[五级]钙的原理与作用分析

黍匀营养机构 黄尹俞

    目录

    历史来源

    结构原理

    功能作用

    获取来源

    钙与疾病

    临床证明

    1.历史来源

        1808年5月，英国化学家戴维电解石灰与氧化汞的混合物，得到钙汞合金，将合金中的汞蒸馏后，就获得了银白色的金属钙。瑞典的贝采利乌斯、法国的蓬丁，使用汞阴极电解石灰，在阴极的汞齐中提出金属钙。从此钙被确定为元素，并被命名为calcium，元素符号是Ca。calcium来自拉丁文中表示生石灰的词calx。

   2.结构原理

    钙（Calcium）是一种化学元素，它的化学符号是Ca，是一种银白色的碱土金属，具有中等程度的软性。虽然在地壳的含量也很高，为地壳中第五丰富的元素，占地壳总质量3%，因为它的化学活性颇为活泼，可以和水或酸反应放出氢氧，或是在空气中便可氧化(形成致密氧化层(氧化钙)，因此多以离子状态或化合物形式存在，而沒有实际存在的“钙矿”。

结构或分子式：（Ca2+）

原子序数: 20

         原子量: 40.078

密度：1550 kg/m3

硬度：1.75

地壳含量：3.39 %

熔点: 1115 K（842 °C）

沸点: 1757 K（1484 °C）
电负性: 1.00

钙有三种存在形式：一是分子钙，化学键结构紧密。如碳酸钙、磷酸钙等(以上属矿物质),氧化钙、氢氧化钙(如海产品中的贝壳、牡蛎)等。二是离子钙，其化学键结构松散，如葡萄糖钙、柠檬酸钙、醋酸钙等。三是络合态，化学键结构介于前二者之间。

3.功能作用

    人体的钙含量约1～1.25kg，占体重1.5～2％，钙原子数目仅次于C、H、O、N等四种非金属元素。每千克非脂肪组织中平均约含钙20～25g。体內钙99％以上都分布在骨骼和牙齿中，其余不足1％的钙分布在体液及全身各组织器官中，是多种生理活动的参与者。这1%在人体的组织及血液中钙的浓度必需保持恒定，不能太高也不能太低，否则会威胁生命安全。钙是人体必需也是含量最丰富的矿物质，从骨骼、肌肉到血液，从器官、组织到细胞，钙在人体内无处不在，可以说是“生命之本”。人体不能自身合成钙，必须从外界摄入。

    钙是一种金属元素。动物的骨骼、蛤壳、蛋壳都含有碳酸钙。可用于合金的脱氧剂、油类的脱水剂、冶金的还原剂、铁和铁合金的脱硫与脱碳剂以及电子管中的吸气剂等。它的化合物在工业上、建筑工程上和医药上用途很大。    

        钙是人体所不可或缺的营养素之一，如果没有钙，根本就不会有生命的产生。钙是人体内最丰富的矿物质，参与人体整个生命过程，是人体生命之本。从骨骼形成、肌肉收缩、心脏跳动、神经以及大脑的思维活动、直至人体的生长发育、消除疲劳、健脑益智和延缓衰老等等，可以说生命的一切运动都离不开钙。每天摄入钙量足够，才能维持人体正常的新陈代谢，增强人体对生活环境的适应力。钙能增强人的耐力，使人精力充沛，心理稳定。体内钙充足，才能有效预防脑溢血、癌症和心脏病的发生，有利于健康长寿。
　　正常的情况下成人体内含钙约为1200克，混溶钙池与骨骼中的钙维持着动态平衡，即骨中的钙不断地从破骨细胞中释放出进入混溶钙池，保证血浆钙的浓度维持恒定；而混溶钙池中的钙又不断沉积于成骨细胞。
　　更为值得重视的是钙缺乏会破坏人体的免疫系统。当细菌和异物侵入人体，巨噬细胞会捕捉它们，并以淋巴球细胞中血浆细胞制造的抗体来杀死细菌。而传递信息和指挥这种对抗细菌和病毒的防御措施系统发挥作用的是钙。在此重要时刻钙摄入不足，免疫系统功能将大大降低。随着年龄的增加人体功能减弱，对钙的吸收也相对减少，不得已甲状旁腺出面，从骨骼中提取钙来使用，多于的部分便在体内流窜，部分进入免疫细胞中，细胞内外的钙浓度失去原有的平衡，免疫系统大大降低作用。

钙在人体中的生理功能：

　　3.1  99%的钙分布在骨骼和牙齿中。多以羟磷灰石或磷酸钙的形式存在，维持骨和牙齿具有坚硬的结构和支架。20岁之前是骨骼的生长阶段，长个子的时候。人有两个生长高峰期：1岁以前（儿童缺钙将导致发育迟缓，发育不良。诸如出牙晚、学步晚、鸡胸）和12～14岁（身材矮小、生长痛）。20岁以后骨质依然在增加。35～40岁，骨密度达到峰值。40岁以后骨钙逐渐流失（对老年人将加快骨钙的流失，导致身材变短，骨质疏松和骨质增生）。

　　3.2  1%的钙分布在血液、细胞间液及软组织中。保持血钙的浓度对维持人体正常的生命活动有着致关重要的作用。人体有一套机制来维持血钙的浓度。骨钙库与血钙间有自稳系统保持动态平衡。血钙的来源有两个：通过消化道吸收的钙以及骨骼中的钙(骨骼是人体钙的大仓库，当摄入钙不足时，则动用仓库应急）这一切通过甲状旁腺分泌升血钙素和降血钙素来加以调节。

　　3.3 缺钙会降低软组织的弹性和韧性。皮肤缺弹性显得松垮，衰老；眼睛晶状体缺弹性，易近视、老花；血管缺弹性易硬化。

3.4 降低神经细胞的兴奋性，所以说钙是一种天然的镇静剂。缺钙会导致神经性偏头痛（占女性的10%--20%）、烦躁不安、失眠。对婴儿会引起夜惊、夜啼、盗汗。缺钙还会诱发儿童的多动症。

3.5 促进细胞信息传递。钙离子参与神经递质释放过程。当机体受到外界刺激时，神经末梢会释放出甲肾上腺素和多巴胺-β-羟化酶，使神经系统处于兴奋状态。而缺钙时，即使神经末梢受到强烈的刺激，也释放不出甲肾上腺素和多巴胺-β-羟化酶，从而影响神经－肌肉组织的相互作用。

3.6 维持神经和肌肉的活动。在细胞水平上，钙作为神经和肌肉兴奋－收缩之间的藕联因子，可促进神经肌肉的兴奋性、神经冲动的传导、心脏的搏动等。当血浆钙离子浓度明显下降时，神经和肌肉兴奋性增强，会引起人体尤其是儿童手足抽搐和惊厥，肠激综合症、女孩子痛经，而血浆钙离子浓度过高则会引起部分患者的心脏和呼吸衰竭。

3.7 维持细胞膜的稳定性。细胞外介质中的钙离子不仅可与细胞膜的某些蛋白质结合，而且可与磷脂的阴离子基团结合，导致细胞膜结构的构象发生变化，提高了细胞膜的疏水性和稳定性。防止过敏、水肿等。

　　3.8 促进体内多种酶的活动。钙离子对许多参与细胞代谢的酶具有重要的调节作用，如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羟化酶等。当人体内缺钙时，许多生化过程就会受阻。腺细胞的分泌作用减弱。钙还是酶的激活剂。

    3.9  维持酸碱平衡。钙对维持体内酸碱平衡，维持和调节体内许多生化过程是必需的，它能促进体内多种酶的活动，是多种酶激活剂，如脂肪酶、淀粉酶等等均受钙离子调节。当体内钙缺乏时蛋白质、脂肪、碳水化合物不能充分利用，导致营养不良、厌食、便秘、发育迟缓、免疫功能下降。

3.10 钙是血凝固所必需的因子，可催化凝血酶原转变为凝血酶，然后凝血酶将血纤维蛋白原转变为不溶性的血纤维蛋白的网状物，从而发挥止血功能。

3.11 不同年龄缺钙的表现。

对婴幼儿及儿童的影响：缺钙阻碍婴幼儿的智力发育，影响神经细胞的形成；影响大脑皮层褶皱的形成，影响脑容量；儿童智力低下易形成多动症；发育不良、厌食、多汗、易烦躁；佝偻病(方颅、X形腿、O型腿、鸡胸)；毛发稀少、抽筋；出牙迟以及龋齿，过敏性湿疹等；抵抗力差，易感冒、易生病。

对青少年的影响：精力不集中，学习成绩差；疲倦乏力；腿软、抽筋，易形成青少年性格偏执、自闭；情绪不稳定、易烦躁；蛀牙、牙齿发育不良；生长发育不佳、个矮；易感冒、易过敏。

对孕产妇的影响：腿抽筋；妊娠高血压；腰抽筋；体质虚弱；下肢水肿；牙齿松动；影响胎儿的大脑发育；缺钙状况下，很难自然分娩。

对成年人的影响：记忆衰退、衰老加速；精力不足、精力不集中；手足麻木、肌肉痉挛；腰酸、背痛、肩周炎、关节炎；牙齿松动；血管硬化；皮肤过敏；免役力下降。

对老年人的影响：骨质疏松、易骨折、背驼、腰弯、身材变矮；骨质增生、骨痛、关节痛；抽筋、手足麻木；动脉硬化、血钙升高(垃圾钙)，会产生高血压、心脏病、心律紊乱、结石症、糖尿病、甲亢等；周身疲惫无力、便秘、多尿、瘙痒；老年痴呆症、情感淡漠、嗜睡或神经衰弱。

3.12补钙的时间

人体在不断地排除旧骨骼组织，这个过程大约凌晨3点速度最快。为了确保体内钙指数更加稳定，晚上适合补充钙源。但并不意味着是睡前补钙，最好是睡前4-5个小时为佳。

3.13 过量

过量摄入钙质会妨碍其他矿物质的吸收，可能会导致肾脏、心脏以及其软组织的钙化，如肾结石、高钙血症危险。儿童摄入过量容易造成日后心脏病、低血压的危险。维生素D摄入过多会引起钙过量。

3.14 有助于吸收的物质

VD有助于钙的吸收，VD与镁在3：3的比例下共同作用效果最佳，与磷在2：1的比例下共同作用效果最佳。

3.15影响钙的吸收

草酸和植酸和钙结合形成不溶性钙，影响钙的吸收。过量的蛋白质與脂肪則会促進钙质的排泄，增加尿中钙的排出量，造成钙质的流失。钙质攝取过量会影响铁、锌等微量矿物的吸收。

4.获取来源

尽量通过改善饮食结构，达到从天然食品中获取足量钙的目的。补钙除了合理选择钙制剂之外，多晒太阳、均衡营养、科学烹调等也很重要。日常有许多食物可供钙源补充。

4.1  食物来源

         乳类与乳制品：牛、羊奶及其奶粉、乳酪、酸奶、炼乳。

         海产品：鲫鱼、鲤鱼、鲢鱼、泥鳅、虾、虾米、虾皮、螃蟹、海带、紫菜、蛤蜊、海参、黄玉参、田螺等。虾皮是高钙海产品，每天吃上25克，就可以补钙300毫克呢。并且它们还能够降低血脂，预防动脉硬化。

         豆类与豆制品：黄豆、毛豆、扁豆、蚕豆、豆腐、豆腐干、豆腐皮、豆腐乳等。 
大豆是高蛋白食物，含钙量也很高。500克豆浆含钙120毫克，150克豆腐含钙就高达500毫克，其他豆制品也是补钙的良品。

肉类与禽蛋：羊肉、猪脑、鸡肉、鸡蛋、鸭蛋、鹌鹑蛋、松花蛋、猪肉松等。

蔬菜类：菠菜、芹菜、油菜、胡萝卜、萝卜缨、芽菜、芝麻、香菜、雪里蕻、黑木耳、蘑菇等。蔬菜中也有许多高钙的品种。雪里蕻100克含钙230毫克；小白菜、油菜、茴香、芫荽、芹菜等每100克钙含量也在150毫克左右。

         水果与干果类：柠檬、枇杷、苹果、黑枣、杏脯、橘饼、桃脯、杏仁、山楂、葡萄干、胡桃、西瓜子、南瓜子、桑椹干、花生、莲子等。

        4.2  其他

    芝麻酱、小麦、全蛋粉、海米、花茶、酸枣、紫菜、红茶、绿茶、鱼子酱、棉子粉、干无花果、可食鱼骨、冰淇淋、韭菜、榨菜、腐乳、面包、橄榄、桃干、甘蓝、柑桔、葡萄干。

4.3 钙补充剂

钙剂的主要成分为钙化合物，如碳酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙等，其中吸收率最高的为柠檬酸钙约35％，碳酸钙为27％，乳钙质为29％，磷酸钙为25％。碳酸钙取材于牡蛎壳或珍珠贝壳等，葡萄糖酸钙的溶解度较大。选购应注意钙离子的含量与钙的来源。

5.钙与疾病

人类从食物中摄取钙，如果钙摄取不足时，血钙就会降低，血钙降低就会引起一系列疾病，例如神经、肌肉兴奋性增强，出现惊厥、激惹、甚至有死亡的危险，所以说维持血钙的稳定实质上就是维持生命。

人体在短时期缺钙时自身还有弥补的办法。当钙摄入不足时，人体血钙自稳系统（包括骨钙库和参与骨钙一血钙平衡调节的甲状旁腺素、降钙素、维生素D等）立即增加分泌甲状旁腺素，溶解骨钙，补充血钙，使血钙维持原水平不至于下降。这个补充过程是自动的并在一瞬间完成。

但是对于长期缺钙造成的“钙迁徙”现象就不那么简单了。当人体长期缺钙时血钙自稳系统出现偏移，当甲状旁腺素长期受缺钙的刺激，持续、过量地分泌甲状旁腺素时，会导致甲状旁腺素进入亢进状态，造成骨钙减少，血钙和软组织钙含量增加的反常现象，这种现象称之为“钙迁徙”，这种“钙迁徙”是衰老的一种典型特征。　　

日常生活中，如果钙摄入不足，人体就会出现生理性钙透支，造成血钙水平下降。当血钙水平下降到一定阈值时，就会促使甲状旁腺分泌甲状旁腺素。甲状旁腺素具有破骨作用，即将骨骼中的钙反抽调出来，藉以维持血钙水平。在缺钙初期，缺钙程度比较轻的时候，只是发生可逆性生理功能异常，如心脏出现室性早博、情绪不稳定、睡眠质量下降等反应。持续的低血钙，特别是中年以后，人体长期处于负钙平衡状态，导致甲状旁腺分泌亢进，首当其冲的是骨骼，由于骨钙持续大量释出，导致骨质疏松和骨质增生。另一方面，在甲状旁腺持续升高的情况下，由于甲状旁腺素具有促使细胞膜上钙通道开启而关不住，以及阻抑钙泵，使钙泵功能减弱，造成细胞内钙含量升高。持续的细胞内高钙，激发细胞像失控的野马，无节制亢进，造成细胞能量耗竭。与此同时，代谢废物又得不到及时消除，便会构成自身伤害，致使细胞趋向反常的钙化衰亡。由于缺钙，导致骨质疏松、骨质增生、儿童佝偻病、手足抽搐症以及高血压、肾结石、结肠癌、老年痴呆等疾病的发生。

6.临床证明

南加利福尼亚大学医学院预防医学副教授杰姆斯·H·德威尔的调查显示：凡每天摄钙1300毫克的人，比起每天摄钙量为300毫克者，高血压的罹患率低12%；在40岁以下的人群中患病危险性减少24%。

　　大量研究资料显示，钙元素除了通过降低血压的途径来保护心脏外，还有一种护心方式，那就是帮助降低血液中的胆固醇。

据德克萨斯大学西南医疗中心内科副教授麦克·丹可研究，每天摄钙2200毫克可减少胆固醇6%；其中危害最大的低密度脂蛋白胆固醇减少11%，而有益的高密度脂蛋白胆固醇却保持不变。总之，专家已经确认：不管是通过饮食还是补品，只要增加钙的摄取量，胆固醇情况就会好转。

一些研究发现，钙元素可能还是一种延年益寿的养分。意大利研究长寿学的学者做了一个很有趣的试验：将受试的大白鼠分成两组，甲组鼠用普通饲料喂养，平均生存期为89天；乙组鼠的饲料中掺人0.9%的钙，结果活了344天，为甲组鼠的4倍。由此提示，缺钙乃是生命个体衰老的一个重要因素，补钙可在一定程度上抗衰老。