Canxi là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và đặc điểm hóa học của canxi

Canxi là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm kim loại kiềm thổ, ký hiệu là Ca, có số nguyên tử là 20 trong bảng tuần hoàn. Ở điều kiện tiêu chuẩn, canxi tồn tại dưới dạng kim loại mềm, màu trắng bạc, phản ứng mạnh với nước và oxy. Trong tự nhiên, canxi không tồn tại ở dạng nguyên chất mà phổ biến dưới dạng các hợp chất như đá vôi (CaCO₃), thạch cao (CaSO₄·2H₂O), và fluorapatit (Ca₅(PO₄)₃F).

Canxi là nguyên tố chiếm tỷ lệ lớn thứ năm trong lớp vỏ Trái Đất, khoảng 3,6% theo khối lượng. Nó đóng vai trò thiết yếu trong nhiều quá trình địa chất, sinh học và công nghiệp. Trong môi trường sinh học, canxi chủ yếu tồn tại dưới dạng ion hóa Ca²⁺, tham gia vào các phản ứng sinh hóa và cấu trúc tế bào.

Canxi có điểm nóng chảy 842°C và điểm sôi 1.484°C. Dưới tác động của nhiệt, canxi cháy tạo ra ngọn lửa màu đỏ cam nhạt đặc trưng. Tính chất hóa học nổi bật của canxi là dễ bị oxy hóa và phản ứng mạnh với acid để giải phóng khí hydro.

Vai trò sinh học của canxi

Canxi là khoáng chất dồi dào nhất trong cơ thể người, chiếm khoảng 1–2% trọng lượng cơ thể, tương đương khoảng 1.000–1.200 gram ở người trưởng thành. Khoảng 99% lượng canxi tập trung trong xương và răng dưới dạng hydroxyapatit – một hợp chất kết tinh có công thức hóa học Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Phần còn lại tồn tại trong máu, mô mềm và dịch ngoại bào.

Canxi đóng vai trò không thể thay thế trong nhiều chức năng sinh học sống còn:

• Tham gia vào quá trình dẫn truyền xung thần kinh và co bóp cơ bắp.
• Hoạt hóa nhiều enzyme quan trọng trong chu trình tế bào và trao đổi chất.
• Điều hòa quá trình đông máu bằng cách kích hoạt các yếu tố đông máu phụ thuộc canxi.
• Duy trì tính toàn vẹn của màng tế bào và hoạt động của hormone tuyến cận giáp.

Canxi còn có vai trò như một phân tử tín hiệu thứ hai (second messenger), điều khiển hoạt động nội bào như giải phóng hormone, phân chia tế bào và chết tế bào theo chương trình (apoptosis). Sự thiếu hụt canxi làm rối loạn các chức năng này và ảnh hưởng đến sức khỏe toàn cơ thể.

Hấp thu và chuyển hóa canxi trong cơ thể

Canxi được hấp thu chủ yếu tại tá tràng và hỗng tràng thông qua hai cơ chế chính: vận chuyển chủ động qua tế bào biểu mô (phụ thuộc vitamin D hoạt hóa) và khuếch tán thụ động khi nồng độ canxi trong lòng ruột cao. Tỷ lệ hấp thu dao động từ 25–35% tùy thuộc vào tuổi tác, nhu cầu cơ thể và thành phần dinh dưỡng đi kèm.

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thu canxi:

• Thúc đẩy hấp thu: Vitamin D (đặc biệt là dạng hoạt hóa calcitriol), protein vừa đủ, acid citric.
• Ức chế hấp thu: Axit phytic trong ngũ cốc, oxalat trong rau xanh, caffeine và natri dư thừa.

Canxi máu được duy trì trong khoảng hẹp (~8,5–10,5 mg/dL) thông qua hệ thống nội tiết gồm hormone tuyến cận giáp (PTH), calcitriol (dạng hoạt động của vitamin D) và calcitonin. Sự cân bằng này được mô hình hóa như sau:

$[Ca^{2+}]_{máu} \propto \frac{PTH + Calcitriol}{Calcitonin}$

Khi canxi máu giảm, PTH được tiết ra làm tăng tái hấp thu canxi ở thận, huy động canxi từ xương và kích thích tổng hợp calcitriol để tăng hấp thu ruột. Khi canxi máu tăng, calcitonin ức chế quá trình này nhằm duy trì hằng định nội môi.

Nhu cầu canxi và khuyến nghị dinh dưỡng

Nhu cầu canxi thay đổi theo độ tuổi, giới tính và tình trạng sinh lý như mang thai, cho con bú hoặc mãn kinh. Khuyến nghị dinh dưỡng (RDA) từ Viện Y học Hoa Kỳ (IOM) dựa trên nhu cầu duy trì cân bằng xương và phòng ngừa loãng xương trong suốt vòng đời.

Bảng khuyến nghị nhu cầu canxi theo nhóm tuổi:

Nhóm tuổi / Đối tượng	Canxi khuyến nghị (mg/ngày)
Trẻ 1–3 tuổi	700
Trẻ 4–8 tuổi	1.000
Trẻ 9–18 tuổi	1.300
Người trưởng thành 19–50 tuổi	1.000
Phụ nữ >50 tuổi / Nam >70 tuổi	1.200
Phụ nữ mang thai / cho con bú	1.000–1.300

Việc đáp ứng đủ nhu cầu canxi thông qua chế độ ăn là ưu tiên hàng đầu. Trong trường hợp không đủ, có thể sử dụng viên bổ sung canxi theo hướng dẫn chuyên môn để tránh thiếu hụt kéo dài.

Thiếu hụt canxi: nguyên nhân và hậu quả

Thiếu hụt canxi là tình trạng phổ biến ở nhiều nhóm đối tượng, đặc biệt là trẻ em, người cao tuổi, phụ nữ sau mãn kinh và người ăn chay trường. Nguyên nhân có thể do chế độ ăn thiếu canxi, giảm hấp thu qua đường ruột, thiếu vitamin D, hoặc do tăng thải canxi qua thận.

Một số nguyên nhân cụ thể bao gồm:

• Hấp thu kém do bệnh lý ruột non (Celiac, viêm ruột), thiếu enzym tiêu hóa.
• Thiếu tiếp xúc ánh sáng mặt trời dẫn đến giảm tổng hợp vitamin D.
• Chế độ ăn nhiều natri, caffeine, protein động vật khiến tăng bài tiết canxi.
• Thiếu hụt hormone estrogen sau mãn kinh làm giảm khả năng duy trì canxi trong xương.

Hậu quả của thiếu canxi có thể phân chia thành ngắn hạn và dài hạn. Trong ngắn hạn, hạ canxi máu (hypocalcemia) có thể gây chuột rút, co giật, dị cảm (cảm giác tê rần), thậm chí rối loạn nhịp tim. Về lâu dài, thiếu canxi làm giảm mật độ xương, dẫn đến còi xương (ở trẻ em), loãng xương và nguy cơ gãy xương (ở người già).

Thừa canxi: tác động và nguy cơ

Tình trạng thừa canxi, hay tăng calci máu (hypercalcemia), thường gặp khi dùng quá liều viên bổ sung canxi, đặc biệt khi kết hợp với vitamin D liều cao, hoặc ở bệnh nhân có rối loạn tuyến cận giáp. Mức canxi máu bình thường là 8.5–10.5 mg/dL, khi vượt quá 11 mg/dL có thể gây triệu chứng.

Biểu hiện của tăng canxi bao gồm:

• Khát nước, đi tiểu nhiều, mệt mỏi, buồn nôn, chán ăn.
• Tăng nguy cơ sỏi thận do lắng đọng calci oxalat hoặc calci phosphate.
• Vôi hóa mô mềm, rối loạn dẫn truyền thần kinh-cơ, rối loạn nhịp tim.

Ngưỡng dung nạp tối đa (UL - Upper Limit) theo Viện Y học Hoa Kỳ đối với người trưởng thành là 2.500 mg/ngày (dưới 50 tuổi) và 2.000 mg/ngày (trên 50 tuổi). Việc vượt quá giới hạn này trong thời gian dài cần được theo dõi y tế nghiêm ngặt.

Các nguồn cung cấp canxi trong chế độ ăn

Canxi có thể được bổ sung thông qua thực phẩm tự nhiên, thực phẩm tăng cường hoặc viên bổ sung. Nguồn canxi tốt nhất là từ thực phẩm giàu sinh khả dụng và dễ tiêu hóa. Sinh khả dụng đề cập đến tỷ lệ canxi được hấp thu và sử dụng bởi cơ thể.

Một số thực phẩm giàu canxi:

• Sữa và các chế phẩm: như sữa chua, phô mai – mỗi cốc sữa cung cấp khoảng 300 mg canxi.
• Hải sản có xương mềm: cá mòi, cá trích đóng hộp.
• Rau lá xanh đậm: cải xoăn, cải bó xôi, nhưng oxalat có thể cản trở hấp thu.
• Thực phẩm tăng cường: như ngũ cốc, nước cam, sữa hạt có bổ sung canxi.

Bảng dưới đây so sánh lượng canxi trong một số thực phẩm:

Thực phẩm	Khẩu phần	Canxi (mg)
Sữa bò	240 ml	300
Phô mai cheddar	30 g	200
Cá mòi đóng hộp (nguyên xương)	85 g	325
Cải xoăn luộc	1 chén	180
Nước cam bổ sung canxi	240 ml	300

Bổ sung canxi và các lưu ý y khoa

Bổ sung canxi bằng thực phẩm chức năng nên được cân nhắc khi khẩu phần ăn không đáp ứng đủ. Có hai dạng chính: calcium carbonate (chứa ~40% nguyên tố canxi, hấp thu tốt khi dùng cùng thức ăn) và calcium citrate (chứa ~21%, hấp thu không phụ thuộc bữa ăn, phù hợp cho người dùng thuốc kháng acid).

Lưu ý y khoa khi bổ sung canxi:

• Không dùng liều trên 500–600 mg/lần; nên chia nhỏ liều để tăng hấp thu.
• Kết hợp với vitamin D (400–1.000 IU/ngày) để tăng hiệu quả hấp thu.
• Tránh dùng đồng thời với sắt, kháng sinh nhóm tetracycline, bisphosphonate – cần cách nhau tối thiểu 2 giờ.

Người có tiền sử sỏi thận, bệnh tim mạch, hoặc dùng thuốc lợi tiểu nên hỏi ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng canxi bổ sung kéo dài.

Canxi và sức khỏe xương khớp

Xương người là kho chứa canxi lớn nhất trong cơ thể. Canxi kết hợp với phosphate để tạo thành hydroxyapatit, cấu trúc chính của mô xương. Khoáng hóa xương phụ thuộc vào lượng canxi đủ và sự cân bằng nội tiết tố như estrogen, testosterone, PTH và calcitriol.

Thiếu canxi kéo dài làm giảm mật độ khoáng xương (BMD), dẫn đến loãng xương, đặc biệt ở phụ nữ mãn kinh do suy giảm estrogen. Kết hợp canxi, vitamin D và vận động thể lực đều đặn giúp giảm nguy cơ gãy xương và cải thiện sức mạnh xương khớp.

Các tổ chức như International Osteoporosis Foundation khuyến nghị kiểm tra mật độ xương định kỳ cho nhóm nguy cơ cao và đảm bảo khẩu phần canxi tối ưu hàng ngày để phòng ngừa loãng xương.

Tài liệu tham khảo

1. National Institutes of Health (NIH) Office of Dietary Supplements. https://ods.od.nih.gov/factsheets/Calcium-HealthProfessional/
2. Institute of Medicine. (2011). Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. National Academies Press.
3. Harvard T.H. Chan School of Public Health. https://www.hsph.harvard.edu/nutritionsource/calcium/
4. Mayo Clinic. https://www.mayoclinic.org/drugs-supplements-calcium/art-20369992
5. World Health Organization. (2020). Calcium supplementation in populations. https://www.who.int/publications/i/item/9789240004814