无机离子
无机离子（Inorganic Ions），又称为电解质（Electrolytes），是指在生物体液中解离为带电粒子的无机矿物质。
尽管它们不提供代谢能量（不含碳氢键），却是维持生命活动不可或缺的基石。它们构成了细胞内外的渗透压，维持了体液的酸碱平衡（pH），并建立了跨膜电化学梯度，从而产生生物电（如神经冲动）。此外，许多无机离子（如 $Mg^{2+}$、$Zn^{2+}$）还是数千种酶的关键辅助因子。临床上，电解质紊乱是导致急危重症（如心跳骤停、脑水肿）的最常见原因之一。
四大金刚：维持生命的离子支柱
虽然人体含有多种离子，但 $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ 构成了生理活动的绝对核心。
| 离子 | 主要分布 | 生理角色 | 危急值风险 |
|---|---|---|---|
| $Na^+$ | 细胞外液 (140 mM) | 渗透压主宰。决定血容量和血压；动作电位去极化。 | 脑水肿 (低钠) |
| $K^+$ | 细胞内液 (140 mM) | 电位主宰。维持静息电位；心肌复极化。 | 心脏骤停 (高/低钾) |
| $Ca^{2+}$ | 骨骼 (储存), 胞外 | 信号主宰。肌肉收缩、神经释放、凝血因子IV。 | 手足搐搦, 昏迷 |
| $Mg^{2+}$ | 细胞内液 | 酶的辅佐。参与 ATP 代谢、DNA 复制稳定；天然钙拮抗剂。 | 室性心律失常 |
不平衡的艺术：梯度与电位
生命现象依赖于“不平衡”。细胞膜两侧离子的极度不均匀分布，是生物电产生的物理基础。
- 钠钾泵的功劳： 钠钾泵 消耗了细胞约 1/3 的 ATP，不知疲倦地把 3 个 $Na^+$ 扔出去，抓 2 个 $K^+$ 进来，强行制造了“外钠内钾”的格局。
- 静息电位： 由于膜上的钾漏通道开放，$K^+$ 顺浓度梯度外流，带走正电荷，导致膜内电位呈负值（约 -70 mV）。这是神经和肌肉兴奋的“起跑线”。
- 动作电位： 当受到刺激时，钠通道打开，$Na^+$ 顺着巨大的浓度和电位梯度“洪水”般涌入，瞬间改变膜电位，形成神经冲动。
关键相关概念 [Key Concepts]
1. Anion Gap (阴离子间隙)： 临床判断代谢性酸中毒类型的公式。AG = $[Na^+] - ([Cl^-] + [HCO_3^-])$。正常值为 8-16 mmol/L。乳酸酸中毒或酮症酸中毒时，AG 升高（因为存在未测定的有机酸阴离子）。
2. Osmolarity (渗透压)： 主要由 $Na^+$ 及其伴随阴离子（$Cl^-$, $HCO_3^-$）决定。细胞外液渗透压的稳定是防止细胞脱水或水肿的关键。葡萄糖和尿素也贡献部分渗透压。
3. Trace Elements (微量元素)： 指含量极低但在生物化学中至关重要的金属离子。如 $Zn^{2+}$（DNA 聚合酶、转录因子的锌指结构）、$Fe^{2+}$（血红蛋白）、$Cu^{2+}$（细胞色素氧化酶）。
学术参考文献 [Academic Review]
[1] Guyton AC, Hall JE. (2020). Textbook of Medical Physiology. Elsevier.
[点评]：生理学圣经。详细阐述了体液隔室、电解质平衡调节以及动作电位产生的离子基础。
[2] Clapham DE. (2007). Calcium signaling. Cell.
[点评]：专注于钙离子，解释了无机离子如何演化为最通用的细胞内信号分子。
[3] Jahnen-Dechent W, Ketteler M. (2012). Magnesium basics. CKJ.
[点评]：综述了镁离子的生理功能，强调了其作为数百种酶辅助因子的重要性及在临床中的忽视。