Cellular modulation of haemostasis in trauma-induced coagulopathy

Abstract

Die Fähigkeit des Blutes zu gerinnen ist essentiell für den Verschluss von Wunden und damit das Überleben nach Verletzungen. Hauptakteure der Blutgerinnung sind dabei die Blutplättchen (Thrombozyten) und die im Plasma gelösten Gerinnungsfaktoren wie beispielsweise das Fibrinogen. Die Ausbildung eines Gerinnsels sowie dessen Auflösung wird durch verschiedene Mediatoren moduliert. Den die Blutbahn umgebenden Endothelzellen kommt dabei eine essentielle Rolle zu, da sie mittels der Expression von Molekülen auf ihrer Oberfläche und der Freisetzung von Substanzen und Vesikeln, die Gerinnungsfähigkeit des Blutes, direkt beeinflussen können. Des Weiteren sind auch Immunzellen im Blut in der Lage, mit den Blutplättchen zu interagieren, sowie gerinnungsaktive Substanzen freizusetzen. Besonders schwere Verletzungen schaffen Bedingungen, die die feinmaschige Regulation des Gerinnungsprozesses ins Wanken bringen können. Bei den sogenannten Trauma-induzierten Gerinnungsstörungen (TIC) führen Blutverlust, Gewebeschaden, die Beeinträchtigung von Plättchen und die Sauerstoffunterversorgung zu einer verminderten Fähigkeit stabile Blutgerinnsel auszubilden. In der vorliegenden Arbeit wurden einzelne Bereiche der Modulation der Gerinnung, mit einem Hauptaugenmerk auf die Veränderungen nach zellulärer Aktivierung, wie sie auch bei der TIC vorkommen, beleuchtet. Einerseits konnte gezeigt werden, dass Blutplättchen, nach ihrer Aktivierung, mit verschiedenen Leukozyten interagieren, dies aber vorzugsweise mit Monozyten, unabhängig von deren Aktivierungszustand, erfolgt. Diese Interaktion geht mit einer Verringerung ihrer Fähigkeit einher, Blutgerinnsel zu bilden. In einer weiteren Studie, wurde der Einfluss starken Blutverlustes, auf die Aktivierung und den Schaden von Endothelzellen, genauer untersucht. So findet die Beeinträchtigung der Zellen und ihrer Barrierefunktion, bereits als Resultat des Schocks statt und nicht wie bislang angenommen, als Folge der Verabreichung von Infusionslösungen. Der Effekt der Aktivierung von Endothelzellen auf die Freisetzung von gerinnungsbeschleunigenden Substanzen und Vesikeln, stand im Mittelpunkt einer dritten Arbeit, die im Zuge dieser Dissertation verfasst wurde. Hier wurde gezeigt, dass nach der Aktivierung, neben den Membranbestandteilen, auch die Größe der abgegebenen Vesikel, für die Beschleunigung der Gerinnung maßgeblich ist.

Haemostasis represents the essential ability of blood to clot at the site of an injury in order to seal wounds and to prevent major blood loss. Primary players of this process are platelets (thrombocytes) and plasmatic coagulation factors like fibrinogen. Formation and resolution of blood clots is modulated by a number of mediators. One of these modulators are considered endothelial cells, which surround the entire vasculature and are capable of directly affecting blood coagulation by expressing surface molecules and by releasing mediators as well as extracellular vesicles into the circulation. In addition to that, immune cells within the blood are able to interact with platelets and to expose coagulant mediators. Severe injuries often lead to conditions that result in a dysregulation of this fine tuned maintenance of blood fluidity. So-called trauma-induced coagulopathies (TIC) arise from blood loss, tissue injury, hypoperfusion and platelet dysfunction and are characterized by a diminished ability of the body to form and maintain stable blood clots. The doctoral thesis at hand focussed on features of the modulation of haemostasis that are associated with states of cellular activation and that are known to occur during TIC. The presented findings could show that platelets form aggregates with leukocytes upon activation and that this interaction occurs preferably with monocytes. The formation of platelet-leukocyte aggregates is associated with the impairment of platelet-mediated haemostatic function. Furthermore, we studied the effect of blood loss and hypoperfusion on endothelial cell activation and damage. Our investigations unveiled that the impairment of endothelial barrier function was to occur already during hypoperfusion and shock and not as anticipated earlier, as a result of the administration of resuscitation fluids. In a third article, endothelial activation was studied with regard to the release of procoagulant mediators like tissue-factor-bearing extracellular vesicles. Here we could observe size-dependent effects that affected pro-coagulant activity aside from the membrane composition of the released vesicles.