Morphological signs of the intravital contraction (retraction) of thrombotic emboli

Cover Page

Abstract


Aim. To establish whether contraction (retraction) of thrombi and thrombotic emboli occurs in vivo using structural signs of blood clot compression, such as compressive deformation of erythrocytes and redistribution of fibrin on the surface of a clot.

Methods. Three postmortem pulmonary thrombotic emboli were examined by scanning electron microscopy and light microscopy after staining with hematoxylin and eosin as well as with Mallory’s method.

Results. In 2 studied pulmonary emboli, extracted 7 and 15 hours after patients’ death, polyhedral erythrocytes (polyhedrocytes) were revealed that were formed as a result of mechanical deformation under the action of contractile forces generated by activated platelets. In addition, the uneven distribution of fibrin within the emboli was found with displacement of fibrin to the periphery of the emboli, which is characteristic for contracted blood clot. In the first and the «oldest» clot extracted 38 hours after the patient’s death, the described contraction signs were absent, which was likely related to the postmortem autolysis or intravital pathological impairment of contraction.

Conclusion. Thrombotic emboli ex vivo have morphological signs of contraction, suggesting intravital compression of the primary thrombi and/or thrombotic emboli, which might be an important pathogenetic mechanism for modulation of impaired blood flow at the sites of thrombotic occlusion of a vessel; the presence or absence of compressed erythrocytes inside and predominant location of fibrin on the periphery of a thrombus or embolus can potentially serve as additional pathomorphological criteria of death coming prescription.


Тромботические эмболы — наиболее часто встречающаяся разновидность эмболов, которые могут возникать при отрыве тромба целиком или его части. Размеры тромбоэмболов варьируют от микрон до нескольких сантиметров. Тромбоэмболия возникает при любых видах тромбоза, осложняющего течение онкологических [1], инфекционно-септических, сердечно-сосудистых и многих других заболеваний [2].

В подавляющем большинстве случаев эмболизируются тромбы вен большого круга кровообращения или правых камер сердца. При этом фрагменты тромбов попадают в устье или разветвления лёгочной артерии, что ведёт к тромбоэмболии лёгочной артерии (ТЭЛА) [2, 3].

ТЭЛА вызывает либо правожелудочковую недостаточность и инфаркт лёгкого при закупорке мелких и средних ветвей лёгочной артерии, либо внезапную смерть при локализации эмбола в стволе и крупных ветвях лёгочной артерии. В последнем случае существенную роль в танатогенезе играет пульмокоронарный рефлекс, сопровождающийся спазмом венечных артерий. Таким образом, тромбоэмболия — потенциально смертельное осложнение тромбоза [2], поэтому, чтобы избежать тромбоэмболии, необходимо предупредить образование тромба или своевременно удалить его [4].

Одна из возможных причин тромбоэмболии — нарушение контракции, или механического сжатия, тромба под действием контрактильных сил активированных тромбоцитов, прилипших к фибрину [5, 6]. Снижение контракции может способствовать механическому разрушению и эмболизации не вполне компактного первичного тромба. Кроме того, контракция может уменьшать размер тромбов или тромбоэмболов, то есть уменьшать степень окклюзии кровеносных сосудов и усиливать кровоток в обход тромботических масс [7]. К сожалению, контракция сгустков и тромбов остаётся одной из наименее изученных реакций свёртывания крови, гемостаза и тромбоза, а возможность прижизненной контракции тромбов не доказана.

В недавних исследованиях было показано, что контракция сгустков крови in vitro сопровождается перераспределением фибрина и его накоплением в периферийно-поверхностных зонах, а также сжатием эритроцитов и изменением их формы с двояковогнутой на многогранную [8]. Это даёт основания считать компрессию эритроцитов и перераспределение фибрина на поверхности сгустка морфологическими критериями контракции и использовать их для доказательства прижизненного сжатия тромба или тромботического эмбола при исследовании тромботического материала, извлечённого в результате хирургической или патолого­анатомической тромбэктомии.

В данной работе исследованы лёгочные эмболы, изъятые посмертно у пациентов, с целью изучения возможных морфологичес­ких признаков прижизненной контракции.

Пациент 1, мужского пола, возраст 56 лет, секция произведена через 7 ч после смерти. Препараты, влияющие на свёртывающую систему крови, при жизни не получал.

Патологоанатомический диагноз.

– Основное заболевание: «Злокачественное новообразование переднего средостения с распадом ткани (опухолевый конгломерат размером 20×18×15 см и массой 2000 г, муфтообразно окружающий перикард, сдавливающий правый желудочек сердца)».

– Осложнения основного заболевания: «Тромбоз в полости правого желудочка сердца. Нарастающая ТЭЛА с закупоркой мелких ветвей. Гиперкоагулемия (уровень фибриногена 8,54 г/л, этаноловый тест положительный). Двусторонний гидроторакс (300 мл). Гидроперикард (80 мл). Паренхиматозная дистрофия миокарда, печени, почек».

– Сопутствующие заболевания: «Атеросклероз брюшного отдела аорты (3-я стадия, III степень), стенозирующий коронаросклероз, мелкоочаговый кардиосклероз. Гипертоническая болезнь».

Пациент 2, мужского пола, 66 лет, секция произведена через 15 ч после смерти. Препараты, влияющие на свёртывающую систему крови, при жизни не получал.

Патологоанатомический диагноз.

– Основное заболевание: «Рак нижней доли левого лёгкого с распадом опухолевых узлов, диссеминацией по левой плевральной полости, метастазами в надпочечники, паратрахеальные и парагастральные лимфатические узлы (низкодифференцированный веретеноклеточный рак лёгкого). 26.07.2016 были проведены: диагностическая миниторакотомия слева, биопсия плевры, дренирование плевральной полости».

– Осложнения основного заболевания: «Смещение средостения вправо. Пристеночный тромбоз в полости правого желудочка сердца. Тромбоэмболия основного ствола лёгочной артерии. Общее венозное полнокровие паренхиматозных органов. Отек лёгких. Правосторонний гидроторакс (400 мл). Печёночная недостаточность (аспартатаминотрансфераза 559 ЕД/л, аланинаминотрансфераза 110 ЕД/л, реактивный гепатит, многочисленные очаговые центролобулярные некрозы гепатоцитов). Анемия смешанного генеза (эритроциты 3,57×1012/л, уровень гемоглобина 81 г/л, гематокрит 26,3%)».

– Сопутствующие заболевания: «Атеросклероз аорты (3-я стадия, III степень), подвздошных артерий (3-я стадия, IV степень), коронарных артерий (1-я стадия, II степень, без стеноза). Мелкоочаговый диффузный кардиосклероз. Гипертоническая болезнь (эксцентрическая гипертрофия миокарда массой 430 г, толщина левого желудочка 1,8 см, правого — 0,3 см, гипертрофия кардиомиоцитов). Простая киста в правой доли печени».

Пациентка 3, женского пола, 70 лет, секция произведена через 38 ч после смерти. Получала при жизни следующие препараты: эноксапарин натрия (клексан, эниксум), надропарин кальция (фраксипарин), затем гепарин натрия, ацетилсалициловую кислоту (аспирин).

Патологоанатомический диагноз.

– Основное заболевание: «Рак тела матки с прорастанием в органы малого таза. Операция 27.10.2016 — удаление матки и придатков (гистерэктомия и двусторонняя сальпингоофорэктомия), резекция большого сальника (неоперабельная опухоль сальника). Дренирование брюшной полости».

– Осложнения основного заболевания: «Тромбоэмболия основного ствола лёгочной артерии из вен малого таза. Общее венозное полнокровие паренхиматозных органов. Отек лёгких. Анемия (эритроциты 2,96×1012/л, уровень гемоглобина 81 г/л, гематокрит 24%). Тромбоцитопения (число тромбоцитов 63×109/л). Гиперкоагулемия (уровень фибриногена 6,7 г/л, этаноловый тест положительный)».

Сканирующая микроскопия. 3 эмбола, выделенные из лёгочной артерии во время вскрытия, промывали в изотоническом растворе натрия хлорида и фиксировали в 2% глутаровом альдегиде на забуференном фосфатами изотоническом растворе натрия хлорида. Фиксированные сгустки промывали в 50 мМ растворе какодилата натрия, содержащего 100 мМ растворе натрия хлорида (pH=7,4), затем обезвоживали в этаноле в возрастающих концентрациях 30–100 об.% и высушивали гексаметилдисилазаном. Образцы покрывали напылением золото-палладиевой смеси. После фиксации эмболы были разрезаны, и внутреннее содержимое образцов исследовано в сканирующем электронном микроскопе FEI Quanta 250 (FEI, Hillsboro, OR, США). Для каждого препарата было получено 10–15 снимков, взятых в случайно выбранных местах.

Гистологические и гистохимические исследования. Фиксированные в 10% нейтральном формалине образцы эмболов промывали в проточной воде, разрезали, обезвоживали в спиртах восходящей концентрации и заливали в парафин. Делали срезы толщиной 4 мкм, перед окрашиванием депарафинировали и дегидратировали. Препараты окрашивали гематоксилином и эозином для выявления форменных элементов крови, а также по Маллори для визуализации фибрина.

Морфологическая характеристика лёгочных эмболов.

Пациент 1. Макроскопически тромбоэмбол имеет длину 9–9,5 см и диаметр от 0,5 до 1,5 см. Консистенция умеренно уплот­нённая. Поверхность гладкая, серо-красная с чередованием бурого цвета. На разрезе относительно однородная структура тёмно-бордового цвета с едва заметным серым крапом.

Гистологически (рис. 1, А, Б) отчётливое разделение на «красную» и «белую» зоны, расположенные слоисто, с хорошо различимыми форменными элементами. При увеличении ×400 и гистохимическом окрашивании по Маллори отчётливо видны эритроциты, плотно упакованные и имеющие форму многоугольников. Как в «красных», так и в «белых» зонах диффузно-очаговые скопления полиморфноядерных лейкоцитов, больше выраженные возле границ фибрина и эритроцитов. Фибрин располагается в виде как глыбчатых скоплений, так и тяжисто-волокнистых структур, больше в поверхностных зонах. В глубине сгустка резкий переход от целых эритроцитов к разрушенным.

 


Рис. 1. Патоморфологическая характеристика лёгочного тромбоэмбола пациента 1. А. Слоистое строение тромботической массы с хорошо различимыми форменными элементами. Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение ×100, линейка=0,2 мм. Б. Эритроциты плотно упакованы и имеют вид многоугольников (Er), фибрин в виде глыбок и тяжисто-волокнистых структур (F). Окраска по Маллори. Увеличение ×400, линейка=0,05 мм. В. Эритроциты разной степени деформации, покрытые нитями фибрина. Сканирующая электронная микроскопия. Линейка=20 мкм

 

Электронно-микроскопически (рис. 1, В) отчётливо визуализируются как сильно деформированные эритроциты многоугольной формы, так и относительно мало изменённые эритроциты, расположенные ближе к периферии, которые сплющены лишь частично и не столь плотно упакованы. Обрывки фибрина умеренно и избирательно покрывают деформированные форменные элементы крови.

Пациент 2. Макроскопически тромбоэмбол имеет слегка уплощённую форму: длина 6,5–7 см, минимальный диаметр 0,5 см, максимальный диаметр 1,2 см. Плотность умеренно-эластическая. На разрезе неоднороден, имеет светло-серую окраску ближе к поверхности и тёмно-бордовую окраску ближе к середине. В целом наблюдается чередование тёмных и светлых участков.

Гистологически (рис. 2, А) наблюдается слоистое строение сгустка, так как содержатся участки, имеющие микроскопический вид как «белого», так и «красного» тромба. В более поверхностных «белых» зонах (рис. 2, Б) различимы фибрин, расположенный сетью, а также большое количество диффузно расположенных полиморфно­ядерных лейкоцитов. В «красных», более центрально локализованных зонах, помимо тромбоцитарных агрегатов и фибрина, расположено много эритроцитов разной формы, включая полиэдроциты, причём некоторые зоны (прокрашенные по Маллори желтоватым цветом) содержат небольшое количество разрушенных эритроцитов.

 


Рис. 2. Патоморфологическая характеристика лёгочного тромбоэмбола пациента 2. А. Слоистое строение тромботической массы с чётким разделением на «белые» (W) и «красные» (R) зоны. Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение ×100, линейка=0,2 мм. Б. Фибрин, расположенный сетью по периферии (F), и эритроциты разной формы в более центрально расположенных участках (Er). Окраска по Маллори. Увеличение ×400, линейка=0,05 мм. В. Большинство эритроцитов сплющено, они имеют вид многогранников, фибрин преобладает в периферийных участках эмбола. Сканирующая электронная микроскопия. Линейка=20 мкм

 

Электронно-микроскопически (рис. 2, В) в большинстве участков, особенно ближе к сердцевине эмбола, эритроциты сплющены и плотно упакованы в виде многогранников (полиэдроциты), с умеренным или незначительным количеством фибрина на поверхности и его практически полным отсутствием непосредственно между самими полиэдроцитами. Лишь единичные эритроциты имеют недеформированную двояковогнутую форму или слегка деформированы. Нити фибрина преобладают в более периферийно-поверхностно расположенных отделах тромбоэмбола.

Пациентка 3. Макроскопически тромбоэмбол имеет длину около 9 см, диаметр равномерный — 1,5–1,6 см. Консистенция уплотнённая. На разрезе слегка неоднороден: имеет более светлую поверхность и постепенное затемнение по направлению к центрально расположенным участкам. В целом строение относительно однородное.

Гистологически (рис. 3, А) наблюдается крайне полиморфное строение сгустка с весьма условным разделением на «красные»
и «белые» участки, так как во многих участках обнаруживаются одновременно как лейкоциты, фибрин, агрегированные тромбоциты, так и эритроциты. Фибрин (рис. 3, Б) рассредоточен по всей толще эмбола и располагается пластами. Между нитями фибрина имеется некоторое количество неразрушенных эритроцитов, а также нейтрофилов с незначительной примесью мононуклеарных лейкоцитов, причём доля эритроцитов лишь незначительно увеличивается от поверхности по направлению к центру эмбола. Ближе к центру сгустка обнаруживается большое количество гемолизированных эритроцитов и крайне малое количество фибрина.

 


Рис. 3. Патоморфологическая характеристика лёгочного тромбоэмбола пациентки 3. А. Отсутствие слоистости (Er) и полиморфность строения с большим количеством разрушенных (H) эритроцитов. Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение ×100, линейка=0,2 мм. Б. Фибрин рассредоточен равномерно и лежит пластами (F), эритроциты не деформированы (Er). Окраска по Маллори. Увеличение ×400, линейка=0,05 мм. В. Форменные элементы неплотно расположены, эритроциты преимущественно не деформированы, фибрин обильно покрывает форменные элементы. Сканирующая электронная микроскопия. Линейка=20 мкм

 

Электронно-микроскопически (рис. 3, В) обнаруживается большое количество слабо изменённых бугристых, незначительно вздутых или практически неизменённых двояковогнутых эритроцитов округлой формы, а также лейкоцитов, крайне обильно покрытых фибриновыми наложениями в виде осадков, хлопьев или протяжённых нитей, скрывающих за собой форменные элементы в большинстве случаев у поверхности сгустка. Структуры тромбоэмбола относительно неплотно упакованы по отношению друг к другу.

Результаты исследования показывают, что в составе лёгочных эмболов пациентов 1 и 2 присутствуют эритроциты в форме многогранника, или полиэдра («полиэдроциты»), которые образуются в результате механического сжатия под действием контрактильных сил, генерируемых активированными тромбоцитами [8]. Кроме того, выявлено неравномерное распределение фибрина внутри тромбоэмбола: вытеснение фибрина к периферии эмбола. Эти две особенности строения — наличие полиэдроцитов и перераспределение фибрина к периферии — являются морфологическими критериями контракции, то есть сжатия сгустка крови [8].

Важно подчеркнуть, что оба эмбола с признаками прижизненной контракции были извлечены и зафиксированы через 7 и 15 ч после смерти, когда посмертные изменения тромбоэмболов ещё не очень велики [9]. В 1 из 3 исследованных лёгочных эмболов (пациентка 3) не наблюдалось морфологических признаков контракции (не было полиэдроцитов и перераспределения фибрина на периферию), фибрин располагался равномерно по всей толщине эмбола. Поскольку эмбол пациентки 3 был получен и зафиксирован через 38 ч после смерти, не исключено, что особенности строения связаны с посмертным аутолизом, который, как известно, вызывает разрушение клеток [9]. В то же время отсутствие признаков сжатия эмбола может быть результатом отсутствия или существенного уменьшения прижизненной контракции.

Это нарушение могло быть следствием приёма антикоагулянтов и анти­тромбоцитарных препаратов, а также патологических изменений количества и качества тромбоцитов. Нарушение способ­ности сгустков крови к контракции описано при некоторых тромботических состояниях, включая венозный тромбоз [10] и ишемический инсульт [11]. В пользу предположения о прижизненном отсутствии контракции свидетельствует глубокая тромбоцитопения у пациентки 3, которая сопряжена с ослаблением контрактильного потенциала тромбоцитов и уменьшением степени контракции сгустков крови [12].

Выводы

1. Тромботические эмболы лёгочной артерии имеют морфологические признаки контракции (наличие изменённых эритроцитов характерной формы и перераспределение фибрина в область периферии), свидетельствующие о прижизненном сжатии первичных тромбов и/или тромбоэмболов, что может являться патогенетическим механизмом регуляции кровотока в очаге тромботической окклюзии сосуда.

2. Отсутствие морфологических признаков контракции эмболов может быть или результатом нарушения контракции при жизни, или следствием посмертных изменений по типу аутолиза.

 

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.
Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедры морфологии и общей патологии Казанского (Приволжского) федерального университета проф. А.П. Киясову и Ф.Ф. Хузину за методическую помощь. Работа выполнена при поддержке Программы повышения конкурентоспособности Казанского федерального университета среди мировых научно-образовательных центров.

R R Khismatullin

Author for correspondence.
rafael.khismatullin@gmail.com
Kazan State Medical University Kazan, Russia

A Z Shakirova

rafael.khismatullin@gmail.com
Kazan State Medical University Kazan, Russia

A D Peshkova

rafael.khismatullin@gmail.com
Kazan (Volga Region) Federal University, Institute of Fundamental Medicine and Biology Kazan, Russia

R I Litvinov

rafael.khismatullin@gmail.com
Kazan (Volga Region) Federal University, Institute of Fundamental Medicine and Biology; University of Pennsylvania, Department of Cell and Developmental Biology of the School of Medicine Kazan, Russia; Philadelphia, USA

  • Farge D., Debourdeau P., Beckers M. et al. International clinical practice guidelines for the treatment and prophylaxis of venous thromboembolism in patients with cancer. J. Thromb. Haemost. 2013; 11 (1): 56–70. doi: 10.1111/jth.12070.
  • Bĕlohlávek J., Dytrych V., Linhart A. Pulmonary embolism, part I: Epidemiology, risk factors and risk stratification, pathophysiology, clinical presentation, diagnosis and nonthrombotic pulmonary embolism. Exp. Clin. Cardiol. 2013; 18 (2): 129–138. PMID: 23940438.
  • Konstantinides S.V. ESC Guidelines on the diagnosis and management of acute pulmonary embolism. Eur. Heart J. 2014; 35 (43): 3033–3073. doi: 10.1093/eurheartj/ehu283.
  • Vidmar J., Serša I., Kralj E., Popovič P. Unsuc­cessful percutaneous mechanical thrombectomy in fibrin-rich high-risk pulmonary thromboembolism. Thromb. J. 2015; 13 (1): 30. doi: 10.1186/s12959-015-0060-2.
  • Litvinov R.I., Weisel J.W. Role of red blood cells in haemostasis and thrombosis. ISBT Sci. Ser. 2016; 12 (1): 176–183. doi: 10.1111/voxs.12331.
  • Litvinov R.I., Weisel J.W. What is the biological and clinical relevance of fibrin? Semin. Thromb. Hemost. 2016; 42 (04): 333–343. doi: 10.1055/s-0036-1571342.
  • Ząbczyk M., Sadowski M., Zalewski J., Undas A. Polyhedrocytes in intracoronary thrombi from patients with ST-elevation myocardial infarction. Int. J. Cardiol. 2015; 179: 186–187. doi: 10.1016/j.ijcard.2014.10.004.
  • Cines D.B., Lebedeva T., Nagaswami C. et al. Clot contraction: compression of erythrocytes into tightly packed polyhedra and redistribution of platelets and fibrin. Blood. 2013; 123 (10): 1596–1603. doi: 10.1182/blood-2013-08-523860.
  • Penttilä A., Laiho K. Autolytic changes in blood cells of human cadavers. II. Morphological studies. Forensic Sci. Int. 1981; 17 (2): 121–132. doi: 10.1016/0379-0738(81)90004-9.
  • Peshkova A.D., Malyasev D.A., Bredikhin R.A. et al. Contraction of blood clots Is impaired in deep vein thrombosis. BioNanoScience. 2016; 6 (4): 457–459. doi: 10.1007/s12668-016-0251-8.
  • Peshkova A.D., Saykhunov M.V., Demin T.V. et al. Contraction (retraction) of blood clots in patients with ischemic stroke. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii im. S.S. Korsakova. 2016; 116 (3-2): 9–17. (In Russ.)
  • Tutwiler V., Litvinov R.I., Lozhkin A.P. et al. Kinetics and mechanics of clot contraction are governed by the molecular and cellular composition of the blood. Blood. 2015; 127 (1): 149–159. doi: 10.1182/blood-2015-05-647560.

Views

Abstract - 123

PDF (Russian) - 205

PlumX


© 2018 Khismatullin R.R., Shakirova A.Z., Peshkova A.D., Litvinov R.I.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77-70434 от 20 июля 2017 года выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)