淺談鈣離子生理學功能

1、淺談ca+生理學功能摘要Ca是組成原生質(zhì)的重要元素之一，是生物體不可或缺的一種元素， 也參與動物機體各項生理活動，從骨骼形成，肌肉收縮，神經(jīng)及大腦思維活動， 甚至人體的生長發(fā)育、消除疲勞、健腦益智和延續(xù)衰老等都離不開它，因此有人 說“鈣是生命之本”。關(guān)鍵詞鈣離子骨骼肌肉收縮凝血過程神經(jīng)傳導(dǎo)在動物生命物質(zhì)中，碳、氨、氫和氧參與各種有機化合物的組成；鈣、磷、 鎂主要以難溶無機化合物存在于骨骼中；另外，鈉、氯、鉀、鈣、鎂等分別以游 離水合陽離子和陰離子形式存在于細胞內(nèi)液、細胞外液中發(fā)揮電化學和信使功 能。其中,Ca2+發(fā)揮了很重要的作用：鈣參與肌肉收縮、血液凝固、許多酶的活化、 神經(jīng)沖動的傳遞、降低

2、細胞膜和毛細血管的通透性等。經(jīng)過簡單的生理學課程學習和資料查詢，我將Ca的生理學功能總結(jié)了五個 方面的內(nèi)容：組成骨骼的重要成分；參與肌肉收縮；參與凝血過程；參與神經(jīng)遞質(zhì) 的合成與釋放；其他方面。1、 骨骼組成鈣磷占據(jù)了體內(nèi)總礦物質(zhì)的 70%約 99%勺鈣和 80%-85%勺磷存在于骨骼和 牙齒中。骨骼在運動系統(tǒng)中起杠桿作用，構(gòu)成生物體的堅固支架。骨組織含有無 機鹽、有機質(zhì)和水。其中無機鹽占 45%，骨無機鹽不僅能增強骨的機械力，同 時具有維持機體所有組織的化學平衡作用。在無機質(zhì)中磷酸鈣、碳酸鈣、氟化鈣 等含鈣化合物占 2/3，決定了骨的堅固性，在維持體型、保護臟器和支持體重方 面有重要作用。鈣

3、是整個生命期骨塑建和重建過程中骨質(zhì)形成期所必需的元素， 支持骨器官的發(fā)育和形成2。在畜牧業(yè)生產(chǎn)中嚴重危害動物健康的主要是鈣和磷，它們是骨骼的主要礦物 質(zhì)成分，相互關(guān)系十分密切，其中一種缺乏或過量，將會干擾動物對另一種的吸 收和利用。在各種動物鈣絕對缺乏比較少見，而磷過多引起的鈣相對缺乏較為常 見，鈣的缺乏可導(dǎo)致甲狀旁腺機能亢進、 骨質(zhì)疏松和纖維性骨營養(yǎng)不良，但一般 不會引起佝僂病和成骨軟化。在家禽的飼養(yǎng)中，鈣缺乏會使體質(zhì)衰弱，增重緩 慢，飼料利用率和繁殖率下降，肉、蛋產(chǎn)量降低。對人類來說，小兒缺鈣易造成 軟骨病、佝僂病、齲齒等疾病，而老年人缺鈣易發(fā)生骨質(zhì)疏松或是骨折。2、 肌肉收縮肌纖維組成肌

4、組織，具有收縮功能。生物體運動、消化、心臟跳動等都離不 開肌肉收縮，而 CeT 在肌纖維收縮過程中起著重要作用。骨骼肌是人體運動的動力源，合理的骨骼肌力學模型在運動生物力學、康復(fù) 工程等中具有重要應(yīng)用價值3。ca2+貯存在肌質(zhì)網(wǎng)的終末池中。骨骼肌靜息時， 橫小管上的L型 caT 通道對終末池膜上的 caT 通道起堵塞作用。當電信號達到T管時，橫小管膜上的L型鈣通道發(fā)生變構(gòu)，導(dǎo)致與其相對的終末池上的caT 通道不再被堵塞而打開。肌質(zhì)網(wǎng)中的大量 caT 進入胞質(zhì)。當縱管系統(tǒng)終末池上的 caT 通道被打開后，肌質(zhì)網(wǎng)中的 csT 順濃度梯度迅速釋放到肌漿中， 使肌漿中的 caT 提高了 100倍，與肌

5、鈣蛋白上的鈣結(jié)合蛋白亞基（Tn。結(jié)合并達到飽和，從而 觸發(fā)肌絲滑行，引起肌肉收縮。當肌漿中 caT 濃度升高到一定程度時，便激活肌 質(zhì)網(wǎng)上的鈣泵，將肌漿中的 csT 逆濃度梯度重新運回肌質(zhì)網(wǎng)中，隨著 caT 濃度下 降，肌鈣蛋白和 caT 的結(jié)合解離，肌肉也隨之舒張。這便是 caT 在骨骼肌收縮過 程中的作用機理。在心肌中，動作電位沿細胞膜傳遞，激活肌膜上的電壓敏感性L型 ca2+通道, 使之迅速打開,細胞外 caT 便流入到細胞內(nèi)。進入胞漿的 CsT 與鄰近 SR 上的 RyR2 結(jié)合,可使 RyR2 通道開放，導(dǎo)致 SR 內(nèi)的 CsT 大量流入胞漿，這就是 CeT 引起心肌 細胞收縮的機制

6、,再通過 SERCA 各 CsT 回收到肌質(zhì)網(wǎng)而實現(xiàn)心肌細胞舒張。在機 能上，心肌的收縮性對細胞外的 coT 濃度有明顯依賴性。CsT 可維持神經(jīng)肌肉的正常興奮性，畜禽血中鈣的濃度低于正常時，貝 U 神經(jīng) 肌肉的興奮性升高，可引起肌肉強直性痙攣，甚至昏迷，反之則興奮性降低，肌 肉軟弱，甚至癱瘓。骨骼肌、心肌和平滑肌的收縮都需要鈣離子的存在，實驗證 明，鈣是肌肉收縮物質(zhì)的激活劑。因此，補充足夠的鈣鹽可防治缺鈣引起的抽搐、 痙攣，牛、豬的產(chǎn)前產(chǎn)后癱瘓。43、血液凝固血小板是凝血過程中的重要血細胞。黏附、聚集的血小板形成血栓有利于止 血，在必須在一定濃度的 eV 和纖維原蛋白存在時才能實現(xiàn)。作為凝血

7、因子 IV 的鈣離子，參與了凝血過程的三個階段。第一階段，為凝血酶原激活物的形成， 實現(xiàn)途徑包括內(nèi)源性和外源性兩種。無論是哪一種途徑，都必須在cf 存在的條件下首先內(nèi)源性凝血途徑中，在被激活的 F 劉 a 作用下，F(xiàn) 幻轉(zhuǎn)變?yōu)?F 幻 a,在 CsT 存在條件下 F 幻 a 激活 F/,生成的 F/a 與 F 劉 a、CeT 在血小板凝脂膜上結(jié)合成 復(fù)合物，并激活 FX。其次在外源性凝血途徑中，在 Cf 存在下，形成 TF-Ca2+-FVD/FVffla復(fù)合物，迅速激活 F/、FX。第二階段為凝血酶原激活物催化凝血酶原 轉(zhuǎn)變?yōu)槟福@是由在血小板凝脂膜上形成的FX-FVa-Ca2+凝脂的凝血

8、酶原復(fù)合物，進而激活凝血酶原（FU）為凝血酶（FUa）。第三階段是凝血酶催化纖 維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白，最終形成血凝塊。在FXMa 和 C/作用下，纖維蛋白單體相互聚合，形成不溶于水的交聯(lián)纖維蛋白多聚塊凝塊， 從而導(dǎo)致血壓凝固。因此，除去血漿中的 Ca2+，血液凝固將會延續(xù)。Ca2+在一定范圍內(nèi)對動物血凝具 有促進作用，而當其血中濃度超過一定濃度范圍時則有抑制或抗凝作用。鈣作為重要的凝血因子能促進血凝過程，血鈣不足時，血凝不良，血管通透性增大，畜禽易發(fā)生皮膚黏膜等處出血癥 。人體缺鈣時，血凝發(fā)生障礙，會出 現(xiàn)牙齦出血、皮下出血點、不規(guī)則子宮出血、月經(jīng)過多、尿血、嘔血等癥狀。4、神經(jīng)傳導(dǎo)突觸是神

9、經(jīng)元傳遞信息的結(jié)構(gòu)。Ca2+在化學性突觸中期重要作用。在興奮傳 導(dǎo)過程中，當神經(jīng)沖動傳至軸突末梢時，可使突觸前膜去極化，去極化達一定水 平時，引起突觸前膜對 Cai+的通透性增大，Cai+進入突觸前膜，一方面降低軸漿 的黏度，有利于突觸小泡的移動；另一方面是消除突觸前膜內(nèi)側(cè)的負電位， 促進 突觸小泡和突觸前膜接觸、融合和破裂，導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放。神經(jīng)系統(tǒng)急性和慢 性退行性疾病都是通過細胞內(nèi)鈣信號的改變來降低神經(jīng)元的活性和功能。當機體缺鈣時，神經(jīng)遞質(zhì)的釋放受到阻隔，人體的興奮機制和抑制機制遭到 破壞。如果是兒童缺鈣，會夜啼、夜驚、煩躁失眠，嚴重的導(dǎo)致大腦發(fā)育障礙， 出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、多動、學習困難等癥

10、，影響大腦成熟和智力5。5、其他方面car 信號系統(tǒng)普遍存在,參與調(diào)節(jié)細胞進程的多個環(huán)節(jié)。從根本上講,Ca2+信 號系統(tǒng)依賴于許多細胞內(nèi)區(qū)室的存在，這些細胞內(nèi)區(qū)室以不同的方式轉(zhuǎn)運Ca ,因此，可在細胞內(nèi)及細胞內(nèi)外之間引起 Cf 濃度梯度的急劇升降。Ca在這些區(qū)室 之間、在細胞內(nèi)外之間移動，可在不同的細胞器內(nèi)和細胞的不同區(qū)域產(chǎn)生快速地、 非常局限的游離Ca的波動。一系列研究發(fā)現(xiàn)鈣離子與細胞凋亡的關(guān)系密切。鈣離子機理和應(yīng)用的研究已 滲透到生命科學的各個領(lǐng)域中，成為當今生命科學領(lǐng)域的研究熱點。 凋亡的調(diào)控 由十分復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制，目前已知有三條主要信號通路：線粒體通路、 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路、死亡受體通

11、路。這些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路大部分與鈣離子有關(guān)，其最終都 能激活凋亡執(zhí)行者Caspases-3，水解各種細胞成份而使細胞凋亡。鈣離子對細胞的粘著、細胞膜功能的維持有重要作用。細胞膜既是細胞內(nèi)容 物的屏障，更是各種必需營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣進入細胞的載體。正常含量的鈣離子能 保證細胞膜順利地把營養(yǎng)物質(zhì)“泵”到細胞內(nèi)。鈣離子對人體內(nèi)的酶反應(yīng)有激活 作用。大家都知道，酶是人體各種物質(zhì)代謝過程的催化劑，是人體一種重要的生命物質(zhì)，鈣缺乏即會影響正常的生理代謝過程。 鈣離子對人體內(nèi)分泌腺激素的分 泌有決定性作用，對維持循環(huán)、呼吸、消化、泌尿、神經(jīng)、內(nèi)分泌、生殖等系統(tǒng) 器官的功能至關(guān)重要5o以上是 C/主要的生理學功能。由

12、此可見，鈣是生物體不可或缺的微量元素, 它既是身體的構(gòu)造者，又是身體的調(diào)節(jié)者，是我們?nèi)梭w的生命之源。因此，確保 適宜濃度的Ca是十分重要的。影響 Cf 吸收的因素有很多，鈣鹽的溶解度，食物中鈣和磷的比例，腸內(nèi)的酸度，脂肪、乳糖和氨基酸的存在都會影響CsT 的吸收，但決定吸收的重要因素是機體對鈣的需要以及維生素D3。因此我們應(yīng)了解自身需要，科學補鈣。在畜牧產(chǎn)業(yè)中，也應(yīng)合理搭配飼料，保證鈣離子濃度的正常 范圍。參考文獻1 張興林動物體內(nèi)鈣、 磷和維生素 D 的生理功能.中國畜牧獸醫(yī)文摘,2012 年,28 卷,第 3期:1902 朱漢民.鈣、維生素 D 和骨質(zhì)疏松癥防治.藥品評價,2012 年，第 9 卷,第 7期:21-273 Fung Y C. Biomecha ni cs: Mecha ni cal Properties of Living Tissues. 2nded. New York: Springer-Verlag, 1993. 392- 4244 喬桂蘭，楊繼生.鈣