Características biológicas de los elementos químicos - Calcio

El calcio es el mineral más abundante del organismo. Constituye alrededor del 1,5 a 2 por 100 del peso corporal y 39 por 100 de los minerales totales que existen; el 99 por 100 del calcio está en los tejidos duros, huesos y dientes. Así un adulto varón tiene unos 1200 g. de calcio y la mujer unos 1000 g. El 1 por 100 que no está contenido en huesos y dientes se encuentra en sangre, líquidos extracelulares y dentro de las células de los tejidos blandos en donde regula muchas funciones metabólicas importantes.

Procedencia

El calcio es mejor asimilado de algunos alimentos que de otros. El calcio de la leche es asimilado fácilmente. La leche y los productos lácteos son las mejores fuentes de calcio. Las verduras de hoja verde oscuro como espinacas, col, nabo, brócoli, las sardinas, arenques, almejas y ostras son muy buenas fuentes de calcio.

Es difícil tener una ingestión conveniente de calcio sin leche o sin productos lácteos; 240 ml. de leche (entera o descremada) al día pueden suministrar unos 288 ó 298 mg. de calcio. Junto con algo de los grupos de pan, cereales, legumbres, frutas, y carne en las cantidades sugeridas, se proporcionan aproximadamente las tres cuartas partes de las cantidades diarias recomendadas de calcio para un adulto.

Los bebes pueden satisfacer fácilmente la ingestión de calcio de la leche, dado que es su principal alimento. Los niños pueden satisfacer sus necesidades, incluyendo la cantidad de leche recomendada para cada grupo de edades, o su equivalente diariamente.

Metabolismo y absorción

La absorción del calcio en los humanos es muy deficiente. Usualmente solo del 20 al 30 por 100 del calcio ingerido es absorbido y algunas veces solamente el 10 por 100. Alrededor del 70 por 100 no se absorbe y es excretado en las heces. El calcio es absorbido en el duodeno en un medio ácido y la absorción cesa en la parte inferior del conducto intestinal cuando el alimento contenido se hace alcalino. El calcio es absorbido por transporte activo que requiere energía. La cantidad absorbida depende principalmente de la naturaleza de la dieta, cuando menos debe estar presente en una forma soluble en agua y no precipitar en el intestino por ningún otro de los constituyentes de la dieta o no es absorbido.

Muchos factores influyen en la cantidad real de calcio absorbido. El cuerpo absorbe calcio más efectivamente cuando se necesita. Mientras mayor sea la necesidad y menor el suministro en la dieta, mas eficiente es la absorción. Durante los periodos de crecimiento rápido, se aumenta la absorción de calcio.

Factores que influyen en la absorción intestinal del calcio:

a) Vitamina D: es indispensable para la resorción intestinal normal de calcio. Estimula el transporte activo de calcio en el intestino, junto con la hormona PTH. Parece ser que la vitamina D contrarresta el efecto del ácido fítico, en dosis suficiente y acompañada de ingreso de calcio alto.

b) pH Intestinal: las sales cálcicas, sobre todo, los fosfatos y los carbonatos son bastantes solubles en soluciones ácidas, en consecuencia, los factores que aumenten la acidez intestinal facilitan la absorción de calcio. Generalmente las sales de calcio se absorben en duodeno antes que sea neutralizada la acidez del jugo gástrico. También, posteriormente la absorción de calcio puede estar facilitada por la presencia de ácidos orgánicos (láctico, cítrico, aminoácidos, etc).

c) Otras sustancias: que influyen en la absorción de calcio intestinal: el exceso de MAGNESIO disminuye la absorción de calcio. Las sustancias que forman fosfatos insolubles (hierro, berilio, plomo, manganeso, aluminio, etc.) dificultan la absorción de fosfatos y pueden dar raquitismo. El ÁCIDO FITICO que se presenta en los cereales (sobre todo la avena), forma sales insolubles con el calcio y el magnesio y no se absorben en el intestino. Con los ÁCIDOS GRASOS se forman compuestos que se absorben mal (jabones cálcicos). El ÁCIDO OXALICO se combina en el tubo digestivo con el calcio para formar un compuesto insoluble, el oxalato cálcico, que no se absorbe (el ruibarbo y la espinacas contienen cantidades apreciables de ácido oxálico). Los HIDROXIACIDOS (ácido láctico, ácido cítrico, ácido tartárico) así como la lisina, arginina y un ingreso proteínico alto desplazan el punto de precipitación del fitato cálcico hacia un pH mayor y facilitan la absorción.

La LACTOSA mejora la absorción del calcio. Una proporción relativamente alta de lactosa y calcio pasa a formar un complejo azúcar-calcio en el intestino, conservando el calcio en la forma que puede ser trasportado a la mucosa intestinal y absorbido. El complejo lactosa-calcio también evita la precipitación del calcio como un complejo insoluble, al cambiar el contenido del conducto intestinal de ácido a alcalino.

En sangre

Los niveles normales de calcio en sangre oscilan entre 8,8 y 10,4 mg/100 ml. En el plasma el calcio puede estar de tres formas diferentes:

a) Aproximadamente el 40% está ligado a proteínas séricas y, por lo tanto, no puede difundir a través de la membrana capilar.

b) Un 5% aproximadamente, puede difundir a través de la membrana capilar, pero se encuentra combinado con otros componentes del plasma y de los líquidos intersticiales (ejemplo: citratos, fosfatos, etc.) en lugar de estar ionizado.

c) El 50% restante está ionizado y puede difundir a través de la membrana capilar. La fracción del calcio ionizado está influenciada por los cambios de pH (la acidosis disminuye el fijado a proteínas y aumenta el calcio ionizado y en la alcalosis, aumenta el fijado a proteínas y disminuye el calcio ionizado) y se producen independientemente de la concentración total de calcio en sangre.

Esta fracción ionizada tiene importancia para la mayor parte de funciones del calcio en el organismo, en particular para sus efectos sobre corazón, sistema nervioso, y elaboración del hueso.

El mantenimiento del nivel de calcio en sangre, depende en parte del ingreso dietético de calcio, de la absorción gastrointestinal de calcio y de la excreción renal de calcio. El factor principal que mantiene la constancia de la concentración de calcio en sangre, es el reservorio de calcio de los huesos.

Otros factores, importantes, que contribuyen a mantener la concentración normal de calcio en el plasma:

a) Hormona Paratiroidea: estimula la absorción activa de calcio en el íleon, efecto que exige cantidad suficiente de vitamina D, aumenta el índice de movilización de calcio del esqueleto, aumento de la resorción tubular renal de calcio y como consecuencia de esto disminuye la excrección de calcio por orina, aunque a veces si aumenta mucho la concentración plasmática de calcio no se puede impedir que se eliminen por orina cantidades de calcio.

b) Vitamina D: aumenta la absorción de calcio en el intestino, por aumentar la cantidad de una proteína fijadora de calcio en las células epiteliales, (disminuyendo la absorción intestinal de PO₄). También participa en la movilización de calcio en los huesos.

c) Proteinas del Plasma: parte del calcio está unido a proteínas, sobre todo a la albúmina, la disminución de las proteínas puede acompañarse de una reducción de la concentración sérica de calcio. Sin embargo, como se refiere a la fracción no difusible de calcio, no se acompañan de manifestaciones de trastorno del metabolismo del calcio.

d) Fosfatos del Plasma: el incremento de HPO₄^-- puede disminuir la concentración sérica de Ca⁺⁺.

e) Calcitonina: inhibe la liberación de calcio de los depósitos óseos, cuando aumenta la concentración sérica de calcio. Inhibe la actividad osteoclástica.

En el hueso

El principal depósito cálcico del organismo es el esqueleto. La aposición de calcio en el hueso depende de los osteoblastos (son estimu-lados por el ejercicio físico) y de la matriz ósea proteínica (es estimulada por la testosterona). Las fosfatasas alcalinas traducen la actividad osteoblástica. La destrucción ósea es producida por los osteoclastos y la parathormona.

En los huesos, el calcio se encuentra en forma de sales de hidroxiapatita, compuesta de fosfato de calcio y carbonato de calcio dispuesto en una estructura cristalina característica alrededor de un armazón de material proteico suave (matriz orgánica). La hidroxiapatita sirve para dar resistencia y rigidez a la matriz suave. Muchos otros iones se encuentran en este complejo cristalino, incluyendo fluoruro, oxidrilo y magnesio.

Los vasos sanguíneos y linfáticos, nervios y médula ósea pasan a través de la matriz entre las estructuras cristalinas. Los iones minera-les difunden al líquido extracelular, bañando los cristales y permitiendo el depósito de nuevos minerales para la formación de los huesos.

El mismo tipo de cristales se encuentra en el esmalte y la dentina de los dientes. Sin embargo, los cristales son mayores. Datos recientes sugieren que el tamaño de los cristales de apatita depende en parte de los fluoruros. El mayor tamaño de los cristales así formados, puede explicar la resistencia aumentada de los dientes a la erosión cuando hay cantidad adecuada de fluoruros. Puede también explicar la relativa inactividad de los minerales de los dientes maduros en el metabolismo orgánico (por ejemplo, ni el calcio, ni el fosfato son disponibles durante períodos de deprivación).

En el esqueleto el calcio existe en dos formas:

1) un componente estable, el calcio del cristal de apatita, que no se intercambia fácilmente con el calcio de los líquidos extracelulares, y cuya movilización quizá exija la degradación de la sustancia ósea.

2) un componente más lábil, el calcio combinado en la superficie del cristal, que se halla más o menos en equilibrio con el calcio de los líquidos extracelulares. Este último puede considerarse como una reserva, que es almacenada especialmente en las trabéculas, al final de los huesos largos. Puede usarse cuando aumenten las necesidades del organismo (crecimiento, embarazo, lactancia) si no se proporciona calcio en cantidades adecuadas por los alimentos. Si no hay reserva, el calcio se toma de las sustancias mismas del hueso, que deben ser descompuestas para liberar el calcio. De esto resulta una deficiencia en la estructura ósea después de una prolongada ingestión inadecuada.

Como sucede con la mayoría de los componentes del cuerpo, el hueso es constantemente hecho y deshecho. De acuerdo con el estado fisiológico o la edad de la persona puede predominar un aspecto del proceso. En los niños, por ejemplo, la síntesis de hueso es mayor que la destrucción. En el otro extremo del espectro de la edad puede predominar la destrucción de hueso con una disminución de la cantidad absoluta de mineral de hueso existente. En el adulto normal hay un equilibrio de estos procesos: una constante movilización de los minerales de los huesos hacia líquidos orgánicos y sangre, y a la inversa de los líquidos orgánicos y sangre, hacia los huesos, manteniendo un equilibrio dinámico.

Los glucocorticoides, debido al excesivo catabolismo proteico, producen atrofia y falta de depósito de calcio en la matriz ósea, lo que conduce a una pérdida de calcio por orina.

Excrecion

En circunstancias normales, la mayor parte del calcio (65 a 75 por 100) es excretado en las heces, y el resto en la orina. Gran parte del calcio de las heces es el no absorbido de los alimentos, y su concentración es variable. A pesar de las variaciones amplias de la ingestión de calcio, en circunstancias normales la cantidad excretada en la orina es bastante constante, de 100 a 150 mg. al día.

Propiedades

Además de las importantes funciones del calcio, de construir y mantener los huesos y dientes, el restante 1 por 100 del calcio orgánico se encuentra en los líquidos orgánicos y en los tejidos suaves. Este calcio, presente principalmente en forma iónica, tiene importantes funciones metabólicas. Es indispensable para la actividad de ciertas enzimas, en especial de la trifosfatasa de adenosina que actúa en la liberación de energía para la contracción muscular.

En el proceso de coagulación de la sangre, el calcio debe estar presente para iniciar los cambios necesarios para la formación del coágulo, la fibrina. El calcio ionizado estimula la liberación de tromboplastina por las plaquetas sanguíneas. La tromboplastina cataliza la conversión de protrombina en trombina. La trombina ayuda en la polimerización de fibrinógeno a fibrina.

En el paso de líquidos por las paredes celulares, el calcio controla la permeabilidad de la membrana celular y de los capilares a varios nutrimentos. Regula el paso de nutrientes a la célula. Está estrechamente unido a la lecitina en la membrana celular. Las interacciones iónicas entre el calcio y los fosfolípidos en las membranas, colaboran aumentando la resistencia de estos, y previniendo su rotura (esto ocurre tanto en las células animales como en las vegetales). Las concentraciones cito-plásmicas bajas de Ca²⁺ se mantienen por un sistema de bombeo basado en una ATPasa específica, evitando así la competición del Ca²⁺ con el Mg ²⁺ para unirse a los centros activos de los enzimas. El mayor grado iónico del calcio, tiene como consecuencia, una menor energía de hidratación, y por lo tanto el Ca ²⁺ puede substituir más fácilmente su agua de hidratación. Esto hace que el Ca²⁺ se intercambie rápidamente entre los estados hidratado y ligado.

En la transmisión nerviosa normal y en la regulación de los latidos del corazón se requiere calcio. Las concentraciones de ión calcio, junto con las cantidades correctas de sodio, potasio y magnesio mantienen el tono muscular y controlan la irritabilidad muscular (disminuye la excitabilidad neuromuscular).

El calcio regula diversas reacciones enzimáticas, como por ejemplo, de las quinasas activadas por el calcio, y de los enzimas que intervienen en la lipolisis, glicolisis en los tejidos.

Aplicaciones terapéuticas

En los trastornos del crecimiento y de la formación de los huesos: raquitismo, osteoporosis de cualquier origen, desmineralizaciones, etc.
Embarazo y lactancia.
Periodos de crecimiento.
En personas mayores.
Alteraciones de los dientes.
En fracturas, durante periodos de inmovilidad.
En caso de hiperexcitabilidad muscular y nerviosa.
En caso de hemorragias, etc.

Requerimientos diarios

La mayoría de los datos referentes a los requerimientos humanos de calcio se han obtenido de estudio del balance de calcio. Hay controversia respecto a la interpretación de los datos y el uso de los estudios del equilibrio como base de los requerimientos. Estos estudios miden la entrada y salida de calcio durante ciertos periodos. Para determinar los requerimientos mínimos de calcio, se reduce la ingestión del ión hasta que la persona no puede conservar más el equilibrio (por ejemplo, su excreción se hace mayor que su ingestión). Es evidente por estos estudios, que el hombre si se le da tiempo para ajustar sus niveles a los cambios, puede permanecer con equilibrio cálcico dentro de amplios límites de ingestión de calcio.

La revisión de 1968 de las Raciones Dietéticas Recomendadas por el Consejo Nacional de Investigación, establece que el varón adulto normal y la mujer deben recibir diariamente 800 mg. de calcio. Esta cantidad cubre las necesidades básicas y permite un margen de seguridad. Estas raciones son mayores que las recomendadas por Grupo de Expertos de la FAO/WHO. Este informe establece que la ingestión de 400 a 500 mg. por día representa la ración mínima sugerida para adultos. Perciben que este nivel pueda alcanzarse más fácilmente por un sector más grande de la población. En muchos países son limitadas las fuentes de calcio en el suministro de alimentos nacionales.

La Junta de Alimentos y Nutrición del Consejo Nacional de Investigación justifica su ración de 800 mg. sobre la base que las pérdidas de calcio en el metabolismo son aproximadamente 320 mg. diarios. Como sólo se absorbe del 20 al 30 por 100 del calcio dietético se requieren 800 mg. para mantener el equilibrio. Las fuentes de calcio son fácilmente disponibles para la población de Estados Unidos de Norteamérica. También se sabe la relativamente alta frecuencia de osteoporosis en personas mayores y la posibilidad de que una ingestión mínima o moderadamente inadecuada de calcio durante varios años puede contribuir a la carencia o a agravamiento del padecimiento.

La necesidad de calcio aumenta durante el embarazo y la lactancia. El calcio que el feto necesita debe ser suministrado por la madre. Si su ingestión dietética es deficiente, posiblemente la madre perderá calcio de los huesos.

Un aumento del calcio se necesita, por un lado para la calcificación de los huesos y dientes del feto, y por otro para el almacenamiento del calcio por la madre para satisfacer las demandas de la lactancia. El Consejo Nacional de Investigación ha recomendado 400 mg. adicionales de calcio diariamente para satisfacer las demandas del feto y de la madre. Hay indicaciones de que la mujer embarazada puede absorber más del 40 por 100 del calcio de la dieta, dependiendo de las necesidades.

La cantidad necesaria por la madre lactante es 500 mg. diariamente además de los requerimientos normales para proporcionar el calcio necesario para la leche sin originar disminución de las reservas de calcio de la madre o disminución de la producción de leche.

Las necesidades de calcio del bebé no son conocidas con precisión. Un bebé alimentado por la madre recibe alrededor de 60 mg. de calcio por kilogramo de peso corporal y retiene casi las dos terceras partes de esta cantidad. Un bebé alimentado con leche de vaca estándar, recibe casi 3 veces esa cantidad de calcio por Kg. de peso corporal, y retiene del 35 al 50 por 100. El Consejo Nacional de Investigación establece que su recomendación de ingestión de calcio es de 0,4 a 0,6 g. por día en bebés de más de un año de edad, con base en el bebé alimentado con leche de vaca.

Se considera que las necesidades de calcio de los bebés alimentados por la madre son satisfechas, aunque la ingestión de calcio sea considerablemente menor que la obtenida de la leche de vaca.

Los niños en periodos de crecimiento, necesitan alrededor de 45 mg./Kg de peso corporal. Entre 1 y 10 años necesitan aproximadamente, de 0,7 a 1 g. diarios de calcio. De los 10 a 18 años la recomendación para los varones es de 1,2 a 1,4 g. y para las mujeres de 1,2 a 1,3 g. diarios de calcio.

Obviamente, a veces una adecuada ingestión de calcio no es suficiente. Se deben considerar las condiciones que influyen en la absorción y en su utilización.

Deficiencias de calcio

Basta establecer que si hay deficiencia de calcio en el niño se puede desarrollar raquitismo con retraso en el crecimiento o más probablemente continúa el crecimiento, pero con desarrollo anormal de los huesos de donde resultan piernas arqueadas y otras deformidades de los huesos.

La deficiencia de calcio en los adultos puede provocar osteomalacia (algunas veces denominada raquitismo de los adultos), por un fallo en la mineralización de la matriz ósea como resultado de una reducción del contenido mineral del hueso. Usualmente, el raquitismo y la osteomalacia están asociados con una falta simultánea de vitamina D y desequilibrio de la ingestión calcio-fósforo. En el escorbuto, la falta de ácido ascórbico evita la formación de la matriz ósea y no se presenta la mineralización normal.

La osteoporosis se desarrolla cuando la ingestión dietética de calcio ha sido baja durante largos periodos o cuando las necesidades dietéticas son anormalmente altas debido a una absorción deficiente. La resorción ósea se presenta a velocidad acelerada para mantener los niveles normales de calcio en la sangre. El hueso tiene una composición normal, pero hay una cantidad disminuida de hueso.

Si los niveles de calcio en la sangre son extremadamente bajos se puede aumentar la irritabilidad de las fibras nerviosas y de los centros nerviosos resultando espasmos musculares como los calambres en las piernas. Esta situación se conoce como tetania. Algunas veces se presenta en la mujer embarazada que ha recibido muy poco calcio en su dieta o que ha recibido demasiado fósforo (este último es responsable de acelerar la excreción de calcio durante el embarazo). Un aumento en el fósforo del suero causa una disminución compensatoria del calcio sérico. Se presenta algunas veces en el recién nacido alimentado con leche de vaca sin diluir, la cual contiene más fósforo que calcio. Los riñones de los bebés no pueden eliminar los fosfatos.

Toxicidad

Cuando el nivel de calcio en sangre es superior a 10,5 mg/100 ml. se produce hipercalcemia. Este puede ser debido a un exceso de vitamina D, hiperparatoriodismo, ingesta excesiva de calcio, etc.

Los síntomas que presenta son digestivos (anorexia, náuseas, vómitos, estreñimiento, dolor abdominal), renales (poliuria, nicturia, deshidratación, litiasis cálcica), psíquicas (apatía, depresión, insomnio, confusión, labilidad emocional y coma), y debilidad muscular.

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