Thrombin regulation in newborn infants

The coagulation system of newborn infants differs markedly from that of older children and adults. The activities of most coagulation factors and anticoagulants are low, leading to altered regulation in the formation of the key enzyme, thrombin. Timely and adequate generation of thrombin is essential, as thrombin activates platelets and many coagulation factors, cleaves fibrinogen into fibrin and activates the antithrombotic and anti-inflammatory protein C pathway. On the other hand, excess thrombin may promote thrombotic complications and exacerbate harmful inflammatory reactions. Despite the characteristic features, the newborn coagulation system can be considered physiological, since healthy newborns rarely show haemorrhagic or thrombotic complications. Sick newborns, however, often encounter clinical situations that challenge their coagulation system. The aim of this study was to clarify the behaviour of the neonatal coagulation system in selected clinical situations, with a special emphasis on the generation of thrombin. Thrombin was measured by in vivo thrombin generation markers and by thrombin generation potential in vitro. The patient groups included sick newborns undergoing intensive care and receiving fresh-frozen plasma (FFP), requiring exchange transfusions (ET) or presenting with a congenital heart defect requiring open heart surgery. Additionally, healthy newborns with inherited heterozygous factor V Leiden (FVL) mutation were studied. Thrombin generation potential was also analysed in cord plasma of healthy infants and in adults. Healthy as well as sick newborn infants showed lower total thrombin generation potential in vitro but faster initiation of thrombin generation than adults. These findings were qualitatively similar when plasma was supplemented with platelets. Platelets, however, significantly altered the effect of the major anticoagulant, activated protein C (APC), on thrombin generation potential. In accordance with previous studies, thrombin generation in healthy newborn platelet-poor plasma was resistant to the anticoagulant effects of APC, but when the plasma was supplemented with platelets APC attenuated thrombin generation significantly more in newborns than in adults. In vivo generation of thrombin was elevated in nearly all of the sick newborn infants. The low-volume FFP transfusion as opposed to the change from neonatal to adult blood in ET exerted markedly different effects on neonatal thrombin generation. FFP reduced the in vivo generation of thrombin in those newborns with the highest pretransfusional thrombin generation, thus acting as an anticoagulant agent. In those infants with lower pretransfusional thrombin generation, the effect of FFP on thrombin generation was fairly neutral. On the other hand, the combination of red blood cells and FFP, used to perform ET, significantly increased the in vivo thrombin formation and shifted the balance in the newborn coagulation system to the procoagulant direction. Cardiopulmonary bypass (CPB) also significantly increased the in vivo thrombin generation, but the thrombin generation profile during CPB differed from that previously observed in adults. Escalation of thrombin at early reperfusion was not observed in newborns; in adults, its occurrence is associated with postoperative myocardial damage. Finally, in healthy newborns with FVL heterozygosity, faster initiation of thrombin generation was observed compared with controls. Interestingly, FV level was lower in FVL-heterozygous infants, possibly to counteract the procoagulant effects induced by FVL. In conclusion, unique features regarding thrombin regulation in newborn infants were observed. These features included a novel platelet effect on the regulation of the protein C pathway. The clinical challenges mainly seemed to shift the balance in the coagulation system of newborns to the procoagulant direction. Blood component transfusions markedly affected coagulation in a manner specific to the product but that could also be altered by the clinical situation. Overall, the results highlight the need for understanding developmental haemostasis for both diagnostic and therapeutic purposes.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää vastasyntyneiden veren hyytymisjärjestelmän toimintaa keskittyen erityisesti sen avainentsyymin, trombiinin, tuotantoon erilaisissa kliinisissä tilanteissa. Vastasyntyneiden veren hyytymisjärjestelmä eroaa monilta osin aikuisten järjestelmästä mikä johtaa erilaiseen trombiinin säätelyyn. Riittävä trombiinin tuotanto on tärkeää sen monien veren hyytymistä edistävien vaikutusten vuoksi. Toisaalta liiallinen trombiinin tuotanto voi lisää riskiä tukoskomplikaatioille. Lasten ikäryhmässä sairaat vastasyntyneet ovat suurimmassa riskissä vuoto- ja tukoskomplikaatioille. Tutkitut potilasryhmät koostuivatkin teho-osastolla hoidetuista vastasyntyneistä, jotka saivat jääplasmasiirron tai verenvaihdon, sekä vastasyntyneistä, joilla oli avosydäleikkausta vaativa sydänvika. Lisäksi tutkittiin terveitä vastasyntyneitä, joista osa oli perinnöllisen tukostaipumusta aiheuttavan hyytymistekijä V:n Leiden-mutaation kantajia. Tutkimuksessa havaittiin, että vaikka trombiinin tuotantopotentiaali oli vastasyntyneillä matalampi kuin aikuisilla, trombiinin muodostus oli nopeampaa. Tämä todennäköisesti osaltaan tasapainottaa vastasyntyneiden hyytymisjärjestelmän toimintaa. Lisäksi verihiutaleiden todettiin muuttavan trombiinin säätelyä. Ilman verihiutaleita tärkeä luonnollinen antikoagulantti, aktivoitu proteiini C, vähensi trombiinin muodostusta enemmän aikuisilla, verihiutaleiden kanssa aktivoitu proteiini C oli tehokkaampi vähentämään trombiinin muodostusta vastasyntyneillä. Kyseinen löydös korostaa verihiutaleiden tärkeyttä mitattaessa hyytymisjärjestelmää ja arvioitaessa sen tilaa elimistön luonnollisessa ympäristössä. Lähes kaikilla sairailla vastasyntyneillä trombiinin tuotanto oli kiihtynyt ja hyytymisjärjestelmä oli aktivoitunut. Jääplasmasiirto vähensi trombiinin tuotantoa ja hillitsi hyytymisjärjestelmän aktivaatiota; vaikutus oli voimakkain niillä potilailla, joilla oli ennen siirtoa voimakkain trombiinin tuotanto. Verenvaihto taas lisäsi trombiinin tuotantoa ja verenvaihdon jälkeen vastasyntyneen veressä vallitsi hyytymistä edistävä tila, joka voi mahdollisesti altistaa tukoskomplikaatioille. Myös avosydänleikkaus lisäsi trombiinin tuotantoa mutta trombiinin tuotannon profiili leikkauksen aikana oli erilainen verrattuna aikaisempiin aikuistutkimuksiin. Aikuisilla trombiinin tuotanto lisääntyy avosydänleikkauksen loppuvaiheessa ja leikkauksen jälkeen verenkierron alkaessa palautua normaaliksi. Tämä trombiinin muodostuksen lisääntyminen liittyy leikkauksen jälkeisen sydänlihasvaurion esiintymiseen. Vastasyntyneillä samanlaista ilmiötä ei todettu. Lopuksi, hyytymistekijä V:n Leiden mutaatio liittyi vastasyntyneillä nopeampaan trombiinin muodostukseen ja matalampaan hyytymistekijä V:n tasoon, jälkimmäinen mekanismi mahdollisesti pyrkii tasapainottamaan hyytymistä edistävää tilaa veressä. Väitöskirjatyössä todettiin monia erityispiirteitä liittyen trombiinin muodostuksen säätelyyn vastasyntyneillä. Nämä erityispiirteet korostavat sitä, että arvioitaessa vastasyntyneiden hyytymisjärjestelmän tilaa tarvitaan nimenomaan vastasyntyneiden ikäryhmään kohdistuvaa tutkimusta eikä aikuisilta saatua tietoa voida suoraan soveltaa.