Функциональная полноценность эритроцитов определяется высокой деформируемостью этих клеток, позволяющей им проходить по узким тканевым капиллярам. Высокая деформируемость эритроцитов обеспечивается благодаря поддержанию дисковидной формы при оптимальном соотношении между площадью поверхности и объемом клетки. В свою очередь, это соотношение поддерживается за счет стабилизации клеточного объема при заданной площади поверхности клетки. В работе с помощью математического моделирования исследовалась роль транспортной Na/K-АТФазы, активируемых кальцием калиевых каналов и метаболизма аденилатов в стабилизации объема эритроцитов человека при увеличении проницаемости клеточной мембраны для катионов. При этом учитывался вклад метаболитов гликолиза и аденилатов в осмотическое давление цитоплазмы. Показано, что наличие в клетке Na/K-АТФазы и двух противоположно направленных градиентов ионов Na⁺ и K⁺ позволяет значительно улучшить стабилизацию клеточного объема при увеличении проницаемости клеточной мембраны, по сравнению с гипотетическими клетками, в которых осмотический баланс между клеткой и средой достигается за счет градиента только одного иона (Na⁺). В этом случае объем эритроцита отклоняется от оптимального значения не более, чем на 10% при изменении проницаемости клеточной мембраны от 50 до 200 % от нормы. При наличии Na/K-АТФазы и активируемых кальцием калиевых каналов объем эритроцита отклоняется от оптимального значения не более, чем на 10% при изменении проницаемости клеточной мембраны от 50 до 850 % от нормы. Однако, в этом случае значительно (в несколько раз) могут изменяться внутриклеточные концентрации ионов. Система метаболизма аденилатов может обеспечить дополнительную регуляцию транспортных АТФаз в клетке за счет регуляции внутриклеточного уровня АТФ. При этом достигается стабилизация стационарных значений внутриклеточных концентраций ионов (ионный гомеостаз) и клеточного объема в пределах изменения проницаемости клеточной мембраны от 50 до 1500 % от нормы. В этом случае, однако, объем и внутриклеточные концентрации ионов могут сильно отклоняться от стабилизируемых значений при переходных процессах. Совместное функционирование транспортных систем и метаболизма аденилатов позволяет обеспечить ионный гомеостаз и эффективную стабилизацию объема эритроцитов (в пределах 5% отклонения от оптимального значения) как в стационарном режиме, так и при переходных процессах при увеличении проницаемости клеточной мембраны до 10-15 раз по сравнению с нормой.

Маленькие безъядерные клетки, тромбоциты, в основном предназначены для образования агрегатов при повреждении сосудов, что позволяет остановить кровотечение. Для выполнения этой функции, тромбоциты способны реализовывать ряд функциональных ответов, индуцируемых различными агонистами и координируемых сложной сетью внутриклеточной сигнализации, запускаемой десятком разнообразных рецепторов. Настоящий обзор, второй из серии, описывает известные пути внутриклеточной сигнализации, индуцируемые тромбоцитарными рецепторами в ответ на канонические и редкие агонисты. Особый фокус будет сделан на точках взаимодействия и «синергии» путей активации тромбоцита, и промежуточных или «вторичных» посредниках активации, передающих сигнал к функциональным проявлениям.

Известно, что при COVID-19 избыточная свёртываемость крови и, иногда, тромбоцитопения, могут быть характерными для тяжёлого течения заболевания. При этом роль тромбоцитов в патогенезе COVID-19 весьма противоречива. В рамках настоящего исследования нашей задачей было определение степени гиперактивации тромбоцитов пациентов с COVID-19. В исследовании была использована проточная цитометрия цельной крови, окрашенной аннексином-V и лактадгерином («PS + тромбоциты»). Также была разработана стохастическая математическая модель производства и потребления тромбоцитов. Экспериментально было показано, что процент PS + тромбоцитов у пациентов с COVID-19 был в два раза выше, чем у здоровых доноров. При это была получена статистически значимая корреляция между количеством PS+ тромбоцитов и процентом повреждения легких у пациентов. Не было обнаружено никакой связи между гибелью тромбоцитов и терапией пациентов в стационарах. Доля PS+ тромбоцитов была повышена только у пациентов с хроническими заболеваниями лёгких. Хотя у пациентов не наблюдалось выраженных тромбоцитопений, наблюдаемое увеличение размера тромбоцитов (параметр FSC-A в проточной цитометрии) может указывать на то, что возраст тромбоцитов у пациентов был снижен. Разработанная компьютерная модель производства-утилизации тромбоцитов подтверждает возможность интенсивного потребления тромбоцитов без значимых изменений их количества. Таким образом, можно заключить, что наблюдаемая гиперактивация тромбоцитов при COVID-19 может быть вызвана активацией тромбоцитов в кровотоке, что приводит к их потреблению, но не вызывает значительную тромбоцитопению.

Нарушения в работе системы гемостаза отвечают за большое количество жизнеугрожающих состояний, однако несмотря на многие десятилетия исследований, на сегодняшний день не существует надежных способов корректировать состояние гемостаза без значимых рисков развития тромбозов или кровотечений. Данная ситуация отражает недостаточный уровень понимания ключевых механизмов, которые регулируют гемостатический ответ в норме и при патологии. Для развития фундаментальных представлений о принципах регуляции гемостаза сегодня активно применяются как экспериментальные модели, так и теоретические подходы. Данный обзор посвящен современным in vitro моделям тромбоза и гемостаза и фокусируется на ключевых подходах и инструментах, используемых для изучения процесса свертывания крови вне организма человека. Для воссоздания данного процесса сегодня активно применяются технологии микрофлюидики, а также походы к созданию искусственных сосудов на основе разнообразных гидрогелей. In vitro модели тромбоза традиционно имитируют непроникающее повреждения сосудистой стенки в условиях потока крови и уже более 30 лет исследуются для изучения ключевых процессов, отвечающих за формирование артериальных тромбов – патологических сгустков, которые могут привести к значительному уменьшению кровоснабжения жизненно важных органов. Модели гемостаза in vitro получили активное развитие лишь в последние годы и фокусируются на установлении важных закономерностей образования гемостатических пробок – сгустков, блокирующих кровопотерю в случае проникающего повреждения сосуда. Современные in vitro модели тромбоза и гемостаза используются не только как инструменты для фундаментальных исследований, но и в ряде случаев внедряются в клиническую практику в качестве интегральных методов диагностики нарушений гемостаза.

Тромбоциты крови – небольшие безъядерные клетки, основная задача которых – формирование «пробки» для предотвращения кровотечения при нарушении целостности кровеносных сосудов. Выполнение данной роли подразумевает набор функциональных ответов, индуцируемых различными агонистами и координируемых внутренней сетью передачи молекулярного сигнала. Понимание устройства данной сети является ключевой задачей как для фундаментальных исследований, так и для идентификации новых терапевтических мишеней при нарушениях системы гемостаза. Данная серия обзоров будет посвящена регуляции внутриклеточной сигнализации в тромбоцитах, исследованию молекулярной связи между активацией рецепторов и функциональными ответами тромбоцитов, а также о влиянии сигнальных путей друг на друга. Настоящая статья, первая из двух, сосредоточена на описании функциональных ответов тромбоцитов и условий, при которых они происходят.