الكالسيوم

الكالسيوم عنصر كيميائي برقم ذري 20 ورمزه Ca،إنه معدن قلوي قاسي إلى حد ما باللونين الرمادي والأبيض
لا يوجد كجسم نقي في الطبيعة. إنه خامس أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية (أكثر من 3٪)، إنه حيوي للعديد من الأنواع: تكوين العظام والأسنان والأصداف (تشكل 1 إلى 2 ٪ من وزن جسم الإنسان البالغ). يلعب الكالسيوم أيضًا دورًا مهمًا جدًا في علم وظائف الأعضاء الخلوية ، بينما يكون سمًا خلويًا يتجاوز جرعة معينة.

تاريخ الكالسيوم

تم تحضير الجير بالفعل من قبل الرومان في وقت مبكر من القرن الأول ، ولكن لم يتم اكتشاف calcium حتى عام 1808. عند معرفة أن يونس جاكوب بيرزيليوس وماغنوس مارتن بونتين (دي) قد أعدا مزيجًا من calcium عن طريق التحليل الكهربائي للجير في الزئبق ، تمكن همفري ديفي من عزل المعدن النجس.

نظائر calcium

يحتوي calcium على 24 نظيرًا معروفًا بأعداد كتلتها تتراوح من 34 إلى 57 ، ولكن لا يوجد أيزومرات نووية معروفة. خمسة من هذه النظائر مستقرة ، 40Ca ، 42Ca ، 43Ca ، 44Ca و 46Ca (ولكن يُشتبه في أن
40Ca و 46Ca من النظائر المشعة طويلة العمر للغاية ، ولكن لم يتم ملاحظة أي تحلل بعد) ، والنظائر
المشعة (48Ca) لها مثل هذا الطول نصف العمر (43 × 1018 سنة ، أو ما يقرب من 3 مليارات ضعف
عمر الكون) التي تعتبر للحالات العملية مستقرة. يمثل الكالسيوم 40 97٪ من الكالسيوم الطبيعي.

الميزات البارزة

يمكن إنتاج calcium عن طريق التحليل الكهربائي لفلوريد calcium ولكن بشكل أكثر شيوعًا عن طريق الاختزال الفراغي للجير (CaO) بمسحوق الألومنيوم.

يحترق بلهب أصفر أحمر. عند تعرضه للهواء الجاف فإنه يشكل طبقة واقية بيضاء من الأكسيد والنتريد. يتفاعل بعنف مع الماء الذي يزيح منه الهيدروجين ثم يشكل هيدروكسيد الكالسيوم Ca (OH) 2.

التطبيقات الفيزيائية لمعدن calcium

عامل الاختزال في استخراج المعادن الأخرى مثل اليورانيوم والزركونيوم والثوريوم ؛
مزيل الأكسدة ، مزيل الكبريت أو مزيل الكربنة لمختلف السبائك الحديدية وغير الحديدية ؛
يستخدم ، في بعض الأحيان مع المغنيسيوم ، لإزالة البزموت من الرصاص (deismuthage) ؛
عامل صناعة السبائك المستخدمة في إنتاج سبائك الألومنيوم والبريليوم والنحاس والرصاص والمغنيسيوم.
مجمعات سكنية
يوجد calcium في جميع مركباته المعروفة على شكل Ca2 + الكاتيون.

ألومينات الكالسيوم Ca3 (AlO3) 2 أو (Al2O3، 3 CaO): أحد مكونات الكلنكر ، ويستخدم لصنع الملاط الحراري ؛
كربونات الكالسيوم CaCO3 ، منتشر للغاية في الطبيعة ، حيث أنه المكون الأساسي لصخور الحجر الجيري ؛
يتم الحصول على الجير الحي عن طريق تكليس الحجر الجيري. أنظر أيضا: الكالسيت ، أراجونيت ؛
كربيد الكالسيوم CaC2 (المعروف باسم كربيد ؛ ينتج تحللها المائي الأسيتيلين) ؛

هاليدات:

• يستخدم كلوريد الكالسيوم CaCl2 أحيانًا كملح طريق ليحل محل كلوريد الصوديوم ؛
• فلوريد الكالسيوم CaF2 (فلوريت) ؛
• يوديد الكالسيوم CaI2 ؛
• بروميد الكالسيوم CaBr2 ؛
• هيبوكلوريت الكالسيوم Ca (ClO) 2 ؛
• نترات الكالسيوم Ca (NO3) 2 ؛
• نيتريد الكالسيوم Ca3N2 ؛
• أكاسيد وهيدروكسيد:
• أكسيد الكالسيوم CaO (الجير الحي) ،
• هيدروكسيد الكالسيوم Ca (OH) 2 (الجير المطفأ) ،
• بيروكسيد الكالسيوم CaO2 ؛

الفوسفات:

• فوسفات الكالسيوم Ca3 (PO4) 2 ،
• Hydroxyapatite Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 مكون من الأسنان والعظام ؛
• فوسفيد الكالسيوم Ca3P2 (ينتج عن التحلل المائي الفوسفين PH3) ؛

الكبريتات:

• كبريتات calcium اللامائية أنهيدريت CaSO4 ، عامل تجفيف ،
• كبريتات calcium الباسانيت نصف هيدرات 2 (CaSO4). H2O المكون الرئيسي لمسحوق الجص
  قبل الاستخدام ،
• جبس كبريتات الكالسيوم CaSO4.2H2O ، المكون الرئيسي للجص بعد التصلب ؛
• كبريتيد الكالسيوم CaS.

يمكن أن يتحد calcium أيضًا مع العديد من المعادن الأخرى. سبيكة calcium والسيليكون ، والتي تسمى سيليكو calcium ، هي مادة مساعدة في تحضير بعض أنواع الفولاذ.

calcium هو إلى حد بعيد أكثر العناصر المعدنية وفرة في الجسم (1 إلى 2٪ من الكتلة). يتم تخزينه بشكل أساسي في العظام ، وهو جزء لا يتجزأ منها. يساهم في تكوين الأخير ، وكذلك الأسنان ، والحفاظ على صحتهم.

إن آليات الحفاظ على تركيز calcium المؤين بالبلازما الطبيعي يكون ، إذا لزم الأمر ، على حساب الهيكل العظمي وانخفاض كبير جدًا في تناول calcium بالإضافة إلى زيادة الإخراج يشكل خطرًا على الهيكل العظمي والصحة (هشاشة العظام عند البالغين ، الكساح عند الأطفال ، وزيادة خطر التسمم بالرصاص ، وما إلى ذلك).

يلعب calcium أيضًا دورًا أساسيًا في تخثر الدم والحفاظ على ضغط الدم وتقلص العضلات ، بما في ذلك
القلب ، من خلال أهميته في الوظائف العصبية والعضلية. يشارك في عمل العديد من العمليات الأنزيمية.

في البشر ، يمكن استنساخه حيويًا إلى حد ما اعتمادًا على أشكاله ، اعتمادًا على العمر والحالة الهرمونية للشخص ، ولكن أيضًا اعتمادًا على مثبطات أو محفزات الاستيعاب الموجودة في الطعام ، وهما عاملان لا
يزالان غير مفهومين بشكل جيد وهما موضوعا دراسات . يبدو أن calcium المتأين أو المخلّب (بواسطة
بعض الببتيدات الموجودة بشكل طبيعي في بعض الأطعمة) قادر على زيادة قابلية الاستيعاب الحيوي.

الأهمية الفسيولوجية

يساهم calcium في تكوين العظام والأسنان. لذلك فإن عجزه سيؤثر عليهم (هشاشة العظام ، مشاكل النمو).

يمكن أن يسبب حصوات الكلى (calcium يحيد الأوكسالات في الجهاز الهضمي) وقد يزيد فائضه من مخاطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية.

بالإضافة إلى ذلك ، فهي تشارك في التبادلات الخلوية وبالتالي فهي حيوية. يتم تنظيم مستوى الدم
(calcium في الدم) بشكل كبير ، لتجنب الاختلافات المميتة في الجسم.

الهرمونات المشاركة في هذا التنظيم هي هرمون الغدة الجار درقية والكالسيتونين ، على الرغم من أن الدور “الهرموني” للكالسيتونين محل نقاش لأن زيادته لا تسبب أي تعديل في استقلاب الفوسفور والكالسيوم.

سيكون من الأصح اعتبار هرمون الغدة الجار درقية والكالسيتريول (أحد مشتقات فيتامين د) هما الهرمونان الرئيسيان لعملية التمثيل الغذائي للفوسفو و calcium. يستخدم أيضًا لتنظيم درجة الحموضة في الجسم ،
حيث يتم إطلاقه من العظام عندما يكون هناك تحمض في البيئة الداخلية بسبب استهلاك المنتج المحمض (البروتينات والحليب وما إلى ذلك) وانخفاض استهلاك النباتات التي تحتوي على نسبة عالية من الحموضة
تأثير قلوي.

يبدو أن خطر الإصابة بسرطان القولون ينخفض ​​باتباع نظام غذائي غني ب calcium. تشير غالبية الدراسات الوبائية إلى أن الأشخاص الذين تحتوي وجباتهم الغذائية على معظم الكالسيوم يعانون من سرطان القولون والمستقيم بشكل أقل تكرارًا. يظهر أكثر من 25 منشورًا علميًا أن calcium يقلل من تسرطن القولون في القوارض. أخيرًا ، تظهر ثلاث تجارب سريرية مضبوطة أن تناول مكمل كربونات الكالسيوم (1 إلى 2 جم / يوم)
يقلل من تكرار الأورام الحميدة بنسبة 15 إلى 30 ٪ لدى المتطوعين 13: لذلك يبدو أن calcium يمنع
سرطان القولون والمستقيم.

يشارك calcium أيضًا في تقلص العضلات من خلال أيون الكالسيوم Ca2 +. يتم تخزين calcium في
العضلات في الصهاريج ويتم إطلاقه تحت النبضات العصبية لتنشيط جزيئات الأكتين التي تسمح بانقباض
العضلات.

توازن الكالسيوم

يتم تحديد توازن calcium من خلال العلاقة بين تناوله من جهة ، وامتصاصه وإفرازه من جهة أخرى. يمكن أن تؤدي التغييرات الصغيرة نسبيًا في امتصاص وإفراز calcium إلى تعويض تناول كميات كبيرة أو تعويض انخفاض المدخول .

وبالتالي يتم تحديد متطلبات calcium الغذائية بشكل أساسي من خلال التوازن بين كفاءة الامتصاص ومعدل الإخراج – الإفراز الذي يحدث عن طريق الأمعاء (البراز) والمسارات الكلوية (البول) ، عن طريق التقشر ، عن
طريق تساقط الشعر وتساقط الأظافر. في البالغين ، يجب أن يتوافق معدل امتصاص calcium عبر الجهاز الهضمي مع جميع الخسائر اليومية من أجل ضمان الحفاظ على الهيكل العظمي ؛ عند الأطفال والمراهقين،
من الضروري تقديم مساهمة إضافية لتغطية احتياجات نمو الهيكل العظمي.

يخضع استقلاب الكالسيوم لتباين كبير بين الأفراد ، سواء في امتصاص وإفراز الكالسيوم ، لأسباب لم يتم
فهمها بالكامل بعد ولكنها تشمل فيتامين د ، تناول الصوديوم والبروتين ، العمر ، سن اليأس عند النساء.
انظر إلى بعض هذه العوامل أدناه.

في المستويات المنخفضة من مدخول الكالسيوم يتم امتصاص الكالسيوم بشكل أساسي عن طريق النقل النشط عبر الخلايا ، بينما في المستويات الأعلى من المدخول يتم امتصاص نسبة متزايدة من الكالسيوم عن طريق الانتشار البسيط للخلايا. وبالتالي ، يختلف الامتصاص عكسياً مع تناول الكالسيوم ، حيث يتراوح من 70٪ لمستويات المدخول المنخفضة للغاية إلى حوالي 35٪ عند تناول الكالسيوم بكميات كبيرة.

مع الأخذ في الاعتبار فقدان الكالسيوم غير القابل للضغط (البراز ، البول ، التقشر ، العرق) ، فإن نسبة الامتصاص الصافي (المدخول مطروحًا منه الفاقد) سلبية لمستويات المدخول المنخفضة ، وتصبح إيجابية مع زيادة المدخول ، وتبلغ ذروتها عند امتصاص حوالي 30 ٪ للاستهلاك اليومي حوالي 400 مجم ، ثم يبدأ في الانخفاض مرة
أخرى إذا تجاوزت الجرعات هذا المعدل.

يوجد الجزء غير الممتص من الكالسيوم بشكل أساسي في البراز ، مصحوبًا بالجزء غير الممتص من الكالسيوم الموجود في العصارات الهضمية.

يعتبر إفراز الكالسيوم في البول حساسًا للغاية للتغيرات في مستوى الكالسيوم في البلازما: انخفاضات أقل من 2 ملغ من الكالسيوم لكل لتر من بلازما الدم كافية للحث على انخفاض بمقدار ثلاثين ضعفًا في إفراز الكالسيوم في البول. تتحد هذه الاستجابة الكلوية الحساسة للغاية للحرمان من الكالسيوم مع العلاقة العكسية بين
تناول الكالسيوم ومعدل الامتصاص لتثبيت تركيز calcium المتأين في البلازما (بما يتوافق مع أهميته الفسيولوجية) وللحفاظ على التوازن بين المدخلات وفقدان calcium.

ومع ذلك ، هناك مستوى غير قابل للضغط من فقدان calcium في البول ، والذي في سياق مستوى
استهلاك الملح والبروتين في البلدان المتقدمة يبلغ حوالي 140 مجم / يوم .

بالإضافة إلى فقد calcium في البول والبراز ، هناك خسائر من خلال التقشير ، وتساقط الشعر ، والأظافر،
هذه الخسائر غير المحسوسة ، التي يصعب قياسها ، ستكون في حدود 40 إلى 60 مجم في اليوم ولا
تختلف مع مستوى تناول الكالسيوم في النظام الغذائي.

العوامل الغذائية التي تؤثر على متطلبات calcium

وهي تتكون أساسًا من الصوديوم والبروتين الحيواني (وكلاهما يزيد من فقدان calcium في البول) ،
وفيتامين د نظرًا لدوره في التوازن وامتصاص calcium.

باختصار ، العوامل الغذائية التي تؤثر على فقدان calcium في البول لها تأثير كبير على توازن الكالسيوم
ويمكن أن تكون ذات أهمية أكبر من تلك التي تؤثر على توافر calcium في الأمعاء. يكون فقد calcium
في البول أكبر في الأنظمة الغذائية التي تحتوي على كميات كبيرة من البروتينات الحيوانية ، والكبريتات ، والصوديوم ، والقهوة ، والشاي ، والكحول ، مقارنة بالأنظمة الغذائية التي تحتوي على كميات أقل.