钙的生理作用和血钙离子浓度的维持

钙在细胞内、外的分布相差较大，细胞外液钙离子浓度约为1～3毫摩尔/升，而细胞内胞浆钙离子的浓度约为0.1毫摩尔/升。正常情况下，人体内血清总钙量相当恒定，为2.25～2.75毫摩尔/升，儿童稍高，常外于上限。其中大多数钙以骨盐形式存在于骨骼里。骨骼中钙的含量约占人体总钙量的99%，仅有1%左右分布于各种软组织中，在细胞外液(其中血液占细胞外液的20%，软组织的细胞间液占细胞外液的80%)中的钙含量仅占体内总钙量的0.1%，约1克左右钙是人体所不可或缺的营养素之一，钙离子是机体的必需元素，参与细胞的多种生理活动。对维持细胞各种代谢过程极为重要。它维持了神经、肌肉、骨骼、凝血机制、肾和呼吸功能，并在神经介质和激素的释放、氨基酸的摄取和结合、维生素的吸收等生理功能方面发挥着重要作用，与细胞的纤毛运动、阿米巴运动、白细胞的吞噬作用、细胞分裂、受精等作用也有着密切关系。图中概括了细胞中钙离子与身体功能的关系。血钙离子浓度是通过神经调节及体液调节保持稳定，通过骨钙，与血钙间的转化保持平衡，正常情况下，钙在各组织的代谢过程中，主要受副甲养腺激素的调节，还受到甲状腺素、肾上腺皮质激素、男女性腺激素雄激素和雌激素的影响。钙的平衡就是这些激素作用于钙代谢的结果。钙代谢的变化也能影响激素的活动变化，钙代谢的最终目的就是使血钙和骨钙保持稳定和平衡。骨钙一般相对稳定，而血钙的波动较大因此，钙的调节实际上就是血钙浓度的调节，钙的调节机能就是使血钙保持平衡。钙的调节机能有三个环节。第一个环节：肾脏是血钙调节的重要器官。当胃肠道吸收大量的钙时，血钙浓度可暂时升高。这时肾的过滤钙就增加，肾脏对钙的吸收减少，尿钙明显增加。然后血钙又逐渐下降到正常水平，肾脏对钙的过滤了恢复正常，尿钙也开始减少。也可以这样说，血钙浓度增高，尿钙排泄也增加，反之亦然，二者呈正比关系。第二环节：胃对血钙的调节作用。在饮食后大约6小时内肠钙吸收可以完成，吸收入血的钙被输送到骨和肾，并从尿液排出又需要6小时左右。这样的话，一顿营养合理的晚餐提供的钙可以在12小时内维持血钙平衡，而不必动用骨库(骨骼)里的钙。但当饮食钙不足时，为了维持血钙的平衡，骨就要做出牺牲，释放出骨钙进入血液以供急需，从而起到调节的功能。第三个环节：肠钙的吸收与排泄对钙的调节是很必要的。肠钙吸收不良或饮食中缺乏钙，会引起血钙下降，大量肠钙吸收会导致血钙上升。而实际上肠钙的吸收对血钙的影响又是很温和的，因为，钙在肠道的吸收要经五至六小时。另外肠道对钙的吸收也有调节作用。当饮食钙增加时，肠钙吸收率会随饮食钙的增加而下降，以保证定量吸收。如果饮食钙减少，则肠钙的吸收率就升高，当然如果饮食钙不足，仍然要动用骨库中的钙。钙离子的生理作用：维持神经细胞和肌肉细胞的正常活动，维持体液的pH值稳定和渗透压稳定。骨骼和牙齿中大量的钙，是构成机体组织的主要成分，并使骨骼有一定的硬度，起着支撑身体的作用。血液中的钙，具有维持脑及心脏功能正常，负担所有正常细胞生理状况的调节及分泌激素、凝固血液等作用，细胞没有钙便不能生存。钙在人体中的作用如下：1)维持细胞的生存和功能。细胞分裂繁殖，数目渐增，与单细胞渐渐改变功能，都需要钙的参加。钙自细胞外进入，唤醒细胞开始工作，否则细胞一直保持睡眠状态。钙进入细胞，发出电波，和布满全身的神经纤维，形成人体情报网络，信息的输入经过钙的活动才传到身体各部位。内分泌腺细胞分泌激素时也必需由钙经过血液，到器官中传递信息。细胞的单个功能和互相联络的网络都不能缺少钙，甚至老化、疾病、死亡都可以用钙的平衡说明。充分摄入钙质，细胞才能保持健康活跃，人也才能蓬勃和有朝气。2)参与神经肌肉的应激过程。在细胞水平上，作为神经和肌肉兴奋-收缩之间的藕联因子，促进神经介质释放和内外分泌腺分泌激素的调节剂，传导神经冲动，维持心跳节律。钙有镇静作用，当体液中钙浓度降低时，神经和肌肉的兴奋性增高，肌肉出现自发性收缩，严重时出现抽搐，当体液中钙浓度增加时，则抑制神经和肌肉的兴奋性。钙作为神经兴奋和肌肉收缩之间的耦联因子，始终控制着肌肉收缩的起动和舒张的终止。正常情况下细胞外液钙离子的浓度是细胞内钙离子浓度的10000倍。细胞兴奋时钙进入胞浆，胞浆内钙浓度显著增加，从而引起一系列细胞活动。肌肉的收缩作用是这样进行的：首先神经兴奋的信息传导至肌肉。神经和肌肉有一个结合部位，叫神经末梢，释放一种递质，叫乙酰胆碱(Ach)。每释放一个量子的Ach，需要1—4个钙离于，可见递质的释放与钙离子的浓度是密切相关的。而只有这种机制的启动，肌肉的收缩才能得以实现，当肌肉收缩的信息通过肌细胞膜传递到肌细胞内时，钙离子的作用就占主导地位了。在肌细胞里有肌质网，网内存有大量的钙离子，这些钙离子释放到脑浆，并作用于肌细胞内的肌原纤维，肌原纤维就可以收缩变短，整个肌细胞也就变短，这就是肌肉的收缩作用。相反，胞浆内的钙离子被肌质网回收进去时，肌原纤维失去了钙离子的作用就会舒张变长，整个肌细胞也就变长，这是肌肉的舒张作用。3)钙对维持体内酸碱平衡，维持和调节体内许多生化过程是必需的，它能促进体内多种酶的活动，是多种酶激活剂,如脂肪酶、淀粉酶等等均受钙离子调节。当体内钙缺乏时蛋白质、脂肪、碳水化合物不能充分利用，导致营养不良、厌食、便秘、发育迟缓、免疫功能下降。4)钙为一种凝血因子，在凝血酶原转变为凝血酶时起到催化作用，然后凝血酶使纤维蛋白原聚合为纤维蛋白使血液凝固。钙与磷脂结合，维持细胞膜的完整性和通透性。钙离子能使体液正常通过细胞膜，通常用来缓解由于过敏等症所引起的细胞膜渗透压的改变。