长身体的小孩在半夜有时候会小腿抽筋,医院医生经常会给开钙片,或者含有钙离子的口服液,也会嘱咐多喝牛奶。
换言之,这种抽筋可能是由钙浓度低造成的,那么钙浓度低为什么会造成小腿肌肉抽筋呢?
要想解释清楚这个问题,必须要先解释什么是抽筋,抽筋的原因,肌肉的解剖结构和收缩原理,再讨论缺钙会发生什么。
什么是抽筋?首先,目前的抽筋分为很多类,包括:
spasm(痉挛):肌肉或肌群突然不随意地剧烈收缩,伴有疼痛、功能障碍,造成不随意运动和扭歪(嘴、脸、肢体等)。
cramp(痛性痉挛):疼痛性痉挛性肌肉收缩,尤指强直性痉挛。
tetany(手足抽搐,强直):以腕,踝关节剧烈屈曲(腕足痉挛)、肌抽搐、痛性痉挛和惊厥(有时伴有喘鸣发作)为特征的综合征。
其中第二类可以算带有痛感的第一类痉挛,长身体时出现的小腿抽筋属于第二类。
抽筋的原因是?首先,现在大部分抽筋出现的原因尚不明确,多是一些猜测。其中可能性比较大的原因有:创伤和肌肉疲劳、肌肉血流减少、电解质改变影响肌肉或支配肌肉的神经的兴奋性等。
肌肉微观结构和收缩原理小腿肌肉属于骨骼肌,又叫横纹肌,和心肌同属一类,下图是这类肌肉组织的微观结构:
图中肌纤维束上的红色和蓝色线是动静脉,肌肉运动需要能量,肌肉组织代谢的产物也需要通过血液运出。
需要一提的是,肌纤维(细胞)是一种细胞,和高中学的那种圆圆的细胞很不一样,这种细胞是长条形的,像纤维一样,下图是这种细胞的内部结构:
肌肉的收缩是由于肌肉细胞的收缩,肌肉细胞的收缩又得益于肌原纤维的收缩。肌原纤维中分为细肌丝和粗肌丝:
肌丝滑行理论是这样解释肌原纤维收缩现象的:
当一次神经冲动传递到神经-肌肉接头,引起的突触前膜去极化使得Ca2+内流进入终板膜,使突触小泡向前移动并释放出乙酰胆碱,乙酰胆碱与肌细胞的后膜受体结合,主要引起钠离子内流如肌细胞,引起终板膜去极化,当去极化的电位达到阈电位后会爆发动作电位。(建议百度“动作电位”深入理解)
动作电位沿细胞膜传递到肌细胞的横管系统使两侧终池释放出Ca2+,引起胞浆内钙离子浓度增加,Ca2+与肌钙蛋白结合使原肌球蛋白发生变化。
此时,肌动蛋白与横桥的结合位点由于原肌球蛋白的构象改变而被暴露,接着横桥和肌动蛋白相结合后横桥分解ATP获得能量使横桥循环把细肌丝不断地向肌节中心M线拉,最终达到肌肉收缩。
缺了钙离子会怎样?刚才提到的神经-肌肉接头就有着钙离子的参与,在这个过程中,钙离子还起到了封端钠离子内流通道的作用。
平常细胞外表面比内表面电势高70mv左右,即静息电位。当钠离子因为某些原因内流到一定程度达到阈电位,比如55mv时,钠通道会大量开放,钠离子大量内流,像雪崩一样,细胞会因此爆发动作电位。
那么这个静息电位和阈电位差值是70-15=15mv。即需要内流进至少15mv的钠离子才能引发动作电位,即引起兴奋。
如果组织内钙离子浓度太低,钠离子通道没有被封端好,化学平衡被改变,带正电的钠离子更容易内流,在静息状态下这个静息电位可能会在65mv。
但是引起钠通道大量开放的的阈电位并没又变化,还是55mv,此时静息电位-阈电位=10mv。
可以看出缺钙条件下,只需要内流进10mv的钠离子就能达到阈电位,爆发动作电位,从而引起肌肉收缩。
因此,缺钙会导致阈电位更易被达到,即更易引发肌肉收缩。
这部分有兴趣的话建议去MOOC看医院生理学的网课。
其他原因举例多句嘴,实际上抽筋的过程还有着其他原因:
前文提到钙离子会从两侧终池释放入胞浆内,这个过程是顺浓度梯度的,但是用完的钙离子还需要被转运回终池,此时是逆浓度梯度,需要ATP来供能从而完成这个过程
但是如果血管收缩,比如晚上比较冷,肌肉组织供血不足,缺少氧气参与ATP的形成,那么就会缺乏转运钙离子的ATP。
这时,钙离子一直和肌钙蛋白结合,肌球蛋白和肌动蛋白的位点一直暴露,横桥可以一直拉着肌丝,这就导致了肌肉的持续收缩。
一点补充总之,引起抽筋的原因是很复杂的,如果只是偶尔抽筋一下,注意一下饮食和休息可能就会一点事都没有,但是如果经常出现这种情况,建议还是去咨询专业医师。
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