Российские ученые построили математические модели свертывания крови при дефицитах различных факторов свертываемости и проанализировали, как растет ее сгусток. Оказалось, что нехватка белков системы свертывания может быть компенсирована их пространственным распределением в процессе заделки раны.

Чтобы система совсем перестала работать, уровень факторов свертываемости нужно понизить в 50–100 раз: это наблюдение врачи знали давно, но его механизмы не были ясны. Результаты работы опубликованы в Biophysical Journal.

Система свертывания крови устроена довольно непросто: при растяжении или повреждении сосудов их стенки выделяют ряд молекул, которые сигнализируют организму о неполадках. В ответ на эти сигналы запускается сложный каскад биохимических реакций, в результате которого в крови появляется фермент тромбин, который далее взаимодействует с одним из белков крови – фибриногеном. В результате этого взаимодействия фибриноген превращается в эластичный материал фибрин, который затыкает брешь в стенке сосуда. Далее в эту реакцию включаются и другие механизмы, которые оказывают кровоостанавливающее действие и вовлекают тромбоциты — специальные клетки крови, ответственные за образование временных пробок на месте повреждений сосудов. Затем стенка сосуда восстанавливается, а временная пробка рассасывается.

При нарушении сложной сигнальной системы начала свертывания крови возникают различные патологии, самая известная из которых — гемофилия. Их причины могут быть разными: генетика, аутоиммунные заболевания, проблемы с печенью и так далее. Однако нарушения свертывания у одних пациентов приводит к кровотечениям, а у других — нет.

«Мы не понимаем, почему у одних кровотечения есть, а у других нет. Один пациент при 1% уровне белка от нормы чувствует себя неплохо и может обойтись без терапии, а другой страдает от кровотечений при уровне 10%. Система свертывания сложна и один только уровень белка мало что говорит», — рассказывает профессор кафедры медицинской физики МГУ Михаил Пантелеев.

Команда российских и индийских ученых решила выяснить, почему при определенных уровнях белков система начинает плохо работать, и понять, какие тест-системы могут это надежно детектировать. Чтобы исследовать чувствительность системы свертывания, учёные поставили эксперимент, в ходе которого добавляли тромбопластин — один из основных факторов свертываемости — в плазму крови и по-разному распределяли его в пространстве: гомогенно (равномерно) или гетерогенно (неравномерно). В обеих моделях образовывались фибриновые сгустки и концентрация тромбина в пространстве менялась. Все изменения в системе ученые записывали на видео, на основе которого построили математическую модель процесса.

Для экспериментов учёные брали кровь как здоровых людей, так и пациентов с нарушениями свертываемости. Оказалось, что скорость образования фибринового сгустка линейно связана с концентрацией фермента тромбина на его переднем, растущем конце. Начальные стадии образования фибринового сгустка у пациентов без патологий и с недостатком факторов свертывания отличались слабо, однако дальнейшее его разрастание с образованием пробки было затруднено в плазме пациентов с дефицитами факторов FV, FVII, FX, FVIII и FIX.

«На самом деле уровень, при котором начинаются клинически значимые кровотечения — очень низкий. У человека он должен стать в 50–100 раз ниже нормы. Что делает систему свертывания такой надежной? Отсюда вытекает вторая задача, фундаментальная. Мы стремимся понять структурные основы биологических систем, их устойчивости и надежности. Это может и помочь в их лечении и создании новых биотехнологий. Да и за пределами биологии может оказаться полезным. Представляете, что было бы, если бы наши машины или иные системы работали при 95% неисправности, а отказывали бы только при 99% поломке?» — поясняет Михаил Пантелеев.