Ионы кальция в мышечных волокнах

Возникновение и производство

Травертиновые террасы в Памуккале , Турция

При 3% кальций является пятым по распространенности элементом в земной коре и третьим по распространенности металлом после алюминия и железа . Это также четвертый по численности элемент в горных районах Луны . Осадочные отложения карбоната кальция пронизывают поверхность Земли в виде окаменелых останков прошлой морской жизни; они встречаются в двух формах: ромбоэдрический кальцит (более распространенный) и ромбический арагонит (образующийся в морях с более умеренным климатом). Минералы первого типа включают известняк , доломит , мрамор , мел и исландский шпат ; Слои арагонита составляют бассейны Багамских островов , Флорида-Кис и Красного моря . Кораллы , морские раковины и жемчуг в основном состоят из карбоната кальция. Среди других важных минералов кальция — гипс (CaSO ₄ · 2H ₂ O), ангидрит (CaSO ₄ ), флюорит (CaF ₂ ) и апатит ([Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F]).

Основными производителями кальция являются Китай (примерно от 10 000 до 12 000 тонн в год), Россия (примерно от 6 000 до 8 000 тонн в год) и США (примерно от 2 000 до 4 000 тонн в год). Канада и Франция также входят в число второстепенных производителей. В 2005 году было произведено около 24000 тонн кальция; Около половины добываемого в мире кальция используется Соединенными Штатами, при этом около 80% производимой продукции используется каждый год. В России и Китае метод электролиза Дэви все еще используется, но вместо этого применяется к расплаву хлорида кальция . Поскольку кальций менее реакционноспособен, чем стронций или барий, оксидно-нитридное покрытие, которое образует воздух, является стабильным, и токарная обработка и другие стандартные металлургические методы подходят для кальция. В Соединенных Штатах и ​​Канаде кальций вместо этого получают путем восстановления извести алюминием при высоких температурах.

Геохимический цикл

Цикл кальция обеспечивает связь между тектоникой , климатом и углеродным циклом . Проще говоря, поднятие гор подвергает кальцийсодержащие породы химическому выветриванию и высвобождает Ca 2+ в поверхностные воды. Эти ионы переносятся в океан, где они реагируют с растворенным CO ₂ с образованием известняка ( CaCO ₃ ), который, в свою очередь, оседает на морское дно, где встраивается в новые породы. Растворенный CO ₂ вместе с ионами карбоната и бикарбоната называют « растворенным неорганическим углеродом » (DIC).

Фактическая реакция более сложная и включает в себя бикарбонат-ион (HCO — ₃ ), который образуется, когда CO ₂ реагирует с водой при pH морской воды :

Ca 2+ + 2 HCO — ₃ → CaCO _{3 ( s )} + CO ₂ + H ₂ О

При pH морской воды большая часть CO ₂ немедленно превращается обратно в HCO. — ₃ . Реакция приводит к чистому переносу одной молекулы CO ₂ из океана / атмосферы в литосферу . В результате каждый ион Ca 2+, высвобождаемый в результате химического выветривания, в конечном итоге удаляет одну молекулу CO ₂ из поверхностной системы (атмосферы, океана, почвы и живых организмов), сохраняя ее в карбонатных породах, где она может оставаться в течение сотен миллионов человек. годы. Выветривание кальция из горных пород, таким образом, вымывает CO ₂ из океана и атмосферы, оказывая сильное долгосрочное воздействие на климат.

Кальций во время беременности и в детском возрасте

Больше всего кальция организму требуется в детстве, а также при беременности и кормлении грудью. Исследования показывают, что здоровый уровень кальция у беременных может снизить риск преждевременных родов и низкой массы тела ребенка при рождении.

Photo by engin akyurt / Unsplash

Кальций при беременности важен и для здоровья матери. Профилактика нехватки кальция во время беременности и кормления грудью помогает предотвратить остеопороз у матери в более позднем возрасте. А также снизить риск преэклампсии — осложнения беременности, которое характеризуется повышенным артериальным давлением и поражением печени и почек.

Норма кальция для детей

Недостаток кальция или витамина Д в детстве может привести к рахиту — состоянию, для которого характерны мягкие и слабые кости

Детям важно получать достаточно кальция, чтобы организм мог достичь максимальной костной массы, что важно для здоровья скелета

Патогенез

Патогенез гиперкальциемии и клинических проявлений многогранен. В связи с чем рассмотрим кратко лишь патогенез гиперкальциемии при первичном гиперпаратиреозе. В его основе — нарушение механизма подавления секреции паратиреоидного гормона (ПТГ). Избыточное продуцирование ПТГ вызывает снижение почечного порога реабсорбции (повторного всасывания) фосфатов и в свою очередь провоцирует развитие гиперфосфатурии/гипофосфатемии. Гиперфосфатурия и избыточное продуцирование ПТГ стимулируют в почечных канальцах процесс синтеза кальцитриола 1,25-(0Н)2-03, который способствует повышению процесса всасывания кальция в кишечнике.

Наряду с этим, избыток ПТГ приводит к ускорению процессов костной резорбции и костеобразования, однако процесс образования новой костной ткани отстает от процесса ее рассасывания, что в конечном итоге и приводит к генерализованному остеопорозу/остеодистрофии и гиперкальциурии, способствующей развитию повреждений эпителия канальцев почек и постепенному образованию в них камней. В основе формирования различных органных поражений лежит гиперкальциемия, обуславливающей развитие нефрокальциноза/нефролитиаза.

История

Одна из статуй Айн Газаль , сделанная из известковой штукатурки.

Соединения кальция были известны тысячелетия, хотя их химический состав не был понят до 17 века. Известь в качестве строительного материала и штукатурки для статуй использовалась еще примерно в 7000 году до нашей эры. Первая датированная печь для обжига извести датируется 2500 годом до нашей эры и была найдена в Хафадже , Месопотамия . Примерно в то же время обезвоженный гипс (CaSO ₄ · 2H ₂ O) использовался в Великой пирамиде в Гизе ; этот материал позже будет использован для штукатурки в гробнице Тутанхамона . В древние римляне использовали вместо извести строительные растворы , изготовленные путем нагревания известняка (CaCO ₃ ); само название «кальций» происходит от латинского слова calx «лайм». Витрувий отметил, что образовавшаяся известь была легче, чем исходный известняк, объясняя это кипением воды; в 1755 году Джозеф Блэк доказал, что это произошло из-за потери углекислого газа , который не был признан древними римлянами как газ.

В 1787 году Антуан Лавуазье подозревал, что известь может быть оксидом одного из основных химических элементов . В своей таблице элементов Лавуазье перечислил пять «солефицируемых земель» (т. Е. Руд, которые можно заставить реагировать с кислотами с образованием солей ( salis = соль на латыни): chaux (оксид кальция), magnésie (магнезия, оксид магния). ), барит (сульфат бария), Alumine (оксид алюминия, оксид алюминия) и Silice (диоксид кремния, диоксид кремния)). Об этих «элементах» размышлял Лавуазье:

Кальций, вместе с его родственными соединениями магнием, стронцием и барием, был впервые выделен Хамфри Дэви в 1808 году. После работ Йонса Якоба Берцелиуса и Магнуса Мартина аф Понтина по электролизу Дэви выделил кальций и магний, добавив смесь соответствующих металлов. оксиды с оксидом ртути (II) на платиновой пластине, которая использовалась в качестве анода, причем катодом была платиновая проволока, частично погруженная в ртуть. Затем электролиз дал амальгамы кальция с ртутью и магний-ртуть, а отгонка ртути дала металл. Однако чистый кальций не может быть получен в больших количествах этим методом, и работоспособный коммерческий процесс его производства был найден только спустя столетие.

Осложнения повышения кальция в крови

Без надлежащего лечения гиперкальциемия может вызвать:

Остеопороз

Со временем кости могут высвобождать избыточное количество кальция в кровоток. Это делает кости тонкими и менее плотными. Люди с остеопорозом имеют повышенный риск:

• перелома костей;
• искривления позвоночника.

Камни в почках

Люди с гиперкальциемией подвержены риску формирования кристаллов кальция в почках. Эти кристаллы могут образовывать камни в почках, что зачастую протекает бессимптомно. Они также могут привести к повреждению почек.

Почечная недостаточность

Со временем тяжелая гиперкальциемия может нарушить работу почек. Когда почки не могут эффективно очищать кровь и удалять жидкость из организма — это называется почечной недостаточностью.

Проблемы с нервной системой

Если не лечить гиперкальциемию, то она может влиять на нервную систему. Возможные последствия:

• слабоумие;
• слабость;
• кома.

Нарушение ритма сердца

Сердце бьется, когда электрические импульсы проходят через него и заставляют его сокращаться. Кальций играет роль в регулировании этого процесса, и слишком высокое содержание кальция может привести к нерегулярному сердцебиению.

Референсные значения:

2,15 -2,57 ммоль/л

Единицы измерения: ммоль/л, альтернативные единицы мг/дл, коэффициент пересчета: мг/дл х 0.25 = ммоль/л

Повышение значений

• повышенное образование гормонов паращитовидной железы вследствие ее доброкачественного разрастания или злокачественной опухоли;
• метастазы в кости при раке почек, легких, молочных желез;
• особый вид злокачественной опухоли – карцинома, которая продуцирует паратгормон, при этом первичный рак может находиться в матке, яичниках, щитовидной железе или почках;
• травмы и болезни, при которых человек долгое время вынужден находиться без движения, отчего кальций из костей перемещается в кровь – переломы костей, туберкулез позвоночника, болезнь Педжета или поражение костной ткани с неправильным образованием и рассасыванием, врожденный вывих бедра;
• повышение уровня витамина D;
• болезни надпочечников, особенно недостаточность;
• гемобластозы или опухолевые болезни крови и лимфы – особенно миеломная болезнь, сопровождающаяся разрушением костной ткани;
• синдром Вильямса или «лица эльфа» — генетическое нарушение, когда отсутствуют несколько генов;
• недостаточность почек;
• гранулематозные болезни, особенно саркоидоз;
• чрезмерное поступление лекарственных средств, содержащих кальций;
• синдром молочно-щелочной или Бернетта, когда в крови много кальция, а кислотно-щелочное равновесие сдвинуто в щелочную сторону;
• передозировка мочегонных средств, содержащих тиазид, или вещества, усиленно выводящие калий и натрий.

Снижение значений:

• синдром Ди Георга или генетическое заболевание, при котором недоразвиты или отсутствуют паращитовидная и вилочковая железы;
• нарушение функции паращитовидных желез вследствие ее аутоиммунного поражения или хирургического вмешательства;
• снижение уровня магния;
• снижение уровня витамина D;
• поражение печени и почек, при которых снижается уровень альбумина;
• поражение ткани поджелудочной железы или панкреонекроз;
• длительный прием некоторых лекарств;
• массивное переливание крови.

Использует

Наибольшее применение металлический кальций используется в сталеплавильном производстве из-за его сильного химического сродства к кислороду и сере . Его оксиды и сульфиды, однажды образовавшись, дают жидкий алюминат извести и сульфидные включения в стали, которые всплывают; при обработке эти включения рассеиваются по стали и становятся мелкими и сферическими, улучшая литье, чистоту и общие механические свойства. Кальций также используется в необслуживаемых автомобильных аккумуляторах , в которых использование 0,1% сплавов кальция и свинца вместо обычных сплавов сурьмы и свинца приводит к снижению потерь воды и снижению саморазряда. Из-за риска расширения и растрескивания в эти сплавы иногда также добавляют алюминий . Эти свинцово-кальциевые сплавы также используются в литье, заменяя сплавы свинец-сурьма. Кальций также используется для упрочнения алюминиевых сплавов, используемых в подшипниках, для контроля графитового углерода в чугуне и для удаления примесей висмута из свинца. Металлический кальций содержится в некоторых очистителях для сточных вод, где он генерирует тепло и гидроксид кальция, который омыляет жиры и разжижает белки (например, в волосах), блокирующие стоки. Помимо металлургии, реакционная способность кальция используется для удаления азота из газообразного аргона высокой чистоты и в качестве геттера для кислорода и азота. Он также используется в качестве восстановителя при производстве хрома , циркония , тория и урана . Его также можно использовать для хранения газообразного водорода, поскольку он реагирует с водородом с образованием твердого гидрида кальция , из которого водород можно легко повторно извлечь.

Фракционирование изотопов кальция во время образования минералов привело к нескольким применениям изотопов кальция. В частности, наблюдение Скулана и ДеПаоло в 1997 г. о том, что минералы кальция изотопно легче, чем растворы, из которых они осаждаются, является основой аналогичных применений в медицине и палеоокеанографии. У животных со скелетом, минерализованным кальцием, изотопный состав кальция мягких тканей отражает относительную скорость образования и растворения скелетных минералов. Было показано, что у людей изменения изотопного состава кальция в моче связаны с изменениями минерального баланса костей. Когда скорость образования кости превышает скорость резорбции кости, соотношение 44 Ca / 40 Ca в мягких тканях повышается, и наоборот. Из-за этой взаимосвязи измерения изотопного состава кальция в моче или крови могут быть полезны для раннего выявления метаболических заболеваний костей, таких как остеопороз . Аналогичная система существует в морской воде, где 44 Ca / 40 Ca имеет тенденцию повышаться, когда скорость удаления Ca 2+ минеральными осадками превышает поступление нового кальция в океан. В 1997 году Скулан и ДеПаоло представили первое свидетельство изменения 44 Ca / 40 Ca в морской воде в течение геологического времени, а также теоретическое объяснение этих изменений. Более поздние статьи подтвердили это наблюдение, продемонстрировав, что концентрация Ca 2+ в морской воде непостоянна, и что океан никогда не находится в «устойчивом состоянии» по отношению к поступлению и выходу кальция. Это имеет важные климатологические последствия, поскольку морской цикл кальция тесно связан с углеродным циклом .

Многие соединения кальция используются, в частности, в пищевых продуктах, в качестве фармацевтических препаратов и в медицине. Так , например, кальций и фосфор дополняются в пищевых продуктах путем добавления лактата кальция , дифосфат кальция и трикальцийфосфат . Последний также используется в качестве полирующего средства в зубных пастах и антацидах . Лактобионат кальция — это белый порошок, который используется в качестве суспендирующего агента для фармацевтических препаратов. В выпечке монофосфат кальция используется как разрыхлитель . Сульфит кальция используется в качестве отбеливателя при производстве бумаги и в качестве дезинфицирующего средства, силикат кальция используется в качестве усиливающего агента в резине, а ацетат кальция является компонентом известковой канифоли и используется для изготовления металлического мыла и синтетических смол.

Кальций включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения .

Кальций ионизированный

Стоимость 150 р.
Сроки исполнения: 1 раб. день

Описание:

Исследуемый материал: Плазма (гепарин)Метод определения: Ионселективные электроды.Срок выполнения: 3 рабочих дня
Описание: Физиологически активная часть кальция крови. Все физиологические
эффекты кальция (участие в мышечном сокращении, в механизмах секреции гормонов,
рецепторных процессах, в механизмах клеточного деления и др.) осуществляются его
ионизированной формой (Ca++). Свободный кальций составляет от 43% до 50%
общего кальция. Его концентрация варьирует в течение суток: минимальная концентрация
в 20 ч, максимальная в 2 — 4 часа ночи. Уровень ионизированного кальция поддерживается
паратгормоном, кальцитонином, активной формой витамина Д3. Продукция этих гормонов,
в свою очередь, зависит от уровня Ca++. На его концентрацию в крови влияют многие
факторы — белки, магний (необходимо обязательно исследовать концентрацию магния,
если обнаруживается гипокальциемия!). Очень важным является кислотно-основное
состояние (КОС): алкалоз увеличивает связывание и снижает концентрацию, а ацидоз,
напротив, снижает связывание и увеличивает концентрацию ионизированного кальция
в крови. Определение свободного кальция позволяет более точно оценить состояние
кальциевого обмена, особенно у пациентов, подвергающихся хирургическим вмешательствам,
реанимации, получающих гепарин, бикарбонаты, препараты кальция и магнезии. Определение
ионизированного кальция более информативно, по сравнению с исследованием общего
кальция, для диагностики гиперкальциемических состояний, в частности при первичном
гиперпаратиреоидизме (для которого характерно повышение в крови концентрации свободного
кальция и неизмененный уровень общего кальция), у больных с онкопатологией, у пациентов,
находящихся на диализе. Во время беременности содержание общего кальция сыворотки
уменьшается параллельно снижению концентрации альбумина, хотя уровень свободного
кальция остается в пределах нормы. Содержание свободного и общего кальция у плода
несколько повышено, оно снижается в течение нескольких дней после родов, а затем
вскоре возрастает до значений несколько более высоких, чем у взрослых. Значение
ионизированного кальция, при котором возможно возникновение тетании и судорог: <
0,8 ммоль/л; критический уровень, угрожающий жизни: < 0,7 ммоль/л (по некоторым
данным < 0,5 ммоль/л).Подготовка: Натощак. Между последним приемом пищи и взятием крови проходит
не менее 8 часов (желательно — не менее 12 часов). Сок, чай, кофе (тем более с сахаром)
— не допускаются. Можно пить воду.Показания: Гипер- и гипокальциенемия, особенно в сочетании с диспротеинемией;
Исследования кальциевого статуса после переливаний цитратной крови, введения гепарина,
обширных травм, хирургических вмешательств, при сепсисе, ожогах, панкреатите, множественной
недостаточности органов, а также пациентов с тяжелой патологией печени и почек,
различными злокачественными опухолями, мальабсорбцией; Обследование беременных женщин;
Сепсис; Диализ и экстракорпоральное кровообращение.Интерпретация результатов: ‘единицы измерения в лаборатории СИТИЛАБ: ммоль/л.
Альтернативные единицы измерения — мг/100 мл. Коэффициент пересчета: мг/100 мл х
0,25 ==> ммоль/л. Референсные значения: 1,05 — 1,30 ммоль/л. Повышение значений
Первичный гиперпаратиреоидизм; Эктопические опухоли, вырабатывающие паратгормон;
Избыточное потребление витамина Д. Злокачественные опухоли (повышение ионизированного
кальция может быть при нормальных величинах общего кальция) и метастазы; Ацидоз;
Прием лекарственных препаратов : гидрохлортиазид (длительный прием), литий, андрогены.
Понижение значений Первичный гипопаратиреоидизм, псевдогипопаратиреоидизм; Дефицит
витамина Д; Сепсис; Острый панкреатит; Почечная недостаточность; Тяжелые поражения
скелетных мышц; Гемодиализ при низкой концентрации кальция в диализате; После переливаний
крови, содержащей комплексирующие кальций анионы (цитрат); После обширных травм,
хирургических вмешательств; Ожоги; Полиорганная недостаточность; Дефицит магния;
Алкалоз; Гипернатриемия; Атрофический гастрит; Вещества, связывающие кальций (цитрат,
оксалат, ЭДТА, гепарин); Лекарственные препараты (противосудорожные средства, даназол,
фоскарнет, фуросемид первоначальное действие), алкоголь.

Предлагаем несколько вариантов программ подготовки к родам: стандартный курс, мини-курс и экспресс-курс.
Подробнее

Основные принципы лечения остеопороза костей

В большинстве случаев, в зависимости от причины развития заболевания, назначают медикаментозную терапию, которая успешно борется с усиленным снижением плотности костей. Прием лекарств называют базовым лечением, так как многие медицинские данные указывают, что без торможения катаболических процессов в кости развитие болезни не остановить. Чтобы возникло повышение минеральной плотности костной ткани, необходимо применение лекарств. Без них не удастся создать нормальные условия для восстановления правильной функции кальциево-фосфорной системы в организме.

Как лечат остеопороз

По результатам многих клинических испытаний, эти классы препаратов доказали непосредственную эффективность в терапии остеопении:

Гормональные средства. В этот класс медикаментов входят эстроген и его производные, андрогены, их метаболиты. Половые гормоны относятся к группе лекарств, оказывающих прямое анаболическое действие на весь организм. Андрогены (эстрогены в меньшей мере) способствуют фиксации кальция в костях, задерживают натрий и калий в организме. Поддерживают мышечную массу, поэтому их также назначают при выраженных симптомах старческой саркопении. Назначают гормоны только при наличии строгих показаний к применению и отсутствию противопоказаний. Если у пациента высокий уровень плохого холестерина, повышенное давление, проблемы с печенью, онкология в анамнезе или сахарный диабет, то лучше от приема гормонов воздержаться.
Антикатаболические средства. В группу антикатаболиков входят кальцитонины лосося и бисфосфонаты. Эти лекарства относятся к первой линии выбора, если требуется проведение фармакологического лечения остеопороза. Антикатаболики снижают скорость резорбции костной ткани за счет подавления активности остеокластов и одновременно ускоряют синтез остеобластов – клеток костей. Такое сочетание эффектов наряду с высоким профилем безопасности делает данную группу препаратов наиболее часто назначаемой для терапии остеопении.
Препараты паратиреоидного гормона. Их назначают с целью заместительной терапии, когда остеопороз костей был вызван гипопаратиреозом, патологическим состоянием, на фоне которого наблюдается ускоренное снижение минеральной плотности костной ткани. Чтобы скорректировать ситуацию, требуется назначение биоидентичного гормонального аналога

Медикамент употребляют осторожно, вовремя проводя тщательный лабораторный контроль.
Препараты кальция и витамина Д. Это вспомогательные компоненты, которые назначают в качестве дополнения к основной терапии
Важно понимать, что при наличии уже сформировавшегося остеопороза, не удастся возместить потери только с помощью добавок

Метаболическое нарушение происходит на гормональном уровне, поэтому требуется базовая терапия в комбинации с витаминно-минеральными комплексами, которые усиливают ответ на лечение
Кальций следует выбирать в максимально биодоступной форме (примеры – лактат, цитрат, малат). Рекомендуемые формы витамина Д – Д2 или Д3 (последний в 2 раза лучше усваивается). Также могут назначить биоактивную форму кальциферола, если имеются проблемы с усвоением предыдущих форм.

В составе симптоматической терапии могут назначить нестероидные противовоспалительные средства, опиоидные анальгетики и хондропротекторы.

Мнение редакции

Чтобы выявить остеопороз костей, требуется тщательное проведение диагностики лабораторными и инструментальными методами. Более детальную информацию по выявлению болезни должен предоставить лечащий врач. На нашем сайте есть другие статьи, посвященные проблеме остеопении и ее лечению.

Симптомы

Гиперкальциемия проявляется множеством симптомов, которые можно представить несколькими группами:

• проявления системного характера (дегидратация, общая мышечная слабость, кальцификация мягких/других тканей и роговой оболочки);
• расстройства функции ЖКТ (тошнота, анорексия, рвота, боли в животе, запоры);
• психоневрологическая симптоматика (снижение концентрации внимания, эмоциональная нестабильность, депрессия, небольшая сонливость, психозы, спутанность сознания);
• патология со стороны костно-мышечной системы (остеопороз, переломы, гиперпаратиреоидная остеодистрофия, проксимальная миопатия);
• нарушения сердечно-сосудистой системы (укорочение интервала QT, тахикардия, гипертензия, увеличение чувствительности к препаратам дигиталиса);
• нарушения функции почек (снижение клубочковой фильтрации, полиурия, почечнокаменная болезнь, изостенурия, нефрокальциноз).

Основные проявления гиперкальциемии представлены схематически ниже.

Симптомы избытка кальция в организме и интенсивность их проявления существенно варьируют и зависят от степени тяжести гиперкальциемии (от уровня концентрации катиона кальция в сыворотке крови). При легкой степени симптомы гиперкальциемии могут вообще отсутствовать на протяжении длительного периода в то время, как при резком повышении кальция в крови (гиперкальциемическом кризе) отмечается внезапное/резкое нарастание практически всех признаков гиперкальциемии в виде беспричинной слабости, тошноты, снижении мышечного тонуса, повышении АД, появления суставных/мышечных болей.

По мере увеличения интоксикации появляются боли в области эпигастрия, чувство жажды, неукротимая рвота, запоры, частое/обильное мочеиспускание, исчезает аппетит. Из-за обезвоживания пациенты жалуются на головные боли, головокружение, сухость во рту, кожный зуд. Через некоторое нарушается водно-электролитный дисбаланс, полиурия сменяется олигурией/анурией.

Нервно-психические расстройства представлены сонливостью, депрессией, психастенией, появляется заторможенность или повышенная возбудимость. Усиливаются абдоминальные боли, которые носят спастический характер. Реже развиваются ДВС-синдром и внутрисосудистые тромбозы.