Адгезія, когезія і елімінування тромбоцитів - полімери медичного призначення

Адгезія тромбоцитів до поверхні чужорідного речовин-відбувається через білок плазми. У табл. 29 наведені результати адгезії тромбоцитів полімерами трьох різновидів. І цифрових даних видно, що тефлон проявляє найбільшу адгезионную здатність, а поліуретан - мінімальну. Така картина обумовлена зовсім не відмінностями досліджених полімерів, а різною природою білків. Говорячи конкретніше, ті ділянки поверхні, на яких вже адсорбований фібриноген, проявляють набагато більшу схильність до селективної адгезії тромбоцитів, ніж області, вибірково сорбувати альбумін. Для підтвердження цієї закономірності можна проаналізувати дані табл. 30, де наведено результати адсорбції тромбоцитів силіконовим каучуком, поверхня якого був попередньо покрита адсорбційним шаром того чи іншого білка (товщина шару альбуміну становить 1,0 мкг / см2), фібриногену і у-глобуліну-1,5 і 1,25 мкг / см2 відповідно
З даних табл. 30 видно, що поверхні, покриті шаром фібриногену або глобуліну, проявляють набагато більшу схильність до адгезії тромбоцитів, ніж поверхня з адсорбційним шаром альбуміну. Взагалі досить добре відомо, що чужорідне (по відношенню до даного організму) тіло, покрите адсорбційним шаром фібриногену або глобуліну, схильне до адгезії еритроцитів, бо такий шар діє як стимулятор адгезії [54, 65], тоді як у разі альбуміну процес практично не йде [55, 64].
Kim і співр. [63, 64] простежили за взаємодією тромбоцитів з білками цих трьох різновидів з біохімічної точки зору і прийшли до наступних висновків.
Таблиця 30. Адгезія тромбоцитів до силіконового каучуку, покритому адсорбційним шаром білка [55]

За своєю природою і фібриноген і у-глобулін є глюкопротеінов і містять в своїх молекулах кілька олігосахаридних ланцюгів. Структура останніх розшифрована, однак до складу глюкопротеінов входять ще і не повністю Сахарідний ланцюга, а на кінцях ланцюгів відзначено присутність галактози і N-ацетилглюкозамін. Відомо також, що в оболонці клітин тромбоцитів міститься велика кількість глікозілтрансферази. У присутності двовалентних катіонів фермент ініціює і стимулює взаємодію між цукровим нуклеотидом, що містяться в еритроцитах, і кінцями Сахарідний ланцюгів білка. Перший функціонує як донор, другі - як акцептори. Взаємодія протікає за такими схемами:
Уридиндифосфат-галактоза-ацетілглюкозамін-
N-ацетилглюкозамин-галактоза + уридиндифосфат.
Цітідінмонофосфат - N-ацетілнейраміновой кислота + галактоза-
- ^ Галактоза - N-ацетілнейраміновой кислота + + цітідінмонофосфат
За сучасними поглядами, в ході цих процесів під дією ферментів утворюється проміжний комплекс схематично показаний на рис. 30 [64]. Його стабільність залежить від стану адсорбованого білка, тому цілком логічно поставити питання: чи не визначаються цим же станом такі параметри, як міцність адгезії тромбоцитів і тривалість імпульсного періоду? Повідомлялося, що аналогічні процеси відбуваються і на поверхні колагену. Альбумін ж не містить олігосахаридних ланцюгів, тому описані вище реакції з ним не відбуваються, і як наслідок адгезія тромбоцитів альбуміном невелика.
Безпосередньо за адгезію тромбоцитів починається їх когезия з утворенням і звільненням аггрегаціі, а також різних біологічно активних речовин типу ADP, серотоніну і фосфоліпідів. Адгезірованних і злиплі тромбоцити піддаються руйнувань з боку тромбіну, а звільняються речовини знову викликають когезию тромбоцитів.
Мал. 30. Модель адгезії тромбоцитів до поверхні чужорідного тіла (64).

Таким чином, загальний темп процесу наростає, і прискорене повторення всіх цих актів призводить в результаті до утворення тромбу. Безпосередньою кореляційної залежності між когезией тромбоцитів д звільненням агрегацій з одного боку і природою стороннього тіла (полімеру) і адсорбованого білка - з іншого поки не встановлено. Спираючись на все викладене, спробуємо ще раз простежити загальну послідовність утворення тромбу на поверхні того чи іншого високомолекулярного матеріалу. У відповідності зі схемою (схема 2) цей процес протікає через такі стадії:

Схема 2. Принципова схема процесу тромбоутворення на поверхні чужорідного тіла

1. Зіткнення поверхні полімеру з кров`ю.

1. Конкуруюча адсорбція білків плазми на поверхні полімеру.

Залежно від адсорбційної здатності полімеру друга стадія в свою чергу підрозділяється на три альтернативи:
а) спочатку адсорбуються фібриноген і гамма-глобулін-
б) спочатку йде адсорбція альбуміна- в) білок адсорбується з дуже великими труднощами.
Залежно від рушійних моментів (тромбоцити, внутрішні фактори згортання, еритроцити), подальший процес протікає за трьома схемами - А, Б, В відповідно. Всі три схеми реалізуються самостійно, але зазнають взаємний вплив.
Схема А. Процес починається безпосередньо після конкуруючої адсорбції білків і складається з наступних стадій (вони нумеруються в порядку загальної послідовності всього процесу):

1. Освіта комплексу тромбоцитів з адсорбованим білком (це можливо тільки за умови початкової адсорбції полімером фібриногену або 7-глобуліну. Якщо спочатку сорбируется альбумін або адсорбція взагалі не йде, комплексообразование неможливо).
2. Адгезія тромбоцитів (в тому випадку, коли спочатку адсорбуються фібриноген і 7-глобулін, адгезія протікає досить активно, при сорбції ж альбуміну або при відсутності її - у вкрай малих масштабах).
3. Активація тромбоцитів. Ця стадія складається з наступних акцій:

а. Звільнення біологічно активних речовини агрегування тромбоцитів.
б. Прискорення когезии і звільнення тромбоцитів під дією тромбіну внутрішніх факторів згортання і гемолітичних речовин.
в. Стимулювання активації внутрішніх факторів згортання дією звільнених фосфоліпідів (третій тромбоцитную фактор).

1. Формування тромбу з тромбоцитів (адгезія і освіту агрегацій злиплих тромбоцитів).

Схема Б. Процес складається з наступних стадій (вони нумеруються паралельно зі стадіями процесу А):

1. Активація фактора XII (денатурація і активація в результаті конкурентної або обмінної адсорбції з іншим білком плазми- якщо білок не адсорбується полімером, дана стадія вкрай утруднена).
2. Каскадна активація факторів згортання. Вона складається з наступних процесів:

а. Під дією Ха фактор XI активується на поверхні полімерного матеріалу, після чого ініціює необоротну реакцію.
б. Посилення активації фактора XII дією 3-го тромбоцитную фактора.

1. Формування згустку фібрину.
2. Освіта тромбу, (згусток фібрину з тромбоцитами і еритроцитами за схемою А утворює тромб).

Схема В. Процес зводиться до того, що еритроцити адгезіруют на адсорбованому белке- це призводить до часткового гемолизу і стимулює реакції, що протікають по схемам А і Б.
Резюмуючи все сказане, можна стверджувати, що полімер, що володіє гемосумісність, повинен відповідати принаймні двом таким вимогам:

1. Мінімальна схильність до адсорбції білка плазми крові. Слабка взаємодія з білком, мінімальна межфазная енергія на межі поділу з плазмою. Таким умовам може відповідати гідрофільний гідрогель з високим вмістом води, що не несе електричного заряду.
2. Сильно виражена схильність до вибіркової адсорбції альбуміну. Здатність полімеру до першочергової адсорбції альбуміну з плазми крові.

Цілком ймовірно, попереднє покриття полімер одним тільки альбуміном виявиться недостатнім.
Тут сформульовані лише дві вимоги до синтетичних полімерів в спектрі гемосумісність, проте можна вважати, що і цих пунктів цілком достатньо, щоб приступити до пошукового тестування медичних матеріалів на антітромбогенность.

Вплив потоку крові

Об`ємом розгляду в попередніх розділах була переважно кров в статичному стані. На практиці ж речовини, що застосовуються як медичні матеріали, вступають в контакт з кров`ю, яка безперервно циркулює. Відомо, що легке утворення тромбу на поверхні чужорідного матеріалу в найсильнішому ступені залежить від стану потоку крові. Якщо, наприклад, говорити про венозної крові, що протікає з невеликою швидкістю, то вона набагато більш схильна до згортання, ніж артеріальна, що протікає значно швидше. Інший приклад, що відноситься до циркуляції поза організмом, свідчить про те, що на ділянках, де можливі нерівномірність і зупинки потоку крові, або там, де потік завихряется і набуває турбулентність, процес тромбоутворення йде набагато легше.
Для точного визначення і тлумачення тієї ролі, яку стан потоку крові грає в процесі формування тромбу, необхідно досліджувати цей стан в наступних головним аспектах.

1. Вплив потоку крові на денатурацію білка плазми- руйнівну дію потоку на тромбоцити.
2. Вплив потоку на швидкість і кількісні показники адсорбції білка і адгезії тромбоцитів.
3. Вплив потоку на активації факторів згортання, активацію тромбоцитів і на швидкість коагуляції крові. Отже, зрозуміло, що якщо розглядати елементарні акти

процесу тромбоутворення на поверхні чужорідного тіла в кінетичному аспекті, то необхідно брати до уваги динамічний вплив потоку крові. Однак проблема в цілому набагато складніше, причому вона пов`язана з технічними труднощами вимірювань, тому до теперішнього часу дослідники мають у своєму розпорядженні лише деякими відомостями в цій області. Частина цих відомостей викладається нижче.
На рис. 31 представлені криві, що характеризують вплив динамічних характеристик потоку крові на адсорбцію альбуміну на поверхні силіконового полімеру і поліуретану [62]. З кривих випливає, що в будь-якому випадку при досягненні досить високій швидкості потоку настає стан рівноважної адсорбції. Силіконовий же полімер показує іншу картину, а саме, швидкість адсорбції змінюється порівняно мало, тоді як змін схильна практично тільки рівноважна адсорбція. Причини такого явища поки неясні.
Для молекул білка характерно, що конформації їх змінюються при незначних енергетичних витратах, тому, коли на деяких ділянках потоку крові білок сприймає тангенціальну навантаження, вона виявляється достатньою для того, щоб викликати денатурацію і деградацію білка. Все це відомо давно, однак про вплив цього фактора на згортання крові відомостей поки явно недостатньо.
Мал. 31. Вплив параметрів потоку крові на адсорбцію альбуміну на поверхні полімерного матеріалу (62).

А - силіконовий каучук- Б - сегментований поліуретан.
Повідомлялося лише, що коагуляционная активність тромбіну і X- фактора в умовах тангенціального напруження значно знижується, інакше кажучи, зростає період згортання [66].
Відомо, що тромбоцити набагато гірше витримують дотичне напруження, ніж еритроцити. Так, додаток навіть незначного зрізати зусилля (20- 50 дин / см2) викликає руйнування тромбоцитів, звільнення активних речовин і супроводжується слипанием тромбоцитів і утворенням їх аггрегаціі. Зрозуміло, що все це в свою чергу прискорює подальшу адгезію тромбоцитів. За сучасними уявленнями, загальна швидкість адгезії залежить як від переміщень внаслідок дифузії всередину полімерного матеріалу, так і від швидкості адгезійних процесів на поверхні полімеру. Щодо впливу швидкості потоку на всі ці фактори в умовах експериментів були отримані самі суперечливі результати, Повідомлялося, наприклад, що в умовах малого сдвигающего напруги ні дифузія, ні адгезійні процеси не залежать від потоку крові [67]. Можна лише стверджувати як найбільш загального правила, що на адгезію тромбоцитів впливають зовнішні динамічні умови. До цього звичайно, додається прискорює ефект, обумовлений руйнуванням тромбоцитів, і цілком очевидно, що питання не може бути спрощений і зведений до однієї тільки «чистої» швидкості адгезії тромбоцитів на поверхні полімеру.
Все викладене резюмується в такий спосіб. Говорити чи про тромбоцитах або про білку стосовно тромбоутворення), в будь-якому випадку вплив динамічних умов на цей процес аж ніяк не зводиться до впливу однієї лише форми потоку крові, зокрема, з дотичним напруженням або турбулентного. У той момент, коли кров контактує з чужорідним тілом і на мить затримується, відбуваються складні взаємодії біохімічних, динамічних та інших факторів. Таким чином, подальші кінетичні дослідження в цьому напрямку будуть вимагати ще досить багато часу.