Kalsium

Kalsium:n teema on kiinnittänyt miljoonien ihmisten huomion ympäri maailmaa. Kalsium on osoittautunut kiehtovaksi aiheeksi, joka on tutkimisen arvoinen monilla aloilla sen vaikutuksista yhteiskuntaan ja sen seurauksiin populaarikulttuuriin. Kautta historian Kalsium on ollut ratkaisevassa roolissa yleisen mielipiteen ja globaalien trendien muokkaamisessa. Tässä artikkelissa tutkimme Kalsium:n eri puolia ja sen vaikutusta jokapäiväisen elämän eri osa-alueisiin.

Kalium ← Kalsium → Skandium
Mg
↑
Ca
↓
Sr  
 
 


Yleistä
Nimi Kalsium
Tunnus Ca
Järjestysluku 20
Luokka metalli
Lohko s
Ryhmä 2, maa-alkalimetallit
Jakso 4
Tiheys1,550 · 103 kg/m3
Kovuus1,5[1] (Mohsin asteikko)
Värihopeisen valkoinen
Löytövuosi, löytäjä 1808, Sir Humphrey Davy
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)40,078[2]
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)180 (194) pm
Kovalenttisäde174 pm
Van der Waalsin säde- pm
Orbitaalirakenne 4s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 8, 2
Hapetusluvut+II
Kiderakennepintakeskeinen kuutiollinen (FCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste1 115 K (842 °C)
Kiehumispiste1 757 K (1 484 °C)
Moolitilavuus26,20 · 10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö154,7 kJ/mol
Sulamislämpö8,54 kJ/mol
Höyrynpaine100 Pa 1 071 K:ssa
Äänen nopeus3 810 m/s ohuessa tangossa, 20 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus1,00 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,647 kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus(20 °C) 29,8 · 106 S/m
Lämmönjohtavuus(300 K) 201 W/(m·K)
CAS-numero7440-70-2
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Kalsium on maa-alkalimetalleihin kuuluva alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Ca (lat. calcium < calx) ja järjestysluku 20. Kalsium on viidenneksi yleisin alkuaine maankuoressa, jossa sitä on 41,5 kilogrammaa tonnissa. Kalsium on elintärkeä aine eliöille.

Ominaisuudet

Kalsiumia

Kalsium on hopeanvalkoinen, kiteinen metalli. Se on hieman lyijyä kovempi, kevyt, ja helposti leikattavissa ja venytettävissä. Kalsium peittyy ilmassa heti harmahtavalla oksidikerroksella, joka estää hapettumisen leviämistä syvemmälle, vaikka kalsium kylmänä ja kuivana reagoikin heikosti. Se reagoi veden kanssa muodostaen kalsiumhydroksidia Ca(OH)2 ja yhtyy kuumana nopeasti happeen palaen keltapunaisella liekillä. Se yhtyy helposti myös vetyyn, halogeeneihin ja typpeen. Altistuessaan ilman typelle sen pinnalle muodostuu valkoinen nitridikerros.

Luonnossa kalsiumia on vain yhdisteinä, ei vapaana alkuaineena. Sitä esiintyy muun muassa kalkkikivessä ja marmorissa, jotka ovat suurelta osin kalsiumkarbonaattia CaCO3. Kalkkikiveä polttamalla karbonaatti muuttuu kalsiumoksidiksi CaO, jota on käytetty yleisesti laastin raaka-aineena jo antiikin ajoista lähtien. Nykyään kalkkikiveä käytetään tähän tapaan sementin raaka-aineena.

Kalsiumyhdisteet värjäävät liekin punaiseksi

Vapaaksi alkuaineeksi kalsiumia eristetään elektrolyysillä kalsiumkloridista CaCl2.

Ydinsynteesi ja isotoopit

Kalsiumilla on viisi vakaata isotooppia (40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca ja 46Ca) ja yksi erittäin pitkän puoliintumisajan isotooppi (48Ca, pa 4,3 × 1019 vuotta). Selvästi yleisin isotooppi luonnossa on 40Ca 96,941% osuudella. Sitä syntyy vähintään 8–11 Auringon massaisen tähden ydinsynteesissä piin palamisvaiheessa alfareaktiona 36Ar + 4He → 40Ca + γ, E=7,04 MeV.

Käyttö

Kalsiumia käytetään muun muassa uraanin, zirkoniumin ja toriumin erottamiseen, kuten myös hapen, rikin ja hiilen poistamiseen rauta- ja epämetalliseoksissa. Sitä käytetään myös lejeerinkien valmistuksessa.

Eniten käytettyjä kalsiumyhdisteitä lienee maatalouskalkkina käytettävä kalsiumkarbonaatti, joka on kalkkikiveä, kalsiumkloridia CaCl2 taasen käytetään kesäisin pölyn sidontaan teillä ja kidevedettömänä kaasujen ja orgaanisten nesteiden kuivaajana. Kalsiumhypokloriittia Ca(ClO)2 käytetään puhdistus- ja desinfiointiaineena. Kalsiumoksidi eli poltettu kalkki on käytössä kuivausaineena, ja kalsiumhydroksidi eli sammutettu kalkki laastin valmistuksessa. Kalsiumkarbidi (CaC2) synnyttää asetyleenia veden kanssa reagoidessaan. Kalsiumsulfaattia CaSO4 esiintyy kidevedellisenä sekä kidevedettömänä anhydridinä ja se tunnetaan paremmin nimellä kipsi.

Kalsium estää valujen kuplaisuutta ja metallisena sitä käytetään pelkistimenä ja hapen sitomiseen valmistettaessa erikoisteräksiä ja muita metalliseoksia. Kalsiumia käytetään myös argonin erottamiseen typestä ja metalliseosten kovettamiseen. Kalsium suojaa toisia aineita korroosiolta metalliseoksissa. Metallisen, puhtaan kalsiumin merkitys on pieni. Fosforilannoitteiden valmistuksessa käytetään kalsiumyhdisteitä sisältäviä mineraaleja apatiitti ja fosforiitti. Laboratoriotyöskentelyssä kalsiumia käytetään kuivausaineena. Kalsiumia käytetään myös rikin poistoon maaöljystä ja muiden metallien kanssa parantamaan niiden lujuusominaisuuksia. Maan kalkitus parantaa kasvien ravintoaineiden, kuten typen, ottoa maasta.

Ihmisten ravitsemuksessa

Toiminto

Ihmisissä on keskimäärin 1,2–1,4 kilogrammaa kalsiumia, josta yli 99 % on luustossa. Alle 1 % on kehon solujen ulkoisissa nesteissä, muun muassa veressä, jossa keho pitää kalsiumpitoisuuden tietyllä tasolla. Esimerkiksi aikuisilla ihmisillä on veressä normaalisti 8,4–9,5 milligrammaa kalsiumia per desilitra (mg/dl) veriseerumia. Kalsium imeytyy ohutsuolesta. Imeytyminen vaatii muun muassa riittävää D-vitamiinien saantia. Kalsium on välttämätön osa luun mineraalin muodostusta, joka vaatii muun muassa myös riittävää fosforin saantia ravinnosta.[3] Luun muodostuksen lisäksi kalsium säätelee mm. hermo-lihasärtyvyyttä, veren hyytymistä, solukalvoissa tapahtuvia kuljetuksia, hormoni- ja välittäjäaineiden vapautumista sekä monia entsyymireaktioita.[4]

Ihmisillä kehon kalsiumaineenvaihduntaan osallistuu monia aineita. 1,25-D(OH)2-vitamiinit, kuten kalsitrioli, ja parathormoni (PTH) ovat veren kalsiumpitoisuutta kohottavista aineista keskeisimpiä. Kalsitrioli on D3-vitamiinin biologisesti aktiivinen muoto. Kalsitrioli lisää kalsiumin imeytymistä suolistosta ja vähentää munuaisissa sen poistumista verestä virtsaan. PTH taas lisää luun hajotusta kalsiumiksi vereen ja D-vitamiinien muuntumista vereen vapautuviksi 1,25-D(OH)2-vitamiineiksi. PTH:ta erittyy vereen, jos veressä on kalsiumia alle 10 mg/dl, mutta alle 7,5 mg/dl pitoisuudessa PTH:n eritys saavuttaa maksimin. Kalsitoniini on eräs keskeisimpiä veren kalsiumpitoisuutta kohottavista aineista. Se kumoaa parathormonin ja kalsitriolin vaikutuksia.[5]

Kalsiumaineenvaihdunnan häiriöt ilmenevät hyper- tai hypokalsemiana, hyperkalsiuriana tai luuston aineenvaihduntahäiriöinä (osteoporoosi, osteomalasia, riisitauti, renaalinen osteodystrofia, Pagetin tauti).

Puute

Lievä hypokalsemia eli veren kalsiumpitoisuuden pienentyminen aiheuttaa raajojen ja suun pistelyä ja puutumista. Vaikean hypokalsemian oireita ovat sormien kömpelyys, kouristukset ja sydämen toimintahäiriöt. Hypokalsemiassa voi esiintyä myös voimattomuutta ja ahdistuneisuutta tai muita psyykkisiä oireita sekä muutoksia sydänfilmissä.[6]

Etenkin lisäkilpirauhashormoni parathormoni ja D-vitamiini säätelevät veren kalsiumpitoisuutta. Parathormoni lisää kalsiumin vapautumista luusta ja vähentää sen eritystä virtsaan. Lisäksi aktiivisen D-vitamiinin määrä lisääntyy, mikä tehostaa kalsiumin imeytymistä ruoasta. Hypokalsemian syynä on usein lisäkilpirauhasen vajaatoiminta tai D-vitamiinin puute. Munuaisten vajaatoiminta heikentää munuaisten kykyä aktivoida D-vitamiinia.[6]

Kalsiumin puute voi vaikuttaa myös luun ja hampaiden kasvuun.

Suositukset

Kalsiumin rooli ja optimisaanti eivät ole nykytutkimuksen valossa aivan selviä[7]. Kalsiumin saantisuositus vaihtelee eri maissa. Harvardin yliopiston kansanterveysyksikön mukaan yksi lasi eli 2,5 desilitraa maitoa tai vastaava määrä muita maitotuotteita päivässä takaa todennäköisesti luuston terveyden kannalta riittävän kalsiuminsaannin. Maitotuotteiden kulutuksen pitäisi jäädä samalla alle 7,5 desilitraan päivässä, koska näin suuret määrät on yhdistetty kohonneisiin syöpäriskeihin.[7]

Maitoa ei kannata kuitenkaan välttämättä nauttia aterioiden yhteydessä, koska kalsium heikentää raudan imeytymistä elimistöön. Jo puoli desiä maitoa heikentää ruoassa olevan raudan imeytymistä. Kahden ja puolen desilitran maitomäärä estää jo kokonaan raudan imeytymisen.[8]

Kalsiumin liikasaanti voi johtaa myös munuaiskiviin.

Suomen valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan kalsiumia tulisi saada 100 milligrammaa vuorokaudessa (mg/vrk) ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli aikuisille noin 800 mg, mikä vastaa lähes seitsemää desilitraa maitoa. Raskaana oleville ja imettäville naisille sekä kasvaville nuorille suositellaan 900 mg/vrk. Aikuisten suurimpana hyväksyttävänä päiväsaantina pidetään Suomessa 2 500 milligrammaa.[9][10]

Lähteet

Hyviä kalsiumlähteitä ovat esimerkiksi juusto, sardiini ja muut ruotoineen syötävät kalat, suklaa, kananmunan keltuainen, nestemäiset maitotuotteet, kirjolohi, silakka ja katkaravut. Huonon imeytyvyyden ta liian pienen tyypillisesti käytetyn annoskoon takia huonoja kalsiuminlähteitä ovat esimerkiksi soijamaito, monet pavut, mantelit, seesaminsiemenet ja pinaatti. Esimerkiksi pinaatissa on paljon kalsiumia, mutta sen sisältämä oksaalihappo toimii kelaattorina (katso antiravintoaine), joka estää kalsiumin imeytymistä.[11][12] Pähkinöiden, soijapapujen ja muiden palkokasvien sekä vihannesten sisältämä kalsium ei imeydy hyvin sisältämiensä fytaattien, tanniinien, uroni- tai oksaalihapon vuoksi[13].

Joihinkin elintarvikkeisiin, kuten soijamaitoon tai mehuihin, saatetaan lisätä kalsiumia, jolloin nekin ovat hyviä kalsiumlähteitä.[11][12] Myös vesijohtovesi on joissain maissa merkittävä kalsiumlähde.[14]

Saanti

Kalsiumin saanti vaihtelee huomattavasti maittain. Kalsiumin keskisaanti on joissain Aasian maissa vain 175 milligrammaa päivässä kiinalaisten ja indonesialaisten keskisaannin ollessa 340 milligrammaa ja japanilaisten noin 600 milligrammaa. Kalsiumin saanti vaihtelee latinalaisessa Amerikassa Kolumbian kolmestasadasta Meksikon 800 milligrammaan päivässä. Englantilaisten keskisaanti on noin 700 milligrammaa naisilla ja 880 mg miehillä[15][13].

Suomalaiset naiset saavat kalsiumia keskimäärin 1 007 mg/vrk ja miehet 1 202 mg. Noin prosentilla suomalaisista kalsiumin saanti on suurempaa kuin suomalaisten ravitsemussuositusten suurin hyväksyttävä päiväsaanti 2 500 milligrammaa. Suomalaisten kalsiumista 60 prosenttia tulee maitovalmisteista ja niitä sisältävistä ruoista.[16][9]

Terveysvaikutuksia koskeva tutkimus

Kuolleisuus ja sydän- ja verisuonisairaudet

Vuonna 2013 julkaistussa ruotsalaistutkimuksessa havaittiin, että niillä eläkeläisnaisilla oli yli kaksinkertainen kuolleisuus, joiden kalsiumin saanti ylitti 1 400 mg/vrk. Heillä esiintyi paljon etenkin sydän- ja verisuonitautikuolemia. Myös niiden naisten kuolleisuus oli tavallista suurempi, jotka saivat kalsiumia alle 600 mg/vrk.[17]

Yhdysvaltojen ennaltaehkäisevän kardiologian seuran vuonna 2016 julkaiseman tiedotteen mukaan oli olemassa kohtuullista näyttöä siitä, ettei kalsiumin sallitun määrän (2000-2500 mg/vrk) alittava saanti vaikuttanut terveillä aikuisilla kuolleisuuteen tai sydän- ja verisuonisairauksien riskiin[18]. Kohtuullinen näyttö tarkoittaa sitä, että näyttö on saatu tasokkaasta tutkimuksesta tai että tasokkaista tutkimuksista saadussa näytössä on ollut vain vähän ristiriitaisuuksia tai että aiheesta on olemassa useita kohtuullisen laadukkaita tutkimuksia, joiden tulokset ovat samansuuntaisia ja joissa ei ole systemaattista virhettä[19].

Luuston terveys

British Medical Journalissa vuonna 2015 julkaistuissa kahdessa laajassa tieteellisessä tutkimusyhteenvedossa todettiin, että luunmurtumia sattuu yhtä paljon riippumatta siitä saako ihminen kalsiumia paljon vai vähän. Sama päti luunmurtumariskiin.[20]

2007 julkaistussa väestötutkimuksessa runsaasti kalsiumia sisältäviä maitotuotteita käyttävien laktovegetaristien luunmurtumariski ei ollut myöskään yhtään pienempi kuin kananmunia, lihaa tai kalaa proteiininlähteenä käyttävillä. Pelkkiä kasvikunnan tuotteita syövillä vegaaneilla oli kuitenkin 30 prosenttia suurempi murtumariski, joka liittyi alhaiseen kalsiumin saantiin. Niiden vegaanien murtumariski ei ollut suurentunut, jotka saivat ravinnostaan vähintään 500 milligrammaa kalsiumia vuorokaudessa.[21]

Eturauhassyöpä

Yli kaksi lasia maitoa päivittäin juovilla miehillä esiintyy kaksi kertaa enemmän eturauhassyöpää kuin niillä miehillä, jotka eivät juo maitoa. Toisen tutkimuksen mukaan päivittäin yli 2000 milligrammaa kalsiumia saavilla miehillä esiintyy lähes kaksi kertaa enemmän eturauhassyöpää kuin miehillä, joiden kalsiumin saanti jää alle 500 milligrammaan.[22]

Muiden eliöiden ravitsemuksessa

Kalsium on myös kasviravinne. Kasvit ottavat kalsiumin maasta ioneina, joita on yleensä riittävästi saatavilla. Kasvi tarvitsee kalsiumia soluseinän rakentamiseen ja tumasukkulan muodostamiseen. Kalsium myös aktivoi joitain entsyymejä ja toimii toisiolähettinä. Kalsiumin puute aiheuttaa kasvun hiipumista ja nuorten solukkojen kuolemista.

Lähteet

  1. ↑ Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: Kemia, s. 325. Otava, 1988. 951-1-10136-6
  2. ↑ Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  3. ↑ JA Beto: The role of calcium in human aging. Clinical Nutrition Research, 2015, 4. vsk, nro 1, s. 1–8. PubMed:25713787 doi:10.7762/cnr.2015.4.1.1 ISSN 2287-3732 Artikkelin verkkoversio.
  4. ↑ Turunen, Seppo: Biologia – Ihminen, s. 82. Helsinki: Sanoma Pro Oy, 2012. ISBN 978-951-0-29701-8
  5. ↑ AE Mirrakhimov: Hypercalcemia of malignancy: an update on pathogenesis and management. North American Journal of Medical Sciences, 2015, 7. vsk, nro 11, s. 483–493. PubMed:26713296 doi:10.4103/1947-2714.170600 ISSN 2250-1541 Artikkelin verkkoversio.
  6. ↑ a b Hypokalsemia Suomen Endokrinologiyhdistys ry. Viitattu 9.7.2022.
  7. ↑ a b http://www.hsph.harvard.edu/nutritionsource/calcium-full-story/
  8. ↑ Juotko sinäkin kahvia lounaan päälle? Ei kannattaisi www.iltalehti.fi. Viitattu 27.4.2024.
  9. ↑ a b Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014. (5. painos) Valtion ravitsemusneuvottelukunta, 2018. ISBN 9789524538015 Teoksen verkkoversio.
  10. ↑ Elintarvike - Fineli fineli.fi. Viitattu 9.7.2022.
  11. ↑ a b CA Titchenal, J Dobbs: A system to assess the quality of food sources of calcium. Journal of Food Composition and Analysis, 2007, 20. vsk, nro 8, s. 717–724. doi:10.1016/j.jfca.2006.04.013 Artikkelin verkkoversio.
  12. ↑ a b Elintarvikkeet (haku) - Fineli fineli.fi. Viitattu 9.7.2022.
  13. ↑ a b Mizuka Higashiguchi, Toshiyuki Onoda, Tanvir Chowdhury Turin, Kiyomi Sakata: Calcium Intake and Associated Factors in a General Japanese Population: Baseline Data of NIPPON DATA80/90 and the National Nutrition Survey. Journal of Epidemiology, 5.5.2010, 20. vsk, nro Suppl 3, s. S549–S556. PubMed:20351477 doi:10.2188/jea.JE20090224 ISSN 0917-5040 Artikkelin verkkoversio.
  14. ↑ Scientific Opinion on Dietary Reference Values for calcium. EFSA Journal, 2015, 13. vsk, nro 5, s. 4101. doi:10.2903/j.efsa.2015.4101 ISSN 1831-4732 Artikkelin verkkoversio. (Arkistoitu – Internet Archive)
  15. ↑ nutraingredients-asia.com: Calcium intake in Asia's populous countries barely hitting half the recommended daily intake nutraingredients-asia.com. Viitattu 9.7.2022. (englanti)
  16. ↑ Paturi, M Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P (toim.): Finravinto 2007 -tutkimus 2008. Kansanterveyslaitos. Arkistoitu 7.6.2011. Viitattu 10.10.2008.
  17. ↑ http://medicalxpress.com/news/2013-02-cardiovascular-death-women-high-calcium.html Risk of cardiovascular death doubled in women with high calcium intake, MedicalExpress
  18. ↑ Stephen L. Kopecky, Douglas C. Bauer, Martha Gulati, Jeri W. Nieves, Andrea J. Singer, Peter P. Toth: Lack of Evidence Linking Calcium With or Without Vitamin D Supplementation to Cardiovascular Disease in Generally Healthy Adults: A Clinical Guideline From the National Osteoporosis Foundation and the American Society for Preventive Cardiology. Annals of Internal Medicine, 25.10.2016, nro 12, s. 867. doi:10.7326/M16-1743 ISSN 0003-4819 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
  19. ↑ Näytönasteen määrittäminen - Hotus www.hotus.fi. 7.3.2019. Viitattu 6.7.2023.
  20. ↑ Kalsium ei ehkäise luunmurtumia – ei ruoasta eikä pillereistä saatuna Yle Uutiset. Viitattu 12.11.2016.
  21. ↑ P Appleby et al: Comparative fracture risk in vegetarians and nonvegetarians in EPIC-Oxford. European Journal of Clinical Nutrition, 2007, 61. vsk, nro 12, s. 1400–1406. PubMed:17299475 doi:10.1038/sj.ejcn.1602659 ISSN 0954-3007 Artikkelin verkkoversio.
  22. ↑ Calcium: What’s Best for Your Bones and Health? The Nutrition Source. 18.9.2012. Viitattu 19.3.2020. (englanti)

Aiheesta muualla

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Kalsium.
Auktoriteettitunnisteet: Kansalliset Muokkaa Wikidatassa