Calcium

Le calcium, élément atomique n°20 de symbole Ca : son histoire, ses isotopes, ses caractéristiques, ses corps simples, ses corps composés, son importance et son utilisation.

À partir de ce test, sir Humphry Davy, en 1808, a pu isoler le métal impur, qui est le calcium. Ce chimiste britannique a également isolé le sodium et le potassium.

Plus tard, en 1840, un physicien suisse, dont le nom n’a pas été divulgué, a prouvé l’importance du calcium dans la croissance des pigeons. Au début du XXe siècle, le calcium est reconnu comme étant un élément protecteur contre l’intoxication au plomb. Ainsi, les dirigeants des industries minières britanniques donnèrent du lait à leurs mineurs pour les préserver. Durant le XXe siècle, le calcium est proclamé bénéfique pour le système nerveux et les muscles.

Isotopes du calcium

Le calcium possède 24 isotopes connus, dont le nombre de masse varie entre 34 et 57. Il ne détient cependant aucun isomère nucléaire connu.

On dénombre 5 isotopes stables de calcium : ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca et ⁴⁶C. Les isotopes ⁴⁰Ca et ⁴⁶Ca sont soupçonnés d’être des radioisotopes avec une longue vie même si aucune désintégration n’a été relevée. Le radioisotope ⁴⁸ Ca a une demi-vie de 43×10¹⁸ années (soit 3 milliards de fois l’âge de l’univers), il est donc pratiquement stable. Le calcium 40 est celui qui compose la majorité du calcium naturel à 97 %.

Composés du calcium

La molécule du calcium le plus connu est le cation Ca²⁺. On dénombre aussi d’autres combinés tels que :

• l’aluminate de calcium dont la formule est Ca₃ (AlO₃) ₂ ou (Al₂O₃, 3 CaO) ; c’est le cas du clinker qui est utile dans la confection de mortiers réfractaires ;
• le carbonate de calcium CaCO₃, composant basique des roches calcaires qui après calcination deviennent de la chaux vive, de la calcite ou de l’aragonite ;
• le carbure de calcium ou CaC₂ qui est plus connu sous le nom de carbure, il produit de l’acétylène lors de son hydrolyse ;
• les halogénures composés de 4 éléments : le chlorure de calcium CaCI₂ pouvant remplacer le chlorure de sodium, le fluorure de calcium ou fluorine CaF₂, l’iodure de calcium CaI₂ et le bromure de calcium CaBr₂ ;
• le nitrate de calcium Ca₃N_2 ;
• le nitrure de calcium Ca₃N₂
• l’hypochlorite de calcium Ca(NO₃)_2 ;
• l’oxyde de calcium CaO (chaux vive) et hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ (chaux éteinte) ;
• le phosphate : phosphate de calcium Ca₃(PO4)₂ et hydroxyapatite Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (composant des os et des dents) ;
• le phosphure de calcium Ca₃P₂ dont l’hydrolyse produit de la phosphine PH_3 ;
• les sulfates : l’anhydrite sulfate de calcium anhydre ou CaSO₄ (déshydratant), bassanite sulfate de calcium semi-hydraté ou 2(CaSO₄).H₂O (poudre à plâtre) et gypse sulfate de calcium hydraté CaSO₄.2H₂O (plâtre durci) ;
• le sulfure de calcium CaS.

Le calcium allié au silicium ou silico-calcium est utilisé dans la préparation des aciers.

Importance physiologique du calcium

Le calcium est essentiel dans la formation des os et des dents. L’hypocalcémie peut causer des problèmes de croissance. Au contraire, un excès en calcium augmente le risque de maladies cardiovasculaires. Ce minéral empêche la production des oxalates dans le système digestif, entraînant les calculs rénaux.

Omniprésent dans le corps, le calcium intervient dans les échanges cellulaires. Le taux sanguin du calcium appelé calcémie est régulé pour prévenir des variations pouvant être fatales à l’organisme. On distingue deux hormones impliquées dans cette régulation, notamment la parathormone et le calcitriol. L’hormone du calcium calcitriol est un dérivé de la vitamine D. Le calcium régule également le pH corporel. Il est relargué des os, c’est-à-dire que la solubilité du sel dans les os est diminuée lors de l’acidification du milieu interne de l’os. Cette action est causée par la consommation de produit acidifiant (lait, protéine…) et la faible consommation de végétaux provoquant un effet alcalinisant.

D’après des études épidémiologiques, un régime riche en calcium baisse le risque du cancer de côlon et du cancer colorectal. Cette théorie a été confirmée en pratique par trois essais cliniques où des volontaires ont pris un supplément de carbonate de calcium (1 à 2 g/j). Le résultat est que la récurrence des polypes a diminué de 15 à 30 %. D’après 25 publications scientifiques, le calcium rabaisse le risque de cancérogenèse colique chez les rongeurs.

Le calcium par l’intermédiaire de l’ion calcium (Ca₂+) intervient également dans la contraction musculaire. Il est stocké dans le muscle et se libère sous l’influx nerveux en activant les molécules d’actine (qui sont responsables de la contraction du muscle).

Absorption du calcium

L’absorption calcique dépend du niveau d’apport. À faible niveau, le calcium est absorbé par transport transcellulaire actif. À haut niveau, elle est effectuée par une simple diffusion paracellulaire. Cette absorption du calcium se calcule à l’inverse de l’apport en calcium. Elle est à 70 % pour un niveau très bas d’apport et à 35 % pour un niveau d’apport calcique important.

Le calcul du pourcentage net d’absorption est : apport – perte.

Les pertes calciques incompressibles viennent des selles, de l’urine, de la sueur ou de la desquamation. Un résultat négatif avec de bas apports peut devenir positif avec des apports augmentés. Par exemple : un pic à 30 % d’absorption calcique pour un apport quotidien de 400 mg de calcium peut diminuer avec des apports plus élevés.

Excrétion du calcium

La part non absorbée du calcium se retrouve pour la plupart dans les selles et le reste finit dans les sucs digestifs.

Quant à l’excrétion urinaire, elle est très sensible aux variations du taux plasmique en calcium. Une infime diminution de 2 mg/l de plasma sanguin suffit à entraîner jusqu’à 30x une diminution de l’excrétion du calcium dans l’urine. Cette sensibilité rénale à la privation de calcium est combinée avec la relation inverse du taux d’absorption et de l’apport calcique. Cette combinaison sert à équilibrer la concentration plasmatique de calcium ionisé et à stabiliser les entrées et les pertes calciques. Dans les pays développés, où le niveau de consommation du sel et des protéines est élevé, la perte de calcium dans les urines est de l’ordre de 140 mg/j.

Il existe également des pertes calciques à travers la desquamation (peau qui part en petits lambeaux), la chute des cheveux et la perte des ongles. Ce sont des pertes insensibles, difficiles à mesurer, de l’ordre de 40 à 60 mg/j. Ces types de pertes calciques ne dépendent en aucun cas du niveau d’apport calcique dans l’alimentation.

Il y a un délai d’action entre le moment de l’administration de la vitamine D et celui où l’absorption du calcium augmente sous l’effet de cette vitamine. Cette action émane de la charge calcique de l’os et de cette vitamine liposoluble. Elle fixe le calcium à dose physiologique et la libère à forte dose (hypervitaminose), ce qui provoque une hypercalcémie. Durant la croissance, le site d’action privilégié de la vitamine D est la zone métaphysaire. Les effets de cette substance azotée sont contrebalancés par la calcitonine. Elle participe par ailleurs à la minéralisation osseuse du squelette et des articulations et agit efficacement sur la tonicité musculaire.

Sodium et son rôle sur le calcium

Le sodium est un minéral que l’on retrouve dans les aliments et dans le sel de table. Le taux urinaire de sodium ou natriurie est relié à la calciurie ou taux urinaire du calcium. En ingérant du sodium, l’excrétion urinaire de calcium augmente. Cela s’explique par le fait que le sodium tout comme le calcium joue un rôle dans la réabsorption au niveau des tubules rénaux. En restreignant le sel, la calciurie et le besoin nutritionnel en calcium diminuent. À l’inverse, la consommation alimentaire de sel augmente les besoins en calcium. Selon des études récentes, chaque apport supplémentaire de 2 g de sel alimentaire entraîne 30 à 40 mg d’excrétion urinaire de calcium.

Protéine et son rôle sur le calcium

L’apport alimentaire en protéines animales accroît l’excrétion urinaire de calcium. On constate, par ailleurs, que la prévalence des fractures de la hanche est rattachée aux apports de protéines animales. Dans la population japonaise, l’excrétion de calcium est positivement liée avec l’apport en protéine animale et non avec celui des protéines végétales. Si cet apport en protéine animale diminue, les pertes urinaires en calcium régressent irrémédiablement.

L’augmentation du taux de filtration glomérulaire est un des mécanismes par lequel les protéines animales influent sur l’excrétion du calcium. L’autre mécanisme que la majorité des études considère est l’effet de la charge acide qui est contenu dans les alimentations d’origine animale. Cela est dû au fait que ces nourritures à base d’animaux contiennent des acides aminés sulfurés et des ions phosphates en grandes quantités. Cette charge acide compensée par la fixation des ions H⁺ de phosphates acides (provenant du métabolisme phosphocalcique osseux) engendre la libération de carbonate de calcium osseux. Les ions sulfates et phosphates présents dans les protéines animales y jouent aussi un rôle. La calciurie est reliée au taux de sulfate urinaire. Une personne adoptant un mode alimentaire occidental possède un taux élevé de phosphore dans son urine. La cause en est la consommation de nourritures d’origine animale. La constatation est la même pour le sulfate urinaire, même si l’effet est moins important que celui des ions phosphates.

La corrélation positive entre l’augmentation de la calciurie, la prévalence des fractures et l’apport en protéine d’origine animale n’est pas encore bien définie par les recherches scientifiques. Les chercheurs font encore des études complémentaires jusqu’à aujourd’hui.

Apports recommandés en calcium

Les recommandations nutritionnelles en calcium de la FAO se basent sur les relations entre l’absorption/l’excrétion du calcium et l’apport calcique. Selon cet organisme, l’équilibre est atteint si on respecte ce quota :

• 520 mg/j de calcium en tenant compte des pertes fécales incompressibles ;
• 840 mg de calcium en prenant en compte les pertes urinaires causées par la desquamation ;
• 100 mg/j de calcium si on tient compte des pertes liées à la ménopause.

Les apports alimentaires en protéines animales doivent être pris en considération dans les besoins nutritionnels en calcium puisqu’ils sont positivement corrélés. Les protéines animales rapprochent les apports recommandés en calcium avec les apports calciques réels.

 En réduisant les apports en sodium (moins de sel dans l’alimentation), les besoins en calcium baissent à un niveau bas de 450 mg/j. En augmentant l’apport en vitamine D (exposition au soleil et autres apports suffisants), les besoins nutritionnels en calcium diminuent.

L’apport nutritionnel conseillé en calcium est de 900 mg/j chez l’homme adulte et de 800 mg/j pour la femme adulte consommant une alimentation occidentale. Ce pourcentage varie sensiblement entre les pays développés. Les apports journaliers recommandés en calcium pour la femme en ménopause et les personnes âgées sont de 1 200 à 1 500 mg/j.

Selon toujours la FAO et l’OMS, les personnes à tendance végétarienne ont un besoin en calcium plus bas de 500 mg/j. C’est aussi le cas des personnes qui s’exposent suffisamment au soleil (vitamine D) ou qui font une activité physique non sédentaire (à l’extérieur).

Enfin, les acides aminés soufrés tels que la méthionine, lorsqu’ils sont ingérés en quantité importante, augmentent la dispersion du calcium dans les urines. On trouve ces acides aminés soufrés dans les viandes, les poissons, les charcuteries et les œufs.

Conséquences de l’excès en calcium

Selon une étude de cas de la population en Suède, une femme qui ingère 1 400 mg de calcium par jour (sous forme de supplément) accroît le risque de mortalité. Pour les hommes, le même geste entraîne un risque de cancer de la prostate.

Présence du calcium dans les aliments

On trouve du calcium dans la plupart des aliments de consommations courantes. La source principale reste les produits laitiers. Dans les pays occidentaux, les denrées à base de lait constituent plus des deux tiers des aliments consommés. La présence du calcium dans le lait est absorbée par l’intestin à 30 %. Les produits laitiers augmentent également l’excrétion urinaire de calcium. Consommer des produits très riches en phosphore et en calcium entraîne une hyperphosphatémie et une hypercalcémie temporaire. Il y a aussi un risque d’inhibition de la synthèse de vitamine D.

On trouve également du calcium dans ces aliments :

• eau du robinet ;
• amande ;
• pistache ;
• datte ;
• persil ;
• figue ;
• cresson ;
• cacao ;
• pissenlit ;
• orange ;
• haricot sec ;
• jaune d’œuf ;
• graines de sésame (tahini) ;
• graine de pavot ;
• brocoli ;
• choux ;
• épinard et légumes à feuilles vertes en général ;
• poissons.