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第十八章 血液生化
血液是一种具有粘滞性的循环于心血管系统中的流动组织。它与淋巴液、组织间液一起组成细胞外液，是体液的重要部分。成年人血液总量约占体重的8％左右，婴幼儿比成人血容量大。若一次失血少于总量的10％，对身体影响不大，若大干总量的20％以上，则可严重影响身体健康，当失血超过总量的30％时将危及生命。
血液在沟通内外环境及机体各部分之间、维持机体内环境的恒定及多种物质的运送、免疫、凝血和抗凝血等方面都具有重要作用。同时由于血液取材方便，通过血中某些代谢物浓度的变化，可反映体内的代谢或功能状况，因此与临床医学有着密切的关系，
第一节 血液的组成及其化学成分和功能
一、血液的组成
血液 (全血)(blood)是由液态的血浆与混悬在其中的红细胞、白细胞、血小板等有形成分组成. 正常人血液的pH为7. 35-7. 45，比重为1.050-1.060，比重的大小取决于所具有形成分和血浆蛋白质的量，血液的粘度为水的4—5倍，37℃时的渗透压为6.8个大气压。离体血液加适当的抗凝剂后离心使有形成分沉降，所得的浅黄色上清液为血浆(plasma)，约占全血体积的55％-60％．如离体血液不加抗凝剂任其凝固成血凝块后所析出的淡黄色透明的液体即为血清(serum)。在临床医疗工作中，经常要采用全血、血浆、血清三种血液标本，它们的重要区别及制备方法是：
全血=血浆+有形成分(制备时需加抗凝剂)
血浆=全血—有形成分(制备时需加抗凝剂，全血样品离心后吸取上层清液)
血清=全血—有形成分—纤维蛋白原
=血浆—纤维蛋白原(制备时无需加抗凝剂)
血浆与血清的重要区别在于参与血液凝固的成分在量和质上的区别。
二、血液的化学成分
正常人血液化学成分可简要概括为下列三类：
(一) 水: 正常人全血含水约81％一86％，血浆中含水达93％--95％。
(二)气体:氧、二氧化碳、氮等。
(三)可溶性固体:分为有机物与无机盐两大类。其中有机物涉及：蛋白质(血红蛋白、血浆蛋白质及酶与蛋白类激素)、非蛋白含氮化合物、糖及其他有机物和维生素、脂类(涉及类固醇激素)。无机物重要为各种离子如Na+，K+,CL- -等。
三、血液非蛋白含氮化合物
血液中除蛋白质以外的含氮物质，重要是尿素(urea)、尿酸(uric acid)、肌酸(creatine)、肌酐(creatinine)、氨基酸、氨、肽、胆红素(bilirubin)等，这些物质总称为非蛋白含氮化合物而这些化合物中所含的氮量则称为非蛋白氮(non-protein-nitrogen，NPN)，正常成人血中NPN含量为143--250mmol/L这些化合物中绝大多数为蛋白质和核酸分解代谢的终产物，可经血液运送到肾随尿排出体外。当肾功能障碍影响排泄时会导致其在血中浓度升高，这也是血中NPN升高最常见的因素。此外，当肾血流量下降，体内蛋白质摄入过多，消化道出血或蛋白质分解加强等也会使血中NPN升高，临床上将血中NPN升高称之为氮质血症。
尿素是非蛋白含氮化合物中含量最多的一种物质，正常人尿素氮(blood-urea-nitrogen，BUN),含量占血中NPN总量的l/2-1／3，故临床上测定血中BUN与测定NPN的意义基本相同
尿酸是体内嘌呤化合物分解代谢的终产物，当机体肾排泄功能障碍或嘌呤化合物分解代谢过多如痛风、白血病、中毒性肝炎等疾病均可使血中尿酸升高。
肌酸是肝细胞运用精氨酸、甘氨酸和S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为原料而合成的(图18-1)，重要存在于肌肉和脑组织中，正常人血中含量为228．8—533．8μmol/L，肌酸和ATP反映生成磷酸肌酸是体内ATP的储存形式。肌酐是由肌酸脱水或由磷酸肌酸脱磷酸脱水而生成且反映不可逆。因此它是肌酸代谢的终产物，正常人血中肌酐的含量为88 4～176．8μmol／L，肌酐所有由肾排泄，且食物蛋白质的摄入量不影响血中肌酐的含量，故临床检测血肌酐含量较尿素更能对的地了解肾功能。
正常血氨浓度为5．9—35．2umol／L，氨在肝中合成尿素，当肝功能障碍时，血氨升高，血中尿素含量则下降。
第二节 血浆蛋白质
一、 血浆蛋白质的含量及分类
血浆中除水分外含量最多的一类化合物就是血浆蛋白质，正常人含量为60～80g／L，是多种蛋白质的总称。按不同的分离方法可将血浆蛋白质分为不同组分，如用盐析法可将其分为白蛋白(a1bumin)、球蛋白(globulin)和纤维蛋白原(fibrinogen)。正常人白蛋白(A)含量为35—55g／L，球蛋白(G)为10一30g／L，白蛋白与球蛋自的比值(A／G ratio)为1.5—2.5。用电泳法则可将血浆蛋白质分为不同的组分，如用简便快速的醋酸纤维薄膜可分为白蛋白、α1球蛋白、α2球蛋白、β球蛋白和γ球蛋白，用分辨率更高的聚丙烯酰胺疑胶电泳或免疫电泳则可提成更多组分，目前已分离出百余种血浆蛋白质。
按不同的来源则将血浆蛋白质分为两大类。一类为血浆功能性蛋白质．是由各种组织细胞合成后分泌入血浆，并在血浆中发挥其生理功能。如抗体、补体、凝血酶原、生长调节因子、转运蛋白等。这类蛋白质的量和质的变化反映了机体代谢方面的变化；另一类则是在细胞更新或遭到破坏时溢入血浆的蛋白质。如血红蛋白、淀粉酶、转氨酶等．这些蛋白质在血浆中的出现或含量的升高往往反映了有关组织的更新、破坏或细胞通透性改变。
血浆功能性蛋白质多具有以下几个共同特点：
1．除γ球蛋白是由浆细胞合成，少数是由内皮细胞合成，大多数血浆蛋白质是由肝细胞合成的。
2．一般是由粗面内质网结合的核糖体合成的，先以蛋白质前体出现，经翻译后的修饰加工如信号肽的切除、糖基化、磷酸化等而转变为成熟蛋白。血浆蛋白质自肝脏合成后分泌入血浆的时间为30分钟到数小时不等。
3．几乎都是糖蛋白，具有N或O连接的寡糖链，根据其含糖量的多少可分为糖蛋白（glycoprotein）和蛋白多糖(proteoglycan)。糖蛋白中糖的含量<40％。蛋白多糖中含糖量可达90％一95％，现认为糖蛋白中的糖链具有许多重要的作用，如血浆蛋白质合成后的定向转移；细胞的辨认功能，此外糖链还可使一些血浆蛋白质的半寿期延长。
4．多种血浆蛋白质如运铁蛋白、铜兰蛋白、结合珠蛋白等都具有多态性，这对遗传研究及临床工作有一定意义。
在一些组织损伤及急性炎症时，某些血浆蛋白质的含量会升高，这些蛋白质称为急性时相蛋白质（acute phase protein,APP），涉及C-反映蛋白、a1 抗胰蛋白酶、结合珠蛋白、a1 酸性蛋白和纤维蛋白原等。白细胞介素-1是单核吞噬细胞释放的一种多肽，它能刺激肝细胞合成许多急性时相蛋白。这些急性时相蛋白在人体炎症反映时发挥一定的作用，如a1 抗胰蛋白酶能使急性炎症反映时释放的某些蛋白酶失活。但是有些蛋白质如白蛋白与转铁蛋白则在急性炎症反映时含量下降。
二、血浆蛋白质的重要生理功能
(一)调节血浆胶体渗进压和pH
血浆胶体渗透压是由血浆蛋白质产生，其大小取决于蛋白质的浓度和分子大小。白蛋白是血浆中含量最多的蛋白质，正常人含量为35-55g／L，分子量约为68，500(多数血浆蛋白质的分子量为16万-18万之间)，含585个氨基酸，等电点为4.7。血浆胶体渗透压中75％是由白蛋白产生，故白蛋白的重要功能是维持血浆胶体渗透压。清蛋白是由肝合成，成人每日每公斤体重合成约120--200mg。占肝脏合成分泌蛋白质总量的50%。临床上血浆白蛋白含量减少的重要因素是：合成原料局限性(如营养不良等)；合成能力减少(如严重肝病)；丢失过多(肾脏疾病，大面积烧伤等)；分解过多(如甲状腺功能亢进、发热等)。白蛋白含量下降，导致血浆胶体渗透压下降，使水分向组织间隙渗出从而产生水肿。
正常人血液pH在7．35--7．45，血浆大多数蛋白质的pI在pH 4--6之间，血浆蛋白质可以弱酸或部分以弱酸盐的形式存在，组成缓冲对参与维持血液pH的相对恒定。
(二)运送功能
血浆中那些难溶于水或易从尿中丢失，易被酶破坏及易被细胞摄取的小分子物质，往往与血浆中一些蛋白质结合在一起运送，这些蛋白质通过专一性结合不同的物质而有不同的作用。①结合运送血浆中某些物质到作用部位，防止经肾随尿排泄而丢失。②运送难溶于水的化合物。如类固醇、脂类、胆红素等与白蛋白、载脂蛋白(见脂类代谢)、类固醇结合球蛋白(CBG)甲状腺素结合球蛋白（TBG）等结合运送。结合运送某些药物具有解毒和促进排泄的功能。④对组织细胞摄取被运送物质起调节作用。
(三)免疫功能
机体对入侵的病原微生物可产生特异的抗体，血液中具有抗体作用的蛋白质称之为免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)，由浆细胞产生，电泳时重要出现于γ球蛋白区域，Ig能辨认并结合特异性抗原形成抗原抗体复合物，激活补体系统从而消除抗原对机体的损伤。Ig 分为五大类即IgG、IgA、IgM、IgD及IgE，它们在分子结构上有一共同特点即都有一四链单位构成单体，每个四链单位由两条相同的长链又称为重链(heavy chain，H链)和两条相同的短链又称为轻链{1ight chain，L链}组成。其中IgG、lgD、IgE均为一个四链单位组成(单体)，IgA是二聚体，IgM则是五聚体，H链由450个氨基酸残基组成，L链由210—230个氨基酸残基组成，链与链之间以二硫键相连。
补体(complement)是血浆中存在的参与免疫反映的蛋白酶体系，共有11种成分，抗原抗体复合物可激活补体系统，成为具有酶活性的补体或数个补体构成的活性复合物从而杀伤靶细胞、病原体或感染细胞。
(四)凝血与抗凝血功能 ·
多数凝血因子和抗凝血因子属于血浆蛋白质，且常以酶原形式存在，在一定条件下被激活后发挥生理功能(见本章第三节)。
（五） 营养作用
三、血浆酶类
血浆蛋白质中还涉及一些具有酶活性的蛋白质，按其来源与作用不同可分为两类。
(一)血浆功能性酶
(二 ) 血浆非功能性酶
这类酶在细胞内合成并存在于细胞中，正常人血浆中含量极低，基本无生理作用。按其作用部位分为下列两类：
1．细胞酶 存在于细胞中并在其中发挥作用，当细胞在生理病理情况下其细胞膜的通透性改变或细胞损伤时逸入血浆，它们在血浆中虽无生理作用但却有临床诊断价值，特别是一些组织特有的酶在血浆中含量的变化有助于判断该组织的病变。
2．外分泌酶 外分泌腺分泌的酶。如淀粉酶、脂肪酶、碱性磷酸酶等，正常时仅少量逸入血浆，但当腺体病变时，进入血浆的量增多。如急性胰腺炎时血浆中淀粉酶含量明显增多。
第三节 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映学说(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映过程。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尚未完全清楚。
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<prekallikren，PK)。近年来有学者主张因子I到因子Ⅳ采用同义名称即分别为纤维蛋白原({ibrinogen}、疑血酶原(prothrombin)、组织因子(tissue factor)和钙离子，因子V至因子Ⅷ用罗马数字表达。凝血因子中除因子Ⅳ为无机钙离子外，其余为蛋白质；除因子Ⅲ是组织细胞合成并存在于全身各组织中的脂蛋白外，其余重要是肝合成并存在于血浆中的糖蛋白，故当肝功能障碍时可导致凝血因子合成减少从而影响凝血过程。此外除因子I为纤维蛋白原，因子Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅷ、HMWK为辅因子外，其余均以酶原形式存在，凝血时需相继激活后才干发挥作用(在其编号的右下角加a。为活性形式)，凝血因子的部分特性见表18-1
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
涉及因子II、VII、IX、X。它们的共同特点是在其氨基末端具有数量不等的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则被硫辛酸还原而反复运用。
双香豆素类抗凝药物华法林钠（warfarrin sodium）能克制该步反映，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映的进行。若缺少维生求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。因缺少维生索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
涉及因子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同样，都以Ser为酶的活性中心基团，在其周边均有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，形成连锁反映，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映过程，有明显的放大效应。
近年来的研究表白，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
同样的作用，并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，它们所催化的反映多需要Ca2+、磷脂和某些蛋白质辅因子参与。
(三)辅因子
涉及因子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，可促使反映加速进行。 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缺少称之为血友病，因子Ⅷ缺少称之为血友病A(haemophilia A);因子Ⅸ缺少则称之为血友病B(haemophilia B)，均是X连锁遗传性疾病，大多余现皮肤粘膜出血，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克制疑血过程而结识到的。现已明确Ca2+参与多步凝血反映过程，重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，完毕凝血过程。
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映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通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重要途径.
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所有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，这一反映需Ca2+参与，因子 VIII是辅因子，能使IXa对因子X的激活反映速度提高约数千倍，且在磷脂的存在下，可使底物的Km减少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个月才干完毕。但临床上却观测到先天性缺少因子XII、PK及HMWK的患者都无出血症状，提醒在体内由XII激活而启动生理性凝血过程的作用是及其微小，相反XII和激肽系统重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互相关联。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。
（一） 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。
1， 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，具有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自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，此外，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便不久和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，重要涉及凝血酶的生成和纤维蛋白形成两个阶段。
1． 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是辅因子可使反映加速数万倍。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。
2． 纤维蛋白的形成与交联
这—过程涉及纤维蛋白单体的形成、聚合及纤维蛋白的交联。
(1) 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 表达（图18-5）
(2) 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作用才干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，完毕凝血过程。
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助于结合许多凝血因子，使其在局部的浓度增长，从而使酶促级联式反映速度加快。如在Xa-Ca2+-V与磷脂形成的复合物中，Xa的浓度比周边介质中增长6万倍，因而有助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，重要是由于心血管内膜光滑完整，凝血因子一般处在非活化状态，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，重要有抗凝血酶 Ⅲ (antithrombinⅢ，AT-Ⅲ)、肝素(heparin)、蛋白C与蛋白S及组织因子途径克制物(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完毕的，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克制作用，肝素还可克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克制凝血酶的效率。
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(active protein C，APC)．具有明显的抗凝作用，重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。
组织因子途径克制物是由血小板、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，克制Ⅶa-Ca2+—Ⅲ复合物的活性，并还能直接克制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，纤溶系统还涉及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．如图18-8所示。
(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，它重要是由肝合成，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。纤溶酶的重要激活途径有以下三条：
1．内激活途径 重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余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长t-PA的释放。u-PA则是50年代发现，重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 重要是指由链激酶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。
活化的纤溶酶重要作用为：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，但重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克制剂，因此FDP具有抗凝作用。
(三)纤溶克制物： 纤溶克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．纤溶酶原激活物的克制物(plasminogen activator inhibitor，PAl) 重要作用是与t-PA或u-PA形成复合物使其失活从而克制纤溶酶原的激活。
2．纤溶酶的克制剂 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克制纤溶酶原激活而达成止血作用。
凝血与纤溶，纤溶激活与纤溶克制，凝血与抗凝血，是正常人体内存在的互相联系、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缺少、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．可导致凝血障碍，临床出现出血症状；当心血管内膜受损触发凝血反映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。
弟四节 血细胞代谢与铁代谢
一、红细胞代谢
哺乳类动物在成熟过程中要经历一系列的形态和代谢的改变。早幼红细胞具有分裂繁殖的能力，细胞中具有细胞核、内质网、线粒体等细胞器，与一般体细胞同样，具有合成核酸和蛋白质的能力，可进行有氧氧化获得能量。到网织红细胞已无细胞核，不能进行核酸的生物合成，但尚含少量的线粒体与RNA，仍可合成蛋白质。成熟红细胞除细胞膜外，无其他细胞器结构，因此不能进行核酸和蛋白质的生物合成，以酵解为重要供能途径， 所产生的能量维持红细胞膜和血红蛋白的完整性及正常功能，使红细胞在冲击、挤压等机械力和氧化物的影响下仍能保持活性。此外，在酵解过程中还可产生一种高浓度的小分子有机磷酸酯-2，3二磷酸甘油酸(2，3-DPG)，井通过它对血红蛋白的携氧功能进行调节。
红细胞中最重要的成分是血红蛋白(hemogobin，Hb)是血液运送氧气和二氧化碳的物质基础。血红蛋白是由珠蛋白和血红素 (heme)缔合而成，血红素是含铁的卟啉化合物，如图18-11所示，
卟啉由四个吡咯环组成，铁原子位于其中，由于血红素有共轭结构，性质较稳定。除此之外，血红素也还是细胞色素的辅基，有重要的生理功能。此外，铁是血红素等物质的重要组成成分，它在体内也有特殊的代谢规律，故将在此作扼要介绍。
(一)血红素的生物合成
核素示踪实验表白．血红素合成的原料是琥珀酰辅酶A、Gly和Fe2+。重要在有核红细胞和网织红细胞中合成，合成的起始和终末阶段在线粒体中进行，中间过程则在胞液中进行。合成过程如下：
1、 δ-氨基—γ-酮基戊酸的生成 在线粒体内，一方面由琥珀酰辅酶A与Gly缩合成δ-氨基—γ-酮基戊酸（δ-amino levulinic acid，ALA），催化此反映的酶是ALA合成酵，辅酶是磷酸吡哆醛。该酶受血红素的反馈调节， 是血红素合成的限速酶。
2 色素原的生成 在胞液中，2分子ALA在ALA脱水酶催化下，脱水缩合成1分子胆色素原(原称卟胆原，porphobilinogen，PBG)。ALA脱水酶含琉基，对铅等重金属敏感。
3．尿卟啉原Ⅲ及粪卟啉原Ⅲ的生成 在胞液内，4分子胆色素原在尿叶琳原I合成酶催化下脱氨缩合成1分子线状四吡咯，再在尿卟嘛原Ⅲ同合成酶作用下生成尿卟啉原Ⅲ。
4，血红素的生成 胞液中生成的粪卟啉原Ⅲ再进入线粒体，经氧化脱羧酶催化，使其2，4位两个丙酸基(P)氧化脱羧变成乙烯基(V)，从而生成原卟啉原Ⅸ。再由氧化酶催化，使其4个连接吡咯环的甲烯基氧化为甲炔基，则变为原卟啉Ⅸ(protophorphyrin Ⅸ)。通过亚铁螯合酶(ferrochelatase)又称血红素合成酶的催化，原卟啉Ⅸ与Fe2+结合，生成血红素， 如图18-11所示。铅等重金属对亚铁螯合酶也有克制作用。血红素生成后从线粒体转运到胞液，在骨髓的有核红细胞及网织红细胞中与珠蛋白结合为血红蛋白。正常人天天约合成6克血红蛋白，相称于210mg血红素。
血红素合成受多种因素的调节，重要有：
(1)血红素对ALA合成酶有反馈克制作用。一般情况下，血红素合成后能迅速与珠蛋白结合成血红蛋白，无过多的血红素堆积，但当血红素合成速度大于珠蛋白合成速度时，过量的血红素可被氧化成高铁血红素，后者是ALA合成酶的克制剂，从而导致血红素成速度减慢。但目前认为血红素在体内可与一种阻抑蛋白结合使其转变为具有活性的阻抑蛋白，该蛋白可克制ALA合成酶的合成，由于ALA合成酶的半寿期仅1小时，较易受到酶合成克制的影响，并且认为此种调节发挥重要作用，而血红素对ALA合成酶的负反馈作用则是处在次要地位。
(2)促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)的调节：促红细胞生成素重要是由肾脏生成，是α1球蛋白含166个氨基酸残基的糖蛋白，含糖量30％。促红细胞生成素的生成量受机体对氧的需要及氧的供应情况的影响，当循环血液中红细胞容积减低或机体缺氧时．促红细胞生成素的分泌量增长。其释放入血并到达骨髓，作用于骨髓成红细胞上的受体，与其它的造血因子如白细胞介素-3和胰岛素样生长因子共同促进红细胞的分化与成熟。EPO是红细胞生成的重要调节剂。目前临床上已有运用基因工程方法制造的促红细胞生成素治疗肾脏疾病所引起的贫血。
铁卟啉合成代谢异常而导致卟啉或其中间代谢物排出增多，称为卟啉症(porphyria)。该症有先天性和后天性两大类。先天性卟啉症是由某种血红素合成酶系遗传性缺陷，后天性卟啉症则重要指由于铅中毒或某些药物中毒引起的铁卟啉合成障碍，铅等重金属中毒克制ALA脱水酶和亚铁螯合酶两种酶外，还能克制尿卟啉合成酶。由于ALA脱水酶和亚铁螯合酶对重金属的克制作用极为敏感．因此血红素合成的克制是铅中毒的重要标志。此外亚铁螯合酶还需谷胱甘肽等还原剂的协同作用，如还原剂量减少也会影响血红素的合成。
(3)雄激素睾丸酮在肝内还原生成的β-氢睾酮，能诱导ALA合成酶的合成，从而促进 血红素和血红蛋白的生成。此外，许多药物如巴比妥、灰黄霉素等对ALA合成酶的合成也有诱导作用，这是由于这类化合物代谢需要细胞色素P450,而细胞色素P450 的生成需消耗血红素，使细胞中血红素的下降，故它们对于ALA合成酶的合成具有去阻抑作用。
血红蛋白的合成
血红蛋白中珠蛋白的合成与一般蛋白质相同。珠蛋白的合成受血红素的调节。血红素的氧化产物高铁血红素能克制血红素的生物合成过程，详见蛋白质的生物合成这一章。
(三)叶酸、维生素B12对红细胞成熟的影响
细胞分裂增殖的基本条件是DNA合成。叶酸、维生素B12对DNA合成有重要影响。 叶酸在体内转变为四氢叶酸后作为一碳单位的载体，以N10-甲酰四氢叶酸、N5，N10-甲炔四氢叶酸、N5，N10-甲烯四氯叶酸等形式，参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸的