El calcio es un elemento químico ; tiene símbolo Ca y número atómico 20. Como metal alcalinotérreo , el calcio es un metal reactivo que forma una capa oscura de óxido-nitruro cuando se expone al aire. Sus propiedades físicas y químicas son muy similares a las de sus homólogos más pesados, el estroncio y el bario . Es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre, y el tercer metal más abundante, después del hierro y el aluminio . El compuesto de calcio más común en la Tierra es el carbonato de calcio , que se encuentra en la piedra caliza y en los restos fosilizados de la vida marina primitiva; El yeso , la anhidrita , la fluorita y la apatita también son fuentes de calcio. El nombre deriva del latín calx " cal ", que se obtenía calentando piedra caliza.
Algunos compuestos de calcio eran conocidos por los antiguos, aunque su química fue desconocida hasta el siglo XVII. El calcio puro fue aislado en 1808 mediante electrólisis de su óxido por Humphry Davy , quien puso nombre al elemento. Los compuestos de calcio se utilizan ampliamente en muchas industrias: en alimentos y productos farmacéuticos para suplementar el calcio , en la industria papelera como blanqueadores, como componentes del cemento y aisladores eléctricos, y en la fabricación de jabones. Por otro lado, el metal en forma pura tiene pocas aplicaciones debido a su alta reactividad; aun así, en pequeñas cantidades se utiliza a menudo como componente de aleación en la fabricación de acero y, a veces, como aleación de calcio y plomo, en la fabricación de baterías para automóviles.
El calcio es el metal más abundante y el quinto elemento más abundante en el cuerpo humano . [8] Como electrolitos , los iones de calcio (Ca 2+ ) desempeñan un papel vital en los procesos fisiológicos y bioquímicos de organismos y células : en las vías de transducción de señales donde actúan como segundo mensajero ; en la liberación de neurotransmisores de las neuronas ; en la contracción de todos los tipos de células musculares ; como cofactores en muchas enzimas ; y en la fertilización . [8] Los iones de calcio fuera de las células son importantes para mantener la diferencia de potencial entre las membranas celulares excitables , la síntesis de proteínas y la formación de huesos. [8] [9]
El calcio es un metal plateado muy dúctil (a veces descrito como amarillo pálido) cuyas propiedades son muy similares a las de los elementos más pesados de su grupo, estroncio , bario y radio . Un átomo de calcio tiene veinte electrones, dispuestos en la configuración electrónica [Ar]4s 2 . Al igual que los demás elementos ubicados en el grupo 2 de la tabla periódica, el calcio tiene dos electrones de valencia en el orbital s más externo, que se pierden muy fácilmente en reacciones químicas para formar un ion dipositivo con la configuración electrónica estable de un gas noble , en este caso argón . [10]
De ahí que el calcio sea casi siempre divalente en sus compuestos, que suelen ser iónicos . Las hipotéticas sales univalentes de calcio serían estables respecto de sus elementos, pero no a la desproporción con respecto a las sales divalentes y al calcio metal, porque la entalpía de formación de MX 2 es mucho mayor que las de las hipotéticas MX. Esto ocurre debido a la energía reticular mucho mayor proporcionada por el catión Ca 2+ más cargado en comparación con el catión Ca + hipotético. [10]
El calcio, el estroncio, el bario y el radio siempre se consideran metales alcalinotérreos ; A menudo también se incluyen los más ligeros , el berilio y el magnesio , también en el grupo 2 de la tabla periódica. Sin embargo, el berilio y el magnesio difieren significativamente de los demás miembros del grupo en su comportamiento físico y químico: se comportan más como el aluminio y el zinc respectivamente y tienen algo del carácter metálico más débil de los metales de post-transición , razón por la cual la definición tradicional del término "metal alcalinotérreo" los excluye. [11]
El calcio metálico se funde a 842 °C y hierve a 1494 °C; estos valores son más altos que los del magnesio y el estroncio, los metales vecinos del grupo 2. Cristaliza en disposición cúbica centrada en las caras, como el estroncio; por encima de 450 °C, cambia a una disposición compacta hexagonal anisotrópica como el magnesio. Su densidad de 1,55 g/cm 3 es la más baja de su grupo. [10]
El calcio es más duro que el plomo pero se puede cortar con un cuchillo con esfuerzo. Si bien el calcio es un peor conductor de la electricidad que el cobre o el aluminio en volumen, es mejor conductor en masa que ambos debido a su muy baja densidad. [12] Si bien el calcio no es factible como conductor para la mayoría de las aplicaciones terrestres, ya que reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico, se ha considerado su uso como tal en el espacio. [12]
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La química del calcio es la de un metal alcalinotérreo pesado típico. Por ejemplo, el calcio reacciona espontáneamente con el agua más rápidamente que el magnesio y menos rápidamente que el estroncio para producir hidróxido de calcio y gas hidrógeno. También reacciona con el oxígeno y el nitrógeno del aire para formar una mezcla de óxido de calcio y nitruro de calcio . [13] Cuando está finamente dividido, se quema espontáneamente en el aire para producir el nitruro. A granel, el calcio es menos reactivo: forma rápidamente una capa de hidratación en el aire húmedo, pero por debajo del 30% de humedad relativa se puede almacenar indefinidamente a temperatura ambiente. [14]
Además del óxido simple CaO, el peróxido CaO 2 se puede producir mediante oxidación directa del calcio metálico bajo una alta presión de oxígeno, y existe cierta evidencia de un superóxido amarillo Ca(O 2 ) 2 . [15] El hidróxido de calcio, Ca(OH) 2 , es una base fuerte, aunque no es tan fuerte como los hidróxidos de estroncio, bario o los metales alcalinos. [16] Se conocen los cuatro dihaluros de calcio. [17] El carbonato de calcio (CaCO 3 ) y el sulfato de calcio (CaSO 4 ) son minerales particularmente abundantes. [18] Al igual que el estroncio y el bario, así como los metales alcalinos y los lantánidos divalentes europio e iterbio , el calcio metálico se disuelve directamente en amoníaco líquido para dar una solución de color azul oscuro. [10]
Debido al gran tamaño del ion calcio (Ca 2+ ), son comunes números de coordinación altos, hasta 24 en algunos compuestos intermetálicos como el CaZn 13 . [19] El calcio forma complejos fácilmente con quelatos de oxígeno como EDTA y polifosfatos , que son útiles en química analítica y en la eliminación de iones de calcio del agua dura . En ausencia de impedimento estérico , los cationes más pequeños del grupo 2 tienden a formar complejos más fuertes, pero cuando están involucrados grandes macrociclos polidentados la tendencia se invierte. [18]
Aunque el calcio está en el mismo grupo que el magnesio y los compuestos organomagnesicos se utilizan con mucha frecuencia en toda la química, los compuestos organocálcicos no están igualmente extendidos porque son más difíciles de producir y más reactivos, aunque recientemente se han investigado como posibles catalizadores . [20] [21] [22] [23] [24] Los compuestos organocálcicos tienden a ser más similares a los compuestos de organoyterbio debido a los radios iónicos similares de Yb 2+ (102 pm) y Ca 2+ (100 pm). [25]
La mayoría de estos compuestos sólo pueden prepararse a bajas temperaturas; los ligandos voluminosos tienden a favorecer la estabilidad. Por ejemplo, el diciclopentadienilo cálcico , Ca(C 5 H 5 ) 2 , debe prepararse haciendo reaccionar directamente calcio metal con mercuroceno o el propio ciclopentadieno ; Por otro lado, reemplazar el ligando C 5 H 5 con el ligando C 5 (CH 3 ) 5 más voluminoso aumenta la solubilidad, volatilidad y estabilidad cinética del compuesto. [25]
El calcio natural es una mezcla de cinco isótopos estables ( 40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca y 46 Ca) y un isótopo con una vida media tan larga que puede considerarse estable a todos los efectos prácticos ( 48 Ca , con una vida media de aproximadamente 4,3 × 10 19 años). El calcio es el primer elemento (el más ligero) que tiene seis isótopos naturales. [13]
Con diferencia, el isótopo de calcio más común en la naturaleza es el 40 Ca, que constituye el 96,941% de todo el calcio natural. Se produce en el proceso de combustión de silicio a partir de la fusión de partículas alfa y es el nucleido estable más pesado con igual número de protones y neutrones; su aparición también se complementa lentamente con la desintegración del 40 K primordial . Agregar otra partícula alfa conduce a 44 Ti inestable, que decae rápidamente mediante dos capturas sucesivas de electrones a 44 Ca estable ; esto constituye el 2,806% de todo el calcio natural y es el segundo isótopo más común. [26] [27]
Los otros cuatro isótopos naturales, 42 Ca, 43 Ca, 46 Ca y 48 Ca, son significativamente más raros y cada uno comprende menos del 1% de todo el calcio natural. Los cuatro isótopos más ligeros son principalmente productos de los procesos de quema de oxígeno y de silicio, dejando que los dos más pesados se produzcan mediante procesos de captura de neutrones . El 46 Ca se produce principalmente en un proceso s "caliente", ya que su formación requiere un flujo de neutrones bastante alto para permitir que el 45 Ca de vida corta capture un neutrón. 48 Ca se produce por captura de electrones en el proceso r en las supernovas de tipo Ia , donde un alto exceso de neutrones y una entropía suficientemente baja aseguran su supervivencia. [26] [27]
46 Ca y 48 Ca son los primeros nucleidos "clásicamente estables" con un exceso de seis u ocho neutrones respectivamente. Aunque extremadamente rico en neutrones para un elemento tan ligero, el 48 Ca es muy estable porque es un núcleo doblemente mágico , con 20 protones y 28 neutrones dispuestos en capas cerradas. Su desintegración beta a 48 Sc se ve muy obstaculizada debido al gran desajuste del espín nuclear : 48 Ca tiene espín nuclear cero, siendo par-par , mientras que 48 Sc tiene espín 6+, por lo que la desintegración está prohibida por la conservación del momento angular . Si bien dos estados excitados de 48 Sc también están disponibles para decaer, también están prohibidos debido a sus altos giros. Como resultado, cuando el 48 Ca se desintegra, lo hace mediante una desintegración beta doble a 48 Ti , siendo el nucleido más ligero conocido que sufre una desintegración beta doble. [28] [29]
En teoría , el isótopo pesado 46 Ca también puede sufrir una doble desintegración beta hasta 46 Ti, pero esto nunca se ha observado. El isótopo más ligero y común, el 40 Ca, también es doblemente mágico y podría sufrir una captura doble de electrones hasta el 40 Ar , pero esto tampoco se ha observado nunca. El calcio es el único elemento que tiene dos isótopos primordiales doblemente mágicos. Los límites inferiores experimentales para las vidas medias de 40 Ca y 46 Ca son 5,9 × 10 21 años y 2,8 × 10 15 años respectivamente. [28]
Aparte del prácticamente estable 48 Ca, el radioisótopo de calcio de mayor vida útil es el 41 Ca. Se desintegra por captura de electrones hasta alcanzar una temperatura estable de 41 K con una vida media de unos cien mil años. Su existencia en el Sistema Solar temprano como un radionucleido extinto se ha inferido de excesos de 41 K: hoy también existen rastros de 41 Ca, ya que es un nucleido cosmogénico , reformado continuamente mediante la activación neutrónica del 40 Ca natural. [27]
Se conocen muchos otros radioisótopos de calcio, que van desde 35 Ca hasta 60 Ca. Todos tienen una vida mucho más corta que el 41 Ca, siendo los más estables el 45 Ca (vida media de 163 días) y el 47 Ca (vida media de 4,54 días). Los isótopos más ligeros que el 42 Ca suelen sufrir una desintegración beta plus a isótopos de potasio, y los más pesados que el 44 Ca suelen sufrir una desintegración beta menos a isótopos de escandio , aunque cerca de las líneas de goteo nucleares , la emisión de protones y la emisión de neutrones comienzan a ser modos de desintegración significativos. también. [28]
Como otros elementos, una variedad de procesos alteran la abundancia relativa de los isótopos de calcio. [30] El mejor estudiado de estos procesos es el fraccionamiento dependiente de la masa de isótopos de calcio que acompaña a la precipitación de minerales de calcio como la calcita , la aragonita y la apatita de la solución. Los isótopos más ligeros se incorporan preferentemente a estos minerales, dejando la solución circundante enriquecida en isótopos más pesados en una magnitud de aproximadamente 0,025% por unidad de masa atómica (uma) a temperatura ambiente. Las diferencias dependientes de la masa en la composición de isótopos de calcio se expresan convencionalmente mediante la proporción de dos isótopos (generalmente 44 Ca/ 40 Ca) en una muestra en comparación con la misma proporción en un material de referencia estándar. 44 Ca/ 40 Ca varía aproximadamente un 1% entre los materiales terrestres comunes. [31]
Los compuestos de calcio se conocían desde hacía milenios, aunque su composición química no se comprendió hasta el siglo XVII. [32] La cal como material de construcción [33] y como yeso para estatuas se utilizaba ya alrededor del año 7000 a.C. [34] El primer horno de cal fechado data del año 2500 a. C. y se encontró en Khafajah , Mesopotamia . [35] [36]
Aproximadamente al mismo tiempo, se utilizaba yeso deshidratado (CaSO 4 ·2H 2 O) en la Gran Pirámide de Giza . Este material se utilizaría posteriormente para el yeso de la tumba de Tutankamón . En cambio, los antiguos romanos utilizaban morteros de cal elaborados calentando piedra caliza (CaCO 3 ). El nombre "calcio" deriva de la palabra latina calx "cal". [32]
Vitruvio notó que la cal resultante era más ligera que la piedra caliza original, y lo atribuyó a la ebullición del agua. En 1755, Joseph Black demostró que esto se debía a la pérdida de dióxido de carbono , que los antiguos romanos no habían reconocido como gas. [37]
En 1789, Antoine Lavoisier sospechó que la cal podría ser un óxido de un elemento químico fundamental . En su tabla de los elementos, Lavoisier enumeró cinco "tierras salificables" (es decir, minerales que podrían hacerse reaccionar con ácidos para producir sales ( salis = sal, en latín): chaux (óxido de calcio), magnésie (magnesia, óxido de magnesio ), barita (sulfato de bario), alúmina (alúmina, óxido de aluminio) y sílice (sílice, dióxido de silicio)). Sobre estos "elementos", Lavoisier razonó:
Probablemente sólo conocemos todavía una parte de las sustancias metálicas que existen en la naturaleza, ya que todas aquellas que tienen una mayor afinidad por el oxígeno que la que posee el carbono, son incapaces, hasta ahora, de ser reducidas a un estado metálico y, en consecuencia, sólo son presentados a nuestra observación en forma de óxidos, se confunden con tierras. Es muy probable que la barita, que acabamos de combinar con las tierras, se encuentre en esta situación; porque en muchos experimentos exhibe propiedades casi cercanas a las de los cuerpos metálicos. Incluso es posible que todas las sustancias que llamamos tierras sean sólo óxidos metálicos, irreducibles por cualquier proceso conocido hasta ahora. [38]
El calcio, junto con sus congéneres magnesio, estroncio y bario, fue aislado por primera vez por Humphry Davy en 1808. Siguiendo el trabajo de Jöns Jakob Berzelius y Magnus Martin af Pontin sobre la electrólisis , Davy aisló el calcio y el magnesio poniendo una mezcla del metal respectivo. óxidos con óxido de mercurio (II) sobre una placa de platino que se utilizó como ánodo, siendo el cátodo un alambre de platino parcialmente sumergido en mercurio. Luego, la electrólisis produjo amalgamas de calcio-mercurio y magnesio-mercurio, y la destilación del mercurio dio el metal. [32] [39] Sin embargo, el calcio puro no se puede preparar a granel mediante este método y no se encontró un proceso comercial viable para su producción hasta más de un siglo después. [37]
Con un 3%, el calcio es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre , y el tercer metal más abundante detrás del aluminio y el hierro . [32] También es el cuarto elemento más abundante en las tierras altas lunares . [14] Los depósitos sedimentarios de carbonato de calcio impregnan la superficie de la Tierra como restos fosilizados de vida marina pasada; se presentan en dos formas, la calcita romboédrica (más común) y la aragonita ortorrómbica (que se forma en mares más templados). Los minerales del primer tipo incluyen piedra caliza , dolomita , mármol , creta y espato de Islandia ; Los lechos de aragonito forman las cuencas de las Bahamas , los Cayos de Florida y el Mar Rojo . Los corales , las conchas marinas y las perlas se componen principalmente de carbonato de calcio. Entre los otros minerales importantes del calcio se encuentran el yeso (CaSO 4 ·2H 2 O), anhidrita (CaSO 4 ), fluorita (CaF 2 ) y apatita ([Ca 5 (PO 4 ) 3 X], X = OH, Cl, o F). [32]
Los principales productores de calcio son China (alrededor de 10 000 a 12 000 toneladas por año), Rusia (alrededor de 6 000 a 8 000 toneladas por año) y Estados Unidos (alrededor de 2 000 a 4 000 toneladas por año). Canadá y Francia también se encuentran entre los productores menores. En 2005 se produjeron unas 24.000 toneladas de calcio; Aproximadamente la mitad del calcio extraído del mundo es utilizado por Estados Unidos, y aproximadamente el 80% de la producción se utiliza cada año. [12]
En Rusia y China, el método de electrólisis de Davy todavía se utiliza, pero en su lugar se aplica al cloruro de calcio fundido . [12] Dado que el calcio es menos reactivo que el estroncio o el bario, el recubrimiento de óxido-nitruro que resulta en el aire es estable y el mecanizado de torno y otras técnicas metalúrgicas estándar son adecuadas para el calcio. [40] En los Estados Unidos y Canadá, el calcio se produce reduciendo la cal con aluminio a altas temperaturas. [12]
El ciclo del calcio proporciona un vínculo entre la tectónica , el clima y el ciclo del carbono . En términos más simples, el levantamiento de montañas expone las rocas que contienen calcio, como algunos granitos, a la erosión química y libera Ca 2+ en las aguas superficiales. Estos iones son transportados al océano donde reaccionan con el CO 2 disuelto para formar piedra caliza ( CaCO
3), que a su vez se deposita en el fondo del mar donde se incorpora a nuevas rocas. El CO 2 disuelto , junto con los iones carbonato y bicarbonato , se denominan " carbono inorgánico disuelto " (DIC). [41]
La reacción real es más complicada e involucra el ion bicarbonato (HCO−
3) que se forma cuando el CO 2 reacciona con el agua al pH del agua de mar :
Al pH del agua de mar, la mayor parte del CO 2 se convierte inmediatamente de nuevo en HCO.−
3. La reacción da como resultado un transporte neto de una molécula de CO 2 desde el océano/atmósfera hacia la litosfera . [42] El resultado es que cada ion Ca 2+ liberado por la meteorización química finalmente elimina una molécula de CO 2 del sistema superficial (atmósfera, océano, suelos y organismos vivos), almacenándola en rocas carbonatadas donde es probable que permanezca durante cientos de años. de millones de años. La erosión del calcio de las rocas elimina así el CO 2 del océano y la atmósfera, ejerciendo un fuerte efecto a largo plazo sobre el clima. [41] [43]
El mayor uso del calcio metálico es en la fabricación de acero , debido a su fuerte afinidad química por el oxígeno y el azufre . Sus óxidos y sulfuros, una vez formados, dan en el acero inclusiones de aluminato de cal líquida y sulfuros que flotan; Tras el tratamiento, estas inclusiones se dispersan por todo el acero y se vuelven pequeñas y esféricas, mejorando la colabilidad, la limpieza y las propiedades mecánicas generales. El calcio también se utiliza en baterías de automóviles que no requieren mantenimiento , en las que el uso de aleaciones de calcio y plomo al 0,1% en lugar de las habituales aleaciones de antimonio y plomo conduce a una menor pérdida de agua y una menor autodescarga. [44]
Debido al riesgo de expansión y agrietamiento, a veces también se incorpora aluminio a estas aleaciones. Estas aleaciones de plomo y calcio también se utilizan en fundición, reemplazando a las aleaciones de plomo y antimonio. [44] El calcio también se utiliza para fortalecer las aleaciones de aluminio utilizadas para los cojinetes, para el control del carbono grafítico en el hierro fundido y para eliminar las impurezas de bismuto del plomo. [40] El calcio metálico se encuentra en algunos limpiadores de desagües, donde funciona para generar calor e hidróxido de calcio que saponifica las grasas y licua las proteínas (por ejemplo, las del cabello) que bloquean los desagües. [45]
Además de la metalurgia, la reactividad del calcio se aprovecha para eliminar el nitrógeno del gas argón de alta pureza y como captador de oxígeno y nitrógeno. También se utiliza como agente reductor en la producción de cromo , circonio , torio , vanadio y uranio . También se puede utilizar para almacenar hidrógeno gaseoso, ya que reacciona con el hidrógeno para formar hidruro de calcio sólido , del cual el hidrógeno se puede volver a extraer fácilmente. [40]
El fraccionamiento de isótopos de calcio durante la formación de minerales ha dado lugar a varias aplicaciones de los isótopos de calcio. En particular, la observación de 1997 de Skulan y DePaolo [46] de que los minerales de calcio son isotópicamente más ligeros que las soluciones a partir de las cuales precipitan los minerales es la base de aplicaciones análogas en medicina y paleoceanografía. En animales con esqueletos mineralizados con calcio, la composición isotópica de calcio de los tejidos blandos refleja la velocidad relativa de formación y disolución del mineral esquelético. [47]
En los seres humanos, se ha demostrado que los cambios en la composición isotópica del calcio de la orina están relacionados con cambios en el equilibrio mineral óseo. Cuando la tasa de formación ósea excede la tasa de resorción ósea, la relación 44 Ca/ 40 Ca en los tejidos blandos aumenta y viceversa. Debido a esta relación, las mediciones isotópicas de calcio en orina o sangre pueden ser útiles en la detección temprana de enfermedades metabólicas óseas como la osteoporosis . [47]
Existe un sistema similar en el agua de mar, donde 44 Ca/ 40 Ca tiende a aumentar cuando la tasa de eliminación de Ca 2+ por la precipitación mineral excede la entrada de calcio nuevo en el océano. En 1997, Skulan y DePaolo presentaron la primera evidencia de cambios en el 44 Ca/ 40 Ca del agua de mar a lo largo del tiempo geológico, junto con una explicación teórica de estos cambios. Artículos más recientes han confirmado esta observación, demostrando que la concentración de Ca 2+ en el agua de mar no es constante y que el océano nunca está en un "estado estable" con respecto a la entrada y salida de calcio. Esto tiene importantes implicaciones climatológicas, ya que el ciclo del calcio marino está estrechamente vinculado al ciclo del carbono . [48] [49]
Muchos compuestos de calcio se utilizan en alimentos, productos farmacéuticos y medicina, entre otros. Por ejemplo, el calcio y el fósforo se complementan en los alimentos mediante la adición de lactato de calcio , difosfato de calcio y fosfato tricálcico . Este último también se utiliza como agente pulidor en pastas de dientes y en antiácidos . El lactobionato de calcio es un polvo blanco que se utiliza como agente de suspensión para productos farmacéuticos. En repostería se utiliza fosfato cálcico como agente leudante . El sulfito de calcio se utiliza como blanqueador en la fabricación de papel y como desinfectante, el silicato de calcio se utiliza como agente de refuerzo en el caucho y el acetato de calcio es un componente de la colofonia encaladora y se utiliza para fabricar jabones metálicos y resinas sintéticas. [44]
El calcio está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud . [50]
Los alimentos ricos en calcio incluyen productos lácteos , como yogur y queso , sardinas , salmón , productos de soya , col rizada y cereales de desayuno fortificados . [9]
Debido a la preocupación por los efectos secundarios adversos a largo plazo, incluida la calcificación de las arterias y los cálculos renales , tanto el Instituto de Medicina de EE. UU . (IOM) como la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) establecieron niveles máximos de ingesta tolerables (UL) para alimentos dietéticos y suplementarios combinados. calcio. Según el IOM, las personas de 9 a 18 años no deben exceder la ingesta combinada de 3 g/día; para edades de 19 a 50 años, sin exceder 2,5 g/día; para mayores de 51 años, sin exceder 2 g/día. [51] La EFSA fijó el UL para todos los adultos en 2,5 g/día, pero decidió que la información para niños y adolescentes no era suficiente para determinar los UL. [52]
El calcio es un elemento esencial necesario en grandes cantidades. [8] [9] El ion Ca 2+ actúa como electrolito y es vital para la salud de los sistemas muscular, circulatorio y digestivo; es indispensable para la formación de huesos; y apoya la síntesis y función de las células sanguíneas. Por ejemplo, regula la contracción de los músculos , la conducción nerviosa y la coagulación de la sangre. Como resultado, el cuerpo regula estrictamente los niveles de calcio intra y extracelular. El calcio puede desempeñar este papel porque el ion Ca 2+ forma complejos de coordinación estables con muchos compuestos orgánicos, especialmente proteínas ; también forma compuestos con una amplia gama de solubilidades, lo que permite la formación del esqueleto . [8] [55]
Los iones de calcio pueden formar complejos con proteínas mediante la unión de los grupos carboxilo del ácido glutámico o de los residuos del ácido aspártico ; mediante la interacción con residuos de serina , tirosina o treonina fosforiladas ; o al estar quelado por residuos de aminoácidos γ-carboxilados. La tripsina , una enzima digestiva, utiliza el primer método; la osteocalcina , una proteína de la matriz ósea, utiliza el tercero. [56]
Algunas otras proteínas de la matriz ósea, como la osteopontina y la sialoproteína ósea, utilizan tanto la primera como la segunda. Es común la activación directa de enzimas mediante la unión de calcio; algunas otras enzimas se activan por asociación no covalente con enzimas fijadoras directas de calcio. El calcio también se une a la capa de fosfolípidos de la membrana celular , anclando proteínas asociadas a la superficie celular. [56]
Como ejemplo del amplio rango de solubilidad de los compuestos de calcio, el fosfato monocálcico es muy soluble en agua, el 85% del calcio extracelular es fosfato dicálcico con una solubilidad de 2,00 mM , y la hidroxiapatita de los huesos en una matriz orgánica es fosfato tricálcico con una solubilidad de 1000 μM. [56]
El calcio es un componente común de los suplementos dietéticos multivitamínicos , [8] pero la composición de los complejos de calcio en los suplementos puede afectar su biodisponibilidad , que varía según la solubilidad de la sal involucrada: el citrato , malato y lactato de calcio son altamente biodisponibles, mientras que el oxalato es menos biodisponible. . Otras preparaciones de calcio incluyen carbonato de calcio , citrato malato de calcio y gluconato de calcio . [8] El intestino absorbe aproximadamente un tercio del calcio ingerido como ion libre , y luego los riñones regulan el nivel de calcio en plasma . [8]
La hormona paratiroidea y la vitamina D promueven la formación de hueso al permitir y mejorar la deposición de iones de calcio allí, lo que permite un rápido recambio óseo sin afectar la masa ósea ni el contenido mineral. [8] Cuando los niveles plasmáticos de calcio caen, los receptores de la superficie celular se activan y se produce la secreción de hormona paratiroidea; luego procede a estimular la entrada de calcio en la reserva plasmática tomándolo de las células específicas de los riñones, el intestino y los huesos, siendo antagonizada la acción formadora de huesos de la hormona paratiroidea por la calcitonina , cuya secreción aumenta al aumentar los niveles de calcio en plasma. [56]
La ingesta excesiva de calcio puede provocar hipercalcemia . Sin embargo, debido a que el calcio se absorbe de manera bastante ineficiente en los intestinos, es más probable que el nivel alto de calcio sérico sea causado por una secreción excesiva de hormona paratiroidea (PTH) o posiblemente por una ingesta excesiva de vitamina D, las cuales facilitan la absorción de calcio. Todas estas condiciones provocan que se deposite un exceso de sales de calcio en el corazón, los vasos sanguíneos o los riñones. Los síntomas incluyen anorexia, náuseas, vómitos, pérdida de memoria, confusión, debilidad muscular, aumento de la micción, deshidratación y enfermedad ósea metabólica. [56]
La hipercalcemia crónica generalmente conduce a la calcificación de los tejidos blandos y sus graves consecuencias: por ejemplo, la calcificación puede causar pérdida de elasticidad de las paredes vasculares y alteración del flujo sanguíneo laminar y, por lo tanto, ruptura de la placa y trombosis . Por el contrario, una ingesta inadecuada de calcio o vitamina D puede provocar hipocalcemia , a menudo causada también por una secreción inadecuada de la hormona paratiroidea o receptores defectuosos de PTH en las células. Los síntomas incluyen excitabilidad neuromuscular, que potencialmente causa tetania y alteración de la conductividad en el tejido cardíaco. [56]
Como el calcio es necesario para el desarrollo óseo, muchas enfermedades óseas pueden atribuirse a la matriz orgánica o la hidroxiapatita en la estructura molecular u organización del hueso. La osteoporosis es una reducción del contenido mineral del hueso por unidad de volumen y puede tratarse con suplementos de calcio, vitamina D y bifosfonatos . [8] [9] Cantidades inadecuadas de calcio, vitamina D o fosfatos pueden provocar un ablandamiento de los huesos, lo que se denomina osteomalacia . [56]
Debido a que el calcio reacciona exotérmicamente con el agua y los ácidos, el calcio metálico que entra en contacto con la humedad corporal produce una irritación corrosiva grave. [58] Cuando se ingiere, el calcio metálico tiene el mismo efecto en la boca, el esófago y el estómago, y puede ser mortal. [45] Sin embargo, no se sabe que la exposición a largo plazo tenga efectos adversos distintos. [58]
