カルシウムは化学元素の一種です。周期表（全元素のリスト）上の記号はCaです。原子番号は20です。20個の陽子と20個の電子を持っています（原子の場合は、イオンを参照）。最も一般的な同位体はCa-40とCa-44である。その質量数は約40.08です。カルシウムは人体で骨を作ったりするのにとても重要です。

化学的・物理的性質

  • カルシウムはアルカリ土類金属（周期表の第2族）に属する銀白色の金属で、柔らかめで展性はあまり高くありません。
  • 電子配置は [Ar] 4s2 で、典型的に二価の陽イオン（Ca2+）を形成します。
  • 常温常圧では安定ですが、空気中では表面が酸化して薄い酸化膜を作ります。金属カルシウムは水と反応して水酸化カルシウム（Ca(OH)2）と水素を生じます（ただし反応性はアルカリ金属ほど激しくはありません）。

同位体

カルシウムには多くの同位体がありますが、天然に存在するものとしては主にCa-40（最も多い）、Ca-44、Ca-42、Ca-43、Ca-46、Ca-48などが知られています。安定同位体が多く、生体内や地球化学の研究で同位体比が利用されることがあります。

化合物と用途

  • 代表的な化合物に酸化カルシウム（生石灰）、水酸化カルシウム（消石灰）、炭酸カルシウム（石灰石、貝殻の主成分）、リン酸カルシウム（骨の主成分の一部）などがあります。
  • 工業用途では、セメントやガラス、鉄鋼の脱酸剤、金属カルシウムは合金の脱酸や還元剤として、炭酸カルシウムは充填材や建材として広く使われます。
  • 農業では土壌のpH調整（石灰散布）に、医療分野では炭酸カルシウムが制酸薬やカルシウム補給剤として用いられます。

人体での役割

  • 約99%のカルシウムは骨や歯に存在し、主にリン酸カルシウム（ハイドロキシアパタイト：Ca10(PO4)6(OH)2）として硬さと構造を与えます。
  • 残りのカルシウムは血液や細胞内外にあり、次のような重要な生理機能を担います：
    • 筋収縮（心筋・骨格筋・平滑筋）
    • 神経伝達におけるシグナル伝達（シナプスでの神経伝達物質放出）
    • 血液凝固（凝固因子の活性化）
    • 細胞内のセカンドメッセンジャーとしての役割（Ca2+の濃度変化が様々な代謝反応を制御）

吸収・代謝・ホメオスタシス

  • 食事からのカルシウムは主に小腸で吸収され、ビタミンD（活性型ビタミンDはカルシウム吸収を促進）やホルモン（副甲状腺ホルモン：PTH、カルシトニン）が吸収と骨からの放出・蓄積を調節します。
  • 腎臓はカルシウムの再吸収と排泄を制御し、血中カルシウム濃度を一定に保ちます。血中カルシウムが低下するとPTH分泌が増え、骨からカルシウムが放出されるなどして補正されます。

摂取と健康

  • カルシウムの推奨摂取量は年齢や性別、国の基準によって異なりますが、成人では一般に数百mgから1000mg程度を目安とすることが多いです。具体的な数値は各国の栄養指針に従ってください。
  • 良い食事源には牛乳・乳製品（チーズ、ヨーグルト）、小魚、緑色野菜（ただし含有量や吸収率は種類により異なる）、豆類や強化食品（カルシウム強化の食品）などがあります。
  • カルシウム吸収は食事中のリン酸、シュウ酸、フィチン酸などによって妨げられることがあり、ビタミンDや適度なタンパク質は吸収を助けます。また過剰なナトリウムやカフェインは尿中排泄を増やすことがあります。

欠乏と過剰

  • 不足すると成長期の骨形成障害（くる病、発育不良）や成人では骨量低下（骨粗鬆症）のリスクが高まります。
  • 過剰摂取は高カルシウム血症や腎結石、腎機能障害を引き起こすことがあるため、サプリメントの長期大量使用には注意が必要です。

歴史と製造

カルシウム元素は18世紀末に電気分解などを用いた研究で単体が分離され、産業的には石灰石（炭酸カルシウム）や石灰（酸化カルシウム）として古くから利用されてきました。金属カルシウムは高温で塩化カルシウムなどを還元して得られます。

まとめ

カルシウムは化学的にも生物学的にも重要な元素で、骨や歯の主要成分であるだけでなく、筋肉の収縮、神経伝達、血液凝固など生命活動に欠かせない役割を果たします。バランスの良い食事と適切なビタミンDの状態を保つことが、カルシウムの健康維持に重要です。