Plasmatische Gerinnung und Gerinnungstests

Kaum ein Laborbefund wird so oft angefordert und so oft falsch gelesen wie das Gerinnungsprofil. Eine normale Prothrombinzeit vor der Spinalpunktion beruhigt, obwohl sie über die Thrombozytenfunktion nichts aussagt. Eine verlängerte aktivierte partielle Thromboplastinzeit alarmiert, obwohl sie bei einem isolierten Mangel an Faktor XII ohne jede Blutungsneigung auftritt. Und ein Patient mit schwerer Leberzirrhose blutet manchmal nicht, obwohl sein Quickwert bei 35 Prozent liegt, weil ihm zugleich die Hemmstoffe fehlen. Wer die plasmatische Gerinnung als Vorgang an Zelloberflächen versteht und nicht als Kaskade auf dem Papier, liest diese Befunde richtig.

Der zweite Grund ist unmittelbar praktisch. Fast jede Maßnahme, mit der wir in die Gerinnung eingreifen, hat einen definierten Angriffspunkt in dieser Physiologie: Calcium bei der Massivtransfusion, Fibrinogen als erster Faktor, der bei Verdünnung unter den kritischen Wert fällt, Vitamin K bei den vier abhängigen Faktoren, Prothrombinkomplexkonzentrat bei genau diesen vier. Auch das Zeitverhalten folgt der Physiologie: Faktor VII hat eine Halbwertszeit von etwa fünf Stunden, Faktor XIII von etwa zehn Tagen. Deshalb fällt der Quickwert bei akutem Leberversagen früh ab, während die Quervernetzung des Fibrins noch lange funktioniert.

Mit Ausnahme des ionisierten Calciums sind alle Gerinnungsfaktoren Proteine. Sie zirkulieren als inaktive Vorstufen, sogenannte Zymogene, und werden erst durch begrenzte proteolytische Spaltung in die aktive Form überführt; die aktivierte Form wird durch den angehängten Buchstaben a gekennzeichnet. Der ganz überwiegende Teil entsteht in der Leber. Zwei Ausnahmen sind klinisch bedeutsam: Faktor VIII wird zu einem erheblichen Anteil im Endothel gebildet und fällt deshalb bei Lebererkrankung nicht ab, sondern steigt als Akutphaseprotein sogar an. Der Gewebefaktor wiederum ist überhaupt kein Plasmaprotein, sondern ein integrales Membranprotein der Zellen außerhalb der Strombahn, vor allem der Fibroblasten der Gefäßadventitia.

Vier Faktoren benötigen zu ihrer Fertigstellung Vitamin K: Prothrombin sowie die Faktoren VII, IX und X. Vitamin K dient dabei als Kofaktor einer Carboxylase, die nach der Übersetzung des Proteins eine Reihe von Glutamatresten am aminoterminalen Ende mit einer zweiten Carboxylgruppe versieht. Erst diese Gammacarboxyglutamatreste binden Calcium mit hoher Affinität und verankern den Faktor an einer Membran. Ein Faktor ohne diesen Schritt wird gebildet und ins Blut abgegeben, ist aber funktionslos, weil er die Membran nicht mehr findet. Dieselbe Carboxylierung betrifft die Hemmstoffe Protein C und Protein S, was für das Verständnis der Vitamin-K-Antagonisten entscheidend ist und im folgenden Unterkapitel aufgegriffen wird.

Die biologischen Halbwertszeiten reichen von wenigen Stunden bis zu mehreren Tagen und erklären die Reihenfolge, in der Faktoren bei gestörter Synthese ausfallen. Faktor VII verschwindet als erster, Fibrinogen und Faktor XIII als letzte.

Die entscheidende Einsicht der modernen Gerinnungsphysiologie lautet: Die Reaktionen laufen nicht frei im Plasma ab, sondern auf Membranen. Ein Enzym, sein Kofaktor und sein Substrat müssen sich gleichzeitig auf derselben kleinen Fläche befinden, damit die Umsetzung schnell genug ist. Genau das leisten die Gammacarboxyglutamatreste der Vitamin-K-abhängigen Faktoren: Sie greifen über ionisiertes Calcium wie über eine Brücke nach den negativ geladenen Kopfgruppen bestimmter Phospholipide. Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt dadurch um mehrere Zehnerpotenzen gegenüber der Umsetzung in Lösung. Ohne Membranbindung findet die Gerinnung theoretisch statt und praktisch nicht.

Die passende Oberfläche entsteht erst bei Bedarf. Die Membran einer ruhenden Zelle trägt das negativ geladene Phosphatidylserin auf der Innenseite; die Außenseite ist elektrisch weitgehend neutral und damit gerinnungsinaktiv. Wird ein Thrombozyt aktiviert, kehrt ein Enzym, die Scramblase, diese Asymmetrie um und bringt Phosphatidylserin nach außen. Aus der neutralen Oberfläche wird eine prokoagulatorische Plattform, und zwar genau dort, wo die Plättchen haften, also am Leck. Diese räumliche Kopplung ist der wichtigste Schutz vor einer Gerinnung im gesunden Gefäß.

Praktisch folgt daraus zweierlei. Erstens verhindert jeder Stoff, der Calcium bindet, die Gerinnung im Reagenzglas vollständig; Citrat und Ethylendiamintetraessigsäure in den Blutröhrchen nutzen genau diesen Mechanismus, und deshalb muss das Gerinnungslabor das Citrat vor der Messung wieder durch Calcium ausgleichen. Zweitens wird bei der Transfusion großer Mengen citrathaltiger Konserven so viel Calcium gebunden, dass das ionisierte Calcium des Patienten kritisch fällt. Die Folge ist eine Gerinnungsstörung, die kein Faktorenmangel ist und sich nicht mit Plasma, sondern mit Calcium behandeln lässt.

Solange das Endothel intakt ist, sind Blut und Gewebefaktor räumlich getrennt. Reißt die Gefäßwand ein, kommt der Gewebefaktor der subendothelialen Zellen mit dem Plasma in Kontakt und bindet den kleinen Anteil an Faktor VII, der bereits in aktivierter Form zirkuliert. Auf der Phospholipidoberfläche entsteht unter Mitwirkung von Calcium ein Komplex aus Gewebefaktor und Faktor VIIa, oft als extrinsische Tenase bezeichnet. Dieser Komplex aktiviert die Faktoren IX und X. Faktor Xa bildet mit Faktor Va, Calcium und Membran den Prothrombinasekomplex und spaltet daraus die ersten, sehr geringen Mengen Thrombin.

Diese Startmenge reicht nicht entfernt aus, um ein Gerinnsel zu bilden. Ihre Aufgabe ist eine andere: Thrombin wirkt auf seine eigene Entstehung zurück. Es aktiviert die Kofaktoren V und VIII, aktiviert Faktor XI und damit den Weg über Faktor IX, aktiviert die Thrombozyten und schafft so zusätzliche Membranfläche. Aus einem schwachen Anstoß wird binnen Sekunden eine lawinenartige Thrombinbildung, der sogenannte Thrombinburst. Dieses Prinzip der positiven Rückkopplung erklärt, warum die Gerinnung nicht linear, sondern nahezu schlagartig einsetzt, sobald eine Schwelle überschritten ist. Es erklärt zugleich, warum sie ebenso entschlossen gebremst werden muss, sobald das Leck verschlossen ist.

Die klassische Darstellung kennt zwei getrennte Wege. Der äußere Weg beginnt mit dem Gewebefaktor, der innere Weg mit der Kontaktaktivierung von Faktor XII an einer fremden Oberfläche; beide münden in die gemeinsame Endstrecke über Faktor X, Prothrombin und Fibrinogen. Dieses Schema ist historisch aus der Beobachtung entstanden, dass Blut im Reagenzglas auch ohne Gewebe gerinnt, und es hat für das Labor bis heute Bestand.

Als Beschreibung des Vorgangs im Körper ist es überholt. Menschen mit einem angeborenen Mangel an Faktor XII, an Präkallikrein oder an hochmolekularem Kininogen zeigen eine deutlich verlängerte aktivierte partielle Thromboplastinzeit und trotzdem keinerlei Blutungsneigung. Die Kontaktaktivierung spielt für die Blutstillung am verletzten Gefäß also keine Rolle. Bedeutung hat sie dort, wo Blut tatsächlich auf Fremdoberflächen trifft: im Reagenzglas, an Gefäßprothesen, an Kathetern, an Oxygenatoren und Schlauchsystemen der extrakorporalen Verfahren. Umgekehrt beweist der schwere Verlauf der Hämophilie, dass die Faktoren VIII und IX für die Blutstillung unentbehrlich sind, obwohl sie im Schema auf dem angeblich entbehrlichen inneren Ast liegen.

Behalten Sie die Einteilung deshalb als Landkarte der Labortests, nicht als Beschreibung der Wirklichkeit. Die Prothrombinzeit prüft den äußeren Ast und die Endstrecke, die aktivierte partielle Thromboplastinzeit den inneren Ast und die Endstrecke. Welcher Faktor fehlt, lässt sich aus dem Muster beider Tests eingrenzen; wie stark ein Patient blutet, lässt sich daraus nicht ablesen.

Fibrinogen ist mit einer Plasmakonzentration von etwa 2 bis 4 Gramm je Liter das mit Abstand häufigste Gerinnungsprotein. Thrombin spaltet von seinen Ketten kurze Peptide ab; dadurch werden Bindungsstellen frei, und die entstandenen Fibrinmonomere lagern sich spontan zu Fasern zusammen. Dieses Netz ist zunächst nur durch nichtkovalente Kräfte zusammengehalten, also löslich und mechanisch wenig belastbar. Es entspricht einem Gerinnsel, das sich unter Scherkräften wieder auflösen kann.

Den letzten Schritt leistet Faktor XIII, den Thrombin zusammen mit Calcium aktiviert. Faktor XIIIa ist eine Transglutaminase: Er knüpft kovalente Brücken zwischen den Seitenketten benachbarter Fibrinfasern und bindet zusätzlich Alpha-2-Antiplasmin in das Netz ein, wodurch das Gerinnsel gegen die Auflösung geschützt wird. Aus dem löslichen wird ein unlösliches, quervernetztes Fibrin. Erst jetzt ist der Verschluss mechanisch stabil. Anschließend ziehen die Thrombozyten über ihr Aktinskelett das Netz zusammen, die sogenannte Retraktion, und pressen Serum aus dem Gerinnsel heraus; der Wundrand wird dadurch angenähert.

Klinisch ist dieser Schritt leicht zu übersehen, denn ein isolierter Faktor-XIII-Mangel verlängert weder die Prothrombinzeit noch die aktivierte partielle Thromboplastinzeit. Beide Tests messen nur die Zeit bis zum ersten Fibringerinnsel und enden genau vor dem Schritt, der die Stabilität herstellt. Typisch sind Nachblutungen Stunden nach zunächst trockenem Situs sowie Wundheilungsstörungen. Der Verdacht wird durch eine gezielte Bestimmung der Faktor-XIII-Aktivität geklärt, nicht durch die Standardgerinnung.

Die Prothrombinzeit wird gemessen, indem dem citrierten Plasma Calcium und eine große Menge Gewebefaktor zugesetzt werden. Sie prüft Faktor VII sowie die Endstrecke aus Faktor X, Faktor V, Prothrombin und Fibrinogen. Angegeben wird sie als Quotient in Prozent einer Normalprobe, also als Quickwert von etwa 70 bis 130 Prozent, oder als international normalisiertes Verhältnis von 0,8 bis 1,2, das durch Einrechnung der Reagenzempfindlichkeit zwischen Laboren vergleichbar wird. Weil Faktor VII die kürzeste Halbwertszeit hat, reagiert dieser Test als erster auf Leberfunktionsstörung, Vitamin-K-Mangel und Vitamin-K-Antagonisten.

Die aktivierte partielle Thromboplastinzeit verwendet statt Gewebefaktor einen Kontaktaktivator und Phospholipid. Sie prüft die Faktoren XII, XI, IX und VIII sowie dieselbe Endstrecke und liegt normal bei etwa 25 bis 35 Sekunden, abhängig vom Reagenz. Sie ist der Test für die Hämophilien und für die Wirkung von unfraktioniertem Heparin. Das Fibrinogen wird gesondert bestimmt, weil es als einziger Faktor als Konzentration angegeben werden kann und weil es bei Blutung und Verdünnung als erster Faktor unter den kritischen Bereich fällt. Die Thrombozytenzahl schließlich ergänzt die plasmatische Seite um die zelluläre; sie sagt allerdings nichts über die Funktion der Plättchen aus.

Die viskoelastischen Verfahren setzen an einer anderen Stelle an. Sie messen nicht die Zeit bis zum ersten Fibrinfaden in zellfreiem Plasma, sondern die mechanische Festigkeit, die ein Gerinnsel in Vollblut über die Zeit entwickelt und wieder verliert. Ein Stempel oder ein Becher bewegt sich gegen die entstehende Struktur, und die Gegenkraft wird fortlaufend aufgezeichnet. Aus der Kurve lassen sich die Zeit bis zum Gerinnungsbeginn, die Geschwindigkeit des Aufbaus, die maximale Festigkeit und ein vorzeitiger Abfall der Festigkeit ablesen. Durch Zusatz eines Thrombozytenhemmers lässt sich der Beitrag des Fibrinogens von dem der Plättchen trennen. Damit beantworten diese Verfahren am Bett genau die Fragen, die die klassischen Tests offenlassen: ob die Festigkeit für die Fibrinogenmenge zu gering ist, ob die Plättchen beitragen und ob sich das Gerinnsel vorzeitig wieder auflöst.

Das tragfähigste Denkmodell ist das zellbasierte Modell der Gerinnung. Es ersetzt die zwei parallelen Wege durch drei aufeinanderfolgende Phasen, die jeweils an eine bestimmte Zelloberfläche gebunden sind. In der Initiierung kommt eine gewebefaktortragende Zelle außerhalb der Strombahn mit Plasma in Kontakt. Auf ihrer Membran entsteht der Komplex aus Gewebefaktor und Faktor VIIa, und es wird eine kleine, streng lokal begrenzte Menge Thrombin gebildet. Diese Phase liefert das Signal, nicht das Gerinnsel.

In der Amplifikation wechselt der Schauplatz auf die Thrombozyten, die bereits am Subendothel haften. Das Startthrombin aktiviert sie, kehrt ihre Membranasymmetrie um und lädt die aktivierten Kofaktoren Va und VIIIa sowie Faktor XIa auf der neu entstandenen Oberfläche ab. Am Ende dieser Phase ist die Bühne gerüstet, ohne dass nennenswert Fibrin entstanden wäre. In der Propagation läuft die Maschine schließlich an: Auf der Plättchenmembran bilden Faktor IXa und VIIIa die Tenase, diese erzeugt große Mengen Faktor Xa, und der Prothrombinasekomplex aus Xa und Va setzt den Thrombinschub frei, der Fibrinogen spaltet und Faktor XIII aktiviert.

Der Gewinn dieses Modells ist die Ortsgebundenheit. Gerinnung geschieht dort, wo eine aktivierte Plättchenoberfläche liegt, und nur dort. Daraus folgt unmittelbar, warum die Thrombozytenzahl auch die plasmatische Gerinnung begrenzt, warum ein Mangel an Faktor VIII oder IX trotz normaler Prothrombinzeit schwer blutet, und warum ein Laborwert aus zellfreiem Plasma den entscheidenden Reaktionsort systematisch nicht erfassen kann.

Was verändert die Anästhesie?

• Hypothermie verlangsamt jede enzymatische Reaktion der Gerinnung und stört zusätzlich die Plättchenfunktion. Das Labor bemerkt davon nichts, weil jede Probe bei 37 Grad Celsius gemessen wird. Eine Kerntemperatur von 34 Grad Celsius erzeugt eine reale Gerinnungsstörung bei normalem Befund.
• Azidose hemmt die Bildung der Faktorkomplexe auf den Membranen. Zusammen mit Hypothermie und Verdünnung entsteht daraus die bekannte Trias, die eine chirurgisch beherrschbare Blutung in eine diffuse verwandelt.
• Verdünnung durch kristalloide und kolloidale Lösungen senkt Fibrinogen zuerst, weil sein Ausgangswert relativ am dichtesten an der kritischen Schwelle liegt. Kolloide stören zusätzlich die Fibrinpolymerisation.
• Citrathaltige Blutprodukte binden ionisiertes Calcium. Bei rascher Transfusion ist die Messung des ionisierten Calciums in der Blutgasanalyse Teil der Gerinnungsführung.
• Extrakorporale Kreisläufe bieten dem Blut große Fremdoberflächen. Hier wird die Kontaktaktivierung, die im Körper bedeutungslos ist, klinisch relevant und erfordert eine gezielte Antikoagulation mit eigener Überwachung.

Wann wird diese Physiologie klinisch sichtbar?

• Hämophilie A und B, also der angeborene Mangel an Faktor VIII oder IX: verlängerte aktivierte partielle Thromboplastinzeit bei normaler Prothrombinzeit, Einblutungen in Gelenke und Muskeln, verzögerte Nachblutungen nach Eingriffen.
• Vitamin-K-Mangel bei Malabsorption, langer parenteraler Ernährung, Antibiotikatherapie oder Cholestase: Abfall der Faktoren II, VII, IX und X, zuerst sichtbar am Quickwert, korrigierbar durch Substitution innerhalb von Stunden.
• Leberfunktionsstörung: Abfall fast aller Faktoren, jedoch nicht des im Endothel gebildeten Faktors VIII. Weil zugleich die Hemmstoffe fehlen, sagt ein niedriger Quickwert hier wenig über das tatsächliche Blutungsrisiko aus.
• Isolierter Faktor-XIII-Mangel, angeboren oder bei Verbrauch nach großen Eingriffen: unauffällige Standardgerinnung, aber Nachblutung nach zunächst trockenem Operationsgebiet und gestörte Wundheilung.
• Verlängerte aktivierte partielle Thromboplastinzeit ohne Blutungsneigung bei Mangel an Faktor XII, Präkallikrein oder hochmolekularem Kininogen sowie bei Lupusantikoagulans, das im Gegenteil mit einem erhöhten Thromboserisiko einhergeht.
• Verlustkoagulopathie bei Massivblutung: Fibrinogen fällt zuerst unter den kritischen Bereich, während Quickwert und aktivierte partielle Thromboplastinzeit noch lange scheinbar tolerabel bleiben.

• Die Gerinnung laufe als Kaskade frei im Plasma ab. Sie läuft auf Membranen ab. Ohne Calcium und ohne negativ geladene Phospholipidoberfläche entsteht kein wirksamer Faktorkomplex.
• Inneres und äußeres System seien zwei getrennte Wege im Körper. Sie sind die Landkarte der Labortests. Im Gefäß startet die Gerinnung über den Gewebefaktor und wird über die Thrombinschleife verstärkt.
• Eine verlängerte aktivierte partielle Thromboplastinzeit bedeute Blutungsgefahr. Bei Mangel an Faktor XII fehlt jede Blutungsneigung, und beim Lupusantikoagulans besteht sogar ein erhöhtes Thromboserisiko.
• Der Quickwert bilde das Blutungsrisiko ab. Er misst die Zeit bis zum ersten Fibrinfaden in zellfreiem Plasma bei 37 Grad Celsius. Thrombozytenfunktion, Hypothermie, Azidose und Gerinnselfestigkeit gehen nicht ein.
• Fibrinogen sei nur einer von vielen Faktoren. Es ist der Baustoff selbst, liegt in der höchsten Konzentration vor und fällt bei Blutung und Verdünnung dennoch als erster unter den kritischen Bereich.

Merksätze

• Gerinnung findet auf Membranen statt. Calcium ist die Brücke, Phosphatidylserin der Landeplatz, und ein aktivierter Thrombozyt stellt ihn bereit.
• Vitamin K betrifft vier Faktoren, nämlich II, VII, IX und X, sowie die Hemmstoffe Protein C und Protein S. Faktor VII fällt zuerst aus, weil seine Halbwertszeit die kürzeste ist.
• Der Gewebefaktor startet, das Thrombin verstärkt sich selbst. Ohne diese Rückkopplung bleibt es bei einer Spur Thrombin ohne Gerinnsel.
• Erst Faktor XIII macht aus einem löslichen Netz ein belastbares Gerinnsel, und genau diesen Schritt messen die Standardtests nicht.
• Die Gerinnungstests messen eine Zeit, nicht eine Festigkeit, und sie messen in Plasma, nicht in Vollblut. Was sie nicht erfassen, müssen Anamnese und viskoelastische Diagnostik beantworten.

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