Де трапляється кальцій. Кальцій - добова норма, користь та шкода

Кальцій - хімічний елемент II групи з атомним номером 20 у періодичній системі, що позначається символом Ca (лат. Calcium). Кальцій – м'який лужноземельний метал сріблясто-сірого кольору.

20 елемент таблиці Менделєєва Назва елемента походить від лат. calx (в родовому відмінку calcis) - "вапно", "м'який камінь". Воно було запропоновано англійським хіміком Хемфрі Деві, який у 1808 р. виділив металевий кальцій.
Сполуки кальцію — вапняк, мармур, гіпс (і навіть вапно — продукт випалення вапняку) застосовувалися у справі вже кілька тисячоліть тому.
Кальцій один із найпоширеніших на Землі елементів. Сполуки кальцію знаходяться практично у всіх тваринних та рослинних тканинах. На його частку припадає 3,38% маси земної кори (5-е місце за поширеністю після кисню, кремнію, алюмінію та заліза).

Знаходження кальцію у природі

Через високу хімічну активність кальцій у вільному вигляді у природі не зустрічається.
Перед кальцію припадає 3,38 % маси земної кори (5-е місце за поширеністю після кисню, кремнію, алюмінію і заліза). Вміст елемента у морській воді – 400 мг/л.

Ізотопи

Кальцій зустрічається у природі у вигляді суміші шести ізотопів: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca та 48Ca, серед яких найпоширеніший – 40Ca – становить 96,97 %. Ядра кальцію містять магічну кількість протонів: Z = 20. Ізотопи
40
20
Ca20 та
48
20
Ca28 є двома з п'яти існуючих у природі ядер із двічі магічним числом.
З шести природних ізотопів кальцію п'ять стабільні. Шостий ізотоп 48Ca, найважчий з шести і дуже рідкісний (його ізотопна поширеність дорівнює всього 0,187%), має подвійний бета-розпад з періодом напіврозпаду 1,6 · 1017 років.

У гірських породах та мінералах

Більшість кальцію міститься у складі силікатів і алюмосилікатів різних гірських порід (граніти, гнейси тощо), особливо у польовому шпаті — анориті Ca.
У вигляді осадових порід сполуки кальцію представлені крейдою та вапняками, що складаються в основному з мінералу кальциту (CaCO3). Кристалічна форма кальциту - мармур - зустрічається у природі набагато рідше.
Досить поширені такі мінерали кальцію, як кальцит CaCO3, ангідрит CaSO4, алебастр CaSO4·0.5H2O і гіпс CaSO4·2H2O, флюорит CaF2, апатити Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), доломіт MgCO3·CaCO3. Присутністю солей кальцію та магнію у природній воді визначається її жорсткість.
Кальцій, що енергійно мігрує в земній корі і накопичується в різних геохімічних системах, утворює 385 мінералів (четверте місце за кількістю мінералів).

Біологічна роль кальцію

Кальцій – поширений макроелемент в організмі рослин, тварин та людини. В організмі людини та інших хребетних більша його частина знаходиться в скелеті та зубах. У кістках кальцій міститься у вигляді гідроксіапатиту. З різних форм карбонату кальцію (повістки) складаються «скелети» більшості груп безхребетних (губки, коралові поліпи, молюски та ін.). Іони кальцію беруть участь у процесах згортання крові, а також служать одним з універсальних вторинних посередників усередині клітин і регулюють різні внутрішньоклітинні процеси — м'язове скорочення, екзоцитоз, у тому числі секрецію гормонів і нейромедіаторів. Концентрація кальцію в цитоплазмі клітин людини становить близько 10-4 ммоль/л, міжклітинних рідинах близько 2,5 ммоль/л.

Потреба кальцію залежить від віку. Для дорослих у віці 19-50 років та дітей 4-8 років включно денна потреба (RDA) становить 1000 мг (міститься приблизно у 790 мл молока з жирністю 1%), а для дітей віком від 9 до 18 років включно – 1300 мг на добу (міститься приблизно 1030 мл молока жирністю 1%). У підлітковому віці споживання достатньої кількості кальцію дуже важливе через інтенсивне зростання скелета. Проте за даними досліджень у США лише 11 % дівчаток та 31 % хлопчиків віком 12-19 років досягають своїх потреб. У збалансованій дієті більшість кальцію (близько 80 %) надходить у організм дитини з молочними продуктами. Кальцій, що залишився, припадає на зернові (у тому числі цільнозерновий хліб і гречку), бобові, апельсини, зелень, горіхи. У «молочних» продуктах на основі молочного жиру (вершковому маслі, вершках, сметані, морозиві на основі вершків) кальцію практично не міститься. Чим більше у молочному продукті молочного жиру, тим менше у ньому кальцію. Всмоктування кальцію в кишечнику відбувається двома способами: черезклітинно (трансцелюлярно) та міжклітинно (парацеллюлярно). Перший механізм опосередкований дією активної форми вітаміну D (кальцитріолу) та її кишковими рецепторами. Він грає велику роль при малому та помірному споживанні кальцію. При більшому вмісті кальцію в дієті основну роль починає грати міжклітинна абсорбція, пов'язана з великим градієнтом концентрації кальцію. За рахунок надклітинного механізму кальцій всмоктується переважно у дванадцятипалій кишці (через найбільшу концентрацію там рецепторів у кальцитріолу). За рахунок міжклітинного пасивного перенесення абсорбція кальцію найактивніша у всіх трьох відділах тонкого кишечника. Всмоктування кальцію парацелюлярно сприяє лактоза (молочний цукор).

Засвоєнню кальцію перешкоджають деякі тваринні жири (включаючи жир коров'ячого молока та яловичий жир, але не сало) та пальмову олію. Пальмітинова і стеаринова жирні кислоти, що містяться в таких жирах, відщеплюються при перетравленні в кишечнику і у вільному вигляді міцно пов'язують кальцій, утворюючи пальмітат кальцію і стеарат кальцію (нерозчинні мила). У вигляді цього мила зі стільцем втрачається як кальцій, і жир. Цей механізм відповідальний за зниження всмоктування кальцію, зниження мінералізації кісток та зниження непрямих показників їхньої міцності у немовлят при використанні дитячих сумішей на основі пальмової олії (пальмового олеїну). У таких дітей утворення кальцієвих мил у кишечнику асоціюється з ущільненням випорожнень, зменшенням його частоти, а також більш частим відрижкою та коліками.

Концентрація кальцію в крові через її важливість для великої кількості життєво важливих процесів точно регулюється, і при правильному харчуванні та достатньому споживанні знежирених молочних продуктів та вітаміну D дефіциту не виникає. Тривалий дефіцит кальцію та/або вітаміну D у дієті призводить до збільшення ризику остеопорозу, а в дитинстві викликає рахіт.

Надлишкові дози кальцію та вітаміну D можуть спричинити гіперкальцемію. Максимальна безпечна доза для дорослих віком від 19 до 50 років становить 2500 мг на добу (близько 340 г сиру Едам).

КАЛЬЦІЙ, Ca (від лат. Calx, рід. відмінок calcis - вапно *. а. calcium; н. Kalzium; ф. calcium; і. calcio), - хімічний елемент II групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 20, атомна маса 40 08. Складається з шести стабільних ізотопів: 40 Ca (96,97%), 42 Ca (0,64%), 43 Ca (0,145%), 44 Ca (2,06%), 46 Ca (0,0033%) та 48 Ca (0,185%). Відкритий англійським хіміком Г. Деві у 1808.

Отримання та застосування

Отримують металевий кальцій двома методами: електроліз розплаву CaCl 2 з використанням мідно-кальцієвого анода отримують сплав Ca - Cu (~65% Ca), з якого у вакуумі при 950-1000°С відганяють Ca; при прожарюванні суміші CaO і порошкоподібного Al при 1200°З вакуумі виділяються по реакції 6CaO+2Al=3CaOAl 2 Про 3 +3Cа пари кальцію конденсують на холодній поверхні.

Металевий кальцій знаходить застосування для отримання антифрикційних сплавів Pb — Na — Ca; сплав Pb - Ca використовується для виготовлення оболонки електричних кабелів. Кальцій застосовується також як відновник U, Th, Cr, V, Zr та рідкісноземельних елементів з їх оксидів або галогенідів, для видалення сірки з нафтопродуктів, зневоднення органічних розчинників, як поглинач в електровакуумних приладах та ін.

Кальцій I Кальцій (Calcium, Са)

хімічний елемент ІІ групи періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєва; відноситься до лужноземельних металів, має високу біологічну активність.

Атомний номер кальцію 20 атомна маса 40,08. У природі виявлено 6 стабільних ізотопів К. з масовими числами 40, 42, 43, 44, 46 та 48.

Кальцій хімічно активний, у природі зустрічається у вигляді сполук – силікатів (наприклад, азбесту), карбонатів (вапняку, мармуру, крейди, кальциту, арагоніту), сульфатів (гіпсу та ангідриту), фосфориту, доломіту та ін. Є основним структурним елементом кісткової тканини (див. Кість) , важливим компонентом системи згортання крові (Згортаюча крові) , необхідним елементом їжі людини, що підтримує гомеостатичне співвідношення електролітів внутрішнього середовища організму.

До найбільш важливих функцій у живому організмі належить його участь у роботі багатьох ферментних систем (в т.ч. що забезпечують м'язів) у передачі нервового імпульсу, у реакції м'язів на нервове та у зміні активності гормонів, що реалізується за участю аденілатциклази.

В організмі людини міститься 1-2 кгкальцію (близько 20 гна 1 кгмаси тіла, у новонароджених близько 9 г/кг). Із загальної кількості кальцію 98-99% знаходиться у складі кісткової та хрящової тканин у вигляді карбонату, фосфату, сполук з хлором, органічними кислотами та іншими речовинами. Решта розподіляється в м'яких тканинах (близько 20 мгна 100 гтканини) та позаклітинної рідини. У плазмі міститься близько 2,5 ммоль/лкальцію (9-11 мг/100 мл) у вигляді двох фракцій: недифундируючої (комплекси з білками) і дифузної (іонізований К. і комплекси з кислотами). Комплекси з білками є одним із форм депонування кальцію. На їхню частку припадає 1/3 загальної кількості К. плазми. іонізованого К у крові становить 1,33 ммоль/л, комплексів з фосфатами, карбонатами, цитратами та аніонами інших органічних кислот - 0,3 ммоль/л. Між іонізованим К. та фосфатом К. у плазмі крові існує зворотна залежність, проте при рахіті спостерігається зниження концентрації обох іонів, а при гіперпаратиреозі – підвищення. У клітинах основна частина К. пов'язана з білками та фосфоліпідами клітинних мембран та мембран клітинних органел. Регуляція трансмембранного переносу Са 2+, в якій бере участь специфічна Са 2+ -залежна, здійснюється гормонами щитовидної залози (Щитовидна залоза) та паращитовидних залоз (Паращитовидні залози) - паратгормоном та його антагоністом кальцитоніном. Зміст іонізованого К. у плазмі регулюється комплексним механізмом, компонентами якого є (депо К.), печінка (з жовчю), і кальцитонін, а також D (1,25-діокси-холекальциферол). підвищує вміст К. та знижує вміст фосфату К. у крові, діючи синергічно з вітаміном D. Він викликає гіперкальціємію за рахунок підвищення активності остеокластів та посилення резорбції, збільшує реабсорбцію К. у ниркових канальцях. При гіпокальціємії паратгормон значно підвищується. , будучи антагоністом паратгормону, при гіперкальціємії знижує вміст К. у крові та кількість остеокластів, посилює виведення фосфату К. нирками. У регуляції обміну К. беруть участь також гіпофіза (див. Гіпофізарні гормони) , кори надниркових залоз (Надниркові залози) . Підтримка гомеостатичної концентрації К. в організмі координується ц.з.с. (в основному гіпоталамо-гіпофізарної системою (Гіпоталамо-гіпофізарна система)) та вегетативною нервовою системою.

належить важлива роль механізмі м'язової роботи (М'язова робота) . Він є фактором, що дозволяє скорочення м'язів: при підвищенні концентрації іонів К. у міоплазмі відбувається приєднання К. до регуляторного білка, внаслідок чого стає здатним взаємодіяти з міозином; з'єднуючись, ці два білки утворюють і м'яз скорочується. У процесі утворення актоміозину відбувається АТФ, хімічна енергія якого забезпечує виконання механічної роботи та частково розсіюється у вигляді тепла. Найбільша скорочувальна скелетна спостерігається при концентрації кальцію 10 -6 -10 -7 моль; при зниженні концентрації іонів К. (менше 10 -7 моль) м'язове втрачає здатність до укорочення та напруги. Дія К. на тканини проявляється у зміні їх трофіки, інтенсивності окисно-відновних процесів та інших реакціях, пов'язаних з утворенням енергії. Зміна концентрації К. в рідині, що омиває нервову клітину, істотно впливає на її мембрани для іонів калію і особливо для іонів натрію (див. Мембрани біологічні) , причому зниження рівня К. викликає підвищення проникності мембрани для іонів натрію та підвищення збудливості нейрона. Підвищення концентрації К. стабілізує вплив на мембрану нервової клітини. Встановлено роль К. у процесах, пов'язаних із синтезом та виділенням нервовими закінченнями медіаторів (Медіатори) , що забезпечують синаптичну передачу нервового імпульсу.

Джерелом До. для організму є. На добу дорослий має отримувати з їжею 800-1100 мгкальцію, діти до 7 років – близько 1000 мг, 14-18 років – 1400 мг, вагітні - 1500 мг,годуючі - 1800-2000 мг. Кальцій, що міститься в харчових продуктах, представлений головним чином фосфатом, інші сполуки (карбонат, тартрат, оксалат К. та кальцій-магнієва сіль фітинової кислоти) – у значно менших кількостях. Переважно нерозчинні солі К. у шлунку частково розчиняються шлунковим соком, потім піддаються дії жовчних кислот, що переводять його у форму, що засвоюється. відбувається головним чином у проксимальних відділах тонкої кишки. дорослу людину засвоює менше половини загальної кількості вступника з їжею К. Засвоєння К. збільшується в процесі росту при вагітності та лактації. На засвоєння До. впливає його співвідношення з жирами, магнієм та фосфором їжі, вітамін D та інші фактори. При недостатньому надходженні жиру створюється дефіцит солей кальцієвих жирних кислот, необхідні освіти розчинних комплексів з жовчними кислотами. І, навпаки, при вживанні надмірно жирної їжі не вистачає жовчних кислот для їх переведення в розчинний стан, тому значна кількість незасвоєного кальцію виводиться з організму. Оптимальне співвідношення К. і фосфору в їжі забезпечує мінералізацію кісток організму, що росте. Регулятором цього співвідношення є вітамін D, що пояснюється підвищення потреби у ньому в дітей віком.

Спосіб виділення К. залежить характеру харчування: у разі переважання в раціоні продуктів з кислою реакцією (м'яса, хліба, круп'яних страв) збільшується виведення К. із сечею, продуктів із лужною реакцією (молочних продуктів, фруктів, овочів) – з калом. До підвищення виведення К. із сечею призводить навіть незначне збільшення його вмісту у крові.

Надлишок () К. або недостатність () його в організмі може бути причиною або наслідком низки патологічних станів. Так, гіперкальціємія виникає при надмірному прийомі солей До., підвищеному всмоктуванні До. в кишечнику, зниженні його виведення нирками, підвищеному споживанні вітаміну D, і проявляється затримкою росту, анорексією, запорами, спрагою, поліурією, гіпотонією м'язів, гіперрефлексією. При тривалій гіперкальціємії розвивається кальциноз , артеріальна, нефропатія. спостерігається при низці захворювань, що супроводжуються порушенням мінерального обміну (див. , Остеомаляція) , системному саркоїдозі кісток та множинній мієломі, хворобі Іценко – Кушингу, акромегалії, гіпотиреозі, злоякісних пухлинах, особливо за наявності метастазів у кістці, гіперпаратиреоїдизмі. Гіперкальціємія зазвичай супроводжує. Гіпокальціємія, що клінічно проявляється тетанією (Тетанія) , може виникнути при гіпопаратиреоїдизмі, ідіопатичній тетанії (спазмофілії), хворобах шлунково-кишкового тракту, хронічній нирковій недостатності, цукровому діабеті, синдромі Фанконі - Альбертіні, гіповітамінозі D. ​​При дефіциті К. в організмі для замісної терапії застосовують препарати К. ( глюконат, кальцію (лактат, кальцію, кальцію карбонат).

Визначення вмісту К. у сироватці крові, сечі та калі служить допоміжним діагностичним тестом при деяких захворюваннях. Для дослідження біологічних рідин використовують прямі та непрямі методи. Непрямі методи засновані на попередньому осадженні К. оксалатом амонію, хлоранілатом або пікроленатом і надалі гравіметричному, титриметричному або колориметричному визначенні. До прямих методів належать комплексонометричне титрування в присутності етилендіамінтетраацета, -біс-2-оксіанілу; флюориметричні методи; метод полум'яної фотометрії; атомно-абсорбційна спектрометрія (найточніший і чутливіший метод, що дозволяє визначити до 0,0001% кальцію); метод із застосуванням іоноселективних електродів (дозволяє встановити активність іонів кальцію). Зміст іонізованого К. у сироватці крові можна визначити, використовуючи дані) концентрації сумарного К. та сумарного білка за допомогою емпіричної формули: відсоток пов'язаного з білком кальцію = 8() + 2() + 3 г/100 мл.

Бібліогр.:Костюк П.Г. Кальцій та клітинна, М., 1986, бібліогр.; Лабораторні методи дослідження у клініці, за ред. В.В. Меньшикова, с. 59, 265, М., 1987; Регуляція та іонів кальцію, під ред. М.Д. Курського та ін., Київ, 1977; Романенко В.Д. кальцієвого обміну, Київ, 1975, бібліогр.