第119章 鈣磷之邪
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強:鈣結合蛋白在內質網之外還能發揮作用嗎?
夢:是的,鈣調蛋白廣泛存在於細胞中,參與細胞內的信號轉導,調節酶活性、調節細胞骨架、調節離子通道、還參與基因表達調控。鈣調蛋白的作用就像一個變壓器,能夠增加或降低鈣離子的作用,然後與蛋白質中的氨基或磷酸基結合,進而改變蛋白質的性質。許多酶的活性受鈣調蛋白的調控,形成“鈣鈣調蛋白”複合物,能夠激活多種蛋白激酶。鈣調蛋白還能調節一些磷酸酶的活性,如鈣調神經磷酸酶,能夠使活化t細胞核因子去磷酸化,使其進入細胞核,啟動相關基因的轉錄,參與免疫細胞的活化和免疫應答。
強:鈣調蛋白對神經起作用嗎?
夢:是的。我們知道中樞神經由神經元組成,神經元細胞內部由神經纖維組成,而神經纖維又是由微絲和微管組成。神經細胞內也有鈣調蛋白酶,被鈣離子激活後能將“微管穩定蛋白”從微管上切除。而“微管穩定蛋白”能促進微管組裝並抑製解聚,“微管穩定蛋白”被切除後導致微管穩定性下降。當大腦神經元的微管穩定性大麵積破壞,神經通路被打斷,會影響大腦的意識結構,當意識結構失衡就會形成“老年癡呆”。微管是αβ微管蛋白二聚體螺旋形成管狀結構,“微管解聚蛋白”能抑製二聚體加螺旋,“微管解聚蛋白”需要鈣調蛋白的激活才能發揮作用。我們知道加螺旋由磷酸基提供的,當磷酸化充足就能抑製解聚蛋白的幹擾,使微管更加穩定。鈣調蛋白對微管穩定性是負向效果的,而細胞具有流動性,正是由鈣調蛋白與“微管解聚蛋白”共同來完成的。所以鈣離子和鈣調蛋白的過量就會加劇細胞骨架分解,形成氣虛;而鈣離子和鈣調蛋白不足,則微管不分解導致細胞的流動性降低,產生應激和炎症反應。
強:在細胞內,我怎麽感覺“鈣離子”成了細胞平衡的中庸代表。鈣多了不行,少了也不行。
夢:是的。血液平衡看鎂離子,細胞內平衡看鈣離子。在細胞內,鈣離子又是磷酸化的鑰匙,正常的鈣離子濃度才能促進微管的穩定。所以,無論細胞還是神經,都不能沒有鈣離子,也不能過量,平衡穩定才是最好的。
強:細胞內許多時候,鈣調蛋白與蛋白激酶聯合發揮作用,這是為什麽?
夢:atp水解能短時間內釋放能量,而許多生理功能和生理反應不需要劇烈而短暫的能量供應,相反需要溫而持續的能量條件。這時就要需要將atp的能量釋放進行轉化,就像手機充電時將高壓的交流電轉化為低壓的直流電,而鈣調蛋白與蛋白激酶聯合的作用就是變壓作用,將atp能量緩慢、穩定地釋放出來。比如肌肉的運動,在日常的普通活動中,舉手投足的動作隻需肌肉緩和的收縮和舒張即可,這時的atp能量供應也是緩慢的。隻有需要爆發力的劇烈運動,才需要atp在短時間內供應大量能量,引發肌球蛋白和肌動蛋白的全速運動。
強:鈣調蛋白與蛋白激酶聯合作用的原理是什麽?
夢:atp就像一個發條,可以將螺旋磁場傳遞蛋白質完成生化反應。如果atp的發條直接傳給目標蛋白,就像爆發力一次性釋放。如果想要鍾表發條那樣長時間發揮作用,就需要鈣調蛋白和蛋白激酶作為中間的齒輪傳輸能量。蛋白激酶是催化“磷酸化”的酶,能將atp末端的磷酸基團轉移到底物蛋白的特定氨基酸殘基上,完成磷酸化,磷酸化的過程就是加旋的過程。還是比喻吧,蛋白激酶就像一個“齒輪變速箱”,能調節atp發條釋放的強度,用合適的能量功率與目標蛋白對接。而鈣調蛋白就像“離合器”,能讓能量輸出端與能量接收端在緩衝條件下安全結合。
強:鈣調蛋白是如何發揮“離合器”作用的?
夢:鈣調蛋白本身無酶活性,需要與ca2?結合觸發構象變化,暴露疏水結合位點。鈣調蛋白含有4個ef手型結構域,每個結構域可結合1個ca2?,結合後形成剛性螺旋環螺旋結構,使蛋白從 “閉合態” 轉為 “開放態”,暴露出與靶蛋白結合的區域。鈣調蛋白的螺旋環螺旋結構能發揮緩衝卸力的效果,為磷酸化加旋提供條件。鈣調蛋白除了能為負曲率提供“離合器”作用,如蛋白激酶、鈣調磷酸酶、腺苷酸環化酶與磷酸二酯酶,還能為正曲率提供“離合器”作用,如一氧化氮合酶。鈣調蛋白的作用嚴重依賴細胞內的ca2?濃度變化,濃度過低或過高都會影響其機械緩衝的作用。
強:為什麽細胞內的馬達蛋白沒有你說的鈣調蛋白與蛋白激酶的轉化,能直接利用atp?
夢:因為在馬達蛋白自身就具有atp的酶活性,其結構中具有類似“離合器”和“變速箱”的功能,相當於“自動擋”。而一般的蛋白質中沒有atp酶活性,則需要鈣離子和蛋白激酶的催化,相當於“手動擋”。
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強:鈣濃度是如何影響鈣調蛋白的?
夢:鈣調蛋白的有效結構是螺旋環螺旋,屬於負曲率結構,當鈣離子濃度低於納摩爾級別107o時,鈣離子的作用微乎其微,螺旋環螺旋結構卷曲隱藏在內部,鈣調蛋白的作用失效。當鈣離子濃度在微摩爾級別106至105o時,鈣離子的正曲率使鈣調蛋白逐步解旋,隨濃度變化依次露出1~4個鈣結合點位,形成4個檔位,鈣離子集合越多,對蛋白激酶的作用越大。當鈣離子濃度高於106o時,鈣調蛋白的4個檔位已經全部露出,再高的鈣濃度也不能再提升鈣調蛋白的效率。反而鈣離子的負麵作用開始凸顯,鈣離子開始爭奪鎂離子的位點。所以細胞內需要正常的鈣濃度,高鈣和低鈣都是有害的。
強:我知道了,許多時候atp的利用都需要鈣的協助,而吸收鈣離子的鈣泵又需要消耗atp,在細胞內鈣離子與atp就是一對互助互利的朋友。而在細胞外,鈣離子與磷酸根的形式是磷酸根,二者又成為互相影響的冤家。
夢:就是這樣。在生命的各處都離不開鈣與磷的作用,除了能量代謝,鈣磷結合在骨骼和牙齒中是骨基質的羥基磷灰石,賦予硬度和強度;在血液中是磷酸鈣,參與血液的凝固作用,當身體出現傷口時,協助血小板凝血,防止出血過多;在細胞內鈣和磷作為第二信使,參與調節多種細胞功能和信號傳導通路;鈣離子和磷酸氫根還參與酸堿平衡調節,調節血液和尿液的酸堿度。
強:牙齒的成分是什麽,為什麽與骨骼在外觀上不同?
夢:牙齒由無機物、有機物和水組成。牙齒的無機物成分主要是羥基磷灰石晶體,與骨骼是相同的,賦予牙齒堅硬的質地和良好的抗壓能力,能夠承受咀嚼食物時產生的較大壓力。除了羥基磷灰石,牙齒中還含有少量的氟、鎂、鈉、鉀等物質。牙齒外觀看起來與骨骼不同,是因為牙齒表麵的牙釉質,牙釉質是氟與牙齒表麵的羥基磷灰石結合,形成更穩定、更耐酸的氟磷灰石,使牙齒在酸性環境中更不容易被腐蝕,從而有效預防齲齒的發生。牙齒中的無機物作用與骨骼相同,主要為膠原蛋白、蛋白多糖和非膠原蛋白,為無機物的沉積提供了支撐結構,使牙齒具有一定的韌性和彈性,能夠抵抗咀嚼時的衝擊力。
強:如果同時缺鈣、缺磷會產生什麽病症呢?
夢:僵屍同時缺鈣、缺磷會對骨骼、肌肉、神經係統等產生不良影響。兒童生長發育迅速,對鈣、磷的需求量較大,同時缺鈣、缺磷會患兒童佝僂病。成年人長期鈣、磷缺乏會患骨軟化症,骨組織中的礦物質不斷被動員出來以維持血鈣、血磷的穩定,導致骨密度降低、骨組織軟化。患者常出現骨痛,以腰背部、骨盆、下肢等部位較為明顯,疼痛可在活動或負重時加重,嚴重時可導致骨骼畸形和骨折,屬於常見的老年病。鈣、磷是維持骨骼強度和密度的重要元素,缺乏鈣磷還會導致骨質疏鬆症,骨骼脆性增加,容易發生骨折,輕微的外力如咳嗽、彎腰、摔倒等都可能引發骨折。
強:兒童佝僂病具體是什麽症狀?
夢:同時缺鈣和缺磷導致骨基質不能正常礦化,骨骼變軟、變形。患兒可能出現顱骨軟化、方顱、雞胸、漏鬥胸、o 型腿或 x 型腿等骨骼畸形,還會影響牙齒的發育,導致出牙延遲、牙釉質發育不良等問題。
強:什麽是方顱?
夢:方顱是指小兒的頭顱額部前凸,顳部向兩側凸出,頭頂部扁平呈方形,形似 “方盒”。僵屍民間有個“壽星佬”的大額頭形象,就是方顱成年後麵貌。主要是由於維生素 d 缺乏,導致鈣、磷代謝紊亂,使得顱骨的骨化障礙。在生長發育過程中,顱骨的生長速度較快,而缺乏足夠的鈣、磷等礦物質來沉積和鈣化,就會引起顱骨的異常發育,形成方顱。具體來說,額骨和頂骨的雙側骨膜下骨樣組織增生,導致額骨和頂骨逐漸隆起,形成方顱的外觀。除了方顱外,患有佝僂病的小兒還可能出現多汗、夜驚、煩躁不安等症狀。由於多汗,小兒頭部經常與枕頭摩擦,還會出現枕禿現象。嚴重的佝僂病還可能導致骨骼其他部位的畸形,如雞胸、漏鬥胸。
強:什麽是雞胸、漏鬥胸?
夢:雞胸是指胸骨向前突出,兩側肋骨向下、向內傾斜,使胸廓前後徑增大,形似雞的胸脯,故而得名,雞胸可分為對稱性雞胸和非對稱性雞胸。在生長發育過程中,肋骨的生長速度過快,而胸骨的生長相對滯後,加之膈肌附著點的牽拉作用,使得胸骨向前突出。漏鬥胸是指胸骨中下部向後凹陷,兩側肋骨向內凹陷,形成一個漏鬥狀的畸形。漏鬥胸的凹陷程度不一,輕者對心肺功能影響較小,重者凹陷可深達 3 4 厘米,甚至更深,可壓迫心髒和肺部,導致心肺功能受損。漏鬥胸多在子宮內的胎兒期發育異常、肋骨和肋軟骨的發育不均衡、膈肌發育異常導致,也有肋骨和肋軟骨後天發育異常形成漏鬥胸。嚴重的漏鬥胸會壓迫心髒和肺部,導致心肺功能障礙。心髒受壓可影響心髒的正常舒張和收縮功能,導致心輸出量減少。嚴重的雞胸和漏鬥胸都會對肺部擠壓,限製肺部的擴張,影響氣體交換,使患兒容易出現反複呼吸道感染、活動耐力下降等症狀。
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強:駝背與缺鈣、缺磷有關係嗎?
夢:駝背分為4種:長期姿勢不良導致的駝背、年齡增長骨質流失導致的駝背、椎體損壞形成的駝背、先天椎柱發育不良形成的駝背。第1種駝背是非骨骼損壞性的駝背,原因在筋腱和韌帶,與鈣磷的關係較少;後3種駝背屬於脊椎損傷或不全形成的駝背,原因在骨骼,與鈣磷的關係較多。還有一種脊柱彎曲的病症,脊柱向一側彎曲形成“c”形或“s”形曲線,與第1種駝背類似,是筋腱和韌帶不均勻受力導致的。
強:為什麽筋腱和韌帶不均勻受力能導致駝背和脊柱彎曲?
夢:僵屍的身體由骨骼支撐,但骨骼隻決定縱向的穩定,骨骼的橫向穩定由筋腱提供。當連接骨骼各點位的筋腱受力均勻時,骨骼的形態是健康的,如果脊柱的前後受力不均勻就會形成駝背,左右受力不均勻就會形成脊柱彎曲。有時二者同時發生,脊柱既有前後的彎曲,又有左右的彎曲。
強:為什麽連接骨骼的筋腱會失衡?
夢:因為全身的肌肉和筋腱組織都是受神經控製的,控製肌肉運動的中樞神經在腦幹,主要分為自主神經控製模式和運動神經控製模式;而控製筋腱的神經中樞在基底核。由於基底核沒有獨立的神經路徑,隻能通過丘腦間接影響神經網絡,因而骨骼的穩定主要由自主神經控製。我過去講過僵屍的姿勢主要由陽性肌肉和筋腱維持,運動主要由陰性肌肉和筋腱提供。我們的意識對身體的掌控隻是運動神經的控製,姿勢的維持由自主神經在腦幹的後台操作。在關節部位,筋腱通過多種方式增強關節的穩定性,限製骨骼的過度活動,防止關節脫位或半脫位。肌腱能夠引導骨骼沿著正常的軌跡運動,並在關節承受外力時,提供額外的支撐和約束,保持關節的正常對位。如果控製脊柱陽性肌肉的神經異常,就會導致關節處某個方向的肌肉拉力過大或過小,使椎體的位置偏離,形成駝背或脊柱彎曲。
強:脊柱有向後彎曲的嗎?
夢:向後彎曲稱“角弓反張”,當癲癇發作時僵直,嚴重時的會角弓反張。另外,破傷風能形成更嚴重的角弓反張。破傷風最初受影響咀嚼肌,隨後依次為麵肌、頸項肌、背腹肌、四肢肌群、膈肌和肋間肌,患者可出現牙關緊閉、苦笑麵容、頸項強直,組件形成角弓反張的特殊姿勢。
強:您講過癲癇發作是陽性肌肉收縮形成的身體僵直,破傷風發病的原理是什麽?
夢:破傷風是一種由破傷風梭菌引起的急性、特異性感染性疾病,當機體受到外傷,創口被破傷風梭菌汙染,在缺氧環境下,細菌芽孢會發芽繁殖,產生毒素,主要是破傷風痙攣毒素和破傷風溶血毒素,從而導致發病。破傷風痙攣毒素素屬於神經毒素,毒性極強。它經血液循環和淋巴係統,到達脊髓前角細胞和腦幹運動神經核,與神經節苷脂結合,阻止抑製性神經遞質如甘氨酸和 γ 氨基丁酸)的釋放。正常情況下,抑製性神經遞質可調節肌肉的收縮與舒張,使肌肉活動保持平衡。當抑製性神經遞質釋放受阻,運動神經元會持續處於興奮狀態,導致其所支配的肌肉持續性收縮,進而引發抽搐。由於背部肌肉幾乎都是陽性肌肉,且背肌收縮力較腹部肌肉更強,在全身肌肉痙攣的情況下,背部肌肉持續收縮牽拉脊柱,使身體向後仰,形成頭、足後屈,身體呈弓形的角弓反張姿勢。
強:基底核中對運動控製發揮什麽作用?
夢:基底核是木係統的神經中樞,主要負責筋體的控製,尾狀核、豆狀核、屏狀核負責筋體的運動功能。僵屍的基底核通過對筋體的控製,實現運動控製、調節肌張力、維持身體姿勢和習慣性動作等。基底核在運動控製中與大腦皮層、小腦等其他結構密切配合,共同調節和控製人體的各種運動,從簡單的肢體動作到複雜的運動技能,確保運動的順利進行和精準執行。如果基底核受損,會導致運動障礙,中醫稱“中風”,表現為運動遲緩、震顫、肌張力異常等症狀。由於基底核沒有單獨的神經網絡,隻能通過與大腦皮層、丘腦等建立廣泛連接,形成一係列複雜的迂回神經環路來間接控製筋腱,所以基底核隻能間接控製運動,對運動的起始、終止、速度、力量和協調性進行精細調節。普通僵屍隻能在一些特殊情況下,間接激活筋體的力量實現超水平發揮。
強: 尾狀核的具體功能是什麽?
夢:尾狀核參與運動計劃的製定和運動的啟動過程。它接收來自大腦皮層廣泛區域的信息,包括額葉、頂葉等與運動相關的區域。這些信息經過尾狀核的整合處理後,可將運動指令傳遞到下遊的運動控製結構,從而促使相應運動的發起。尾狀核根據運動的實際執行情況,對運動進行實時調整,如果動作與預期不符,尾狀核能夠及時發出修正信號,調整肌肉的收縮力度和運動的方向、速度等參數,以確保運動的準確性和協調性。
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強: 豆狀核的具體功能是什麽?
夢:豆狀核中的蒼白球是基底核中調節肌張力的重要結構,通過與丘腦、腦幹等結構的連接,對肌肉的緊張度進行調控。當蒼白球功能正常時,能夠維持肌肉適當的張力,保證身體在靜止和運動狀態下的姿勢穩定。豆狀核參與運動的穩定和協調,與小腦和大腦皮層相互配合,對複雜的運動進行精細調節。如舞蹈、體操等時,豆狀核能夠幫助協調不同肌肉之間的收縮順序和力度,使運動更加平穩、流暢。
強:屏狀核的具體功能是什麽?
夢:屏狀核與大腦皮層的多個區域存在廣泛的纖維聯係,能參與對不同來源的運動相關信息進行整合,將來自感覺皮層、運動皮層以及其他皮層下結構的信息進行綜合處理,為運動控製提供更全麵、準確的信息基礎,有助於運動的精準執行。屏狀核能在運動控製中起到信息過濾和選擇的作用。在眾多的感覺和運動信息中,屏狀核能夠篩選出與當前運動任務相關的重要信息,並將其傳遞給運動控製結構,同時抑製無關信息的幹擾,從而提高運動控製的效率和準確性。
立:您講過運動發力分為肌肉發力和筋肉發力兩種,如何才能主動發動筋體的力量呢?
夢:僵屍確實具有兩套發力係統,一個是神經控製的肌肉發力,另一個就是基底核控製的筋體發力。運動神經的信道被肌肉控製占據了,普通僵屍是不能主動控製筋體的,如果想要主動掌握筋體的運動,隻能另辟蹊徑,建立另一套控製係統——經絡的炁脈係統。
立:終於等到這一天了,您快講吧。
夢:你們好像很興奮?
立:當然了,神奇的“功夫”誰不愛呢,神往已久了。
夢:欲知詳情,且待下回詳解。
立:您別賣關子了好不好,都等著呢?
夢:好吧。我們是科學的修煉,不能搞玄學,首先要把原理講清楚,然後才能講修煉方法,不然你們就會進入玄學的怪圈。原理要從筋腱細胞的結構講起,這又是一個漫長的課程,還是下次吧。
立:空歡喜一場,下一次我一定讓您先講這個,不能再含混過去。
夢:我的魂品已經這麽差了嗎?
立:謝謝您的指導。
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