Calcium

Calcium wird im Deutschen auch Kalzium geschrieben, da das "C" im Deutschen in der Regel nicht als eigenständiger Konsonant auftritt. In zusammengesetzten Begriffen, wie "Serumkalzium" wird die deutsche Schreibweise häufig bevorzugt.

Calcium ist in Reinform ein leichtes, sehr leitfähiges, silbrig glänzendes Metall. Seine Eigenschaften ähneln denen der schwereren Erdalkalimetalle Magnesium, Strontium und Barium. Es ist ein guter elektrischer Leiter und Wärmeleiter. Beim Erhitzen und unter leichtem Druck verliert es seine metallischen Eigenschaften. Erst bei höheren Drücken werden sie wiederhergestellt – dann lässt es sich als Supraleiter verwenden.

Aufgrund seiner starken Reaktivität kommt Calcium unter Normalbedingungen nur in chemischen Verbindungen vor, u. a. als:

• Calciumcarbonat
• Calciumoxalat
• Calciumphosphat
• Calciumsulfat
• Calciumacetat

Die intrazelluläre Calciumkonzentration kann durch verschiedene Botenstoffe oder elektrische Stimulation der Zelle deutlich erhöht werden. Die Calciumionen (Ca²⁺) fungieren dabei in vielen Signalkaskaden als Second Messenger. Calciumabhängige Zellprozesse sind z.B.Kontraktion, Sekretion, Genexpression und Mitose.

Im Rahmen dieser Vorgänge adressieren Calciumionen verschiedene Proteine, die spezifische Bindungsstellen für Calcium besitzen, u.a. Proteinkinase C, Phospholipase A2 und Calmodulin. Calmodulin hat eine besonders wichtige Funktion, da es Calcium an andere Proteine weiterreicht. Es kann je Molekül maximal vier Calciumionen binden. Neben dem sarkoplasmatischen Retikulum ist es ein Regulator der intrazellulären Calciumkonzentration.

Calcium ist mit etwa 1 bis 1,1 kg der am stärksten vertretene Mineralstoff des menschlichen Körpers. Es zählt daher zu den Mengenelementen. Im Organismus kommt Calcium in überwiegender Menge im Knochen vor (ca. 99 %), wo es als Phosphatsalz in Form von Hydroxylapatit (Ca₅[PO₄]₃OH) eingelagert ist. Hier zeichnet es in erster Linie für die Festigkeit des Knochens verantwortlich und hat eine Reservoirfunktion.

Weitere Funktionen der ionisierten Form Ca²⁺:

Zur Calciumresorption wird Vitamin D3 benötigt, welches wiederum unter anderem unter dem Einfluss von UV-Strahlen in der Haut gebildet wird. Einen weiteren großen Einfluss auf den Calciumhaushalt hat das Parathormon, das indirekt die Calciumresorption aus dem Primärharn in den Nieren steigert, seinen Einbau in den Knochen hemmt und somit zu einer Erhöhung des Serumkalzium führt. Calcitonin wirkt diesem Prozess entgegen, indem es für den Einbau von Calcium in den Knochen sorgt.

Im Serum sind knapp 50 % des Calciums an Proteine gebunden, die anderen 50 % finden sich als freie Ionen. Dieser Anteil wird u.a. durch Proteine (niedriges freies Calcium bei hohem Proteingehalt) und durch den pH-Wert des Blutes beeinflusst. Bei Azidose steigt das freie Calcium im Serum, bei Alkalose sinkt es. Ein hoher Serumcalciumwert kann eine akute Pankreatitis, eine hypertrophe Osteopathie, eine Nephrolithiasis sowie Magenulzera begünstigen.

siehe auch: Hyperparathyreoidismus

Calcium muss in ausreichender Menge mit der Nahrung zugeführt werden. Der Bedarf richtet sich am Knochenstoffwechsel aus und liegt bei Erwachsenen zwischen 800 und 1.200 mg pro Tag. Bei Heranwachsenden, in der Schwangerschaft und Stillzeit sowie postmenopausal werden 1.500 mg und mehr pro Tag benötigt. Calciumreiche Lebensmittel sind insbesondere Milchprodukte, Soja, bestimmte Gemüsesorten und calciumhaltige Mineralwässer.

Calcium ist ein wichtiger Laborparameter, der u. a. Auskunft über den Knochenstoffwechsel, die Nierenfunktion und endokrinologische Zusammenhänge (Parathormon, Calcitriol) gibt. Labormedizinisch kann die Calciumkonzentration im Blut und im Urin bestimmt werden. Als Probe wird Serum oder heparinisiertes Blutplasma verwendet. Die Calciumkonzentration wird als Serumcalcium angegeben. Analog zur Bestimmung des Serumkaliums kann eine zu lange Venenstauung vor der Blutentnahme zu falsch erhöhten Werten führen.

Serumcalcium

Calcium liegt im Blut zu etwa 50 % in Form von Ca²⁺-Ionen, zu 35 % an Proteine (v. a. Albumin) gebunden und zu 15 % komplexgebunden als Bicarbonat, Lactat, Citrat oder Phosphat vor. Bei der Bestimmung des Calciumspiegels im Blut können deshalb zwei unterschiedliche Werte erfasst werden: Zum einen das freie, ionisierte Calcium und zum anderen das Gesamtkalzium, das zusätzlich das proteingebundene und das komplexierte Calcium mit einbezieht.

Beide Werte sind als diagnostisch gleichwertig anzusehen, sofern der pH-Wert des Bluts und das Gesamteiweiß bzw. das Albumin normal sind. Ist das nicht der Fall, kommt es bei der Bestimmung des Gesamtkalziums zu Verschiebungen. Im Fall von abnormen Proteinkonzentrationen kann der Wert mit folgenden Formeln näherungsweise korrigiert werden:^[1]

$${\displaystyle {\ce {Korrigiertes\ Ca[mmol/l]=gemessenes\ Ca[mmol/l]-0,025*Albumin[g/l]\ +1,0}}}$$

oder

$${\displaystyle {\ce {Korrigiertes\ Ca[mmol/l]=gemessenes\ Ca[mmol/l]/0,6+Gesamtprotein[g/l]/194}}}$$

Die Messung des freien, ionisierten Calciums eignet sich aufgrund der raschen Veränderungen im Probenröhrchen (Präanalytik) eher für den POCT-Bereich zum Beispiel im Rahmen einer Blutgasanalyse.

Referenzbereich

• Gesamtcalcium: 8,4 bis 10,5 mg/dl (2,2 bis 2,6 mmol/l)
• Ionisiertes Calcium: 4,5 bis 5,6 mg/dl (1,1 bis 1,4 mmol/l)

Ausschlaggebend ist der jeweils vom Labor angegebene Referenzwert.

Umrechnung

Messmethode

Das Gesamtcalcium im Serum wird mittels Absorptionsspektrometrie oder Atomemissionsspektrometrie bestimmt. Die Messung des ionisierten Calciums erfolgt mit ionenselektiven Elektroden.

Interpretation

Liegt der Calciumspiegel im physiologischen Bereich, spricht man von einer Normokalzämie. Einen erhöhten Calciumspiegel bezeichnet man dagegen als Hyperkalzämie, einen erniedrigten als Hypokalzämie. Die möglichen Ursachen finden sich unter dem jeweiligen Begriff.

Calcium im Urin

Die Calciumausscheidung im Harn (Calcium im Urin, abgekürzt Ca-U) wird mit 24-Stunden-Sammelurin bestimmt. Der Urin muss mit Salzsäure angesäuert werden, um einen Niederschlag des Calciums zu verhindern.

Referenzbereich

• Männer: < 7,5 mmol/Tag
• Frauen: < 6,2 mmol/Tag

Interpretation

Bei einer erhöhten Calciumausscheidung im Urin spricht man von einer Hyperkalziurie. Sie kann prärenale Ursachen, die weitgehend identisch mit denen der Hyperkalzämie sind, oder durch eine erhöhte renale Calciumausscheidung ausgelöst werden, z.B. im Rahmen einer renal-tubulären Azidose.