Koagulace je složitý proces, při kterém dochází ke srážení krve. Je důležitou součástí hemostázy (zastavení krevní ztráty z poškozené cévy), při níž je poškozená stěna cévy pokryta krevní destičkou a sraženinou obsahující fibrin, aby se zastavilo krvácení a začala oprava poškozené cévy. Poruchy koagulace mohou vést ke zvýšenému riziku krvácení (krvácení) nebo srážení krve (trombóza).
Koagulace je vysoce konzervována v celé biologii; u všech savců koagulace zahrnuje jak buněčnou (krevní destičky), tak proteinovou (koagulační faktor). Systém u lidí byl nejvíce prozkoumán, a proto nejlépe pochopen.
Srážení začíná téměř okamžitě poté, co poranění cévy poškodí endotel (výstelku cévy), uvolní se fosfolipidové složky nazývané tkáňový faktor a fibrinogen, které zahájí řetězovou reakci. Krevní destičky okamžitě vytvoří zátku v místě poranění; tomu se říká primární hemostáza. Sekundární hemostáza nastává současně: Proteiny v krevní plazmě, nazývané koagulační faktory nebo koagulační faktory, reagují v komplexní kaskádě za vzniku fibrinových vláken, která posilují destičkovou zátku.
Poškození stěn krevních cév vystavuje proteiny subendotelu, především von Willebrandův faktor (vWF), přítomné pod endotelem. vWF je protein vylučovaný zdravým endotelem, který vytváří vrstvu mezi endotelem a podkladovou membránou. Při poškození endotelu je normálně izolovaný podkladový vWF vystaven krvi a rekrutuje faktor VIII, kolagen a další srážecí faktory. Cirkulující destičky se vážou na kolagen s povrchovými kolagenově specifickými glykoproteinovými receptory Ia/IIa. Tato adheze je dále posilována dalšími cirkulujícími proteiny vWF), které tvoří další vazby mezi destičkami glykoproteinem Ib/IX/V a kolagenovými fibrily. Tyto adheze destičky aktivují.
Aktivované krevní destičky uvolňují obsah uložených granulí do krevní plazmy. Granule obsahují ADP, serotonin, faktor aktivující krevní destičky (PAF), vWF, destičkový faktor 4 a tromboxan A2 (TXA2), které následně aktivují další krevní destičky. Obsah granulí aktivuje kaskádu proteinového receptoru vázaného na Gq, což vede ke zvýšení koncentrace vápníku v cytosolu krevních destiček. Vápník aktivuje proteinkinázu C, která následně aktivuje fosfolipázu A2 (PLA2). PLA2 pak modifikuje glykoprotein IIb/IIIa z integrinové membrány, čímž zvyšuje jeho afinitu k vazbě fibrinogenu. Aktivované krevní destičky mění tvar z kulového na stelární a fibrinogen se kříží s glykoproteinem IIb/IIIa, což napomáhá agregaci přilehlých krevních destiček.
Koagulační kaskáda sekundární hemostázy má dvě dráhy, kontaktní aktivační dráhu (dříve známou jako vnitřní dráha) a dráhu tkáňového faktoru (dříve známou jako vnější dráha), které vedou k tvorbě fibrinu. Dříve se mělo za to, že koagulační kaskáda se skládá ze dvou dráh stejné důležitosti spojených do společné dráhy. Nyní je známo, že primární dráhou pro zahájení koagulace krve je dráha tkáňového faktoru. Cesty jsou sérií reakcí, při nichž se aktivuje zymogen (neaktivní prekurzor enzymu) serinové proteázy a jeho glykoproteinový kofaktor, aby se staly aktivními složkami, které pak katalyzují další reakci v kaskádě, což nakonec vede ke zkříženému fibrinu. Koagulační faktory jsou obecně označeny římskými číslicemi, s malým písmenem a připojeným k označení aktivní formy.
Koagulačními faktory jsou obecně serinové proteázy (enzymy). Existují určité výjimky. Například FVIII a FV jsou glykoproteiny a faktor XIII je transglutamináza. Serinové proteázy působí tak, že štěpí jiné proteiny na specifických místech. Koagulační faktory cirkulují jako neaktivní zymogeny.
Koagulační kaskáda je klasicky rozdělena do tří drah. Tkáňový faktor i kontaktní aktivační dráhy aktivují „konečnou společnou dráhu“ faktoru X, trombinu a fibrinu.
Cesta tkáňového faktoru (vnější)
Hlavní úlohou dráhy tkáňového faktoru je generovat „trombinový výboj“, což je proces, při kterém se trombin, nejdůležitější složka koagulační kaskády z hlediska jejích zpětnovazebních aktivačních rolí, okamžitě uvolní. FVIIa cirkuluje ve vyšším množství než jakýkoli jiný aktivovaný koagulační faktor.
Cesta aktivace kontaktu (vnitřní)
Kontaktní aktivační dráha začíná vznikem primárního komplexu na kolagenu pomocí vysokomolekulárního kininogenu (HMWK), prekallikreinu a FXII (Hagemanův faktor). Prekallikrein se přeměňuje na kallikrein a FXII se mění na FXIIa. FXIIa přeměňuje FXI na FXIa. Faktor XIa aktivuje FIX, který svým kofaktorem FVIIIa tvoří komplex tenasy, který aktivuje FX na FXa. Menší roli, kterou kontaktní aktivační dráha má při iniciaci tvorby sraženin, lze ilustrovat na skutečnosti, že pacienti se závažnými nedostatky FXII, HMWK a prekallikreinu netrpí poruchou krvácivosti.
Trombin má velké množství funkcí. Jeho primární úlohou je konverze fibrinogenu na fibrin, stavební kámen hemostatické zátky. Kromě toho aktivuje faktory VIII a V a jejich inhibitorový protein C (v přítomnosti trombomodulinu) a aktivuje faktor XIII, který vytváří kovalentní vazby, které propojují fibrinové polymery, které se tvoří z aktivovaných monomerů.
Po aktivaci dráhami kontaktního faktoru nebo tkáňového faktoru je koagulační kaskáda udržována v protrombotickém stavu pokračující aktivací FVIII a FIX za vzniku komplexu tenazy, dokud není antikoagulačními dráhami snížena.
Pět mechanismů udržuje aktivaci krevních destiček a koagulační kaskádu na uzdě. Abnormality mohou vést ke zvýšené tendenci k trombóze:
Nakonec jsou krevní sraženiny reorganizovány a resorbovány procesem zvaným fibrinolýza. Hlavní enzym zodpovědný za tento proces (plazmin) je regulován různými aktivátory a inhibitory.
K posouzení funkce koagulačního systému se používají četné testy:
Kontaktní aktivační dráha je iniciována aktivací „kontaktních faktorů“ plazmy a může být měřena pomocí aktivovaného parciálního tromboplastinového času (aPTT) testu.
Cesta tkáňového faktoru je zahájena uvolněním tkáňového faktoru (specifického buněčného lipoproteinu) a může být měřena testem protrombinového času (PT). Výsledky PT jsou často uváděny jako poměr (hodnota INR) ke sledování dávkování perorálních antikoagulancií, jako je warfarin.
Kvantitativní a kvalitativní screening fibrinogenu se měří pomocí trombinového srážecího času (TCT). Měření přesného množství fibrinogenu přítomného v krvi se zpravidla provádí Claussovou metodou pro testování fibrinogenu. Mnoho analyzátorů je schopno změřit hladinu „odvozeného fibrinogenu“ z grafu protrombinové časové sraženiny.
Pokud je koagulační faktor součástí kontaktní aktivační dráhy nebo dráhy tkáňového faktoru, ovlivní nedostatek tohoto faktoru pouze jeden z testů: Tedy hemofilie A, nedostatek faktoru VIII, který je součástí kontaktní aktivační dráhy, vyústí v abnormálně prodloužený test aPTT, ale normální test PT. Výjimkou jsou protrombin, fibrinogen a některé varianty FX, které mohou být detekovány pouze aPTT nebo PT. Pokud je přítomen abnormální PT nebo aPTT, dojde k doplňkovému testování, aby se zjistilo, který (pokud nějaký) faktor je přítomen jako aberantní koncentrace.
Nedostatky fibrinogenu (kvantitativní nebo kvalitativní) ovlivní všechny screeningové testy.
Problémy s koagulací může likvidovat krvácení, trombóza, a občas obojí, v závislosti na povaze patologie.
Krevní destičky mohou být vrozené nebo získané. Některé vrozené patologie krevních destiček jsou Glanzmannova trombastenie, Bernardův-Soulierův syndrom (abnormální glykoprotein Ib-IX-V komplex), syndrom šedých krevních destiček (deficientní alfa granule) a nedostatek delta zásobníku (deficientní husté granule). Většinou se jedná o vzácné stavy. Většina vrozených patologií krevních destiček je predisponována ke krvácení. Von Willebrandova choroba je způsobena nedostatkem nebo abnormální funkcí von Willebrandova faktoru a vede k podobnému krvácení; jeho mírnější formy jsou relativně časté.
Snížený počet krevních destiček může být způsoben různými příčinami, včetně nedostatečné produkce (např. u myelodysplastického syndromu nebo jiných poruch kostní dřeně), destrukce imunitním systémem (imunitní trombocytopenická purpura/ITP) a konzumace z různých příčin (trombotická trombocytopenická purpura/TTP, hemolyticko-uremický syndrom/HUS, paroxysmální noční hemoglobinurie/PNH, diseminovaná intravaskulární koagulace/DIC, heparinem indukovaná trombocytopenie/HIT). Většina konzumačních stavů vede k aktivaci krevních destiček a některé jsou spojeny s trombózou.
Onemocnění a klinický význam trombózy
Nejznámějšími poruchami koagulačního faktoru jsou hemofilie. Tři hlavní formy jsou hemofilie A (nedostatek faktoru VIII), hemofilie B (nedostatek faktoru IX nebo „vánoční nemoc“) a hemofilie C (nedostatek faktoru XI, mírná tendence ke krvácení). Hemofilie A a B jsou recesivní poruchy vázané na X, zatímco hemofilie C je mnohem vzácnější autozomálně recesivní porucha, která se nejčastěji vyskytuje u aškenázských Židů.
Von Willebrandova choroba (která se s výjimkou závažných případů chová spíše jako porucha krevních destiček) je nejčastější dědičnou poruchou krvácivosti a je charakterizována jako dědičná autozomálně recesivní nebo dominantní. Při této chorobě dochází k defektu von Willebrandova faktoru (vWF), který zprostředkovává vazbu glykoproteinu Ib (GPIb) na kolagen. Tato vazba pomáhá zprostředkovat aktivaci krevních destiček a vznik primární hemostázy.
Bernardův-Soulierův syndrom je defekt nebo nedostatek GPIb. GPIb, receptor pro vWF, může být defektní a může vést k nedostatečné primární tvorbě sraženin (primární hemostáza) a zvýšené krvácivosti. Jedná se o autosomálně recesivně dědičnou poruchu.
Trombastenie Glanzmana a Naegeliho (Glanzmannova trombastenie) je extrémně vzácná. Je charakterizována defektem komplexu fibrinogenních receptorů GPIIb/IIIa. Když je receptor GPIIb/IIIa nefunkční, fibrinogen nedokáže křížově propojit krevní destičky, což inhibuje primární hemostázu. Jedná se o autozomálně recesivní dědičnou poruchu.
Při selhání jater (akutních a chronických forem) dochází k nedostatečné produkci koagulačních faktorů játry, což může zvýšit riziko krvácení.
Nedostatek vitamínu K může také přispět ke krvácivým poruchám, protože zrání srážecího faktoru závisí na vitamínu K.
Trombóza je patologický vývoj krevních sraženin. Tyto sraženiny se mohou uvolnit a stát se pohyblivými, tvořit embolii nebo dorůst do takové velikosti, že uzavřou cévu, ve které se vyvinuly. Embólie se prý objeví, když se trombus (krevní sraženina) stane pohyblivou embolií a migruje do jiné části těla, čímž narušuje krevní oběh, a tím zhoršuje funkci orgánů za okluzí. To způsobuje ischemii a často vede k ischemické nekróze tkáně. Většina případů trombózy je způsobena získanými vnějšími problémy (operace, rakovina, nehybnost, obezita, syndrom ekonomické třídy), ale malá část lidí trpí predispozičními stavy známými souhrnně jako trombofilie (např. syndrom antifosfolipidů, faktor V Leiden a různé další vzácnější genetické poruchy).
Mutace faktoru XII byly spojeny s asymptomatickým prodloužením srážecího času a možná tendencí k tromboflebitidě. Další mutace byly spojeny se vzácnou formou dědičného angioedému (typ III).
Použití adsorbentových chemikálií, jako jsou zeolity, a dalších hemostatických látek se také používá k rychlému utěsnění těžkých poranění (například při traumatickém krvácení sekundárně po střelných poraněních). Trombin a fibrinové lepidlo se používají chirurgicky k léčbě krvácení a k trombotickým aneurysmatům.
Desmopressin se používá ke zlepšení funkce krevních destiček aktivací arginin vazopresinového receptoru 1A.
Koncentráty koagulačního faktoru se používají k léčbě hemofilie, ke zvrácení účinků antikoagulancií a k léčbě krvácení u pacientů s poruchou syntézy koagulačního faktoru nebo zvýšenou konzumací. Koncentrát protrombinového komplexu, kryoprecipitát a čerstvá zmrazená plazma jsou běžně používané přípravky koagulačního faktoru. Rekombinantní aktivovaný lidský faktor VII je stále populárnější v léčbě závažného krvácení.
Kyselina tranexamová a kyselina aminokapronová inhibují fibrinolýzu a vedou de facto ke snížení krvácivosti. Před vysazením byl aprotinin používán v některých formách velkých chirurgických zákroků ke snížení rizika krvácení a potřeby krevních produktů.
Mezi nejčastěji používané léky patří antikoagulancia a protidestičková léčiva. Mezi protidestičková léčiva patří aspirin, klopidogrel, dipyridamol a tiklopidin; při angioplastice se používají parenterální inhibitory glykoproteinu IIb/IIIa.
Z antikoagulancií se nejčastěji používá warfarin (a příbuzné kumariny) a heparin. Warfarin ovlivňuje koagulační faktory závislé na vitamínu K (II, VII, IX,X), zatímco heparin a příbuzné sloučeniny zvyšují působení antitrombinu na trombin a faktor Xa. Ve vývoji je novější třída léků, přímé inhibitory trombinu; některé jejich složky jsou již klinicky používány (jako je lepirudin). Ve vývoji jsou také další malé molekulární sloučeniny, které přímo interferují s enzymatickým působením konkrétních koagulačních faktorů (např. rivaroxaban).
Teorie o srážení krve existují již od starověku. Fyziolog Johannes Müller (1801-1858) popsal fibrin, látku trombu. Jeho rozpustný prekurzor, fibrinogen, byl tak pojmenován Rudolfem Virchowem (1821-1902) a chemicky izolován Prosperem Sylvainem Denisem (1799-1863). Alexander Schmidt naznačil, že přeměna z fibrinogenu na fibrin je výsledkem enzymatického procesu, a označil hypotetický enzym „trombin“ a jeho prekurzor „protrombin“. Arthus v roce 1890 zjistil, že při srážení je nezbytné vápník. Krevní destičky byly identifikovány v roce 1865 a jejich funkci objasnil Giulio Bizzozero v roce 1882.
Teorii, že trombin vzniká přítomností tkáňového faktoru, upevnil Paul Morawitz v roce 1905. V této fázi bylo známo, že trombokináza/tromboplastin (faktor III) se uvolňuje poškozenými tkáněmi, reaguje s protrombinem (II), který spolu s vápníkem (IV) tvoří trombin, který přeměňuje fibrinogen na fibrin (I).
Zbytek biochemických faktorů v procesu koagulace byl z velké části objeven ve 20. století.
Prvním vodítkem ke skutečné složitosti systému koagulace byl objev procelerinu (původně a později nazývaného Faktor V) Paulem Owrenem (1905-1990) v roce 1947. Předpokládal také, že jeho funkcí je generování akcelerinu (Faktor VI), který se později ukázal jako aktivovaná forma V (nebo Va); proto se VI nyní aktivně nepoužívá.
Faktor VII (také známý jako urychlovač konverze sérového protrombinu nebo prokonvvertin, srážený síranem barnatým) byl objeven u mladé pacientky v letech 1949 a 1951 různými skupinami.
Faktor VIII se ukázal jako nedostatečný u klinicky uznané, ale etiologicky neuchopitelné hemofilie A; byl identifikován v 50. letech a je alternativně nazýván antihemofilním globulinem kvůli své schopnosti korigovat hemofilii A.
Faktor IX byl objeven v roce 1952 u mladého pacienta s hemofilií B jménem Stephen Christmas (1947-1993). Jeho nedostatek popsali doktorka Rosemary Biggsová a profesor R.G. MacFarlane v Oxfordu ve Velké Británii. Faktor se proto nazývá Vánoční faktor. Christmas žil v Kanadě a bojoval za bezpečnost transfuzí krve, dokud ve věku 46 let nepodlehl AIDS souvisejícímu s transfuzí. Alternativním názvem faktoru je plazmatická tromboplastinová složka, kterou dala nezávislá skupina v Kalifornii.
Hagemanův faktor, nyní známý jako faktor XII, byl identifikován v roce 1955 u asymptomatického pacienta s prodlouženou dobou krvácení, který se jmenoval John Hageman. Faktor X, neboli Stuart-Prowerův faktor, následoval v roce 1956. Tento protein byl identifikován u paní Audrey Prowerové z Londýna, která měla tendenci k celoživotnímu krvácení. V roce 1957 identifikovala americká skupina stejný faktor u pana Rufuse Stuarta. Faktory XI a XIII byly identifikovány v roce 1953, respektive 1961.
Názor, že koagulační proces je „kaskáda“ nebo „vodopád“, vyslovil téměř současně MacFarlane ve Velké Británii a Davie a Ratnoff v USA.
Použití římských číslic spíše než eponym nebo systematických názvů bylo dohodnuto během výročních konferencí (počínaje rokem 1955) odborníků na hemostázu. V roce 1962 bylo dosaženo shody ohledně číslování faktorů I-XII. Tento výbor se vyvinul do dnešního Mezinárodního výboru pro trombózu a hemostázu (ICTH). Přidělování číslic skončilo v roce 1963 po pojmenování faktoru XIII. Jména Fletcherův faktor a Fitzgeraldův faktor byly dány dalším proteinům souvisejícím s koagulací, konkrétně prekallikreinu a kininogenu s vysokou molekulární hmotností.
Faktory III a VI nejsou přiřazeny, protože tromboplastin nebyl nikdy identifikován a ve skutečnosti se ukázalo, že se skládá z dalších deseti faktorů, a bylo zjištěno, že akcelerin je aktivován Faktor V.
Všichni savci mají extrémně blízký koagulační proces, který využívá kombinovaný buněčný a serinový proteázový proces. Ve skutečnosti je možné, aby jakýkoliv savčí koagulační faktor „rozštípl“ svůj ekvivalentní cíl u jakéhokoli jiného savce. Jediným savcem, o kterém je známo, že využívá serinové proteázy ke koagulaci krve, je krab podkovovitý.