Диссертация (Моделирование структуры липополисахаридов и их роли в процессе патологического свертывания крови), страница 6

В то же время,для систем большей размерности, описывающих каскад реакций более подробно, строгоедоказательство существования таких решений может быть относительно просто проведенотолько для определенного класса моделей. В разделе 1 главы 3 мы приводим доказательствосуществования и устойчивости автоволновых решений в реакционно-диффузионной моделираспространения тромбина в плазме крови, полученной из модели [107]. Являясь монотонной, эта модель позволяет нам также сформулировать аналитическое условие начала распространения волны тромбина в ответ на возбуждение. Как это было недавно показано вработах [126] и [127] для систем из двух уравнений, критическое значение начального условия в модели каскада реакций наработки тромбина определяется стационарным решениемтипа пульс.

В разделе 1 главы 3 мы проводим доказательство существования таких решенийв нашей модели.1.5Активация системы свертывания при сепсисеВ то время как в нормальных условиях антикоагулянтные механизмы обеспечивают мощную защиту от тромбозов, воспалительные процессы смещают гемостатическое равновесие всторону активации системы свертывания, что может вести к развитию диссеминированноговнутрисосудистого тромбоза. Детали механизма развития коагуляционных патологий в ответна попадание в кровь грамотрицательной инфекции до сих пор изучены слабо. Известно, чтоЛПС могут повышать реактивность тромбоцитов, а также активируют плазменную системусвертывания крови — через внешний и внутренний пути.231.5.1Внешний путьАктивация ЛПС внешнего пути свертывания крови показана в многочисленных экспериментах.

При эндотоксимии человека в цельной крови обнаруживается повышенный уровеньмРНК ТФ [128, 129], и повышенный уровень экспрессируемого клетками ТФ [130]. Еще одним убедительным доказательством роли внешнего пути в развитии коагулопатии при сепсисе является тот факт, что его ингибирование с использованием анти-ТФ-антител [131–133],инактивация FVIIa [134], использование TFPI [135] или генетически пониженный уровеньТФ [136] или FVII [137] ослабляют коагулопатию и улучшают выживаемость на животныхмоделях эндотоксемии и сепсиса.

Попадание ТФ в кровь происходит за счет поврежденияэндотелия сосудов, а также взаимодействия ЛПС с моноцитами и нейтрофилами (см. раздел 2.2 для описания механизма). Повышенная внутриклеточная и поверхностная экспрессияТФ на циркулирующих моноцитах была обнаружена в экспериментах по стимуляции ЛПСex vivo [138] и in vitro [139–143]. Роль эндотелия в развитии тромбоза при сепсисе подроб-но проанализирована в обзоре [144].

В различных экспериментальных исследованиях былопоказана как активация экспрессии ТФ на эндотелиальных клетках [145, 146], так и запускапоптоза эндотелиоцитов [147, 148] при взаимодействии с ЛПС.Моделированию образования тромба на поврежденном участке эндотелия посвящен раздел разделе 2 главы 3 представленной работы.

Мы рассматриваем упрощенную математическую модель активации плазменного звена системы свертывания в небольших сосудах вответ на экспрессию ТФ на ограниченном участке сосуда и исследуем влияние различныхфакторов на режимы тромбообразования. В частности, мы рассматриваем режим полной ичастичной закупорки сосуда и переход между ними в зависимости от концентрации ингибитора в системе, скорости потока, а также размера зоны повреждения.1.5.2Роль микровезикулБольшую роль в развитии коагулопатии при сепсисе также играют микровезилкулы [7]. Микровезикулы представляют собой мембранные везикулы (от 0.1 до 1 мкм в диаметре), высвобождаемые из моноцитов и тромбоцитов при их активации или апоптозе.

Гемостатическаяи/или тромботическая функция микровезикул связана с наличием фосфатидилсерина в составе их наружной мембраны, а также наличием ТФ, в некоторых случаях [149]. В то времякак фосфатидилсерин предоставляет поверхность для мембранно-зависимых реакций каскада свертывания и тем самым способствует генерации тромбина [150], ТФ, экспрессируемыйна микровезикулах, может способствовать патологическому тромбообразованию через акти-24вацию внешнего пути, как было показано на моделях in vivo [151]. При эндотоксимии количество циркулирующих микровезикул увеличивается [130,152], что может усиливать процесссвертывания крови.

Тем не менее, результаты недавнего экспериментальном исследованииin vitro предполагают, что основной механизм активации системы свертывания микровезикулами — это активация контактного пути [7]. Математическая модель активации контактногопути на микровезикулах [153] может также объяснить наблюдаемый эффект гиперкоагуляции плазмы при разбавлении в тестах in vitro [154].1.5.3Внутренний путьДеЛа Кадена и его коллеги обнаружили активацию контактного пути в человеческой модели эндотоксемии, показав снижение функциональной активности FXI, снижение активности прекалликреина и увеличение уровня комплекса �2-макроглобулин-калликреина послевведения эндотоксина [155].

Аналогичные результаты были получены при добавлении эндотоксина в цельную кровь ex vivo, при этом степень активации зависела от дозы и времениинкубации [156]. Модели эндотоксемии у животных также свидетельствуют об активацииконтактного пути, сопровождающимся уменьшением уровня FXII у кроликов [157], а такжеуровнем PK и HMWK у собак [158]. В то же время, в других исследованиях доказательствактивации контактного пути не было получено [159,160].Условия активации контактного пути и типы активирующих поверхностей представляютбольшой интерес для лечения патологических состояний.

В сепсисе контактный путь действует как защитная система, участвующая в механизме элиминации бактерий [161]. Механизм активации контактного пути бактериями остается неясным [16] и может быть связан свзаимодействием FXII с белками особого типа, присутствующими на поверхности некоторыхбактерий (curli и imbriae) [162]. В то же время, известно, что эндотоксические компонентынаружной мембраны грамотрицательных бактерий, высвобождаемые в кровоток при разрушении клеточной стенки, способствуют развитию диссеминированного тромбоза.

Посколькумолекулы ЛПС имеют сильный отрицательный заряд, они могут активировать FXII, темсамым способствуя развитию ДВС-синдрома через контактный путь.Активация FXII очищенным ЛПС была продемонстрирована in vitro в смеси очищенного FXII и PK [17], а также в смеси очищенного FXII, прекалликреина и HMWK [18]. Вразделе 3 главы 3 представленной диссертации мы моделируем кинетику соответствующихреакций активации контактного пути на агрегатах ЛПС и выполняем подбор параметров всоответствии с имеющимися экспериментальными данными.

Наши модели разработаны на25основе математической модели активации FXII на циркулирующих микровезикулах [153].Мы демонстрируем, что экспериментальные данные могут быть воспроизведены только припредположении, что ЛПС образуют агрегаты и активация FXII протекает на их поверхности.2Клеточная стенка грамотрицательных бактерий: липополисахаридыКлассификация бактерий как грамотрицательные и грамположительные определяется их реакцией на окраску по Граму, различия в которой обусловлены особенностями архитектурыклеточных стенок этих организмов. И грамположительные, и грамотрицательные бактерииобладают цитоплазматической мембраной, состоящей из фосфолипидного бислоя, котораяокружает цитозоль и обеспечивает полупроницаемый барьер, регулирующий движение молекул в клетку и из клетки.

Цитоплазматическая мембрана окружена жестким слоем пептидогликана (муреина), придающего форму бактериальной клетке, а также обеспечивающегоустойчивость к осмотическому лизису. Пептидогликан представляет собой полимерную сетку, образованную углеводными цепями N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмураминовой кислоты, поперечно сшитых друг с другом короткими пентапептидами. В грамположительныхбактериях слой пептидогликана достаточно толстый и рыхлый и составляет внешнюю частьстенки клетки. В грамотрицательных бактериях слой пептидогликана существенно тоньшеи плотнее, а так же дополнительно окружен внешней мембраной (рис. 1.2).

Внешняя мембрана представляет собой уникальный асимметричный липидный бислой, пронизанный молекулами различных белков. Внутренний монослой мембраны состоит из фосфолипидов (восновном фосфатидилглицерола и этаноламина), содержащих более десяти различных жирных кислот [163]. Основным компонентом наружного монослоя являются липополисахариды (ЛПС), которые покрывают до 75% поверхности клетки [164, 165]. В состав внешнеймембраны также входят интегральные мембранные белки, такие как различные каналы ипорины (outer membrane protein, OmpA), которые служат каналами для прохождения малыхгидрофильных молекул и липопротеинов [166,167]. OmpA играет важную роль в закреплениинаружной мембраны на стенке бактериальной клетки: его С-концевой периплазматическийдомен нековалентно связывается со слоем пептидогликана [168]. Дополнительное закрепление наружной мембраны обеспечивается за счет ковалентного связывания со слоем муреинаспециальных липопротеинов, входящих в состав ее внутреннего монослоя (рис.