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时间:2019-03-10
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1、浅谈Ca2+生理学功能摘要Ca2+是组成原生质的重要元素之一,是生物体不可或缺的一种元素,也参与动物机体各项生理活动,从骨骼形成,肌肉收缩,神经及大脑思维活动,甚至人体的生长发育、消除疲劳、健脑益智和延续衰老等都离不开它,因此有人说“钙是生命之本”。关键词钙离子骨骼肌肉收缩凝血过程神经传导在动物生命物质中,碳、氨、氢和氧参与各种有机化合物的组成;钙、磷、镁主要以难溶无机化合物存在于骨骼中;另外,钠、氯、钾、钙、镁等分别以游离水合阳离子和阴离子形式存在于细胞内液、细胞外液中发挥电化学和信使功能。其中,C
2、a2+发挥了很重要的作用:钙参与肌肉收缩、血液凝固、许多酶的活化、神经冲动的传递、降低细胞膜和毛细血管的通透性等[1]。经过简单的生理学课程学习和资料查询,我将Ca2+的生理学功能总结了五个方面的内容:组成骨骼的重要成分;参与肌肉收缩;参与凝血过程;参与神经递质的合成与释放;其他方面。1、骨骼组成钙磷占据了体内总矿物质的70%,约99%的钙和80%~85%的磷存在于骨骼和牙齿中。骨骼在运动系统中起杠杆作用,构成生物体的坚固支架。骨组织含有无机盐、有机质和水。其中无机盐占45%,骨无机盐不仅能增强骨的机
3、械力,同时具有维持机体所有组织的化学平衡作用。在无机质中磷酸钙、碳酸钙、氟化钙等含钙化合物占2/3,决定了骨的坚固性,在维持体型、保护脏器和支持体重方面有重要作用。钙是整个生命期骨塑建和重建过程中骨质形成期所必需的元素,支持骨器官的发育和形成[2]。在畜牧业生产中严重危害动物健康的主要是钙和磷,它们是骨骼的主要矿物质成分,相互关系十分密切,其中一种缺乏或过量,将会干扰动物对另一种的吸收和利用。在各种动物钙绝对缺乏比较少见,而磷过多引起的钙相对缺乏较为常见,钙的缺乏可导致甲状旁腺机能亢进、骨质疏松和纤维
4、性骨营养不良,但一般不会引起佝偻病和成骨软化[1]。在家禽的饲养中,钙缺乏会使体质衰弱,增重缓慢,饲料利用率和繁殖率下降,肉、蛋产量降低。对人类来说,小儿缺钙易造成软骨病、佝偻病、龋齿等疾病,而老年人缺钙易发生骨质疏松或是骨折。2、肌肉收缩肌纤维组成肌组织,具有收缩功能。生物体运动、消化、心脏跳动等都离不开肌肉收缩,而Ca2+在肌纤维收缩过程中起着重要作用。骨骼肌是人体运动的动力源,合理的骨骼肌力学模型在运动生物力学、康复工程等中具有重要应用价值[3]。Ca2+贮存在肌质网的终末池中。骨骼肌静息时,横
5、小管上的L型Ca2+通道对终末池膜上的Ca2+通道起堵塞作用。当电信号达到T管时,横小管膜上的L型钙通道发生变构,导致与其相对的终末池上的Ca2+通道不再被堵塞而打开。肌质网中的大量Ca2+进入胞质。当纵管系统终末池上的Ca2+通道被打开后,肌质网中的Ca2+顺浓度梯度迅速释放到肌浆中,使肌浆中的Ca2+提高了100倍,与肌钙蛋白上的钙结合蛋白亚基(TnC)结合并达到饱和,从而触发肌丝滑行,引起肌肉收缩。当肌浆中Ca2+浓度升高到一定程度时,便激活肌质网上的钙泵,将肌浆中的Ca2+逆浓度梯度重新运回肌
6、质网中,随着Ca2+浓度下降,肌钙蛋白和Ca2+的结合解离,肌肉也随之舒张。这便是Ca2+在骨骼肌收缩过程中的作用机理。在心肌中,动作电位沿细胞膜传递,激活肌膜上的电压敏感性L型Ca2+通道,使之迅速打开,细胞外Ca2+便流入到细胞内。进入胞浆的Ca2+与邻近SR上的RyR2结合,可使RyR2通道开放,导致SR内的Ca2+大量流入胞浆,这就是Ca2+引起心肌细胞收缩的机制,再通过SERCA将Ca2+回收到肌质网而实现心肌细胞舒张。在机能上,心肌的收缩性对细胞外的Ca2+浓度有明显依赖性。Ca2+可维持
7、神经肌肉的正常兴奋性,畜禽血中钙的浓度低于正常时,则神经肌肉的兴奋性升高,可引起肌肉强直性痉挛,甚至昏迷,反之则兴奋性降低,肌肉软弱,甚至瘫痪。骨骼肌、心肌和平滑肌的收缩都需要钙离子的存在,实验证明,钙是肌肉收缩物质的激活剂。因此,补充足够的钙盐可防治缺钙引起的抽搐、痉挛,牛、猪的产前产后瘫痪。[4]1、血液凝固血小板是凝血过程中的重要血细胞。黏附、聚集的血小板形成血栓有利于止血,在必须在一定浓度的Ca2+和纤维原蛋白存在时才能实现。作为凝血因子IV的钙离子,参与了凝血过程的三个阶段。第一阶段,为凝血
8、酶原激活物的形成,实现途径包括内源性和外源性两种。无论是哪一种途径,都必须在Ca2+存在的条件下首先内源性凝血途径中,在被激活的FⅫa作用下,FⅪ转变为FⅪa,在Ca2+存在条件下FⅪa激活FⅨ,生成的FⅨa与FⅫa、Ca2+在血小板凝脂膜上结合成复合物,并激活FⅩ。其次在外源性凝血途径中,在Ca2+存在下,形成TF-Ca2+-FⅦ/FⅧa复合物,迅速激活FⅨ、FⅩ。第二阶段为凝血酶原激活物催化凝血酶原转变为凝血酶,这是由在血小板凝脂膜上形成的FⅩ-FⅤ
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