生理止血和血液凝固的机制
组织受损后血液从破损的血管流出的现象称为出血(hemorrhage)。在血管损伤引起血液流出的同时启动机体的止血机制,引起止血过程。在正常人,小血管破损后出血,几分钟后出血自行停止,称为生理止血(physiological hemostasis)。
止血是由血管、血小板和血浆中的凝血因子协同作用而实现的生理过程。血液由流态转变为胶胨状的血凝块的过程,称为血液凝固(blood coagulation),简称凝血。血液凝固的本质是血浆中的可溶性纤维蛋白原转变为不溶性的纤维蛋白。
(一)生理止血过程
1.受损血管的局部收缩 导致受损血管收缩的因素有:①损伤性刺激作用于血管壁上的神经末梢,反射性地引起血管收缩;②损伤引起局部血管肌源性收缩;③由血管内皮细胞释放的内皮素以及黏附在受损内皮下的血小板释放的5-羟色胺(5-HT)和血栓烷A2(thromboxane A2,TXA2)等引起血管收缩。血管收缩,血流阻力增大,血流速度减慢,可减少出血。若血管破损不大,通过血管的收缩作用可暂时性地止血。
2.血小板止血栓的形成 血小板黏附(platelet adhesion)和聚集(platelet aggregation)形成松软的止血栓可达到初步的止血。血管收缩使血流阻力增大、血流速度减慢,血管损伤暴露内皮下胶原,均有助于血小板黏附于内皮的胶原上。通过血小板的黏附,可“识别”损伤部位,使止血栓仅在局部形成,这是一种很重要的自限性机制,它避免了由此引起的凝血范围的扩大。
血小板与非血小板表面的黏着,称为血小板黏附。血小板彼此附着称之为聚集。血小板的黏附和聚集涉及许多因素的参与。血小板膜上有多种黏附受体,如ADP、TXA2、PGI2和纤维蛋白原受体及胶原受体等。这些受体介导了血小板的黏附过程。此外,血小板的黏附还与血小板膜上的糖蛋白Ⅱb(glycoproteinⅡb,GPⅡb)和GpⅢa同胶原相互作用有关。内皮细胞合成分泌的血管性假性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)和纤维结合蛋白,二者具有协同效应,促进血小板同胶原结合。
内皮细胞和红细胞释放的ADP以及血浆中的凝血酶,作为诱导剂使血小板发生可逆性聚集,而血小板释放的ADP和TXA2则使其发生不可逆性聚集。ADP诱发的血小板聚集需要Ca2+和凝血因子Ⅰ(纤维蛋白原)参与。在Ca2+的作用下,GpⅡb和GpⅢa结合成GpⅡb~Ⅲa,该复合物可被纤维蛋白原识别。一个纤维蛋白原分子有多个GpⅡb~Ⅲa结合位点,每个活化的血小板可结合成百上千的纤维蛋白原分子。因此,纤维蛋白原在聚集的血小板之间起桥梁的作用。
初步研究发现,血小板活化因子(platelet activating factor)亦具有促进血小板聚集的作用,其作用机制尚有待阐明。目前认为,红细胞和白细胞同内皮细胞一样,都具有主动参与止血的作用,止血栓的形成是以血小板为中心的多细胞相互作用的过程。血小板止血栓堵塞破损的血管口,达到初步的止血。
正常情况下,内皮细胞分泌的内皮细胞舒血管因子(endothelium-derived relaxing factor)和前列环素(prostacyclin)等,具有抑制血小板聚集的作用。血小板合成释放的TAX2则具有很强的收缩血管和促进血小板聚集的作用。前列环素和TXA2作为一对矛盾,相互作用可控制血小板的聚集和血栓的形成。当内皮受损后,内皮细胞舒血管因子和PGI2分泌减少,TXA2的作用占优势,有利于血小板的聚集。
3.血凝块的形成 在血管内皮受损暴露胶原,诱导血小板黏附聚集的同时启动血液凝固系统。随着血液凝固过程的发生和发展,血浆中可溶性的纤维蛋白原转变成不溶性的纤维蛋白并形成多聚体,后者呈网状,将血细胞网络其间,形成血凝块。在血小板内成束的肌动蛋白丝是血小板骨架的一部分,当血凝块中的血小板骨架蛋白收缩,可使整个血块回缩以形成坚硬的止血栓堵塞创口,达到彻底止血。
(二)血液凝固的过程及机制
1.参与凝血的物质 参与凝血的物质有血浆中的凝血因子和血小板等。(https://www.daowen.com)
凝血因子(factor,F)有FⅠ~FⅤ(FⅥ是激活的FⅤ)、FⅦ~FXⅢ、前激肽释放酶和高分子激肽原等。除FⅣ是Ca2+外,其余的都是蛋白质;除FⅢ为组织因子(tissue factor)存在于组织外,其余均存在于血浆内,且大多数在肝合成;FⅡ、FⅦ、FⅨ和FⅩ的合成还需维生素K参与。本质是蛋白质的凝血因子,多数是以无活性的酶原形式存在,必须通过其他酶的水解,形成活性中心后才具有酶的活性,这个过程称为因子的激活(activated,a),如FⅤa,示已被激活的FⅤ。凝血因子发挥作用的过程中被其他物质作用、分解并丧失活性的过程为失活(inactivated)。在凝血过程中,血浆中FⅡ、FⅤ、FVⅢ和FXⅢ有部分被消耗。
在凝血过程中,活化的血小板为凝血提供的磷脂表面,一方面可增强凝血酶原激活物的活性和避免其他酶的破坏,另外还有助于凝血仅发生在受损血管处被活化的血小板表面。血小板还释放多种物质参与凝血的过程,如血小板因子2(platelet factor 2,PF2)和PF3,它们通过促进纤维蛋白的形成而具有加速凝血的作用。在凝血的过程中,活化的血小板可释放其吸附的FⅡ、FⅤ、FⅥ和FⅦ等。血小板释放的vWF同FⅧ结合可防止其被降解。
2.凝血发生的条件 血管破裂或内膜受损暴露胶原,形成带负电荷的表面,血液中参与凝血的某些物质一旦与之接触,便使血管内凝血启动;同时,受损的组织(包括血管)释放组织因子,使血管外凝血启动。
3.凝血的过程和机制 凝血过程分为三个主要步骤。第一步是凝血酶原激活物(以FⅩa为核心)的形成;第二步是在凝血酶原激活物的作用下,凝血酶原被激活成凝血酶(FⅡa);第三步是FⅡa使纤维蛋白原转变为纤维蛋白。
血液凝固的过程包括内源性凝血和外源性凝血两条途径,其主要区别在于启动方式和参与凝血的因子不完全相同,但彼此并不是各自独立完成的。两条途径除都能激活FⅩ,最终形成凝血酶和纤维蛋白凝块外,彼此间的凝血因子还能相互激活。
(1)内源性凝血途径(intrinsic pathway of blood coagnlation):内源性凝血途径是指参与凝血的因子全部来自血液。血管内膜受损,形成带负电荷的表面,FⅫ与之接触,立即激活为FⅫa;FⅫa又使前激肽释放酶裂解为激肽释放酶,激肽释放酶以正反馈机制使更多的FⅫ被激活。在FⅫa的作用下,FⅪ转变为FⅪa。FⅪa和Ca2+共同作用,使FⅨ激活为FⅨa。FⅨa、FⅧ和Ca2+,在由活化的血小板提供的磷脂表面结合为复合物,使FⅩ激活为FⅩa。FⅩa、FⅤ和Ca2+同磷脂表面连接形成凝血酶原激活物。
(2)外源性凝血途径(extrinsic pathway of blood coagnlation):由组织损伤暴露组织因子而启动的凝血过程,称外源性凝血途径。FⅢ同血浆中的FⅦ形成复合物,后者在磷脂和Ca2+存在的情况下使FⅩ激活为FⅩa。FⅩa又能使FⅦ激活,由此可使更多的FⅩa形成。外源性凝血过程中参与凝血的因子相对较少,耗时短,凝血较快。两条途径相互作用,促进凝血酶原激活物的形成,一旦形成,其后的凝血过程,内、外源性凝血途径便无法区别。
在凝血酶原激活物的作用下,凝血酶原被激活成凝血酶(FⅡa),FⅡa使纤维蛋白原转变为纤维蛋白。在Ca2+的作用下,FⅡa激活纤维蛋白稳定因子(FXⅢ)为FXⅢa,FXⅢa使纤维蛋白单体成为稳定的不溶性纤维蛋白多聚体,后者交织成网,把血细胞网络其中形成凝血块。
临床研究发现,先天性缺乏FⅫ和前激肽释放酶或高分子激肽原的患者,几乎没有出血症状,表明这些凝血因子所参与的表面激活过程在体内生理性凝血的启动中不起重要作用。又有人发现FⅢ和FⅦa形成的复合物可直接激活FⅨ。故目前认为,外源性凝血途径是启动凝血的关键,组织因子是生理性凝血反应过程的启动物;内源性凝血途径在维持凝血中起重要作用。由于组织因子镶嵌在细胞膜上,有利于使生理性凝血过程局限于受损部位的血管。
(三)止血和凝血的意义
从上可见,止血和凝血是伴随血管破损出血而发生的生理过程,其作用是使机体血液不致进一步流失,故有助于机体内稳态的维持。