослого населения, так и у детей. Причинами ЖА могут быть алиментарный дефицит железа (например, вегетарианство), кровопотеря (например, обильные менструации, частые носовые кровотечения), хроническое кровотечение пищеварительного тракта (язвенная болезнь желудка, геморрой), инфекционные заболевания (глистные инвазии), заболевания тонкой кишки (целиакия) и прием лекарственных средств (холестирамин, омепразол), затрудняющие всасывание железа. ЖА можно заподозрить при выявлении у пациента микроцитарной (MCV менее 80 мкм 3 ) анемии, а также некоторых других клинико-лабораторных характеристик крови: анизоцитоза (увеличение RDW) и гипохромии эритроцитов, а также тромбоцитоза.
Изолированный дефицит витамина В6 встречается достаточно редко, однако он является распространенным осложнением лечения изониазидом, циклосерином и пеницилламином. Клинико-лабораторные признаки анемии, обусловленной дефицитом витамина В6, напоминают таковые при железодефицитной анемии – характерны микроцитоз и гипохромия, – показатели обмена железа при этом, однако, в норме.
Железо, фолиевая кислота и витамины В12 и В6 являются ключевыми компонентами кроветворения. Роль других микронутриетов также важна, однако не является определяющей. Так, например:
Дефицит этих, а также некоторых других микронутриентов может сопровождаться нарушением кроветворения.
Таким образом, к нарушению кроветворения, и в первую очередь к анемии, может приводить дефицит достаточно широкого спектра соединений. Комплексное исследование позволяет заподозрить причину заболевания. В некоторых случаях, однако, могут потребоваться дополнительные исследования, в том числе морфологическое исследование костного мозга.
Для чего используется исследование?
Когда назначается исследование?
Что означают результаты?
Причины понижения показателей:
Причины повышения показателей:
Что может влиять на результат?
Кто назначает исследование?
Терапевт, врач общей практики, педиатр, гематолог.
Витамины для свертываемость крови
Витамины играют немаловажную роль в жизнедеятельности человека, здоровье его организма. Без них невозможна полноценная работа сердечно-сосудистой системы. Разжижать, ответить за свертываемость крови должны витамины К, Е. Они представляют группу коагулянтов, антиоксидантов, необходимых для полноценного кровотока. Как правильно принимать витамины, какую роль они играют для организма человека, расскажет статья.
Самый важный витамин для крови 
Витамин К представляет комплекс, это не единственное вещество, помогающее кровеносной системе. Название происходит от слова коагулянты – группа компонентов, в совокупности отвечающих за образование проконвертина, белков протромбина, продуцирующих печенью. Они оказывают огромное действие на свертываемость крови, помогают избежать кровотечения при серьезных травмах.
Витамин К помогает в свертываемости крови, коагулянты поступают в организм посредством сбалансированного питания. Включая в меню определенные продукты, можно способствовать улучшению кровотока.
Медики говорят, какой витамин отвечает за кровотечение — и это витамин К. Информация необходима людям с его пониженным его содержанием. В случаях экстренной потери крови, дефицит вещества приводит к серьезным осложнениям со здоровьем, смерти больного.
Суточная дозировка витамина К
Содержание витамина К должно быть равновесным. Его переизбыток или дефицит негативно отражается на самочувствии человека, свертывании крови. Ежедневная доза измеряется микрограммами. Перед применением следует проконсультироваться с лечащим врачом.
Норма потребления витамина К зависит от возраста пациента. Инструкция по применению витамина рекомендует дозировку:
Оптимальная доза, рекомендованная к применению витамина К, постоянно меняется в зависимости от свертывания. Ученые стараются найти баланс в применении компонента.
Причины дефицита
Ученые и медики говорят, антикоагулянты редко находятся в организме в пониженном количестве. Как правило, вещество присутствует в ежедневном меню обычного человека. Многочисленные опыты доказали, жители Европы меньше всего подвержены К-дефициту и свертываемость у них нормальная.
Причиной развития недостатка антикоагулянтов становятся:
Важно знать, как проявляется гиповитаминоз:
Гипервитаминоз К
Переизбыток важного компонента чаще встречается в Европейских странах и только у младенцев. Возникает в результате неправильного режима дозирования витамина. Его назначают дополнительно при недостаточности ферментов печени, тогда страдает свертываемость.
Симптомами гипервитаминоза становятся:
Витаминные комплексы для крови
Антикоагулянты принято получать естественным путем посредством питания. По редким показаниям пациенту требоваться дополнительно принимать витамин. Заменить его может синтетический аналог.
Современная фармакология предлагает на выбор несколько витаминных комплексов с содержанием витамина К:
Лечение витамином проходит под строжайшим наблюдением врача, чтобы избежать передозировки.
Пищевые источники
Обратить внимание стоит на зеленый цвет, где К содержится в большем количестве. Продукты, богатые коагулянтами, это:
Меньше коагулянта по содержанию имеют следующие продукты питания:
Специалисты советуют обратить внимание на рыбий жир. Помимо минимального содержания антикоагулянтов, он имеет многочисленные полезные вещества, необходимые взрослым и детям.
Как витамин Е влияет на свертывание
Витамин Е или токоферол, оказывает так же положительное влияние на процесс свертывания крови. Компонент разжижает густую плазму, оказывает профилактическое свойство при тромбозе, варикозе, тромбофлебите. Большое значение имеет норма потребления витамина Е.
Его нередко применяют в качестве комплексной терапии при:
Витамин Е оказывает на свертываемость крови положительное влияние, ускоряет увеличение мышечной массы, предупреждает появление тромбов. Благоприятно воздействует на женский организм. Его применяют при сухости кожи, снижении либидо, постоянной депрессии.
Приобрести синтетическую форму можно в аптеке, в виде масляного раствора. Выпускается в капсулах витамин Е для орального применения. В форме раствора выпускается Токоферола Ацетат, применяемый в стоматологии, гинекологии, как средство местного действия.
Можно приобрести комплексы, содержащие витамин Е:
В жизни любого человека компонент является необходимым показателем, витамин е участвует в процессе очищения организма от холестерина. Артерии засоряются из-за употребления жирной пищи, что приводит к патологиям сердечно-сосудистой системы. Вещество снижает риск развития заболеваний сердца.
Нормы потребления витамина Е
Для того чтобы препарат мог воздействовать на уровень холестерина в сыворотке крови, принимать его следует курсом, несколько раз ежегодно. Прописывать препарат должен только врач, основываясь на показателях исследования свертываемости крови.
Считается, что больших доз витамина Е не бывает. Научные исследования показали, он не приводит к побочным реакциям при употреблении до 2000 МЕ в сутки. Норма варьируется от 400 до 800 МЕ. Несмотря на минимальную безвредность дозировки, принимать самостоятельно синтетические препараты не рекомендуется.
Симптомы дефицита и недостатка витамина Е в организме
Относится к антиоксидантам, веществам, растворяющим жир. Рекомендовать его применение могут, если у пациента повышенный холестерин, имеются патологии сердечно-сосудистой системы. Синтетический препарат способен снижать уровень холестерина в крови, препятствовать образованию сгустков, повышать уровень токоферола, что немаловажно для вынашивания беременности. Поэтому крайне важно обратить внимание на первые признаки гиповитаминоза.
Дефицит имеет следующие признаки:
Опасен гипервитаминоз Е, встречается гораздо реже гиповитаминоза. Проявляется следующими признаками:
При первых симптомах гипервитаминоза Е обращаться к терапевту.
Роль других витаминов в свертывании крови
Антикоагулянты – основные средства, влияющие на свертывания крови. Это вещества, оказывающие большое влияние на кровеносную систему. Они назначаются, когда у пациента обнаружена густая кровь, витамины принимаются курсом.
Кардиологи говорят о важности приема витаминных комплексов при гиповитаминозе. Дефицит нередко приводит к патологиям системы кровообращения. Важны для полноценного кровотока витамины В12, 2, 6, С, А, P. Прием витамина группы В помогает нормализовать процессы печени, насыщать кровь кислородом, поддерживать ее полноценный состав.
P уплотняет сосудистые стенки, повышает прочность капилляров. Аскорбиновая кислота немаловажна для образования гемоглобина, эритроцитов, укрепляет стенки сосудов, увеличивает прочность капилляров. Принимать ее рекомендуется каждому человеку для профилактики анемии, тромбоза.
Принимать препараты необходимо под контролем врача. Передозировка настолько же опасна для кровотока, как дефицит. Например, гипервитаминоз С способен вызвать подкожные кровоизлияния. Кардиологи советуют сбалансировать питание таким образом, чтобы оно было богато микроэлементами, минералами и антикоагулянтами, антиоксидантами. Можно обратиться за помощью к диетологам. При серьезных нарушениях свертываемости крови, следует принимать синтетические препараты, назначенные врачом.
Как работает свертывание крови?
Формирование тромба в кровотоке. Кровеносный сосуд заполнен клетками крови значительно плотнее, чем показано на этом рисунке, так что ситуация там напоминает давку при входе на эскалатор в метро. Маленькие и относительно немногочисленные белые клетки — тромбоциты: справа можно видеть, как они активируются, меняют форму и прикрепляются к стенке сосуда, формируя агрегат — тромб.
Автор
Редакторы
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) [6]. 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:
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:
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 [8]). 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
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.
Рисунок 7. Модульная структура системы свертывания: роль отдельных реакций свертывания в функционировании системы.
Вполне возможно, что эта картина еще не вполне полна. Тем не менее, прогресс в этой области в последние годы вселяет надежду, что в обозримом будущем оставшиеся неразгаданные участки на схеме свертывания обретут осмысленную физиологическую функцию. И тогда можно будет говорить о рождении новой концепции свертывания крови, пришедшей на смену старинной каскадной модели, которая верно служила медицине на протяжении многих десятилетий.
Статья написана при участии А.Н. Баландиной и Ф.И. Атауллаханова и была в первоначальном варианте опубликована в «Природе» [10].