Sistema coagulativo

Appunti di cardiologia clinica traslazionale

Sistema coagulativo

La coagulazione del sangue (coagulazione ematica) è il risultato di una serie di processi nei quali, all'interno o all'esterno di un vaso sanguigno, si forma un coagulo o un trombo (massa solida derivata dal sangue che si forma nei vasi sanguigni o nel cuore e che ostacola la normale circolazione). Il sistema coagulativo è importante per impedire le emorragie e permettere la riparazione tissutale.

Il processo di coagulazione è unico, ma si può distinguere in una sua versione fisiologica, detta emostasi, che conduce alla riparazione di una ferita, e una versione patologica della coagulazione (trombosi), che può portare a conseguenze anche gravi.

La formazione di un coagulo comporta l’attivazione di una serie di fattori della coagulazione con produzione di trombina. La trombina converte il fibrinogeno, un fattore della coagulazione normalmente presente nel sangue, in lunghi filamenti di fibrina che si dipartono dalle piastrine aggregate e formano una rete che intrappola altre piastrine e globuli rossi.

Fattori della coagulazione

• Fattore 1 (fibrinogeno)
• Fattore 2 (protrombina)
• Fattore 3 (fattore tissutale)
• Fattore 4 (calcio)
• Fattore 5 (proaccelerina)
• Fattore 6 (accelerina)
• Fattore 7 (proconvertina)
• Fattore 8 (fattore antiemofilico A)
• Fattore 9 (fattore di Christmas)
• Fattore 10 (fattore di Stuart-Power)
• Fattore 11 (antecedente plasmatico della tromboplastina)
• Fattore 12 (fattore di Hageman)
• Fattore 13 (fattore stabilizzante la fibrina)

Fasi del processo emostatico

Schematicamente, le fasi del processo emostatico sono quattro:

• Fase vascolare (detta anche emostasi primaria)
• Fase piastrinica
• Fase della coagulazione (detta anche emostasi secondaria o fase plasmatica)
• Fibrinolisi

Nell’emostasi, a differenza della trombosi, il fibrinogeno viene attivato in modo mirato (a livello di una zona specifica). Esistono 2 vie di attivazione del fibrinogeno: una via estrinseca e una intrinseca (tuttavia, la suddivisione delle 2 vie non è così netta, in quanto elementi coinvolti in una via possono attivare elementi dell’altra). La via comune all’estrinseca e alla intrinseca inizia con la formazione di un complesso tra fattore 10 attivato e 5 attivato, il quale attiva la protrombina (fattore 2) tagliandola; la protrombina similmente attiva poi il fibrinogeno.

A questo punto il fibrinogeno si trova in uno stato solubile (fibrina) e l'ulteriore intervento del fattore 13 attivato permette la precipitazione della fibrina (si osserva la formazione di una maglia di fibrina) e la formazione del coagulo.

Il sistema della coagulazione e più in particolare la formazione in maniera molto efficiente della maglia di fibrina, assume molta importanza nei vertebrati, dato il fenomeno del ciclo mestruale (presente solo nei mammiferi) e la pressione molto alta a livello della parete dei vasi (se la coagulazione non avvenisse in modo così veloce ed efficiente in caso di fuoriuscita di sangue dai vasi l’emorragia sarebbe mortale dopo pochi minuti). Grazie alla elevata pressione sanguigna i vertebrati hanno inoltre la possibilità di svilupparsi maggiormente rispetto ad altri animali in altezza.

Reazione chimica cardine nella coagulazione è la formazione di legami di tipo peptidico tra amminoacidi appartenenti a proteine diverse. Questa reazione nel processo di coagulazione è mediata dall’enzima trans-glutaminasi che viene attivato dalla trombina e forma legami covalenti tra molecole di fibrina.

Il sangue del limulus è molto importante industrialmente per la preparazione di farmaci da utilizzare a scopo medico, in quanto questo coagula istantaneamente in presenza di un patogeno (riconosce efficientemente i patogeni e li racchiude in un coagulo). Il limulus test viene usato quindi comunemente per l'individuazione di endotossine batteriche nelle materie prime industriali, nell'acqua, all’interno di farmaci e per l'individuazione di alcune malattie batteriche.

Il processo di coagulazione

In caso di rottura di un vaso e danno al tessuto extravascolare (trauma) si ha attivazione della via estrinseca con produzione (da parte del tessuto extravascolare) di molecole che agiscono come segnalatori della rottura del vaso; ciò permette che la coagulazione avvenga solamente a livello della zona del vaso interessata dalla rottura. Il tessuto traumatizzato libera più in particolare un complesso di vari fattori detti tromboplastina tessutale (o fattore 3). Di questi fattori fanno parte fosfolipidi dalle membrane delle cellule presenti nel tessuto e un complesso lipoproteico contenente un enzima proteolitico. Questi complessi lipoproteici vengono legati da Ca²⁺ formando un secondo complesso (grazie all’azione della proconvertina o fattore 7 che catalizza la carbosillazione dell’acido glutammico del complesso lipoproteico in modo da ottenere acido γ-carbossiglutammico a cui si fissa poi il Ca²⁺). Il complesso (tenasi estrinseca) è poi in grado di agire enzimaticamente sul fattore 10 attivandolo.

Il fattore 10 attivo si unisce immediatamente con i fosfolipidi disponibili che fanno parte della tromboplastina tessutale, nonché con la proaccelerina (o fattore 5), formando il complesso designato come attivatore della protrombina (fattore 2). Questo, nel giro di pochi secondi, scinde la protrombina liberando trombina.

Dapprima, il fattore 5 nel complesso attivatore protrombinico è inattivo; ma una volta che la coagulazione ha inizio e comincia a venire formata trombina, l’azione proteolitica della trombina attiva il fattore 5; questo quindi diventa un ulteriore forte acceleratore dell’attivazione della protrombina. Pertanto, nel complesso finale attivatore della protrombina, il fattore 10 attivato è la proteasi che provoca effettivamente la scissione della protrombina in trombina, il fattore 5 attivato accelera notevolmente questa attività proteasica.

La via intrinseca si ha quando vi è l’esposizione del sangue al collageno di una parete vasale traumatizzata. L’esposizione del sangue al collageno della parete vasale modifica due importanti fattori della coagulazione presenti nel sangue, il fattore 12 e le piastrine. Quando il fattore 12 è alterato, come per contatto con collageno, assume una nuova configurazione e diventa attivo. Simultaneamente, il trauma altera anche piastrine che liberano fosfolipidi tra cui la lipoproteina chiamata fattore piastrinico 3. Il fattore 12 attivato agisce enzimaticamente e attiva il fattore 11. Il fattore 11 attivato agisce successivamente con meccanismo enzimatico sul fattore 9 che viene così attivato (la reazione richiede ioni calcio). Sempre in presenza di ioni calcio, il fattore 9 attivato (agendo assieme al fattore 8, i fosfolipidi piastrinici e il fattore 3 liberato dalle piastrine traumatizzate) attiva il fattore 10 agendo come tenasi intrinseca. Il fattore 10 attivato si unisce al fattore 5 ed ai fosfolipidi piastrinici o tessutali formando il complesso noto come attivatore della protrombina; alla fine l’attivatore della protrombina, nel giro di pochi secondi, determina la scissione della trombina dalla protrombina ed avvia il processo della coagulazione.

Il fattore 10 è quindi in grado di essere attivato sia dal fattore 7 attivo come tenasi estrinseca (in caso di via estrinseca) oppure anche dal fattore 9 attivo come tenasi intrinseca (in caso di via intrinseca). In entrambe le vie il risultato finale consiste nell’attivazione della protrombina a trombina. La trombina è in grado di agire sul fibrinogeno (fattore 1) attivandolo a fibrina. Le molecole di fibrina per azione della trans-glutaminasi si legano a formare un reticolo in cui restano intrappolate le piastrine, le cellule ematiche ed il plasma. Questa fase dura solo 10-15 secondi, quindi il fattore che limita la velocità del processo della coagulazione del sangue è l’attivatore della protrombina e non le reazioni che ad essa fanno seguito, poiché queste normalmente si svolgono assai rapidamente fino alla formazione del coagulo.

Pochi minuti dopo la formazione del coagulo, questo comincia a contrarsi spremendo dalla sua massa la maggior parte del liquido. Il liquido espresso dal coagulo si chiama siero: questo differisce dal plasma perché in esso mancano il fibrinogeno e la maggior parte degli altri fattori della coagulazione. Ovviamente, il siero non può più coagulare proprio per la mancanza di tali fattori. Perché avvenga la retrazione del coagulo sono necessarie le piastrine. Una mancata retrazione del coagulo, perciò, è indice di una diminuzione del numero di piastrine nel sangue circolante.

Una volta che ha cominciato a prodursi un coagulo sanguigno, generalmente esso tende nel giro di pochi minuti ad estendersi al sangue circostante. Il coagulo stesso, cioè, dà inizio ad un circolo vizioso che favorisce ulteriormente la coagulazione. Una delle più importanti cause di questo fenomeno è che l’azione proteolitica della trombina si esplica, oltre che sul fibrinogeno, anche su molti altri fattori della coagulazione sanguigna (8, 9, 10, 11 e 12). Ovviamente il coagulo non può continuare ad espandersi all’infinito e ciò è possibile grazie alla presenza delle sostanze anticoagulanti nel sangue. Di questi anticoagulanti fanno parte:

• Filamenti di fibrina (mentre il coagulo è in formazione, della trombina viene assorbita dai filamenti di fibrina impedendo la diffusione della stessa nel resto del sangue)
• Trombomodulina (è presente sulla membrana delle cellule endoteliali e funziona come cofattore della trombina nel processo di attivazione della proteina C, che inattivando proteoliticamente i fattori 5 e 8 attivati, espleta un ruolo anticoagulante)
• Proteina S (è una proteina anticoagulante vitamina K dipendente, sintetizzata dal fegato, la cui attività anticoagulante si esplica favorendo, come cofattore, l’azione della proteina C che inattiva mediante un meccanismo di proteolisi il fattore 5 e 8 della coagulazione)
• Antitrombina 3 (agisce assieme all’eparina andando ad inibire l’azione di diverse serin-proteasi tra cui trombina e altri fattori coinvolti nella coagulazione; questo fattore circola nel sangue in forma inattiva e legando l’eparina presente nel tessuto extravascolare va incontro ad un cambiamento conformazionale che la rende capace di legare i target)
• Eparina (presente nel tessuto extravascolare, interagisce con la trombina attivandola)
• Macroglobulina α2 (La sua funzione è principalmente quella di combinarsi con vari fattori della coagulazione inattivandoli fino a quando non vengono distrutti, ma non ad opera della stessa macroglobulina α2)

Sistema delle chinine

Il Sistema delle chinine genera peptidi vasoattivi (tra cui il più potente è la bradichinina) a partire da proteine plasmatiche chiamate chininogeni ad alto e basso peso molecolare (rispettivamente HMWK e LMWK) per azione di proteasi specifiche chiamate callicreine. La catena di reazioni che porta alla formazione della bradichinina è:

• Il fattore 12 della coagulazione (fattore di Hageman) viene attivato dal contatto con superfici cariche negativamente (collagene)
• Il fattore 12 attivo trasforma la pre-callicreina plasmatica a callicreina (enzima proteolitico attivo)
• La callicreina scinde un precursore plasmatico, chiamato HMWK (High Molecular Weight Kininogen) producendo bradichinina

La callicreina è un potente attivatore del fattore 12 (di Hageman), per cui c'è un'amplificazione autocatalitica dello stimolo iniziale. La bradichinina ha effetti simili a quelli dell'istamina, infatti provoca vasodilatazione e aumenta la permeabilità vascolare (scatena quindi il processo infiammatorio).

Excursus preliminare alla trattazione della fibrinolisi

Il fibrinogeno è una proteina dalla forma allungata e con funzione strutturale. Grazie alla sua forma è in grado per legame ad altre molecole di fibrinogeno di formare una maglia durante il processo di coagulazione. Il fibrinogeno presenta due coppie di frammenti polipeptidici da 16 amminoacidi ciascuno che si chiamano FPA (fibrinopeptide A) e FPB (fibrinopeptide B). Il distacco dei frammenti FPA e FBA dalla molecola scopre alcuni amminoacidi carichi positivamente della fibrina capaci di attrarre e legare le estremità globulari (D) di altre molecole di fibrinogeno durante la formazione della maglia di fibrina. Il fattore 13 è la molecola in grado di permettere la formazione della maglia di fibrina, in quanto catalizza la formazione di legami covalenti tra le singole molecole di fibrina (a livello dei loro monomeri D). L’azione del fattore 13 sulla fibrina rende quest’ultima chemoattrattiva nei confronti dei fibroblasti che secernono collagene importante per il processo di riparazione mediante cicatrizzazione.

Secondo logica, in soggetti sani dovrebbe essere nulla la quantità di FPA libero in quanto non vi dovrebbe essere attività coagulativa intrinseca, ma in realtà questa attività vi è anche in soggetti sani. Ciò fu osservato da un esperimento condotto su degli studenti in cui fu iniettato l’enzima streptochinasi (enzima prodotto da batteri, capace di attivare la plasmina che solubilizza la fibrina disgregandola). Questo enzima veniva al tempo, utilizzato in caso di infarto; dai dai ottenuti dall’esperimento si riuscì ad osservare che la curva relativa alla quantità di D-dimero (prodotto di degradazione della fibrina) nel sangue era molto simile alla curva visibile in persone infartuate e sottoposte alla terapia. Importante al fine di comprendere perché ciò si osservasse è stata la scoperta della presenza di eparina, antitrombina 3 e fibrinogeno nel tessuto extra-vascolare oltre che nel sangue.

Un altro lavoro successivo ha cercato di spiegare il fenomeno osservato nell’esperimento precedente marcando del fibrinogeno con dello iodio in modo da osservare (mediante valutazione della radioattività) la localizzazione della molecola nell’individuo; ciò che si osservò è che tutto il fibrinogeno marcato iniettato in un individuo sano rimaneva all’interno dei vasi senza extravasare, mentre in soggetti malati di cancro in fase metastatica, la radioattività era osservabile nella sede della neoplasia mentre quasi assente nei vasi; inoltre nei soggetti malati il ricambio del fibrinogeno era maggiore rispetto ai soggetti sani.

La proteina “fattore tissutale inibitore” può essere secreta dalle cellule endoteliali; questa proteina è in grado di agire come inibitore del complesso fattore tissutale/fattore 7 attivo agendo così come anticoagulante. Nel tessuto extra-vascolare oltre a questa molecola anche l’antitrombina 3 agisce come anticoagulante in seguito a legame con l’eparina presente normalmente nel tessuto. L’attivazione dell’antitrombina 3 e il suo legame con le serin-proteasi target, provoca il distacco dell’eparina (l’antitrombina legata al target ritorna nuovamente in circolo per raggiungere il fegato dove si avrà degradazione della trombina o degli altri fattori di coagulazione ad essa legata).

La proteina S aumenta l’efficacia della proteina C ma differenza di quest’ultima è per il 60% del totale libera nel sangue, mentre il 40% rimanente è legata al fattore del complemento C4b (la porzione complessata al fattore del complemento quindi non risulta coinvolta nell’attività coagulante ed in individui con infezione in atto la sua quantità aumenta, rendendo l’individuo colpito da infezione maggiormente a rischio di trombosi).

La fibrinolisi

Nell’ambito del sistema coagulativo, ad oggi la fibrinolisi rimane il meccanismo meno compreso e ancora oggetto di studio. La fibrinolisi è un processo atto a controbilanciare il sistema della coagulazione del sangue, con la quale si trova in equilibrio dinamico. Le funzioni della fibrinolisi sono essenzialmente:

• Degradare i complessi solubili di fibrina;
• Limitare la formazione del tappo emostatico nelle sedi di danno vascolare;
• Rimuovere la fibrina al termine dei processi riparativi;

Enzima cardine del meccanismo di fibrinolisi è la plasmina. La plasmina dà luogo alla formazione di prodotti di degradazione della fibrina (FDP, prodotto di degrado della fibrina).