Калций - биология

Калций (технически език) или калций е химичен елемент със символа на елемента Ca и атомното число 20. В периодичната таблица той е във втората основна група и следователно е един от алкалоземните метали.

Елементарният калций е лъскав, сребристо бял метал. В околната среда калцият се среща само в свързана форма като компонент на минерали. Тези минерали включват Б. Варовик (наричан още калцит, калцит или мрамор), креда и мазилка. Калцият също е съществена част от костите.

история

Името "калций" произлиза от латински calx от. Така римляните наричат ​​варовик, креда и хоросан, направени от тях.

Елементарният калций е получен за първи път от Хъмфри Дейви през 1808 г. чрез изпаряване на живака от електролитно получена калциева амалгама.

Поява

Калцият е петият най-разпространен елемент в земната кора. Поради химическата си реактивност той се среща само по естествен път в химически свързана форма. Изключение прави вероятно разновидността на флуорита („вонящ шпат“), в чиято кристална решетка колоидният калций вероятно се е образувал от естествено радиоактивно излъчване. [12] Калций-съдържащи минерали като калцит и гипс се предлагат в големи количества (напр. В Алпите има варовикови влакове, придружаващи планината - Северни Варовикови Алпи и Южни Варовикови Алпи).

Като основен компонент на живата материя, той участва в структурата на листата, костите, зъбите и черупките. В допълнение към K +, Na +, Ca 2+ играе важна роля в предаването на стимули в нервните клетки. Калциевите йони също играят важна роля в предаването на сигнала в други клетки.

характеристики

Калцият е по-мек от оловото, но не може да се реже с нож. Стартира бързо във въздуха. Той реагира бурно с вода, образувайки калциев хидроксид и водород. Във въздуха той изгаря, образувайки калциев оксид и - в малка степен - калциев нитрид. Фино разделеният калций се самовъзпламенява.

Калцият принадлежи към алкалоземните метали и се намира почти само в химични съединения с окислително число +2. В университета „Фридрих Шилер“ в Йена обаче за първи път е разработен стабилен калциев (I) комплекс, макар и изключително чувствителен към вода и въздух (обратен сандвич) синтезиран [8], при който калцият присъства в +1 степен на окисление, което досега е неизвестно при стабилните съединения. [9] .

производство

Металът се произвежда във вакуум чрез редуциране на бърза вар (калциев оксид) с алуминиев прах при 1200 ° C (Pidgeon процес). Въпреки че алуминият има по-ниска реактивност и енталпия от калция, така че равновесието на реакцията

всъщност е почти изцяло от лявата страна на това уравнение, но този производствен процес все още работи, тъй като образуваният калций постоянно се изпарява при тази температура и по този начин изчезва от равновесието си. Пречистването става чрез дестилиране на калция.

използване

Метален калций служи като редуциращ агент в металургията за производство на метали като торий, ванадий, цирконий, итрий и други редки земни метали, като редуциращ агент в производството на стомана и алуминий, като добавка към сплав в алуминий, берилий, мед, олово и магнезиеви сплави . Изходен материал за производството на калциев хидрид.

Техническата употреба на калция се извършва предимно в обвързана форма.

варовик е една от най-важните суровини в днешната индустрия:

• Шлаков агент в производството на стомана. Консумацията е 0,5 тона варовик на тон стомана
• Суровина за производство на бърза вар
• Креда като пълнител за пластмаси, например PVC. Целта е да се подобри твърдостта и ударната якост, както и да се намали свиването. Подобно значително увеличената топлопроводимост позволява по-високи работни цикли по време на екструдиране.
• Финозърнестият калциев карбонат се използва като пълнител във висококачествена хартия без дървесина

Калциев сулфат (Гипс) се използва като строителен материал.

Калциев карбид служи като изходен материал за химически синтези и за производство на калциев цианамиден тор и по-рано за синтез на ацетилен (етин), поради което калциевият карбид е по-правилно наречен калциев ацетилид.

Калциев хлорид служи като размразяващо и изсушаващо средство, както и като ускорител на втвърдяване на бетона.

доказателство

В допълнение към оранжево-червения цвят на пламъка в калция, калций, калций, стронций и барий могат да бъдат открити със разтвор на сярна киселина или амониев сулфат. Тази реакция на откриване води до образуване на бели, неразтворими в киселина утайки. С карбонатни, оксалатни и дихроматни аниони също могат да се образуват утайки с различна степен на разтворимост. По-подробното им изследване позволява да се направи разграничение между катионите на алкалоземните метали (вж. Разделяне на катиони и амониева карбонатна група).

При рутинен анализ (клинична химия, химия на околната среда, химия на водата) калцият се определя количествено до нивото на следите, използвайки фотометрия на пламъка. Границата на количественото определяне е 100 µg/l. [13] При по-високи концентрации е възможно и титруване с EDTA срещу Eriochrome Black T. За гравиметрично определяне на калция той се утаява с оксалат и се отгрява при 600 ° C, за да се получи форма за претегляне на калциевия карбонат.

Преаналитици

Концентрацията на калций се определя при рутинна лабораторна диагностика в кръвта и урината. Често се нарича и концентрацията на калций в кръвта Серумен калций или Плазмен калций определен. Калцият е важен параметър при диагностицирането на костния и калциевия метаболизъм. Както серумна, така и хепаринизирана плазма могат да се използват като кръвни проби. В случай на плазма, трябва да се отбележи, че не се използват свързващи калций антикоагуланти (като цитрат или EDTA). [14] [15] Ако вената е блокирана твърде дълго преди вземането на кръвната проба, това може да доведе до неправилно повишени стойности.

Анализ

50% от калция присъства в кръвта като йони Ca ++, 35% се свързва с протеини (албумин, глобулини) и 15% се свързва с комплекси (бикарбонат, лактат, цитрат, фосфат). Серумната стойност на калция се движи в тесни граници с нормалната Общ калций от 2,2-2,6 mmol/L (9-10,5 mg/dL) и нормално йонизиран калций от 1,1-1,4 mmol/L (4,5-5,6 mg/dL). Биологичните ефекти на калция се определят от наличието на свободни калциеви йони, така че решаващият фактор е йонизираният калций. [16]

Общата концентрация на калций (общ калций) в кръвта зависи от концентрацията на албумин и трябва да бъде коригирана съответно. Като алтернатива, концентрацията на йонизирания калций се измерва директно. [14] Общият калций в серума се определя чрез абсорбционна спектрометрия или атомна емисионна спектрометрия. [17] Използват се физичните свойства на калция.

Йонизираният калций се определя с йоноселективни електроди. [17]

интерпретация

Концентрацията на калций в организма се контролира изключително строго. Повишената концентрация на калций се нарича хиперкалциемия, намалената концентрация на калций се нарича хипокалциемия. Там могат да бъдат намерени конкретни причини и симптоми.

Референтна стойност на измерената стойност [15]

Общ калций	8,4-10,5 mg/dL	2,2-2,6 mmol/l
Йонизиран калций	4,6-5,4 mg/dl	1,15-1,35 mmol/L

Точните стойности зависят от метода на измерване, поради което референтната стойност, дадена от лабораторията, е определяща. При децата стойностите са малко по-високи, отколкото при възрастните.

Функции в човешкия организъм

Увеличеният прием на калций от около 1 g/ден помага за предотвратяване на остеопороза (основна терапия DVO).

Калцият е важен параметър при диагностицирането на костния и калциевия метаболизъм (вж. Също калция (лабораторно лекарство)). Повишеното ниво на калций в кръвта се нарича хиперкалциемия, а твърде ниското ниво на калций е известно като хипокалциемия.

Ежедневно изискване

DGE, ÖGE, SGE референтни стойности

Референтните стойности на D-A-CH на Германското дружество по хранене, Австрийското дружество по хранене и Швейцарското дружество по хранене (2012);
максимално допустимите нива на прием са публикувани от Европейския орган за безопасност на храните (EFSA) през 2006 г .: [19] [20]

1 Изчислено за млади хора и възрастни с преобладаващо заседнал труд (ниво на физическа активност 1,4)
2 Това е приблизителна оценка

Референтни стойности на Съвета за храна и хранене (САЩ)

Препоръките на Американския съвет по храните и храненето (FNB) към Института по медицина на Националните академии (ноември 2010 г.): [21]

Възрастна прогнозна нужда
(mg/ден) Препоръчителен прием
(mg/ден) поносимо
Максимален прием
(UL) (mg/ден)

Кърмачета 0–6 месеца	n/a	200 mg	1000 mg
Кърмаче 6-12 месеца	n/a	260 mg	1500 mg
1-3 години	500 mg	700 mg	2500 mg
4-8 години	800 mg	1000 mg	2500 mg
9–13 години	1110 mg	1300 mg	3000 mg
14-18 години	1110 mg	1300 mg	3000 mg
19-30 години	800 mg	1000 mg	2500 mg
30–50 години	800 mg	1000 mg	2500 mg
50–70 години мъже	800 mg	1000 mg	2000 mg
50–70 години жени	1000 mg	1200 mg	2000 mg
над 70 години	1000 mg	1200 mg	2000 mg
14-18 години бременни/кърмещи	1100 mg	1300 mg	3000 mg
19–50 години бременни/кърмещи	800 mg	1000 mg	2500 mg

допускане

Не целият калций, който се поглъща с храната, се абсорбира в стомаха. Хората абсорбират около 30% от калция от храната, но този процент варира в зависимост от състава на храната. Други фактори също влияят върху усвояването на калция. Ефективността на абсорбцията намалява с увеличаване на приема на калций. При растящите бебета и деца степента на резорбция е до 60%, тъй като те се нуждаят от много калций за формиране на костите. Скоростта на абсорбция пада до 15–20% при възрастни, като нуждата от жени се увеличава отново по време на бременност. [22] [23] [24] [25]

Рискови групи за недостатъчен прием на калций са млади жени, бременни жени, кърмещи жени и възрастни хора. [25]

Достатъчното количество витамин D3 е предпоставка, за да може тялото да абсорбира калций в по-големи количества. Едновременното снабдяване с оксалова киселина и фитинова киселина и техните соли (оксалати, фитати) намалява абсорбцията на калций. Калцият се екскретира с урината, при което високият прием на протеини, готварска сол, кафе или алкохол увеличава отделянето на калций. [25] [26] [27] [28]

Специфичният аминокиселинен профил - особено на съдържащите сяра аминокиселини - определя калциуретика (насърчава отделянето на калций през бъбреците) на хранителните протеини. Сулфатите, които се образуват от такива аминокиселини в метаболизма, повишават киселинността на урината, което означава, че по-големи количества калций се отделят с урината. Съдържащите сяра аминокиселини могат да бъдат намерени в храни от животински произход, както и в хранителни растения като зърнени култури. [26] [27] [29]

Източници на калций

Приблизително съдържание на калций в mg на 100 g храна (годна за консумация):

• Семена
  • Маково семе: 2500 mg
  • Сусам: 800 mg
  • Бадеми, лешници и амарант: 200 до 250 mg
  • Бразилски ядки: 170 mg
  • Варена соя: 70 mg
  • Овесено брашно и слънчогледови семки: 50 mg
• Млечни продукти
  • сирене
    • Твърдо сирене: 1100 mg до 1300 mg
    • Нарязано сирене: 500 mg до 1100 mg
    • Меко сирене: 300 mg до 500 mg
  • Мляко, кисело мляко и кефир: 100 mg до 150 mg
  • Суроватка: 70 mg до 100 mg
• зеленчуци
  • Коприва: 360 mg
  • Кейл, магданоз: 200 mg до 250 mg
  • Кресон, глухарче и рукола: 150 mg до 200 mg
  • Китайско зеле, копър, броколи, хрян: 100 mg до 150 mg
  • Целина: 80 mg
  • Цвекло: 20 mg
• плодове
  • Сушени смокини: 250 mg
  • Банани: 8 mg
• Пълнозърнест хляб: 50 mg
• Минерална вода: 2 mg до> 500 mg [30]

Здравословни рискове

За разлика от хората със здрави бъбреци, пациентът на диализа не може да отдели излишния калций в урината и костите обикновено не абсорбират и доставения калций. Съществува риск калцият да се утаи в кръвоносните съдове и меките тъкани. Калциевият карбонат, използван като фосфатно свързващо вещество, може да допринесе за сърдечно-съдовата калцификация. Проучване, проведено в продължение на две години през 2004 г., показва стабилна корелация между приема на калциев карбонат и прогресивното втвърдяване на артериите при пациенти на хемодиализа. [31]

---