NBS-nytt
14.02.2021
Forord
Fokuset i denne oversiktsartikkelen er historien til koagulasjonssystemet. Jeg er takknemlig for tilbudet fra redaktøren om å kunne gi den et personlig preg. Det er godt kjent at norske forskere har bidratt omfattende til forståelsen av mekanismen for blodkoagulasjon, ikke minst på grunn av professor Paul A. Owren som oppdaget en av koagulasjonsfaktorene og som startet Tromboseinstituttet ved Rikshospitalet i Oslo.
Hemostase
Ordet hemostase betyr blodstansing (gresk: hemo=blod og stase=stanse) og består av 3 viktige hendelser når blodkar skades (Fig. 1a). Det ene er at blodkaret trekker seg sammen, det andre er at blodplater adherer til kollagen via von Willebrand faktor (vWF), hvorved de aktiveres og aggregerer og danner en primær plateplugg som stopper blødningen (Fig. 1b). Denne platepluggen må stabiliseres og det skjer ved at koagulasjonssystemet aktiveres ved at tissue factor (TF) blir eksponert på skadestedet. Via en kompleks mekanisme (se Fig. 2) dannes til slutt trombin som overfører fibrinogen til fibrin og som stabiliserer blodplatene og blodproppen på karskadestedet. Mangel på trombindannelse fører til blødninger som for eksempel hemofili A (FVIII) eller hemofili B (FIX) mangel.
Generelt om koagulasjonssystemet
Dette systemet inneholder 13 faktorer som alle er proteiner, bortsett fra kalsium (FVI). De fleste av proteinene er proenzymer som overføres til enzymer via en begrenset proteolytisk kløyvning. Proteinene som inngår i koagulasjonssystemet blir kalt faktorer, og når disse blir aktivert, har de tilleggsbetegnelsen (a). To av faktorene, FVIII og FV er ikke proenzymer, men de overføres til å bli funksjonelle kofaktorer ved at de proteolytisk kløyves av trombin og blir da kalt henholdsvis FVIIIa og FVa.
Nåværende koagulasjonsmekanisme
Koagulasjonssystemet ble tidlig delt inn i det indre og det ytre system, hvor glass og negativt ladete overflater aktiverte det indre system, ved aktivering av FXII, mens TF i vevet initierte det ytre system ved karskade og eksponering av vev.
Koagulasjonssystemet kan i dag illustreres slik som vist i Fig.2. Ved en karskade kommer blodet i kontakt med vevet innenfor og samtidig med at blodplater adherer seg til kollagen på skadestedet, så vil tissue factor, TF, binde seg til FVII som blir overført til enzymet, FVIIa, ved autokatalyse. Enzymkomplekset av FVIIa og TF vil deretter i nærvær av Ca++ og negativt ladet fosfolipid, hovedsakelig fosfatidylserin (PS) på overflaten av aktiverte blodplater binde og aktivere FIX og FX. FXa bundet til PS feedback-aktiverer FVII, slik at mer FVI-Ia dannes. De første sporene av FXa binder seg i neste omgang til PS i nærvær av aktivert FV (FVa) frigjort og eksponert på overflaten av kollagen-aktiverte blodplater¹, og dette enzymkomplekset i nærvær av Ca++ overfører protrombin, også bundet til PS, til trombin i små mengder.
Amplifisering
Det første trombin som dannes vil deretter feedback-aktivere kofaktorene FVIII og FV til FVa og FVIIIa i plasma, samt aktivere mer blodplater. Siden FXa raskt inaktiveres av både antitrombin (AT) og tissue factor pathway inhibitor (TFPI), er FIXa (som inaktiveres langsommere) viktig for å danne mer FXa. Dette skjer på overflaten av aktiverte blodplater som eksponerer PS, hvor FIXa bindes sammen med kofaktor FVIIIa, kalsium og FX, hvorved FX blir spaltet proteolytisk til FXa. Deretter dannes mer trombin ved at FXa bindes til PS på de aktiverte blodplatene sammen med trombin-aktivert kofaktor, FVa, kalsium og substratet protrombin. Når tilstrekkelig stor mengde trombin er dannet vil den i en feedback-reaksjon aktivere FXI bundet til aktiverte blodplater og aktivere mer FIX som gir «burst» av trombinproduksjon. Dette trombinet overfører tilstrekkelig fibrinogen til fibrin monomer og aktiverer FXIII til FXIIIa (transamidase) som kryssbinder fibrin, og dette gjør at det dannes en stabil propp som forsegler skaden i karveggen og hindrer blødning.
Det indre og det ytre koagulasjonssystem
Hvorfor er ikke det ytre koagulasjonssystemet tilstrekkelig for normal hemostase?
Det var velkjent at de som mangler henholdsvis FVIII (hemofili A) og FIX (hemofili B) er alvorlige blødere, mens de som manglet FXII, prekallikrein, high-molecular-weight kininogen (HMWK) og delvis FXI ikke hadde unormal blødningstendens og svaret på dette ble funnet ved oppdagelsen av en inhibitor, tissue factor pathway inhibitor (TFPI), som nøytraliserer TF ved at det dannes et kvaternært inaktivt kompleks av TF, FVIIa, TFPI og FXa. Komplekset krever små mengder av FXa som meget raskt fører til inaktivering av TF og dermed skrus TF-initiert koagulasjon av. I dag vet vi at TF er essensiell for å initiere trombin-dannelsen, men at det ytre systemet slås av raskt og det indre systemet blir ansvarlig for normal trombin-dannelse og normal hemostase. Dette er opplagt en vik-tig sikring for å hindre at eksponert TF får lov til å indusere trombinproduksjon over lengre tid, som vil kunne føre til blodpropp (trombose). Det at det ikke finnes pasienter med verken TF- eller TFPI-mangel bekrefter viktigheten av disse proteinene og i dyreforsøk er det funnet at knock-out av disse proteinene fører til at fostrene dør.
Aktivering av det indre koagulasjonssystem in vivo
Selv om TF inhibitoren TFPI ga forklaring på hvorfor den TF-avhengige aktiveringen av koagulasjonssystemet ikke var tilstrekkelig for normal hemostase, så ga det ikke svar på de uforklarlige observasjoner av store forskjeller i blødning hos pasienter som mangler en av faktorene i det indre koagulasjonssystem. Det ble tidlig kjent at mangel på FXII - eller prekallikrein - ikke var forbundet med noen økt blødningstendens, selv om disse faktorene var svært viktige når blod ble koagulert i glass eller lignende in vitro. Det var imidlertid vanskelig å forstå hvorfor FVIII og FIX mangel (hemofili) var assosiert med alvorlig blødningstendens sammenlignet med de som manglet FXI, da de i sistnevnte gruppe hadde svært liten grad av unormale blødninger og kun ved kirurgiske inngrep, tanntrekking etc. Det var derfor et gjennombrudd da det i 1977 ble vist at det ytre koagulasjonssystem ved TF-FVIIa også aktiverer FIX og derved gir en aktivering av det indre koagulasjonssystem som er uavhengig av XII, prekallikrein og FXI2. Spesielt ved lave konsentrasjoner av TF ble det vist at TF-FVIIa aktivering av FIX bidrar til betydelig økt aktivering av FX via FIXa-FVIIIa.
Dette ga en forklaring på hvorfor FIX og FVIII var så viktige i dannelsen av trombin, men fortsatt var det vanskelig å skjønne hvorfor FXI mangel også var assosiert med økt blødningstendens. Det var ikke før fjorten år senere at det ble oppdaget at trombin ikke bare feedback-aktiverer FV, FVIII og blodplater, men også FXI i plasma³. Dette krever imidlertid at det skjer en "eksplosjon" av trombindannelse for at FXI skal blir aktivert av trombin da dette skjer kun når trombinkonsentrasjonen blir høy nok, noe som forklarer
Gå til medietHemostase
Ordet hemostase betyr blodstansing (gresk: hemo=blod og stase=stanse) og består av 3 viktige hendelser når blodkar skades (Fig. 1a). Det ene er at blodkaret trekker seg sammen, det andre er at blodplater adherer til kollagen via von Willebrand faktor (vWF), hvorved de aktiveres og aggregerer og danner en primær plateplugg som stopper blødningen (Fig. 1b). Denne platepluggen må stabiliseres og det skjer ved at koagulasjonssystemet aktiveres ved at tissue factor (TF) blir eksponert på skadestedet. Via en kompleks mekanisme (se Fig. 2) dannes til slutt trombin som overfører fibrinogen til fibrin og som stabiliserer blodplatene og blodproppen på karskadestedet. Mangel på trombindannelse fører til blødninger som for eksempel hemofili A (FVIII) eller hemofili B (FIX) mangel.
Generelt om koagulasjonssystemet
Dette systemet inneholder 13 faktorer som alle er proteiner, bortsett fra kalsium (FVI). De fleste av proteinene er proenzymer som overføres til enzymer via en begrenset proteolytisk kløyvning. Proteinene som inngår i koagulasjonssystemet blir kalt faktorer, og når disse blir aktivert, har de tilleggsbetegnelsen (a). To av faktorene, FVIII og FV er ikke proenzymer, men de overføres til å bli funksjonelle kofaktorer ved at de proteolytisk kløyves av trombin og blir da kalt henholdsvis FVIIIa og FVa.
Nåværende koagulasjonsmekanisme
Koagulasjonssystemet ble tidlig delt inn i det indre og det ytre system, hvor glass og negativt ladete overflater aktiverte det indre system, ved aktivering av FXII, mens TF i vevet initierte det ytre system ved karskade og eksponering av vev.
Koagulasjonssystemet kan i dag illustreres slik som vist i Fig.2. Ved en karskade kommer blodet i kontakt med vevet innenfor og samtidig med at blodplater adherer seg til kollagen på skadestedet, så vil tissue factor, TF, binde seg til FVII som blir overført til enzymet, FVIIa, ved autokatalyse. Enzymkomplekset av FVIIa og TF vil deretter i nærvær av Ca++ og negativt ladet fosfolipid, hovedsakelig fosfatidylserin (PS) på overflaten av aktiverte blodplater binde og aktivere FIX og FX. FXa bundet til PS feedback-aktiverer FVII, slik at mer FVI-Ia dannes. De første sporene av FXa binder seg i neste omgang til PS i nærvær av aktivert FV (FVa) frigjort og eksponert på overflaten av kollagen-aktiverte blodplater¹, og dette enzymkomplekset i nærvær av Ca++ overfører protrombin, også bundet til PS, til trombin i små mengder.
Amplifisering
Det første trombin som dannes vil deretter feedback-aktivere kofaktorene FVIII og FV til FVa og FVIIIa i plasma, samt aktivere mer blodplater. Siden FXa raskt inaktiveres av både antitrombin (AT) og tissue factor pathway inhibitor (TFPI), er FIXa (som inaktiveres langsommere) viktig for å danne mer FXa. Dette skjer på overflaten av aktiverte blodplater som eksponerer PS, hvor FIXa bindes sammen med kofaktor FVIIIa, kalsium og FX, hvorved FX blir spaltet proteolytisk til FXa. Deretter dannes mer trombin ved at FXa bindes til PS på de aktiverte blodplatene sammen med trombin-aktivert kofaktor, FVa, kalsium og substratet protrombin. Når tilstrekkelig stor mengde trombin er dannet vil den i en feedback-reaksjon aktivere FXI bundet til aktiverte blodplater og aktivere mer FIX som gir «burst» av trombinproduksjon. Dette trombinet overfører tilstrekkelig fibrinogen til fibrin monomer og aktiverer FXIII til FXIIIa (transamidase) som kryssbinder fibrin, og dette gjør at det dannes en stabil propp som forsegler skaden i karveggen og hindrer blødning.
Det indre og det ytre koagulasjonssystem
Hvorfor er ikke det ytre koagulasjonssystemet tilstrekkelig for normal hemostase?
Det var velkjent at de som mangler henholdsvis FVIII (hemofili A) og FIX (hemofili B) er alvorlige blødere, mens de som manglet FXII, prekallikrein, high-molecular-weight kininogen (HMWK) og delvis FXI ikke hadde unormal blødningstendens og svaret på dette ble funnet ved oppdagelsen av en inhibitor, tissue factor pathway inhibitor (TFPI), som nøytraliserer TF ved at det dannes et kvaternært inaktivt kompleks av TF, FVIIa, TFPI og FXa. Komplekset krever små mengder av FXa som meget raskt fører til inaktivering av TF og dermed skrus TF-initiert koagulasjon av. I dag vet vi at TF er essensiell for å initiere trombin-dannelsen, men at det ytre systemet slås av raskt og det indre systemet blir ansvarlig for normal trombin-dannelse og normal hemostase. Dette er opplagt en vik-tig sikring for å hindre at eksponert TF får lov til å indusere trombinproduksjon over lengre tid, som vil kunne føre til blodpropp (trombose). Det at det ikke finnes pasienter med verken TF- eller TFPI-mangel bekrefter viktigheten av disse proteinene og i dyreforsøk er det funnet at knock-out av disse proteinene fører til at fostrene dør.
Aktivering av det indre koagulasjonssystem in vivo
Selv om TF inhibitoren TFPI ga forklaring på hvorfor den TF-avhengige aktiveringen av koagulasjonssystemet ikke var tilstrekkelig for normal hemostase, så ga det ikke svar på de uforklarlige observasjoner av store forskjeller i blødning hos pasienter som mangler en av faktorene i det indre koagulasjonssystem. Det ble tidlig kjent at mangel på FXII - eller prekallikrein - ikke var forbundet med noen økt blødningstendens, selv om disse faktorene var svært viktige når blod ble koagulert i glass eller lignende in vitro. Det var imidlertid vanskelig å forstå hvorfor FVIII og FIX mangel (hemofili) var assosiert med alvorlig blødningstendens sammenlignet med de som manglet FXI, da de i sistnevnte gruppe hadde svært liten grad av unormale blødninger og kun ved kirurgiske inngrep, tanntrekking etc. Det var derfor et gjennombrudd da det i 1977 ble vist at det ytre koagulasjonssystem ved TF-FVIIa også aktiverer FIX og derved gir en aktivering av det indre koagulasjonssystem som er uavhengig av XII, prekallikrein og FXI2. Spesielt ved lave konsentrasjoner av TF ble det vist at TF-FVIIa aktivering av FIX bidrar til betydelig økt aktivering av FX via FIXa-FVIIIa.
Dette ga en forklaring på hvorfor FIX og FVIII var så viktige i dannelsen av trombin, men fortsatt var det vanskelig å skjønne hvorfor FXI mangel også var assosiert med økt blødningstendens. Det var ikke før fjorten år senere at det ble oppdaget at trombin ikke bare feedback-aktiverer FV, FVIII og blodplater, men også FXI i plasma³. Dette krever imidlertid at det skjer en "eksplosjon" av trombindannelse for at FXI skal blir aktivert av trombin da dette skjer kun når trombinkonsentrasjonen blir høy nok, noe som forklarer
