鈣與生物體損傷的研究進展.doc

鈣與生物體損傷的研究進展摘 要：從鈣的吸收、血鈣的調(diào)節(jié)等方面對鈣的生理作用進行全面闡述，以揭示鈣與疾病及細胞凋亡之間的關(guān)系，通過對低鈣和高鈣引發(fā)的疾病和不良癥狀的描述，闡明了鈣對生物體的影響，同時指出，鈣的一些生理特性關(guān)系到很多疾病的誘因，并且還與細胞凋亡的調(diào)控有一定的關(guān)聯(lián)。關(guān)鍵詞：鈣；疾??；生理作用: described comprehensively the physiological action of calcium from the absorption, the regulation of blood calcium to show the relationship between calcium and disease calcium and cell apoptosis. indicated that the effect of calcium on the body for low calcium and high calcium inducing diseases and other negative symptoms. at last,pointed out that physiological characteristics of the calcium can lead to many diseases and the relationship between calcium and cell apoptosis.key words: calcium;disease;physiological action所有化學物質(zhì)都包含元素，即任何物質(zhì)都包含元素，生物體也是由不同元素組成的，鈣是生物體中的常量元素，在體內(nèi)的含量僅次于碳、氫、氧、氮。元素在維持機體正常生理代謝和病變的發(fā)生中起到了重要作用。適量的鈣對生物體的生長和代謝有重要的作用，但是鈣含量過量時，會造成生物體的損害。禽類痛風研究報道中多見高鈣日糧引起的痛風病例1-2，許多學者認為日糧中過高的鈣被機體吸收后，形成高鈣血癥，體內(nèi)的過高鈣含量可造成腎小管細胞的變性、壞死，并引起腎臟損害2-3，而腎臟損害是家禽發(fā)生痛風的重要環(huán)節(jié)4。1 鈣的代謝情況1.1 鈣的吸收及其影響因素食物中的鈣以3種形式5-6被腸道上皮細胞吸收:第一，當腸腔中的鈣離子濃度較高時被細胞旁路被動轉(zhuǎn)運；第二，細胞內(nèi)吞飲及胞外分泌小體的流動過程；第三，跨過刷狀濾膜直接進入細胞液(在鈣通道開放時)，擴散并與鈣結(jié)合蛋白-d9k結(jié)合，在基底膜側(cè)通過pmca和na+ca2+交換泵的作用被送出細胞，后者使鈣通過細胞被吸收，同時防止細胞內(nèi)鈣的增加。鈣在體內(nèi)是以離子的形式被吸收的，許多的鈣鹽在機體內(nèi)的溶解度較小，而當ph值為56時溶解度較大。動物體的鈣主要來源于食物，但是食物中的鈣不會被完整的吸收與利用。降低鈣吸收的因素有纖維素、草酸、植酸鹽、過量的脂肪，促進鈣的吸收的因素有維生素d、部分氨基酸、乳糖、酸性介質(zhì)7。1.2 血鈣的調(diào)節(jié)情況當動物攝入鈣的含量不足時，會出現(xiàn)生理性的鈣透支，導致血鈣水平下降。當機體內(nèi)血鈣含量下降到一定閾值時，會促進甲狀旁腺分泌甲狀旁腺激素，甲狀旁腺激素具有破骨效應(yīng)，能將骨骼中的鈣調(diào)動出來，用以維持機體血鈣含量的穩(wěn)定。當從食物中攝取的鈣含量升高時，來源于骨骼中的鈣代償會減少，維持機體一個正常的血鈣含量。所以，從食物中攝食的鈣的突然升高或減少，機體自身是會有調(diào)節(jié)的，以保證血鈣的穩(wěn)定。由于骨鈣相對比較穩(wěn)定，所以鈣的調(diào)節(jié)實際上是血鈣的調(diào)節(jié)。血鈣通過3個方面來調(diào)節(jié)：（1）血鈣調(diào)節(jié)的重要器官是腎臟，當動物通過胃腸道攝食的鈣大量增加時，機體血鈣濃度會增高，此時腎臟腎小球濾過鈣會增加，腎小管對鈣的重吸收會減少，尿液中的鈣濃度升高。通過腎臟調(diào)節(jié)后，血鈣濃度會逐漸恢復到正常水平，隨著血鈣的恢復，腎小球濾過和腎小管重吸收作用也逐漸恢復正常，尿液中的鈣濃度也逐漸減少。腎臟調(diào)節(jié)血鈣機制反之亦然8。（2）腸鈣的吸收與排泄對血鈣濃度的調(diào)節(jié)。腸鈣的吸收對血鈣的調(diào)節(jié)實際上是很溫和的，因為腸道對鈣的吸收要經(jīng)歷56 h。動物在采食過程中鈣的攝入不足或腸道對鈣的吸收不良，會直接引起血鈣濃度的下降，大量的腸鈣被吸收也會引起血鈣的濃度上升。同時腸道對鈣的吸收也具有調(diào)節(jié)的功能。當采食中攝入的鈣增加時，腸道對鈣的吸收率會隨著攝入的鈣的增加而降低，以保持血鈣的水平穩(wěn)定，即攝入的鈣與腸鈣的吸收率呈反比9。（3）骨的吸收對血鈣的調(diào)節(jié)作用。骨具有直接調(diào)節(jié)血鈣濃度的作用，并且這種作用要先于甲狀旁腺素（pth）10。當動物機體攝入的鈣不足時，破骨細胞的活性會增強，加強骨的吸收與骨鹽的溶解，把骨庫中大量的骨鈣調(diào)動出來，釋放到血液中，而當機體攝入的鈣含量過量時，這種作用明顯減弱，這些作用都是為了維持血鈣的正常水平。正常情況下動物體鈣攝入量與排泄量是處于動態(tài)平衡的，血鈣水平維持相對的穩(wěn)定，而這依靠于3種激素的協(xié)同作用，即降鈣素、1,25-二羥基鈣化醇（1,25-（oh）2d3）及甲狀旁腺激素。2 鈣的生理作用鈣元素是維持生物機體正常生理功能所必需的大量元素之一，在地殼中的含量位于第五位。生物體內(nèi)鈣的生理作用對維護機體正常生命活動具有舉足輕重的意義，特別是鈣離子，它作為生物體內(nèi)最普遍使用的信號傳導因子，在細胞的分裂、生長、死亡過程中起著重要的作用，調(diào)控著生命的受精、發(fā)育、細胞繁殖、神經(jīng)興奮傳導、細胞死亡11。鈣的生理作用大體有5個方面12-13：（1）鈣能維護血管正常的通透性，鈣離子能使細胞膜和機體內(nèi)毛細血管的通透性降低；（2）鈣離子是凝血過程中的重要因子，鈣離子催化凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟福冈偈估w維蛋白原聚合成纖維蛋白達到血液凝固的作用。許多抗凝血劑也是根據(jù)鈣的這一生理作用設(shè)計的，即加入可與鈣離子相結(jié)合的化學物，減少血液中鈣的含量，使凝血過程中鈣的濃度減少，達到凝血中止的作用。（3）鎮(zhèn)定神經(jīng)和神經(jīng)遞質(zhì)的合成都需要鈣離子的參與，鈣離子對于生物體神經(jīng)肌肉的興奮和神經(jīng)沖動的傳導具有重要的意義，它能降低神經(jīng)肌肉的興奮性。（4）鈣對心肌和骨骼肌具有收縮作用，當神經(jīng)刺激心肌和骨骼肌時，肌漿網(wǎng)中的鈣就游離到肌漿中，鈣離子與肌鈣蛋白結(jié)合，引起肌肉蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，解除肌鈣蛋白及原肌球蛋白的抑制作用，并激發(fā)其atp酶活力，從而啟動骨骼肌和心肌的收縮，使心臟保持連續(xù)交替的收縮與舒張，維持心動的節(jié)律，鉀離子則與心肌的舒張有關(guān)，與鈣離子相拮抗13-14。（5）鈣參與機體內(nèi)許多酶的激活及活性的增強，胞質(zhì)鈣作為信使對細胞各種生理活動都具有很強的調(diào)控效果，細胞內(nèi)鈣離子濃度增大后，與cam結(jié)合，激活多種蛋白酶，完成各種機體的生理活動15。3 鈣缺乏或過量與疾病的關(guān)系許多研究表明16, 109種疾病直接與鈣的遷移聚集相聯(lián)系,主要有骨骼系統(tǒng)疾病(如佝僂病、骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)增生、骨生長痛、軟骨病、骨變形、各種骨損傷等)、牙齒疾病、免疫系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肌肉組織疾病、血液系統(tǒng)疾病、酶變異疾病、細胞粘著性疾病、纖毛運動性疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、腸胃系統(tǒng)疾病、肝膽疾病、眼睛疾病、腎臟系統(tǒng)疾病、生殖系統(tǒng)疾病、膀胱疾病,肛腸疾病、各種皮膚疾病等。3.1 低鈣對生物體的損傷當動物長期攝食鈣不足時，極易引起骨質(zhì)疏松、骨軟化、關(guān)節(jié)炎、畸形或自發(fā)性骨折等，幼畜發(fā)生佝僂病，出現(xiàn)生長受阻，食欲不振或失常，脊骨、肋骨和管骨扭曲，步態(tài)不穩(wěn)及跋行等病癥。所有這些癥狀和變化都是與動物日糧中長期缺鈣導致的，并與鈣缺乏呈正比17-18。當動物長期攝入鈣不足時，血鈣濃度會下降，而此時機體為了保持血鈣的正常水平，甲狀旁腺會分泌出甲狀旁腺激素（pth），它能調(diào)動骨骼中的骨鈣進入血液，也使促骨原細胞和骨細胞轉(zhuǎn)變成破骨細胞，抑制成骨細胞的活動，使骨的鈣鹽沉積減少，使血鈣濃度升高到正常水平，進而使骨中的鈣鹽缺乏，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、骨軟化、關(guān)節(jié)炎、畸形或自發(fā)性骨折等15。3.2 高鈣對生物體的損傷動物長期攝入含有高鈣的日糧，導致體內(nèi)鈣超載，對生命體造成嚴重損害，有關(guān)高鈣引起禽類痛風的病例有許多報道19-21。有試驗證實，飼料中的高鈣能引起雞腎臟腎小管上皮的廣泛性變性壞死，導致腎功能不全或腎衰 22。許多疾病的發(fā)生都與細胞死亡有關(guān)23-25。而細胞內(nèi)的鈣離子濃度很大程度上決定著細胞的正常代謝和重要的生理活動。heibrunn在20世紀30年代就根據(jù)試驗觀察推測，細胞損害和細胞內(nèi)ca2+濃度異常升高有關(guān)。許多病理學家發(fā)現(xiàn)，壞死組織細胞內(nèi)ca2+沉積是一種較普遍的現(xiàn)象15。鈣超載可引起線粒體內(nèi)氧化磷酸化過程障礙，線粒體膜電位降低，組織 atp 含量下降，以及胞漿內(nèi)磷脂酶、蛋白酶等激活，可導致并促進細胞的不可逆性損傷26-28。目前，研究報道較多的還有肝臟細胞的損傷，在此過程中均出現(xiàn)了鈣超載的現(xiàn)象。肝細胞致死性損傷的普遍特征是肝細胞膜泡的形成和破裂29，而膜泡的形成及破裂并非是由于細胞腫脹導致的，肝細胞鈣的超載引起的細胞骨架蛋白和膜磷脂雙分子層損害為其重要機制30。4 鈣與細胞凋亡細胞凋亡（apoptosis）又稱程序性細胞死亡（programmed cell death,pcd），由死亡信號誘發(fā)的受調(diào)節(jié)的細胞死亡過程, 是細胞生理性死亡的普遍形式。凋亡過程中dna發(fā)生片段化，細胞皺縮分解成凋亡小體，被鄰近細胞或巨噬細胞吞噬，不發(fā)生炎癥。鈣作為生物體中細胞的最普遍而重要的信息傳導成分，與環(huán)磷酸腺苷共同起第二信使的作用。目前，眾多研究還表明，細胞凋亡的誘導和抑制多與信息的傳導和通路有關(guān)，而細胞內(nèi)游離的鈣離子濃度對信息傳導具有重要的作用31。幾乎所有的生理活動都受鈣離子的調(diào)控，鈣離子在生命的開始就觸發(fā)受精過程，控制細胞發(fā)育和分化成特定類型的細胞，然后調(diào)節(jié)細胞的各種生理活動，最后參與細胞凋亡過程32。有研究報道稱，鈣離子與促進細胞凋亡有關(guān)，胞漿中鈣離子濃度的升高可視為細胞凋亡開始的早期信號傳導33。高濃度的bcl-2蛋白可以通過抑制細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣離子的釋放來抑制細胞的凋亡34，說明鈣離子濃度與細胞的凋亡有很大的關(guān)聯(lián)性。richter認為35，活性氧可以通過改變線粒體中鈣離子濃度來破壞線粒體，最終導致細胞凋亡。有研究報道，細胞外高鈣能夠?qū)е侣阅I功能衰竭并繼發(fā)甲狀旁腺機能亢進癥患者甲狀旁腺細胞凋亡36。鈣升高所導致的細胞凋亡機理非常復雜，目前有關(guān)鈣離子對細胞凋亡的調(diào)節(jié)作用有相反的意見37。有些學者發(fā)現(xiàn)鈣離子濃度的升高沒有發(fā)生細胞凋亡，神經(jīng)細胞膜去極化，伴隨著鈣濃度的升高，甚至使細胞在撤除神經(jīng)生長因子的條件下仍沒見細胞凋亡的發(fā)生38。也有部分學者研究發(fā)現(xiàn)，同一細胞株在不同條件下，升高細胞外鈣離子能抑制凋亡，又能促進凋亡39。綜上所述，鈣在生命活動中具有重要的生理作用和代謝功能，當機體內(nèi)鈣含量超標或缺乏時，機體會發(fā)生相應(yīng)的生理反應(yīng)及不良癥狀，很多疾病的誘因也正跟鈣的一些生理特性有關(guān)，雷鵬用高鈣日糧來復制雞痛風病，意在結(jié)合高鈣與機體損傷的關(guān)系方面研究揭示痛風中的發(fā)病機理40，雖然已有研究報道飼料中的高鈣能引起雞腎臟腎小管上皮的廣泛性變性壞死，導致腎功能不全或腎衰 22，但是痛風的發(fā)病機理也還并未完全研究清楚，還有待進一步的探索。參考文獻：1 王立景高鈣飼料引起雛雞痛風j中國獸醫(yī)雜志,2000,26（11）：452 黎曉敏，鄧茂先，李前勇，等雞尿酸鹽沉積臨床病理學實驗研究j中國獸醫(yī)學報，1998,18（1）：49-513 brown t p，glissom j r，rosales g，et al. studies of avian urolithiasis assoeiated with an infections bronchitis virusj.avian disease，1987，31:629-636.4 程金科，范國雄禽痛風研究進展j中國獸醫(yī)雜志，1989，15（6）：43-455 程順峰.鈣離子的體內(nèi)代謝及其藥理作用j. 醫(yī)藥導報，2000，19(1):636 陳松蒼.細胞鈣代謝、癌基因與原發(fā)性高血壓j. 國外醫(yī)學心血管分冊，1995，22(3):131-135.7 郭瑋，陳駿琪.鈣的吸收j.中華檢驗醫(yī)學雜志，2000，23(3):186-187.8 王叔咸，吳階平.腎臟病學m. 北京：人民衛(wèi)生出版社，1987:610-614.9 斯托凱p d.禽類生理學m. 楊傳任譯. 北京：科學出版社，1982:187-201.10 汪正輝.臨床水、電解質(zhì)及酸堿平衡m.重慶:重慶出版社，1992:112-138.11 berridge m j，boomtna m d，lipp p. calcium-a lief and death signalj.nature，1998，395(6703):645-648.12 姜智慧，邵敬偉. 鈣的生理作用與鈣的代謝異常j.中國實用鄉(xiāng)村醫(yī)生雜志，2005,12（4）:2-3.13 陳躍先. 鈣的生理作用j. 福建醫(yī)藥雜志，2000,22（2）: 140.14 吳嘉惠. 鈣的生理作用及其與其它元素的關(guān)系j. 中國實用兒科雜志，1999,14（10）：584-588.15 王莉，段相林，楊震玲. 哺乳動物細胞內(nèi)鈣離子的功能及疾病的關(guān)系j. 解剖科學進展，2004,10(1):90-93.16 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