Kalzium, meistens “Calcium” geschrieben, wird im Periodensystem der Elemente mit “Ca” abgekürzt. Das Metall hat die Ordnungszahl 20, weil die Atome des Elementes 20 Protonen enthalten und die Atomhülle aus 20 Elektronen besteht.
Ca gehört zur Gruppe der Erdalkalimetalle, ist also verwandt mit Magnesium, Strontium, Beryllium, Barium und Radium. Diese Elemente sind in ihren chemischen Eigenschaften teils den Alkalimetallen, teils den Erdmetallen recht ähnlich.
Alle Erdalkalimetalle sind zweiwertig. So gibt ein Ca-Atom in einer Verbindung zwei Elektronen an einen elektronegativeren Partner ab, wobei doppelt positiv geladene Kationen (Ca++) und zweifach negative Anionen entstehen.
Diese Anionen sind in den Mineralen der Erdkruste am häufigsten Carbonat, Sulfat, Silikat und Phoshpat. Bekannte Calcium-Verbindungen sind Marmor, Kalkstein, Kreide, Gips und Tafelspat. Wenn sich die Minerale in Wasser lösen, zerfallen die Ca-Verbindungen in ihre Kationen und Anionen. Neben Ca++ diffundieren dann CO32-, PO43- und SO42- in wässriger Lösung.
In elementarer Form kommt das hochreaktive Calcium im Erdmantel nicht vor, ist dort aber in kristallinen Verbindungen mit einem großen Anteil vertreten. Es ist das fünfthäufigste Element der festen Erdhülle.
Die physiologische Bedeutung von Calcium
Im Organismus des Menschen ist Calcium mit ca. 1 kg das am häufigsten vorkommende Mineral. 99 % davon bilden als mineralische Bestandteile die Knochen und Zähne.
Damit haben wir, streng genommen, ein inneres Gerüst (Skelett), das zum großen Teil aus Metall besteht.
Daher gehört Calcium zu den Mengenelementen, die mit mehr als 50 mg pro kg Körpergewicht im Organismus vorkommen. Der größte Teil ist im Hydroxylapatit der Zähne und Knochen gebunden. Dieses Calcium-Phosphat mit einem hexagonalen Kristallgitter besitzt einen sehr hohen Härtegrad. Neben Calcium und Phosphat ist auch Fluorapatit für die Bildung der Zähne erforderlich.
Nur etwa 1 % des Calciums im Organismus sind in den Körperflüssigkeiten gelöst. Mit diesem geringen Gesamtanteil gehören die freien Erdalkali-Kationen allerdings zu den lebenswichitgen Elektrolyten, die Grundlage des Wasserhaushaltes sind. Das osmotische Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Kompartimenten kann nur aufrechterhalten werden, wenn die gelösten Mineralien in den Grenzen ihrer erforderlichen Konzentration vorliegen.
In der Zellflüssigkeit (Zellpalasma) ist der Gehalt des Erdalkalimetalls mit 0,0002 mmol/l nahe Null. Extrazellulär, beispielsweise im Blutplasma, beträgt die Konzentration des frei gelösten Calciums dagegen 1,4 mmol/l. Hinzu kommt rund 1,0 mmol/l gebundenes Calcium, das mit Proteinen verknüpft oder in komplexierter Form im Blutplasma vorliegt.
Diese Komplexe bestehen aus Calciumlactat, Calciumcitrat, Calciumsulfat, Calciumhydrogencarbonat oder Calciumphosphat.
Zur Osmolarität trägt allerdings nur die Menge des gelösten Elektrolytes bei. Dabei verteilt sich Wasser über Zellmembranen hinweg, indem es der Konzentration der Elektrolyte wie Ca++ folgt. Wassermoleküle sind sehr klein und gelangen ohne Weiteres durch die Membran hindurch. Die großen Kationen wie Calcium müssen aber mit speziellen Transport-Proteinen über die Zellmembran geschleust werden.
Diese Proteine können sich öffnen und schließen, wodurch die Konzentration des Calciums diesseits und jenseits einer Membran gesteuert werden kann. Der Ca-Transport mit dem Konzentrations-Gefälle (“bergab”) wird als passiv bezeichnet, weil dafür keine Stoffwechsel-Energie aufgewendet werden muss. Dies bewerkstelligen die Calcium-Kanäle.
Gegen das Gefälle (“bergauf”) transportiert werden Calcium-Kationen entweder durch Antiporter wie den Natrium-Calcium-Austauscher oder durch die Stoffwechselenergie verbrauchenden Calcium-ATPasen. Der Antiporter ist elektrogen und wird durch das Natrium-Gefälle gespeist.
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen Praxis-Newsletter mit den “5 Wundermitteln” an:
Kleine Anmerkung: Die Sache mit den “5 Wundermitteln” ist mit Abstand der beliebteste Newsletter, den meine Patienten gerne lesen…
Die Bedeutung von Calcium im Muskel
In den Muskelzellen (bzw. Muskelfasern, die verschmolzene Muskelzellen darstellen) lösen Calcium-ATPasen die Kontraktion aus. Dabei kommt es innerhalb der Muskelzellularräume zu einer Erhöhung der Ca-Konzentration im Cytosol, wo sich die kontraktilen Proteine befinden. In der inaktiven Muskelfaser ist die Ca-Konzentration sehr niedrig, allerindgs nur im Cytoplasma und nicht im Sarkoplasmatischen Retikulum.
In diesen Zell-Organellen wird Calcium gespeichert, um bei einer nervalen Reizung der Faser Calcium ins Cytoplasma auszuschütten. Dabei pumpen Calcium-ATPasen in den Membranen des Sarkoplasmatischen Retikulums Ca-Ionen ins Cytoplasma.
Dort sind die kontraktilen Proteine Actin und Myosin eingebettet, die nun unter Calcium-Anlagerung und durch Einwirkung von Stoffwechsel-Energie aneinander entlang gleiten können. Die Muskel-Aktionen einschließlich der Herztätigkeit sind daher absolut Calcium-abhängig. Daneben steuert Calcium auf diese Weise auch die Bewegung amöboider Zellen wie die der Phagozyten des Immunsystems.
Weitere spezielle Funktionen von Calcium
Ähnlich wie bei der Muskelerregung spielt Calcium auch für den Sehvorgang eine wichtige Rolle. Im Erregungszustand steigt im Cytoplasma der Photorezeptoren die Calcium-Konzentration an, weil die Kationen aus den Discs der Sehzellen hinein ins Cytoplasma transportiert werden. Dadurch schließen sich die Natrium-Kanäle der Photorezeptoren, wodurch eine Hyperpolarisation ausgelöst wird.
Eine weitere Aufgabe von Calcium ist die Blutgerinnung. Diese ist eine Kaskade von Aktivierung und Desaktivierung von Gerinnungsfaktoren (12 an der Zahl), von denen das Calcium den Gerinnungsfaktor IV darstellt. Neben anderen Faktoren bewirken die positiven Calcium-Kationen, dass sich andere Gerinnungs-Faktoren an die Phospholipide der Zellmembranen binden können, die negative Ladungen tragen.
Also ohne Calcium gäbe es auch keine Blutgerinnung und es käme bei Verletzungen spätestens zu lebensbedrohlichen Blutverlusten.
Neben diesen Funktionen ist Calcium als Co-Faktor zahlreicher Stoffwechsel-Reaktionen beteiligt. Die Kationen übernehmen dabei oft die Rolle eines Second Messengers, der an das Protein Calmodulin bindet und so enzymatische Reaktionen regulieren kann.
Die physiologische Regulation des Calcium-Haushalts
Die Calcium-Kationen-Konzentration reguliert der Körper nicht nur in den Zellen, sondern auch in den Extrazellular-Räumen. Dieses dynamische Gleichgewicht zwischen den Kompartimenten wird als Calcium-Homöostase bezeichnet.
Den Calcium-Stoffwechsel beurteilt der Arzt anhand der Calcium-Konzentration im Blut. Als Normwert gilt dabei ein Gehalt von 2,2 bis 2,6 mmol/l (entspricht 8,4 bis 10,5 mg dl). Dies ist die Gesamtmenge des Erdalkalimetalls, das im Serum etwa zur Hälfte in gebundener Form und zur anderen Hälfte in freier, ionisierter Form vorliegt.
Weicht der Parameter vom Normfenster ab, so ist der Calcium-Stoffwechsel gestört. Die Blutserum-Konzentration steuert der Körper mit den beiden Peptidhormonen Parathyrin (Parathomon) und Calcitonin sowie dem Vitamin D3 (Calcitriol).
Die Regulation des Calcium-Haushalts hängt eng mit der Steuerung der Phosphat-Verteilung zusammen. Auf einem Mangel an Calcium im Blut reagieren die Nebenschilddrüsen mit einer Drosselung der Calcitonin-Produktion. Dieser Botenstoff steigert die Calcium-Ausscheidung über die Nieren und hemmt die Freisetzung des Erdalkalimetalls aus den Knochen.
Der Gegenspieler des Calcitonins ist das Parathyrin. Dieses Hormon schütten die Nebenschilddrüsen bei einem Serum-Calcium-Mangel verstärkt aus, weil es den Calcium-Abbau im Knochen fördert, die Calcium-Ausscheidung der Nieren drosselt und dafür die Phosphat-Exkretion erhöht.
Auf diesem Wege steigt der Calcium-Gehalt im Blut, allerdings hat dies auf die Dauer zur Folge, dass die Knochen brüchig werden. Man spricht daher von einer Knochenentkalkung oder Osteoporose, die besonders bei älteren Leuten einsetzen kann. Dies geschieht beispielsweise dann, wenn die Nieren zu wenig Calcitriol (Vitamin D3) ausschütten.
Der Vitalstoff wirkt als Hormon, das den Darm dazu anregt, mehr Calcium aufzunehmen. Gleichzeitig halten die Nieren unter der Wirkung des Botenstoffes mehr Phosphat zurück. Daneben hemmt Vitamin D3 die Produktion von Parathyrin in den Nebenschilddrüsen.
Steigt der Calcium-Gehalt im Blut zu stark an, drosseln die Nebenschilddrüsen die Synthese des Parathyrins und steigern die Ausschüttung von Calcitonin. Dadurch scheiden Nieren und Darm mehr Calcium aus und die Knchen bauen das Erdalkalimetall verstärkt ein.
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen kostenlosen Praxis-Newsletter “Unabhängig. Natürlich. Klare Kante.” dazu an:
Hyperkalzämie
Sind die Blut-Werte des Calciums im Blut erhöht, dann spricht man von einer Hyperkalzämie.
Die Störung stellt über einen verlängerten Zeitraum eine außerordentliche Belastung für die Nieren dar. Je nach Gravidität der Hyperkalzämie kann es sogar zu einer Nierenfunktionsstörung kommen bzw. Nierenversagen. Weitere Kennzeichen sind Muskelschwäche, Herzrhythmus-Störungen, Hypertonie, Demenz und Leistungsabfall bis zum Koma. Daneben treten Magen-Darm-Störungen mit Verstopfung, Übelkeit und Erbrechen auf.
Oft sind Schilddrüsenerkrankungen die Ursache der Hyperkalzämie. Maligne Tumore oder eine Hyperthyreose (Schilddrüsenüberfunktion) führen dann zu einer verstärkten Produktion von Parathyrin. Krebs kann auch eine Freisetzung von Calcium aus den Knochen zur Folge haben, wodurch das Serum-Calcium ebenfalls ansteigt. Manchmal ist die Erkankung auch auf Beeinträchtigungen der Nieren zurückzuführen, die zu wenig Calcium ausscheiden.
Dabei können auch genetische Erkrankungen oder Medikamenten-Nebenwirkungen eine Rolle spielen. Eine weitere Möglichkeit sind Überdosierungen von Clacium-Präparaten oder von Vitamin D3. Auch ein Wasserverlust durch Alkoholabusus, Schwitzen, Durchfall oder Erbrechen kann die Calcium-Konzentration im Blut erhöhen, weil der relative Wassergehalt sinkt.
Der Arzt erkennt an den Calcium-Werten in Blut und Urin sofort, dass eine Hyperkalzämie vorliegt. Dann sollte der Patient viel trinken, um das Blut-Calcium zu verdünnen und den Verzehr einiger Lebensmittel stoppen. Dazu gehören vor allem Milch-Produkte. Biphosphonate und Calcitonin sind angezeigte Medikamente.
Risiken einer übertriebenen Calcium-Supplementierung?
Werden große Calciummengen über die Nahrung aufgenommen, dann steigt auch das Risiko für die Ausbildung eines Prostatakarzinoms um den Faktor 2,5. Laut einer Studie von der Harvard School of Medicine, die 47.750 Probanden beobachtete, stieg das Risiko proportional in Abhängigkeit des verzehrten Calciums.
So hatten die Männer, die zwischen 1500 und 2000 mg Calcium täglich einnahmen, ein 1,87-mal höheres Risiko für Prostatakrebs als die, die nur 500 bis 750 mg täglich konsumierten. Die Gruppe, die über 2000 mg (= 2 g) Calcium aufnahmen, hatten ein relatives Risiko von 2,43 gegenüber der 500-mg-Gruppe.
Die Forscher dieser Studie glauben, dass eine hohe Konzentration an Calcium in der Lage ist, die Zelldifferenzierung zu stören und auf diese Art die Ausbildung eines aggressiven und undifferenzierten Prostatakarzinoms auszulösen. Diese Ergebnisse wurden durch eine Studie der Universität von Wisconsin/Madison bestätigt.
Auch hier beobachteten die Forscher ein 2,5-fach erhöhtes Risiko für ein tödlich verlaufendes Prostatakarzinom. Die Gabe von Calcium ohne einen Vitamin D-Zusatz scheint das Risiko für einen Herzinfarkt zu erhöhen. Eine Meta-Analyse von der Universität von Auckland aus dem Jahr 2010 konnte beobachten, dass Calciumpräparate das Herzinfarktrisiko um 30 Prozent steigern.
Der Effekt tritt ab einer täglich aufgenommenen Menge von 800 mg Calcium auf, wenn nicht gleichzeitig Vitamin D eingenommen wird. Ein weiterer Nebeneffekt war die deutlich erhöhte Anzahl an Schlaganfällen und Todesfällen in der Calcium-Gruppe. Und wenn dann die Niere schon einen “Knacks” hat, dann werden zu hohe Calcium-Konzentrationen noch problematischer, besonders für ältere Menschen.
Hypokalzämie – Zu wenig Calcium
Sind die Werte erniedrigt, dann ist dies eine Hypokalzämie, bei der der Calciumspiegel im Blut unter 2,2 mmol/l abfällt. Dann kommt es zu Muskelkrämpfen und Atemnot durch eine Übererregbarkeit des Nervensystems.
Im EKG können Veränderungen auftreten (QT-Veränderung). Es sind auch Krämpfe (Spasmen) in der glatten Muskulatur möglich. Daneben leiden die Patienten unter Bauchschmerzen, erhöhtem Blasendruck und Durchfall. Grund dafür sind Beeinträchtigungen des Elektrolythaushaltes.
Im chronischen Verlauf der Hypokalzämie können sich Demenz, Depressionen, Angstzustände, Osteoporose und Schädigungen des Sehnervens manifestieren.
Fehl- und Mangelernährung mit zu geringer Calcium-Aufnahme sind seltene Ursachen der Erkrankung. Häufiger kann es vorkommen, dass ein Patient unter Vitamin-D-Mangel leidet. Oft lösen auch endokrine Erkrankungen wie die Nebenschilddrüsen-Insuffizienz (Hypoparathyreoidismus) eine Hypokalzämie aus.
Schilddrüsenkrebs ist eine weitere Ursache, die zu einer Überproduktion von Calcitonin führt. Daneben kommt es bei einer Nierenschwäche zu einer Unterproduktion von Calcitriol mit der Folge eines Calcium-Mangels. Auch können Absorptions-Störungen des Darmes einen verminderten Calcium-Spiegel nach sich ziehen.
Der Arzt muss auch an Nebenwirkungen von hantreibenden Medikamenten (Diuretika) denken, wenn sich ein Patient mit Hypokalzämie vorstellt.
An den Blut- und Urinwerten kann der Calcium-Mangel erkannt werden. Dann ist eine Sofort-Intervention mit Calcium-Präparaten angezeigt. In Notfällen muss dies per Infusion erfolgen. Sollte der Zustand länger anhalten, ist auch die Gabe von Vitamin D angebracht, allerdings muss hier die Balance zwischen Calcium-Überschuss und Mangel gehalten werden. Dies erfordert die regelmäßige Kontrolle der Blutwerte.
Empfehlungen zum Bedarf und Aufnahme von Calcium
Die empfohlene tägliche Zufuhrmenge an Calcium liegt für Erwachsene bei 450 und 1000 mg. Allerdings sind diese Mengen fast vollkommen nutzlos, wenn nicht genug Vitamin D3 vorliegt, das für den Einbau des Calciums in die Knochen verantwortlich ist. Calcium wird über die Niere ausgeschieden. Diese Ausscheidung kann erhöht werden, indem man die Zufuhr von Salz, Proteinen, Alkohol und Kaffee erhöht.
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen Praxis-Newsletter mit den “5 Wundermitteln” an:
Kleine Anmerkung: Die Sache mit den “5 Wundermitteln” ist mit Abstand der beliebteste Newsletter, den meine Patienten gerne lesen…
Hier einmal eine altersabhängige Empfehlung der täglichen Calciumzufuhr:
- Säuglinge unter 4 Monate – 220 mg
- Säuglinge zwischen 4 bis 12 Monate – 400 mg
Kinder
- 1 bis 4 Jahre – 600 mg
- 4 bis 7 Jahre – 700 mg
- 7 bis 10 Jahre – 900 mg
- 10 bis 13 Jahre – 1100 mg
Jugendliche und Erwachsene
- 13 bis 19 Jahre – 1200 mg
- 19 bis 50 Jahre – 1000 mg
Senioren
- ab 50 – 1200 wegen einer geringeren Resorptionsfähigkeit. Bei eingeschränkter Nierenfunktion muss die Dosis dann reduziert werden.
Eine Minimalgrenze festzulegen ist fast ein Ding der Unmöglichkeit. Dies liegt begründet in Schwankungen der Calcium-Resorption, die abhängig ist von aktuellen Calcium-Spiegeln und dem aktuellen Bedarf. Verschiedene Lebens- und Ernährungsmuster des Einzelnen bestimmen auch über die Höhe der Minimaldosis.
Resorptionsverluste von 50 Prozent können den Bedarf durch die Nahrungsaufnahme deutlich erhöhen. Schwangere und stillende Frauen haben auch einen erhöhten Bedarf. Wie schwer es sein muss, die Mindestgrenze zu ziehen, zeigen die Empfehlungen der verschiedenen Länder und der WHO.
Während die WHO bei Erwachsenen 450 mg als Minimalgrenze setzt, empfehlen die Österreicher mehr als das Doppelte (1000 mg). Japan gibt seinen Säuglingen mindestens 400 mg jeden Tag; die USA und die Österreicher geben auch hier das Doppelte.
Bei Jugendlichen empfiehlt die WHO 650 mg; Kanada, die USA und Österreich geben die Empfehlung von 1000 bis 1200 mg täglich.
Calcium in Nahrungsmitteln
Nahrungsmittel mit einem vergleichsweise hohen Calciumgehalt sind:
Mohnsamen, Hartkäse, Schnittkäse etc.
Nahrungsmittel mit einem moderat hohen Gehalt sind:
Sesam, Nüsse, Weichkäse, Milch, Joghurt, Kefir, Molke, Brennnesseln, Grünkohl, Brokkoli, Meerrettich, Fenchel, getrocknete Feigen.
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen kostenlosen Praxis-Newsletter “Unabhängig. Natürlich. Klare Kante.” dazu an:
Quellen:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18768497?dopt=Abstract
https://cebp.aacrjournals.org/content/17/9/2302
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20671013?dopt=Abstract
Beitragsbild: iStock
