Kalsium

Kalsium on maa-alkalimetalleihin kuuluva alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Ca () ja järjestysluku 20. Kalsium on viidenneksi yleisin alkuaine maankuoressa, jossa sitä on 41,5 kilogrammaa tonnissa. Kalsium on elintärkeä aine eliöille.
Ominaisuudet.
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.
Ydinsynteesi ja isotoopit.
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.
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. 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).
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.
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.
Suositukset.
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. 
Lähteet.
Hyviä kalsiumlähteitä ovat esimerkiksi juusto ja muut maitotuotteet, sardiini ja muut ruotoineen syötävät kalat, suklaa, kirjolohi, kananmunan keltuainen, 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. Pähkinöiden, soijapapujen ja muiden palkokasvien sekä vihannesten sisältämä kalsium ei imeydy hyvin sisältämiensä fytaattien, tanniinien, uroni- tai oksaalihapon vuoksi. 
Joihinkin elintarvikkeisiin, kuten soijamaitoon tai mehuihin, saatetaan lisätä kalsiumia, jolloin nekin ovat hyviä kalsiumlähteitä. Myös vesijohtovesi on joissain maissa merkittävä kalsiumlähde.
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. 
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.
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. 
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. 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. 
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.
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.
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.
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.