血液凝固
血液凝固(blood coagulation)是血液由液态转变为凝胶态的过程，它是哺乳类动物止血功能的重要组成部分。Macfarlane等于1964年提出了凝血过程的级联式反应学说(cascade reaction hypothesis)，认为凝血是一系列凝血因子被其前因子激活最终生成疑血酶，疑血酶则使纤维蛋白原转变为纤维蛋白凝块的一系列酶促反应过程。近年来随着分子生物学技术的应用使多种凝血因子和凝血过程的多个环节在分子水平得到了阐述，但至今机体内正常的凝血过程还未完全清楚。
一、凝血因子
参与血液凝固的因子称为疑血因子，已知有14个，即国际疑血因子委员会于60年代初根据发现的先后顺序分别以罗马数字命名的凝血因子12个(其中因子VI为因子V的活性形式不再视为一独立的疑血因子)和2个激肽系统即高分子量激肽原(high molecular weight kininogen，HMWK)和前激肽释放酶<>
凝血因子的结构与功能等特点可将其分为以下四类：
(一)依赖维生素K的凝血因子
包括因子II、VII、IX、X。它们的共同特点是在其氨基末端含有数量不等的γ羧基谷氨酸残基(γ-carboxyglutamate，Gla)，上述因子的谷氨酸残基在γ碳原子上的羧化作用是翻译后由γ-谷氨酰羧化酶催化的，该酶的辅酶为维生素K，作用机制见图18-2)氢醌式维生素K接受γ—碳原子的一个质子，使其带负电荷而和二氧化碳结合，2，3-环氧维生素K则被硫辛酸还原而重复利用。
双香豆素类抗凝药物华法林钠(warfarrin sodium)能抑制该步反应，因此这两种药物有抗凝作用。由于Gla的γ-碳原子上有2个羧基，故有螯合Ca2+的能力，井通过Ca2+将这些因子与血小板或因子III的磷脂表面结合加速反应的进行。若缺乏维生求K，上述凝血因子的正常合成受影响，在血浆中出现无凝血活性的异常凝血因子导致凝血障碍，引起皮下、肌肉、胃肠道出血等症状，故因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X又称为维生家K依赖的疑血因子。因缺乏维生索K 所致的出血症状可经补充维生素K而得到治疗，所以维生素K又称为凝血维生素。
(二)具有丝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。分析这些凝血因子的氨基酸组成，发现其活性中心附近肽段的氨基酸序列与一些蛋白水解酶的相应区域非常相似(图18-3)。
从图中可知，这些凝血因子与胰蛋白酶等蛋白水解酶一样，都以Ser为酶的活性中心基团，在其周围均有Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro的相同序列，所以一旦这些凝血因子被激活后，都具有水解蛋白质的作用。即Ⅻ因子被激活后形成的Ⅻa就可以Ⅺ为底物，使其活化为Ⅺa，Ⅺa使Ⅸ激活成Ⅸa等等，依次作用，形成连锁反应，根据微量的活性酶可以激活大量底物的机制，所以凝血过程是一个级联式的反应过程，有明显的放大效应。
近年来的研究表明，血液疑固中的这些丝氨酸蛋白水解酶虽具有与胰蛋白酶等蛋白酶一样的作用，而且所水解的位置也多为肽链Arg残基的羧基端所形成的肽键，但它们与消化酶相比，不少方面仍有差异，它们所催化的反应多需要Ca2+、磷脂和某些蛋白质辅因子参加。
(三)辅因子
包括因子Ⅲ、V、Ⅷ、HMWK和Ca2+。因子Ⅲ(tissue fact,TF)是唯一由多种组织细胞合成，且不存在于正常人血浆中，而广泛分布于各种不同组织细咆中的凝血因子。当组织损伤、感染及肿瘤如早幼粒白血病等可使TF释放入血从而作为因子Ⅶ的辅因子共同启动外源性凝血过程。因子V、Ⅷ分别是因子X与因子Ⅸ的辅因子，可促使反应加速进行。因子Ⅷ是存在于血浆中的一种球蛋白，曾被称为抗血友病因子(antihemophilic factor，AHF)。因编码因子Ⅷ或因子Ⅸ的基因突变或缺失导致血浆中因子Ⅷ或因子Ⅸ缺乏称之为血友病，因子Ⅷ缺乏称之为血友病A(haemophilia A);因子Ⅸ缺乏则称之为血友病B(haemophilia B)，均是X连锁遗传性疾病，大多出现皮肤粘膜出血，重症患者有关节、肌肉等深部出血症状。临床治疗以注射含因子Ⅷ或因子Ⅸ的冷冻浓缩血浆为主，但易产生病毒感染等副作用。
HMWK的作用则是作为XIIa和PK的辅因子参与内源性凝血途径的接触活化。Ca2+在凝血过程中的作用是通过草酸盐和柠檬酸盐的抑制疑血过程而认识到的。现已明确Ca2+参与多步凝血反应过程，主要作用是介导凝血因子与磷脂表面形成复合物，从而加速凝血因子的激活。
(四)纤维蛋白原
是凝血过程的中心蛋白，凝血的最后阶段是生成凝血酶而使纤维蛋白原水解，快速地多聚体化并在具有转谷氨酰胺酶活性的XⅢa催化下形成稳定的纤维蛋白多聚体，完成凝血过程。
二、血液凝固过程
凝血系统的基本生理功能是在血管损伤引起出血时，通过血液凝固的级联式酶促反应使可溶性的纤维蛋白转变为纤维蛋白单体，再聚合成可溶性的纤维蛋白多聚体而进一步转变为稳定的纤维蛋白多聚体，在血管壁受损局部，继血小板粘附、聚集、释放、收缩和形成血小板血栓后，由稳定的纤维蛋白多聚体包绕血小板及其他血细胞形成坚固的血凝块。以往认为血凝过程分为 内源性凝血途径(intrinsic coagulation pathway)外源性凝血途径(extrinsic coagulation pathway)及内外源性凝血途径都需经过的凝血的共同途径(common pathway)(图18-4)。并曾认为由XII、前激肽释放酶(PK)、 激肽释放酶(KK)和高分子量激肽原(HMWK)构成启动内源性凝血途径的表面接触活化系统，经表面接触使XII活化是血管内皮损伤时激活内源性凝血系统的主要途径.
由于心血管内膜受损等因素使因子XII接触活化而启动，且血液凝固过程中参与的凝血因子全部存在于血浆中故称为内源性凝血途径。其过程为：活化的XII因子在HMWK的辅助下，可激活XI因子和PK，活化的XI因子随后在Ca2+ 的参与下，催化因子IX裂解两个肽键，并释放出35个氨基酸残基的肽段，该肽段被认为是因子IX激活的分子标志物。活化的IX继而与Ca2+ 和VIII形成IX- Ca2+-VIII复合物，在此复合物中因子IX可催化因子X转变为为具有较强酶活性的Xa,但单独的IXa的催化效率较低，需与因子 VIII结合形成1：1的复合物，这一反应需Ca2+参与，因子 VIII是辅因子，能使IXa对因子X的激活反应速度提高约数千倍，且在磷脂的存在下，可使底物的Km降低5000倍，由此推测，1分子IXa对因子X的激活若由因子IXa单独作用需6个月才能完成。但临床上却观察到先天性缺乏因子XII、PK及HMWK的患者都无出血症状，提示在体内由XII激活而启动生理性凝血过程的作用是及其微小，相反XII和激肽系统主要有促进纤溶和抗凝作用。
尽管体内凝血过程分为内、外源性两条途径，但它们并非完全独立而是相互关联。如内源性凝血途径中，XⅡa生成后除可激活因子Ⅺ外，对因子Ⅷ也有一定的激活作用;而外源性凝血过程中生成的Ⅷa·Ca”—Ⅲ复合物除能激活因子X外也可激活因子Ⅸ，此外通过内外源性凝血途径激活的因子X、Ⅱ则可通过正反馈加速凝血过程。事实上机体的凝血过程是个非常复杂的生理过程，需要有内外源性两条凝血途径同时进行，分别起着不同的作用。目前认为组织因子(TF)是激活凝血过程最重要的生理性启动因子，由于其与细胞膜的紧密结合还可起着“锚”的作用，使凝血过程局限于受损组织部位。
外源性凝血途径
因组织损伤释放组织因子而启动，且参与的凝血因子除来自血浆外，还来自组织，因此又可称组织因子途径。
组织因子的释放
组织因子(tissue factor,TF)，即因子III，是存在于多种细胞质膜中的一种跨膜脂蛋白，生理条件下不会在血浆中出现。但在组织损伤、血管内皮细胞或单核细胞受细菌、内毒素、免疫复合物等刺激下，即被释放。
2.Ⅶa-Ca2+- III复合物的生成
因子Ⅶ是一种单链糖蛋白，含有Gla残基，可与Ca2+结合，当它与释放入血的因子III结合后，分子构象改变.活性中心形成而转变为Ⅶa，并形成Ⅶa-Ca2+-III复合物。在此复合物中Ⅶa作为丝氨酸蛋白酶发挥对因子X的水解作用，使其转变为具有酶活性的Xa，而因子III则是辅因子，能使Ⅶa的催化效率提高数干倍，且活化的X 又可激活Ⅶ的活化起正反馈调节作用。此外Ⅶa-Ca2+-III复合物还可激活IX从而在血小板膜磷脂(PL)上，Ⅸa可形成Ⅸa-Ca2+-Ⅷa-PL复合物，使X活化为Xa。 故Ⅶa-Ca2+-III复台物以两种方式引发体内凝血，一种方式为水解因子Ⅸ将其激活为Ⅸa,然后Ⅸa在其辅助因子Ⅷa的协助下，将因子Ⅹ水解为有活性的Ⅹ;第二
种方式为直接激活Ⅹ因子为Ⅹa,但TF本身没有蛋白水解酶活性。
正常生理情况下，虽然循环系统中有Ⅶ因子存在，但所占比例很少，大多数以酶原的形式存在，另外，组织因子胞外区也不总是暴露于循环系统中.因此不会有病理性的凝血现象。但当血管受到损伤，使TF暴露出来，Ⅶ便很快和TF结合，并迅速被水解成有酶解活性的Ⅶa因子，凝血途径被启动，防止了大量出血。
(—)凝血的共同途径
在内源性和外源性疑血途径中，因子X可分别被Ⅸa-Ca2+-Ⅷa复合物和Ⅶa-Ca2+- III复合物激活为Xa，(图18-4)而在体外因子X还可以被蝰蛇毒液激活。 而Xa生成后的凝血过程是两条凝血途径所共有的，主要包括凝血酶的生成和纤维蛋白形成两个阶段。
凝血酶的生成
在Ca2+存在的条件下，Xa在磷脂膜表面与因子V结合成Xa- Ca2+-Va-复合物(凝血酶原激活物)，在此复合物中Xa发挥蛋白水解酶的作用，催化凝血酶原转变为凝血酶，因子V是辅因子可使反应加速数万倍。凝血酶是凝血系统激活过程中的关键酶，它的作用则是催化纤维蛋白原转变为纤维蛋白单体，除此之外还可激活因子Ⅸ、XII、V、VIII，及促进因子XIII 的活化等从而加速凝血过程的进行。在体内除血小板外，血管内皮细胞、中性粒细胞及淋巴 细胞等均能为凝血酶原激活物的形成提供磷脂表面。
纤维蛋白的形成与交联
这—过程包括纤维蛋白单体的形成、聚合及纤维蛋白的交联。
纤维蛋白单体的形成;纤维蛋白原是由肝合成，具有两条α链(Aa)、两条β链(Bβ)、和两条γ链(γ2)即三对不同的多肽链组成的糖蛋白，可用(Aa 、Bβ、γ)2 表示。
纤维蛋白单体的聚合及交联;可溶性纤维蛋白单体间通过氢键等次级键相连而成的多聚体疑块，虽可网罗血细胞而形成血凝块，但较松软且不稳定，需在Ca2+参与下.由XIIIa作用才能进一步转变为稳定的纤维蛋白多聚体。因子XIII是由两对不同的多肽链组成的四聚体，在Ca2+参与下由凝血酶、Xa作用于转变为XIIIa, XIIIa使可溶性纤维蛋白多聚体中一分子纤维蛋白单体的Gln残基与另一分子单体的Lys残基间形成分于间共价键，如图18-7所示，从而形成稳定的纤维蛋白多聚体，并在血小板的作用下，使网罗血细胞的血块进一步收缩，形成更坚固的血凝块，完成凝血过程。
三、磷脂在血液凝固中的作用
磷脂不属于凝血因子，但它在血液凝固中的作用非常重要。除血小板外，血管内皮细胞。中性粒细胞及淋巴细胞，因子Ⅲ的脂质部分都可提供磷脂，磷脂的结构和其所带的负电荷在凝血过程中有利于结合许多凝血因子，使其在局部的浓度增加，从而使酶促级联式反应速度加快。如在Xa-Ca2+-V与磷脂形成的复合物中，Xa的浓度比周围介质中增加6万倍，因而有利于血液凝固的快速进行。血小板除提供磷脂外，在血液凝固中还发挥粘附、聚集、释放、收缩等重要的作用，将在病理生理中作进一步讨论。
四、血中的抗凝物质
正常人心血管系统中的血液不会凝固，主要是由于心血管内膜光滑完整，凝血因子一般处于非活化状态，血液的冲刷和稀释可防止血栓形成，肝脏能清除已活化的凝血固子。此外血中还存在着多种抗凝物质，主要有抗凝血酶 Ⅲ(antithrombinⅢ，AT-Ⅲ)、肝素(heparin)、蛋白C与蛋白S及组织因子途径抑制物(tissue factor pathway inhibitor，TFPl)。
AT-Ⅲ是由肝合成的一种分子量为60, 000的α2球蛋白，通过与因子Ⅱ、Ⅸ、X、Ⅺ、XII、PK等形成1:1的共价复合物而灭活这些因子。据认为对凝血酶的灭活70%～80%是由AT-Ⅲ完成的，故它是体内活性最强的一种抗凝物质。
肝素是由肥大细胞合成的一种酸性蛋白聚糖，如图18-8所示，正常情况下血中含量甚微，所以生理条件下其抗凝作用小。尽管如此，它作为抗凝剂应用于临床也已有半个多世纪。肝素分子中硫酸根带负电荷可与AT-Ⅲ分子中的Lys残基的正电荷相结合，使AT-Ⅲ的构象改变，显著加强其对上述凝血因子的抑制作用，肝素还可抑制血小板的粘聚作用，从而影响血小板磷脂的释放，也起到抗凝作用。
在血浆中有一种依赖肝素的单链糖蛋白，称之为肝素辅因子-II，它能提高肝素通过AT-Ⅲ抑制凝血酶的效率。
蛋白c(protein C,PC)是由肝合成的一个依赖维生索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称为活化蛋白C(activeprotein C，APC).具有明显的抗凝作用，主要是灭活凝血辅因子如因子V、VIII等，阻碍Xa与血小板磷脂结合，促进纤维蛋白溶解。
蛋白S(protein S，PS)是一种依赖维生素K，含G1a的单链糖蛋白，其作用是加速APC对因子V、Ⅷ的灭活，阻断补体系统的激活。
组织因子途径抑制物是由血小板、血管内皮细胞、单核细胞和肝细胞合成，其作用是在Ca2+存在下，抑制Ⅶa-Ca2+—Ⅲ复合物的活性，并还能直接抑制Xa的活性。
此外血液中还存在着纤维蛋白溶解系统，可促进血凝块的溶解，防止血栓形成。
五、纤维蛋白溶解
纤维蛋白溶解系统(fibrinolytic system)，简称纤溶系统，其作用是将纤维蛋白溶解酶原转变为纤维蛋白溶解酶 (纤溶酶)，及纤溶酶降解纤维蛋白或纤维蛋白原。纤溶系统是维持人体生理功能所必需的，当该系统功能亢进时易发生出血现象，功能下降时则导致血栓形成，因此具有重要的生理病理意义。此外，纤溶系统还包括一些纤溶激活物的拮抗物及灭活纤培酶的成分，这些物质对纤溶系统的激活起重要的调节作用。纤维蛋白的溶解过程可分为纤溶酶的生成和纤维蛋白的溶解两个阶段。
(一)纤溶酶的生成
纤溶酶(plasmin)在血浆中以纤溶酶原(plasminogen)形式存在，它主要是由肝合成，此外嗜酸性细胞及肾脏也能合成，是一个含790个氨基酸残基的单链糖蛋白。纤溶酶原在各种激活物的作用下，分子中第561位的Arg与第562位的Val残基之间的肽键断裂，形成有活性的纤溶酶。纤溶酶的主要激活途径有以下三条：
1.内激活途径主要通过内源性凝血途径接触活化所生成的XIIa，使前激肽释放酶转变为激肽释放酶，此酶可使纤溶酶原转变为纤溶酶。
2.外激活途径通过组织纤溶酶原激活物(tissue type plasminogen activator，t PA;又可称血管纤溶酶原激活物或外激活物)及尿激酶型纤溶酶原激活物(urokinase type plasminogen activator.u-PA)使纤溶酶原转变为纤溶酶。
t-PA由血管内皮细胞合成，广泛存在于各组织细胞中，尤以子宫、肺、前列腺、甲状腺、卵巢和淋巴结中的含量最高。因此.当这些组织受损时，其中的t-PA就可释放入血，促进纤溶酶原的激活，这可以解释在这些器官手术时常有较多出血和伤口溶血的现象。此外，应激状态、休克、注射肾上腺素等情况也可增加t-PA的释放。u-PA则是50年代发现，主要由泌尿生殖系统上皮细胞所产生，也可从尿中提取纯化。
3.药物激活途径主要是指由链激酶reptokinase)、尿激酶(urokinase)、重组t-PA等血栓溶解药物注入体内激活纤溶系统，这也是血栓治疗的理论基础。
活化的纤溶酶主要作用为：①降解纤维蛋白原和纤维蛋白。②水解多种凝血因子如因子Ⅱ、V、Ⅷ、X、Ⅺ、XII。③水解补体系统。
(二)纤维蛋白溶解
纤溶酶是一种丝氨酸蛋白酶，能水解碱性氨基酸羧基端形成的肽键，作用范围较广，可水解多种蛋白质，但主要作用是使纤维蛋白和纤维蛋白原水解成一系列片段，如图18—10)所示。纤维蛋白和纤维蛋白原被纤溶酶水解生成的A、B、C、D、E等片段称为纤维蛋白降解产物((fibrin degredation products,FDP)，其中片段X、Y阻止纤维蛋白的聚合与交联;片段D、E则是凝血酶的竞争性抑制剂，因此FDP具有抗凝作用。
(三)纤溶抑制物
纤溶抑制物广泛存在于组织与体液中，按其作用可分为以下两类：
1.纤溶酶原激活物的抑制物(plasminogen activator inhibitor，PAl)主要作用是与t-PA或u-PA形成复合物使其失活从而抑制纤溶酶原的激活。
2.纤溶酶的抑制剂由肝合成的α2抗纤溶酶(α2-antiplasmin，α2 AP)，该酶与纤溶酶形成复合物使其失活，同时，还在因子XⅢ的参与下，α2 AP与纤维蛋白共价结合，减弱了纤维蛋白对纤溶酶作用的敏感性。
临床上所用的一些人工合成的抗纤溶药物，如止血酸、对羧基苄胺(PAMBA)、6-氨基己酸等大多通过抑制纤溶酶原激活而达到止血作用。
凝血与纤溶，纤溶激活与纤溶抑制，凝血与抗凝血，是正常人体内存在的相互联系、互相制约、对立统一的动态平衡过程。当人体肝功能障碍、维生素K缺乏、编码凝血因子的基因缺陷等导致血中凝血因子含量下降时.可造成凝血障碍，临床出现出血症状;当心血管内膜受损触发凝血反应时则可导致血管内血栓形成;而当子宫、肺、甲状腺等组织手术时出现出血多或渗血现象则与纤溶亢进有关。弥漫性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation，DIC)是由于感染、产科意外、外科手术或创伤、肿瘤等疾病导致微循环成微血栓， 凝血因子大量被消耗并继发地激活纤溶系统，从而导致全身性出血的一种严重危及生命的综合征。因此，维持上述各过程的动态平衡对于人体的正常生理功能是极为重要的。
