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)2022年5月20日1分布：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%1%血鈣在生命中的重要生理功能：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、作用鈣在人體中的分布、作用2022年5月20日2一、概述一、概述血鈣的來源：血鈣的來源：通過腸道吸收進入血液從骨骼中攝取！3Calcium in the b

2、ody機體總鈣機體總鈣99分布在骨骼分布在骨骼0.5在牙在牙0.5在軟組織（細胞內(nèi)鈣）在軟組織（細胞內(nèi)鈣）0.02在血漿在血漿2022年5月20日34Calcium in the blood血液中鈣血液中鈣99%-血漿血漿蛋白質(zhì)結(jié)合鈣（蛋白質(zhì)結(jié)合鈣（46%)有機酸結(jié)合鈣有機酸結(jié)合鈣-復合鈣復合鈣離子鈣（離子鈣（48%）1%-血細胞中血細胞中The ionized form of calcium in the serum is critical to healthy physiologic function. 2022年5月20日45Calcium in the cell細胞內(nèi)鈣99.9%-結(jié)合

3、鈣0.1% 游離鈣在胞內(nèi)，濃度0.1 mol/L5 5存在于細胞膜，細胞漿內(nèi)結(jié)合鈣占存在于細胞膜，細胞漿內(nèi)結(jié)合鈣占0.50.5，作為第二信使的游離鈣僅占細胞內(nèi)鈣的作為第二信使的游離鈣僅占細胞內(nèi)鈣的0.0050.005。細胞內(nèi)鈣細胞內(nèi)鈣5050存存在于胞核內(nèi)在于胞核內(nèi)4444存在于胞內(nèi)鈣庫（線粒體和內(nèi)存在于胞內(nèi)鈣庫（線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)游離鈣濃度也只有質(zhì)網(wǎng)）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)游離鈣濃度也只有0.5 0.5 mol/Lmol/L2022年5月20日5二、鈣離子的生理作用二、鈣離子的生理作用l 鈣離子是凝血因子，參與凝血過程鈣離子是凝血因子，參與凝血過程l 參與肌肉（包括骨骼肌、平滑?。┦湛s過程參與肌肉（包括

4、骨骼肌、平滑?。┦湛s過程l 參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放l 是骨骼構(gòu)成的重要物質(zhì)是骨骼構(gòu)成的重要物質(zhì)l 鈣離子參與信號轉(zhuǎn)導鈣離子參與信號轉(zhuǎn)導l 鈣離子參與細胞凋亡。鈣離子參與細胞凋亡。2022年5月20日6血液凝固血液凝固(blood coagulation)(blood coagulation)概念：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)：本質(zhì)：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（一）、鈣離子參與凝血過程2022年5月20日7血液的凝固是由一系列凝血因子參與的復雜的蛋血液的凝固是由一系列凝血因子參與的

5、復雜的蛋白質(zhì)酶解過程白質(zhì)酶解過程凝血因子凝血因子(coagulation factor)(coagulation factor)按按 國國 際際 命命 名名 法法 編編 號號 的的 凝凝 血血 因因 子子 編號同 義 名編號同 義 名 因 子 纖 維 蛋 白 原因 子 抗 血 友 病 因 子 (AHF), 因 子 凝 血 酶 原 抗 血 友 病 球 蛋 白 因 子 組 織 凝 血 致 活 素因 子 血 漿 凝 血 致 活 素 成 分(PTC) 因 子 Ca2 + 因 子 Stuart-Prower因 子 因 子 前 加 速 素 ,加 速 球 蛋 白 , 因 子 血 漿 凝 血 致 活 素 前

6、質(zhì)(PTA) 易 變 因 子因 子 接 觸 因 子 ,Hageman因 子 因 子 前 轉(zhuǎn) 變 素 ,血 清 凝 血 酶因 子 纖 維 蛋 白 穩(wěn) 定 因 子 原 轉(zhuǎn) 變 加 速 素 (SPCA) 82022年5月20日內(nèi)源性激活途徑內(nèi)源性激活途徑（）外源性激活途徑外源性激活途徑（）凝血酶原激活物凝血酶原激活物凝血酶原凝血酶原凝血酶凝血酶纖維蛋白原纖維蛋白原纖維蛋白纖維蛋白血液凝固的過程血液凝固的過程2022年5月20日9內(nèi)源性凝血途徑內(nèi)源性凝血途徑 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，因子即與之結(jié)合，在HK（激肽釋放酶）和PK（前激肽釋放酶）的參與下被活

7、化為a。在不依賴鈣離子條件下，因子a將因子激活為XIa。在鈣離子的存在下，活化的a又激活了因子為IXa。單獨的a激活因子X的效力相當?shù)停ca結(jié)合形成1：1的復合物，又稱為因子X酶復合物。這一反應(yīng)還必須有Ca2+和PL（血小板磷脂）共同參與 外源性凝血途徑外源性凝血途徑 當組織損傷后，釋放該因子，在鈣離子的參與下，它與因子一起形成1：1復合物。一般認為，單獨的因子或組織因子均無促凝活性。但因子與組織因子結(jié)合會很快被活化的因子激活為a，從而形成a組織因子復合物，后者比a單獨激活因子增強16000倍。 2022年5月20日10 凝血酶的生成凝血酶的生成 即因子a、因子a在鈣離子和磷脂酶（PL）的

8、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?纖維蛋白形成 由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(gòu)成網(wǎng)狀,并將血細胞網(wǎng)絡(luò)其中,使液狀的血液轉(zhuǎn)變成膠凍狀的血凝塊。2022年5月20日112022年5月20日12注意：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。2022年5月20日13 肌肉收縮的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是粗細肌絲各蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性；橫橋肌肉收縮的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是粗細肌絲各蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性；橫橋ATPA

9、TP酶酶分解分解ATPATP為之供能；而整個過程觸發(fā)和終止的關(guān)鍵是為之供能；而整個過程觸發(fā)和終止的關(guān)鍵是CaCa2+2+與肌鈣蛋白的結(jié)與肌鈣蛋白的結(jié)合和分離，即合和分離，即CaCa2+2+的濃度是高還是低。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。（二）、參與肌肉收縮與舒張過程（二）、參與肌肉收

10、縮與舒張過程2022年5月20日142022年5月20日15骨骼肌骨骼肌細微結(jié)細微結(jié)構(gòu)構(gòu)16粗肌絲粗肌絲由肌凝蛋白(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橫橋的特點能與細肌絲上的結(jié)合位點發(fā)生可逆性結(jié)合。具有ATP酶的作用,與結(jié)合位點結(jié)合后,分解ATP提供橫橋扭動(肌絲滑行)和作功的能量。2022年5月20日17v肌動蛋白：表面有與橫橋結(jié)合的位點，靜息時被原肌凝蛋白掩蓋；v原肌凝蛋白：靜息時掩蓋結(jié)合位點；v肌鈣蛋白：與Ca2+結(jié)合變構(gòu)后,使原肌凝蛋白位移，暴露出結(jié)合位點。（2 2）細肌絲）細肌絲(thin filament)肌動蛋白肌動蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋

11、白肌鈣蛋白OOOO2022年5月20日1818肌節(jié)縮短肌節(jié)縮短= =肌細胞收縮肌細胞收縮牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行橫橋擺動橫橋擺動橫橋與細肌絲結(jié)合位點結(jié)合，橫橋與細肌絲結(jié)合位點結(jié)合，分解分解ATPATP釋放能量釋放能量原肌凝蛋白位移，暴露細肌絲上的原肌凝蛋白位移，暴露細肌絲上的結(jié)合位點結(jié)合位點CaCa2+2+與肌鈣蛋白結(jié)合與肌鈣蛋白結(jié)合終池內(nèi)的終池內(nèi)的CaCa2+2+進入肌漿進入肌漿2 2、骨骼肌收縮分子機制、骨骼肌收縮分子機制- -滑行學說滑行學說2022年5月20日肌膜肌膜APAP沿肌膜、沿肌膜、T T管膜傳播管膜傳播激活激活L L型鈣通道型鈣通道激活激活JSRJSR

12、鈣鈣釋放通道釋放通道CaCa2+2+進入胞質(zhì)進入胞質(zhì)1 12 23 34 4胞質(zhì)中胞質(zhì)中CaCa2+ 2+ 升高升高100100倍倍肌鈣蛋白與肌鈣蛋白與CaCa2+2+結(jié)合，肌肉收縮結(jié)合，肌肉收縮激活激活LSRLSR膜上的膜上的CaCa2+2+泵泵CaCa2+2+回收入肌質(zhì)網(wǎng)回收入肌質(zhì)網(wǎng)肌漿中肌漿中CaCa2+ 2+ 降低降低肌肉舒張肌肉舒張基本過程：基本過程：激活的激活的L L型鈣通道型鈣通道 3 3、骨骼肌的興奮、骨骼肌的興奮- -收縮耦聯(lián)收縮耦聯(lián)20骨骼肌的興奮骨骼肌的興奮- -收縮耦聯(lián)收縮耦聯(lián)2022年5月20日214 4、骨骼肌舒張機制、骨骼肌舒張機制興奮興奮- -收縮耦聯(lián)后收縮耦聯(lián)

13、后肌膜電位復極化肌膜電位復極化終池膜對終池膜對CaCa2+2+通透性通透性肌漿網(wǎng)膜肌漿網(wǎng)膜CaCa2+2+泵激活泵激活肌漿網(wǎng)膜肌漿網(wǎng)膜CaCa2+2+CaCa2+2+與肌鈣蛋白解離與肌鈣蛋白解離原肌凝蛋白復蓋的原肌凝蛋白復蓋的橫橋結(jié)合位點橫橋結(jié)合位點骨骼肌舒張骨骼肌舒張2022年5月20日22運動神經(jīng)沖動傳至末梢運動神經(jīng)沖動傳至末梢N N末梢對末梢對CaCa2+2+通透性增加通透性增加 CaCa2+2+內(nèi)流入內(nèi)流入N N末梢內(nèi)末梢內(nèi)接頭前膜內(nèi)囊泡接頭前膜內(nèi)囊泡向前膜移動、融合、破裂向前膜移動、融合、破裂AChACh釋放入接頭間隙釋放入接頭間隙 AChACh與終板膜受體結(jié)合與終板膜受體結(jié)合受體構(gòu)

14、型改變受體構(gòu)型改變終板膜對終板膜對NaNa+ +、K K+ +( (尤其尤其NaNa+ +) )的通透性增加的通透性增加產(chǎn)生終板電位產(chǎn)生終板電位(EPP)(EPP)EPPEPP（終板電位）引起肌膜（終板電位）引起肌膜APAP肌膜肌膜APAP沿橫管膜傳至三聯(lián)管沿橫管膜傳至三聯(lián)管終池膜上的鈣通道開放終池膜上的鈣通道開放終池內(nèi)終池內(nèi)CaCa2+2+進入肌漿進入肌漿CaCa2+2+與肌鈣蛋白結(jié)合與肌鈣蛋白結(jié)合 引起肌鈣蛋白的構(gòu)型改變引起肌鈣蛋白的構(gòu)型改變原肌凝蛋白發(fā)生位移原肌凝蛋白發(fā)生位移暴露出細肌絲上與橫橋結(jié)合位暴露出細肌絲上與橫橋結(jié)合位點點橫橋與結(jié)合位點結(jié)合橫橋與結(jié)合位點結(jié)合激活激活ATPATP酶

15、作用酶作用, ,分解分解ATPATP橫橋擺動橫橋擺動牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行肌節(jié)縮短肌節(jié)縮短= =肌細胞收縮肌細胞收縮小結(jié)：骨骼肌收縮全過程小結(jié)：骨骼肌收縮全過程1.1.興奮傳遞興奮傳遞 2.2.興奮興奮- -收縮（肌絲滑行）耦聯(lián)收縮（肌絲滑行）耦聯(lián)2022年5月20日（三）、參與神經(jīng)遞質(zhì)的釋放（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

16、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)釋放過程中起偶聯(lián)和觸發(fā)作用 。2022年5月20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。2022年5月20日24神經(jīng)沖動神經(jīng)沖動CaCa2 2通道開放，通道開放，CaCa2 2內(nèi)流內(nèi)流囊泡移動、融合、破裂，囊泡移動、融合、破裂，AChACh釋放釋放AChACh與與N N2 2受體結(jié)合受體結(jié)合NaNa、K K ( (尤其是尤其是NaNa) )通透性通透性終板膜去極化終板膜去極化終板電位（終板電位（

17、EPPEPP）EPPEPP電緊張性擴布至肌膜電緊張性擴布至肌膜動作電位動作電位2022年5月20日25（四）、骨骼構(gòu)成的重要物質(zhì)（四）、骨骼構(gòu)成的重要物質(zhì) 血中鈣水平與骨代謝密切相關(guān)。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。2022年5月20日262022年5月20日27（五）鈣離子與細胞信號轉(zhuǎn)導（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。10-6M202

18、2年5月20日282022年5月20日29無活性PKC有活性PKC底物磷酸化2022年5月20日30CAMP途徑： AC cAMP PKA CREBCGMP途徑：GC cGMP PKG （其它細胞） 下游蛋白DAG/IP3途徑：PLC水解 PIP2IP3 釋放ER中的 Ca2+DAGCaM, Ca2+PKCNa+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+濃度瞬間升高超過10-6MCa2+與CaM結(jié)合形成復合體活化下游的酶類下游蛋白2022年5月20日312022年5月20日32細胞內(nèi)Ca2+的升高可通過生成活性氧和

19、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）鈣離子與細胞凋亡（六）鈣離子與細胞凋亡2022年5月20日33CaCa2+2+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)CaCa2+2+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

20、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。CaCa2+2+還可直接激活一些細胞的酶從啟動細胞毒級聯(lián)反應(yīng)。2022年5月20日34三、血鈣平衡調(diào)節(jié)三、血鈣平衡調(diào)節(jié) 血鈣以離子鈣和結(jié)合鈣兩種形式存在，各占約50%。其中結(jié)合鈣絕大部分是與血漿清蛋白結(jié)合，小部分與檸檬酸、重碳酸鹽等結(jié)合。因為血漿蛋白質(zhì)結(jié)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(yīng)，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。 2022年5月20日351

21、、血鈣濃度的調(diào)節(jié)主要受以下三方面因素的影響、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(guān)，以保持血鈣濃度相對穩(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 。2022年5月20日36骨鈣和血鈣調(diào)控激素共同完成：骨鈣和血鈣調(diào)控激素共同完成：u甲狀旁腺激素（破骨使骨鈣外流）u降鈣素（促進成骨，使血鈣降低）u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 2、如何維持血鈣穩(wěn)定、如何維持血鈣穩(wěn)定2022年5月20日37概念：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：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。骨組織中釋