Адгезия, когезия и элиминирование тромбоцитов - полимеры медицинского назначения

Адгезия тромбоцитов к поверхности инородного веществ- происходит через белок плазмы. В табл. 29 приведены результаты адгезии тромбоцитов полимерами трех разновидностей. И цифровых данных видно, что тефлон проявляет наибольшую адгезионную способность, а полиуретан — минимальную. Такая картина обусловлена отнюдь не различиями исследованных полимеров, а разной природой белков. Говоря конкретнее, те участки поверхности, на которых уже адсорбирован фибриноген, проявляют гораздо большую склонность к селективной адгезии тромбоцитов, чем области, избирательно сорбировавшие альбумин. Для подтверждения этой закономерности можно проанализировать данные табл. 30, где приведены результаты адсорбции тромбоцитов силиконовым каучуком, поверхность которого был предварительно покрыта адсорбционным слоем того или иного белка (толщина слоя альбумина составляет 1,0 мкг/см2), фибриногена и у-глобулина—1,5 и 1,25 мкг/см2 соответственно
Из данных табл. 30 видно, что поверхности, покрытые слоем фибриногена или глобулина, проявляют гораздо большую склонность к адгезии тромбоцитов, чем поверхность с адсорбционным слоем альбумина. Вообще достаточно хорошо известно, что инородное (по отношению к данному организму) тело, покрытое адсорбционным слоем фибриногена или глобулина, склонно к адгезии эритроцитов, ибо такой слой действует как стимулятор адгезии [54, 65], тогда как в случае альбумина процесс практически не идет [55, 64].
Kim и сотр. [63, 64] проследили за взаимодействием тромбоцитов с белками этих трех разновидностей с биохимической точки зрения и пришли к следующим выводам.
Таблица 30. Адгезия тромбоцитов к силиконовому каучуку, покрытому адсорбционным слоем белка [55]

По природе своей и фибриноген и у-глобулин являются глюкопротеинами и содержат в своих молекулах некоторое количество олигосахаридных цепей. Структура последних расшифрована, однако в состав глюкопротеинов входят еще и не полностью сахаридные цепи, а на концах цепей отмечено присутствие галактозы и N-ацетилглюкозамина. Известно также, что в оболочке клеток тромбоцитов содержится большое количество гликозилтрансферазы. В присутствии двухвалентных катионов фермент инициирует и стимулирует взаимодействие между сахарным нуклеотидом, содержащимся в эритроцитах, и концами сахаридных цепей белка. Первый функционирует как донор, вторые — как акцепторы. Взаимодействие протекает по следующим схемам:
Уридиндифосфат-галактоза-ацетилглюкозамин—
N-ацетилглюкозамин-галактоза+уридиндифосфат.
Цитидинмонофосфат — N-ацетилнейраминовая кислота+галактоза—
—^галактоза — N-ацетилнейраминовая кислота+ +цитидинмонофосфат
По современным воззрениям, в ходе этих процессов под действием ферментов образуется промежуточный комплекс схематически показанный на рис. 30 [64]. Его стабильность зависит от состояния адсорбированного белка, поэтому вполне логично поставить вопрос: не определяются ли этим же состоянием такие параметры, как прочность адгезии тромбоцитов и продолжительность импульсного периода? Сообщалось, что аналогичные процессы происходят и на поверхности коллагена. Альбумин же не содержит олигосахаридных цепей, поэтому описанные выше реакции с ним не происходят, и как следствие адгезия тромбоцитов альбумином невелика.
Непосредственно за адгезией тромбоцитов начинается их когезия с образованием и освобождением аггрегаций, а также различных биологически активных веществ типа ADP, серотонина и фосфолипидов. Адгезированные и слипшиеся тромбоциты подвергаются разрушениям со стороны тромбина, а освобождающиеся вещества вновь вызывают когезию тромбоцитов.
Рис. 30. Модель адгезии тромбоцитов к поверхности инородного тела (64).

Таким образом, общий темп процесса нарастает, и ускоряющееся повторение всех этих актов приводит в результате к образованию тромба. Непосредственной корреляционной зависимости между когезией тромбоцитов д освобождением агрегаций с одной стороны и природой инородного тела (полимера) и адсорбированного белка — с другой пока не установлено. Опираясь на все изложенное, попытаемся еще раз проследить общую последовательность образования тромба на поверхности того или иного высокомолекулярного материала. В соответствии со схемой (схема 2) этот процесс протекает через следующие стадии:

Схема 2. Принципиальная схема процесса тромбообразования на поверхности инородного тела

1. Соприкосновение поверхности полимера с кровью.

1. Конкурирующая адсорбция белков плазмы на поверхности полимера.

В зависимости от адсорбционной способности полимера вторая стадия в свою очередь подразделяется на три альтернативы:
а)   первоначально адсорбируются фибриноген и гамма-глобулин-
б) сначала идет адсорбция альбумина- в) белок адсорбируется с очень большим трудом.
В зависимости от движущих моментов (тромбоциты, внутренние факторы свертывания, эритроциты), дальнейший процесс протекает по трем схемам — А, Б, В соответственно. Все три схемы реализуются самостоятельно, но претерпевают взаимное влияние.
Схема А. Процесс начинается непосредственно после конкурирующей адсорбции белков и состоит из следующих стадий (они нумеруются в порядке общей последовательности всего процесса):

1. Образование комплекса тромбоцитов с адсорбированным белком (это возможно только при условии первоначальной адсорбции полимером фибриногена или 7-глобулина. Если первоначально сорбируется альбумин или адсорбция вообще не идет, комплексообразование невозможно).
2. Адгезия тромбоцитов (в том случае, когда первоначально адсорбируются фибриноген и 7-глобулин, адгезия протекает весьма активно, при сорбции же альбумина или при отсутствии ее — в крайне малых масштабах).
3. Активация тромбоцитов. Эта стадия состоит из следующих акций:

а.    Освобождение биологически активных вещества агрегирование тромбоцитов.
б.    Ускорение когезии и освобождения тромбоцитов под действием тромбина внутренних факторов свертывания и гемолитических веществ.
в.   Стимулирование активации внутренних факторов свертывания действием освобожденных фосфолипидов (третий тромбоцитный фактор).

1. Формирование тромба из тромбоцитов (адгезия и образование агрегаций слипшихся тромбоцитов).

Схема Б. Процесс состоит из следующих стадий (они нумеруются параллельно со стадиями процесса А):

1. Активация фактора XII (денатурация и активация в результате конкурентной или обменной адсорбции с другим белком плазмы- если белок не адсорбируется полимером, данная стадия крайне затруднена).
2. Каскадная активация факторов свертывания. Она состоит из следующих процессов:

а.    Под действием Ха фактор XI активируется на поверхности полимерного материала, после чего инициирует необратимую реакцию.
б.    Усиление активации фактора XII действием 3-го тромбоцитного фактора.

1. Формирование сгустка фибрина.
2. Образование тромба, (сгусток фибрина с тромбоцитами и эритроцитами по схеме А образует тромб).

Схема В. Процесс сводится к тому, что эритроциты адгезируют на адсорбированном белке- это приводит к частичному гемолизу и стимулирует реакции, протекающие по схемам А и Б.
Резюмируя все сказанное, можно утверждать, что полимер, обладающий гемосовместимостью, должен отвечать по крайней мере двум следующим требованиям:

1. Минимальная склонность к адсорбции белка плазмы крови. Слабое взаимодействие с белком, минимальная межфазная энергия на границе раздела с плазмой. Таким условиям может соответствовать гидрофильный гидрогель с высоким содержанием воды, не несущий электрического заряда.
2. Сильно выраженная склонность к избирательной адсорбции альбумина. Способность полимера к первоочередной адсорбции альбумина из плазмы крови.

По всей вероятности, предварительное покрытие полимер одним только альбумином окажется недостаточным.
Здесь сформулированы лишь два требования к синтетическим полимерам в спектре гемосовместимости, однако можно полагать, что и этих пунктов вполне достаточно, чтобы приступить к поисковому тестированию медицинских материалов на антитромбогенность.

Влияние потока крови

Объемом рассмотрения в предыдущих разделах была преимущественно кровь в статическом состоянии. На практике же вещества, применяемые как медицинские материалы, вступают в контакт с кровью, которая непрерывно циркулирует. Известно, что легкость образования тромба на поверхности инородного материала в сильнейшей степени зависит от состояния потока крови. Если, например, говорить о венозной крови, протекающей с небольшой скоростью, то она гораздо более склонна к свертыванию, чем артериальная, протекающая значительно быстрее. Другой пример, относящийся к циркуляции вне организма, свидетельствует о том, что на участках, где возможны неравномерность и остановки потока крови, либо там, где поток завихряется и приобретает турбулентность, процесс тромбообразования идет гораздо легче.
Для точного определения и истолкования той роли, которую состояние потока крови играет в процессе формирования тромба, необходимо исследовать это состояние в следующих главным аспектах.

1. Влияние потока крови на денатурацию белка плазмы- разрушающее действие потока на тромбоциты.
2. Влияние потока на скорость и количественные показатели адсорбции белка и адгезии тромбоцитов.
3. Влияние потока на активации факторов свертывания, активацию тромбоцитов и на скорость коагуляции крови. Итак, понятно, что если рассматривать элементарные акты

процесса тромбообразования на поверхности инородного тела в кинетическом аспекте, то необходимо принимать во внимание динамическое влияние потока крови. Однако проблема в целом гораздо сложнее, причем она связана с техническими трудностями измерений, поэтому к настоящему времени исследователи располагают лишь некоторыми сведениями в этой области. Часть этих сведений излагается ниже.
На рис. 31 представлены кривые, характеризующие влияние динамических характеристик потока крови на адсорбцию альбумина на поверхности силиконового полимера и полиуретана [62]. Из кривых следует, что в любом случае при достижении достаточно высокой скорости потока наступает состояние равновесной адсорбции. Силиконовый же полимер показывает другую картину, а именно, скорость адсорбции меняется сравнительно мало, тогда как переменам подвержена практически только равновесная адсорбция. Причины такого явления пока неясны.
Для молекул белка характерно, что конформации их меняются при незначительных энергетических затратах, поэтому, когда на некоторых участках потока крови белок воспринимает тангенциальную нагрузку, она оказывается достаточной для того, чтобы вызвать денатурацию и деградацию белка. Все это известно давно, однако о влиянии этого фактора на свертывание крови сведений пока явно недостаточно.
Рис. 31. Влияние параметров потока крови на адсорбцию альбумина на поверхности полимерного материала (62).

А — силиконовый каучук- Б — сегментированный полиуретан.
Сообщалось лишь,  что коагуляционная активность тромбина и X- фактора в условиях тангенциального напряжения значительно снижается, иначе говоря, возрастает период свертывания [66].
Известно, что тромбоциты гораздо хуже выдерживают касательное напряжение, чем эритроциты. Так, приложение даже незначительного срезающего усилия (20— 50 дин/см2) вызывает разрушение тромбоцитов, освобождение активных веществ и сопровождается слипанием тромбоцитов и образованием их аггрегаций. Понятно, что все это в свою очередь ускоряет дальнейшую адгезию тромбоцитов. По современным представлениям, общая скорость адгезии зависит как от перемещений вследствие диффузии внутрь полимерного материала, так и от скорости адгезионных процессов на поверхности полимера. Относительно влияния скорости потока на все эти факторы в условиях экспериментов были получены самые разноречивые результаты, Сообщалось, например, что в условиях малого сдвигающего напряжения ни диффузия, ни адгезионные процессы не зависят от потока крови [67]. Можно лишь утверждать в качестве наиболее общего правила, что на адгезию тромбоцитов влияют внешние динамические условия. К этому конечно, прибавляется ускоряющий эффект, обусловленный разрушением тромбоцитов, и совершенно очевидно, что вопрос не может быть упрощен и сведен к одной только «чистой» скорости адгезии тромбоцитов на поверхности полимера.
Все изложенное резюмируется следующим образом. Говорить ли о тромбоцитах или о белке применительно к тромбообразования), в любом случае влияние динамических условий на этот процесс отнюдь не сводится к воздействию одной лишь формы потока крови, в частности, с касательным напряжением или турбулентного. В тот момент, когда кровь контактирует с инородным телом и на мгновение задерживается, происходят сложнейшие взаимодействия биохимических, динамических и прочих факторов. Таким образом, дальнейшие кинетические исследования в этом направлении потребуют еще достаточно много времени.