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血液凝固

血液凝固（blood coagulation）是血液由液態(tài)轉變?yōu)槟z態(tài)的過程，它是哺乳類動物止血功能的重要組成部分。Macfarlane等于1964年提出了凝血過程的級聯(lián)式反應學說（cascade reaction hypothesis），認為凝血是一系列凝血因子被其前因子激活最終生成疑血酶，疑血酶則使纖維蛋白原轉變?yōu)槔w維蛋白凝塊的一系列酶促反應過程。近年來隨著分子生物學技術的應用使多種凝血因子和凝血過程的多個環(huán)節(jié)在分子水平得到了闡述，但至今機體內(nèi)正常的凝血過程還未完全清楚。

一、凝血因子

參與血液凝固的因子稱為疑血因子，已知有14個，即國際疑血因子委員會于60年代初根據(jù)發(fā)現(xiàn)的先后順序分別以羅馬數(shù)字命名的凝血因子12個（其中因子VI為因子V的活性形式不再視為一獨立的疑血因子）和2個激肽系統(tǒng)即高分子量激肽原（high molecular weight kininogen，HMWK）和前激肽釋放酶

凝血因子的結構與功能等特點可將其分為以下四類：

（一）依賴維生素K的凝血因子

包括因子II、VII、IX、X.它們的共同特點是在其氨基末端含有數(shù)量不等的γ羧基谷氨酸殘基（γ-carboxyglutamate，Gla），上述因子的谷氨酸殘基在γ碳原子上的羧化作用是翻譯后由γ-谷氨酰羧化酶催化的，該酶的輔酶為維生素K，作用機制見圖18-2）氫醌式維生素K接受γ—碳原子的一個質子，使其帶負電荷而和二氧化碳結合，2，3-環(huán)氧維生素K則被硫辛酸還原而重復利用。

雙香豆素類抗凝藥物華法林鈉（warfarrin sodium）能抑制該步反應，因此這兩種藥物有抗凝作用。由于Gla的γ-碳原子上有2個羧基，故有螯合Ca2+的能力，井通過Ca2+將這些因子與血小板或因子III的磷脂表面結合加速反應的進行。若缺乏維生求K，上述凝血因子的正常合成受影響，在血漿中出現(xiàn)無凝血活性的異常凝血因子導致凝血障礙，引起皮下、肌肉、胃腸道出血等癥狀，故因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X又稱為維生家K依賴的疑血因子。因缺乏維生索K 所致的出血癥狀可經(jīng)補充維生素K而得到治療，所以維生素K又稱為凝血維生素。

（二）具有絲氨酸蛋白水解酶作用的凝血因子

包括因子II、Ⅶ、Ⅸ、X、Ⅺ、XII及PK.分析這些凝血因子的氨基酸組成，發(fā)現(xiàn)其活性中心附近肽段的氨基酸序列與一些蛋白水解酶的相應區(qū)域非常相似（圖18-3）。

從圖中可知，這些凝血因子與胰蛋白酶等蛋白水解酶一樣，都以Ser為酶的活性中心基團，在其周圍均有Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro的相同序列，所以一旦這些凝血因子被激活后，都具有水解蛋白質的作用。即Ⅻ因子被激活后形成的Ⅻa就可以Ⅺ為底物，使其活化為Ⅺa，Ⅺa使Ⅸ激活成Ⅸa等等，依次作用，形成連鎖反應，根據(jù)微量的活性酶可以激活大量底物的機制，所以凝血過程是一個級聯(lián)式的反應過程，有明顯的放大效應。

近年來的研究表明，血液疑固中的這些絲氨酸蛋白水解酶雖具有與胰蛋白酶等蛋白酶一樣的作用，而且所水解的位置也多為肽鏈Arg殘基的羧基端所形成的肽鍵，但它們與消化酶相比，不少方面仍有差異，它們所催化的反應多需要Ca2+、磷脂和某些蛋白質輔因子參加。

（三）輔因子

包括因子Ⅲ、V、Ⅷ、HMWK和Ca2+.因子Ⅲ（tissue fact，TF）是唯一由多種組織細胞合成，且不存在于正常人血漿中，而廣泛分布于各種不同組織細咆中的凝血因子。當組織損傷、感染及腫瘤如早幼粒白血病等可使TF釋放入血從而作為因子Ⅶ的輔因子共同啟動外源性凝血過程。因子V、Ⅷ分別是因子X與因子Ⅸ的輔因子，可促使反應加速進行。因子Ⅷ是存在于血漿中的一種球蛋白，曾被稱為抗血友病因子（antihemophilic factor，AHF）。因編碼因子Ⅷ或因子Ⅸ的基因突變或缺失導致血漿中因子Ⅷ或因子Ⅸ缺乏稱之為血友病，因子Ⅷ缺乏稱之為血友病A（haemophilia A）；因子Ⅸ缺乏則稱之為血友病B（haemophilia B），均是X連鎖遺傳性疾病，大多出現(xiàn)皮膚粘膜出血，重癥患者有關節(jié)、肌肉等深部出血癥狀。臨床治療以注射含因子Ⅷ或因子Ⅸ的冷凍濃縮血漿為主，但易產(chǎn)生病毒感染等副作用。

HMWK的作用則是作為XIIa和PK的輔因子參與內(nèi)源性凝血途徑的接觸活化。Ca2+在凝血過程中的作用是通過草酸鹽和檸檬酸鹽的抑制疑血過程而認識到的。現(xiàn)已明確Ca2+參與多步凝血反應過程，主要作用是介導凝血因子與磷脂表面形成復合物，從而加速凝血因子的激活。

（四）纖維蛋白原

是凝血過程的中心蛋白，凝血的最后階段是生成凝血酶而使纖維蛋白原水解，快速地多聚體化并在具有轉谷氨酰胺酶活性的XⅢa催化下形成穩(wěn)定的纖維蛋白多聚體，完成凝血過程。

二、血液凝固過程

凝血系統(tǒng)的基本生理功能是在血管損傷引起出血時，通過血液凝固的級聯(lián)式酶促反應使可溶性的纖維蛋白轉變?yōu)槔w維蛋白單體，再聚合成可溶性的纖維蛋白多聚體而進一步轉變?yōu)榉€(wěn)定的纖維蛋白多聚體，在血管壁受損局部，繼血小板粘附、聚集、釋放、收縮和形成血小板血栓后，由穩(wěn)定的纖維蛋白多聚體包繞血小板及其他血細胞形成堅固的血凝塊。以往認為血凝過程分為 內(nèi)源性凝血途徑（intrinsic coagulation pathway）外源性凝血途徑（extrinsic coagulation pathway）及內(nèi)外源性凝血途徑都需經(jīng)過的凝血的共同途徑（common pathway）（圖18-4）。并曾認為由XII、前激肽釋放酶（PK）、 激肽釋放酶（KK）和高分子量激肽原（HMWK）構成啟動內(nèi)源性凝血途徑的表面接觸活化系統(tǒng)，經(jīng)表面接觸使XII活化是血管內(nèi)皮損傷時激活內(nèi)源性凝血系統(tǒng)的主要途徑。

由于心血管內(nèi)膜受損等因素使因子XII接觸活化而啟動，且血液凝固過程中參與的凝血因子全部存在于血漿中故稱為內(nèi)源性凝血途徑。其過程為：活化的XII因子在HMWK的輔助下，可激活XI因子和PK，活化的XI因子隨后在Ca2+ 的參與下，催化因子IX裂解兩個肽鍵，并釋放出35個氨基酸殘基的肽段，該肽段被認為是因子IX激活的分子標志物?；罨腎X繼而與Ca2+ 和VIII形成IX- Ca2+-VIII復合物，在此復合物中因子IX可催化因子X轉變?yōu)闉榫哂休^強酶活性的Xa，但單獨的IXa的催化效率較低，需與因子 VIII結合形成1：1的復合物，這一反應需Ca2+參與，因子 VIII是輔因子，能使IXa對因子X的激活反應速度提高約數(shù)千倍，且在磷脂的存在下，可使底物的Km降低5000倍，由此推測，1分子IXa對因子X的激活若由因子IXa單獨作用需6個月才能完成。但臨床上卻觀察到先天性缺乏因子XII、PK及HMWK的患者都無出血癥狀，提示在體內(nèi)由XII激活而啟動生理性凝血過程的作用是及其微小，相反XII和激肽系統(tǒng)主要有促進纖溶和抗凝作用。

盡管體內(nèi)凝血過程分為內(nèi)、外源性兩條途徑，但它們并非完全獨立而是相互關聯(lián)。如內(nèi)源性凝血途徑中，XⅡa生成后除可激活因子Ⅺ外，對因子Ⅷ也有一定的激活作用；而外源性凝血過程中生成的Ⅷa·Ca“—Ⅲ復合物除能激活因子X外也可激活因子Ⅸ，此外通過內(nèi)外源性凝血途徑激活的因子X、Ⅱ則可通過正反饋加速凝血過程。事實上機體的凝血過程是個非常復雜的生理過程，需要有內(nèi)外源性兩條凝血途徑同時進行，分別起著不同的作用。目前認為組織因子（TF）是激活凝血過程最重要的生理性啟動因子，由于其與細胞膜的緊密結合還可起著”錨“的作用，使凝血過程局限于受損組織部位。

外源性凝血途徑

因組織損傷釋放組織因子而啟動，且參與的凝血因子除來自血漿外，還來自組織，因此又可稱組織因子途徑。

組織因子的釋放

組織因子（tissue factor，TF），即因子III，是存在于多種細胞質膜中的一種跨膜脂蛋白，生理條件下不會在血漿中出現(xiàn)。但在組織損傷、血管內(nèi)皮細胞或單核細胞受細菌、內(nèi)毒素、免疫復合物等刺激下，即被釋放。

2.Ⅶa-Ca2+- III復合物的生成

因子Ⅶ是一種單鏈糖蛋白，含有Gla殘基，可與Ca2+結合，當它與釋放入血的因子III結合后，分子構象改變。活性中心形成而轉變?yōu)棰鱝，并形成Ⅶa-Ca2+-III復合物。在此復合物中Ⅶa作為絲氨酸蛋白酶發(fā)揮對因子X的水解作用，使其轉變?yōu)榫哂忻富钚缘腦a，而因子III則是輔因子，能使Ⅶa的催化效率提高數(shù)干倍，且活化的X 又可激活Ⅶ的活化起正反饋調節(jié)作用。此外Ⅶa-Ca2+-III復合物還可激活IX從而在血小板膜磷脂（PL）上，Ⅸa可形成Ⅸa-Ca2+-Ⅷa-PL復合物，使X活化為Xa. 故Ⅶa-Ca2+-III復臺物以兩種方式引發(fā)體內(nèi)凝血，一種方式為水解因子Ⅸ將其激活為Ⅸa，然后Ⅸa在其輔助因子Ⅷa的協(xié)助下，將因子Ⅹ水解為有活性的Ⅹ；第二

種方式為直接激活Ⅹ因子為Ⅹa，但TF本身沒有蛋白水解酶活性。

正常生理情況下，雖然循環(huán)系統(tǒng)中有Ⅶ因子存在，但所占比例很少，大多數(shù)以酶原的形式存在，另外，組織因子胞外區(qū)也不總是暴露于循環(huán)系統(tǒng)中。因此不會有病理性的凝血現(xiàn)象。但當血管受到損傷，使TF暴露出來，Ⅶ便很快和TF結合，并迅速被水解成有酶解活性的Ⅶa因子，凝血途徑被啟動，防止了大量出血。

（—）凝血的共同途徑

在內(nèi)源性和外源性疑血途徑中，因子X可分別被Ⅸa-Ca2+-Ⅷa復合物和Ⅶa-Ca2+- III復合物激活為Xa，（圖18-4）而在體外因子X還可以被蝰蛇毒液激活。 而Xa生成后的凝血過程是兩條凝血途徑所共有的，主要包括凝血酶的生成和纖維蛋白形成兩個階段。

凝血酶的生成

在Ca2+存在的條件下，Xa在磷脂膜表面與因子V結合成Xa- Ca2+-Va-復合物（凝血酶原激活物），在此復合物中Xa發(fā)揮蛋白水解酶的作用，催化凝血酶原轉變?yōu)槟?，因子V是輔因子可使反應加速數(shù)萬倍。凝血酶是凝血系統(tǒng)激活過程中的關鍵酶，它的作用則是催化纖維蛋白原轉變?yōu)槔w維蛋白單體，除此之外還可激活因子Ⅸ、XII、V、VIII，及促進因子XIII 的活化等從而加速凝血過程的進行。在體內(nèi)除血小板外，血管內(nèi)皮細胞、中性粒細胞及淋巴 細胞等均能為凝血酶原激活物的形成提供磷脂表面。

纖維蛋白的形成與交聯(lián)

這—過程包括纖維蛋白單體的形成、聚合及纖維蛋白的交聯(lián)。

纖維蛋白單體的形成；纖維蛋白原是由肝合成，具有兩條α鏈（Aa）、兩條β鏈（Bβ）、和兩條γ鏈（γ2）即三對不同的多肽鏈組成的糖蛋白，可用（Aa 、Bβ、γ）2 表示。

纖維蛋白單體的聚合及交聯(lián)；可溶性纖維蛋白單體間通過氫鍵等次級鍵相連而成的多聚體疑塊，雖可網(wǎng)羅血細胞而形成血凝塊，但較松軟且不穩(wěn)定，需在Ca2+參與下。由XIIIa作用才能進一步轉變?yōu)榉€(wěn)定的纖維蛋白多聚體。因子XIII是由兩對不同的多肽鏈組成的四聚體，在Ca2+參與下由凝血酶、Xa作用于轉變?yōu)閄IIIa， XIIIa使可溶性纖維蛋白多聚體中一分子纖維蛋白單體的Gln殘基與另一分子單體的Lys殘基間形成分于間共價鍵，如圖18-7所示，從而形成穩(wěn)定的纖維蛋白多聚體，并在血小板的作用下，使網(wǎng)羅血細胞的血塊進一步收縮，形成更堅固的血凝塊，完成凝血過程。

三、磷脂在血液凝固中的作用

磷脂不屬于凝血因子，但它在血液凝固中的作用非常重要。除血小板外，血管內(nèi)皮細胞。中性粒細胞及淋巴細胞，因子Ⅲ的脂質部分都可提供磷脂，磷脂的結構和其所帶的負電荷在凝血過程中有利于結合許多凝血因子，使其在局部的濃度增加，從而使酶促級聯(lián)式反應速度加快。如在Xa-Ca2+-V與磷脂形成的復合物中，Xa的濃度比周圍介質中增加6萬倍，因而有利于血液凝固的快速進行。血小板除提供磷脂外，在血液凝固中還發(fā)揮粘附、聚集、釋放、收縮等重要的作用，將在病理生理中作進一步討論。

四、血中的抗凝物質

正常人心血管系統(tǒng)中的血液不會凝固，主要是由于心血管內(nèi)膜光滑完整，凝血因子一般處于非活化狀態(tài)，血液的沖刷和稀釋可防止血栓形成，肝臟能清除已活化的凝血固子。此外血中還存在著多種抗凝物質，主要有抗凝血酶 Ⅲ（antithrombinⅢ，AT-Ⅲ）、肝素（heparin）、蛋白C與蛋白S及組織因子途徑抑制物（tissue factor pathway inhibitor，TFPl）。

AT-Ⅲ是由肝合成的一種分子量為60， 000的α2球蛋白，通過與因子Ⅱ、Ⅸ、X、Ⅺ、XII、PK等形成1：1的共價復合物而滅活這些因子。據(jù)認為對凝血酶的滅活70%～80%是由AT-Ⅲ完成的，故它是體內(nèi)活性最強的一種抗凝物質。

肝素是由肥大細胞合成的一種酸性蛋白聚糖，如圖18-8所示，正常情況下血中含量甚微，所以生理條件下其抗凝作用小。盡管如此，它作為抗凝劑應用于臨床也已有半個多世紀。肝素分子中硫酸根帶負電荷可與AT-Ⅲ分子中的Lys殘基的正電荷相結合，使AT-Ⅲ的構象改變，顯著加強其對上述凝血因子的抑制作用，肝素還可抑制血小板的粘聚作用，從而影響血小板磷脂的釋放，也起到抗凝作用。

在血漿中有一種依賴肝素的單鏈糖蛋白，稱之為肝素輔因子-II，它能提高肝素通過AT-Ⅲ抑制凝血酶的效率。

蛋白c（protein C，PC）是由肝合成的一個依賴維生索K的糖蛋白，分子中含Gla，可螯合Ca2+.凝血酶能激活PC，有活性的PC稱為活化蛋白C（activeprotein C，APC）。具有明顯的抗凝作用，主要是滅活凝血輔因子如因子V、VIII等，阻礙Xa與血小板磷脂結合，促進纖維蛋白溶解。

蛋白S（protein S，PS）是一種依賴維生素K，含G1a的單鏈糖蛋白，其作用是加速APC對因子V、Ⅷ的滅活，阻斷補體系統(tǒng)的激活。

組織因子途徑抑制物是由血小板、血管內(nèi)皮細胞、單核細胞和肝細胞合成，其作用是在Ca2+存在下，抑制Ⅶa-Ca2+—Ⅲ復合物的活性，并還能直接抑制Xa的活性。

此外血液中還存在著纖維蛋白溶解系統(tǒng)，可促進血凝塊的溶解，防止血栓形成。

五、纖維蛋白溶解

纖維蛋白溶解系統(tǒng)（fibrinolytic system），簡稱纖溶系統(tǒng)，其作用是將纖維蛋白溶解酶原轉變?yōu)槔w維蛋白溶解酶 （纖溶酶），及纖溶酶降解纖維蛋白或纖維蛋白原。纖溶系統(tǒng)是維持人體生理功能所必需的，當該系統(tǒng)功能亢進時易發(fā)生出血現(xiàn)象，功能下降時則導致血栓形成，因此具有重要的生理病理意義。此外，纖溶系統(tǒng)還包括一些纖溶激活物的拮抗物及滅活纖培酶的成分，這些物質對纖溶系統(tǒng)的激活起重要的調節(jié)作用。纖維蛋白的溶解過程可分為纖溶酶的生成和纖維蛋白的溶解兩個階段。

（一）纖溶酶的生成

纖溶酶（plasmin）在血漿中以纖溶酶原（plasminogen）形式存在，它主要是由肝合成，此外嗜酸性細胞及腎臟也能合成，是一個含790個氨基酸殘基的單鏈糖蛋白。纖溶酶原在各種激活物的作用下，分子中第561位的Arg與第562位的Val殘基之間的肽鍵斷裂，形成有活性的纖溶酶。纖溶酶的主要激活途徑有以下三條：

1.內(nèi)激活途徑主要通過內(nèi)源性凝血途徑接觸活化所生成的XIIa，使前激肽釋放酶轉變?yōu)榧る尼尫琶?，此酶可使纖溶酶原轉變?yōu)槔w溶酶。

2.外激活途徑通過組織纖溶酶原激活物（tissue type plasminogen activator，t PA；又可稱血管纖溶酶原激活物或外激活物）及尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinase type plasminogen activator.u-PA）使纖溶酶原轉變?yōu)槔w溶酶。

t-PA由血管內(nèi)皮細胞合成，廣泛存在于各組織細胞中，尤以子宮、肺、前列腺、甲狀腺、卵巢和淋巴結中的含量最高。因此。當這些組織受損時，其中的t-PA就可釋放入血，促進纖溶酶原的激活，這可以解釋在這些器官手術時常有較多出血和傷口溶血的現(xiàn)象。此外，應激狀態(tài)、休克、注射腎上腺素等情況也可增加t-PA的釋放。u-PA則是50年代發(fā)現(xiàn)，主要由泌尿生殖系統(tǒng)上皮細胞所產(chǎn)生，也可從尿中提取純化。

3.藥物激活途徑主要是指由鏈激酶reptokinase）、尿激酶（urokinase）、重組t-PA等血栓溶解藥物注入體內(nèi)激活纖溶系統(tǒng)，這也是血栓治療的理論基礎。

活化的纖溶酶主要作用為：①降解纖維蛋白原和纖維蛋白。②水解多種凝血因子如因子Ⅱ、V、Ⅷ、X、Ⅺ、XII.③水解補體系統(tǒng)。

（二）纖維蛋白溶解

纖溶酶是一種絲氨酸蛋白酶，能水解堿性氨基酸羧基端形成的肽鍵，作用范圍較廣，可水解多種蛋白質，但主要作用是使纖維蛋白和纖維蛋白原水解成一系列片段，如圖18—10）所示。纖維蛋白和纖維蛋白原被纖溶酶水解生成的A、B、C、D、E等片段稱為纖維蛋白降解產(chǎn)物（（fibrin degredation products，F(xiàn)DP），其中片段X、Y阻止纖維蛋白的聚合與交聯(lián)；片段D、E則是凝血酶的競爭性抑制劑，因此FDP具有抗凝作用。

（三）纖溶抑制物

纖溶抑制物廣泛存在于組織與體液中，按其作用可分為以下兩類：

1.纖溶酶原激活物的抑制物（plasminogen activator inhibitor，PAl）主要作用是與t-PA或u-PA形成復合物使其失活從而抑制纖溶酶原的激活。

2.纖溶酶的抑制劑由肝合成的α2抗纖溶酶（α2-antiplasmin，α2 AP），該酶與纖溶酶形成復合物使其失活，同時，還在因子XⅢ的參與下，α2 AP與纖維蛋白共價結合，減弱了纖維蛋白對纖溶酶作用的敏感性。

臨床上所用的一些人工合成的抗纖溶藥物，如止血酸、對羧基芐胺（PAMBA）、6-氨基己酸等大多通過抑制纖溶酶原激活而達到止血作用。

凝血與纖溶，纖溶激活與纖溶抑制，凝血與抗凝血，是正常人體內(nèi)存在的相互聯(lián)系、互相制約、對立統(tǒng)一的動態(tài)平衡過程。當人體肝功能障礙、維生素K缺乏、編碼凝血因子的基因缺陷等導致血中凝血因子含量下降時?？稍斐赡系K，臨床出現(xiàn)出血癥狀；當心血管內(nèi)膜受損觸發(fā)凝血反應時則可導致血管內(nèi)血栓形成；而當子宮、肺、甲狀腺等組織手術時出現(xiàn)出血多或滲血現(xiàn)象則與纖溶亢進有關。彌漫性血管內(nèi)凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）是由于感染、產(chǎn)科意外、外科手術或創(chuàng)傷、腫瘤等疾病導致微循環(huán)成微血栓， 凝血因子大量被消耗并繼發(fā)地激活纖溶系統(tǒng)，從而導致全身性出血的一種嚴重危及生命的綜合征。因此，維持上述各過程的動態(tài)平衡對于人體的正常生理功能是極為重要的。