Kalsium – tätä et tiennyt

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.

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.

Vapaaksi alkuaineeksi kalsiumia eristetään elektrolyysillä kalsiumkloridista CaCl₂.

Kalsiumilla on viisi vakaata isotooppia (⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca, and 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.

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.

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. Luun muodostuksen lisäksi kalsium säätelee mm. hermo-lihasärtyvyyttä, veren hyytymistä, solukalvoissa tapahtuvia kuljetuksia, hormoni- ja välittäjäaineiden vapautumista sekä monia entsyymireaktioita.

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.

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

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.

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.

Kalsiumin puute voi vaikuttaa myös luun ja hampaiden kasvuun.

Kalsiumin rooli ja optimisaanti eivät ole nykytutkimuksen valossa aivan selviä. 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. Liian suuri kalsiuminsaanti heikentää myös esimerkiksi raudan imeytymistä elimistöön. 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.