鈣離子鈣離子的生理作用

關(guān)于鈣離子鈣離子的生理作用2024/3/292分布：（99%）骨骼、牙齒、指甲、頭發(fā)。血鈣（1%）：血液、細(xì)胞、細(xì)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(dǎo)；

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(xì)胞的黏著及細(xì)胞的完整性與通透性；

控制纖毛運(yùn)動；

調(diào)整機(jī)體免疫平衡；（增強(qiáng)免疫功能）鈣在人體中的分布、作用一、概述血鈣的來源：①通過腸道吸收進(jìn)入血液②從骨骼中攝??！第2頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2933Calciuminthebody機(jī)體總鈣99％分布在骨骼0.5％在牙0.5％在軟組織（細(xì)胞內(nèi)鈣）0.02％在血漿第3頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2944Calciumintheblood血液中鈣99%----血漿蛋白質(zhì)結(jié)合鈣（46%)有機(jī)酸結(jié)合鈣-復(fù)合鈣離子鈣（48%）1%----血細(xì)胞中Theionizedformofcalciumintheserumiscriticaltohealthyphysiologicfunction.第4頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2955Calciuminthecell細(xì)胞內(nèi)鈣99.9%----結(jié)合鈣0.1%游離鈣在胞內(nèi)，濃度0.1mol/L5％存在于細(xì)胞膜，細(xì)胞漿內(nèi)結(jié)合鈣占0.5％，作為第二信使的游離鈣僅占細(xì)胞內(nèi)鈣的0.005％。細(xì)胞內(nèi)鈣50％存在于胞核內(nèi)44％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第5頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/296二、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?。┦湛s過程參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放是骨骼構(gòu)成的重要物質(zhì)鈣離子參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鈣離子參與細(xì)胞凋亡。。。。。。第6頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/297血液凝固(bloodcoagulation)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)：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(xì)胞等成分形成凝血塊。（一）、鈣離子參與凝血過程第7頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/298血液的凝固是由一系列凝血因子參與的復(fù)雜的蛋白質(zhì)酶解過程凝血因子(coagulationfactor)第8頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/299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第9頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2910內(nèi)源性凝血途徑當(dāng)血管壁發(fā)生損傷，內(nèi)皮下組織暴露，帶負(fù)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(jié)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(dú)的Ⅸa激活因子X的效力相當(dāng)?shù)?，它要與Ⅷa結(jié)合形成1：1的復(fù)合物，又稱為因子X酶復(fù)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當(dāng)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(fù)合物。一般認(rèn)為，單獨(dú)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(jié)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(fù)合物，后者比Ⅶa單獨(dú)激活因子Ⅹ增強(qiáng)16000倍。第10頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2911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(fù)合物，即凝血活酶，將凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟?。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(xì)絲縱橫交織構(gòu)成網(wǎng)狀,并將血細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)其中,使液狀的血液轉(zhuǎn)變成膠凍狀的血凝塊。第11頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2912第12頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2913注意：（1）凝血是一個正反饋機(jī)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。第13頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2914★肌肉收縮的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是粗細(xì)肌絲各蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(guān)鍵是Ca2+與肌鈣蛋白的結(jié)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(dāng)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。（二）、參與肌肉收縮與舒張過程第14頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2915骨骼肌細(xì)微結(jié)構(gòu)第15頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2916⑴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(diǎn)①能與細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生可逆性結(jié)合。②具有ATP酶的作用,與結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后,分解ATP提供橫橋扭動(肌絲滑行)和作功的能量。第16頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2917肌動蛋白：表面有與橫橋結(jié)合的位點(diǎn)，靜息時被原肌凝蛋白掩蓋；原肌凝蛋白：靜息時掩蓋結(jié)合位點(diǎn)；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(diǎn)。（2）細(xì)肌絲(thinfilament)肌動蛋白

原肌球蛋白肌鈣蛋白OOOO第17頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2918肌節(jié)縮短=肌細(xì)胞收縮牽拉細(xì)肌絲朝肌節(jié)中央滑行橫橋擺動橫橋與細(xì)肌絲結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，分解ATP釋放能量原肌凝蛋白位移，暴露細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合終池內(nèi)的Ca2+進(jìn)入肌漿2、骨骼肌收縮分子機(jī)制-滑行學(xué)說第18頁,共41頁，2024年2月25日，星期天肌膜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(jìn)入胞質(zhì)1234胞質(zhì)中〔Ca2+〕升高100倍肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)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)第19頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2920骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)第20頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/29214、骨骼肌舒張機(jī)制興奮-收縮耦聯(lián)后肌膜電位復(fù)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(fù)蓋的橫橋結(jié)合位點(diǎn)骨骼肌舒張第21頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2922運(yùn)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(jié)合↓受體構(gòu)型改變↓終板膜對Na+、K+(尤其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(jìn)入肌漿↓Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合引起肌鈣蛋白的構(gòu)型改變↓原肌凝蛋白發(fā)生位移暴露出細(xì)肌絲上與橫橋結(jié)合位點(diǎn)↓橫橋與結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合激活A(yù)TP酶作用,分解ATP↓橫橋擺動↓牽拉細(xì)肌絲朝肌節(jié)中央滑行↓肌節(jié)縮短=肌細(xì)胞收縮小結(jié)：骨骼肌收縮全過程1.興奮傳遞2.興奮-收縮（肌絲滑行）耦聯(lián)第22頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2923（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(dāng)動作電位到達(dá)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(jìn)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(fù)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)釋放過程中起偶聯(lián)和觸發(fā)作用。第23頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2924當(dāng)神經(jīng)沖動傳導(dǎo)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(jìn)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。第24頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2925神經(jīng)沖動Ca2＋通道開放，Ca2＋內(nèi)流囊泡移動、融合、破裂，ACh釋放ACh與N2受體結(jié)合Na＋、K＋(尤其是Na＋)通透性↑終板膜去極化→終板電位（EPP）EPP電緊張性擴(kuò)布至肌膜動作電位第25頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2926（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。第26頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2927（五）鈣離子與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度低；當(dāng)細(xì)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(xì)胞內(nèi)鈣濃度瞬時升高，引發(fā)細(xì)胞變化。第27頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/292810-6M第28頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2929第29頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2930無活性PKC有活性PKC底物磷酸化第30頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2931CAMP途徑：ACcAMPPKACREBCGMP途徑：GCcGMPPKG（其它細(xì)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(xì)胞）激活Ca2+途徑：IP3釋放ER中的Ca2+細(xì)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(fù)合體活化下游的酶類下游蛋白第31頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2932細(xì)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(xì)胞的能量內(nèi)穩(wěn)狀態(tài)而導(dǎo)致細(xì)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(jìn)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(jìn)壞死。（六）鈣離子與細(xì)胞凋亡第32頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2933Ca2+激活的磷酸酶，鈣神經(jīng)蛋白(calcineurin)可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，可導(dǎo)致BAD去磷酸化，引起它轉(zhuǎn)移至線粒體從而促進(jìn)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(xì)胞凋亡。此外，線粒體選擇性細(xì)胞色素c(Cytc)通透將激活半胱天冬酶，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Ca2+還可直接激活一些細(xì)胞的酶從啟動細(xì)胞毒級聯(lián)反應(yīng)。第33頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2934第34頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2935三、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(xì)血管壁，故稱為不擴(kuò)散鈣。檸檬酸鈣等鈣化合物以及離子鈣可以透過毛細(xì)血管壁，則稱為可擴(kuò)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(kuò)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。第35頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/29361、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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(jìn)入血液，以調(diào)節(jié)血鈣平衡。第36頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2024/3/2937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(jìn)成骨，使血鈣降低）維生素D3（促進(jìn)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、如何維持血鈣穩(wěn)定第37頁,共41頁，2024年2月25日，星期天概念：為了維持血鈣的平衡，在甲狀旁腺的作用下骨鈣溶解，進(jìn)入血液的過程。危害：

雖然彌補(bǔ)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。

骨組織中釋放的鈣帶有骨組織的成分，如膽固醇等。當(dāng)其沉淀在血管壁、軟組織及細(xì)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(jié)石癥等。3、鈣的遷徙骨

鈣

血液細(xì)胞軟組織血

鈣

99%

1%

甲狀旁腺破骨素