钙——关于远古海洋的永恒记忆

　　生命不能创造，而只能利用元素。发源于海洋的生命，在最终登陆之前，花费了几十亿年的时间开发身边元素的近乎所有可能的用法，以探索生命的近乎最好可能。那些用法逐渐成了生命的底层机制，那些元素也就成了生命的根本成分。

　　大海中除了基本的（构成水的）氢和氧之外，最丰富的元素是：氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳……在地球史中，海水中的矿物质浓度在整体上是逐渐上升的。

　　而同样以水为主体的生命，需要能游离在水中且可与多方互动的元素，以建构生命底层的多种化学过程。于是，海水中的氯、钠、镁、钙、钾离子也都成了生命体内的主要离子。硫离子和碳离子都难以在水中单独且稳定存在。溴也是生命必需的元素之一，虽然其功能更多地被同族的氯和碘替代了。

　　其中钠、钾离子的碱性过强，必须与特定的阴离子（比如氯离子）组合，否则容易腐蚀有机组织；镁、钙离子的碱性弱，能够与许多种阴离子组合，因此适应性更广，可以更灵活地参与建构生命的化学过程。

　　而相比于镁，钙离子更大一些，因此移动更快，与水分子的交换速度是镁的五千倍，与配体的结合速度和强度是镁的一万倍；另外，钙离子的电子层数更多（最外层电子的结合力更弱），更容易失去电子，还原性更强，可以与更多种类的分子产生联系。与海水中同样不算少的锶相比，钙离子又足够小，能够穿过许多细胞通道。

　　可以想见，在海洋中演化了几十亿年的生命，一定将如此丰富而好用的矿物质开发到了极致。相比于海洋中明显更多的镁，生命更需要钙。

　　不过，其实在生命诞生之初，海洋中的钙非常少，每升海水中大约只有4μg。随着地壳中的钙一点点汇入大海，海水中的钙才越来越丰富。但生命体内的许多化学过程还是保守的，需要从前那样的低钙环境才能良好进行。于是细胞需要不断将从外界进入的钙排出去（或者「关起来」），以维持内部的平衡——直到今天，我们体内细胞中的钙离子浓度依然是海洋在40亿年前的水平。

　　随着海水中的钙浓度大幅提升，细胞内外形成了足够的渗透压（和电势差）。有些细胞学会了利用这种跨膜压力，让钙离子适时地涌入自身内部，然后与某些特定的蛋白质结合，从而改变其形态，进而引发一系列的反应。这些细胞就成了后来的真核细胞，最早用来与涌入细胞的钙离子结合的蛋白质之一就是钙调素，随后更是出现了许多种能与钙离子结合（从而改变活性）的蛋白质，比如各种离子通道、酶、转录因子……今天，钙调素依然存在于所有真核生物体内。细胞膜上许多营养通道的开合也需要钙的调节。钙离子本身在涌入细胞中时，也能牵带一些有极性的营养分子，比如水分子、葡萄糖分子。真核细胞中的线粒体、内质网，乃至富酸的内体和溶酶体中都储存有钙离子，在特定情况下也会向细胞质输送钙离子，引发特定反应。（内质网和溶酶体中的钙离子浓度约为20mg/L。）

　　对于真核生物而言，作为第二信使的钙离子信号大概是其最普遍的细胞内信号，使其能根据外部环境的变化来调节大量的内部活动，比如ATP合成、基因表达、细胞分裂（整个细胞周期都经由钙离子调控）——在这个意义上，钙离子通道几乎可以算作是真核细胞最原始的眼睛了，而钙离子就是对那「眼睛」而言的光。

　　在前寒武纪，当多细胞生命出现时，海洋中钙的浓度已经比最初提升了至少一万倍。即，当细胞开始联合在一起时，充斥在其间隙和外周的液体的钙浓度达到了每升40mg乃至更高的水平。大量与细胞连接、互动、协调有关的机制就在这种钙浓度下发展出来，比如细胞分化、胞吐（关乎着激素分泌、免疫反应、神经信号传递、突触形成），细胞之间的连接、协调运动（关乎着肌肉收缩、心脏搏动）。比如在（上皮组织和内皮组织中）细胞之间维持稳定连接的钙黏蛋白（cadherin）和创造临时连接的选择素（selectin）都依赖钙离子，以至于细胞连接结构的稳定性与细胞间质的钙离子浓度正相关。在胰腺中，当组织液中的钙离子涌入β细胞中，就会刺激胰岛素分泌。免疫系统中的肥大细胞，也需要钙离子涌入来向外分泌组胺、血清素，乃至肿瘤坏死因子、白介素4和白介素13等。

　　今天，我们身体组织液内的自由钙离子浓度比细胞内部的也高约一万倍，约为50mg/L，这大概就是多细胞生命在逐渐复杂化的时期，即约5亿年前海洋中的钙水平。在那之后，海洋中的高等生命就开始建立完善的体液内平衡系统，在体内钙水平过高时，将其更多地结合、沉积或排出，以确保细胞外始终是当初联合时的离子浓度，而不会跟着外界的海水一直上升，进而影响保守于先前钙离子浓度的各种细胞间机制的运行。人体组织液中的钙有41%与蛋白质结合，这种钙无法自由扩散；9%与阴离子（柠檬酸、磷酸）组合，剩下50%的自由钙离子可以通过细胞膜扩散。钙与磷酸结合成正磷酸钙，与碳酸氢钙一起形成酸碱缓冲剂，将细胞外打造成弱碱性的环境（在这种环境下，正磷酸钙不会沉淀）——pH为7.4，这应该也是海洋曾经的水平。

　　当海水中的钙愈发丰富，多细胞生命也开发出了更奢侈的用法——打造硬性结构，比如外壳、牙齿、骨骼，这支持了寒武纪的物种大爆发，乃至更后来脊椎动物的兴起。如今，钙依然是我们体内最多的矿物质，占矿物质总量的40%，其中有99%都是参与构建骨骼的（骨胶原蛋白上的羟基磷灰石晶体），而在细胞内外参与各种生理功能的钙只有1%。不过要说「奢侈」，低等动物似乎更有创造力。比如牡蛎，用钙打造的壳重能达到「自身」重量的数倍，珊瑚虫那用钙造礁的做派更是堪称铺张了。

　　如今，海洋中的钙更是达到了400mg/L的水平……晒制海盐的过程中，大部分镁和钙的沉淀物（比如硫酸钙），都会被作为杂质（类似于水垢）去除。

　　生命登陆后，也就离开了各种离子的海洋，从而需要不断摄入钠、氯、镁、钙、钾……以将体液内的各种矿物质维持在海洋曾经的水平。

　　好在钙在大地中也很丰富（占比3.4%），经过（带有二氧化碳的）水的溶解后（碳酸钙变为碳酸氢钙），就有了好用的钙离子。大地中的各大元素为：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁……植物的根系凭借土壤中少量的水分，获取溶解在其中的少量钙离子。

　　不过不同地区的地质和淡水，钙含量差异极大。一般所谓「硬水」每升应有100mg之上的钙，但少的每升只有几十毫克，多的甚至能达到700mg。水在加热的时候，其中的钙会逐渐沉淀为水垢，加热时间越久沉淀越多。比如重庆地区的自来水含钙量有276mg/L，煮沸1分钟，降至216mg/L；煮沸10分钟，降至132mg/L。「矿泉水」中的钙往往很低（烧不出水垢），也许是经过了什么工艺处理？……

　　因此动植物在不同地区的水土中能获得的钙也是高低不一。为了保证获得充足的钙，动物就像对（陆上更匮乏、分布更不均的）钠一样，也发展出了对钙的味觉和食欲：动物的舌头上有钙离子受体，当跟其他味道混在一起时，充足的钙离子会让人产生「浓郁」的味觉感受；而如果动物的饮食中长久缺钙，也会偏爱喝富含钙离子的水，喜欢吃蛋壳，啃食风化的动物骨骼，乃至于吃土……植物也有可能「缺钙」，尤其是生长在酸性土壤中的。舔粉笔（硫酸钙）时的感受大概就是钙最朴实的味道。

　　同样，当人类的整体生活方式逐渐远离海洋后，也就更容易缺乏海洋中的矿物质：氯、钠，乃至镁、钙。如果钙摄入持续不足：

　　体液中的钙浓度偏低，细胞的跨膜电势更不稳定，细胞膜上的（电压门控）离子通道更容易被激活，细胞也就更容易被「激发」——由于神经细胞和肌肉细胞都是可被激发的，这会让人容易在睡眠中早醒，乃至肌肉抽筋（或不自觉抽动），也可能让肥大细胞更轻易地向外释放组胺和其他炎症因子，也就是说，让人更容易发炎和过敏。

　　体液难以维持弱碱性，而一旦细胞的外部环境偏于中性甚至弱酸性，（为了维持足够的跨膜电势）就会迫使细胞内部更加酸化，进而影响细胞的诸多功能乃至细胞膜的稳定性；细胞外环境的pH一般为7.4，而细胞内环境的pH则为6.6，这种差异产生了70毫伏的电势差。如果外环境的pH降到7，细胞内环境的pH就会降到6.2，以继续保持70毫伏的电势差。好在体液中还有另一套缓冲系统——磷酸二氢钾和磷酸氢二钠——可以保证无论如何缺钙，细胞外环境的pH也不至于降到6.8以下。

　　各种上皮组织中的细胞连接也会更不稳定，于是更容易出现肠漏，进而也会更容易对食物不耐受和过敏；

　　凝血功能受限，血压偏高……

　　于是在这种情况下，身体会尽力维持体液中的钙浓度：

　　首先会有三磷酸肌醇将细胞内储存的钙释放到细胞外；除了内质网、线粒体、内体和溶酶体中的储存之外，细胞内还有些专门结合钙的蛋白质，另外还会有些钙盐沉淀（比如正磷酸钙在细胞内弱酸性环境下会沉淀）——这些都是细胞储存钙的方式。

　　如果细胞内的钙也不够了，甲状旁腺素会升高，以从骨骼中提取钙，而这会让骨量持续下降；

　　如果骨骼内的钙都不足了时，就会从许多功能性的钙结合蛋白那里征调钙，这会加剧细胞功能失调……

　　身体逐渐缺钙的许多表现，也正是身体逐渐衰老的表现。

　　那么作为现代人类，每天需要摄入多少钙才算够呢？

　　RDA的推荐量是：成年人每天1000mg，老年人则是1200mg。我们可以把这作为最低标准。

　　首先尽量从日常饮食中获取钙。

　　比如迅速烧开然后冷却的凉白开，每天喝1～2升的话，就有400mg乃至更多的钙。可以给当地的供水局或者自来水厂打电话，询问自来水的硬度，国内许多城市自来水的含钙量都高于200mg/L。相比之下，100克的牛奶也只有100mg的钙。

　　小鱼小虾。因为往往会完整地吃，所以含钙量都不错。比如每100克玉筋鱼有500mg的钙，100克池沼公鱼有450mg的钙，沙丁鱼有350mg，泥鳅300mg，香鱼250mg……虾壳中的钙含量也很高，而虾越小，虾壳所占的比重越高，整虾的含钙量也就越高。比如100克南极磷虾有360mg的钙……而如果不吃壳的话，100克草虾只有61mg的钙（不过也还可以了）……100克的干虾皮更有近乎1000mg的钙。

　　海洋蔬菜和叶类蔬菜。比如100克羊栖菜有1400mg的钙，浒苔有920mg，海带有900mg，裙带菜有820mg，石花菜660mg，紫菜有280mg……100克荠菜有290mg的钙，罗勒叶有240mg，紫苏叶有230mg，芹菜有140mg，菠菜99mg，油菜有97mg。（因土质不同，陆地蔬菜中的实际含钙量应该差异很大。）不过叶类蔬菜中往往也有不少的草酸，会妨碍钙的吸收，比如草酸含量极高的蔬菜，其钙的吸收率只有5%——焯水能在一定程度上解决这种问题。

　　贝类。贝类要构建外壳需要大量的钙，于是其体内也往往富含钙。比如每100克苹果螺有400mg的钙，蚌有160mg的钙，牡蛎88mg，花蛤66mg……

　　骨头。硬骨中大概有1/4～1/3的重量都是钙——或许原始人也像其他动物那样，在缺钙时会啃食野外风化的动物骨骼吧；现代人可以用骨粉代替……软骨（脆骨）中的钙也还可以，比如100克猪软骨有100mg的钙，鸡软骨有47mg的钙……羊肋骨中的脆骨明显更为「钙化」，不过具体含钙量未知，推测应该远高于100mg/100g。

　　骨髓和脊髓。100克牛骨髓含有304mg的钙……这应该也是人类进化过程中的一大钙源……骨髓中还含有大量的维生素K2。

　　蛋黄。每100克鸭蛋黄有123mg的钙，鸡蛋黄有112mg……

　　奶制品。当然，奶制品也是富含钙的，前提是不对其中的乳糖、酪蛋白不耐受乃至过敏……

　　除了含有较多草酸的蔬菜之外，其他各种食材（包括自来水）中的钙的吸收率都是差不多的，一般都在20%以上。（牛奶中钙的吸收率为30%。）

　　而除了以每天1000mg钙的目标组织饮食外，还可以像吃盐一样，额外补充钙——每天可补充1000mg乃至2000mg都可以。

　　最推荐的补剂形式是柠檬酸钙，不仅吸收好，柠檬酸还是人体能量代谢的关键产物，且可能防止体内草酸钙结晶的形成；其次是抗坏血酸钙，优点是溶解度高（可以用来自制「硬水」），还能同时补充维生素C；螯合形式的钙（比如天门冬氨酸钙）也可以。因为钙镁的协同性，补钙时最好也补镁（也推荐柠檬酸镁），两者的比例关系可以为2∶1。

　　在盐（氯化钠）成为人类饮食中无可争议的第一补剂后，在世界各地的传统文化中也都发展出了「补钙」的方法。

　　比如我们会用石膏（硫酸钙）来做豆腐，中医里也会用各种富含钙的东西做药材，比如石膏、龙骨（骨头化石）、牛骨、龟甲、珍珠母（贝壳粉）、珍珠粉、鹿茸、灶心土；罕萨人喝融化的冰川水，其中因溶解了大量矿物质而呈乳白色，被他们称为「大山的乳汁」；以长寿闻名的冲绳人，会用「珊瑚砂」（钙镁比例为2∶1）饲养鸡、牛，施肥土地；美洲土著有吃黏土的文化，并称某些含钙量高的黏土为「治愈的泥巴」；古埃及、古希腊、古罗马、古阿拉伯，乃至近代的欧洲和印度也都有用黏土治病的文献记录……黏土能改善的病症据说有：过敏、痤疮、贫血、关节炎、口臭、疲劳、湿疹、痔疮、胃溃疡、寄生虫、食物中毒、毒虫叮咬等等。这其中有些应该是由于其中的钙（和镁）而改善的，比如过敏、关节炎、湿疹、胃溃疡等，另一些也许是由于其中的土壤菌群。带着家乡土泡水喝能缓解「水土不服」，应该主要是补充土壤菌群的效果，当然也能附带补钙。

　　通过盐、石、土或其他补剂，来补充氯、钠、钙、镁，也可算是人类对自己体内永恒记录着的那片离子海洋的追忆仪式吧。

　　另：为了更好地吸收钙，还需要补充维生素D3，保证蛋白质的摄入，减少饮食中的草酸和植酸。在缺乏维生素D3时，肠道吸收钙的能力可下降到理想情况的1/20。蛋白质一方面会促进肠道吸收钙，另一方面也可能促进肾脏排出钙。

　　而为了让身体能更好地利用钙，即让其更多地沉积在骨骼而非各种软组织内，还需要保证维生素K2的摄入。

　　另另：要判断钙的摄入是否充足，短期的话可以检测唾液的pH值。理想情况下，唾液应该是弱碱性的，pH为7.4，这样不仅能让其中的淀粉酶正常工作，还能中和吃进去的各种酸，以防腐蚀牙齿；而如果体内的钙不足，唾液pH值会下降，甚至会偏酸（低于7.0）。不过因为饮食本身也会影响唾液的酸碱度，所以检测唾液的pH值最好是在饭前，口水开始分泌时。在偏酸的唾液中，也应该更容易沉淀出牙结石。

　　长期的话应该监测骨密度的变化趋势。最好的参考部位是股骨颈，因为它不仅反应了整体上的钙水平，还反应了平日生活中是否坐得太多——在坐姿中，股骨颈不承重，即使钙摄入充足，也可能会慢慢损失骨量。

　　https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2697291/

　　https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1367289/

　　https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2801228/

　　https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15708786/