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El calcio es un elemento químico que aparece en la tabla periódica de Mendeleiev con el número atómico 20. Su símbolo químico es Ca. Este metal alcalinotérreo es de color gris blanquecino. El calcio no se encuentra en estado puro, pero se convierte en calcio metálico después de una reducción de sus iones. Es el quinto elemento más abundante en la corteza terrestre (más del 3% en forma de óxido CaO). Muchas especies necesitan calcio para vivir. Este oligoelemento es esencial en la formación de huesos, conchas (1 a 2% de la masa del cuerpo humano adulto) y dientes. El calcio también juega un papel fundamental en la fisiología celular.
La palabra calcio viene del latín calx que significa cal añadido el sufijo -um. La cal es un óxido de calcio cuya fórmula es CaO. Se obtiene después de la calcinación de la piedra caliza CaCO3.
En el siglo I d.C., los romanos ya habían manipulado la cal. El primer experimento para aislarlo fue realizado en 1801 por los químicos Magnus Martin Pontin y Jöns Jacob Berzelius. Habían preparado, por electrólisis de la cal, una amalgama de calcio y mercurio.
A partir de esta prueba, Sir Humphry Davy, en 1808, pudo aislar el metal impuro, que es el calcio. Este químico británico también aisló el sodio y el potasio.
Más tarde, en 1840, un físico suizo, cuyo nombre no ha sido revelado, demostró la importancia del calcio en el crecimiento de las palomas. A principios del siglo XX, el calcio fue reconocido como un elemento protector contra la intoxicación por plomo. Así, los directores de las industrias mineras británicas dieron leche a sus mineros para protegerlos. Durante el siglo XX, el calcio fue proclamado beneficioso para el sistema nervioso y los músculos.
El calcio tiene 24 isótopos conocidos, cuyo número de masa varía entre 34 y 57. Sin embargo, no posee ningún isómero nuclear conocido.
Hay 5 isótopos estables de calcio: 40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca y 46Ca. Los isótopos 40Ca y 46Ca se sospecha que son radioisótopos con una larga vida, aunque no se ha observado ninguna desintegración. El radioisótopo 48Ca tiene una vida media de 43×1018 años (es decir, 3 mil millones de veces la edad del universo), por lo que es prácticamente estable. El calcio 40 es el que compone la mayoría del calcio natural con un 97%.
La producción típica del calcio se realiza por electrólisis del fluoruro de calcio. La práctica más común es la reducción al vacío de la cal (CaO) con polvo de aluminio. El calcio produce una llama rojo-amarillenta durante su combustión. Cuando se expone al aire seco, desarrolla una capa protectora blanca compuesta de óxido y nitruro. En reacción con el agua, el calcio deslocaliza el hidrógeno y forma hidróxido de calcio cuya fórmula es Ca(OH)2.
El calcio es un agente reductor que se utiliza en la extracción de otros metales como uranio, torio y circonio.
Este metal alcalinotérreo es desulfurante (extrae el azufre), desoxidante (elimina el oxígeno) y descarburante (extrae el carbono) cuando forma aleaciones ferrosas y no ferrosas.
Se utiliza con el magnesio para hacer desbismutado (eliminación del bismuto del plomo). Este noveno elemento químico es un agente de aleación. Se emplea en la amalgama del cobre, aluminio, plomo, berilio y magnesio.
La molécula de calcio más conocida es el catión Ca2+. También se cuentan otros compuestos como:
El calcio aleado con silicio o silicio-calcio se utiliza en la preparación de aceros.
El calcio es el elemento metálico que se encuentra en abundancia en el cuerpo, constituyendo del 1 al 2% de la masa corporal. Se encuentra principalmente en los huesos y los dientes. Estos dos órganos están formados por calcio que los mantiene rígidos.
La concentración plasmática del calcio ionizado en el esqueleto es importante. Una cantidad demasiado grande en las heces o, por el contrario, una disminución demasiado grande en la ingesta de calcio conlleva riesgos para la salud. Esto puede provocar enfermedades como la osteoporosis en adultos y el raquitismo en niños, o incluso el riesgo de exacerbación del saturnismo.
Este elemento alcalino es esencial en el funcionamiento del metabolismo humano:
La biodisponibilidad del calcio en el ser humano depende de su edad, sus formas y su estado hormonal. Esta particularidad biodisponible depende de dos factores: los inhibidores y los promotores de la asimilación en los alimentos. Por ejemplo, los calcios ionizados o quelados por los péptidos presentes en ciertos alimentos son más bioasimilables.
El calcio es esencial en la formación de huesos y dientes. La hipocalcemia puede causar problemas de crecimiento. Por el contrario, un exceso de calcio aumenta el riesgo de enfermedades cardiovasculares. Este mineral impide la producción de oxalatos en el sistema digestivo, lo que puede provocar cálculos renales.
Omnipresente en el cuerpo, el calcio interviene en los intercambios celulares. El nivel sanguíneo de calcio llamado calcemia está regulado para prevenir variaciones que podrían ser fatales para el organismo. Se distinguen dos hormonas involucradas en esta regulación, especialmente la parathormona y el calcitriol. La hormona del calcio calcitriol es un derivado de la vitamina D. El calcio también regula el pH corporal. Se libera de los huesos, es decir, la solubilidad de la sal en los huesos disminuye durante la acidificación del medio interno del hueso. Esta acción es causada por el consumo de productos acidificantes (leche, proteína…) y el bajo consumo de vegetales que provocan un efecto alcalinizante.
Según estudios epidemiológicos, una dieta rica en calcio reduce el riesgo de cáncer de colon y cáncer colorrectal. Esta teoría ha sido confirmada en la práctica por tres ensayos clínicos donde voluntarios tomaron un suplemento de carbonato de calcio (1 a 2 g/día). El resultado es que la recurrencia de pólipos disminuyó entre un 15 y un 30%. Según 25 publicaciones científicas, el calcio reduce el riesgo de carcinogénesis de colon en roedores.
El calcio a través del ion calcio (Ca2+) también interviene en la contracción muscular. Se almacena en el músculo y se libera bajo el impulso nervioso activando las moléculas de actina (que son responsables de la contracción del músculo).
El equilibrio cálcico o el equilibrio del calcio establece la relación entre los aportes cálcicos y la absorción/excreción del calcio. Una variación en la absorción y excreción de calcio puede impedir un aporte cálcico elevado o compensar un aporte bajo.
El balance entre la utilidad de la absorción y la tasa de excreción determina las necesidades nutricionales de calcio. La excreción del calcio se realiza por vía intestinal (heces) y por vía renal (orina). También se manifiesta por la descamación y por la pérdida de cabello y uñas.
La tasa de absorción del calcio se realiza gracias al sistema digestivo. Esta tasa debe corresponder al conjunto de pérdidas diarias de calcio para asegurar la preservación del esqueleto en el adulto. En niños y adolescentes, se necesita un aporte cálcico adicional para satisfacer las necesidades de crecimiento del esqueleto.
El metabolismo del calcio varía de un individuo a otro en términos de absorción y excreción. Los factores del metabolismo cálcico son, especialmente la vitamina D, el aporte de proteínas y sodio, la menopausia en las mujeres y la edad.
La absorción cálcica depende del nivel de aporte. A nivel bajo, el calcio se absorbe por transporte transcelular activo. A nivel alto, se realiza por simple difusión paracelular. Esta absorción del calcio se calcula inversamente al aporte de calcio. Es del 70% para un nivel muy bajo de aporte y del 35% para un nivel de aporte cálcico importante.
El cálculo del porcentaje neto de absorción es: aporte – pérdida.
Las pérdidas cálcicas incompresibles provienen de las heces, la orina, el sudor o la descamación. Un resultado negativo con bajos aportes puede volverse positivo con aportes aumentados. Por ejemplo: un pico del 30% de absorción cálcica para un aporte diario de 400 mg de calcio puede disminuir con aportes más elevados.
La parte no absorbida del calcio se encuentra mayormente en las heces y el resto termina en los jugos digestivos.
En cuanto a la excreción urinaria, es muy sensible a las variaciones del nivel plasmático de calcio. Una mínima disminución de 2 mg/l de plasma sanguíneo es suficiente para provocar hasta 30 veces una disminución de la excreción del calcio en la orina. Esta sensibilidad renal a la privación de calcio se combina con la relación inversa de la tasa de absorción y del aporte cálcico. Esta combinación sirve para equilibrar la concentración plasmática de calcio ionizado y estabilizar las entradas y pérdidas cálcicas. En los países desarrollados, donde el nivel de consumo de sal y proteínas es elevado, la pérdida de calcio en la orina es del orden de 140 mg/día.
También existen pérdidas cálcicas a través de la descamación (piel que se desprende en pequeños fragmentos), la caída del cabello y la pérdida de uñas. Son pérdidas insensibles, difíciles de medir, del orden de 40 a 60 mg/día. Estos tipos de pérdidas cálcicas no dependen en ningún caso del nivel de aporte cálcico en la alimentación.
Existen tres factores nutricionales que afectan las necesidades de calcio: el sodio, las proteínas animales y la vitamina D. El sodio y las proteínas animales aumentan las pérdidas cálcicas urinarias. La vitamina D juega un papel en la absorción del calcio y en la homeostasis.
Estos factores alimentarios que alteran las pérdidas urinarias de calcio influyen enormemente en el balance cálcico. Son incluso más importantes que los factores nutricionales que afectan la disponibilidad intestinal del calcio. Se distinguen pérdidas cálcicas urinarias más importantes en los alimentos que contienen aportes elevados en proteínas animales, en sulfatos o en sodio. También se observan en el café, el té y el alcohol.
La vitamina D es una vitamina liposoluble (soluble en lípidos) que se encuentra en la alimentación. Es sintetizada en el organismo humano a partir de 7-dehidrocolesterol bajo la acción de la radiación UVB del sol. Esta hormona interviene en la absorción del calcio y del fósforo por medio de los intestinos. También actúa en la reabsorción de estos dos elementos por los riñones bajo la influencia de la PTH (parathormona). Permite, entre otras cosas, la resorción ósea a través de los osteoclastos.
Hay un retraso de acción entre el momento de la administración de la vitamina D y aquel en que la absorción del calcio aumenta bajo el efecto de esta vitamina. Esta acción emana de la carga cálcica del hueso y de esta vitamina liposoluble. Fija el calcio a dosis fisiológica y lo libera a dosis altas (hipervitaminosis), lo que provoca una hipercalcemia. Durante el crecimiento, el sitio de acción privilegiado de la vitamina D es la zona metafisaria. Los efectos de esta sustancia nitrogenada son contrarrestados por la calcitonina. También participa en la mineralización ósea del esqueleto y de las articulaciones y actúa eficazmente sobre la tonicidad muscular.
El sodio es un mineral que se encuentra en los alimentos y en la sal de mesa. La tasa urinaria de sodio o natriuria está relacionada con la calciuria o tasa urinaria de calcio. Al ingerir sodio, la excreción urinaria de calcio aumenta. Esto se explica por el hecho de que el sodio, al igual que el calcio, juega un papel en la reabsorción a nivel de los túbulos renales. Al restringir la sal, la calciuria y la necesidad nutricional de calcio disminuyen. Por el contrario, el consumo alimentario de sal aumenta las necesidades de calcio. Según estudios recientes, cada aporte adicional de 2 g de sal alimentaria provoca una excreción urinaria de 30 a 40 mg de calcio.
El aporte alimentario de proteínas animales aumenta la excreción urinaria de calcio. Se constata, además, que la prevalencia de las fracturas de cadera está relacionada con los aportes de proteínas animales. En la población japonesa, la excreción de calcio está positivamente relacionada con el aporte de proteína animal y no con el de proteínas vegetales. Si este aporte en proteína animal disminuye, las pérdidas urinarias en calcio disminuyen irremediablemente.
El aumento de la tasa de filtración glomerular es uno de los mecanismos por el cual las proteínas animales influyen en la excreción del calcio. El otro mecanismo que la mayoría de los estudios considera es el efecto de la carga ácida que está contenida en las alimentaciones de origen animal. Esto se debe al hecho de que estas comidas a base de animales contienen aminoácidos sulfurados e iones fosfatos en grandes cantidades. Esta carga ácida compensada por la fijación de iones H+ de fosfatos ácidos (provenientes del metabolismo fosfocálcico óseo) genera la liberación de carbonato de calcio óseo. Los iones sulfatos y fosfatos presentes en las proteínas animales también juegan un papel. La calciuria está relacionada con la tasa de sulfato urinario. Una persona que adopta un modo alimentario occidental posee una tasa elevada de fósforo en su orina. La causa es el consumo de alimentos de origen animal. La constatación es la misma para el sulfato urinario, aunque el efecto es menos importante que el de los iones fosfatos.
La correlación positiva entre el aumento de la calciuria, la prevalencia de las fracturas y el aporte en proteína de origen animal no está aún bien definida por las investigaciones científicas. Los investigadores siguen realizando estudios complementarios hasta hoy.
Según diversos estudios científicos, las pérdidas urinarias de calcio son mínimas en los regímenes alimentarios alcalinos que son ricos en frutas y verduras y en bicarbonatos. Los productos a base de soja tienen un alto nivel de fitatos que reducen la absorción del calcio. Estos fitatos están presentes en la envoltura de numerosos cereales, en las nueces, las semillas y ciertas verduras. Constituyen sales de calcio insolubles en el aparato gastrointestinal.
En cuanto a los oxalatos que se encuentran en el ruibarbo, las espinacas, la acedera y las nueces, aceleran el calcio en el intestino en gran cantidad. Se ha demostrado que la biodisponibilidad del calcio en las verduras verdes pobres en oxalatos (brócoli o col) es superior a la biodisponibilidad del calcio en la leche de vaca. En cambio, el calcio en las espinacas y el berro es difícil de absorber. También es el caso del tanino (el del té) que crea complejos que pueden reducir la absorción del calcio. El oxalato y el fitato son elementos esenciales durante una dieta vegana estricta. Con este tipo de dieta, la excreción de calcio se estabiliza, ya que hay poco aporte en proteína animal.
La lactosa en la leche, si se toma por separado, apoya la absorción del calcio. Desafortunadamente, este efecto es neutralizado por las proteínas animales también contenidas en la leche. Por lo tanto, la lactosa participa poco en la mejora de la absorción de calcio. Además, no se ha demostrado que el calcio de la leche sea más eficaz que el de otras sales de calcio. El calcio absorbido al consumir leche no supera el 40%.
El calcio de las aguas minerales, ya sea en forma de sulfato o bicarbonato, no se absorbe mejor que otras fuentes de calcio.
Las recomendaciones nutricionales de calcio de la FAO se basan en las relaciones entre la absorción/excreción del calcio y el aporte cálcico. Según este organismo, el equilibrio se alcanza si se respeta esta cuota:
Los aportes alimentarios en proteínas animales deben ser tomados en consideración en las necesidades nutricionales de calcio ya que están positivamente correlacionados. Las proteínas animales acercan los aportes recomendados de calcio con los aportes cálcicos reales.
Al reducir los aportes de sodio (menos sal en la alimentación), las necesidades de calcio bajan a un nivel bajo de 450 mg/día. Al aumentar el aporte de vitamina D (exposición al sol y otros aportes suficientes), las necesidades nutricionales de calcio disminuyen.
El aporte nutricional aconsejado de calcio es de 900 mg/día en el hombre adulto y de 800 mg/día para la mujer adulta que consume una alimentación occidental. Este porcentaje varía sensiblemente entre los países desarrollados. Los aportes diarios recomendados de calcio para la mujer en menopausia y las personas mayores son de 1.200 a 1.500 mg/día.
Según la FAO y la OMS, las personas con tendencia vegetariana tienen una necesidad de calcio más baja de 500 mg/día. También es el caso de las personas que se exponen suficientemente al sol (vitamina D) o que realizan una actividad física no sedentaria (al exterior).
Finalmente, los aminoácidos azufrados como la metionina, cuando se ingieren en cantidad importante, aumentan la dispersión del calcio en la orina. Estos aminoácidos azufrados se encuentran en las carnes, los pescados, los embutidos y los huevos.
Según un estudio de caso de la población en Suecia, una mujer que ingiere 1.400 mg de calcio por día (en forma de suplemento) aumenta el riesgo de mortalidad. Para los hombres, el mismo gesto conlleva un riesgo de cáncer de próstata.
Se encuentra calcio en la mayoría de los alimentos de consumo corriente. La fuente principal sigue siendo los productos lácteos. En los países occidentales, los alimentos a base de leche constituyen más de dos tercios de los alimentos consumidos. La presencia del calcio en la leche es absorbida por el intestino al 30%. Los productos lácteos también aumentan la excreción urinaria de calcio. Consumir productos muy ricos en fósforo y calcio provoca una hiperfosfatemia e hipercalcemia temporal. También hay un riesgo de inhibición de la síntesis de vitamina D.
También se encuentra calcio en estos alimentos:
La biodisponibilidad real del calcio depende de los factores alimentarios que tienen influencia sobre la pérdida urinaria de calcio. Por ejemplo, la toma de fósforo en paralelo con el calcio disminuye la excreción urinaria de calcio. Por el contrario, tomar componentes acidógenos como los sulfatos simultáneamente al calcio aumentan la calciuria.
Las hormonas son fijadores del calcio en los tejidos óseos (prevención de la osteoporosis).
El comprimido es la mejor forma del calcio que aumenta el aporte diario. Se aconseja asociar el comprimido de calcio con la vitamina D. La eficacia de esta combinación no está, sin embargo, probada en sujetos no desnutridos en calcio. En efecto, la densidad ósea de estas personas evoluciona muy lentamente y se detiene al cabo de un año. Por otra parte, la disminución del riesgo de fractura es casi inexistente. El efecto secundario del calcio como medicamento es el estreñimiento. La tercera causa de hipercalcemia y la segunda causa de hipercalcemia severa proviene del síndrome de los bebedores de leche (debido al consumo de carbonato de calcio). La toma de calcio en gran cantidad puede engendrar una enfermedad cardiovascular.
Los medicamentos a base de calcio que tratan la osteoporosis sirven también para tratar otros males como la anorexia o la bulimia. Esto se explica por el hecho de que subvienen a la falta de nutrientes equilibrados en el cuerpo.
El calcio se elabora según la aluminotermia de la cal. Se reduce el óxido de calcio (óxido-reducción) con aluminio en un horno vacío. Para ello, se ponen en el horno pastillas a base de cal y polvo de aluminio. Se calienta eléctricamente o por combustible fósil. El calcio formado se desprende en forma de vapor. Se dispone un condensador que se encuentra en el circuito de aspiración para recogerlo. El residuo de esta reacción es el aluminato de calcio, una combinación de alúmina y cal.
El uso del calcio en la industria se hace desde la prehistoria. Era extraído de la tiza y fue transformado por hidratación, calcinación, sinterización, micronización o recarbonatación. Se explota en:
El calcio o sus moléculas pueden ser sustitutos del:
En 2019, Zhirong Zhao-Karger & al. del Instituto Helmholtz de Ulm en Alemania asociaron el calcio y el flúor (la nueva sal de calcio). Esta composición resultó ser un mejor conductor de electricidad que todos los electrolitos cálcicos conocidos. La tensión obtenida también es netamente superior. Las baterías fabricadas por esta unión calcio/flúor deberían ser menos costosas y más eficaces para almacenar la electricidad procedente de fuentes intermitentes solares y eólicas.
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