Как растёт тромб

Сорок пять микрон в минуту

Галина Костина, специальный корреспондент журнала «Эксперт».

Профессор кафедры биофизики физического факультета МГУ Фазли Атауллаханов лет пятнадцать тому назад, читая студентам привычную лекцию о свертываемости крови, вдруг осознал, что до конца не понимает, как на самом деле происходит этот процесс. А ведь он заведовал лабораторией физической биохимии Гематологического научного центра РАМН — главного места в России, где изучают и лечат болезни крови. Вроде в учебниках довольно складно написано, что в процессе участвуют многие факторы, находящиеся в плазме крови. Вроде все биохимические реакции известны. Понятно, с чего все начинается. Но как в динамике происходит весь процесс свертывания и образования тромба, а главное, почему этот процесс останавливается, никто и никогда в подробностях не описывал. Фазли был уязвлен. Он перерыл литературу и понял, что никому не пришло в голову поставить довольно простые эксперименты, которые имитировали бы процесс свертывания в организме. И эти эксперименты были бы гораздо более информативными, чем существующие тесты на свертываемость. Один из самых распространенных методов диагностики состоит в том, что в пробирку с кровью добавляют соответствующее вещество, которое инициирует свертывание, взбалтывают и ждут, когда кровь свернется. Если кровь свертывается в течение примерно 30 секунд, считается, что все в порядке, если больше минуты — это может быть гемофилия, генетическое нарушение свертываемости, широко распространенное в августейших фамилиях Европы и России. Проблемой, однако, было диагностирование обратного состояния — склонности к повышенной свертываемости, или тромбофилии. Фазли Атауллаханов подумал, что экспериментальное выяснение подробностей механизма свертывания крови, возможно, решит проблему диагностики. Но на первом этапе его охватил чисто научный азарт решения загадочного вопроса, каким законам подчиняется процесс свертывания.

Кровь стынет в жилах

Каждый день, а может, и каждый час в кровеносных сосудах происходят поломки. Даже если это крохотная дырочка в капилляре, через нее могла бы просочиться вся кровь, не будь у нас специальной защитной системы. Мы этот защитный процесс можем наблюдать, если, к примеру, порежем палец. Кровь сгущается, образует сначала пленку, потом тромбик, заделывающий порез или дырочку. Через несколько дней, когда под тромбиком образуется новая ткань, он рассасывается. В подобном случае система свертывания выступает как защитная. Из-за постоянных мелких поломок система должна быть мощной. Но эта мощность имеет и обратную сторону. «Нашу кровь вполне можно назвать взрывоопасной смесью, — говорит Атауллаханов. — В ней есть все, чтобы свернуть ее всю, и она станет похожа на слепок нашей кровеносной системы. Поэтому система довольно часто срабатывает и в те моменты, когда этого не требуется. Это происходит оттого, что свертывание инициируется из-за воспаления в тканях и гибели клеток или из-за инфекционных возбудителей. Как правило, в молодости организм с этим спонтанным образованием тромбов справляется, в крови постоянно работают агенты антисвертывания. Правда, может случиться так, что тромб образуется в “плохом” месте, например закупорит сосуд, снабжающий сердечную мышцу или мозг. И защитные силы не успевают, наступает инфаркт или инсульт. Чем старше человек, тем выше риск появления спонтанных тромбов. Увы, диагностика тромбофлебии зачастую происходит после свершившегося факта образования тромбов, результат — тяжелые состояния и часто смерть».

Исследование природы свертываемости началось в конце XIX века, но лишь к середине XX века была установлена некая общая схема. Стало понятно, что в этом процессе участвуют клетки крови — тромбоциты — и около двух десятков белков плазмы, так называемые факторы свертываемости крови. Исходно все они присутствуют в крови. Эти факторы находятся в неактивном состоянии. Чтобы процесс был запущен, нужен соответствующий сигнал. Главным из них является действие белка, который находится во всех тканях организма, за исключением эндотелия, выстилающего внутреннюю стенку сосудов. Он называется тканевым фактором. Как только этот изолирующий эндотелий нарушается в результате поломки сосуда, кровь вступает в контакт с тканевым фактором, и система свертывания активируется. Начинается целая цепочка биохимических реакций: тканевой фактор активирует один фактор свертываемости, тот — другой и так далее. И что интересно, запускается процесс, похожий на лавину: факторы свертываемости активируют не только следующие факторы, но и опосредованно сами себя — и так начинается процесс самоускорения. В результате в крови образуется множество молекул тромбина, которые активируют главную молекулу для образования тромба — фибрин. Многочисленные молекулы фибрина слипаются друг с другом, образуя крученые нити и сети, которые запутывают в себя клетки крови. Этот сгусток и есть тромб.

Атауллаханова занимал сценарий процесса. Если бы тромбин образовывался только в том месте, где есть тканевой фактор, то тромбик был бы слишком маленьким. Представьте себе, что молекула фибрина, образующая тромб, измеряется в нескольких десятках нанометров, а дырка, которую он должен заделать, — в миллиметрах, в миллион раз больше, чем молекула фибрина. Для преодоления этой гигантской пропасти процесс должен довольно активно распространяться. «И я хотел понять, куда процесс распространяется и каковы его закономерности, — рассказывает Фазли. — Если он распространяется благодаря системе самоускорения, то почему до какого-то места тромб растет, а дальше нет, хотя по логике этого самоускорения кровь должна свертываться везде, где есть соответствующие факторы, активируемые тромбином, — а они есть во всей кровеносной системе».

Удивившись, что никто не додумался поставить довольно простые опыты, чтобы посмотреть на динамику свертывания, Фазли решил оценить ее с точки зрения физика. Он создал группу, в которую вошли некоторые сотрудники его лаборатории, в частности Василий Сарбаш и Римма Волкова, а также его аспиранты и студенты. Один из студентов, Михаил Пантелеев, принимавший участие в разработке некоторых нужных для исследования математических моделей, впоследствии стал сотрудником лаборатории. Ученые поставили довольно простой эксперимент. Они имитировали процесс свертывания в организме, вырастив на специальной пластинке фибробласты, на поверхности которых есть тканевой фактор. Пластинку приводили в контакт с плазмой крови и смотрели, как растет тромб. Весь этот процесс снимали на цифровую камеру. И с удивлением обнаружили, что закономерности этого процесса не похожи на закономерности обычных физических процессов. В начале эксперимента Атауллаханов хотел выяснить, какому физическому способу распространения возмущения подчиняется процесс свертывания — обычной волне или автоволне. В первом случае можно было бы предположить, что тканевой фактор является тем камешком, который вызывает обычную волну, постепенно затухающую. А может, этот процесс будет походить на автоволну или на процесс горения, когда все горит с максимальной амплитудой и останавливается лишь тогда, когда кончается «горючее». В ходе экспериментов выяснилось: способ ни тот и ни другой. В одних случаях (когда кровь здоровая) процесс начинается как автоволна — в крови интенсивно образуется тромбин, а за ним и фибрин, но заканчивается не как автоволна — «пожар» резко останавливается, притом что «горючего» вокруг полно. Когда же исследовалась, к примеру, плазма крови гемофилика, процесс больше походил на испорченное горение — свертывание начиналось как обычно, но потом шло медленно, и тромб рос плохо. «И когда мы открыли этот новый процесс, мы совместно с еще одним сотрудником лаборатории Георгием Гурия опубликовали в 1995 году первую статью и потом еще кучу статей в известных физических журналах и доложили об этом на множестве научных конференций, — рассказывает Фазли Атауллаханов. — Это оказалось неожиданностью как для биохимиков, так и для физиков. Теперь физики вовсю изучают процессы такого рода».

Огнетушитель тромбоза

Больше всего Фазли удивляла неожиданная остановка свертывания. В самом деле, идет самоускоряющийся процесс, он плодит много тромбина, а тот — много фибрина, как будто идет мощное горение подожженной бензиновой пленки. Это самоускорение необходимо для того, чтобы преодолеть сдерживающую свертывание систему в крови. В норме в крови постоянно находятся ингибиторы тромбина, в частности антитромбин и альфа-2−макроглобулин, чтобы не допустить спонтанного образования тромбов. Но они не в состоянии остановить мощную волну. Значит, подумал Фазли, этот процесс должен найти нечто внутри себя, что в самом начале процесса отсутствовало (иначе не будет этого «горения»), но потом возникало и служило огнетушителем, который останавливает весь этот пожар. Было известно, что на подавление тромбина действуют некоторые белки, которые тоже активируются в процессе свертывания, например так называемый протеин С. Любопытно, что активирует этот протеин С тот же тромбин, который является главным «раздувателем пожара», то есть действует не только на факторы, которые запускают самоускорение свертывания, но и на факторы, которые будут останавливать процесс. Но деталей никто не знал. В эксперименте же выяснилось, что природа придумала весьма оригинальный механизм: несмотря на то что тромбин затевает оба процесса, активация «огнетушителя» происходит медленнее, чем активация «пожара», чтобы дать возможность сконструировать тромб нужного размера.

Теперь группа Атауллаханова разложила весь процесс по полочкам: что инициирует, что разжигает и ускоряет, что останавливает — и как это происходит в динамике. Множество экспериментов позволили отслеживать все эти этапы. Выявленные же при этом характеристики процесса — время начала роста тромба, скорость роста и размер тромба — позволяют дифференцировать не только гемофилию и тромбофилию, но и их различные вариации. А это означает, что и лечить их надо с учетом этих характеристик.

Попутно группа Атауллаханова и сотрудники центра гемофилии ГНЦ РАМН, возглавляемого профессором Людмилой Плющ, экспериментально выяснили, что нуждается в коррекции и традиционное лечение гемофилии. При недостатке соответствующего фактора свертываемости его стопроцентно замещают. Раньше врачи интуитивно отмечали, что у таких гемофиликов, как ни странно, повышается риск образования спонтанных тромбов. «Дело в том, что организм пытается компенсировать недостаток нужного фактора хотя бы отчасти, поэтому, когда его добавляют в полном объеме, его становится больше, чем нужно, — рассказывает Фазли. — В опытах мы установили, что оптимально добавлять примерно двадцать процентов нужного фактора свертываемости. И эффект уже виден на больных, они чувствуют себя гораздо лучше».

Из своих опытов группа Фазли вынесла еще одно знание: при введении кровезаменителей в случае сильных кровопотерь риск тромбообразования повышается. Природа этого была непонятна: казалось бы, при разведении крови свертываемость должна быть хуже. Но врачи из отделения реанимации, вместе с которыми проводила исследования сотрудница лаборатории Елена Синауридзе, знали, что после таких переливаний часто образуются тромбы. Оказалось, что размываются как факторы свертываемости, так и ингибиторы тромбина — антитромбин и др. Но последние важнее, потому что, в отличие от неактивных факторов крови, они-то всегда активны, и, когда возникает их активация, с ними практически некому бороться. Тогда ученые предложили делать раствор с учетом этих особенностей систем свертывания и антисвертывания.

Прибор для мирового рынка

Для своих экспериментов ученые ГНЦ создали лабораторный прибор, который, как шутит руководитель лаборатории, походил на избушку на курьих ножках. Работать с ним могли только ученые. Когда же стало ясно, что созрел уникальный опыт диагностики, ученые задумались над практической стороной проекта. Была создана компания «Гематологические приборы», которой на первом этапе нужно было создать первые опытные промышленные образцы, чтобы лаборант в любой клинике мог с ними работать почти автоматически. «Я взял себе аспиранта по инженерной части из Бауманки — Сергея Карамзина, с ним и моим давним сотрудником и другом Василием Сарбашем мы стали совершенствовать прибор, — рассказывает Фазли. — И перевели его из лабораторного в диагностический». В шлифовке и изготовлении этих приборов принял участие еще один бывший аспирант Атауллаханова, а ныне гендиректор компании, выпускающей лазерную медтехнику, Игорь Пивоваров. Для компьютера, подключаемого к прибору, сделали специальные программы, и на экране можно в режиме онлайн видеть, как растет тромб, а также графики, из которых видны все главные характеристики процесса свертывания — время начала, скорость и размер тромба. Главным показателем является скорость образования тромба. Норма укладывается в показатель 35–45 мкм в минуту. Если скорость ниже, она показывает склонность к гемофилии, если выше — к тромбофилии.

Пришлось решить еще один важный вопрос: представить себе, что в поликлинике будут специально культивировать фибробласты с тканевым фактором, невозможно, поэтому в диагностическом приборе инициация процесса производится специальным активатором, очень похожим на тканевой фактор в мембране клетки. Он был сделан с использованием нанотехнологий, для чего Фазли привлек еще одну свою аспирантку, химика-технолога Ольгу Фадееву. «Фазли и сам человек энциклопедических знаний, поэтому неудивительно, что он находит идеи на стыке наук — биологии, химии, физики, — говорит Игорь Пивоваров. — И он знает, что нужно делать. Но в помощь он всегда привлекает молодых специалистов из многих вузов, хотя, по сути, он больше помогает им, вовлекая в настоящую, интересную науку».

В общих чертах было понятно, что молодая компания для начала должна создать несколько приборов и раздать их в ведущие клиники. Один из приборов некоторое время работал в Институте Красного Креста им. Джона Холанда в США и до сих пор работает в одной из клиник Лиона во Франции. Прибор был запатентован в Швейцарии, но теперь нужно получать национальные патенты в разных странах, что требует немалых средств. Нужны средства и для производства приборов, которые, скорее всего, будет делать компания Игоря Пивоварова, и для их продвижения на мировой рынок. «На ранних этапах нам очень помогал РФФИ, — говорит Фазли. — Но фазу НИОКР мы прошли, и теперь нам нужен более крупный инвестор другой компетенции. Поскольку в приборе используется нанотехнология, мы подали свой проект в корпорацию “Роснано”».

По словам Игоря Пивоварова, «Роснано» приятно удивила профессионализмом и деловитостью: «Во-первых, в самом начале нам задавали вопросы, которые позволили нам более четко сформулировать свою стратегию. Во-вторых, корпорация заказала ряд экспертиз, в том числе международных. В-третьих, помогла оценить рыночные перспективы. И мы теперь скромно рассчитываем хотя бы на десять процентов европейского рынка емкостью 500 миллионов долларов». На самом деле скромно, поскольку таких тестов пока не делает никто. Новый метод диагностики в перспективе позволит значительно расширить рынок, ведь он впервые дает возможность оценивать склонность к образованию тромбов, причем довольно быстро и эффективно.

Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
22.12.2008