El calcio es un elemento químico, de símbolo Ca y de número atómico 20. Su masa atómica es 40,078 u. El calcio es un metal suave grisáceo, y es el quinto más abundante en masa en la corteza terrestre. También es el ion más abundante que se encuentra disuelto en el agua de mar tanto como por su molaridad y masa, después del sodio,cloruros, magnesio y sulfatos.1
Se encuentra en el medio interno de los organismos como ion calcio (Ca2+) o formando parte de otras moléculas; en algunos seres vivos se halla precipitado en forma de esqueleto interno o externo. Los iones de calcio actúan de cofactor en muchas reacciones enzimáticas, intervienen en el metabolismo del glucógeno, y junto al potasio y el sodioregulan la contracción muscular. El porcentaje de calcio en los organismos es variable y depende de las especies, pero por término medio representa el 2,45 % en el conjunto de los seres vivos; en los vegetales, solo representa el 0,007 %.
En el habla vulgar se utiliza la voz calcio para referirse a sus sales (v.g., esta agua tiene mucho calcio; en las tuberías se deposita mucho calcio, etc.).
Características principales
El calcio es un metal alcalinotérreo, arde con llama roja formando óxido de calcio. Las superficies recientes son de color blanco plateado pero presenta un cambio físico rápidamente, cambiando a un color levemente amarillo expuestas al aire y en última instancia grises o blancas por la formación de hidróxido al reaccionar con la humedad ambiental. Reacciona violentamente con el agua en su estado de metal (proveniente de fábrica) para formar hidróxido Ca(OH)2 desprendiendo hidrógeno. De lo contrario en su estado natural no reacciona con el H2O.
Isótopos
El calcio tiene seis isótopos estables de los cuales el 40Ca es el más abundante (97 %). El40Ca y el 40Ar son productos de la desintegración del 40K, pero mientras que el segundo se ha usado para la datación en geología, la prevalencia del isótopo 40Ca en la naturaleza ha impedido hacer lo mismo con el calcio.
A diferencia de otros isótopos cosmogénicos producidos en la atmósfera terrestre, el41Ca se produce por activación neutrónica del 40Ca, de este modo se sintetiza en las capas más superficiales del suelo, en las que el bombardeo de neutrones es suficientemente intenso. Además de esto, el 41Ca ha recibido la atención de los científicos porque se desintegra en 41K, un indicador crítico de las anomalías del Sistema Solar.
Historia
El calcio (del latín calx, calis , cal) fue descubierto en 1808 por Humphry Davy medianteelectrólisis de una amalgama de mercurio y cal. Davy mezcló cal humedecida con óxido de mercurio que colocó sobre una lámina de platino, el ánodo, y sumergió una parte de mercurio en el interior de la pasta que hiciera de cátodo; por electrólisis obtuvo una amalgama que, destilada, dejó un residuo sólido muy oxidable, aunque ni siquiera el mismo Davy estaba muy seguro de haber obtenido calcio puro; con posterioridad Bunsen en 1854 y Matthiessen en 1856 obtuvieron el metal por electrólisis del cloruro de calcio, y Henri Moissan obtuvo calcio con una pureza del 99 % por electrólisis del yoduro. A principios del siglo XX el calcio (Ca) solo se obtenía en laboratorio.
Aplicaciones
El calcio es un agente reductor en la extracción de otros metales como el uranio, circonioy torio, también es un desoxidante, desulfurizador, o decarburizador para varias aleaciones ferrosas y no ferrosas, es un agente de aleación utilizado en la producción dealuminio, berilio, cobre, plomo y magnesio y tiene aplicaciones en muchos productos lácteos o medicamentos para el refuerzo de los huesos humanos y compuestos de calcio. La falta de calcio en los huesos humanos facilita la aparición de enfermedades como laosteoporosis.
El óxido de calcio, CaO, se produce por descomposición térmica de los minerales de carbonato en altos hornos, aplicando un proceso de lecho continuo. El óxido se utiliza en arcos de luz de alta intensidad (luz de cal) a causa de sus características espectrales poco usuales y como agente deshidratante industrial. La industria metalúrgica hace amplio uso del óxido durante la reducción de aleaciones ferrosas.
El hidróxido de calcio, Ca(OH)2, tiene muchas aplicaciones en donde el ion hidroxilo es necesario. En el proceso de apagado del hidróxido de calcio, el volumen de cal apagada [Ca(OH)2] se expande al doble que la cantidad de cal viva inicial (CaO), hecho que lo hace útil para romper roca o madera.
Función biológica
El calcio actúa como mediador intracelular cumpliendo una función de segundo mensajero; por ejemplo, el ion Ca2+ interviene en la contracción de los músculos y es imprescindible para la coagulación de la sangre.2 El principal almacén de calcio dentro de las células es elretículo endoplasmático.3 4 También está implicado en la regulación de algunas enzimas quinasas que realizan funciones de fosforilación, por ejemplo la proteína quinasa C (PKC), y realiza unas funciones enzimáticas similares a las del magnesio en procesos de transferencia de fosfato (por ejemplo, la enzima fosfolipasa A2). Además, diversos estudios apuntan a que el calcio también podría ser una señal deapoptosis, a través de la excesiva recaptación del ión en la mitocondria y, por tanto, donde lugar a una generación de estrés oxidativo.5 6 7
Algunas de sus sales son bastante insolubles, por ejemplo el sulfato (CaSO4), carbonato (CaCO3), oxalato, etc. y forma parte de distintosbiominerales. Así, en el ser humano, está presente en los huesos como hidroxiapatito cálcico, Ca10(OH)2(PO4)6. El calcio interviene en la formación de las placas de algunas arterioesclerosis.
Abundancia y obtención
Es el quinto elemento en abundancia en la corteza terrestre (3,6 % en peso) pero no se encuentra en estado nativo sino formando compuestos con gran interés industrial como el carbonato (calcita,mármol, caliza y dolomita) y el sulfato (aljez, alabastro) a partir de los cuales se obtienen la cal viva, la escayola, el cemento, etc.; otros minerales que lo contienen son fluorita (fluoruro), apatito(fosfato) y granito (silicato).
El metal se aísla por electrólisis del cloruro de calcio (subproducto del proceso Solvay) fundido:
Nutrición
Funciones
Además de su función en la construcción y mantenimiento de huesos y dientes, el calcio también tiene otras funciones metabólicas. Afecta la función de transporte de las membranas celulares, actuando como un estabilizador de la membrana. También influye en la transmisión de iones a través de las membranas, y la liberación de neurotransmisores. Este calcio actúa como mediador intracelular cumpliendo una función de segundo mensajero; por ejemplo, el ion Ca2+ interviene en la contracción de los músculos. También está implicado en la regulación de algunas enzimas quinasas que realizan funciones de fosforilación, por ejemplo la proteína quinasa C (PKC), y realiza unas funciones enzimáticas similares a las del magnesio en procesos de transferencia de fosfato (por ejemplo, la enzima fosfolipasa A2).
Se requiere calcio en la trasmisión nerviosa y en la regulación de los latidos cardíacos. El equilibrio adecuado de los iones de calcio, sodio, potasio y magnesio mantiene el tono muscular y controla la irritabilidad nerviosa.
Calcio esquelético
El calcio esquelético o el almacenado en los huesos, se distribuye entre un espacio relativamente no intercambiable, que es estable y del espacio rápidamente intercambiable, el cual participa en las actividades metabólicas. El componente intercambiable puede considerarse una reserva que se acumula cuando la dieta proporciona una ingesta adecuada de calcio. Se almacena principalmente en los extremos de los huesos largos y se moviliza para satisfacer el aumento de las necesidades de crecimiento, del embarazo y de la lactancia. En ausencia de dicha reserva, el calcio debe sustraerse de la misma reserva ósea; si la ingesta inadecuada de calcio se prolonga resulta en una estructura ósea deficiente. El calcio se presenta en los huesos bajo la forma de hidroxiapatita, una estructura cristalina que consiste de fosfato de calcio que se arregla alrededor de una matriz orgánica de proteína colagenosa para proporcionar fuerza y rigidez. Muchos otros iones se presentan, como flúor, magnesio, cinc y sodio. Los iones minerales se difunden dentro del líquido extracelular, bañando los cristales y permitiendo el depósito de nuevos minerales. Los mismos tipos de cristales se presentan en el esmalte y la dentina de los dientes, allí hay poco intercambio de minerales y el calcio no está disponible con facilidad para los periodos de deficiencia.
En el proceso de formación y remodelación ósea participan las células osteclásticas (células de resorción ósea) y los osteoblastos (células formadoras), controladas a su vez, por diversas hormonas sistémicas (parathormona y calcitonina), el estado nutricional de vitamina D y factores reguladores de crecimiento.
Calcio sérico
Este calcio consta de tres fracciones distintas: calcio libre o ionizado, calcio aniónico que se une a fosfatos y calcio unido a proteínas, principalmente albúmina o globulina. El calcio ionizado es el que realiza la mayoría de funciones metabólicas. Su concentración está controlada principalmente por la parathormona, la calcitonina y la vitamina D. El calcio sérico se mantiene en niveles muy estrechos de 8,8 a 10,8 mg/dl.
Algunas de sus sales son bastante insolubles, por ejemplo el sulfato (CaSO4), carbonato (CaCO3), oxalato, etc., y forma parte de distintos biominerales. Así, en el ser humano, está presente en los huesos como hidroxiapatito cálcico, Ca10(OH)2(PO4)6 como el hidrógeno.
Absorción y excreción
El calcio se absorbe a lo largo del tracto gastrointestinal, principalmente en el duodeno. La absorción ocurre por dos métodos principales: un sistema de transporte saturable, activo, ocurre en duodeno y yeyuno proximal y controlado mediante la acción de la vitamina D3 o 1,25 (OH)2D3 (Vitamina D activa): esta vitamina actúa como una hormona y aumenta la captación de calcio en el borde en cepillo de la célula de la mucosa intestinal al estimular la producción de una proteína que se une al calcio. Un segundo mecanismo de transporte es pasivo, no saturable e independiente de la vitamina D, ocurre a lo largo de todo el intestino. El calcio solo se absorbe si está en una forma hidrosoluble y no se precipita por otro componente de la dieta como los oxalatos.
Diversos factores influyen de manera favorable la absorción de calcio, entre ellos: la vitamina D en su forma activa, pH ácido, la lactosa (azúcar de la leche). Existen otros que disminuyen la absorción como la carencia de vitamina D, el ácido oxálico (contenido en el ruibarbo, espinaca, acelgas), el ácido fítico (compuesto que contiene fósforo y se encuentra en las cáscaras de los granos de cereales), la fibra dietética, medicamentos, malabsorción de grasas y el envejecimiento.
Normalmente la mayor parte del calcio que se ingiere se excreta en las heces y la orina en cantidades iguales aproximadamente. La excreción urinaria del calcio varía a través del ciclo vital y con la velocidad del crecimiento esquelético. El calcio fecal se correlaciona con la ingesta. La ingesta de cafeína y teofilina también se relacionan con la excreción de calcio, pero sobre todo se excreta calcio por un excesivo consumo de proteínas. Las pérdidas cutáneas ocurren en la forma de sudor y exfoliación de la piel. La pérdida de calcio en el sudor es de aproximadamente 15 mg/día. La actividad física extenuante con sudoración aumentará las pérdidas, incluso en las personas con bajas ingestas. La inmovilidad del cuerpo por reposo en cama por tiempo prolongado también aumenta las pérdidas de calcio en respuesta a la falta de tensión sobre los huesos.
Deficiencia de calcio
Cuando la deficiencia es a largo plazo y desde etapas tempranas de la vida, puede causar entre otras consecuencias:
- Deformidades óseas: entre ellas la osteomalacia, raquitismo y osteoporosis. La osteoporosis es un trastorno metabólico en el que la masa ósea se reduce sin cambios en la composición corporal, conduciendo a un riesgo incrementado para fracturas con la más mínima tensión. Los factores de riesgo son diversos incluyendo deficiente captación de calcio, o poca ingesta de calcio durante los periodos máximos de crecimiento, poca actividad física, alto consumo de café, bebidas gaseosas tipo cola y cigarrillos entre otros. La Osteomalacia, suele relacionarse con una deficiencia de vitamina D y un desequilibrio coincidente en la captación de calcio y fósforo. Se caracteriza por una incapacidad para mineralizar la matriz ósea. Lo que resulta en una reducción del contenido mineral del hueso. La deficiencia de calcio también puede conducir al Raquitismo, una enfermedad relacionada con la malformación de los huesos en niños, debido a una mineralización deficiente de la matriz orgánica. Los huesos raquíticos no pueden sostener el peso y tensión ordinaria, que resultan en un aspecto de piernas arqueadas, rodillas confluentes, tórax en quilla y protuberancia frontal del cráneo.
- Tetania: niveles muy bajos de calcio en la sangre aumentan la irritabilidad de las fibras y los centros nerviosos, lo que resulta en espasmos musculares conocidos como calambres, una condición llamada tetania.
- Otras enfermedades: hipertensión arterial, hipercolesterolemia, cáncer de colon y recto.
Toxicidad
Una ingesta elevada de calcio y la presencia de un elevado nivel de vitamina D, puede constituir una fuente potencial de hipercalcemia, es posible que esto favorezca a la calcificación excesiva en huesos y tejidos blandos. También estas ingestas elevadas interfieren con la absorción de hierro, lo mismo para el zinc.
Requerimientos dietéticos recomendados
| Grupo de Edad | Cantidad de calcio recomendada[cita requerida] |
|---|---|
| Lactantes 6 meses | 400 mg |
| 6 - 12 meses | 600 mg |
| 1 - 10 años | 800-1200 mg |
| 11 - 18 años | 1200-1500 mg |
| 25 - 30 años | 1000 mg (mujeres) 800 mg (varones) |
| Mujeres posmenopáusicas | 1000-1500 mg |
Fuentes dietéticas
Los principales alimentos ricos en calcio son los alimentos vegetales, con hoja verde oscura, como la col, el brócoli y el nabo fresco. La semilla de soja es rica en calcio y se absorbe de manera similar a la leche, el amaranto también es fuente importante de calcio. Se utilizan suplementos de calcio para aumentar su captación, la forma más frecuente de suplemento es el carbonato de calcio, que es relativamente insoluble. El citrato de calcio, que en comparación con el peso tiene menos calcio que el carbonato, es mucho más soluble.
El calcio en las plantas
Importancia
El calcio es un nutriente que interviene en una gran cantidad de procesos en la planta. Es esencial para el desarrollo de raíces (pelos radicales en densidad y longitud), forma parte de las estructuras celulares como estabilizador de la pared celular y de la membrana plasmática, y es vital en los procesos de división y elongación celular. Otras de sus funciones son la polimerización de proteínas, regulador enzimático, modulación de la acción de hormonas y señales, y contribuye al equilibrio iónico de la célula.
Deficiencias de calcio
Deficiencias de calcio provocan una pérdida en la integridad de membranas y paredes celulares, hasta ocasionar su ruptura. Las plantas con deficiencias pierden turgencia en la parte apical del fruto, que se desplaza en forma concéntrica hacia su base, ocasionando el daño conocido como Blossom End Rot (BER) o podredumbre apical del fruto. En cultivos bajo invernadero, en especial de especies con elevadas exigencias de Ca como el tomate, la probabilidad de que los frutos presenten daños es mayor.
Blossom End Rot (BER)
La podredumbre apical o Blossom End Rot (BER) del tomate es la fisiopatía responsable de cuantiosas pérdidas económicas. Su aparición se atribuye por alteraciones en absorción y trasporte de calcio de las raíces a los frutos. Blossom End Rot es provocado por cualquier factor que limite la absorción y transporte de calcio, y no necesariamente por la insuficiencia del elemento en el suelo o solución nutritiva. Alta salinidad del suelo o solución nutritiva, estrés hídrico, anoxia (ausencia de oxígeno) y daño a la raíz por agentes bióticos, son algunos de los factores asociados a esta fisiopatia en el fruto.
Otro de los factores asociados con la aparición de Blossom End Rot, son altas temperaturas en la atmósfera y suelo, asociadas a una baja humedad relativa, que provocan un incremento importante en la transpiración de la planta. Cuando se presentan dichas condiciones, el calcio tiende a acumularse en hojas y poco o nada de este elemento se dirige a los frutos, esto debido a que el calcio viaja en la planta por el flujo de agua y al ser un elemento inmóvil, una vez que este es acumulado en hojas no puede dirigirse a los frutos en crecimiento. Frutos que se desarrollan bajo están condiciones muestran deficiencias de Ca y el daño final se traduce en la pudrición apical del mismo.
La aparición de Blossom En Rot en tomate básicamente se debe a la falta de coordinación entre el trasporte de asimilados por el floema, el calcio por el xilema y la rápida elongación celular en el tejido placentario apical del fruto. Es decir, se trata de una interacción entre la tasa de crecimiento del fruto y la tasa de adquisición del calcio en la parte apical del mismo.
¿Qué es el calcio?
El calcio es el macroelemento mineral más abundante del cuerpo jumano junto al fósforo. La mayor parte de él reside en los huesos y los dientes, conformando más del 99 por ciento de su estructura, pero también puede encontrarse en la sangre, los músculos y el líquido entre las células.
Entre sus funciones, además de dotar de estructura y rigidez a los huesos, permite la contractilidad de los músculos, la transmisión desde los nervios cerebrales al resto del cuerpo, la circulación de la sangre o la producción de hormonas y enzimas para distintas funciones del cuerpo.
La fuente principal del calcio son los productos lácteos, y en menor medida, en los vegetales y otros alimentos. La falta de calcio en la dieta, o la falta de ejercicio, puede provocar enfermedades como laosteoporosis.
Fuentes nutritivas
Los productos lácteos, como la leche, los yogures o el queso constituyen la fuente más rica en calcio de la cual el cuerpo absorbe mejor sus propiedades. Su proporción de consumo y el nivel de grasas de cada uno de los productos varía con la edad: mientras que para los niños menores de 2 años se recomienda, por ejemplo, la leche entera (que contiene un 4 por ciento de grasa), para aquellos de mayor edad se recomiendan, en su lugar, productos con un menor nivel de grasa o desnatados (con un 1 o un 2 por ciento de grasa).
Aunque los productos lácteos son la fuente principal de calcio, también puede encontrarse en menor medida en otros alimentos como algunos vegetales (la col rizada, el brócoli o el repollo chino), pescados con huesos blandos comestibles (las sardinas enlatadas o el salmón) o cereales (el pan, la pasta o cereales no fortificados).
De todo el calcio que contienen estos alimentos el cuerpo humano normalmente solo absorbe el 30 por ciento de este. Dependiendo del tipo de alimento esta absorción es mayor o menor: entre los aspectos que incrementan la absorción encontramos la vitamina D, la acidez gástrica, la presencia de lactosa o la necesidad corporal de calcio. Por otra parte, los elementos que reducen la absorción de calcio son el exceso de grasa con ácidos grasos, la falta de ejercicio o el estrés.
La cantidad diaria recomendada de calcio también varía según la edad:
- Hasta los 6 meses: 200 mg.
- De 7 a 12 meses: 260 mg.
- De 1 a 3 años: 700 mg.
- De 4 a 8 años: 1000 mg.
- De 9 a 18 años: 1300 mg.
- De 19 a 50 años: 1000 mg.
- Hombres de 51 a 70 años: 1000 mg.
- Mujeres de más de 51 años y hombres de más de 71 años: 1200 mg.
Además, las mujeres embarazadas necesitan una cantidad mayor de calcio de la habitual, que también deberán mantener durante el periodo de lactancia. Para el caso de las adolescentes y embarazadas la cantidad recomendada es de 1300 mg., mientras que para las adultas dicha cifra se reduce a los 1000 mg.
El consumo de calcio también debe ser cuidado por aquellos que no lo pueden obtener de la misma manera debido a su condición, como las mujeres posmenopáusicas, las personas con intolerancia a la lactosao los vegetarianos. Estos grupos deben buscar fuentes alternativas para alcanzar los niveles diarios recomendados.
Deficiencia de calcio
Hasta los 30 años, los huesos requieren de cantidades abundantes de calcio para mantener su fortaleza en los máximos niveles, pero a partir de esta edad los huesos irán debilitándose progresivamente, algo que se puede evitar manteniendo el consumo de calcio en los niveles recomendados y unos hábitos de vida saludables que incluyan la práctica habitual de ejercicio físico.
Asimismo, la falta de calcio en la dieta puede tener consecuencias importantes para la salud. La enfermedad más común causada por la falta de calcio es la osteoporosis, ya que más del 99 por ciento de los huesos se compone de este macroelemento.
La osteoporosis consiste en la fragilidad de los diferentes huesos del cuerpo debido a la pérdida de masa ósea, lo cual los hace más propensos a fracturas. Esta patología suele afectar a las personas con más de 50 años y especialmente a las mujeres, aunque existen otros factores de riesgo como la estatura baja o la existencia de antecedentes familiares con la misma enfermedad. Se trata de una enfermedad silenciosa difícilmente detectable, que puede prevenirse con exámenes de densidad mineral ósea periódicos para comprobar su buen o mal estado.
Aparte de la osteoporosis, la falta de calcio puede generar otros problemas como la osteomalacia(reblandecimiento de los huesos), enfermedades cardiovasculares, hipertensión arterial o cálculos renales.
Exceso de calcio
Consumir más calcio del recomendado también puede tener efectos negativos para la salud. Un exceso de calcio puede causar estreñimiento, así como impedimentos para que el cuerpo absorba otro tipo de elementos como el hierro o el zinc. El exceso de calcio también podría predisponer a cálculos renales en algunos adultos.
Las personas más propensas a sufrir exceso de calcio son aquellas que consumen suplementos de calcio tales como el carbonato o el citrato de calcio.
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