Chcesz wydać pracę doktorską, habilitacyjną czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

© Borgis - Nowa Pediatria 3/2004, s. 103-105
Leszek Bęc, Maciej A. Karolczak, Barbara Motylewicz
Czynnik von Willebranda a uszkodzenie śródbłonka naczyń u pacjentów operowanych w krążeniu pozaustrojowym
The Role of von Willebrand Factor in Endothelial Damage in Patients Operated on with Use of Cardiopulmonary Bypass – a review
z II Katedry i Kliniki Kardiochirurgii i Chirurgii Ogólnej Dzieci Akademii Medycznej w Warszawie
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. n. med. Maciej A. Karolczak
Streszczenie
Cardiopulmonary bypass (CPB) is associated with activation of various immune systems. Von Willebrand factor (vWf) release is a part of „whole body inflammatory response”. This article reviews the role of vWf in platelet activation and endothelial damage.
Operacje z użyciem krążenia pozaustrojowego wiążą się z ryzykiem wystąpienia uogólnionej odpowiedzi zapalnej. Końcowym efektem tej reakcji jest zwiększenie przepuszczalności śródbłonka naczyń i ucieczka płynu do przestrzeni pozanaczyniowej. Niezmiernie ważną rolę w uszkodzeniu endotelium odgrywają aktywowane płytki krwi, które dzięki czynnikowi von Willebranda (vWf) nie tylko przylegają do ściany naczynia, ale także ulegają agregacji, tworząc mikrozakrzepy w układzie krwionośnym. Komórki śródbłonka, ulegając martwicy uwalniają do krwiobiegu różne substancje – wśród nich również vWf. Czy zatem określanie osoczowego poziomu tego czynnika w okresie okołooperacyjnym ma znaczenie w praktyce?
PATOFIZJOLOGIA
Czynnik von Willebranda jest glikoproteiną, której synteza zachodzi w endotelium i w płytkach krwi. W postaci dużych, polimerycznych cząstek jest on magazynowany w ciałkach Weibel-Palade´a1 komórek śródbłonka, a także, wraz z trombomoduliną – w a-ziarnistościach trombocytów (1).
W odpowiedzi na wzrost stężenia trombiny, fibryny lub wazopresyny dochodzi do gwałtownego uwalniania vWf z pokładów wewnątrzkomórkowych (2, 3). Sytuacja ta ma szczególne znaczenie podczas krążenia pozaustrojowego (CPB), kiedy krew narażona jest na kontakt z powierzchnią inną niż endotelium. To właśnie brak śródbłonka ściany naczyń powoduje aktywację leukocytów i płytek krwi, prowadząc do wyrzutu cytokin, leukotrienów, aktywacji układów: dopełniacza, krzepnięcia i fibrynolizy (4). W ciągu kilku sekund od rozpoczęcia perfuzji na wewnętrznej powierzchni kaniul i oksygenatora dochodzi do odkładania białek aktywujących płytki krwi: fibrynogenu i vWf (5). Jednocześnie w procesie sekwestracji narządowej leukocytów2 zwiększa się przepuszczalność śródbłonka (2), a upośledzenie jego funkcji jest potęgowane przez zjawisko reperfuzji – czyli przywrócenia fizjologicznego przepływu w naczyniu (7). Dużą rolę odgrywa również wytwarzanie wolnych rodników tlenowych (3, 6). Wszystkie te zjawiska powodują uszkodzenie komórek endotelium, często o charakterze letalnym.
Zarówno śródbłonek jak i warstwa bezpośrednio pod nim leżąca ( subendotelium) są celem dla cząstek vWf oraz aktywowanych płytek krwi (2, 3).
AKTYWACJA PŁYTEK
W błonie komórkowej trombocytów znajdują się dwa typy receptorów dla cząstek adhezyjnych: GP Ib (glikoproteina Ib) oraz kompleks GP IIb/IIIa. Zarówno fibrynogen jak i czynnik von Willebranda są molekułami zawierającymi sekwencję: arginina – glicyna – kwas asparaginowy, o dużym powinowactwie do wspomnianych receptorów płytkowych (8). Połączenie się fibrynogenu z GP IIb/IIIa prowadzi do zlepiania się (agregacji) trombocytów, podczas gdy vWf, łącząc się z glikoproteiną Ib powoduje adhezję płytek do odsłoniętego subendotelium oraz tworzenie zakrzepów (1, 5, 9, 10, 11, 12). Agregacja ma charakter dwufazowy i zależy przede wszystkim od sił tarcia: małe ich natężenie sprzyja reakcji, której modulatorem jest fibrynogen. Tarcie o znacznym nasileniu (tj. ok. 108 dyna/cm) powoduje przewagę działania czynnika von Willebranda (5, 13). Znajduje to odzwierciedlenie chociażby w przypadku wady mitralnej – w której dochodzi do turbulencji przepływu krwi i zwiększenia oporu na granicy krew – śródbłonek. Stwierdzono bowiem wyższe wyjściowe (tj. przedoperacyjne) poziomy osoczowe vWf u pacjentów poddanych operacji z powodu dysfunkcji zastawki dwudzielnej (14).
Oczywiście, istnieją również mechanizmy ograniczające adhezję. Zarówno cząstki vWf jak i jego receptory obecne na trombocytach ulegają wpływom substancji endo- i egzogennych. Tkankowy aktywator plazminogenu i produkty fibrynolizy mogą uszkadzać GP Ib i IIb/IIIa. Powodują też rozpad dużych, polimerycznych cząstek vWf na mniejsze (15). Trombina powoduje gwałtowne zmniejszenie ekspresji błonowej receptorów GP Ib (13).
DYNAMIKA ZMIAN VWF PODCZAS CPB
Doniesienia na temat zmian osoczowego poziomu czynnika von Willebranda po operacjach kardiochirurgicznych są niejednoznaczne. Niektórzy z badaczy zaobserwowali wzrost stężenia vWf w surowicy krwi już w minutę po zdjęciu zacisku z aorty (3). Inni – w 6 godzin po zakończeniu krążenia pozaustrojowego. Niemniej poziom vWf był nadal wysoki w dobę (1, 2), a nawet w 6 dni po operacji (16). Warto jednak podkreślić, że szybkie pojawienie się czynnika von Willebranda w krążeniu świadczy o jego uwolnieniu z pokładów wewnątrzkomórkowych, a nie o syntezie de novo (3).
Istotnym zmianom podczas krążenia pozaustrojowego ulegają receptory obecne w błonie komórkowej płytek krwi. Stwierdzono bowiem towarzyszący perfuzji spadek ekspresji powierzchniowej zarówno GP Ib jak i Gp IIb/IIIa (11, 17). Tylko w niektórych pracach ilość receptorów w błonie komórkowej pozostała niezmieniona, chociaż i tu nie można wykluczyć zmian strukturalnych w budowie receptorów (13).
Powyższe wyniki mogłyby wskazywać na zmniejszenie natężenia aktywacji płytek krwi. Jest to jednak wniosek pozorny. Poziom osoczowy P-selektyny – markera pobudzenia trombocytów rośnie dokładnie w tym samym czasie, w którym zmniejszeniu ulega ekspresja GP Ib (13). Dlaczego zatem poziom osoczowy czynnika von Willebranda rośnie?
MARKER USZKODZENIA ŚRÓDBŁONKA W OPERACJACH KARDIOCHIRURGICZNYCH?
W praktyce klinicznej czynnik von Willebranda jest powszechnie znanym wskaźnikiem stopnia uszkodzenia śródbłonka naczyń w chorobach układowych, takich jak cukrzyca lub nadciśnienie tętnicze (2, 3, 14, 18). Co więcej, określenie jego poziomu pozwala na kalkulację ryzyka powikłań naczyniowych i śmiertelności (1). Dowiedziono, że wysokie poziomy vWf po przebytym zawale mięśnia sercowego sprzyjają bowiem powstaniu kolejnych obszarów martwicy i potęgują prawdopodobieństwo zgonu (3).
Jak uprzednio wspomniano – czynnik von Willebranda jest magazynowany zarówno w płytkach krwi, jak i w komórkach endotelium. Podczas aktywacji płytek i uszkodzenia śródbłonka w trakcie CPB jest on uwalniany z obu rodzajów komórek. Blokując działanie trombocytów3, dowiedziono jednak, że poziom vWf jest nadal wysoki. Określono w ten sposób, iż płytkopochodny vWf stanowi jedynie 15% osoczowego vWf. Oznacza to, że za wzrost stężenia czynnika w surowicy krwi odpowiada przede wszystkim uszkodzone endotelium. Dlaczego uszkodzone? W badaniach in vitro wykazano, że do uwolnienia cząstki vWf z pokładów wewnątrzkomórkowych konieczna jest śmierć komórki śródbłonka (1). O tym, że uszkodzenie komórki istnieje, świadczy również uwalnianie przez nią prostacykliny. Wzrost jej poziomu wykazano u pacjentów poddanych operacjom kardiochirurgicznym z użyciem CPB i potwierdzono zmianami ultrastrukturalnymi w endotelium (7).
ZAPOBIEGANIE
Uszkodzenie komórek śródbłonka dokonuje się po pierwsze: poprzez wzrost przepuszczalności ściany naczyń, przechodzenie leukocytów do przestrzeni pozanaczyniowej i ich degranulację; po drugie: przez aktywację płytek krwi. Oba procesy są ze sobą ściśle związane: leukocyty mogą stymulować płytki i indukować krzepnięcie. Trombocyty in vitro powodują adhezję leukocytów do endotelium (12). Hamowanie sekwestracji obejmuje aktualnie różne metody (4, 6) i jest pojęciem bardzo szerokim.
W celu blokowania aktywacji płytek krwi stosuje się przede wszystkim coating heparynowy. Polega on na wstępnym wypełnieniu układu sztucznego płuco-serca płynem (tzw. pre-priming) z dużą zawartością heparyny. Cząsteczki heparynowe osadzając się na powierzchni kaniul, oksygenatora etc., tworzą jakby „płaszcz” chroniący krew przed kontaktem z powierzchnią sztuczną. Jego cytoprotekcyjne działanie (zmniejszenie poziomu vWf) potwierdzono już w wielu pracach (2, 5). Stwierdzono również spadek ekspresji powierzchniowej GP Ib i P-selektyny.
Niestety, roztwór heparyny dodawany standardowo do wypełnienia sztucznego płuco-serca ( priming) nie spełnia tej funkcji. Co więcej (co może być zaskakujące), w odpowiedzi na epinefrynę lub dwufosforan adenozyny (ADP) nasila aktywację płytek związaną z siłami tarcia (13).
Inną metodą jest stosowanie aprotyniny – związku z grupy inhibitorów proteazy serynowej. Aprotynina zmniejsza aktywację zarówno neutrofilów jak i płytek krwi (4). Jej działanie na trombocyty wiąże się z bezpośrednim działaniem na receptor GP Ib (12). Dzięki zastosowaniu aprotyniny uzyskano zmniejszenie krwawienia w pierwszych dobach po CPB, skutkujące ograniczeniem ilości przetaczanej krwi w okresie pooperacyjnym (4).
W badaniach eksperymentalnych zastosowano ATA ( aurintricarboxilic acid) – substancję wybiórczo hamującą przyłączenie cząstki vWf do GP Ib (8,12). Podobnie jak ATA działają rekombinowane fragmenty czynnika von Willebranda – tzw. like-VCL (zawierające w swej budowie leucynę w pozycji 504 oraz lizynę w pozycji 728 łańcucha glikoproteinowego) – hamując in vivo agregację płytek krwi (12). Są to substancje użyte jak dotąd tylko w pracach doświadczalnych. Być może już w najbliższym czasie znajdą one zastosowanie w klinice.
PODSUMOWANIE
Krążenie pozaustrojowe wiąże się z uogólnioną reakcją zapalną organizmu. Czynnik von Willebranda pełni w niej funkcję nie tylko aktywatora płytek krwi, ale także wskaźnika uszkodzenia śródbłonka naczyń krwionośnych. Pomimo znacznego zaawansowania badań dotyczących vWf, wiele zagadnień pozostaje wciąż bez odpowiedzi. Ich rozwiązanie pozwoli na lepszą opiekę pooperacyjną pacjentów poddawanych operacjom kardiochirurgicznym z użyciem CPB.

1 Ciałka Weibel-Palade´a – inaczej zwane ziarnistościami gęstymi, to organelle obecne w komórkach śródbłonka. Oprócz vWf zawierają również P-selektynę. Na skutek pobudzenia komórki (np. przez trombinę) wędrują do błony komórkowej i zlewają się z nią, uwalniając swoją zawartość.
2 Czyli migracji przez ścianę naczynia i gromadzenia się neutrofilów w narządach.
3 Aktywację płytek krwi można zablokować podaniem prostacykliny. Stopień blokowania funkcji płytkowych był tu określany poprzez pomiar beta-tromboglobuliny.
Piśmiennictwo
1. Tsang G.M. et al.: Von Willebrand factor and urinary albumin excretion are possible indicators of endothelial dysfunction in cardiopulmonary bypass. Eur J Cardiothorac Surg 1998, 13(4):385-391. 2. Borowiec J. et al.: Biocompatibility reflected by haemostasis variables during cardiopulmonary bypass using heparin-coated circuits. Thorac Cardiovasc Surg 1997, 45(4):163-167. 3. Holdright D.R. et al.: The effects of cardiopulmonary bypass on systemic and coronary levels of von Willebrand factor. Eur J Cardiothorac Surg 1995, 9(1):18-21. 4. Bęc L., Karolczak M.A.: Rola układowej odpowiedzi zapalnej w krążeniu pozaustrojowym. Część pierwsza: cytokiny. Nowa Pediatria 2000, 5 (21):12-18. 5. Niimi Y. et al.: The effects of heparin coating of oxygenator fibers on platelet adhesion and protein adsorption. Anesth Analg 1999, 89(3):573-579. 6. Bęc L., Karolczak M.A.: Rola układowej odpowiedzi zapalnej w krążeniu pozaustrojowym. Część druga: leukocyty. Nowa Pediatria 2000, 5 (21), 19-25. 7. Valen G.: The search for markers of endothelial injury during open heart surgery. Eur J Cardiothorac Surg. 1996, 10(4):297-298. 8. Borgdorff P. et al.: Pump - induced platelet aggregation in albumin coated extracorporeal systems. J Thorac Cardiovasc Surg 1999, 118(5):946-952. 9. Borgdorff P. et al.: Extracorporeal circulation can induce hypotension by both blood-material contact and pump-induced platelet aggregation. J Thorac Cardiovasc Surg 2000,120(1):12-19. 10. Despotis G.J., Joist J.H.: Anticoagulation and anticoagulation reversal with cardiac surgery involving cardiopulmonary bypass: an update. J Cardiothorac Vasc Anesth 1999, 13(4 Suppl 1):18-29, discussion 36-7. 11. Maquelin K.N. et al.: Disappearance of glycoprotein Ib from the platelet surface in pericardial blood during cardiopulmonary bypass. J Thorac Cardiovasc Surg 1998, 115(5):1160-1165. 12. Primack C. et al.: Aprotinin modulation of platelet activation in patients undergoing cardiopulmonary bypass operations. Ann Thorac Surg 1996, 61(4):1188-1193. 13. Hioki I. et al.: A heparin-coated circuit maintains platelet aggregability in response to shear stress in an in vitro model of cardiopulmonary bypass. Thromb Haemost 1998, 80(3):437-442. 14. Goldsmith I.R. et al.: Von Willebrand factor, fibrinogen, and soluble P-selectin levels after mitral valve replacement versus mitral valve repair. Am J Cardiol 2000, 85(10):1218-1222. 15. Unsworth-White M.J. et al.: A prospective randomised controlled trial of postoperative autotransfusion with and without a heparin-bonded circuit. Eur J Cardiothorac Surg 1996, 10(1):38-47. 16. Martin W. et al.: Respiratory dysfunction and white cell activation following cardiopulmonary bypass: comparison of membrane and bubble oxygenators. Eur J Cardiothorac Surg 1996, 10(9):774-783. 17. Ichinose F. et al.: Platelet hyporeactivity in young infants during cardiopulmonary bypass. Anesth Analg. 1999, 88(2):258-262. 18. Lydakis C., Lip G.Y.: Microalbuminuria and cardiovascular risk. QJM 1998, 91(6):381-391.
Nowa Pediatria 3/2004
Strona internetowa czasopisma Nowa Pediatria