Los iones de calcio (Ca^2+ ) contribuyen a la fisiología y bioquímica de las células de los organismos. Desempeñan un papel fundamental en las vías de transducción de señales, electronic-book electronic- donde actúan como un segundo mensajero, en la liberación de neurotransmisores desde las neuronas, en la contracción de todos los tipos de células musculares y en la fertilización. Muchas enzimas requieren iones de calcio como cofactor, incluidos varios de los factores de coagulación. El calcio extracelular también es importante para mantener la diferencia de potencial a través de las membranas celulares excitables, así como para la formación ósea adecuada.
Los niveles de calcio en plasma en los mamíferos están estrictamente regulados, y el hueso actúa como el principal sitio de almacenamiento de minerales. Los iones de calcio, Ca^2+ , se liberan del hueso al torrente sanguíneo en condiciones controladas. El calcio se transporta a través del torrente sanguíneo en forma de iones disueltos o unido a proteínas como la albúmina sérica. La hormona paratiroidea (PTH) secretada por la glándula paratiroidea regula la reabsorción de Ca^2+ del hueso, la reabsorción en el riñón de regreso a la circulación y aumenta la activación de la vitamina D3 a calcitriol. El calcitriol, la forma activa de la vitamina D3, promueve la absorción de calcio desde los intestinos y los huesos. La calcitonina secretada por las células parafoliculares de la glándula tiroides también afecta los niveles de calcio al oponerse a la hormona paratiroidea; sin embargo, su importancia fisiológica en los seres humanos es dudosa.
El calcio intracelular se almacena en orgánulos que liberan repetidamente y luego vuelven a acumular iones Ca^2+ en respuesta a eventos celulares específicos; los principales sitios de almacenamiento incluyen las mitocondrias y el retículo endoplásmico (especialmente el retículo sarcoplásmico en células musculares).
Las concentraciones características de calcio en organismos modelo son: en E. coli 3 mM (calcio unido), 100 nM (calcio libre); en levadura en gemación 2 mM (unido); en células de mamífero 10-100 nM (libre) y en plasma sanguíneo 2 mM.
Humanos Recomendaciones dietéticas El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) estableció las cantidades dietéticas recomendadas (RDA) de calcio en 1997 y actualizó esos valores en 2011. Ver tabla. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) utiliza el término Ingesta de referencia de la población (PRI) en lugar de RDA y establece números ligeramente diferentes: edades 4–10: 800 mg, edades 11-17: 1150 mg, de 18 a 24 años: 1000 mg, y >25 años: 950 mg.
Debido a la preocupación por los efectos secundarios adversos a largo plazo, como la calcificación de las arterias y los cálculos renales, el IOM y la EFSA establecen niveles máximos de ingesta tolerable (UL) para la combinación de calcio dietético y suplementario. Según el IOM, las personas de 9 a 18 años no deben exceder los 3000 mg/día; para las edades de 19 a 50 años no debe exceder los 2500 mg/día; para mayores de 51 años, no exceder los 2000 mg/día. La EFSA fijó UL en 2500 mg/día para adultos, pero decidió que la información para niños y adolescentes no era suficiente para determinar los UL.
Para propósitos de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en EE. UU., la cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de calcio, el 100% del valor diario fue 1000 mg, pero a partir del 27 de mayo de 2016 se revisó a 1300 mg para ponerlo de acuerdo con la RDA.
+Recomendaciones diarias de calcio ajustadas por edad (RDA del Instituto de Medicina de EE. UU.) Años Calcio (mg/día) 1-3 años 700 4-8 años 1000 9-18 años 1300 19 a 50 años 1000 > 51 años 1000 Embarazo 1000 Lactancia 1000
miniaturadeimagen|Ingesta global de calcio en la dieta entre adultos (mg/día)
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Declaraciones de propiedades saludables Aunque, como regla general, el etiquetado y la comercialización de los suplementos dietéticos no pueden hacer afirmaciones sobre la prevención o el tratamiento de enfermedades, la FDA ha revisado la ciencia para algunos alimentos y suplementos dietéticos, ha llegado a la conclusión de que existe un acuerdo científico importante y ha publicado declaraciones de propiedades saludables permitidas específicamente redactadas. Un fallo inicial que permite una declaración de propiedades saludables para los suplementos dietéticos de calcio y la osteoporosis se modificó posteriormente para incluir suplementos de calcio y vitamina D, a partir del 1 de enero de 2010. A continuación se muestran ejemplos de redacción permitida. Para calificar para la declaración de propiedades saludables del calcio, un suplemento dietético debe contener al menos el 20% de la Ingesta Dietética de Referencia, que para calcio significa al menos 260 mg/ración.Food Labeling: Health Claims; Calcium and Osteoporosis, and Calcium, Vitamin D, and Osteoporosis U.S. Food and Drug Administration. (en inglés)
"El calcio adecuado durante toda la vida, como parte de una dieta bien equilibrada, puede reducir el riesgo de osteoporosis". "El calcio adecuado como parte de una dieta saludable, junto con la actividad física, puede reducir el riesgo de osteoporosis en el futuro". "Una cantidad adecuada de calcio y vitamina D durante toda la vida, como parte de una dieta bien balanceada, puede reducir el riesgo de osteoporosis". "El calcio y la vitamina D adecuados como parte de una dieta saludable, junto con la actividad física, pueden reducir el riesgo de osteoporosis en la edad adulta".
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) concluyó que "el calcio contribuye al desarrollo normal de los huesos".Calcium and contribution to the normal development of bones: evaluation of a health claim European Food Safety Authority (2016). (en inglés)
Fuentes alimenticias El sitio web del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) tiene una tabla de búsqueda muy completa del contenido de calcio (en miligramos) en los alimentos, por medidas comunes como por 100 gramos o por porción normal.
Alimentos, calcio por 100 gramos Queso parmesano = 1140 mg Leche en polvo = 909 mg Queso duro de cabra = 895 mg Queso cheddar = 720 mg Pasta de tahini = 427 mg Melaza = 273 mg Almendras = 234 mg Hojas de berza = 232 mg Col rizada = 150 mg Leche de cabra = 134 mg Semillas de sésamo (sin pelar) = 125 mg Leche de vaca desnatada = 122 mg Yogur natural de leche entera = 121 mg Alimentos, calcio por 100 gramos Avellanas = 114 mg Tofu, suave = 114 mg Hojas de remolacha = 114 mg Espinaca = 99 mg Ricotta (queso de leche desnatada) = 90 mg Lentejas = 79 mg Garbanzos = 53 mg Huevos, hervidos = 50 mg Naranja = 40 mg Leche materna = 33 mg Arroz blanco, de grano largo = 19 mg Carne de res = 12 mg Bacalao = 11 mg
Medida en sangre La cantidad de calcio en la sangre (más específicamente, en el plasma sanguíneo) se puede medir como calcio total, que incluye tanto el calcio unido a proteínas como el libre. Por el contrario, el calcio ionizado es una medida de calcio libre. Un nivel anormalmente alto de calcio en plasma se denomina hipercalcemia y un nivel anormalmente bajo se denomina hipocalcemia. El "anormal" generalmente se refiere a niveles fuera del rango de referencia.
Los principales métodos para medir el calcio sérico son:Clin Chem. 1992 Jun;38(6):904-8. Single stable reagent (Arsenazo III) for optically robust measurement of calcium in serum and plasma. Leary NO, Pembroke A, Duggan PF. (en inglés)
Método de O-Cresolfaleína Complexona: una desventaja de este método es que la naturaleza volátil del 2-amino-2-metil-1-propanol usado en este método hace necesario calibrarlo cada pocas horas en un laboratorio clínico. Método Arsenazo III: este método es más robusto, pero el arsénico en el reactivo es un peligro para la salud.
La cantidad total de Ca^2+ presente en un tejido puede medirse usando espectroscopía de absorción atómica, en la que el tejido se vaporiza y se quema. Para medir la concentración de Ca^2+ o la distribución espacial dentro del citoplasma celular in vivo o in vitro, se puede usar una variedad de indicadores fluorescentes. Estos incluyen tintes fluorescentes permeables a las células que se unen al calcio, como Fura-2, o variantes de proteína verde fluorescente (GFP) diseñadas genéticamente llamadas Cameleon.
Calcio corregido Como el acceso a la medición de calcio ionizado no siempre está disponible, se puede utilizar en su lugar un calcio corregido. Para calcular el calcio corregido en mmol/L, se toma el calcio total en mmol/L y se le suma ((40 menos la albúmina sérica en g/L) multiplicado por 0.02). Sin embargo, existe controversia en torno a la utilidad del calcio corregido, ya que puede que no sea mejor que el calcio total. Puede ser más útil corregir el calcio total tanto para la albúmina como para la brecha aniónica.
Otros animales
Vertebrados
En los vertebrados, los iones de calcio, al igual que muchos otros iones, son de tal importancia vital para numerosos procesos fisiológicos que su concentración se mantiene dentro de límites específicos para asegurar una homeostasis adecuada. Esto se evidencia en el calcio plasmático humano, que es una de las variables fisiológicas más estrechamente reguladas en el cuerpo humano. Los niveles plasmáticos normales varían entre el 1 y el 2% en un momento dado. Aproximadamente la mitad de todo el calcio ionizado circula en su forma libre, y la otra mitad forma complejos con proteínas plasmáticas como la albúmina, así como con aniones que incluyen bicarbonato, citrato, fosfato y sulfato.
miniaturadeimagen|284x284px|Regulación del calcio en el cuerpo humano
Los diferentes tejidos contienen calcio en diferentes concentraciones. Por ejemplo, Ca^2+ (principalmente fosfato de calcio y algo de sulfato de calcio) es el elemento mineral más importante del hueso y del cartílago calcificado. En los seres humanos, aproximadamente el 99% del contenido corporal total de calcio se encuentra en forma de mineral óseo. En este estado, está en gran medida no disponible para intercambio/biodisponibilidad. La forma de movilizarlo es mediante el proceso de resorción ósea, en el que el calcio se libera al torrente sanguíneo por la acción de los osteoclastos óseos. El resto del calcio se encuentra en los líquidos extracelular e intracelular.
Dentro de una célula típica, la concentración intracelular de calcio ionizado es de aproximadamente 100 nM, pero puede aumentar de 10 a 100 veces durante diversas funciones celulares. El nivel de calcio intracelular se mantiene relativamente bajo en comparación con el líquido extracelular, con una diferencia de aproximadamente 12,000 veces. Este gradiente se mantiene mediante varias bombas de calcio de membrana plasmática que utilizan ATP para obtener energía, así como mediante un considerable almacenamiento dentro de compartimentos intracelulares. En las células eléctricamente excitables, como los músculos esquelético y cardíaco, y las neuronas, la despolarización de la membrana conduce a un aumento transitorio de Ca^2+ citosólico, alcanzando alrededor de 1 µM. Las mitocondrias son capaces de secuestrar y almacenar parte de ese Ca^2+ . Se ha estimado que la concentración de calcio libre en la matriz mitocondrial aumenta a decenas de micromolares in situ durante la actividad neuronal.
Funciones celulares Los efectos del calcio en las células humanas son específicos, lo que significa que diferentes tipos de células responden de formas distintas. Los iones Ca^2+ son uno de los segundos mensajeros más extendidos utilizados en la transducción de señales. Entran al citoplasma desde el exterior de la célula a través de la membrana celular mediante canales de calcio (como los canales de calcio activados por voltaje o por ligando), o desde depósitos internos de calcio como el retículo endoplásmico y las mitocondrias.