钙离子钙离子的生理作用

1、钙 离 子 的 生 理 作 用及 血 钙 浓 度 的 调 节2022年3月24日1分布：分布：（99%）骨骼、牙齿、指甲、头发。血钙（1%）：血液、细胞、细胞外液、软组织中。1%1%血钙在生命中的重要生理功能：血钙在生命中的重要生理功能：参与心脏的收缩与舒张，调节心律；参与神经冲动的传导；参与肌肉的收缩与舒张；参与血液凝固；激活酶的活性；维持细胞的黏着及细胞的完整性与通透性；控制纤毛运动；调整机体免疫平衡；（增强免疫功能）钙在人体中的分布、作用钙在人体中的分布、作用2022年3月24日2一、概述一、概述血钙的来源：血钙的来源：通过肠道吸收进入血液从骨骼中摄取！3Calcium in the b

2、ody机体总钙机体总钙99分布在骨骼分布在骨骼0.5在牙在牙0.5在软组织（细胞内钙）在软组织（细胞内钙）0.02在血浆在血浆2022年3月24日34Calcium in the blood血液中钙血液中钙99%-血浆血浆蛋白质结合钙（蛋白质结合钙（46%)有机酸结合钙有机酸结合钙-复合钙复合钙离子钙（离子钙（48%）1%-血细胞中血细胞中The ionized form of calcium in the serum is critical to healthy physiologic function. 2022年3月24日45Calcium in the cell细胞内钙99.9%-结合

3、钙0.1% 游离钙在胞内，浓度0.1 mol/L5 5存在于细胞膜，细胞浆内结合钙占存在于细胞膜，细胞浆内结合钙占0.50.5，作为第二信使的游离钙仅占细胞内钙的作为第二信使的游离钙仅占细胞内钙的0.0050.005。细胞内钙细胞内钙5050存存在于胞核内在于胞核内4444存在于胞内钙库（线粒体和内存在于胞内钙库（线粒体和内质网）内质网游离钙浓度也只有质网）内质网游离钙浓度也只有0.5 0.5 mol/Lmol/L2022年3月24日5二、钙离子的生理作用二、钙离子的生理作用l 钙离子是凝血因子，参与凝血过程钙离子是凝血因子，参与凝血过程l 参与肌肉（包括骨骼肌、平滑肌）收缩过程参与肌肉（包括

4、骨骼肌、平滑肌）收缩过程l 参与神经递质释放参与神经递质释放l 是骨骼构成的重要物质是骨骼构成的重要物质l 钙离子参与信号转导钙离子参与信号转导l 钙离子参与细胞凋亡。钙离子参与细胞凋亡。2022年3月24日6血液凝固血液凝固(blood coagulation)(blood coagulation)概念：概念：血液从流动的溶胶状态转变成不能流动的凝胶状态的过程本质：本质：可溶的纤维蛋白原变为不溶的纤维蛋白并交织成网，网罗血细胞等成分形成凝血块。（一）、钙离子参与凝血过程（一）、钙离子参与凝血过程2022年3月24日7血液的凝固是由一系列凝血因子参与的复杂的蛋血液的凝固是由一系列凝血因子参与的

5、复杂的蛋白质酶解过程白质酶解过程凝血因子凝血因子(coagulation factor)(coagulation factor)按按 国国 际际 命命 名名 法法 编编 号号 的的 凝凝 血血 因因 子子 编号同 义 名编号同 义 名 因 子 纤 维 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 组 织 凝 血 致 活 素因 子 血 浆 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 浆 凝 血 致 活 素 前

6、质(PTA) 易 变 因 子因 子 接 触 因 子 ,Hageman因 子 因 子 前 转 变 素 ,血 清 凝 血 酶因 子 纤 维 蛋 白 稳 定 因 子 原 转 变 加 速 素 (SPCA) 82022年3月24日内源性激活途径内源性激活途径（）外源性激活途径外源性激活途径（）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纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白纤维蛋白血液凝固的过程血液凝固的过程2022年3月24日9内源性凝血途径内源性凝血途径 当血管壁发生损伤，内皮下组织暴露，带负电荷的内皮下胶原纤维与凝血因子接触，因子即与之结合，在HK（激肽释放酶）和PK（前激肽释放酶）的参与下被活

7、化为a。在不依赖钙离子条件下，因子a将因子激活为XIa。在钙离子的存在下，活化的a又激活了因子为IXa。单独的a激活因子X的效力相当低，它要与a结合形成1：1的复合物，又称为因子X酶复合物。这一反应还必须有Ca2+和PL（血小板磷脂）共同参与 外源性凝血途径外源性凝血途径 当组织损伤后，释放该因子，在钙离子的参与下，它与因子一起形成1：1复合物。一般认为，单独的因子或组织因子均无促凝活性。但因子与组织因子结合会很快被活化的因子激活为a，从而形成a组织因子复合物，后者比a单独激活因子增强16000倍。 2022年3月24日10 凝血酶的生成凝血酶的生成 即因子a、因子a在钙离子和磷脂酶（PL）的

8、存在下组成凝血酶原复合物，即凝血活酶，将凝血酶原转变为凝血酶。 纤维蛋白形成 由凝血酶在钙离子的参与下催化血浆中的纤维蛋白原而形成,细丝纵横交织构成网状,并将血细胞网络其中,使液状的血液转变成胶冻状的血凝块。2022年3月24日112022年3月24日12注意：注意：（1）凝血是一个正反馈机制，一旦启动，必迅速完成全过程。（2）Ca2+在多个环节起作用，因此控制Ca2+就能控制血凝。（抗凝剂的制备）（3）血凝过程是流水线，阻断其中一步，则凝血过程必终止。2022年3月24日13 肌肉收缩的结构基础是粗细肌丝各蛋白质的结构和特性；横桥肌肉收缩的结构基础是粗细肌丝各蛋白质的结构和特性；横桥ATPA

9、TP酶酶分解分解ATPATP为之供能；而整个过程触发和终止的关键是为之供能；而整个过程触发和终止的关键是CaCa2+2+与肌钙蛋白的结与肌钙蛋白的结合和分离，即合和分离，即CaCa2+2+的浓度是高还是低。的浓度是高还是低。 钙对心肌和骨骼肌具有收缩作用，当神经刺激心肌和骨骼肌时，肌浆网中的钙就游离到肌浆中，钙离子与肌钙蛋白钙离子与肌钙蛋白结合，引起肌肉蛋白质构象发生变化，解除肌钙蛋白及原肌球蛋白的抑制作用，并激发其ATP酶活力，从而启动骨骼肌和心肌的收缩，使心脏保持连续交替的收缩与舒张，维持心动的节律，钾离子则与心肌的舒张有关，与钙离子相拮抗。（二）、参与肌肉收缩与舒张过程（二）、参与肌肉收

10、缩与舒张过程2022年3月24日142022年3月24日15骨骼肌骨骼肌细微结细微结构构16粗肌丝粗肌丝由肌凝蛋白(肌球)组成，其头部有一膨大部称为横桥。1、肌原纤维的组成横桥的特点横桥的特点能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合。具有ATP酶的作用,与结合位点结合后,分解ATP提供横桥扭动(肌丝滑行)和作功的能量。2022年3月24日17v肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌凝蛋白掩盖；v原肌凝蛋白：静息时掩盖结合位点；v肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌凝蛋白位移，暴露出结合位点。（2 2）细肌丝）细肌丝(thin filament)肌动蛋白肌动蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋

11、白肌钙蛋白OOOO2022年3月24日1818肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动横桥摆动横桥与细肌丝结合位点结合，横桥与细肌丝结合位点结合，分解分解ATPATP释放能量释放能量原肌凝蛋白位移，暴露细肌丝上的原肌凝蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点结合位点CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合终池内的终池内的CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆2 2、骨骼肌收缩分子机制、骨骼肌收缩分子机制- -滑行学说滑行学说2022年3月24日肌膜肌膜APAP沿肌膜、沿肌膜、T T管膜传播管膜传播激活激活L L型钙通道型钙通道激活激活JSRJSR

12、钙钙释放通道释放通道CaCa2+2+进入胞质进入胞质1 12 23 34 4胞质中胞质中CaCa2+ 2+ 升高升高100100倍倍肌钙蛋白与肌钙蛋白与CaCa2+2+结合，肌肉收缩结合，肌肉收缩激活激活LSRLSR膜上的膜上的CaCa2+2+泵泵CaCa2+2+回收入肌质网回收入肌质网肌浆中肌浆中CaCa2+ 2+ 降低降低肌肉舒张肌肉舒张基本过程：基本过程：激活的激活的L L型钙通道型钙通道 3 3、骨骼肌的兴奋、骨骼肌的兴奋- -收缩耦联收缩耦联20骨骼肌的兴奋骨骼肌的兴奋- -收缩耦联收缩耦联2022年3月24日214 4、骨骼肌舒张机制、骨骼肌舒张机制兴奋兴奋- -收缩耦联后收缩耦联

13、后肌膜电位复极化肌膜电位复极化终池膜对终池膜对CaCa2+2+通透性通透性肌浆网膜肌浆网膜CaCa2+2+泵激活泵激活肌浆网膜肌浆网膜CaCa2+2+CaCa2+2+与肌钙蛋白解离与肌钙蛋白解离原肌凝蛋白复盖的原肌凝蛋白复盖的横桥结合位点横桥结合位点骨骼肌舒张骨骼肌舒张2022年3月24日22运动神经冲动传至末梢运动神经冲动传至末梢N N末梢对末梢对CaCa2+2+通透性增加通透性增加 CaCa2+2+内流入内流入N N末梢内末梢内接头前膜内囊泡接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂向前膜移动、融合、破裂AChACh释放入接头间隙释放入接头间隙 AChACh与终板膜受体结合与终板膜受体结合受体构

14、型改变受体构型改变终板膜对终板膜对NaNa+ +、K K+ +( (尤其尤其NaNa+ +) )的通透性增加的通透性增加产生终板电位产生终板电位(EPP)(EPP)EPPEPP（终板电位）引起肌膜（终板电位）引起肌膜APAP肌膜肌膜APAP沿横管膜传至三联管沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内终池内CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变引起肌钙蛋白的构型改变原肌凝蛋白发生位移原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位暴露出细肌丝上与横桥结合位点点横桥与结合位点结合横桥与结合位点结合激活激活ATPATP酶

15、作用酶作用, ,分解分解ATPATP横桥摆动横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩小结：骨骼肌收缩全过程小结：骨骼肌收缩全过程1.1.兴奋传递兴奋传递 2.2.兴奋兴奋- -收缩（肌丝滑行）耦联收缩（肌丝滑行）耦联2022年3月24日（三）、参与神经递质的释放（三）、参与神经递质的释放 Ca2+内流是诱发乙酰胆碱释放的必要环节。当动作电位到达神经末梢时，接头前膜的去极化使电压门控Ca2+通道开放，大量Ca2+由胞外进入到突触前末梢内，这些Ca2+不仅是一种电荷携带者，可抵消神经末梢内的负电位，而且本身就是一种信使物质，可以触发囊泡中的

16、乙酰胆碱以胞吐的形式释放到接头间隙中。 Ca2+ 在前膜的兴奋和乙酰胆碱递质释放过程中起偶联和触发作用 。2022年3月24日23 当神经冲动传导到神经末梢时，使轴突末梢膜中的钙离子通道开放，钙离子内流进入突触小体，引起乙酰胆碱释放到突触间隙。乙酰胆碱受体的离子通道允许钠离子和钾离子通过。2022年3月24日24神经冲动神经冲动CaCa2 2通道开放，通道开放，CaCa2 2内流内流囊泡移动、融合、破裂，囊泡移动、融合、破裂，AChACh释放释放AChACh与与N N2 2受体结合受体结合NaNa、K K ( (尤其是尤其是NaNa) )通透性通透性终板膜去极化终板膜去极化终板电位（终板电位（

17、EPPEPP）EPPEPP电紧张性扩布至肌膜电紧张性扩布至肌膜动作电位动作电位2022年3月24日25（四）、骨骼构成的重要物质（四）、骨骼构成的重要物质 血中钙水平与骨代谢密切相关。正常时成骨与溶骨过程处于动态平衡，成骨过程中，钙沉积于骨，血中水平降低，而溶骨过程中，骨质分解，提高血中钙水平。在多种激素的共同调节下，骨不断更新与重建，并为血中钙水平稳态提供基本保证。2022年3月24日262022年3月24日27（五）钙离子与细胞信号转导（五）钙离子与细胞信号转导 胞质内钙离子浓度低；当细胞受到特异性信号刺激后，质膜上或肌浆网的钙通道打开，细胞内钙浓度瞬时升高，引发细胞变化。10-6M202

18、2年3月24日282022年3月24日29无活性PKC有活性PKC底物磷酸化2022年3月24日30CAMP途径： AC cAMP PKA CREBCGMP途径：GC cGMP PKG （其它细胞） 下游蛋白DAG/IP3途径：PLC水解 PIP2IP3 释放ER中的 Ca2+DAGCaM, Ca2+PKCNa+通道（视觉细胞）激活Ca2+途径： IP3 释放ER中的 Ca2+细胞膜上的 Ca2+通道释放胞外的Ca2+胞浆内Ca2+浓度瞬间升高超过10-6MCa2+与CaM结合形成复合体活化下游的酶类下游蛋白2022年3月24日312022年3月24日32细胞内Ca2+的升高可通过生成活性氧和

19、活性氮离子等下游环节而破坏细胞的能量内稳状态而导致细胞死亡。线粒体Ca2+积聚将损害氧化磷酸化作用，并通过电子传递链促进活性氧离子如超氧化物(02-)、过氧化氢(H202)的生成。高线粒体Ca2+也改变线粒体膜的通透性，抑制ATP的生成和促进坏死。（六）钙离子与细胞凋亡（六）钙离子与细胞凋亡2022年3月24日33CaCa2+2+激活的磷酸酶，钙神经蛋白(calcineurin)可诱导细胞凋亡，可导致BAD去磷酸化，引起它转移至线粒体从而促进Bad与BCL-X形成二聚体。在海马神经元中，L-谷氨酸通过NMDA受体诱发CaCa2+2+内流并激活钙神经蛋白，从而触发BAD的线粒体定位和细胞凋亡。此

20、外，线粒体选择性细胞色素c(Cyt c)通透将激活半胱天冬酶，进而促进细胞凋亡。CaCa2+2+还可直接激活一些细胞的酶从启动细胞毒级联反应。2022年3月24日34三、血钙平衡调节三、血钙平衡调节 血钙以离子钙和结合钙两种形式存在，各占约50%。其中结合钙绝大部分是与血浆清蛋白结合，小部分与柠檬酸、重碳酸盐等结合。因为血浆蛋白质结合钙不能透过毛细血管壁，故称为不扩散钙。柠檬酸钙等钙化合物以及离子钙可以透过毛细血管壁，则称为可扩散钙 。 血浆钙中只有离子钙才直接起生理作用。血浆中的不扩散钙，虽没有直接的生理效应，但它与离子钙之间处于一种动态平衡，并受血液pH的影响。 2022年3月24日351

21、、血钙浓度的调节主要受以下三方面因素的影响、血钙浓度的调节主要受以下三方面因素的影响 （1）饮食中钙含量及肠钙的吸收与排泄功能： 饮食中缺钙或肠钙吸收不良，会引起血钙下降；大量肠钙吸收会导致血钙上升。肠钙对血钙的影响虽然很温和且肠道有“自稳系统”，但若长期饮食钙量不足，仍然要动用“骨库”中的钙。（2）肾脏在血钙浓度调节中起重要作用： 当胃肠道吸收大量钙时，血钙浓度可暂时升高。血钙浓度增高，尿钙排泄也增加；反之亦然，两者呈正相关，以保持血钙浓度相对稳定。（3）骨钙是血钙浓度调节的“大后方”： 一餐富钙饮食可供12小时内维持血钙平衡不必动用骨钙；但当饮食中含钙量不足时，为了保持血钙浓度的相对稳定骨钙就会“奋不顾身”地进入血液，以调节血钙平衡 。2022年3月24日36骨钙和血钙调控激素共同完成：骨钙和血钙调控激素共同完成：u甲状旁腺激素（破骨使骨钙外流）u降钙素（促进成骨，使血钙降低）u维生素D3（促进肠道吸收钙质）它们互相配合，使血钙稳定在昼夜变化不超过3%的水平上。2 2、如何维持血钙稳定、如何维持血钙稳定2022年3月24日37概念：概念：为了维持血钙的平衡，在甲状旁腺的作用下骨钙溶解，进入血液的过程。危害：危害：虽然弥补血钙不足，但骨钙的释放，势必造成骨质疏松，形成硬组织软化。骨组织中释