Blut und Blutgerinnung

Blut
und
Blutgerinnung
Spezifische Inhalte, Vorlesung Einheit 3
Fibrinolyse
Virchow´sche Trias
Hämorrhagische Diathese und ihre Ursachen
Hämophilie
Von Willebrand Disease
Disseminierte intravasale Koagulopathie
Natürliche Antikoagulantien
Tissue Factor Pathway Inhibitor
Antithrombin
Protein C
Antikoagulantien in der Medizin
Heparin, Cumorinderivate, direkte Thrombininhibitoren,...
Ende der Gerinnungskaskade
Fibrinolyse
u-PA, t-PA
(PAI 1-4)
Plasminogenaktivatoren
Fibrinodipeptid
Abbau von Fibrin in lösliche Bestandteile
1
3
5
INHALT
(I) Bestandteile und Funktionen des Blutes
(II) Blutgerinnung und Fibrinolyse
(III) Regulation der Blutgerinnung
(IV) Wechselwirkung von Gerinnung und Entzündung
(V) Antikoagulation und Methoden der Blutreinigung
Fibrinolyse
= körpereigene Auflösung eines Blutgerinnsels
(Thrombus) durch das Enzym Plasmin.
Durch Spaltung der Fibrinpolymere des Thrombus in
lösliche Einheiten zerfällt der Thrombus.
Fibrinolyse
Umwandlung des Plasmaproteins Plasminogen in Plasmin
(Serinprotease)
-> Plasmin bindet an Fibrin, spaltet es in lösliche
Abbauprodukte
• t-PA tissue-type Plasminogen-Aktivator
(aus Endothelzellen)
• u-PA urokinase-type Plasminogen-Aktivator
2
4
6
1

Fibrinolyse
Regulation (I):
PAI 1-4 Plasminogenaktivator-Inhibitor
PAI-1 hemmt sowohl t-PA als auch u-PA
Großteil (90%) von Thrombozyten gespeichert
Thrombozyten setzen bei Aktivierung PAI frei
-> hemmt die Fibrinolyse, erhöht die Stabilität des
Thrombus
Regulation der Blutgerinnung
Gerinnungsstörungen
7
9
11
Fibrinolyse
Regulation (II):
Antiplasmin (alpha-2-Plasmininhibitor)
- im Plasma erfolgt sofortige Hemmung von Plasmin
durch Antiplasmin
- Antiplasmin wird durch FXIIIa mit Fibrin
vernetzt, dieses wird dadurch gegen Abbau
geschützt
rascher Wundverschluss, aber
lokalisiert
-> genaue Regulation erforderlich
3 Risikofaktoren für Gerinnung:
Gerinnung …
Virchow´sche Trias
Rudolf Virchow, 1821-1902
WANDFAKTOR Veränderung an den Gefäßwänden
(Endothelschäden -> Thromozytenadhäsion)
z.B. durch Entzündung, Sklerose, Unfall, Verletzungen, Hypoxie
(Herz/Lungenerkrankungen)
BLUTFAKTOR erhöhte Gerinnungsneigung
z.B. Störung der Blutgerinnung/Thrombolyse; erhöhte Viskosität, etwa
durch Exsikkose
KREISLAUFFAKTOR langsamere Strömungsgeschindigkeit
z.B. Fehlen der Muskel-Venen-Pumpe bei Bettlägrigkeit oder Ruhigstellung
durch Schienen, Herzinsuffizienz, Krampfadern, Venenklappeninsuffizienz
8
10
12
2

Nach dem Erscheinungsbild
Thromben
- weißer Thrombus: plättchenreich, Peripherie
der Gefäße
= Abscheidungsthrombus
- roter Thrombus: bei verlangsamtem Blutfluss,
Gefäßverschluss, reich an
Erythrozyten
= Gerinnungsthrombus
Hämorrhagien
= Austritt des Blutes in die Umgebung
- bei großen Schäden am Blutgefäß
- bei Störungen der Blutgerinnung (hämorrhagische Diathese)
Hämatom -> Blutaustritt ins Gewebe
Hämatothorax ->Brustkorb
Hämatoperikard ->Herzbeutel
Hämatoperitoneum ->Bauchhöhle
Hämorrhagische Diathese
(krankhafte Blutungsneigung)
1) Mangel an Gerinnungsfaktoren
2) Vitamin K-Mangel
erblich, Hämophilie, Bluterkrankheit
mangelnde γ-Carboxylierung der Gerinnungsfaktoren, daher keine
Interaktion mit Ca 2+ und mit Phospholipidmembranen
3) Leberinsuffizienz
da Gerinnungsfaktoren in der Leber gebildet werden
4) gestörte Thrombopoese
5) Bindegewebserkrankungen (Skorbut)
13
15
17
Embolie
= Verschleppung von partikulärem Material in den Blutstrom
Thromboembolie (am häufigsten)
Entstehung vorwiegend in den Venen, Wirbelbildung hinter den
Venenklappen -> Gerinnungsaktivierung & Thrombinbildung
Mobilisierung von Thromben -> Verschluss von Pulmonalarterien
(„Lungenembolie“)
Hämorrhagischer Schock
Verlust von mehr als der Hälfte des zirkulierenden
Blutes (2-3 Liter)
Phase 1: Hämatokrit unverändert (Mobilisation von
Erythrozytenspeicher)
Phase 2: Blutverdünnung, Hämatokrit sinkt
Phase 3: Ausschüttung von EPO in der Niere,
gesteigerte Blutbildung
Ad 1) Mangel an Gerinnungsfaktoren
Hämophilie, Bluterkrankheit
griech. haima, Blut; philos, Freund
Erbkrankheit, X-chromosomal, rezessiv vererbt
daher fast nur Männer betroffen
Hämophilie A: Faktor VIII-Mangel
Hämophilie B: Faktor IX-Mangel
Von Willebrand Disease: Mangel an funktionsfähigem vWF
14
16
18
3

Hämophilie
Therapie:
- früher (bis ca. 1970) Blutkonserven
- heute Ersatz des fehlenden Faktors (prophylaktisch
oder bei Bedarf; intravenös)
- Faktoren bis ca. 2002 aus menschlichem Plasma
gewonnen -> Gefahr der Ansteckung mit HIV,
Hepatitis C, Hepatitis B
- heute gentechnische Herstellung von Faktor VIII
Britische Königsfamilie (beginnend mit Queen Victoria)
Russische Zarenfamilie
Hämophilie
Symptome:
Verlangsamte Blutgerinnung, tw. Spontanblutungen;
häufig Gelenksblutungen
Schnittverletzungen o.ä. führen nicht zu stärkerem
Bluten als beim Gesunden, da Thrombozyten intakt
sind; Verletzungen brechen aber immer wieder auf
19 20
21
23
Faktor VIII-Präparate
Octocog-alfa (rekombinanter Gerinnungsfaktor VIII)
Advate® - Baxter
Zellkultur ohne Proteine menschlichen oder
tierischen Urprungs
Kogenate® - Bayer Healthcare
Endprodukt-Formulierung frei von HSA
Komplikationen:
Bildung von Antikörpern gegen FVIII -> Inaktivierung des
zugeführten Faktors (Hemmkörperhämophilie)
bei ca. 30% der Patienten
-> Immunadsorption (Entfernung der Antikörper durch Bindung an
Adsorber mit Protein A)
-> Desensibilisierung (hohe Dosen von FVIII)
Von Willebrand Disease
ca. 100 / 1 Mio.
erbliche Bluterkrankheit
beschrieben von Prof. Erik von Willebrand Helsinki 1926
Ursache: Mangel an funktionellem vWF
verschiedene Typen;
Mutationen in vWF beeinträchtigen
- Bildung des Multimers
- Stabilität/Halbwertszeit
- Interaktion mit Liganden
22
24
4

Von Willebrand-Faktor (vWF)
multimeres Glykoprotein, 2050 Aminosäuren
Bindungsstellen für
Kollagen
GPIb
Integrin αIIbβ3 (GPIIb/3a)
findet sich in Endothelzellen, in α-Granula der Plättchen, sowie
im Plasma (10 µg/mL)
unter normalen Bedingungen interagiert löslicher vWF nicht mit
Rezeptoren auf Plättchen
Bei Endothelverletzung bindet vWF an Kollagen in der ECM
->stark adhäsives Substrat
2 Funktionen:
Von Willebrand-Faktor (vWF)
1) Vermittlung der Plättchenadhäsion bei
Endothelverletzungen
vWF bindet an Kollagen in der extrazellulären
Matrix ->stark adhäsives Substrat
2) Bindung und Stabilisierung von Faktor VIII
Plättchenadhäsion und –aggregation
langsamer, hohe Affinität
AGGREGATION
ADHÄSION
rasch, niedrige Affinität
Agonisten
ADP
Thrombin
Thromboxan
Kollagen
25
27
29
Domänenstruktur von vWF
GPIb-vWF Komplex
• Wechselwirkung zwischen GPIb (auf der
Plättchenoberfläche) und vWF (auf Kollagen) stellt
den ersten Schritt der Plättchenadhäsion dar
• keine feste Verankerung
• bringt Plättchen an den Ort der Verletzung
• verlangsamt die Fließschwindigkeit der Plättchen am
Ort der Verletzung
Coumarin
Ad 2) Vitamin K-Mangel
γ-Carboxylierung von Gerinnungsfaktoren
Vitamin K = Phyllochinon, 1935 aus Blättern der Luzerne isoliert von Henrik Dam
(Nobelpreis Medizin 1943 mit Edward Adelbert Doisy); K steht für „Koagulation“
26
28
30
5

Gla-Domänen
(grün)
Skorbut
Kollagen: Strukturprotein des Bindegebes und der
extrazellulären Matrix
Typ I fibrillär: Tripelhelix
Aminosäuresequenz: G-x-y x: oft Prolin
y: oft 4-Hydroxyprolin
Vitamin C
Ascorbinsäure
Vitamin C: Kofaktor der Hydroxylierung
von Prolin
Reduktionsmittel -> hält Prolin-Hydroxylase in
der aktiven Form (Metalloprotein, Fe2+ wird
stabilisiert)
31
33
35
Ad 5) Skorbut
Vitamin C-Mangel ( mangelnde Kollagen-Biosynthese, Brüchigkeit der Blutgefäße
untersucht von James Lind 1747 -> Zitronensaft als „Gegenmittel“
(Zitrone: 53 mg Vitamin C/100g; Hagebutte: 1250 mg/100g!)
Hydroxylierung von Prolin
Disseminierte intravasale Gerinnung (DIC)
Diffuse Aktivierung der Gerinnung im Gefäßsystem
Auslöser: z.B. Infektionen, bakterielle Toxine, Schlangengift,…
Bildung winziger Abscheidungsthromben
-> Stagnation des Blutflusses, Hypoxie
-> weitere Thrombusbildung
-> Verbrauch an Komponenten der Gerinnungskaskade
Thrombozytopenie
Hypofibrinogenämie, Mangel an Faktor V, VII, X
„Verbrauchskoagulopathie“
32
34
36
6

Tissue factor pathway inhibitor, TFPI
• setzt am Beginn der
Gerinnungskaskade an
• inhibiert VIIa und Xa
Disseminierte intravasale Gerinnung
(DIC)
Konsequenzen:
erhöhte Blutungsneigung durch
Verbrauch an
Gerinnungsfaktoren
spontane Blutungen in Haut,
Schleimhäuten, Magen, Darm,
Gehirn
Mangeldurchblutung
->Mulitorganversagen
37 38
Natürliche Antikoagulanzien
- Tissue factor pathway inhibitor (TFPI)
-Antithrombin(AT-III)
- (aktiviertes) Protein C , Protein S
39 40
41
• sowohl Faktor VIIa als auch
Xa sind für die Wirkung von
TFPI nötig
-> TFPI wirkt erst, wenn Faktor
X aktiviert ist, es kommt
daher bereits zur
Thrombinbildung
-> Xa verhindert nicht die
Initiation der Gerinnung,
sondern hält die Gerinnung in
Grenzen
(verhindert weitere Bildung
von Xa)
TFPI
42
7

TFPI
- Lokalisation: v.a. auf der Endotheloberfläche
(gerinnungshemmende Eigenschaften!)
- zusätzlicher Pool in den α-Granula der Plättchen, wird
bei Plättchenaktivierung freigesetzt
- zirkulierender Pool im Plasma gebunden an
Lipoproteine (LDL); inaktiv
Antithrombin (AT, AT-III)
Serinproteaseinhibitor (Serpin)
inaktiviert Thrombin (FIIa) und FXa; (auch IXa, XIa,
XIIa)
AT allein inhibiert Thrombin nur schwach
Wirkung wird durch Glykosaminoglykane verstärkt
Heparansulfat auf der Endotheloberfläche
Heparin in der Klinik
Heparin
Heterogene Gruppe saurer Glucosaminoglykane:
43
45
47
- Komplex TF-FVIIa-FXa-TFPI
interagiert mit Rezeptoren
auf der Zelloberfläche
-> Endozytose und Abbau des
Komplexes
- Typische Domänenstruktur:
- 3 homologe Domänen (Kunitztype
domains)
- K1 -> FVIIa
- K2 -> FXa
TFPI
Antithrombin
AT bindet hochspezifisch an eine
Pentasaccharidsequenz in Heparin
-> Konformationsänderung des AT-Moleküls
-> erhöht Affinität für FXa und Thrombin
44
46
48
8

Thrombin
Heparin
Protein C
1) AT bindet an Heparin
2) Konformationsänderung
3) Thrombin wandert an Heparinkette
bis zu AT
4) Heparin dissoziiert
5) Thrombin-AT-Komplex stabil
Aktivierung:
durch Thrombin-Thrombomodulin an der Endotheloberfläche
(negative feed-back loop)
Wirkung:
1) Aktiviertes Protein C inaktiviert FVa und VIIIa
(Kofaktor Protein S)
2) APC verstärkt Fibrinolyse durch Inhibition von PAI-1 und TAFI
3) entzündungshemmende Effekte
Ad 2)
Fibrinolyse
u-PA, t-PA
49
51
Plasminogenaktivatoren
Fibrinodipeptid
Abbau von Fibrin in lösliche Bestandteile
53
(aktiviertes) Protein C
• Thrombin (FIIa) bindet an Thrombomodulin
(Endotheloberfläche)
• FIIa-Thrombomodulinkomplex:
- aktiviert Protein C (antikoagulatorisch)
- aktiviert TAFI* (prokoagulatorisch)
* thrombin-activable fibrinolysis inhibitor
Ad 1)
50
52
54
9

Schematic illustration of the Protein C anticoagulant pathway
Thrombin (IIa) escaping the site of vascular injury binds to a high affinity receptor
called thrombomodulin (TM), located on the surface of intact endothelial cells.
Thrombin bound to TM looses most of its procoagulant properties instead, it
becomes a potent activator of Protein C in the presence of calcium ions.
Activated Protein C (APC) specifically degrades the membrane-bound factors
Va and VIIIa, whereas non-activated factors V and VIII are poor substrates for
APC. The activity of APC is potentiated by protein S and factor V. These two
plasma proteins function in synergy as membrane-bound cofactors to APC and
probably also, localize and focus the APC activity to the surface of endothelium
and platelets. About 60% of protein S in plasma circulates in a complex with
the octupus-shaped C4b-binding protein (C4bBP). Only free protein S functions
as a cofactor for APC. APC is slowly neutralized by Protein C inhibitors (PCIs).
Thrombin bound to TM will be inhibited either by antithrombin (AT) or by
endocytosis of the thrombin/TM complex.
Faktor V Leiden
• Mutation in Faktor V
(Name: wurde in Leiden entdeckt)
• häufigste Ursache für erbliche venöse Thrombose
-> durch eine Mutation an der Spaltungsstelle für
Protein C kann Faktor Va nicht inaktiviert werden
-> Protein C pathway funktioniert nicht
Antikoagulantien in der Medizin
- direkte: reagieren mit Faktoren der Gerinnungskaskade
z.B. Heparin
- indirekte: hemmen die Synthese der Gerinnungsfaktoren
z.B. Citrat, Warfarin
- Thrombozytenaggregationshemmer:
z. B. Acetylsalicylsäure
keine Antikoagulantien im engeren Sinn!
55
57
59
Protein C
Aktivierung wird durch negativ geladene
Membranoberflächen katalysiert
Protein C kann über Gla-Domäne an diese Oberflächen
binden
zusätzlich: EPCR (endothelial protein C receptor) –
Rezeptor für Protein C auf Zelloberfläche
EPCR findet sich hauptsächlich auf der
Endotheloberfläche in großen Venen und Arterien,
weniger in den Kapillaren
Weitere Effekte von Protein C
Link zu Entzündungsvorgängen:
Endotoxin und Tumornekrosefaktor-α
(pro-inflammatorisches Zytokin)
-> Downregulation der Expression von Thrombomodulin
und EPCR
(daher schlechtere Aktivierung von Protein C)
Anwendung:
Antikoagulantien in der Medizin
- prophylaktisch: vor, während und nach Operationen;
bei Bettlägrigkeit, bei Blutentnahme zur Blutreinigung
(Dialyse etc); in Röhrchen zum Bluttransport
- therapeutisch: Behandlung von Thrombosen
56
58
60
10

Antikoagulantien in der Medizin
Wichtigste Vertreter:
- Heparin (wirkt über AT)
- Fondaparinux (hemmt Faktor Xa)
- Hirudin ( inhibiert Thrombin)
- Argatroban (inhibiert Thrombin)
- Coumarinderviate (hemmen Carboxylierung v.
Gerinnungsfaktoren)
Struktur von Heparin
Sequenz von D-Glucosamin und einer Uronsäure (D-
Glucuronsäure oder L-Iduronsäure, sulfatiert)
daher stark negativ geladen
Bindung an AT erfolgt über negative Ladungen
Antidot: Protaminsulfat od. – chlorid (Arginin-reiches Protein,
neutralisiert Heparin durch Salzbildung z.B. bei
Überdosierung)
Klassifizierung der Heparine
• Unfraktioniertes Heparin (UFH)
- ca. 15 kDa (3 – 30)
- ca. 1/3 der Moleküle sind aktiv (enthalten spezifische
Pentasaccharidsequenz für Bindung von AT)
• Low molecular weight heparin (LMWH)
-ca. 5 kDa(1 -10)
- wirken v.a. auf FXa
- bessere Pharmakokinetik (höhere HWZ)
- gewonnen aus UFH durch enzymatische oder
chemische Depolymersiation
61
63
65
Heparin
• heterogene Gruppe von Molekülen
• Polysaccharide (Glucosaminoglykane)
• gewonnen aus Dünndarmmucosa des Schweins oder aus
Rinderlungen
• wird nicht aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert
-> parenterale Verabreichung (intravenös oder subkutan)
• Angriffspunkt: Antithrombin
-> Erhöhung der Affinität von AT für FXa und FIIa
ca. um den Faktor 1000
• Dosis wird in Internationalen Einheiten (IE) angegeben: 1000 IE
machen 1 L Rinderblut für eine Stunde ungerinnbar (37 °C)
Heparin is a heterogenous mixture of polysaccharides.
Its chains consist of alternating 1 to 4 linked, sulfated monosaccharide residues
of L-iduronic acid and D-glucosamine.
[A] is the most frequent type of disaccharide unit (up to 90% of the structure
of beef-lung heparin, and up to 70% of pig-mucosa heparin.
[B] is the unique pentasaccharide binding site for antithrombin
64
which occurs in about one-third of the heparin chains.
UFH und LMWH: Unterschiede im Wirkmechanismus
UFH
LMWH
Thrombin-Antithrombin
(TAT) – dissoziiert von Heparin
H....Heparinbindungsstelle von AT,
R... reaktives Zentrum von AT
62
66
11

Heparin-induzierte Thrombozytopenie
(HIT)
HIT 1: non-immune response to heparin, 1-2 Tage nach
Therapiebeginn, bei bis zu 30% der Patienten, milde
Thrombozytopenie, symptomlos
HIT2:
- Bildung von Antikörpern (IgG-Typ) gegen Komplexe aus
Plättchenfaktor 4 (PF4) und Heparin
- tritt in ca. 5% der Pateinten auf, die mit UFH behandelt werden
(bei LMWH ca. 1%)
- PF 4: in a-Granula der Plättchen gespeichert,
- wird bei Plättchenaktivierung freigesetzt
- bindet an Glucosaminoglykane auf der Endotheloberfläche
- kann daher lokal die Wirkung von Antithrombin hemmen
- hohe Affinität für Heparin -
Pathophysiology
Der „Heparin-Skandal“
67
69
71
HIT
Folgen der Antikörperbildung:
- Komplex aus PF4, Heparin, und Antikörper bindet an
den Fc-Rezeptor der Plättchen und führt zur
Plättchenaktivierung
-> weitere Ausschüttung von PF4
-> PF4 bindet und neutralisiert freies Heparin
-> PF4 bindet auch an Heparansulfat auf
Endothelzellen ->Aktivierung der
Endothelzellen und weitere
Thrombinbildung -> Thrombose
Maßnahmen:
HIT
- Bestimmung der Thrombozytenzahl vor jeder Heparingabe,
Abfall unter 50% des Ausgangswertes oder auf
< 150.000/µL wird primär als HIT angesehen
- Keine Behandlung von Patienten mit HIT in der
Vorgeschichte mit Heparin
- bei HIT-Verdacht sofortiges Absetzen von Heparin
- Antikoagulation mit Danaparoid-Na (Orgaran) oder mit
Hirudinpräparat (Lepirudin, Refludan)
Anfang 2008: 19 Todesfälle in den USA durch
verunreinigtes Heparin
Ende Februar 2008: Kontaminierte Chargen auch in
Europa auf dem Markt
(Rotexmedica, Deutschland)
-> ca. 80 Dialysepatienten zeigten
Blutdruckabfall, Atemnot;
-> allergischer Schock bei 3 Patienten
-> Rückruf
68
70
72
12

-> Ausgangsmaterial für Heparinpräparate
stammte in beiden Fällen aus China
- Seit BSE ist Schweinemucosa die Hauptquelle für
Heparingewinnung
- Mehr als die Hälfte der Weltproduktion stammt aus
China
73
75 76
Ursache:
Verunreinigung mit Chondroitinsulfat (5 - 50 %)
Chemisch ähnlich dem Heparin:
N-Acetylgalctosamin und Glucuronsäure, sulfatiert
kommt in Knorpel und Schalen von Meeresfrüchten vor;
deutlich billiger als Heparin
-> spricht für vorsätzliche Beimischung, wo ist jedoch ungeklärt
77 78
74
13

Selektiver Faktor Xa-Hemmer
Bindet nicht an PF4, daher keine
Induktion von HIT
Pentasaccharid („aktive
Sequenz“ von Heparin)
Nachteil:
es gibt kein Gegenmittel
Fondaparinux
Arixtra
Ac tions of Thrombin
Potential Advantages of Direct Thrombin Inhibitors
79
81
83
Direkte Thrombin-Inhibitoren
Rekombinantes Hirudin
Lepirudin, Refludan®
• direkter Thrombininhibitor (rekombinantes Hirudin )
Hirudin: aus Blutegel; Hirudo medicinalis)
1884 entdeckt John Haycraft
1955 erstmals gereinigt aus Blutegelköpfen
enger therapeutischer Bereich -> Blutungsrisiko
80
82
84
14

• direkter Thrombininhibitor
• synthetisch hergestellt
• Bei HIT-Patienten zugelassen
Coumarin
Argatroban
Vitamin K- Antagonisten: Cumarin
Citrat
Wirkung als Antikoagulans beruht auf Komplexierung
von Ca 2+
bei extrakorporaler Blutreinigung verwendet
Antidot: Ca 2+
85
87
89
Cumarin-Derivate
- Gruppe der Cumarine
Vitamin K- Antagonisten (Vit. K: Cofaktor bei der
Carboxylierung von Gerinungsfaktoren)
- 1920er Jahre – Todesfälle bei Rindern (USA, Kanada)
verschimmelter Klee als Ursache (Schimmel bildet
Cumarine)
- 1952 als Rattengift zugelassen
- 1978 Wirkmechanismus geklärt
Vitamin K und Antagonisten
Warfarin
Marcumar
86
88
15