Nachdem Sie mit „Zellen bei der Arbeit!“ bombardiert wurden, sollten Sie wissen, was ein Gerinnungswasserfall ist, oder?

Autor: Lin Lisha (Kunming Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Der Artikel stammt vom offiziellen Account der Science Academy (ID: kexuedayuan)

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Die populärwissenschaftliche Animation „Zellen bei der Arbeit!“ hat viele Internetnutzer bezaubert und die süßen Blutplättchen in Episode 2 „Scratches“ haben unzählige Fans gewonnen. Um Wunden zu heilen und Blutungen rechtzeitig zu stoppen, nutzen Blutplättchen Gerinnungsfaktoren, die den weißen Blutkörperchen helfen, Bakterien zu bekämpfen und so die Umwelt zu schützen, in der die Zellen leben.

Bildquelle: bilibili

Kommt es bei einem Trauma zu einer Blutung aus einer Wunde oder bildet sich bei der Blutentnahme ein kleiner blutender Fleck an der Einstichstelle der Nadel, können wir die Blutung meist durch Druck stoppen. Dies ist hauptsächlich auf den Beitrag von Blutplättchen und Gerinnungsfaktoren zurückzuführen. Nach einer Verletzung eines Blutgefäßes strömen die Blutplättchen zur Wunde und die anschließende Aktivierung der Gerinnungskaskade sorgt für rechtzeitige Unterstützung der Blutplättchen. Apropos Koagulationswasserfall: Vielleicht kennen Sie ihn nicht. Heute führt Dayuaner Sie zum „Koagulationswasserfall“.

Was ist die Gerinnungskaskade?

In den Augen der Wissenschaftler ist der Gerinnungsprozess nicht nur ein blutstillender Wattebausch oder ein Blutgerinnsel, sondern so etwas wie in Abbildung 1 (der Index a zeigt den aktivierten Zustand an, aktiviert). Wie andere Signalwege im Körper unterliegt auch der Gerinnungsprozess einer feinen Regulierung und wird bildlich als „Gerinnungswasserfall“ bezeichnet. Sein biochemisches Wesen besteht aus einer Reihe enzymatischer Reaktionen von Gerinnungsfaktoren im Plasma. Vorgeschaltete Faktoren aktivieren ihre nachgeschalteten Faktoren und schließlich wird Prothrombin (FII) in Thrombin (FIIa) umgewandelt, das lösliches Fibrinogen (FI) in unlösliches Fibrin (FIa) umwandelt.

Abbildung 1. „Coagulation Cascade“, Kaskadenreaktion von Gerinnungsfaktoren (Index a zeigt Aktivierungszustand an)

Unter normalen Umständen befinden sich die Gerinnungsfaktoren im Körper in einem inaktivierten Zustand. Sie fließen einfach träge im Blut oder werden durch das Gefäßendothel isoliert. Darüber hinaus gibt es im Körper viele „Tore“, die verhindern, dass der Gerinnungswasserfall nach unten stürzt und Blutgerinnsel bildet, die normale Blutgefäße verstopfen. Wenn wir verletzt sind, muss die Gerinnungskaskade entlang des Kaskadenreaktionspfads verschiedene Widerstandskräfte überwinden, um ein Blutgerinnsel zu bilden, das die geplatzten Blutgefäße blockiert und übermäßige Blutungen verhindert. Dies ist eine physiologische Hämostase.

Ist Ihnen beim ersten Anblick der Gerinnungskaskade (Abbildung 1) etwas schwindelig? Dabei sind die „Tore“ noch nicht einmal miteinbezogen; Sie sehen, ihre römischen Ziffern entsprechen nicht der Reihenfolge der Kaskadenreaktion, wie etwa FXI-FIX-FX-FII, und einige Zahlen fehlen, wie etwa FIII, FIV und FVI. Werfen wir einen Blick auf die „geheime Geschichte“ der Mitglieder der Gerinnungsfamilie.

Die Logik hinter dem Chaos

Tatsächlich sind die römischen Ziffern in der Reihenfolge angeordnet, in der sie entdeckt wurden. Bemerkenswerterweise ist der am weitesten vorgelagerte Gerinnungsfaktor XII (FXII) der letzte, der die Gerinnungskaskade füllt, und seine Entdeckung erstreckt sich über mehr als ein Jahrhundert seit der Benennung des ersten Gerinnungsfaktors (FI, Fibrinogen).

Die Entdeckung von FXII ging auf einen abnormalen Gerinnungsfunktionstest zurück. Im Jahr 1958 stellte Dr. Ratnoff fest, dass bei In-vitro-Tests von Hagemans Blut die Gerinnungszeit ungewöhnlich verlängert war. Er fügte dem Blut des Patienten alle damals bekannten Gerinnungsfaktoren hinzu, konnte die Gerinnungszeit jedoch trotzdem nicht korrigieren. Dies bedeutet, dass der Gerinnungsfaktor, der Hageman fehlte, noch nicht entdeckt wurde. Ratnoff war der Entdecker dieses unbekannten Faktors und benannte ihn nach dem Patienten Hageman-Faktor. Da das Phänomen der Förderung der Blutgerinnung auf der Glasoberfläche mit diesem Faktor zusammenhängt, wird er auch als Oberflächenfaktor bezeichnet. Später wurde ihm in der internationalen Nomenklatur der Standardname FXII gegeben.

Wie Sie sich vorstellen können, haben die meisten anderen Gerinnungsfaktoren ähnliche Entdeckungsprozesse und Namensänderungen durchlaufen (siehe Tabelle).

Abbildung 2. Gerinnungsfaktoren und ihre numerischen Codes

Und warum werden FIII, FIV und FVI nicht im Diagramm angezeigt? Der Grund ist, dass sie zu speziell sind. FIII kommt hauptsächlich im subendothelialen Gewebe vor und ist der einzige Gerinnungsfaktor, der nicht im Blut vorkommt. Wissenschaftler nennen es gerne Gewebefaktor (TF). Die chemische Natur von FIV ist besonders. Es ist der einzige Gerinnungsfaktor, der kein Protein ist. Das Ca2+ im Diagramm ist FIV selbst. FVI ist noch spezieller. Man hat herausgefunden, dass der für FVI gehaltene Gerinnungsfaktor in Wirklichkeit die aktivierte Form von FV (FVa) ist. Sobald das Missverständnis geklärt ist, hat es nichts mehr damit zu tun.

Geschichte der Wasserfälle

Das ursprüngliche Gerinnungssystem bestand nur aus vier Mitgliedern, darunter Kalziumionen. Im Jahr 1905 schlug Paul Morawitz einen Prototyp des Koagulationsprozesses vor (Abbildung 3).

Auf den Schultern unserer Vorgänger wurden in den 1940er bis 1960er Jahren, also in knapp 20 Jahren, von fleißigen Wissenschaftlern einer nach dem anderen die Faktoren 5 bis 12 entdeckt.

Während des Zweiten Weltkriegs wurden einige inspirierende Geschichten über die Abenteuer von Wissenschaftlern überliefert. Zu dieser Zeit waren die Vorräte knapp und Fleisch ein seltenes Gut. Es gab einen Test (Prothrombinzeit), bei dem normalerweise an Gewebefaktor reiches Kaninchenhirnpulver verwendet wurde, um die Gerinnung auszulösen. Es heißt, Owren, der finnische Wissenschaftler, der FV entdeckte, habe während des Krieges sein Leben riskiert, um zwei Kaninchen zu finden, mit denen er das Experiment abschließen konnte.

Als immer mehr Gerinnungsfaktoren entdeckt wurden, gründeten Wissenschaftler im Jahr 1954 zur Vermeidung von Verwirrung das „International Committee on Nomenclature of Coagulation Factors“ (später „International Society on Thrombosis and Coagulation“) und entschieden sich, zur Benennung römische Ziffern zu verwenden.

Abbildung 3. Gerinnungssystemmodelle von oben nach unten im Jahr 1905, 1964 und im 21. Jahrhundert

Es ist der Geist kühner Vermutungen und sorgfältiger Überprüfungen dieser Wissenschaftler, der uns das heutige Koagulations-Wasserfalldiagramm beschert hat. Auf der Grundlage dieser „Karte“ haben Wissenschaftler Ziele gefunden und viele Medikamente zur Vorbeugung und Behandlung thrombotischer Erkrankungen entwickelt, wie etwa Rivaroxaban, das FXa hemmt, und Dabigatran und Bivalirudin, die FIIa hemmen.

Abbildung 4. Gängige Antikoagulanzien Rivaroxaban und Dabigatran (Bildquelle: Baidu Image)

Wenn der Wasserfall nicht vollständig ist ...

Hämophilie (das Wurzelwort ist Hämo (Blut) + (Philia) Freundschaft, was „Blutungskrankheit“ bedeutet), eine bekannte Blutkrankheit, ist eine Gerinnungsstörung, die durch den Mangel an Gerinnungsfaktoren verursacht wird. Die Patienten neigen ihr Leben lang zu posttraumatischen Blutungen, bei schweren Patienten kann es auch ohne Trauma zu spontanen Blutungen kommen. Bei Hämophilie handelt es sich üblicherweise um Hämophilie A, einen Mangel an Gerinnungsfaktor VIII, während es sich bei Hämophilie B und C um einen Mangel an den Gerinnungsfaktoren IX bzw. XI handelt, die beide weniger häufig sind.

Hämophilie A und B sind X-chromosomal-rezessive Erbkrankheiten. Normalerweise sind Frauen Trägerinnen und Männer betroffen. Man sagt, dass die Hämophilie im 19. Jahrhundert durch die Nachkommen von Königin Victoria in die europäischen Königsfamilien gelangte und dadurch indirekt auch die russische Königsfamilie zu Fall brachte (dies ist die „Königskrankheit“ der Geschichte).

Abbildung 5. Hämophilie-X-Chromosomenkopplungskarte (Bild aus dem Internet)

Obwohl die ersten Aufzeichnungen über Hämophilie auf das Hebräische vor unserer Zeitrechnung zurückgehen (die Juden dieser Zeit kannten möglicherweise das Konzept der Vererbung, und der Patriarch hielt fest, dass, wenn ein jüdischer Junge nach der Beschneidung an Blutungen starb, sein jüngerer Bruder von der Beschneidung befreit werden konnte), wurde das Verständnis der Ursache der Hämophilie erst im 20. Jahrhundert allmählich klarer. Wissenschaftler konnten endlich den Nebel durchbrechen und entsprechende Behandlungsmöglichkeiten finden.

Hämophilie wird derzeit noch hauptsächlich mit Ersatztherapien behandelt, beispielsweise durch Ergänzung mit gefrorenem Frischplasma, aus Blut extrahiertem FVIII-Konzentrat und rekombinanten FVIII-Präparaten. Darüber hinaus erforschen Wissenschaftler aktiv den Einsatz von Gentherapie zur Behandlung von Hämophilie, um Patienten vollständig zu heilen.

Obwohl die Coagulation Falls auf den ersten Blick etwas schwindelerregend wirken, können Sie die Richtung herausfinden, wenn Sie genau auf die Karte schauen. Wenn Sie überhaupt keine Karte haben, wissen Sie nicht, wo Sie anfangen sollen. Was meinen Sie, liebe Leser?

Anhang Gerinnungsfaktoren und ihre Funktionen

Verweise

1. Wang Zhenyi et al., Grundlegende Theorie und klinische Praxis der Thrombose und Hämostase, Shanghai Science and Technology Press, 2004;

2. Douglas S, Historischer Überblick über die Gerinnungsgeschichte, OXFORD 1951-1953, Br J Haematol., 1999, 107: 22-32

3. Ratnoff OD, Rosenblum JM. Rolle des Hageman-Faktors bei der Einleitung der Blutgerinnung durch Glas (Nachweis, dass Glas den Hageman-Faktor von der Hemmung befreit). Am J Med. 1958, 25:160–168

4. Margolis J. Glasoberfläche und Blutgerinnung. Natur. 1956, 178:805–806.

5. Wang Guyun, Yao Hongxia: Fortschritte in der Behandlung von Hämophilie, Medical Review, 2016, 22: 4429-4432

6. Yu Fenggao: Die „Königskrankheit“ der europäischen Königsfamilie: Woher kommt das Hämophilie-Gen? | Tianxia, ​​​​Sohu.com, Link: http://www.sohu.com/a/119675375_162197

7. Boehringer Ingelheim: Ein Artikel, der Ihnen hilft, die Vergangenheit und Gegenwart der Gerinnungsmedizin zu verstehen, Sohu.com, Link: http://www.sohu.com/a/119640212_352501