Як тромбоцити прискорюють згортання крові
Якщо подивитися на краплю крові в мікроскоп (нехай це буде світловий мікроскоп, але досить потужний), то можна побачити клітини трьох типів: численні еритроцити, або червоні кров'яні тільця, нечисленні, але досить великі лейкоцити і тромбоцити, які вдається розглянути з деякою працею . Еритроцити, щільно набиті білком гемоглобіном, переносять кисень: гемоглобін зв'язує його в легень і віддає в тканинах та органах, які його потребують. Лейкоцити — клітини імунної системи, і вони разом із імунними білками захищають нас від інфекцій та деяких неінфекційних захворювань, наприклад від раку. Лейкоцитів існує кілька типів, що відрізняються у тому числі і за чисельністю; можливо, з лейкоцитів нам трапляться Т-лімфоцити, які цілеспрямовано розпізнають і самі знищують як чужорідні, так і наші власні клітини, на які не пощастило захворіти. Зрештою, тромбоцити. Про тромбоцити ми знаємо, що вони потрібні для згортання крові.
Хто не уявляє, як працює система згортання крові? Уколовши палець, ми спостерігаємо, як він спочатку кровоточить, а потім перестає - тромб, що утворився, зупинив кров. Якби кров не згорталася, то розбитий ніс міг би стати смертельним пораненням. Але, напевно, чи не важливіша функція механізму згортання — запобігання внутрішнім кровотечам, які часто трапляються при різних захворюваннях (наприклад, при тяжкій інфекції або при злоякісній пухлині). При цьому система згортання повинна бути дуже точно збалансована: якщо вона працюватиме погано, то підуть невпинні кровотечі, внутрішні та зовнішні; якщо механізм згортання буде надто активним, почнуть формуватися тромби, що загрожують закупоркою судин і зупинкою кровопостачання. У медицині є масаприкладів, коли процеси згортання крові та тромбоутворення йдуть не так, як треба, і не там, де треба. Причиною цього можуть бути або інші хвороби, і тоді порушення системи згортання крові - це супутній симптом, або ж самі ці порушення є окремими, самостійними захворюваннями (на кшталт відомої гемофілії або хвороби Віллебранда).
Боротися з аномаліями системи згортання можна по-різному і зараз є медичні засоби, які дозволяють ефективно регулювати її роботу. Але щоб такі засоби працювали ще краще, щоб зробити їх ще більш досконалими, потрібно якнайточніше знати, як на молекулярно-клітинному рівні влаштований механізм згортання крові. Його вивчають вже понад сто років, і зараз його схему можна знайти у будь-якому шкільному підручнику; щоправда, схему цю більшість із нас намагається забути, як страшний сон: ще б пак, близько двох десятків білків, з'єднаних стрілками, — хтось когось активує, хтось когось інгібує. Однак якщо розглядати згортання по етапах, то все стає більш менш зрозуміло.
Варто відразу сказати, що власне згортання - лише частина більш загального процесу гемостазу (від грец. Haimatos - кров, stasis - зупинка). І цей процес починається якраз із тромбоцитів. Вони походять від мегакаріоцитів - гігантських клітин кісткового мозку. Від зрілих мегакаріоцитів «відшнуровуються» шматки цитоплазми, які стають без'ядерними клітинами тромбоцитами (хоча, враховуючи їхнє походження та відсутність ядра, коректніше називати їх просто тільцями крові або кров'яними пластинками). Тромбоцити циркулюють по крові, поки не помітять пролом у судині. Сигналом для них є сполучнотканинний білок колаген. Він зазвичай захований усередині стінки судини, але за їїпошкодження виявляється віч-на-віч з тромбоцитами та іншими білками крові. На мембрані тромбоцитів є спеціальний рецептор, який вистачає колаген та змушує кров'яні пластинки прилипнути до місця ушкодження. Тут у справу вступає один із факторів згортання під назвою «фактор фон Віллебранда». Це глікопротеїн (його молекула складається з білкової та вуглеводної частин), який допомагає іншим рецепторам тромбоцитів зачепитися за колаген, що стирчить зі стінки судини. Завдяки фактору фон Віллебранда тромбоцити не тільки міцніше взаємодіють із місцем ушкодження, а й додатково активуються – подають молекулярні сигнали іншим тромбоцитам та білкам згортання, змінюють зовнішню форму та активно злипаються один з одним. У результаті стінці кровоносного судини з'являється затичка з тромбоцитів.
Одночасно з формуванням тромбоцитарної пробки відбувається процес власне згортання крові - згортання у строгому значенні слова. У ньому бере участь безліч білків плазми крові, більшість із них - ферменти-протеази, тобто білки, що відщеплюють шматки від інших білків. Якщо до розщеплення «жертва» протеази була неактивним білком-ферментом, то після розщеплення фермент активується і якщо він сам протеаза, теж може когось розщепити. Суть ферментативних реакцій, які йдуть під час згортання, в тому, що білки активують один одного, і в результаті все закінчується появою активного білка фібрину, який швидко полімеризується, перетворюючись на нитки - фібрили. З ниток фібрину формується фібриновий потік, що додатково зміцнює тромбоцитову «затичку», - утворюється тромбоцитарно-фібриновий тромб. Коли судина відновлюється, тромб розсмоктується.
Обидва етапи - і формування тромбоцитарної пробки, і згортання крові за участю плазматичних.факторів-ферментів - підпорядковуються безлічі регуляторів. Для організму важливо, щоб система гемостазу працювала якомога точніше, і багатостадійність якраз допомагає виконувати тонке налаштування: на кожному етапі, на кожній реакції ферменти та інші молекули, задіяні в процесі, перевіряють, чи не помилковий сигнал до них прийшов і чи дійсно є потреба у тромбі. Звичайно, тромбоцити і фактори згортання тісно пов'язані один з одним і тромбоцити потрібні не тільки для того, щоб першими заткнути пролом в посудині. По-перше, вони також виділяють білки, які прискорюють відновлення стінки судини. По-друге, що особливо важливо, кров'яні платівки потрібні ще для того, щоб ферменти згортання продовжували працювати.
Після запуску процесу гемостазу мембрана деяких тромбоцитів змінюється особливим чином, тому тепер на неї можуть сідати ферменти реакцій згортання: після приземлення на такі тромбоцити вони починають працювати набагато швидше. Що при цьому відбувається вдалося з'ясувати лише відносно недавно. Активовані тромбоцити, тобто ті, що відчули пошкодження судини, бувають двох форм: прості (агрегуючі) та надактивовані (прокоагулянтні). Прості тромбоцити, що агрегують, частково схожі на амеби: вони утворюють випинання мембрани, схожі на ніжки, які допомагають їм краще зчіплятися один з одним, і стають більш плоскими, як би розтікаючись по поверхні. Такі клітини формують основне тіло тромбу. Надактивовані тромбоцити поводяться інакше: вони набувають сферичної форми і збільшуються в кілька разів, стаючи схожими на повітряні кульки. Вони не просто зміцнюють тромб, а й стимулюють реакцію згортання, чому їх і називають прокоагулянтними.
Відчувши, що стінка кровоносногосудини пошкоджено, тромбоцити активуються. Звичайні активовані тромбоцити (ліво; фото зі скануючого електронного мікроскопа) робляться плоскими і утворюють, подібно до амеб, численні вирости мембрани; надактивовані, або прокоагулянтні, тромбоцити (право; фото з електронного мікроскопа, що просвічує) перетворюються на кулю і стають майданчиком для складання та активації ферментативних комплексів апарату згортання крові. Фото Михайла Пантелєєва, МДУ
Як одні тромбоцити стають простими, а інші надактивованими? Відомо, що у прокоагулянтних тромбоцитах дуже високий рівень кальцію (іони кальцію взагалі один із головних регуляторів гемостазу) і що у них виходять з ладу мітохондрії. Чи пов'язані ці зміни у клітинній фізіології із надактивацією тромбоцитів?
Поперечний зріз через мітохондрії клітини легені. Мітохондрії виглядають як цистерни, оточені подвійною мембраною; поперечні смуги на знімку - вп'ячування їх внутрішньої мембрани, де сидять ферменти енергетичного обміну речовин. Фото: Louisa Howard/Wikimedia Commons
У чому особливість мітохондріального некрозу? Мітохондрії, як відомо, є джерелами енергії для будь-якої нашої клітини: у мітохондріях відбувається кисневе окислення «поживних» молекул, а звільнена при цьому енергія запасається в зручній для клітини формі. Побічним продуктом під час роботи з киснем виявляються агресивні кисневі радикали, які можуть зіпсувати будь-яку біомолекулу. Самі мітохондрії намагаються зменшувати концентрацію радикалів і не випускати їх із себе в клітинну цитоплазму.
При мітохондріальному некрозі відбувається таке: мітохондрії вбирають у себе кальцій, і в якийсь момент, коли кальцію стає занадто багато, вони руйнуються,виплескуючи в цитоплазму та кальцій, та активні форми кисню. В результаті в клітині розпадається внутрішньоклітинний білковий скелет і клітина сильно збільшується в об'ємі, перетворюючись на кулю. (Як ми пам'ятаємо, куляста форма характерна для надактивованих тромбоцитів.) Крім того, іони кальцію, і активні форми кисню активують фермент скрамблазу, який перекидає фосфатидилсерин - один з ліпідів цитоплазматичної мембрани - з внутрішнього шару мембрани в зовнішній. І ось на таку модифіковану мембрану тромбоцитів, що зокруглилися, збагачену фосфатидилсерином, прилипають деякі важливі фактори згортання: тут вони збираються в комплекси, активуються, і в результаті реакція згортання прискорюється в 1000-10 000 разів.
Виходить наступна картина: тромбоцити, підкоряючись зовнішнім активаторам, всмоктують кальцій. З їхньої цитоплазми кальцій переходить у мітохондрії. У самій цитоплазмі рівень іонів кальцію то підвищується, то знижується (осцилює), але у мітохондріях він неухильно зростає, і настає момент, коли вони вже не можуть утримувати кальцієві іони в собі. Весь кальцій (з кисневими окислювачами) виходить у цитоплазму та включає фермент, що перекидає ліпіди у цитоплазматичній мембрані тромбоциту. В результаті на поверхні надактивованого і, очевидно, тромбоциту, що доживає свої останні хвилини, збираються ферментативні комплекси, що прискорюють реакцію згортання.
Чому ж не всі тромбоцити стають надактивованими прокоагулянтними? Ймовірно тому, що для активації потрібна сума сигналів від різних регуляторів. Ми вже сказали, що тромбоцити чутливі до тромбіну, який плаває в плазмі крові, а на початку статті говорили, що одним з перших сигналів, що активують, для кров'яних пластинок служить колагеніз пошкодженої стінки судини. Колаген та тромбін справді сильні активатори, але крім них тромбоцити «прислухаються» і до деяких інших молекул. Ступінь активації залежить кількості різних вхідних сигналів, і перетворення на прокоагулянтную форму, очевидно, відбувається тоді, коли сумарний сигнал ззовні виявляється для конкретного тромбоциту особливо сильним.
Практичні аспекти одержаних результатів зрозумілі кожному: чим більше подробиць дізнаємося про згортання крові, тим швидше навчимося керувати цим процесом, прискорюючи чи уповільнюючи його відповідно до медичних показань.