二、鈣超載
各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象，稱為鈣超載（calcium overload)。1966年Ziminerman和Hulsmann發(fā)現(xiàn)，用無(wú)Ca2+的生理鹽溶液灌注大鼠離體心臟，短時(shí)間內(nèi)即發(fā)生肌膜損傷，隨后灌注含鈣的生理鹽溶液后發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞中鈣含量明顯增加，且心臟發(fā)生更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)和功能改變。1986年Young證實(shí)，腦缺血—再灌注后也誘發(fā)了鈣超載。進(jìn)一步研究證明， Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)多發(fā)生在再灌注后的最初2 min內(nèi)，并對(duì)組織細(xì)胞產(chǎn)生損傷作用。
(一)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)
正常情況下細(xì)胞內(nèi)外Ca2+濃度相差懸殊，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度([Ca2+]i)為108~107mol／L，細(xì)胞外 鈣離子濃度([Ca2+]e)為10-3—10-2moL／L，兩者相差約20000倍。細(xì)胞內(nèi)的鈣離子分布也不是均勻的，約44％存在于胞內(nèi)鈣庫(kù)(線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng))，50％存在于細(xì)胞核內(nèi)，5％存在于細(xì)胞膜，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)結(jié)合鈣占 0．5％，作為第二信使的游離鈣僅占細(xì)胞內(nèi)鈣的0．005％。如此大的細(xì)胞內(nèi)外濃度梯度的維持有賴于膜對(duì)鈣的通透性和鈣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)（圖7-4)。
1、Ca2+進(jìn)入胞液的途徑 Ca2+順濃度梯度進(jìn)入胞質(zhì)，其主要途徑有：
(1)細(xì)胞膜鈣通道 細(xì)胞膜鈣通道主要有兩類，一類是電壓依賴性Ca2+通道(voltage opermedcalcium channels，VOC)，當(dāng)膜電位達(dá)一定程度時(shí)開(kāi)放，使細(xì)胞外的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另一類是受體操縱性Ca2+通 道(receptor opermed calcium channels，ROC)，又稱配體門(mén)控Ca2+通道。當(dāng)與激動(dòng)劑結(jié)合后開(kāi)放，使細(xì)胞外的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。
(2)細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放通道 細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+主要儲(chǔ)存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)／肌漿網(wǎng)(SR)中，有1，4，5—三磷酸肌醇(IP3)敏感和不敏感兩類鈣池，分別由IP3和ryanodine受體(RYR)系統(tǒng)調(diào)控。IP3介導(dǎo)的Ca2+釋放依賴于一定濃度的胞質(zhì)鈣離子濃度。ryanodine受體調(diào)控鈣釋放則是當(dāng)電壓控制性鈣通道開(kāi)放后，使小量鈣內(nèi)流，Ca2+與RYR結(jié)合后觸發(fā)ER／SR釋放Ca2+，即Ca2+誘發(fā)Ca2+釋放。
2．Ca2+離開(kāi)胞質(zhì)的途徑 Ca2+離開(kāi)胞質(zhì)是逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)，是一個(gè)耗能的過(guò)程。主要途徑包括：
(1)Ca2+泵的作用 Ca2+泵即Ca2+—ATP酶，其活性依賴Ca2+和Mg2+，存在于細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體膜上。當(dāng)[Ca2+]升高到一定濃度時(shí)，Ca2+泵被激活，水解ATP供能，將Ca2+逆濃度梯度泵出細(xì)胞或泵入細(xì)胞器，降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度。
(2)Na+—Ca2+交換 Na+—Ca2+交換是一種非耗能的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，轉(zhuǎn)運(yùn)方向?yàn)殡p向性。通常是Na+ 順電化學(xué)梯度進(jìn)入細(xì)胞，Ca2+逆電化學(xué)梯度移出細(xì)胞。一般是3個(gè)Na+交換1個(gè)Ca2+。
(3)H+—Ca2+交換 主要見(jiàn)于線粒體，轉(zhuǎn)運(yùn)方向?yàn)殡p向性。當(dāng)[Ca2+]升高時(shí)，線粒體攝取Ca2+，并排出H+，從而發(fā)揮線粒體的緩沖作用。
(二)細(xì)胞內(nèi)鈣超載的產(chǎn)生機(jī)制
1．細(xì)胞膜通透性增zxtf.net.cn加 正常生理狀態(tài)下，鈣離子將細(xì)胞膜外板(external lamina)與外層的糖被(glyco-calyx)連接，形成完整的細(xì)胞膜，維持細(xì)胞內(nèi)低鈣，細(xì)胞外高鈣。缺血造成細(xì)胞膜外板與糖被分離，使細(xì)胞膜對(duì)鈣的通透性大大增加。當(dāng)再灌注時(shí)，鈣離子順細(xì)胞內(nèi)外的濃度差大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加又可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，細(xì)胞膜通透性進(jìn)一步增高，形成惡性循環(huán)，加速細(xì)胞外Ca2+進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)。
2．Na+—Ca2+交換增加 Na+／Ca2+交換蛋白的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方向取決于細(xì)胞內(nèi)外Na+和Ca2+的濃度。在生理?xiàng)l件下，Na+／Ca2+交換蛋白的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方向是順濃度梯度將Na+運(yùn)進(jìn)細(xì)胞，逆濃度梯度將細(xì)胞內(nèi)的Ca2+運(yùn)出細(xì)胞，與細(xì)胞膜鈣泵共同維持細(xì)胞內(nèi)低鈣。缺血缺氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)pH降低(細(xì)胞內(nèi)酸中毒)，恢復(fù)灌注使細(xì)胞內(nèi)外形成pH梯度差，Na+—H+交換增強(qiáng)，使細(xì)胞內(nèi)Na+增加，從而促進(jìn)Na+—Ca2+交換反轉(zhuǎn)，使細(xì)胞外Ca2+大量?jī)?nèi)流，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載。這是再灌注損傷時(shí)細(xì)胞內(nèi)鈣超載的主要途徑。
3．兒茶酚胺增多 缺血再灌注時(shí)兒茶酚胺大量產(chǎn)生，通過(guò)。和p受體使鈣內(nèi)流增加，其機(jī)制為：
①通過(guò)p受體使腺苷酸環(huán)化酶活化，cAMP生成增加。cAMP激活蛋白激酶A(PKA)，PKA又使L型鈣通道磷酸化而促進(jìn)鈣內(nèi)流；②通過(guò)α受體激活磷脂酶C，產(chǎn)生三磷酸肌醇(IP3)，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)／肌漿網(wǎng)上鈣通道開(kāi)放，使細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放鈣。
4．活性氧產(chǎn)生增加 缺血再灌注時(shí)大量產(chǎn)生的活性氧可以破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜，造成膜通透性增加和結(jié)構(gòu)損傷，從而使鈣內(nèi)流增加�；钚匝踹�可以損傷線粒體膜，導(dǎo)致ATP生成減少；損傷肌漿網(wǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，導(dǎo)致鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)障礙，加劇細(xì)胞內(nèi)鈣超載。
(三)鈣超載引起細(xì)胞損傷的機(jī)制
l.線粒體功能障礙 胞質(zhì)內(nèi)高濃度的Ca2+使線粒體攝取Ca2+增加，這一過(guò)程是需要消耗ATP的。同時(shí)，線粒體基質(zhì)中Ca2+濃度增高使線粒體內(nèi)形成磷酸鈣沉積，影響ATP合成，導(dǎo)致ATP合成減少。此外，線粒體基質(zhì)內(nèi)高鈣還可激活線粒體脫氫酶，引起內(nèi)膜氧化損傷。這些因素都可使ATP不斷減少，甚至耗竭。
2．激活鈣依賴性降解酶 Ca2+濃度增高可激活蛋白酶(protease)、磷脂酶(phospholipase)、核酸內(nèi)切酶(endonuclease)等多種鈣依賴性降解酶。磷脂酶促進(jìn)膜磷脂水解，造成細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜受損；蛋白酶和核酸內(nèi)切酶可衛(wèi)生資格考試網(wǎng)引起細(xì)胞骨架和核酸分解，導(dǎo)致細(xì)胞損傷。
3．促進(jìn)活性氧生成 鈣超載激活鈣依賴性蛋白酶，促使黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶，致使活性氧生成增加，損害組織細(xì)胞。此外，鈣超載還可激活膜磷脂酶A：，通過(guò)環(huán)加氧酶和脂加氧酶，在花生四烯酸降解過(guò)程中產(chǎn)生H2O2和·OH。
4．破壞細(xì)胞骨架 細(xì)胞骨架的微絲和微管構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)以維持細(xì)胞的正常形態(tài)。胞內(nèi)Ca2+濃度增加使肌動(dòng)蛋白絲同肌輔助蛋白分離，促使質(zhì)膜大泡(細(xì)胞表面出現(xiàn)多個(gè)突起物)形成，質(zhì)膜易于破裂。
