血液凝結(jié)的生理學(xué)概述課件

血管破損血凝塊或栓塞血小板激活凝血系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行纖溶系統(tǒng)激活[凝血系統(tǒng)的瀑布機(jī)制（Cascademechanism）][凝血現(xiàn)代觀點(diǎn)][凝血系統(tǒng)中的抑制因子與凝血調(diào)控][血小板在凝血過(guò)程中作用][纖維溶解系統(tǒng)的作用]

[血管—血小板—凝血系統(tǒng)—纖溶系統(tǒng)：作用過(guò)程]

在生理情況下,血液在血管中能維持液態(tài)是由于血管內(nèi)皮細(xì)胞具有抗血栓形成的功能.血管內(nèi)皮細(xì)胞是機(jī)體中除血細(xì)胞以外唯一能與血液成分正常接觸的細(xì)胞，起著將血細(xì)胞與內(nèi)皮下組織隔開(kāi)的作用。一旦血管受損，血小板被凝血酶或膠原等激動(dòng)劑刺激，引起形態(tài)改變，發(fā)生黏附和聚集；同時(shí)，血漿凝血蛋白也暴露在血管內(nèi)皮下，并在多種細(xì)胞的共同參與下，相繼發(fā)生一系列的凝血反應(yīng)，最終形成由纖維蛋白和血小板組成的凝血塊。與此同時(shí)，由于內(nèi)皮細(xì)胞受到刺激，表達(dá)出新的表面特性，并與多種抗凝調(diào)節(jié)蛋白一起使凝血塊局限在損傷部位。隨著傷口的愈合，凝血塊又逐漸被纖維蛋白溶解形態(tài)中的各種酶所消化，使血管恢復(fù)暢通。瀑布機(jī)制學(xué)說(shuō)與現(xiàn)代觀點(diǎn)

19世紀(jì)初，Thackrah和deBlainville已經(jīng)發(fā)現(xiàn)組織損傷會(huì)引起血液凝固。

1982年Schmidt提出，存在凝血活酶（thromboplastin）可以將凝血酶原…轉(zhuǎn)變?yōu)槟浮?950年，Morawitz提出凝血的兩步理論：凝血活酶將凝血酶原變成凝血酶；男系，凝血酶將纖維蛋白原變成纖維蛋白。

40年代來(lái)，Conley發(fā)現(xiàn)血液按接觸表面改變可激發(fā)血液凝血。

1964年，MacFarlane和Davie分別同時(shí)提出了凝血的瀑布學(xué)說(shuō)，形成凝血理論的傳統(tǒng)觀點(diǎn)：血液凝固過(guò)程是由內(nèi)源性途徑（intvinsicPathway，只有血中成分參與）；外源性途徑（extrinsicpathway，即有內(nèi)皮細(xì)胞與組織因子參與）和共同途徑組成，通過(guò)多種酶原被逐級(jí)激活而得到加強(qiáng)與放大的連鎖反應(yīng)。其中內(nèi)源性途徑是主要的，外源性途徑中起輔助作用。[瀑布學(xué)說(shuō)的級(jí)連反應(yīng)圖][凝血蛋白的分類][促凝蛋白的基本特性表]以瀑布學(xué)說(shuō)為基礎(chǔ)的血液凝固傳統(tǒng)觀點(diǎn)凝血蛋白分類表凝血理論的現(xiàn)代觀點(diǎn)

以內(nèi)源途徑為主的傳統(tǒng)觀點(diǎn)不能解釋許多現(xiàn)象從而導(dǎo)致現(xiàn)代觀點(diǎn)產(chǎn)生:：

(1).凝血主要由組織因子途徑(tissuefactorpathway,外源性途徑)激發(fā)；

(2).凝血的維持需要有因子Ⅷ和因子Ⅸ參予；

(3).凝血途徑之間和凝血反應(yīng)之間存在著密切的聯(lián)系，對(duì)凝血過(guò)程起反饋性作用；

(4).凝血過(guò)程受TPPI和其他抗凝蛋白調(diào)節(jié)。[凝血現(xiàn)代觀點(diǎn)圖]凝血系統(tǒng)中的抑制因子與凝血調(diào)控

這類蛋白通過(guò)其抗凝活性，在凝血過(guò)程的不同階段，對(duì)凝血發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，主要成員如下表：血小板在凝血過(guò)程中的作用

在正常循環(huán)血液中，血小板處于靜息狀態(tài)，而在某些生理狀態(tài)或病理狀態(tài)下，血小板被激活（activation）：變形(圓盤形→球形、表面伸展、形成偽促）。粘附(粘著在非血小板表面)

聚集(血小板之間的粘著)

釋放(顆粒內(nèi)容物釋放到細(xì)胞周圍、對(duì)稱分泌)。生理性激活：血管受到損傷后，血小板被激活，粘附于受損部位于凝血系統(tǒng)相互作用，并與纖維蛋白一起形成止血栓子。病理性激活：外源性物質(zhì)或內(nèi)源性代謝產(chǎn)物，或內(nèi)源性介質(zhì)釋放等均可作為刺激物使血小板激活，導(dǎo)致血栓生成。

與凝血系統(tǒng)相互作用：凝血因子Ⅱα激活血小板，血小板提供了P凝血系統(tǒng)中心環(huán)節(jié)反映賴以進(jìn)行的磷脂表面。[在血小板磷脂膜上的凝血系統(tǒng)反應(yīng)圖]pg48圖纖維溶解系統(tǒng)的作用當(dāng)機(jī)體損傷時(shí)，只要有一小粒凝血塊形成，就會(huì)有一小部分血漿纖溶酶原同凝血塊上的纖維蛋白結(jié)合，纖溶過(guò)程就會(huì)發(fā)生，并且足以對(duì)后續(xù)的生理性纖溶產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致止血機(jī)制的破壞。幸而與纖溶系統(tǒng)同時(shí)存在的還有抗纖溶系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)處于平衡調(diào)節(jié)之中。

凝血過(guò)程的模型化研究歷史與現(xiàn)狀

凝血瀑布機(jī)制的提出為使用數(shù)學(xué)方法研究凝血問(wèn)題提供了良好的生化模型。因此，僅僅在瀑布學(xué)說(shuō)提出兩年，Levine就利用酶促動(dòng)力學(xué)，對(duì)1964年Davine提出的酶反應(yīng)模式圖建立了線性模型。通過(guò)線性微分方程組對(duì)凝血機(jī)制中各因子的變化作動(dòng)態(tài)描述。進(jìn)一步結(jié)合數(shù)學(xué)定理分析與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，對(duì)凝血系統(tǒng)的解的局部與全局性態(tài)進(jìn)行研究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)或病理、生理結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析。這一方法已經(jīng)取得了一系列與實(shí)驗(yàn)及臨床相符的結(jié)論。[線性化模型][非線性模型與動(dòng)力學(xué)分析][計(jì)算機(jī)模擬工作][關(guān)于血小板作用在模型中的考慮]線性模型的發(fā)展Levine于1966年提出的酶促動(dòng)力學(xué)用一組微分方程對(duì)Davine提出的酶級(jí)反應(yīng)圖加以研究，但忽略了反饋的作用，所以此微分方程組為簡(jiǎn)單的，線性的。對(duì)凝血瀑布機(jī)制的第i階段，設(shè)酶原yi的初值yi0被前一階段活化形式y(tǒng)ia以固定的速度yi轉(zhuǎn)化，Ki表示活化形式衰減速度，并假設(shè)ki≠Ki，記yi′為衰減形式的集結(jié)物，且假定這一過(guò)程在第N階段終止。反應(yīng)序列圖表示如下：

假設(shè)第一個(gè)因子y1是在刺激終止后經(jīng)過(guò)時(shí)間δt=α之后被激活，則描述此系統(tǒng)的微分方程如下：

其中U(t)是單位步長(zhǎng)函數(shù)，[U(t)-U(t-α)]

是持續(xù)時(shí)間α的單位脈沖，若考慮到對(duì)初值yi0，酶原yi保持常量這一線性情形，給出方程組的一般解如下：對(duì)第P步：從中看出速率常數(shù)或初始條件的很小的改變即可對(duì)整個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。外源性凝血瀑布機(jī)制非線性動(dòng)力學(xué)模型的建立

針對(duì)凝血模式中存在著正反饋環(huán)路，而反應(yīng)的凝血因子常常是多種因子的聯(lián)合作用，1989年,Khamin,M.A.和Semenov,V.V.首先對(duì)外源性凝血的瀑布機(jī)制建立了非線性模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了定態(tài)穩(wěn)定性分析，得到了與生化理論先相一致的外源性凝血的基本特征：外部刺激強(qiáng)度必須超過(guò)一個(gè)閾值，凝血瀑布機(jī)制才能啟動(dòng)且問(wèn)頂穩(wěn)定運(yùn)行。此模式圖與前相比，很重要的一點(diǎn)在于增加了因子II與因子V之間的正反饋環(huán)路，對(duì)此環(huán)路，建立非線性模型如下：其中K4，Kα，H4為動(dòng)力學(xué)常數(shù)。(H4是凝血酶的消散常數(shù)).

根據(jù)同樣的假設(shè),描述此外源性途徑的微分動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)為:其中Kn是第n步反應(yīng)速率常數(shù),是第n步反應(yīng)消散常數(shù),α是刺激強(qiáng)度.利用Tikhonov定理,此系統(tǒng)可被簡(jiǎn)化加以討論.

令

則存在一個(gè)非零平衡點(diǎn),此時(shí)零平衡點(diǎn)不穩(wěn)定.只有這時(shí)外源凝血系統(tǒng)具有級(jí)聯(lián)放大功能.數(shù)學(xué)模型—計(jì)算機(jī)對(duì)那些過(guò)程的模擬

利用數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)并利用模型分析和給出預(yù)測(cè)結(jié)果已成為許多生化學(xué)家和實(shí)驗(yàn)工作者的研究方法。例如：KennethC.Jones和KennethG.Mann建立了外源性凝血機(jī)制的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬Lawson.J.H等的凝血過(guò)程實(shí)驗(yàn),得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符合,并得到了實(shí)驗(yàn)所不能得到的結(jié)論.

模型涉及到的反應(yīng)如下:按照酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制,對(duì)上面反應(yīng)建立微分方程組如下:我們的工作基礎(chǔ)孟大志與金有豫的課題組在中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金及北京市自然科學(xué)基金的支持下開(kāi)展了凝血過(guò)程的模型化研究。通過(guò)使用非線性動(dòng)力系統(tǒng)的方法對(duì)凝血系統(tǒng)模型進(jìn)行分析，取得了一批有意義的結(jié)果。主要包括以下幾個(gè)方法[啟動(dòng)閾值與高凝態(tài)病理的預(yù)測(cè)][序結(jié)構(gòu)分析方法][周期解與凝血的動(dòng)力學(xué)病][血小板與凝血系統(tǒng)相互作用的宏觀—微觀模型][模型化與實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合]凝血模型對(duì)啟動(dòng)閾值與高凝態(tài)病理的預(yù)測(cè)外源性凝血模型的模式圖為：圖中正反饋環(huán)路Q仍用Semenov的描述方法：Ki，Hi的意義同上，β為外源性刺激強(qiáng)度，在臨床上對(duì)應(yīng)著高凝態(tài)病理，通過(guò)對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出了以下結(jié)論：

Ⅰ)系統(tǒng)的起動(dòng)需要一個(gè)閾值，反饋強(qiáng)度決定起動(dòng)閾值。

Ⅱ)刺激強(qiáng)度有一個(gè)允許寬度,此允許寬度與反饋Q的功能強(qiáng)度同增同減過(guò)強(qiáng)的反饋將導(dǎo)致凝血概率增加,反之則出現(xiàn)凝血障礙.Ⅲ)凝血系統(tǒng)有一定的自調(diào)節(jié)功能.討論

1K(1)—K(2)參數(shù)空間中凝血因子(包括抑制性因子)的缺因子曲線在坐標(biāo)上的位置,在正常生理參數(shù)值范圍內(nèi)能正常地反應(yīng)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)的順序.即正確反應(yīng)酶與產(chǎn)物的關(guān)系,且初始刺激強(qiáng)度的改變不改變這種序結(jié)構(gòu).2K(1)—K(2)參數(shù)空間中兩條缺因子曲線的接近往往反應(yīng)了這兩個(gè)因子之間具有相近的反應(yīng)特征,這在酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)中說(shuō)明這兩個(gè)因子的相互制約或密切合作.在上圖中可見(jiàn)Ⅶ缺乏曲線與Ⅹ缺乏曲線接近,事實(shí)上這反應(yīng)了Ⅶα與Ⅹα常常以復(fù)合物的方式參與反應(yīng).3在TFPI負(fù)反饋參與的級(jí)聯(lián)反應(yīng)中,隨著TFPI的增長(zhǎng)率提高,上圖中反應(yīng)出Ⅶα與Ⅹα線從正常順序到兩條線接近,重合,進(jìn)而呈現(xiàn)相反的順序,這反應(yīng)了在負(fù)反饋?zhàn)饔弥蠺FPI與Ⅹα復(fù)合物對(duì)Ⅶα與組織因子復(fù)合物的抑制在加強(qiáng),最終達(dá)到比Ⅶα對(duì)Ⅹα的激活更強(qiáng)的地位..這一分析與實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的TFPI的抑制機(jī)理吻合.4無(wú)論蛋白C的增長(zhǎng)速率如何改變,對(duì)外源性凝血的序結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變,而且上圖看出TFPI在V曲線上方,APC線在V曲線下方,這不僅符合抑制劑的序結(jié)構(gòu).當(dāng)?shù)鞍證增長(zhǎng)速率較小時(shí),APC線與V曲線十分接近,而當(dāng)?shù)鞍證增長(zhǎng)速率較大時(shí)APC線更加接近II線.這說(shuō)明當(dāng)抑制增長(zhǎng)時(shí),APC由IIα的激活作用在負(fù)反饋環(huán)路中占據(jù)更主要的作用生理振蕩乃至生理節(jié)律對(duì)于生命是至關(guān)重要的從60年代Reimann和Richter系統(tǒng)地討論了人類疾病的振蕩現(xiàn)象至今，在生命系統(tǒng)的各個(gè)層次中均發(fā)現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象以至周期性的節(jié)律。生物體中各種振蕩現(xiàn)象不僅已經(jīng)被人們理解為生命過(guò)程的必然與本質(zhì)，而且已經(jīng)被用于疾病的診斷與治療，動(dòng)力學(xué)病（dynamicaldiseases）的已經(jīng)就是一個(gè)典型事例。在血液學(xué)領(lǐng)域中，最早用模型化方法研究振蕩現(xiàn)象的當(dāng)屬70年代Macke，Class白細(xì)胞生成控制的研究．周期解與凝血?jiǎng)恿W(xué)病的預(yù)測(cè),首次發(fā)現(xiàn)在凝血系統(tǒng)中的振蕩現(xiàn)象,并且利用非線性動(dòng)力學(xué)模型化方法的數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)存在周期性的穩(wěn)態(tài)解.其中一種高維動(dòng)力系統(tǒng)極限環(huán)的存在性已經(jīng)得到數(shù)學(xué)證明.1蛋白C抑制所產(chǎn)生的生理節(jié)律存在蛋白C抑制負(fù)反饋的凝血中心環(huán)節(jié),可以用如下微分方程組表示初始刺激β與APC的增長(zhǎng)速率常數(shù)K5的不同參數(shù)值,動(dòng)態(tài)分解為吸引子,周期解類形如下表其中周期解如圖2組織因子抑制劑所產(chǎn)生的生理節(jié)律組織因子途徑抑制劑(TFPI)對(duì)于外源凝血系統(tǒng)的作用,可用如下微分方程組表示:通過(guò)數(shù)值模擬,系統(tǒng)(2)的動(dòng)態(tài)解與初始刺激β與TFPI的增長(zhǎng)參數(shù)K4之間關(guān)系由下表表示3討論

(1)對(duì)于蛋白C與TFPI參與的外源途徑凝血?jiǎng)恿ο到y(tǒng),隨時(shí)間發(fā)展均以振蕩方式趨于系統(tǒng)穩(wěn)定的終態(tài)。從而可以看出，振蕩是凝血過(guò)程的基本的與本質(zhì)的特征。

（2）在生理狀態(tài)的較寬的參數(shù)范圍內(nèi)，無(wú)論是有蛋白c的抑制作用，還是有TFPI的抑制作用，動(dòng)態(tài)解均存在穩(wěn)定的周期解委其終態(tài)。從而提示，人體的凝血系統(tǒng)生理上呈周期振蕩，這將對(duì)診斷與治療提供新思想。（3）由于在未加入抑制時(shí)，外源性凝血系統(tǒng)的數(shù)值模擬未呈振蕩態(tài)，因此可以認(rèn)為振蕩解與周期節(jié)律的存在是由于抑制負(fù)反饋與凝血的中心正反饋相互作用的結(jié)果。

微觀—宏觀模型初步由于血小板與凝血系統(tǒng)的相互作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面

1.因子Ⅷα-Ⅸα-Cα++激活X以及Ⅹα-Ⅴα-Cα++激活Ⅱ均需在血小板的磷脂膜表面上進(jìn)行.2.活性的Ⅱα激活血小板,使血小板釋放、黏附與聚集與纖維蛋白纏裹形成血栓。這是一個(gè)正反饋過(guò)程：Ⅱα激活血小板使單位積極的溶液中磷脂表面增多，進(jìn)而促進(jìn)了Ⅱα的產(chǎn)生完成了Ⅹα-Ⅴα在磷脂膜上的計(jì)算機(jī)模擬，使用分子的布朗運(yùn)動(dòng)模型。將模擬的結(jié)果Ⅱα的生成速率代入宏觀凝血?jiǎng)恿ο到y(tǒng)模型中，發(fā)現(xiàn)有周期性解進(jìn)一步研究的方向與課題1.“高凝態(tài)”預(yù)測(cè)的臨床可測(cè)試指標(biāo)。2.凝血