Vápnik - biológia

Vápnik (technický jazyk) alebo vápnik je chemický prvok so symbolom Ca a atómovým číslom 20. V periodickej tabuľke je v druhej hlavnej skupine a je preto jedným z kovov alkalických zemín.

Elementárny vápnik je lesklý, striebristo biely kov. V prostredí sa vápnik vyskytuje iba vo viazanej forme ako zložka minerálov. Medzi tieto minerály patrí B. Vápenec (nazývaný tiež kalcit, kalcit alebo mramor), krieda a sadra. Vápnik je tiež nevyhnutnou súčasťou kostí.

príbeh

Názov „vápnik“ je odvodený z latinčiny calx od. Takto z nich Rimania nazývali vápenec, kriedu a maltu.

Elementárny vápnik prvýkrát získal Humphry Davy v roku 1808 odparením ortuti z elektrolyticky získaného amalgámu vápnika.

Výskyt

Vápnik je piatym najpočetnejším prvkom v zemskej kôre. Vďaka svojej chemickej reaktivite sa prirodzene vyskytuje iba v chemicky viazanej forme. Výnimkou je pravdepodobne odroda fluoritu („stinkspar“), v ktorého kryštalickej mriežke bol koloidný vápnik pravdepodobne tvorený prírodným rádioaktívnym žiarením. [12] Minerály obsahujúce vápnik, ako je kalcit a sadra, sú dostupné vo veľkom množstve (napríklad v Alpách súpravy sprevádzajúce hory pozostávajú z vápenca - severné vápencové a južné vápencové Alpy).

Ako podstatná súčasť živej hmoty sa podieľa na štruktúre listov, kostí, zubov a škrupín. Okrem K +, Na +, Ca 2+ hrá dôležitú úlohu pri prenose stimulov v nervových bunkách. Vápnikové ióny tiež hrajú dôležitú úlohu v signálnej transdukcii v iných bunkách.

charakteristiky

Vápnik je mäkší ako olovo, ale nie je možné ho krájať nožom. Vo vzduchu sa to rýchlo naštartuje. Prudko reaguje s vodou za vzniku hydroxidu vápenatého a vodíka. Vo vzduchu horí za vzniku oxidu vápenatého a - v malej miere - nitridu vápenatého. Jemne rozdelený vápnik je samozápalný.

Vápnik patrí medzi kovy alkalických zemín a nachádza sa takmer iba v chemických zlúčeninách v oxidačnom počte +2. Na univerzite Friedricha Schillera v Jene bol však vôbec prvýkrát vyvinutý stabilný komplex vápnika (I), aj keď mimoriadne citlivý na vodu a vzduch. (inverzný sendvič) syntetizovaný [8], v ktorom je vápnik prítomný v oxidačnom stave +1, ktorý je v stabilných zlúčeninách predtým neznámy. [9] .

Výroba

Kov sa vyrába vo vákuu redukciou páleného vápna (oxid vápenatý) hliníkovým práškom pri 1 200 ° C (Pidgeonov proces). Hliník má síce nižšiu reaktivitu a entalpiu ako vápnik, takže rovnováha reakcie je rovnaká

je v skutočnosti takmer úplne na ľavej strane tejto rovnice, ale tento výrobný proces stále funguje, pretože produkovaný vápnik sa pri tejto teplote neustále odparuje, a tak zmizne z rovnováhy. Čistenie sa uskutočňuje destiláciou vápnika.

použitie

Kovový vápnik slúži ako redukčné činidlo v metalurgii na výrobu kovov ako tórium, vanád, zirkónium, ytrium a ďalšie kovy vzácnych zemín, ako redukčné činidlo pri výrobe ocele a hliníka, ako prísada do zliatin hliníka, berýlia, medi, olova a horčíka . Východiskový materiál na výrobu hydridu vápenatého.

Technické využitie vápnika sa uskutočňuje prevažne vo viazanej forme.

vápenec je jednou z najdôležitejších surovín v dnešnom priemysle:

• Troskač vo výrobe ocele. Spotreba je 0,5 tony vápenca na tonu ocele
• Surovina na výrobu nehaseného vápna
• Krieda ako plnivo do plastov, napríklad PVC. Cieľom je zlepšiť tuhosť a rázovú húževnatosť, ako aj znížiť zmršťovanie. Rovnako výrazne zvýšená tepelná vodivosť umožňuje vyššie pracovné cykly počas vytláčania.
• Jemnozrnný uhličitan vápenatý sa používa ako plnivo do vysoko kvalitného bezdrevného papiera

Síran vápenatý (Sadra) sa používa ako stavebný materiál.

Karbid vápnika slúži ako východiskový materiál pre chemické syntézy a pre výrobu kyanamidového hnojiva vápenatého a skôr pre syntézu acetylénu (etynu), preto sa karbid vápenatý presnejšie nazýva acetylid vápenatý.

Chlorid vápenatý slúži ako prostriedok na rozmrazovanie a sušenie a tiež ako urýchľovač tuhnutia betónu.

dôkaz

Okrem oranžovo-červeného zafarbenia plameňa sa dajú vápnik, katióny vápnika, stroncia a bária zistiť pomocou roztoku kyseliny sírovej alebo síranu amónneho. Táto detekčná reakcia vytvára biele zrazeniny nerozpustné v kyselinách. S uhličitanovými, oxalátovými a dichrómanovými aniónmi môžu byť tiež generované zrazeniny s rôznym stupňom rozpustnosti. Ich podrobnejšie preskúmanie umožňuje rozlišovať medzi katiónmi kovov alkalických zemín (pozri separáciu katiónov a skupinu uhličitanu amónneho).

Pri rutinnej analýze (klinická chémia, chémia životného prostredia, chémia vody) sa vápnik stanoví kvantitatívne až po stopovú hladinu pomocou plameňovej fotometrie. Limit kvantifikácie je 100 µg/l. [13] Vo vyšších koncentráciách je možná aj titrácia pomocou EDTA proti eriochrómovej čiernej T. Na gravimetrické stanovenie vápnika sa tento vyzráža oxalátom a žíha pri 600 ° C, čím sa získa forma s obsahom uhličitanu vápenatého.

Preanalytiká

Koncentrácia vápnika sa stanoví pri bežnej laboratórnej diagnostike v krvi a moči. Koncentrácia vápnika v krvi sa tiež často nazýva Sérový vápnik alebo Vápnik v plazme určený. Vápnik je dôležitým parametrom v diagnostike metabolizmu kostí a vápnika. Ako vzorky krvi sa môžu použiť sérum aj heparinizovaná plazma. V prípade plazmy je potrebné poznamenať, že sa nepoužívajú žiadne antikoagulanciá viažuce vápnik (napríklad citrát alebo EDTA). [14] [15] Ak je žila blokovaná príliš dlho pred odberom krvi, môže to viesť k nesprávne zvýšeným hodnotám.

Analytika

50% vápnika je prítomných v krvi ako ióny Ca ++, 35% sa viaže na bielkoviny (albumín, globulíny) a 15% sa viaže na komplexy (hydrogenuhličitan, laktát, citrát, fosfát). Sérová hodnota vápnika sa pohybuje v úzkych medziach s normálnymi hodnotami Celkový vápnik od 2,2 do 2,6 mmol/l (9-10,5 mg/dl) a normál ionizovaný vápnik od 1,1 do 1,4 mmol/l (4,5-5,6 mg/dl). Biologické účinky vápnika sú určené dostupnosťou voľných iónov vápnika, takže rozhodujúcim faktorom je ionizovaný vápnik. [16]

Celková koncentrácia vápnika (celkový vápnik) v krvi závisí od koncentrácie albumínu a musí sa zodpovedajúcim spôsobom upraviť. Alternatívne sa koncentrácia ionizovaného vápnika meria priamo. [14] Celkový vápnik v sére sa stanoví pomocou absorpčnej spektrometrie alebo atómovej emisnej spektrometrie. [17] Využívajú sa fyzikálne vlastnosti vápniku.

Ionizovaný vápnik sa stanoví pomocou iónovo-selektívnych elektród. [17]

tlmočenie

Koncentrácia vápnika v tele je mimoriadne prísne kontrolovaná. Zvýšená koncentrácia vápnika sa nazýva hyperkalcémia, znížená koncentrácia vápnika sa nazýva hypokalciémia. Konkrétne príčiny a príznaky nájdete tu.

Referenčný rozsah nameraných hodnôt [15]

Celkový vápnik	8,4 - 10,5 mg/dl	2,2-2,6 mmol/l
Ionizovaný vápnik	4,6-5,4 mg/dl	1,15 - 1,35 mmol/l

Presné hodnoty závisia od metódy merania, a preto je rozhodujúca referenčná hodnota uvedená v laboratóriu. U detí sú hodnoty o niečo vyššie ako u dospelých.

Funkcie v ľudskom organizme

Zvýšený príjem vápnika okolo 1 g/deň pomáha predchádzať osteoporóze (základná liečba DVO).

Vápnik je dôležitým parametrom v diagnostike metabolizmu kostí a vápnika (pozri tiež vápnik (laboratórna medicína)). Zvýšená hladina vápnika v krvi sa nazýva hyperkalcémia a príliš nízka hladina vápnika sa nazýva hypokalciémia.

Denná požiadavka

Referenčné hodnoty DGE, ÖGE, SGE

Referenčné hodnoty D-A-CH Nemeckej spoločnosti pre výživu, Rakúskej spoločnosti pre výživu a Švajčiarskej spoločnosti pre výživu (2012);
najvyššie prípustné hladiny príjmu uverejnil Európsky úrad pre bezpečnosť potravín (EFSA) v roku 2006: [19] [20]

1 Vypočítané pre dospievajúcich a dospelých s prevažne sedavým zamestnaním (úroveň fyzickej aktivity 1,4)
2 Toto je odhad

Referenčné hodnoty pre Radu pre výživu a výživu (USA)

Odporúčania Americkej rady pre výživu a výživu (FNB) pri lekárskom ústave národných akadémií (november 2010): [21]

Odhadovaná potreba veku
(mg/deň) Odporúčaný príjem
(mg/deň) znesiteľné
Maximálny príjem
(UL) (mg/deň)

Dojčatá 0-6 mesiacov	n/a	200 mg	1 000 mg
Dojčatá 6-12 mesiacov	n/a	260 mg	1 500 mg
1-3 roky	500 mg	700 mg	2 500 mg
4-8 rokov	800 mg	1 000 mg	2 500 mg
9–13 rokov	1110 mg	1300 mg	3 000 mg
14-18 rokov	1110 mg	1300 mg	3 000 mg
19-30 rokov	800 mg	1 000 mg	2 500 mg
30–50 rokov	800 mg	1 000 mg	2 500 mg
50–70 rokov muži	800 mg	1 000 mg	2 000 mg
50–70 rokov ženy	1 000 mg	1 200 mg	2 000 mg
starší ako 70 rokov	1 000 mg	1 200 mg	2 000 mg
14-18 rokov tehotná/dojčiaca	1100 mg	1300 mg	3 000 mg
19–50 rokov tehotná/dojčiaca	800 mg	1 000 mg	2 500 mg

vstupné

Nie všetok vápnik, ktorý sa prijíma potravou, sa vstrebáva v žalúdku. Ľudia absorbujú asi 30% vápniku z potravy, ale toto percento sa líši v závislosti od zloženia potravy. Absorpciu vápnika ovplyvňujú aj ďalšie faktory. Účinnosť absorpcie klesá so zvyšujúcim sa príjmom vápnika. U rastúcich kojencov a detí je miera resorpcie až 60%, pretože na tvorbu kostí potrebujú veľa vápniku. Miera absorpcie klesá na 15–20% u dospelých, pričom potreba žien sa počas tehotenstva opäť zvyšuje. [22] [23] [24] [25]

Rizikovými skupinami pre nedostatočný príjem vápnika sú mladé ženy, tehotné ženy, dojčiace ženy a starší ľudia. [25]

Dostatočný prísun vitamínu D3 je predpokladom toho, aby telo bolo schopné vstrebávať vápnik vo väčšom množstve. Súčasný prísun kyseliny šťaveľovej a kyseliny fytovej a ich solí (oxaláty, fytáty) znižuje absorpciu vápnika. Vápnik sa vylučuje močom, pričom vysoký príjem bielkovín, kuchynskej soli, kávy alebo alkoholu zvyšuje jeho vylučovanie. [25] [26] [27] [28]

Špecifický aminokyselinový profil - najmä aminokyselín obsahujúcich síru - určuje kalciuretikum (podporujúce vylučovanie vápnika obličkami) potravinových bielkovín. Sírany, ktoré sa metabolicky tvoria z takýchto aminokyselín, zvyšujú kyslosť moču, čo znamená, že sa vylučuje väčšie množstvo vápniku močom. Aminokyseliny obsahujúce síru sa nachádzajú v potravinách živočíšneho pôvodu, ako aj v potravinárskych plodinách, ako je obilie. [26] [27] [29]

Zdroje vápnika

Približný obsah vápnika v mg na 100 g potraviny (jedlá časť):

• Semená
  • Mak: 2 500 mg
  • Sezam: 800 mg
  • Mandle, lieskové orechy a amarant: 200 až 250 mg
  • Para orechy: 170 mg
  • Varená sója: 70 mg
  • Ovsená múka a slnečnicové semená: 50 mg
• Mliečne výrobky
  • syr
    • Tvrdý syr: 1100 mg až 1300 mg
    • Nakrájaný syr: 500 mg až 1100 mg
    • Mäkký syr: 300 mg až 500 mg
  • Mlieko, jogurt a kefír: 100 mg až 150 mg
  • Srvátka: 70 mg až 100 mg
• zeleninu
  • Žihľava: 360 mg
  • Kel, petržlen: 200 mg až 250 mg
  • Žerucha, púpava a rukola: 150 mg až 200 mg
  • Čínska kapusta, fenikel, brokolica, chren: 100 mg až 150 mg
  • Zeler: 80 mg
  • Repa: 20 mg
• ovocie
  • Sušené figy: 250 mg
  • Banány: 8 mg
• Celozrnný chlieb: 50 mg
• Minerálna voda: 2 mg až> 500 mg [30]

Zdravotné riziká

Na rozdiel od ľudí so zdravými obličkami nemôže dialyzovaný pacient vylúčiť nadbytočný vápnik močom a kosti zvyčajne ani dodaný vápnik neabsorbujú. Existuje riziko, že sa vápnik usadí v cievach a mäkkých tkanivách. Uhličitan vápenatý, používaný ako fosfátové spojivo, môže prispievať ku kardiovaskulárnej kalcifikácii. Štúdia uskutočnená počas dvoch rokov od roku 2004 ukázala stabilnú koreláciu medzi spotrebou uhličitanu vápenatého a progresívnym kôrnatením tepien u hemodialyzovaných pacientov. [31]

---