鈣離子鈣離子的生理作用

1、鈣離子的生理作用及血鈣濃度的調(diào)節(jié),2024年3月12日,1,分布：（99%）骨骼、牙齒、指甲、頭發(fā)。血鈣（1%）：血液、細胞、細胞外液、軟組織中。1%血鈣在生命中的重要生理功能：◇參與心臟的收縮與舒張，調(diào)節(jié)心律；◇參與神經(jīng)沖動的傳導；◇參與肌肉的收縮與舒張；◇參與血液凝固；◇激活酶的活性；◇維持細胞的黏著及細胞的完整性與通透性；◇控制纖毛運動；◇調(diào)整機體免疫平衡；（增強免疫功能）,鈣在人體中的分布、作用,2024年

2、3月12日,2,一、概述,血鈣的來源：①通過腸道吸收進入血液②從骨骼中攝?。?3,Calcium in the body,機體總鈣,99％分布在骨骼,0.5％在牙,0.5％在軟組織（細胞內(nèi)鈣）,0.02％在血漿,,,,,,2024年3月12日,3,4,Calcium in the blood,血液中鈣,99%----血漿,蛋白質(zhì)結合鈣（46%),有機酸結合鈣-復合鈣,離子鈣（48%）,1%----血細胞中,,,The ionized

3、 form of calcium in the serum is critical to healthy physiologic function.,2024年3月12日,4,5,Calcium in the cell,,,細胞內(nèi)鈣,99.9%----結合鈣,0.1% 游離鈣在胞內(nèi)，濃度0.1 ?mol/L,,,5％存在于細胞膜，細胞漿內(nèi)結合鈣占0.5％，作為第二信使的游離鈣僅占細胞內(nèi)鈣的0.005％。,細胞內(nèi)鈣50％存在于胞核內(nèi),44

4、％存在于胞內(nèi)鈣庫（線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)游離鈣濃度也只有0.5 ?mol/L,2024年3月12日,5,二、鈣離子的生理作用,鈣離子是凝血因子，參與凝血過程參與肌肉（包括骨骼肌、平滑肌）收縮過程參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放是骨骼構成的重要物質(zhì)鈣離子參與信號轉(zhuǎn)導鈣離子參與細胞凋亡。。。。。。,2024年3月12日,6,血液凝固(blood coagulation),概念：血液從流動的溶膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變成不能流動的凝膠狀態(tài)的過程本質(zhì)：

5、可溶的纖維蛋白原變?yōu)椴蝗艿睦w維蛋白并交織成網(wǎng)，網(wǎng)羅血細胞等成分形成凝血塊。,,（一）、鈣離子參與凝血過程,2024年3月12日,7,血液的凝固是由一系列凝血因子參與的復雜的蛋白質(zhì)酶解過程,凝血因子(coagulation factor),,8,2024年3月12日,內(nèi)源性激活途徑（Ⅻ）,外源性激活途徑（Ⅲ）,,凝血酶原激活物,凝血酶原,凝血酶,,,,,纖維蛋白原,纖維蛋白,血液凝固的過程,2024年3月12日,9,內(nèi)源性凝血途徑

6、 當血管壁發(fā)生損傷，內(nèi)皮下組織暴露，帶負電荷的內(nèi)皮下膠原纖維與凝血因子接觸，因子Ⅻ即與之結合，在HK（激肽釋放酶）和PK（前激肽釋放酶）的參與下被活化為Ⅻa。在不依賴鈣離子條件下，因子Ⅻa將因子Ⅺ激活為XIa。在鈣離子的存在下，活化的Ⅺa又激活了因子Ⅸ為IXa。單獨的Ⅸa激活因子X的效力相當?shù)?，它要與Ⅷa結合形成1：1的復合物，又稱為因子X酶復合物。這一反應還必須有Ca2+和PL（血小板磷脂）共同參與 外源性凝血途徑

7、 當組織損傷后，釋放該因子，在鈣離子的參與下，它與因子Ⅶ一起形成1：1復合物。一般認為，單獨的因子Ⅶ或組織因子均無促凝活性。但因子Ⅶ與組織因子結合會很快被活化的因子Ⅹ激活為Ⅶa，從而形成Ⅶa組織因子復合物，后者比Ⅶa單獨激活因子Ⅹ增強16000倍。,2024年3月12日,10,凝血酶的生成 即因子Ⅹa、因子Ⅴa在鈣離子和磷脂酶（PL）的存在下組成凝血酶原復合物，即凝血活酶，將凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟浮＠w維蛋白形成 由

8、凝血酶在鈣離子的參與下催化血漿中的纖維蛋白原而形成,細絲縱橫交織構成網(wǎng)狀,并將血細胞網(wǎng)絡其中,使液狀的血液轉(zhuǎn)變成膠凍狀的血凝塊。,2024年3月12日,11,2024年3月12日,12,注意：（1）凝血是一個正反饋機制，一旦啟動，必迅速完成全過程。（2）Ca2+在多個環(huán)節(jié)起作用，因此控制Ca2+就能控制血凝。（抗凝劑的制備）（3）血凝過程是流水線，阻斷其中一步，則凝血過程必終止。,2024年3月12日,13,★ 肌肉收縮的結

9、構基礎是粗細肌絲各蛋白質(zhì)的結構和特性；橫橋ATP酶分解ATP為之供能；而整個過程觸發(fā)和終止的關鍵是Ca2+與肌鈣蛋白的結合和分離，即Ca2+的濃度是高還是低。 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合，引起肌肉蛋白質(zhì)構象發(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)

10、律，鉀離子則與心肌的舒張有關，與鈣離子相拮抗。,,（二）、參與肌肉收縮與舒張過程,2024年3月12日,14,2024年3月12日,15,骨骼肌細微結構,16,⑴粗肌絲由肌凝蛋白(肌球)組成，其頭部有一膨大部稱為橫橋。,1、肌原纖維的組成,橫橋的特點,①能與細肌絲上的結合位點發(fā)生可逆性結合。②具有ATP酶的作用,與結合位點結合后,分解ATP提供橫橋扭動(肌絲滑行)和作功的能量。,2024年3月12日,17,肌動蛋白：表面有與橫橋結合的

11、位點，靜息時被原肌凝蛋白掩蓋；原肌凝蛋白：靜息時掩蓋結合位點；肌鈣蛋白：與Ca2+結合變構后,使原肌凝蛋白位移，暴露出結合位點。,（2）細肌絲(thin filament),2024年3月12日,18,肌節(jié)縮短=肌細胞收縮,牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行,橫橋擺動,橫橋與細肌絲結合位點結合，分解ATP釋放能量,原肌凝蛋白位移，暴露細肌絲上的結合位點,Ca2+與肌鈣蛋白結合,終池內(nèi)的Ca2+進入肌漿,2、骨骼肌收縮分子機制-滑行學說,,,

12、,,,,2024年3月12日,肌膜AP,,沿肌膜、T管膜傳播,,激活L型鈣通道,激活JSR鈣釋放通道,,Ca2+進入胞質(zhì),,1,2,3,4,胞質(zhì)中〔Ca2+ 〕升高100倍,,肌鈣蛋白與Ca2+結合，肌肉收縮,激活LSR膜上的Ca2+泵,,Ca2+回收入肌質(zhì)網(wǎng),肌漿中〔Ca2+ 〕降低,,肌肉舒張,基本過程：,,,激活的L型鈣通道,3、骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián),20,骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián),2024年3月12日,21,4、骨骼肌舒張機制,

13、興奮-收縮耦聯(lián)后,肌膜電位復極化,終池膜對Ca2+通透性↓肌漿網(wǎng)膜Ca2+泵激活,肌漿網(wǎng)膜[Ca2+]↓,Ca2+與肌鈣蛋白解離,原肌凝蛋白復蓋的橫橋結合位點,骨骼肌舒張,,,,,,,2024年3月12日,22,運動神經(jīng)沖動傳至末梢↓N末梢對Ca2+通透性增加 Ca2+內(nèi)流入N末梢內(nèi)↓接頭前膜內(nèi)囊泡向前膜移動、融合、破裂↓ACh釋放入接頭間隙↓ ACh與終板膜受體結合↓受體構型改變↓終板膜對Na+、K+(尤

14、其Na+)的通透性增加↓產(chǎn)生終板電位(EPP)↓EPP（終板電位）引起肌膜AP,↓肌膜AP沿橫管膜傳至三聯(lián)管↓終池膜上的鈣通道開放終池內(nèi)Ca2+進入肌漿↓Ca2+與肌鈣蛋白結合 引起肌鈣蛋白的構型改變↓原肌凝蛋白發(fā)生位移暴露出細肌絲上與橫橋結合位點↓橫橋與結合位點結合激活ATP酶作用,分解ATP↓橫橋擺動↓牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行↓肌節(jié)縮短=肌細胞收縮,小結：骨骼肌收縮全過程,1.興奮傳遞

15、 2.興奮-收縮（肌絲滑行）耦聯(lián),2024年3月12日,（三）、參與神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,Ca2+內(nèi)流是誘發(fā)乙酰膽堿釋放的必要環(huán)節(jié)。當動作電位到達神經(jīng)末梢時，接頭前膜的去極化使電壓門控Ca2+通道開放，大量Ca2+由胞外進入到突觸前末梢內(nèi)，這些Ca2+不僅是一種電荷攜帶者，可抵消神經(jīng)末梢內(nèi)的負電位，而且本身就是一種信使物質(zhì)，可以觸發(fā)囊泡中的乙酰膽堿以胞吐的形式釋放到接頭間隙中。 Ca2+ 在前膜的興奮和乙酰膽堿遞質(zhì)

16、釋放過程中起偶聯(lián)和觸發(fā)作用 。,2024年3月12日,23,當神經(jīng)沖動傳導到神經(jīng)末梢時，使軸突末梢膜中的鈣離子通道開放，鈣離子內(nèi)流進入突觸小體，引起乙酰膽堿釋放到突觸間隙。乙酰膽堿受體的離子通道允許鈉離子和鉀離子通過。,2024年3月12日,24,2024年3月12日,25,（四）、骨骼構成的重要物質(zhì),血中鈣水平與骨代謝密切相關。正常時成骨與溶骨過程處于動態(tài)平衡，成骨過程中，鈣沉積于骨，血中水平降低，而溶骨過程中，骨質(zhì)分解，提高血中鈣水

17、平。在多種激素的共同調(diào)節(jié)下，骨不斷更新與重建，并為血中鈣水平穩(wěn)態(tài)提供基本保證。,2024年3月12日,26,2024年3月12日,27,（五）鈣離子與細胞信號轉(zhuǎn)導,胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度低；當細胞受到特異性信號刺激后，質(zhì)膜上或肌漿網(wǎng)的鈣通道打開，細胞內(nèi)鈣濃度瞬時升高，引發(fā)細胞變化。,10-6M,,2024年3月12日,28,2024年3月12日,29,無活性PKC,有活性PKC,底物磷酸化,,,2024年3月12日,30,CAMP途徑： AC

18、 cAMP PKA CREBCGMP途徑：GC cGMP PKG （其它細胞） 下游蛋白DAG/IP3途徑：PLC水解 PIP2,,IP3 釋放ER中的 Ca2+,DAG,CaM, Ca2+,PKC,,Na+通道（視覺細胞）,激活,Ca2+途徑：,IP3 釋放ER中的 Ca2+,細胞膜上的 Ca2+通道釋放胞外的Ca2+,,胞漿內(nèi)Ca2+濃度瞬

19、間升高超過10-6M,Ca2+與CaM結合形成復合體,活化下游的酶類,下游蛋白,2024年3月12日,31,2024年3月12日,32,細胞內(nèi)Ca2+的升高可通過生成活性氧和活性氮離子等下游環(huán)節(jié)而破壞細胞的能量內(nèi)穩(wěn)狀態(tài)而導致細胞死亡。,線粒體Ca2+積聚將損害氧化磷酸化作用，并通過電子傳遞鏈促進活性氧離子如超氧化物(02-)、過氧化氫(H202)的生成。高線粒體Ca2+也改變線粒體膜的通透性，抑制ATP的生成和促進壞死。,（六）鈣離子

20、與細胞凋亡,2024年3月12日,33,Ca2+激活的磷酸酶，鈣神經(jīng)蛋白(calcineurin)可誘導細胞凋亡，可導致BAD去磷酸化，引起它轉(zhuǎn)移至線粒體從而促進Bad與BCL-X形成二聚體。在海馬神經(jīng)元中，L-谷氨酸通過NMDA受體誘發(fā)Ca2+內(nèi)流并激活鈣神經(jīng)蛋白，從而觸發(fā)BAD的線粒體定位和細胞凋亡。此外，線粒體選擇性細胞色素c(Cyt c)通透將激活半胱天冬酶，進而促進細胞凋亡。,Ca2+還可直接激活一些細胞的酶從啟動細胞毒級聯(lián)反

21、應。,2024年3月12日,34,三、血鈣平衡調(diào)節(jié),血鈣以離子鈣和結合鈣兩種形式存在，各占約50%。其中結合鈣絕大部分是與血漿清蛋白結合，小部分與檸檬酸、重碳酸鹽等結合。因為血漿蛋白質(zhì)結合鈣不能透過毛細血管壁，故稱為不擴散鈣。檸檬酸鈣等鈣化合物以及離子鈣可以透過毛細血管壁，則稱為可擴散鈣 。血漿鈣中只有離子鈣才直接起生理作用。血漿中的不擴散鈣，雖沒有直接的生理效應，但它與離子鈣之間處于一種動態(tài)平衡，并受血液pH的影響。,2024年3

22、月12日,35,1、血鈣濃度的調(diào)節(jié)主要受以下三方面因素的影響,（1）飲食中鈣含量及腸鈣的吸收與排泄功能： 飲食中缺鈣或腸鈣吸收不良，會引起血鈣下降；大量腸鈣吸收會導致血鈣上升。腸鈣對血鈣的影響雖然很溫和且腸道有“自穩(wěn)系統(tǒng)”，但若長期飲食鈣量不足，仍然要動用“骨庫”中的鈣。（2）腎臟在血鈣濃度調(diào)節(jié)中起重要作用： 當胃腸道吸收大量鈣時，血鈣濃度可暫時升高。血鈣濃度增高，尿鈣排泄也增加；反之亦然，兩者呈正相關，以保持血

23、鈣濃度相對穩(wěn)定。（3）骨鈣是血鈣濃度調(diào)節(jié)的“大后方”： 一餐富鈣飲食可供12小時內(nèi)維持血鈣平衡不必動用骨鈣；但當飲食中含鈣量不足時，為了保持血鈣濃度的相對穩(wěn)定．骨鈣就會“奮不顧身”地進入血液，以調(diào)節(jié)血鈣平衡 。,2024年3月12日,36,骨鈣和血鈣調(diào)控激素共同完成：甲狀旁腺激素（破骨使骨鈣外流）降鈣素（促進成骨，使血鈣降低）維生素D3（促進腸道吸收鈣質(zhì)）它們互相配合，使血鈣穩(wěn)定在晝夜變化不超過3%的水平上。,2、

24、如何維持血鈣穩(wěn)定,2024年3月12日,37,概念：為了維持血鈣的平衡，在甲狀旁腺的作用下骨鈣溶解，進入血液的過程。危害：◇雖然彌補血鈣不足，但骨鈣的釋放，勢必造成骨質(zhì)疏松，形成硬組織軟化?！蠊墙M織中釋放的鈣帶有骨組織的成分，如膽固醇等。當其沉淀在血管壁、軟組織及細胞中可引起血管硬化、軟組織硬化。引發(fā)各類心腦血管疾病、動脈硬化、高血壓、糖尿病、結石癥等。,3、鈣的遷徙,,,骨,鈣,血液

25、 細胞 軟組織,血,鈣,99%,1%,甲狀旁腺破骨素,甲狀腺降鈣素,,,◇甲狀旁腺分泌破骨素破骨造成血鈣升高。◇血鈣升高，甲狀腺分泌降鈣素

26、，使血鈣沉積在骨骼的關節(jié)部位，形成骨質(zhì)增生。,高血鈣癥影響諸系統(tǒng)：◇中樞神經(jīng)系統(tǒng)：記憶力減退、情緒不穩(wěn)定、個性改變、抑郁、嗜睡、可誤診為神經(jīng)官能癥?！笊窠?jīng)肌肉方面：倦怠、四肢肌無力、肌肉萎縮?？烧`診為原發(fā)性神經(jīng)肌肉方面的疾病?！笙到y(tǒng)：出現(xiàn)食欲減退、腹脹、消化不良、便秘、惡心、嘔吐等。如組織鈣化：肌腱、軟骨等出現(xiàn)關節(jié)疼痛、腎臟鈣鹽沉著引起腎實質(zhì)鈣化，皮膚鈣鹽沉著引起瘙癢?！竺谀蛳到y(tǒng)：多尿、夜尿、口渴等，可出現(xiàn)腎結石、尿路結石。

27、為草酸鈣、磷酸鈣所致?！蠊趋老到y(tǒng)：早期腰背、髖部、肋骨與四肢骨痛。后期表現(xiàn)為纖維囊性骨炎。可出現(xiàn)骨骼畸形和多發(fā)性臥床不起。,四、鈣缺乏引起的危害,2024年3月12日,39,低血鈣癥的臨床反應◇神經(jīng)肌肉興奮性增高：手足抽搐，癲癇、喉痙攣、喘鳴?！笳T發(fā)精神癥狀：煩躁、易激動、抑郁、兒童身體智力發(fā)育遲緩，多動癥、牙齒發(fā)育障礙?！髮е戮铙w白內(nèi)障：嚴重時可影響視力。糾正低血鈣癥可延緩白內(nèi)障發(fā)展。但不易消失。◇低血鈣可出現(xiàn)皮膚干燥，脫