Salve Popullus! С вами врач интегративной медицины Высоких Роман Владимирович! В этой статье поговорим о кальции, его свойствах, значении для нашего организма и практическом применении. Статья содержит сжатую информацию.
Но прежде чем перейти к статье, я вас попрошу зайти по ссылке (кликните сюда) и подписаться в группу по психологии. Ее ведет психолог, а не любитель! Там вы найдете полезные статьи, разбор сложных тем простым языком в аудиоформате, мотивационные миниатюрные видео для хорошего настроения. Психолог открыт для общения и разбора новых тем, которые вам будут интересны!
Кальций(Ca) относится к группе щелочноземельных металлов, который широко распространен в земной коре в виде различных по сложности минералов. Свое название этот металл получил от латинского слова Calx (calcis), что переводится как известь или «мягкий камень».
Кальций был открыт в 1808 году английским химиком Гемфри Дэви путем электролиза из гашеной извести. Он же и стал автором названия открытого им элемента. Любопытно, но некоторое время в Российской Империи этот элемент могли называть еще известковием
Сам кальций представляет из себя металл серебристо-белого цвета, который быстро тускнеет на воздухе (образуется пленка из различных соединений кальция). Металл относительно мягкий и легкий с высокой химической активностью (обычно хранят в керосине).
Кальций встречается в виде смеси 6 изотопов: 40, 42, 43, 44, 46 и 48. Кальций 40 считается самым распространенным изотопом кальция в природе (более 90% от всех изотопов)
Распространение кальция в природе
В природе чистый кальций не встречается из-за выраженной химической активности. Кальций образует около 385 различных минералов, среди которых наиболее распространены сложные по составу алюмосиликаты и силикаты (гранит, гнейс, полевой шпат)
Отдельно можно выделить и более простые по составу соединения кальция, которые встречаются широко в природе:
- кальцит, мел и известняк СаСО3 - имеет одинаковую формулу, но разную прочность и структуру
- Ангидрит CaSO4
- Гипс CaSO4 ∙ 2Н2О - Образуется из ангидрита во влажных условиях. Кроме строительства используется в садоводстве, как средство снижающее солевое загрязнение почвы (солями натрия)
- Алебастр кальцитовый и гипсовый.
- Флюорит (плавиковый шпат) CaF2 с частыми примесями других минералов - может содержать радиоактивные элементы. От флюорита произошло слова флюоресценция, так как это явление было впервые выявлено и описано у этого минерала
- Доломит MgCO3 ∙ CaCO3. Известное удобрение с выраженными ощелачивающими свойствами и источником кальция и магния. Незаменимый помощник любого садовода
- Мрамор - может быть представлен в виде кальцита с примесью другим солей или смесью доломита и извести.
- Апатит Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). Из него получают как правило удобрение фосфат и суперфосфат.
В строительстве и быту достаточно распространены такие соединения кальция как: гашеная известь Са(ОН)2 и негашеная известь СаО (очень опасна).
В биосфере активно входит в состав раковин и костей многих организмов в виде смеси органических веществ с карбонатом кальция или фосфатом кальция.
В целом кальций достаточно подвижный элемент в земной коре и почве, особенно в виде карбонатов (соединения с углекислым газом и водой). Сам карбонат кальция является нерастворимой солью и может откладываться в виде залежей, а вот гидрокарбонат кальция уже является хорошо растворимым соединением. Эти два соединения могут переходить друг в друга при изменении влажности, насыщения углекислым газом воды и температуры окружающей среды. Известно, что при высоких температурах гидрокарбонат разрушается и выпадает в осадок в виде карбоната кальция, который образует всем известную накипь
Источники кальция
- Молоко и кисломолочные продукты. Молоко после кипячения хуже отдает кальций (образуются менее растворимые формы), чем сырое молоко или пастеризованное. Кисломолочные продукты содержат кальций в форме, которая хорошо усваивается: сыр, йогурт, ацидофилин, простокваша, творог.
- Морепродукты: рыба, ракообразные и тд. Раковины многих моллюсков содержат много кальция и при определенной обработке могут стать источником кальция
- Яйца. При желании можно даже использовать скорлупу яиц после специальной обработки
- Зелень и многие овощи: капустные, зелень в виде петрушки, укропа, шпинат, чеснок и тд
- Орехи и семена многих растений: мак, семена чиа, кунжут, злаковые, семена подсолнечника, миндаль, фундук и тд
- Бобовые: фасоль, соя, горох
- Фрукты и сухофрукты: курага, инжир, хурма
- Вода. Природная вода в той или иной степени содержит соли кальция в виде растворимого гидрокарбоната. Насыщенность солями кальция определяет жесткость воды. Чем более вода жесткая, тем больше в ней солей кальция, чем мягче вода, тем беднее на кальций.
Метаболизм кальция в организме человека
Метаболизм достаточно сложный. Начнем с кальция, который попадает к нам с приемом пищи и воды в составе различных соединений:
- В воде: карбонаты, флюораты, фосфаты и гидрокарбонаты
- С животной пищей в виде соединений с аминокислотами (в составе различных белков и пептидов), а так же частично в виде фосфатных, карбонатных и цитратных соединений
- В растительной пище в виде солей органических кислот: цитратов, фитатов, оксалатов, малатов, тартратов и тд. Большая часть этих солей трудно усваиваются нашим организмом: фитаты (соли фитиновой кислоты) и оксалаты (соли щавелевой кислоты)
- Молочная и кисломолочная пища в виде лактатов, в связи с белками, пептидами и аминокислотами. В кисломолочных продуктах образуется большое кол-во молочной кислоты, которая активно соединяется с кальцием в виде лактатов.
Рассмотрим процесс усвоения кальция в разных отделах желудочно-кишечного тракта
Ротовая полость. Уже в ротовой полости кальций частично связывается специфичными белками в слюне
Желудок. В желудке карбонаты и гидрокарбонаты (если вы пили воду или минеральную воду) входят в химическую реакцию с соляной кислотой с образованием углекислого газа и хлорида кальция (хлористый кальций), который обладает хорошей растворимостью и усвояемостью. Белки разрушаются до пептидов и частично аминокислот, постепенно высвобождая содержащийся в них кальций. Фитаты разрушаются частично, высвобождая некоторое кол-во кальция. Цитраты, малаты, оксалаты, ацетаты, лактаты сохраняются в желудке без изменений своей структуры и свойств
Кишечник. В тонкой кишке происходит расщепление пептидов и белков, под воздействием ферментов поджелудочной железы, до аминокислот. Эти аминокислоты могут быть в связи с кальцием в виде различных органических соединений. Так же в тонкой кишке кальций образует соли с жирными кислотами (особенно с пальмитиновой и стеариновой с образованием малорастворимого мыла) и желчными кислотами. Желчь имеет большое значение для усвоения кальция в тонком кишечнике.
Основное всасывание кальция идет в начальных отделах тонкого кишечника (двенадцатиперстная кишка и тощая кишка), частично в подвздошной кишке. Кальций из фитатов и оксалатов высвобождается в толстой кишке под действием микрофлоры.
Подробнее рассмотрим процесс всасывания кальция стенкой кишки
Часть ионов кальция проходит пассивно через плотные межклеточные контакты энтероцитов (парацеллюлярно) при достаточно большом кол-ве кальция в содержимом кишечника. Данный процесс осуществляется из-за разницы градиента концентрации между внутренней средой и внешней средой организма. Такой транспорт осуществляется на всем протяжении кишечника. Плотные контакты в данном случае служат специфичным регулятором транспорта кальция, через белки клаудины.
Рассмотри основной путь и этапы транспорта кальция через саму клетку кишечника
- Эпителиальные кальциевые каналы щеточной каемки апикальной (расположен на верхушке) мембраны энтероцита (представлены L-каналами и TRP-каналами). L-каналы больше работают неспецифично, пассивно и расположены в более дальних отделах тонкого кишечника, а TRP-каналы расположены в начальных отделах тонкого кишечника и чувствительны к воздействию гормонов (как правило витамина Д)
- Связывание кальция с кальбайндинами (белки с высокой способностью связывать кальций) и продвижение его от верхушки клетки к основанию. Кальбайндины являются основными переносчиками кальция внутри клетки и элементом поддержания его равновесия внутри клеточной среды. Даже небольшой избыток кальция внутри клетки может привести к ее гибели. Транспорт кальция возможен и в везикулах (пузырьки)
- Перенос кальция в кровь через базолатеральную мембрану с помощью кальциевой и магний-кальциевой АТФазы (требует энергию в виде АТФ и чувствителен к воздействию гормонов) и натрий/кальциевого обменника.
Параллельно кальций может всасываться и другими транспортными системами, как спутник различных элементов
- Каналы, чувствительные к цитрат-аниону (всасываются цитрат кальция, малат кальция и тд)
- Различные транспортные каналы аминокислот (прицепом, в связки с той или иной аминокислотой)
На всасывание кальция влияют многие факторы
- Соотношение кальция и фосфора. Если фосфатов больше чем нужно, то в просвете ЖКТ образуется нерастворимый трехосновный фосфорнокислый кальций, который выводится из ЖКТ (идет потеря кальция).
- Соотношение магния и кальция. Если избыток магния, то идет конкуренция между этими двумя элементами не в пользу кальция (кальций и магний используют часто схожие пути транспортировки). Так же дефицит магния снижает усвоение кальция.
- Уровень витамина Д. При нормальном кол-ве витамина Д идет активация транспортных каналов в энтероцитах кишечника, что значительно повышает усвоение кальция из пищи и воды
- Влияние паратиреоидного гормона и кальцитонина. Паратгормон усиливает усвоение кальция, а кальцитонин снижает
- Состав жирных кислот в пище, с которыми входит в реакцию кальций. Так стеариновая и пальмитиновая кислоты образуют нерастворимые мыла, что приводит к потери кальция. Эти жирные кислоты составляют большую часть насыщенных жиров (твердые жиры). Полиненасыщенные жирные кислоты благоприятно действуют на усвоение кальция (различные масла растений и рыбий жир). При умеренном их потреблении образуются комплексы с желчными кислотами и кальцием, которые хорошо усваиваются организмом.
- Благоприятно сказывается на усвоении кальция наличие лецитина и ситостерина, жирорастворимых витаминов
- Избыток холестерина в пище снижает усвоение кальция
- Достаточное кол-во желчных кислот, что уменьшает вероятность взаимодействия насыщенных жирных кислот с кальцием с образованием нерастворимых соединений. Так же сами желчные кислоты способствуют усвоению кальция в тонком кишечнике. Оптимальный состав желчи и его адекватное поступление в просвет кишечника является важным фактором усвоения кальция.
- Состав микрофлоры. Микроорганизмы могут разрушать оксалаты и фитаты, увеличивая количество усвояемого кальция в пище.
- Избыточное количество фитиновой кислоты и щавелевой кислоты в пище могут усилить потерю кальция, образуя нерастворимые фитат и оксалат кальция.
- Обилие клетчатки может замедлить усвоение кальция
- Кислотность желудка. Если кислотность желудка снижена, то кальций хуже усваивается. Это особенно важно для усвоения карбонатов и фосфатов кальция, а так же кальция связанного с белком. Но кислотность не влияет на цитрат, малат, лактат кальция.
- Концентрация натрия и калия. При избытке натрия и калия в пище всасывание кальция уменьшается (связано тесно с особенностями транспортировки натрия, калия и кальция через клетки). Калий и натрий усиливают выведение кальция с мочой
- Активность щелочной фосфатазы. Фосфатаза увеличивает поступление кальция и фосфатов в кровь
- Количество белков в пище. Избыток и недостаток белка уменьшает усвоение кальция и усиливает его выведение
Наиболее высокими способностями усваивать кальций из воды и пищи обладают беременные и кормящие женщины, а так же дети в фазе активного роста. Усвоение кальция снижается с возрастом и при дефиците витамина Д
Через кишечник кальций проникает в кровь и частично в лимфу, где так же присутствует в различный вариациях
- В составе белков переносчиков крови. Кальций в большей степени соединяется с альбуминами и в меньшей степени с глобулинами крови. Снижение уровня альбуминов и глобулинов не влияет на кол-во ионизированного кальция
- В виде ионизированного состояния. Только ионизированный кальций обладает своей максимальной биологической активностью и отражает уровень кальция, который вовлечен в важные для нас биохимические процессы. Уровень ионизированного кальция очень чувствителен к кислотности крови. При смещении равновесия кислотности в сторону щелочности (алколоз) приводит к снижению уровня ионизированного кальция при нормальном уровне общего содержания кальция в крови (ионизированный кальций будет активно связываться с альбуминами крови). При этом наблюдаются признаки дефицита кальция, так как выключается активный кальций из многих важных для организма реакций. При увеличении кислотности крови (ацидоз) происходит увеличение доли ионизированного кальция, при общем нормальном уровне кальция в крови. При этом могут возникать проявления избытка кальция в организме
- В виде комплексов с другими соединениями. В большей степени с цитратами
Попав в кровь, кальций уже начинает выполнять свои наиважнейшие функции в организме. С током крови кальций распределяется по всему организму, накапливаясь в той или иной степени в различных органах и тканях. В первую очередь накопление кальция из пищи идет в печени, где он временно накапливается, что важна для поддержания баланса кальция в крови
Наибольшее накопление кальция происходит в костных тканях и зубах (около 98% всего кальция), что в среднем соответствует около 2 кг кальция. В меньшей степени кальций накапливается в мышцах, нервной ткани, железах.
Если посмотреть на распределение кальция на клеточном уровне, то наибольшее кол-во ионов кальция расположено в межклеточной среде и лишь незначительная его часть находится внутри клеток (внутри клеток кальция очень мало)
Если рассматривать распределение депо кальция (запасы), то можно выделить:
- Кости и зубы является основным депо кальция в организме
- Белки крови в виде альбумина и глобулина
- Мышечная ткань
- Внутри клеток кальций находится в связи с белками (кальмодулин или тропонин), мембранами органел и лишь ничтожная часть в виде ионов. Основным депом кальция внутри клеток будут митохондрии и эндоплазматический ритикулум
Кальций и фосфор в костях находится в строгом равновесии с кальцием и фосфором в крови и межклеточной жидкости. Так если в крови начинает падать уровень кальция или фосфатов, то эти компоненты начинают извлекаться из костной ткани, для поддержания должно равновесия.
Гормональная регуляция кальция (основные гормоны):
- Витамин Д (кожа и продукты питания) увеличивает всасывание кальция в кишечнике, через специфичные белки переносчики в ответ на снижение уровня кальция в крови. Усиливает всасывание кальция и фосфатов в почках, способствует формированию депо кальция в костях через работу остеобластов (клетки строители костной ткани). Участвует в регуляции работы многих клеток, через изменение концентрации кальция. Подавляет ПТГ
- Витамин К (микрофлора кишечника и продукты питания) участвует в формировании костной ткани, препятствует отложению кальция в мягких тканях (сосуды, почки, печень и тд), активирует зависимые от кальция ферменты
- ПТГ (вырабатывается паращитовидными железами) увеличивается в ответ на снижение уровня кальция в крови (кальций активирует фермент, разрушающий ПТГ). Гормон увеличивает обратное всасывание кальция в почках и усиливает потери фосфатов, усиливает активность клеток остеокластов, что приводит к разрушению части костной ткани и увеличению выброса кальция в кровь. Активирует выработку активного витамина Д. Вместе с витамином Д усиливает всасывание кальция в кишечнике. При низком уровне ПТГ в крови мало кальция и много фосфатов
- Кальцитонин (вырабатывается С-клетками щитовидной железы). Способствует формированию костной ткани, направляя кальций и фосфаты из крови в кости. Подавляет функцию остекластов, снижает всасывание кальция в кишечнике и повышает вывод кальция с мочой. Реагирует на повышенный кальций в крови. Является фактором, который предотвращает пищевой избыток кальция в крови
- Отдельно можно упомянуть паратподобный гормон, который вырабатывается различными тканями и эндокринными железами. У взрослого человека замечен как гормон местного действия в обмене кальция, особенно в гладких мышцах. Паратподобный гомон играет особую роль во время беременности и кормления грудью. Его активно выделяет плацента, которая обеспечивает перенос кальция из крови матери к плоду. Так же этот гормон участвует в переходе кальция из крови матери в молочные железы и молоко, что важно для ребека (молочная железа активно производит этот гормон).
На обмен кальция влияют половые гормоны, гормон роста, факторы роста, кортизол, инсулин (стимулирует выделение кальция с мочой), гормоны щитовидной железы и тд
Выделение кальция
- Через кишечник в виде нерастворимых солей оксалатов, фосфатов, фитатов, мыла (кальция стеарат и пальмитат) и других более сложных соединений
- Через слюну и желудочный сок (как регулятор кислотности и активности пищеварительных ферментов)
- Через желчь и сок поджелудочной железы. Кальций служит активатором пищеварительных ферментов, поддерживает щелочную среду. Важно отметить, что большая часть выделенного кальция в верхних отделах ЖКТ, всасывается обратно, если не возникли ситуации, которые затрудняют усвоение кальция. Интересный факт: даже при экспериментальном исключении кальция из пищи, он будет выявляться в кале, что свидетельствует о постоянном выделении и потери кальция через ЖКТ.
- Через почки в виде различных солей: цитратов, оксалатов, фосфатов и тд. В зависимости от ситуации выделение кальция может усиливаться через почки или уменьшаться (происходит реабсорбция кальция). Основной объем кальция выделяется через почки в ночное время. Избыток калия, натрия, фосфатов и магния является важным фактором увеличения выведения кальция через почки
Частично потеря кальция может происходить через пот