钙离子的主要生理作用

钙在人体中，其99%是构成了骨盐，存在于骨骼和牙齿中，其余1%则主要分布于各部分体液中。钙不仅构成了骨骼，钙离子还是细胞外液中主要的阳离子，细胞膜内、外的钙离子浓度差约为5000～10000倍。细胞的全部功能即分泌、收缩、兴奋、扩散和分化等都取决于这种钙分布（还包括钠、钾等离子的分布）的跨膜梯度，故认为这个浓度差是细胞赖以维持正常功能的能量和物质基础。所以说钙起着维持细胞正常生理状态的功能。

生命体的细胞对Na＋，K＋，Ca2＋，H＋等几种无机离子进出的管理，关系到生命的过程，还涉及某些疾病的机制，比如神经冲动的产生、心脏的节律性跳动、肌肉细胞的收缩以及白内障产生的机制等。它们的进出都是通过细胞的主动转运，由ATP直接供能。前面在介绍胃酸的分泌时已提及了能主动运输质子的质子泵，除了质子泵外，细胞内还有着钙泵和钠-钾泵。

在处于静止期的细胞内，游离钙离子的浓度是10-8～10-7摩尔/升。而细胞外的钙离子浓度是10-3摩尔/升。这样，在细胞内外钙离子浓度存在有104～105倍的梯度。与质子泵一样，Ca2＋泵就是细胞膜上主动运输钙离子维持这一梯度的离子泵，它就是可由Ca2＋激活的ATP酶，是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白。每水解一个ATP就可转运两个Ca2＋到细胞外，细胞内外Ca2＋的浓度差就是这样造成的。

钙离子的跨膜梯度的存在使得当有信号刺激后，细胞外的钙离子由于细胞膜上的钙通道被打开流入细胞。这样，即使胞外的Ca2＋是很少量地涌入细胞内都会引起细胞质游离Ca2＋浓度显著变化，导致一系列生理反应发生。钙流能迅速地将细胞外信号传入细胞内，因此Ca2＋是一种十分重要的信号物质。细胞内的线粒体内腔、肌质网、内质网样囊腔中也含高浓度的Ca2＋，浓度大于10-5摩尔/升，名为“钙库”。在一定的信号作用下，储存的Ca2＋也可从钙库释放到细胞质，参与调节细胞运动、肌肉收缩、生长、分化等诸多生理功能。

钙离子是人体中一个非常重要的第二信使，能把激素或神经递质的信息传到细胞内，然后引起细胞外的信息的转移。钙离子还是第二信使中唯一的无机离子。此外，肌肉的收缩、心脏的跳动、内分泌腺和外分泌腺的分泌、糖原的合成分解、电解质的转运等都离不开钙的干预。因此也可以说，钙是生命活动的调节剂。

钙能维持神经肌肉（包括骨骼肌、平滑肌）的正常兴奋，是神经兴奋和肌肉收缩之间的耦联因子，控制着肌肉收缩的起动和舒张的终止。神经兴奋可导致神经递质乙酰胆碱的释放，到达肌肉细胞后又使肌肉细胞的膜兴奋，并使肌肉细胞中钙库（肌质网）储存的钙离子释放出来。钙离子扩散到肌纤维中，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。在神经递质所引起的兴奋作用过后，钙库通路关闭，而位于肌质网上的钙泵从细胞质中吸走钙离子。钙离子离开肌钙蛋白，肌钙蛋白恢复正常形状，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。

当人体血液中缺钙严重时，如血中游离钙低于3.5毫克/每100毫升血时，神经肌肉的应激性会升高（即肌肉兴奋性升高），此时肌肉细胞中储存的钙离子会释放出来，与肌钙蛋白结合，从而出现肌肉收缩。但由于此时钙离子并无神经递质的调节，胞质内的钙离子浓度不能正常地迅速下降，则肌肉不能充分舒张。只有收缩而无舒张，造成手足搐搦，俗称抽筋。这就是佝偻病患儿及某些孕、产妇发生手足抽搐和惊厥的原因。哺乳动物血钙太低都会出现抽搐现象。与此相反的是血钙离子浓度偏高时，由于降低了神经肌肉的兴奋性，使神经肌肉不能收缩而松弛，神经反应就会迟钝。

心肌和血管平滑肌的兴奋性，则与血中钙离子的浓度成正比。一定的钙离子浓度是心肌收缩的必要条件。缺钙会使心肌收缩无力，供血功能弱小，导致低血压，脑供血不足。增加钙离子的浓度，可以增强心肌的收缩力。血钙过高时甚至可以使心脏停搏于收缩状态。如果细胞内外钙离子转运失常，则没有充分的心肌舒张，静脉回到心脏的血流不能充分灌注，就没有充分的心肌收缩，心脏就不能有效地完成“心泵”的射血功能，久而久之引起心脏功能降低，导致心律不齐、心梗、心衰等疾病，甚至会猝死。如果细胞内钙离子浓度持续升高，不能恢复到细胞内外钙离子5000～10000倍的浓度差，引起血管平滑肌收缩，就会导致血压升高。

钙离子还参与血液的凝固。钙可以直接作为凝血复合因子，在凝血酶原转变为凝血酶时起到激活作用，然后凝血酶使纤维蛋白原聚合为纤维蛋白使血液凝固。柠檬酸根离子和草酸根离子与新鲜血液中的钙起反应，可以阻止血液的凝聚，柠檬酸钠常用作输血时的抗血液凝聚剂。钙对维持细胞膜的通透性及完整性也是十分必要的。钙可降低毛细血管的通透性，防止液体渗出，控制炎症与水肿。很多过敏性疾病，如哮喘、荨麻疹、湿疹都与缺钙有关。

钙还是许多酶的激活剂，如脂肪酶、淀粉酶等均受钙离子调节，还有如蛋白酶、三磷酸腺苷酶等。相应的蛋白激酶促进体内某些细胞内蛋白质的磷酸化过程。

钙也参与维持人体内的酸碱平衡。

对植物而言，大部分钙存在于叶内，并且老叶中钙的含量要比嫩叶中高，钙以果胶酸钙的形式固定在细胞壁的中胶层中，成为细胞质膜和细胞壁的重要成分。钙可以促进根的形成和生长，促使茎秆粗硬，增加养分吸收。缺钙时，植株矮小，根系生长很差，茎和根尖的分生组织受损。由于钙在植物体内不容易移动，缺钙时首先是生长点死亡，上部叶片变黄，叶尖叶缘萎蔫，叶柄扭曲，茎顶端呈坏死斑点。要注意的是植物缺钙往往并不是土壤缺钙，而是由于植物体内钙的吸收和运输等生理作用失调而造成的。

钙也是叶绿素分子的重要组成元素之一。钙还有助于减少植物中的硝酸盐，不仅能影响代谢作用，而且能中和代谢过程中所产生的有机酸，起到调节植物体内pH值的功能。