Blutgerinnung

Bildung eines labilen Thrombozytenthrombus an traumatisierten Gewebestrukturen (Adhäsion und Aggregation), Dauer: insgesamt 2 – 4 min.

1.Freilegung subendothelialer Strukturen (Kollagen, z.B. nach Verletzung) oder veränderte Endothelzelleigenschaften (z.B. durch proinflammatorische Einflüsse)

2.Plättchenadhäsion: Bindung der Thrombozyten an diese veränderten Bereiche, ausgelöst durch von-Willebrandt-Faktor, der an spezifischen Rezeptor auf Thrombozyten (GPIb/IX) einerseits und an kollagenes Bindegewebe andererseits bindet (quasi Adaptor) -> Aktivierung der Thrombozyten  

3.Degranulierung der Thrombozyten -> Freisetzung von Serotonin, Plättchenfaktor 3 und 4 (PDGF, Platelet Derived Growth Factor) und Arachidonsäure aus den Phospholipiden der Membran, woraus Thromboxan A₂ (TXA₂) gebildet wird: bewirken eine Vasokonstriktion, ADP und TXA₂ bewirken die Rekrutierung weiterer Thrombozyten

4.Externalisierung von negativ geladenen sauren Phospholipiden auf Thrombozytenmembran -> Ausbildung von Pseudopodien (aus Scheiben werden Kugeln, die sich ineinander verhaken), Expression von Glykoprotein (GPIIb/IIIa)- Rezeptoren, welches Fibrinogen bindet und somit den nächsten Schritt einleitet:

5.Thrombozytenaggregation: durch Thrombin geförderte Bildung eines noch labilen aber irreversiblen primären Thrombozytenpfropfes, der über Fibrinogenbrücken zusammengehalten wird (verschließt kleine Wunden). Mithilfe von ADP wird die Expression von Glykoprotein (GPIIb/IIIa)-Rezeptoren gesteigert, die den Pfropf durch die Fibrinogenbrücken stabilisieren und die Adhäsion durch Bindung an subendotheliale Fibronektine verstärken

• Verlauf in zwei Kaskaden (intrinsisches und extrinsisches Aktivierungssystem) und Vereinigung in Thrombinbildung und anschließende Fibrinbildung

extrinsische (extravaskuläre) Aktivierung: nach Gefäßverletzungen:

• Startreaktion: Tissue factor (TF) bildet an Phospholipidoberfläche mit Calcium und Faktor VIIa einen Komplex, dieser aktiviert Faktor VII, IX und X
• Die Wirkung des TF-PL-Ca²⁺-VIIa Komplexes werden durch TFPI (tissue factor pathway inhibitor) nach Thrombinaktivierung gehemmt

intrinsische (endogene) Aktivierung:

• hochmolekulares Kininogen (HMK) setzt Faktor VII in Faktor VIIa um, welches wiederum Präkallikrein (PKK) zu Kallikrein (KK) katalysiert, was auch die Aktivierung von FVII begünstigt
• VIIa setzt XI zu XIa um
• Faktor XIa setzt IX in IXa um,
• Faktor VIII (inaktiv, an Trägerprotein von-Willebrand-Faktor gebunden) wird durch Thrombin aktiviert
• Faktor VIIIa bildet zusammen mit Faktor IXa, Ca²⁺ und Phospholipiden einen Komplex

gemeinsamer Weg:

• durch den jeweiligen Komplex wird FX in FXa umgewandelt
• Komplex von FXa, FVa, Ca²⁺ und PL aktiviert Faktor II (Prothrombin) zu IIa (Thrombin)
• Durch Thrombin wiederum, werden die Faktoren V, VIII, IX, X und XI aktiviert und in einer positiven Rückkopplungsschleife wiederum genug Thrombin gebildet, um einen Thrombus auszubilden
• Das so freigesetzte Thrombin aktiviert nicht nur die Faktoren V, VIII, IX, X und XI (s.o.), sondern auch Fibrinogen zu Fibrin sowie den Fibrin- stabilisierenden F XIII.
• Die einzelnen (monomeren) Fibrinfäden werden zu löslichem Fibrin vernetzt, das vom FXIIIa schließlich zu unlöslichem Fibrin stabilisiert wird. FXIIIa verknüpft die Seitenketten der Fibrinfäden miteinander kovalent.
• Thrombin fördert auch die Thrombozytenaggregation, sodass das TZ-Aggregat (weißer Thrombus) und das vernetztes Fibrin einen sehr stabilen Abdichtungsfilz bilden (roter Thrombus).

Im Blutplasma (inaktive Formen):

- Gerinnungsfaktoren Prothrombin,VII, IX, X, XI, XII, Präkalikrein

- Cofaktoren V, VIII

- Fibrinogen
Auf Membranen der Thrombozyten:  haben viele Gamma-Glutamat Reste

- Prothrombin, VII, IX, und X: besitzen Carboxylat-reiche Gla-Domänen, die via Ca2+ an Phospholipide der Thrombozytenmembranen binden

- V und VIII binden ohne Vermittlung von Ca2+

• Serinprotease, die Peptidbindungen zwischen Arg und Gly spaltet

• Erkennungssequenz im Fibringogen (als Substrat): Phe-Pro-Arg

- spaltet Fibrinogen zu Fibrin

- aktiviert Kofaktoren V, VIII, XIII

- stimuliert Thrombozyten zur Granulafreisetzung

- stimuliert Thrombozyten zur Aggregation und Adhäsion

Fibrinogen:

• Zymogen (inaktive Enzymvorstufe)

• 2-3% des gesamten Plasmaproteins

• drei Paare homologer Peptidketten: A-α, B-β und γ (über 17 Disulfidbrücken verknüpft)

• Fibrinopeptide A und B (18 bzw. 20 AS) werden von Thrombin zw. Arg-Gly abgespalten

=> Fibrinmonomere (αβγ)2
Fibrin:

1. Die Fibrinmonomere assoziieren (nicht-kovalente Wechselwirkungen!) spontan zu langen, labilen Strängen.
2. Nach Einwirkung von XIII werden kovalente, stabile Längs- und Querverbindungen ausgebildet.

= Spaltung des Fibrinpolymers in Fibrinfragmente

• Katalysiert durch Plasmin (Protease)

• Bildung von Plasmin erfolgt aus Plasminogen (2 Formen: Glu- oder Lys-Plasminogen)

• Aktivierung durch Blut- oder Gewebe-Plasminogenaktivatoren

Antikoagulanz: Indirekt wirkender Xa- und Thrombinhemmer

• Mucopolysaccharid-polyschwefelsäureester

• Gemisch linearer, unverzweigter Polysaccharide mit mindestens einer negativen Ladung pro Monosaccharid-Baustein => anionischer Polyelektrolyt
• Bausteine: L-Iduronsäure oder D-Glucuronsäure und D-Glucosamin oder D-Galactosamin in alternierender Anordnung

• α-1,4-glykosidische Verknüpfung (Ausnahme: D-Glucuronsäure)

• Aminogruppen sind meist sulfoniert. -> sehr sauer

• Hydroxylfunktionen sind teilweise sulfatiert => negative Ladungen: Carboxylatgruppen, Monoamide der Schwefelsäure, Schwefelsäurehalbester
• pro Disaccharid: 2-3 Schwefelsäurereste

Naturstoff, produzieren wir auch selber

Antidot: Protamin

NW: Haarausfall etc.

Heparin verhindert die Blutgerinnung durch:

a) Blockade der Prothrombin zu Thrombin-Umwandlung (Angriff an Xa)

b) Hemmung der Thrombinaktivität (Angriff an Thrombin)

Molekularer Mechanismus: indirekte Hemmung von Xa und Thrombin

a) Antithrombin (AT) III hemmt Thrombin und Xa. Heparin bindet an positive geladene Lysinreste des Antithrombin III, wodurch die hemmende Wirkung des Antithrombin auf Thrombin und Xa verstärkt wird.

-> Hemmung des Xa: Heparin-gebundenes AT interagiert mit Xa

-> Hemmung des Thrombin: Heparin und Heparin-gebundenes AT interagieren mit Thrombin
b) Heparin bindet direkt an Gerinnungsfaktoren, die der Thrombin-Bildung vorangestellt sind.

Zusammenhang zwischen Kettenlänge und Wirkungsmechanismus:

Heparinmoleküle < 18 Saccharideinheiten: hemmen nur Xa Heparinmoleküle

> 18 Saccharideinheiten: Hemmen Xa und Thrombin

• v.a. in Leber aber auch in anderen Organen

• Gewinnung: aus Leber, Lunge und Därmen von Schlachttieren (meist Schweinedarm)

• Fertigarzneimittel: Heparin-Natrium- oder –Calciumsalze (Na- od. Ca- Heparinate)

• Molekulargewichte: 3000 bis 30.000 Da, handelsüblich: 8000 bis 12.000 Da.

• Anzahl und Art der Schwefelsäurereste: unterschiedlich.

Einteilung: nach Molekulargewicht (nieder- und hochmolekular, bzw. fraktioniert und unfraktioniert)

Gewinnung der niedermolekularen (od. sog. fraktionierten) Heparine:

• Anreicherung bzw. Fraktionierung aus nativem Heparin durch Gelfiltration und fraktionierte Ethanol-Fällung
• enzymatische Depolymerisation von nativem Heparin

• chemische Depolymerisation von nativem Heparin

• Totalsynthese -> Starke Unterschiede. Prozeß bestimmt das Produkt!

Da Heparine erst ab >18 Polysaccharideinheiten auch Thrombin (IIa) hemmen, ist dies ein Faktor der angibt, wie gut der Heparin-Antithrombin-Komplex Thrombin hemmen kann, da die Affinität zu Faktor Xa gleich bleibt unabhängig von der Länge

hoher Faktor: >1 =>niedermolekular

niedriger Faktor: <1 = hochmolekular

Hochmolekulare Heparine (HMWH = High Molecular Weight Heparin)

• 3000 – 30.000 Da

• durchschnittlich 15.000 Da

• stark polydispers

• Anti-Xa/Anti-IIa = 1

• extra lange Ketten binden sehr unspezifisch an verschiedene zelluläre Strukturen

Niedermolekulare Heparine (LMWH = Low Molecular Weight Heparin)

• 2000 – 9000 Da

• durchschnittlich 5000 Da

• weniger polydispers

• Anti-Xa/Anti-IIa > 1 (1,5 – 6,1)

Vorteile LMWH:

• langanhaltende (selektive) antithrombotische Wirkung

• stärkere Hemmung des Xa

• geringere Hemmung des Thrombins

• geringerer Einfluss auf Thrombozytenaggregation und -adhäsion

• Aktivierung der Lipoproteinlipase schwächer

• längere biologische Halbwertszeit

• bessere Bioverfügbarkeit und

• größere therapeutische Breite

Nachteile LMWH:

• teuer

• ungleichmäßige Qualität wg. chemischer und enzymatischer Depolymerisation

• tierisches Produkt (Infektionsgefahr), Resourcenknappheit.

• Nebenwirkungen: Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT) Typ II -> Anzahl der Thrombozyten geht zurück

• polare, geladene Polymer-Struktur:

• keine perorale Applikation

• transdermale Applikation (Salben) ist fragwürdig: gibt aber Mechanismen, die zur Aufnahme führen

• sinnvoll: nur i.v., i.m., und s.c.

Antikoagulanz

• vollsynthetisches Pentasaccharid

• chemisch definiert: 6 freie OH-Gruppen,

• 8 Sulfatreste, 2 Carboxylate -> 10-wertiges Anion

• bindet Antithrombin III (Kd = 36 nM)

• 340-fach stärkere Hemmung des Xa als Heparin (quasi spezifisch für Xa)
• Methylgruppe: stabilisiert und schützt vor unspezifischen Reaktionen mit Proteinen.

• Synthese: 60(!) Stufen.

• Indikation: orthopäd. Chriurgie

Antikoagulanz

Ersatz der N-Sulfat und OH-Gruppen des Fondaparinux durch Methoxygruppen → geringere Hydrophilie!

Synthetisch oder halbsynthetisch gewonnen durch:

1. Veresterung von Polysacchariden mit Schwefelsäure oder durch

2. Polymerisation sulfongruppenhaltiger Monomere

• Unterscheide: N-haltig (nahe verwandt mit Heparin) und N-freie

• Wirkung vergleichbar mit der des Heparins

• therap. Breite geringer

• zur Behandlung von Prellungen, Blutergüssen, Thrombosen etc.

Beispiele:Heparansulfat, Dermatansulfat, Chondroitinsulfat, Pentosanpolysulfat, Danaparoid-Natrium (84% Heparansulfat, 12%Dermatansulfat, 4%Chondroitinsulfat) - Heparinfrei!

Als Antithrombotikum für Patienten die keine Heparintherapie vertragen

- geringerer Sulfatierungsgrad als Heparin.keine Gefahr von HIT2

Antikoagulanz: Heparinoid

Antikoagulanz: Heparinoid

Antikoagulanz: Heparinoid

Antikoagulanz: Heparinoid

Hirudin, Lepirudin, Desirudin

• Polypeptide, 65 AS, mit hohem Anteil an Asparaginsäure- und Glutaminsäurerreste

• bilden extrem stabilen (quasi irreversiblen) Komplex mit Thrombin (1:1)

• Hirudin wird von Blutegel (Hirudo medicinalis) sezerniert (verhindert Blutgerinnung beim Aussaugen des Blutes aus Hautwunde)
• Hirudin ist potentester Hemmstoff des Thrombins: irreversibel! -> aber nicht kovalent, sondern ionische WW

• alle drei gentechnologisch herstellbar

• bei Operationen (kardiopulmonaler Bypass)

Antikoagulanz: direkter reversibler Thrombinhemmer

• reversibler, kompetitiver Inhibitor des Thrombins, Bindung im aktiven Zentrum des Thrombins:

→ Argininstruktur bindet an Asp189 im aktiven Zentrum des Thrombins
• im Vgl. zu Vitamin-K.Antagonisten geringeres Interaktionsrisiko mit anderen Arzneimitteln und größere therap. Breite als Vit. K Antagonisten
• positiv geladene Guanidinium-Gruppe, negativ geladene Carboxylat-Funktion => rel. polares Molekül, lediglich parenteral applizierbar!

• zur Prophylaxe thromboembolischer Komplikationen

Antikoagulanz: direkter reversibler Thrombinhemmer

• reversibler, kompetitiver Inhibitor des Thrombins, Bindung im aktiven Zentrum des Thrombins.

• peroral applizierbar (derzeit einziger peroraler Thrombininhibitor)

•Als Prodrug: Dabigatranetexilat: O-n-Hexylcarbamat und Ethylester der Propionsäure!

• zur Prophylaxe venöser Thromboembolien Hüft- oder Kniegelenksersatzoperationen, aber erst dann, wenn die Wunde nicht mehr blutet.