从生物力学角度简单认识血小板

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什么是血小板?

血小板是血栓与止血过程中的明星成员,其是血液中从巨核细胞中脱落的无核、小(2-4 μm)且短寿命(7-10 d)的循环细胞,在健康个体血液中,血小板含量一般维持在 150-450×10⁹ 个/升,通过形成血凝块来发挥止血功能,它们通过在血管受损处形成堵塞物来实现止血功能,与纤维蛋白原聚合并形成稳定的血栓。在血管受损时,血小板迅速响应并激活,它们之间通过纤维蛋白原和其它粘附分子相互连接,形成血小板塞。随后,血小板活化产生收缩力,并通过交联纤维蛋白纤维传播,显著减少血栓体积。这种体积的减少,也称为血栓收缩,对于有效止血、伤口愈合以及恢复受损血管周围血流至关重要。

然而,血栓的机械特性,如其硬度和弹性,也受到血流动力学中机械力的影响,包括剪切应力和血小板自身产生的收缩力。这些特性对于生理过程如止血和血栓形成至关重要,而异常的机械特性可能导致血小板异常活化和功能障碍。如感染性疾病中, SARS-CoV-2 病毒会结合血小板上的血管紧张素转换酶2,活化血小板,释放凝血因子、分泌炎症细胞因子、形成血小板-白细胞聚集体,令其黏附在内皮细胞上导致血栓形成,从而导致血小板收缩力增大。心脏病患者的血凝块比健康受试者更坚硬且抗降解,而血友病等出血性疾病患者的血凝块比健康受试者柔软且容易降解。故而血小板机械特性有望作为表征疾病状态的标志物。血小板是血凝块收缩的驱动因素,由此产生的血凝块力学表现为出血和凝血障碍、中风、冠状动脉疾病、哮喘等疾病。与此同时,研究人员已经确定了凝块力学与各种临床疾病之间的联系,如急性缺血性中风、哮喘和凝血因子缺乏症等疾病中,全血凝块收缩受损,凝血酶生成,血小板作用降低。然而,一旦缺乏因子恢复,血小板收缩力就会以剂量依赖性方式增加。

血管损伤后血小板功能 图源网络 

如何评估血小板的生物力学特性?

针对于血液凝固、血小板收缩力以及血液凝块的生物物理特性评估的检测手段多样,可以归类为宏观(bulk)检测、微观(micro)检测和单细胞(single-cell)检测。

宏观检测手段(Bulk Clot Assays)包括整体凝血块收缩测定、整体凝血块力测定、流变仪、血栓弹力图和声波凝血分析仪;流变仪、血栓弹力图通过粘弹性来评估血凝块的形成和弹性,其余则是通过收缩力变化。这些方法适合于快速评估和临床应用,可以准确测量凝血块的收缩力,有助于理解血小板在凝血块收缩中的作用,但可能需要复杂昂贵的设备。

微观检测手段(Micro-Assays)包括微型血块收缩测定仪和微柱牵引力显微镜,其皆可以测量血小板收缩力,前者适合全血,用血量少,设备便宜,适合于临床快速检测;后者适合测量单个血小板的力。

单细胞检测手段(Single Platelet Assays)包括水凝胶牵引力显微镜、原子力显微镜以及血小板收缩细胞计,其都可以测量单个血小板收缩力,适合研究血小板的异质性。微观检测手段和单细胞检测手段则提供了更详细的生物力学信息,有助于深入理解血小板行为和疾病机制

生物力学方法为临床医生提供了新的工具,用以评估和监测血小板功能,以及血液凝固和血栓形成过程。例如,通过测量血小板的收缩力,医生可以更好地诊断和预测患者的出血风险,以及对特定治疗的反应。不仅丰富了我们对血小板生物学的认识,而且为开发新的治疗策略提供了可能。未来的研究将进一步探索血小板生物力学特性在疾病发展中的角色,以及如何利用这些特性来改善临床治疗结果,为患者带来更好的健康预后。随着技术的不断进步,我们有望实现更加精确和个性化的血液疾病诊断和治疗。

*文章仅为分享医工交叉领域前沿技术及动态,无任何利益关系。如涉及版权问题,请联系我们删除。

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编辑 | 邹海达

内容 | 王树彤

审核 | 医工学人理事会

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