Уровни кальция и гипервозбуждение нервов

Почему более низкий уровень кальция в крови (или более низкий уровень кальция в внеклеточной жидкости) вызывает гипервозбуждение нервной системы? Почему это вызывает чрезмерную стимуляцию нервов и мышц и спазматические сокращения мышц?
Вот почему недостаточная секреция паратгормона вызывает тетанию паращитовидных желез.
Я знаю о роли кальция в открытии синаптических пузырьков для передачи импульсов и о роли кальция в мышечном сокращении, но не понимаю, как это может помочь мне понять перевозбуждение нервов и спазматическое сокращение мышц. На самом деле кажется, что более высокое содержание кальция в внеклеточной жидкости может вызвать чрезмерную стимуляцию и спазмы мышц из-за продолжительного сокращения.

Я прочитал упомянутую статью, и да, это действительно имеет смысл. Однако я не понимаю, как низкое значение ECF кальция может вызвать гиперполяризацию. Технически, чтобы произошла такая диффузия, ECF Ca должна упасть ниже ICF Ca, которая является чрезвычайно низкой. Есть ли непропорциональное снижение уровня Ca, вызывающее падение ECF намного ниже уровня ICF? Также давайте предположим, что стимулы вызываются не проницаемостью мембраны для Са. Не вызовет ли снижение уровня Ca в ВКЖ снижение порогового уровня АД в случае применения внешнего раздражителя? В этом случае для возникновения столбняка
Добро пожаловать в Биология SE. Вы написали это в разделе для ответов, поэтому оно будет удалено модераторами. Пройдите тур biology.stackexchange.com/tour , чтобы увидеть, как работает сайт, так как это не форум.
Это не дает ответа на вопрос. Когда у вас будет достаточно репутации , вы сможете комментировать любой пост ; вместо этого предоставьте ответы, которые не требуют разъяснений от спрашивающего . - Из обзора

Ответы (2)

Из последних данных о клинических проявлениях гипокальциемии:

Острая гипокальциемия напрямую увеличивает периферическую нервно-мышечную возбудимость [1]. Согласно электромиографическим измерениям, тетания состоит из повторяющихся высокочастотных разрядов после одного раздражителя. Гипервозбудимость периферических нейронов, вероятно, является наиболее важным патофизиологическим эффектом гипокальциемии, но гипервозбудимость возникает на всех уровнях нервной системы, включая двигательные концевые пластинки, спинальные рефлексы и центральную нервную систему.

Учебник физиологии Гайтона и Холла:

Концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости также сильно влияет на уровень напряжения, при котором активируются натриевые каналы. При дефиците ионов кальция натриевые каналы активируются (открываются) за счет очень небольшого повышения мембранного потенциала по сравнению с его нормальным, очень отрицательным уровнем. Поэтому нервное волокно становится очень возбудимым, иногда без провокации повторно разряжается, а не остается в состоянии покоя. На самом деле концентрация ионов кальция должна упасть всего на 50 % ниже нормы, прежде чем в некоторых периферических нервах произойдет спонтанная разрядка, часто вызывающая мышечную «тетанию». Иногда это приводит к летальному исходу из-за тетанического сокращения дыхательных мышц.

Вероятный способ воздействия ионов кальция на натриевые каналы заключается в следующем: эти ионы связываются с внешними поверхностями молекулы белка натриевых каналов. Положительные заряды этих ионов кальция, в свою очередь, изменяют электрическое состояние самого белка канала, таким образом изменяя уровень напряжения, необходимый для открытия натриевых ворот.

Речь идет о трансмембранном потенциале. Са++, будучи катионом, означает, что если вы уменьшите количество ионизированного кальция во внеклеточной жидкости, это концептуально почти эквивалентно более положительно заряженной внутриклеточной жидкости. Это, в свою очередь, означает, что клетка будет ближе к своему пороговому потенциалу деполяризации, что объясняет ее гипервозбудимость.

Что вы должны иметь в виду, так это то, что когда мы говорим что-то вроде: «Эта клетка имеет трансмембранный потенциал -70 мВ», мы всегда определяем его относительно внеклеточной жидкости.

edit: я оставляю этот неверный ответ из-за интересных комментариев ниже.

Просто прочитайте этот ответ, потому что вопрос был поднят ... этот ответ очень неверен и демонстрирует распространенное заблуждение о том, что устанавливает мембранный потенциал. Снижение концентрации внеклеточного кальция, если бы оно не влияло на другие каналы, практически не повлияло бы на потенциал покоя, потому что проницаемость для кальция в покое очень низкая. Даже если бы существовала некоторая проницаемость для кальция, снижение концентрации внеклеточного кальция привело бы к гиперполяризации, а не к деполяризации, поскольку кальция в клетках мало.
@BryanKrause Я не понимаю, почему возникает гиперполяризация, а не деполяризация. Не могли бы вы объяснить? Я понимаю проблему проницаемости мембран, но тогда каков ваш ответ на первоначальный вопрос о гипокальциемии?
Я бы сказал, что механизмы все еще изучаются, хотя есть хорошие экспериментальные доказательства для пары механизмов: ответ OneFace предполагает один из них, в частности, влияние на потенциалозависимые натриевые каналы. Вот одна недавняя статья, которая, кажется, идентифицирует один механизм, и их введение содержит несколько других полезных цитат. Когда будет время, напишу полный ответ.
Что касается вашего ответа, уравнение Голдмана имеет решающее значение. Проницаемость для кальция фактически равна нулю в состоянии покоя, поэтому мы обычно игнорируем кальций, но на мгновение скажем, что это не так. Открытие кальциевой проводимости смещает мембранный реверсивный потенциал в сторону кальциевого реверсивного потенциала, который обычно очень деполяризован, может быть +100 мВ. Если мы уменьшим внеклеточный кальций, потенциал реверсирования кальция упадет, хотя вам придется уменьшить его НАМНОГО, чтобы увидеть большой эффект, поскольку внутриклеточная концентрация очень низкая.
Кроме того, никакие заряды не должны перемещаться , чтобы изменить равновесный потенциал: вы можете эксплуатировать натриево-калиевый насос в течение всего дня, и если нет проницаемости для натрия или калия, мембранный потенциал не изменится. Не имеет смысла просто «добавлять положительные заряды» — они всегда будут приходить с некоторыми другими отрицательными частицами, просто этот другой отрицательный ион может не иметь значения, если нет проницаемости.
Вы также можете поиграть с этим калькулятором GHK - хотя доступны только ионы Na+, K+ и Cl-, изменения внешней концентрации натрия дадут вам по крайней мере то же направление эффекта, что и изменения внешней концентрации кальция, потому что оба являются положительными ионами. .