钙与生物体损伤的研究进展.doc

钙与生物体损伤的研究进展摘 要：从钙的吸收、血钙的调节等方面对钙的生理作用进行全面阐述，以揭示钙与疾病及细胞凋亡之间的关系，通过对低钙和高钙引发的疾病和不良症状的描述，阐明了钙对生物体的影响，同时指出，钙的一些生理特性关系到很多疾病的诱因，并且还与细胞凋亡的调控有一定的关联。关键词：钙；疾病；生理作用: described comprehensively the physiological action of calcium from the absorption, the regulation of blood calcium to show the relationship between calcium and disease calcium and cell apoptosis. indicated that the effect of calcium on the body for low calcium and high calcium inducing diseases and other negative symptoms. at last,pointed out that physiological characteristics of the calcium can lead to many diseases and the relationship between calcium and cell apoptosis.key words: calcium;disease;physiological action所有化学物质都包含元素，即任何物质都包含元素，生物体也是由不同元素组成的，钙是生物体中的常量元素，在体内的含量仅次于碳、氢、氧、氮。元素在维持机体正常生理代谢和病变的发生中起到了重要作用。适量的钙对生物体的生长和代谢有重要的作用，但是钙含量过量时，会造成生物体的损害。禽类痛风研究报道中多见高钙日粮引起的痛风病例1-2，许多学者认为日粮中过高的钙被机体吸收后，形成高钙血症，体内的过高钙含量可造成肾小管细胞的变性、坏死，并引起肾脏损害2-3，而肾脏损害是家禽发生痛风的重要环节4。1 钙的代谢情况1.1 钙的吸收及其影响因素食物中的钙以3种形式5-6被肠道上皮细胞吸收:第一，当肠腔中的钙离子浓度较高时被细胞旁路被动转运；第二，细胞内吞饮及胞外分泌小体的流动过程；第三，跨过刷状滤膜直接进入细胞液(在钙通道开放时)，扩散并与钙结合蛋白-d9k结合，在基底膜侧通过pmca和na+ca2+交换泵的作用被送出细胞，后者使钙通过细胞被吸收，同时防止细胞内钙的增加。钙在体内是以离子的形式被吸收的，许多的钙盐在机体内的溶解度较小，而当ph值为56时溶解度较大。动物体的钙主要来源于食物，但是食物中的钙不会被完整的吸收与利用。降低钙吸收的因素有纤维素、草酸、植酸盐、过量的脂肪，促进钙的吸收的因素有维生素d、部分氨基酸、乳糖、酸性介质7。1.2 血钙的调节情况当动物摄入钙的含量不足时，会出现生理性的钙透支，导致血钙水平下降。当机体内血钙含量下降到一定阈值时，会促进甲状旁腺分泌甲状旁腺激素，甲状旁腺激素具有破骨效应，能将骨骼中的钙调动出来，用以维持机体血钙含量的稳定。当从食物中摄取的钙含量升高时，来源于骨骼中的钙代偿会减少，维持机体一个正常的血钙含量。所以，从食物中摄食的钙的突然升高或减少，机体自身是会有调节的，以保证血钙的稳定。由于骨钙相对比较稳定，所以钙的调节实际上是血钙的调节。血钙通过3个方面来调节：（1）血钙调节的重要器官是肾脏，当动物通过胃肠道摄食的钙大量增加时，机体血钙浓度会增高，此时肾脏肾小球滤过钙会增加，肾小管对钙的重吸收会减少，尿液中的钙浓度升高。通过肾脏调节后，血钙浓度会逐渐恢复到正常水平，随着血钙的恢复，肾小球滤过和肾小管重吸收作用也逐渐恢复正常，尿液中的钙浓度也逐渐减少。肾脏调节血钙机制反之亦然8。（2）肠钙的吸收与排泄对血钙浓度的调节。肠钙的吸收对血钙的调节实际上是很温和的，因为肠道对钙的吸收要经历56 h。动物在采食过程中钙的摄入不足或肠道对钙的吸收不良，会直接引起血钙浓度的下降，大量的肠钙被吸收也会引起血钙的浓度上升。同时肠道对钙的吸收也具有调节的功能。当采食中摄入的钙增加时，肠道对钙的吸收率会随着摄入的钙的增加而降低，以保持血钙的水平稳定，即摄入的钙与肠钙的吸收率呈反比9。（3）骨的吸收对血钙的调节作用。骨具有直接调节血钙浓度的作用，并且这种作用要先于甲状旁腺素（pth）10。当动物机体摄入的钙不足时，破骨细胞的活性会增强，加强骨的吸收与骨盐的溶解，把骨库中大量的骨钙调动出来，释放到血液中，而当机体摄入的钙含量过量时，这种作用明显减弱，这些作用都是为了维持血钙的正常水平。正常情况下动物体钙摄入量与排泄量是处于动态平衡的，血钙水平维持相对的稳定，而这依靠于3种激素的协同作用，即降钙素、1,25-二羟基钙化醇（1,25-（oh）2d3）及甲状旁腺激素。2 钙的生理作用钙元素是维持生物机体正常生理功能所必需的大量元素之一，在地壳中的含量位于第五位。生物体内钙的生理作用对维护机体正常生命活动具有举足轻重的意义，特别是钙离子，它作为生物体内最普遍使用的信号传导因子，在细胞的分裂、生长、死亡过程中起着重要的作用，调控着生命的受精、发育、细胞繁殖、神经兴奋传导、细胞死亡11。钙的生理作用大体有5个方面12-13：（1）钙能维护血管正常的通透性，钙离子能使细胞膜和机体内毛细血管的通透性降低；（2）钙离子是凝血过程中的重要因子，钙离子催化凝血酶原转变为凝血酶，凝血酶再使纤维蛋白原聚合成纤维蛋白达到血液凝固的作用。许多抗凝血剂也是根据钙的这一生理作用设计的，即加入可与钙离子相结合的化学物，减少血液中钙的含量，使凝血过程中钙的浓度减少，达到凝血中止的作用。（3）镇定神经和神经递质的合成都需要钙离子的参与，钙离子对于生物体神经肌肉的兴奋和神经冲动的传导具有重要的意义，它能降低神经肌肉的兴奋性。（4）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13-14。（5）钙参与机体内许多酶的激活及活性的增强，胞质钙作为信使对细胞各种生理活动都具有很强的调控效果，细胞内钙离子浓度增大后，与cam结合，激活多种蛋白酶，完成各种机体的生理活动15。3 钙缺乏或过量与疾病的关系许多研究表明16, 109种疾病直接与钙的迁移聚集相联系,主要有骨骼系统疾病(如佝偻病、骨质疏松、骨质增生、骨生长痛、软骨病、骨变形、各种骨损伤等)、牙齿疾病、免疫系统疾病、神经系统疾病、肌肉组织疾病、血液系统疾病、酶变异疾病、细胞粘着性疾病、纤毛运动性疾病、呼吸系统疾病、肠胃系统疾病、肝胆疾病、眼睛疾病、肾脏系统疾病、生殖系统疾病、膀胱疾病,肛肠疾病、各种皮肤疾病等。3.1 低钙对生物体的损伤当动物长期摄食钙不足时，极易引起骨质疏松、骨软化、关节炎、畸形或自发性骨折等，幼畜发生佝偻病，出现生长受阻，食欲不振或失常，脊骨、肋骨和管骨扭曲，步态不稳及跋行等病症。所有这些症状和变化都是与动物日粮中长期缺钙导致的，并与钙缺乏呈正比17-18。当动物长期摄入钙不足时，血钙浓度会下降，而此时机体为了保持血钙的正常水平，甲状旁腺会分泌出甲状旁腺激素（pth），它能调动骨骼中的骨钙进入血液，也使促骨原细胞和骨细胞转变成破骨细胞，抑制成骨细胞的活动，使骨的钙盐沉积减少，使血钙浓度升高到正常水平，进而使骨中的钙盐缺乏，出现骨质疏松、骨软化、关节炎、畸形或自发性骨折等15。3.2 高钙对生物体的损伤动物长期摄入含有高钙的日粮，导致体内钙超载，对生命体造成严重损害，有关高钙引起禽类痛风的病例有许多报道19-21。有试验证实，饲料中的高钙能引起鸡肾脏肾小管上皮的广泛性变性坏死，导致肾功能不全或肾衰 22。许多疾病的发生都与细胞死亡有关23-25。而细胞内的钙离子浓度很大程度上决定着细胞的正常代谢和重要的生理活动。heibrunn在20世纪30年代就根据试验观察推测，细胞损害和细胞内ca2+浓度异常升高有关。许多病理学家发现，坏死组织细胞内ca2+沉积是一种较普遍的现象15。钙超载可引起线粒体内氧化磷酸化过程障碍，线粒体膜电位降低，组织 atp 含量下降，以及胞浆内磷脂酶、蛋白酶等激活，可导致并促进细胞的不可逆性损伤26-28。目前，研究报道较多的还有肝脏细胞的损伤，在此过程中均出现了钙超载的现象。肝细胞致死性损伤的普遍特征是肝细胞膜泡的形成和破裂29，而膜泡的形成及破裂并非是由于细胞肿胀导致的，肝细胞钙的超载引起的细胞骨架蛋白和膜磷脂双分子层损害为其重要机制30。4 钙与细胞凋亡细胞凋亡（apoptosis）又称程序性细胞死亡（programmed cell death,pcd），由死亡信号诱发的受调节的细胞死亡过程, 是细胞生理性死亡的普遍形式。凋亡过程中dna发生片段化，细胞皱缩分解成凋亡小体，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生炎症。钙作为生物体中细胞的最普遍而重要的信息传导成分，与环磷酸腺苷共同起第二信使的作用。目前，众多研究还表明，细胞凋亡的诱导和抑制多与信息的传导和通路有关，而细胞内游离的钙离子浓度对信息传导具有重要的作用31。几乎所有的生理活动都受钙离子的调控，钙离子在生命的开始就触发受精过程，控制细胞发育和分化成特定类型的细胞，然后调节细胞的各种生理活动，最后参与细胞凋亡过程32。有研究报道称，钙离子与促进细胞凋亡有关，胞浆中钙离子浓度的升高可视为细胞凋亡开始的早期信号传导33。高浓度的bcl-2蛋白可以通过抑制细胞内质网中钙离子的释放来抑制细胞的凋亡34，说明钙离子浓度与细胞的凋亡有很大的关联性。richter认为35，活性氧可以通过改变线粒体中钙离子浓度来破坏线粒体，最终导致细胞凋亡。有研究报道，细胞外高钙能够导致慢性肾功能衰竭并继发甲状旁腺机能亢进症患者甲状旁腺细胞凋亡36。钙升高所导致的细胞凋亡机理非常复杂，目前有关钙离子对细胞凋亡的调节作用有相反的意见37。有些学者发现钙离子浓度的升高没有发生细胞凋亡，神经细胞膜去极化，伴随着钙浓度的升高，甚至使细胞在撤除神经生长因子的条件下仍没见细胞凋亡的发生38。也有部分学者研究发现，同一细胞株在不同条件下，升高细胞外钙离子能抑制凋亡，又能促进凋亡39。综上所述，钙在生命活动中具有重要的生理作用和代谢功能，当机体内钙含量超标或缺乏时，机体会发生相应的生理反应及不良症状，很多疾病的诱因也正跟钙的一些生理特性有关，雷鹏用高钙日粮来复制鸡痛风病，意在结合高钙与机体损伤的关系方面研究揭示痛风中的发病机理40，虽然已有研究报道饲料中的高钙能引起鸡肾脏肾小管上皮的广泛性变性坏死，导致肾功能不全或肾衰 22，但是痛风的发病机理也还并未完全研究清楚，还有待进一步的探索。参考文献：1 王立景高钙饲料引起雏鸡痛风j中国兽医杂志,2000,26（11）：452 黎晓敏，邓茂先，李前勇，等鸡尿酸盐沉积临床病理学实验研究j中国兽医学报，1998,18（1）：49-513 brown t p，glissom j r，rosales g，et al. studies of avian urolithiasis assoeiated with an infections bronchitis virusj.avian disease，1987，31:629-636.4 程金科，范国雄禽痛风研究进展j中国兽医杂志，1989，15（6）：43-455 程顺峰.钙离子的体内代谢及其药理作用j. 医药导报，2000，19(1):636 陈松苍.细胞钙代谢、癌基因与原发性高血压j. 国外医学心血管分册，1995，22(3):131-135.7 郭玮，陈骏琪.钙的吸收j.中华检验医学杂志，2000，23(3):186-187.8 王叔咸，吴阶平.肾脏病学m. 北京：人民卫生出版社，1987:610-614.9 斯托凯p d.禽类生理学m. 杨传任译. 北京：科学出版社，1982:187-201.10 汪正辉.临床水、电解质及酸碱平衡m.重庆:重庆出版社，1992:112-138.11 berridge m j，boomtna m d，lipp p. calcium-a lief and death signalj.nature，1998，395(6703):645-648.12 姜智慧，邵敬伟. 钙的生理作用与钙的代谢异常j.中国实用乡村医生杂志，2005,12（4）:2-3.13 陈跃先. 钙的生理作用j. 福建医药杂志，2000,22（2）: 140.14 吴嘉惠. 钙的生理作用及其与其它元素的关系j. 中国实用儿科杂志，1999,14（10）：584-588.15 王莉，段相林，杨震玲. 哺乳动物细胞内钙离子的功能及疾病的关系j. 解剖科学进展，2004,10(1):90-93.16 李蓉,李季蓬.钙与生态大系统及其保健医学作用j.四川地质学报, 2004,24(2):107-113.17 呙于明.家禽营养与饲料m.北京：中国农业大学出版社，1998：84-90.18 倪有煌，李毓义.兽医内科学m.北京:中国农业出版社，1996：358-361.19 wideman r f,closser j a,roush w b, et al. urolithiasis in pullets and laying hens: role of dietary calcium and phosphorusj. poultry science, 1985,64:2300-2307.20 唐建霞,黄克和,郭小权.高钙致鸡尿液及尿沉渣变化的研究j.南京农业大学学报，2004，27(1):89-92.21 唐建霞,黄克和,郭小权.高钙与高蛋白日粮诱发鸡痛风j.中国兽医学报，2005，25(2):203-206.22 黎晓敏,邓茂先,李前勇,等鸡实验性尿酸盐沉积症的肾脏病理学研究j中国兽医学报,1998,18(4):387-38923 ferrari r.calcium antaonists and left ventricular dysfunctionj. am j cardiol，1995，75(13):71-76.24 ermak g, davies.calcium an doxidative stress:from cell signaling to cell deathj.mol immunol，2002，38:713-721.25 shaya l，waters，satinder s，et al. calpains mediate calcium and chloride influx during the late phase of cell injuryj. the jounral of pharmacology and experimental therapeutics，1997，283(3):1177-1184.26 shimohama s, fujimoto s, matsushima h, et al. alteration of phospholipase c-delta protein level and specific activity in alzheimers disease j. j neurochem, 1995 ,64:2629 - 2634.27 smeland e, bremnes r m , fuskevag o m, et al. the effect of calcium channel blockers and calcium on methotrexate accumulation in rat hepatocytesj.anticancer res, 1995, 15: 1221 - 1225.28 richelmi p, mirabelli f, salis a, et al. on the role of mitochondria in cell injury caused by vanadate - induced ca2+ overload j.toxicology, 1989 ,57:29 - 44.29 张永刚.肝细胞钙超载与肝细胞损伤j.国外医学生理、病理科学与临床分册，1997,17(3):255-258.30 范运峰，郑明学，梁文涛.细胞钙信息转导与疾病发生发展的关系j.动物科学与动物医学，2004,21(11):29-31.31 foluso a,jan f m p.role of intracellular free ca2+ and zn2+ in dexamethasone-induced apoptosis and dexamethasone resistance in human leukemia cem linesj.journal of cell physiology，1995，163:80.32 孙大业，郭艳林，马力耕.细胞信号转导m.北京：科学出