Пространственная динамика свертывания крови - Медицина дипломная работа
Главная
Медицина
Пространственная динамика свертывания крови
Математическая модель кинетики свертывания в реконструированных системах и пространственной динамики свертывания в плазме. Регуляция свертывания ингибитором пути тканевого фактора. Влияние тромбоцитов и фосфолипидов на скорость реакций свертывания.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рис. 1. Упрощенная схема реакций системы свертывания. Обозначения схемы: PK, прекалликреин; К, калликреин; HK, высокомолекулярный кининоген; PC, протеин С; TF, тканевый фактор. Суффикс "a" означает активированную форму фермента
В мембранах клеток всех тканей организма (за исключением клеток, находящихся в контакте с кровью -- эндотелия сосудов кровеносной системы и форменных элементов крови) присутствует интегральный гликопротеин тканевый фактор (TF). При повреждении эндотелия плазма вступает в контакт с клетками этих тканей, и факторы VII и VIIa, присутствующие в плазме, связываются с TF, образуя комплекс на поверхности мембраны [48]. В норме примерно 1-2% фактора VII, присутствующего в плазме крови, являются активированными. Однако, активный центр свободного фермента не работоспособен, и сам по себе фактор VIIa практически не обладает каталитической активностью, то время как комплекс VIIa-TF способен активировать, путем отщепления небольшого пептида от аминотерминального конца тяжелой цепи, факторы IX и X в активные сериновые протеазы [47]. Фактор Ха, в свою очередь, расщепляет белок протромбин, превращая его в тромбин в очень медленной реакции [72]. Наработанные малые количества тромбина могут активировать факторы VIII и V, которые после активации становятся кофакторами факторов IXа и Ха в реакциях активации фактора X и тромбина, соответственно. Это осуществляется путем образования на фосфолипидной поверхности в присутствии ионов кальция комплексов внутренней теназы IXa-VIIIa и протромбиназы Xa-Va. Эти комплексы способны активировать фактор X и протромбин приблизительно на 3-5 порядков быстрее, чем IXa и Xa, соответственно, сами по себе [72, 84].
Тромбин является центральным ферментом системы свертывания, участвующим в многочисленных реакциях. Главной из них является расщепление белка фибриногена в сложной многоступенчатой реакции с превращением его в фибрин, способный полимеризоваться с образованием разветвленных структур [38]. Попутно, тромбин активирует фактор XIII, который образует поперечные сшивки между молекулами фибрина [24].
Фактор Xa также может активировать факторы V и VIII, но значительно менее эффективно, нежели тромбин [53, 57]. Физиологическая важность этих реакций пока неясна. Еще одна положительная обратная связь, роль которой сейчас активно обсуждается, -- активация тромбином фактора XI [13, 34, 94]. Кроме того, как тромбин, так и фактор Xa способны эффективно активировать фактор VII, превращая его в VIIa [26].
Для обеспечения устойчивого стационарного неактивированного состояния и для уничтожения активных факторов после завершения свертывания в системе присутствуют многочисленные стехиометрические ингибиторы, которые связываются с активными факторами и ингибируют их деятельность. Ключевыми среди стехиометрических ингибиторов являются антитромбин III и ингибитор пути тканевого фактора, TFPI [88]. Первый из них блокирует активность тромбина, факторов IXa, Xa, XIa, VIIa. Дефицит его приводит к тромбозам [88]. Второй связывается с фактором Xа и внешней теназой, ингибируя обе протеазы и являясь основным регулятором активности комплекса VIIa-TF [22, 69]. Дефицит TFPI в клинике не наблюдался, предположительно, из-за несовместимости с жизнью [15]. Ингибирующее действие TFPI реализуется довольно сложным образом, вовлекая в процесс ингибирования основной продукт работы комплекса VIIa-TF фактор Ха [23, 68]. Более подробно механизм действия TFPI обсуждается в разделе 4.1.
Тромбин также ингибируется кофактором гепарина II и альфа-2-макроглобулином, но в значительно меньшей степени, нежели антитромбином [88]. Некоторый вклад в ингибирование различных протеаз каскада свертывания вносят также альфа1-антитрипсин, С1-ингибитор и ингибитор протеина С [92].
Каскад охвачен петлей отрицательной обратной связи, так называемым путем протеина С [87]. Будучи активированным тромбином, протеин C инактивирует факторы Vа и VIIIа, резко снижая скорость образования тромбина и фактора Xа соответственно. Кофактором в этом расщеплении служит протеин S, важный антикоагулянт, присутствующий в плазме. Кроме того, что он ускоряет реакции инактивации, он помогает активированному протеину С (PCa) расщепить фактор Va в протромбиназе, чего в его отсутствие не происходит [80]. Кроме того, протеин S обладает независимым от протеина С механизмом антикоагулянтного действия, предположительно, за счет конкуренции с протромбиназой и теназой за место на мембране [86].
В заключение представляется необходимым упомянуть о влиянии стенок сосудов на свертывающую систему крови, поскольку in vivo оно имеет большое значение. Сосудистая стенка принимает непосредственное участие в регуляции потенциала свертываемости крови. Помимо того, что она служит естественным барьером между кровью и другими тканями, ее клетками синтезируются и/или экспрессируются различные биологически активные вещества, модулирующие тромбообразование. К ним относится фактор Виллебранда, эндотелиальный фактор релаксации (NO), простациклин, тромбомодулин, эндотелин, тканевый фактор, ингибитор пути тканевого фактора и другие [3]. Кроме того, мембраны эндотелиоцитов несут на себе рецепторы, которые при определенных условиях связывают молекулярные лиганды и клетки, свободно циркулирующие в кровотоке. Очень многие аспекты жизнедеятельности этих клеток регулируются тромбином через его взаимодействие со специфическими поверхностными рецепторами. В норме стенки обладают ярко выраженной антитромботической активностью, механизмы которой не вполне ясны. Известно, что с их поверхностью постоянно связано большое количество антитромбина III, а также TFPI, полное содержание последнего на стенках по меньшей мере не уступает пулу плазмы [15]. На поверхности клеток эндотелия содержится трансмембранный белок тромбомодулин, связывающий тромбин и производящий поразительные изменения в его специфичности [32]. В комплексе с тромбомодулином тромбин в сильной степени теряет свои прокоагулянтные свойства, взамен резко возрастает его способность активировать протеин С: скорость активации возрастает на три-четыре порядка.
По всей видимости, перечисленные свойства сосудистой стенки играют важную роль в механизме локализации тромба in vivo.
Заданная наперед погрешность е составляла 0.01 в следующей норме:
При численном интегрировании дифференциальных уравнений в частных производных для пространственной задачи была использована следующая схема. Отрезок длиной L, на котором производилось интегрирование, разбивался на N точек. Для дифференциального уравнения в частных производных вида
(3) использовалась пространственная дискретизация
Для использовалась аппроксимация Нумерова [8]:
приводящая к разностной схеме четвертого порядка точности по пространству. Правая часть полученной системы дифференциально - разностных уравнений решалась вложенным методом Рунге-Кутты-Фельберга 2(3) [8].
На границах отрезка были заданы условия не протекания второго порядка для всех переменных, за исключением переменных, соответствующих факторам свертывания, взаимодействующих с факторами на поверхности. Взаимодействие учитывалось следующим образом: пусть переменная отвечает реагенту, взаимодействующему с реагентами на левой стенке сосуда и в объеме в некоторой реакции, такой, что скорость изменения описывается функцией поверхностных переменных и объемных . Тогда граничное условие для имеет вид
где - коэффициент диффузии фактора , или в дискретном виде
Для расчета поверхностных переменных также использовался метод Рунге-Кутты-Фельберга 2(3). Используемый численный метод дает второй порядок точности по времени и по пространству.
Задача интегрирования системы уравнений рассматривалась на отрезке прямой длиной L=3 мм, разбитом на 200 точек, заданная погрешность е=0.01 в той же норме, что и для гомогенных систем.
где и являются константами, характеризующими превращение j-го субстрата S j в j-й продукт P j под действием фермента E в реакции, подчиняющейся кинетике Михаэлиса. Реакции ассоциации, диссоциации и ассоциации с ингибиторами сериновых протеаз (антитромбин III и другие) описывались с помощью кинетики второго, первого и псевдопервого порядка соответственно. Во всех расчетах, если не обозначено иное, начальные концентрации активных факторов (кроме фактора VIIa) были равны нулю, а концентрации неактивных предшественников соответствовали приведенным в Таблице 1.
Ниже приведены уравнения модели, описывающей свертывание в гомогенных системах очищенных белков, имитирующих плазму. Эти реконструированные системы экспериментально исследовались в работах [43, 87, 88]. Результаты этих исследований были использованы для последовательного построения и верификации модели.
Активация кофакторов, факторов VIII и V
Если специально не оговорено, кинетические константы реакций модели соответствовали Таблице 2.
Таблица 2. Кинетические константы реакций, входящих в модель гомогенной кинетики свертывания.
Блок реакций внешней теназы VIIa-TF
В случае, когда приведено несколько различных значений констант, для модели выбирались значения, полученные в условиях, наиболее близких к условиям моделируемых систем (человеческие белки, 37 С, pH 7.4, 150 мМ NaCl, 2 мМ CaCl2, 200 мкМ фосфолипидных везикул из фосфатидилхолина и фосфатидилсерина в соотношении 3:1). Рассмотрим более подробно механизмы отделньых реакций модели и выбор кинетических констант настоящей работы.
1. Ассоциация фактора VII(VIIa) и TF.
Мы не смогли обнаружить в литературе кинетических констант для ассоциации фактора VII(VIIa) и TF. В ряде работ они были измерены для растворимого TF, не имеющего трансмембранного домена, но известно, что аффинность связывания полноразмерного TF и фактора VIIa отличается на несколько порядков от аффинности растворимого TF [90]. Известно также, что параметры связывания факторов VII и VIIa с TF примерно одинаковы [12]. Поэтому в настоящей работе константы ассоциации фактора VII и TF считались равными константам для VIIa, константа диссоциации была выражена через известное значение равновесной константы диссоциации K d [90] и константы ассоциации , а было найдено с помощью варьирования (Рис. 2).
Рис. 2. Активация 500 нМ фактора X добавлением 1.25 пМ TF и 100 пМ VIIa в присутствии (?) и в отсутствие (¦) фактора VII (10 нМ).
Константа = 0.01 мин -1 была подобрана варьированием с помощью данного графика. Остальные константы соответствуют Таблице 2. Экспериментальные данные взяты из работы [85].
Фактор VII может активироваться факторами Xa, VIIa-TF, IXa и IIa [26]. При этом фактор Xa на порядки эффективнее остальных активаторов ( =84 мин -1 , =3200 нМ; =19.2 мин -1 , =1700 нМ, данные для тромбина и фактора Xa приведены в Таблице 2). Однако, в более поздней работе [25] было показано, что тромбин также может играть заметную роль в активации фактора VII, предположительно, в силу его высоких концентраций в системе.
Предварительные расчеты (данные не показаны) показали, что скорость активации фактора VII фактором IXa и VIIa-TF пренебрежимо мала, поэтому в модели учитывается только активация фактора VII тромбином и Xa.
В системе свертывания активность многих ферментов распределена между несколькими субстратами. В особенности это касается тромбина, который активирует факторы VIII, V, VII, XI, протеин С в реконструированных системах, а в крови также факторы I, XIII и тромбоциты. Вообще говоря, для скорости реакции активации фактора VII тромбином в реконструированных системах справедлива формула
которая учитывает конкуренцию между всеми субстратами за фермент и возможность того, что концентрация субстрата может быть меньше концентрации фермента. Однако, при существующих значениях констант реакций, входящих в формулу, можно пренебречь практически всеми величинами в этой формуле с точностью, не уступающей точности исходной формулы. При этом формула упрощается до
То же приближение использовано для реакций активации перечисленных выше субстратов тромбина.
Те же рассуждения применимы к другому ферменту с многочисленными субстратами, фактору Xa. Однако, в отличие от тромбина, концентрации фактора Xa очень малы по сравнению с константой Михаэлиса. Поэтому выражение для активации фактора VII фактором Xa имеет вид
где второе слагаемое в знаменателе учитывает, что значительная часть фактора Xa оккупирована в фермент-субстратном комплексе с протромбином.
Как описано ниже в разделе 4.1, посвященном пути TFPI, мы были вынуждены ввести дополнительные гипотетические реакции, чтобы описать эффект TFPI. Для этого мы рассматривали комплексы X-VIIa-TF, IX-VIIa-TF и Xa-VIIa-TF как отдельные переменные, в отличие от всех остальных фермент-субстратных комплексов модели, которые исходно были редуцированы. Мы не смогли обнаружить в литературе кинетических констант для сборки фермент-субстратных комплексов внешней теназы. В модели их ассоциация считалась быстрой (5 нМ -1 мин -1 ) на основании [43], а константа диссоциации рассчитывалась из , .
2. Активация факторов IX и X внешней теназой.
Литературные данные для констант активации этих факторов дают значения, довольно сильно различающиеся между собой (см. Таблицу 2). Наиболее вероятной причиной расхождения представляется нелинейная зависимость параметров этих реакций от концентрации фосфолипидов и использование различными авторами различных источников тканевого фактора и разной степени его очистки. Сравнение результатов работ [85] и [17] показало, что тканевый фактор моделируемых работ по очищенным системам [43, 87, 88], по-видимому, содержит около 18% активности. Поэтому для расчетов были взяты кинетические константы, указанные в Таблице 2, а концентрации тканевого фактора, взятые в эксперименте, уменьшались в 6 раз.
3. Активация фактора IX фактором XIa.
Кинетические константы реакции была взяты из экспериментальных данных работы [89] и не варьировались.
4. Активация фактора X фактором IXa и внутренней теназой.
Выбор кинетических констант для внутренней теназы подробно рассмотрен в разделе 4.3.
Превращение протромбина в тромбин требует последовательного расщепления двух пептидных связей. В зависимости от порядка расщепления, образуются два различных промежуточных продукта, каталитически активный мезотромбин и неактивный претромбин 2 [81]. В очищенных системах первый образуется в основном при активации фактором Xa, второй -- при активации комплексом Xa-Va, в крови мезотромбин практически не образуется [82]. Мезотромбин обладает отличной от тромбина активностью по отношению к различным естественным субстратам (см. Таблицу 1) и способен расщеплять субстрат Spectrozyme TH с каталитической активностью на 20% большей, чем тромбин [43], поэтому в экспериментах по очищенным системам, строго говоря, наблюдается не тромбин, а . Константы для различных этапов активации тромбина измерены в немногочисленных работах [72] в условиях, сильно отличающихся от условий в моделируемых системах. Поэтому константы, указанные в Таблице 2, были получены с помощью косвенных оценок, на основании работ [72, 82]. Чтобы описать активацию II и mIIa протромбиназой, мы использовали схему Рис. 3.
Рис. 3. Активация фактора II протромбиназой
Реакция требует двух последовательных расщеплений молекулы фа ктора II, при этом может образовываться промежуточный продукт, мезотромбин, где Е означает комплекс Xa-Va. На ее основании стандартным образом, как при выводе формул кинетики Михаэлиса-Ментен, были получены использованные в модели формулы
Реакции активации и инактивации кофакторов, факторов VIII и V.
Для описания активации факторов V и VIII тромбином использовались константы (см. Таблицу 2), взятые из экспериментальных работ. Константы для фактора VIII были получены на свиных белках. Поскольку активация свиного фактора VIII включает расщепление трех пептидных связей, для описания реакции в целом были взяты константы для наиболее медленной стадии. Активация фактора V мезотромбином считалась протекающей в 5 раз быстрее, чем активация тромбином на основании [81]. Данных по активации фактора VIII мезотромбином не было обнаружено, но в силу гомологичности факторов VIII и V в модели предполагалось, что она протекает с той же скоростью, что и активация тромбином.
Известно, что фактор VIII быстро инактивируется в плазме, предположительно, за счет диссоциации на субъединицы. Константа его инактивации была взята из работы [63].
Сборка мембранных комплексов внутренней теназы и протромбиназы.
Реакции сборки ферментативных комплексов протекают в несколько этапов. Компоненты комплекса должны сесть на мембрану и провзаимодействовать на ней. При этом, по-видимому, лимитирующей по скорости стадией является стадия посадки на мембрану [49]. Однако, поскольку большая часть факторов свертывания постоянно связана с мембраной, для скорости сборки комплекса протромбиназы константа ассоциации факторов Xa и Va была оценена по данным [49] для константы ассоциации на поверхности мембраны, а константа обратной реакции была рассчитана из равновесной константы диссоциации.
Для похожего во многих отношениях на протромбиназу комплекса внутренней теназы кинетических констант в литературе обнаружено не было, а наблюдаемая равновесная константа диссоциации близка к равновесной константе диссоциации протромбиназы (см. Таблицу 2). Поэтому для ассоциации факторов VIIIa и IXa были выбраны те же значения кинетических параметров, что и для Xa и Va.
Нарушения гемостаза; тромбоцитарная адгезия, активация и агрегация. Каскадная модель свертывания крови. Основные виды геморрагических диатезов: заболевания сосудов, нарушения тромбоцитов и факторов свертывания крови, множественные дефекты системы. презентация [3,9 M], добавлен 21.06.2015
Краткая характеристика фаз свертывания крови. Коагуляционный механизм гемостаза. Ретракция кровяного сгустка и фибринолиз. Задачи первой противосвертывающей системы. Регуляция свертывания крови. Группы крови человека. Общее понятие о резус-факторе. реферат [21,0 K], добавлен 10.03.2013
Понятие и предпосылки развития синдрома дессименированного внутрисосудистого свертывания крови как нарушения свертывания крови, при котором в мелких сосудах образуются тромбы. Стадии патологического процесса и принципы лечения. Сущность и типы шока. презентация [209,0 K], добавлен 29.03.2015
Механизм свертывания крови. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз. Виды тромбов. Процесс расщепления фибрина. Лекарственные средства, способствующие свертыванию. Коагуляция крови. Гемостатики разных групп. Лечение и профилактика тромбозов и тромбоэмболий. презентация [1,0 M], добавлен 29.02.2016
Значение онкотического давления плазмы крови для водно-солевого обмена между кровью и тканями. Общая характеристика факторов (акцелератов) свертывания крови. Первая фаза свертывания крови. Сердечно-сосудистый центр, особенности функционирования. контрольная работа [19,2 K], добавлен 17.01.2010
Этиология и эпидемиология синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания. Частота ДВС-синдрома при разных видах патологии. Патогенез заболевания. Классификация ДВС-синдрома, гемостазиологическая характеристика. Клинические признаки и лечение. реферат [17,6 K], добавлен 12.02.2012
Этиология и патогенез синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания, причины его возникновения и компоненты клинической картины. Методы ранней диагностики ДВС-синдрома, основные патогенетические методы лечения его острой и хронической форм. реферат [1,1 M], добавлен 06.09.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2021
Пространственная динамика свертывания крови дипломная работа. Медицина.
Сочинение На Тему Я Хочу Жить
Реферат: Влияние декабристов на культурное развитие города Красноярска
Поэты И Писатели Дагестана Сочинение
Реферат по теме Проблема эвтаназии в контексте прав человека
Курсовая работа по теме Жизненный цикл товара и его стадии
Контрольная Работа No 2 По Теме Динамика
Сочинение На Тему Мертвые
Лекция На Тему Теоретическая Политология (Часть2)
Реферат по теме Тунец - король суши
Аудит Темы Рефератов
Реферат: Кислородно-водородный ЖРД НМ60
Курсовая работа: Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода. Скачать бесплатно и без регистрации
Общение Реферат
Реферат: Тоталитарная эстетика
Крещение Руси Реферат 6 Класс
Курсовая работа: Расчет налогов на предприятие
Реферат: Дрангов, Борис
Судебное Исследование Есть Акт Справедливости Эссе
Реферат Основные Качества Военнослужащего
Какие виды бланков применяются в учреждениях?
Законодательные обоснования и регулирование налогообложения - Государство и право контрольная работа
Особенности создания стоматологической деятельности - Маркетинг, реклама и торговля курсовая работа
Борис Годунов: портрет политика - История и исторические личности реферат