칼슘의 체내 분포 및 대사

1. 체내 분포

 

칼슘(Calcium)은 인체에 가장 많은 무기질입니다. 성인 체중의 1.5~2.2%(0.9~1.4kg/60kg 기준)가 칼슘이고 그 양의 99%는 뼈와 치아에 존재하며, 나머지 1%는 혈액과 근육 각 조직에 들어 있어서 생체 대사작용을 조절합니다. 혈액에 존재하는 칼슘의 약 50%는 용해된 칼슘이온의 형태이고, 나머지 40%는 단백질과 결합된 형태이며 나머지는 구연산칼슘이나 인산칼슘 같은 저분자 이온화합물에 연결되어 있습니다. 혈장의 칼슘 농도는 9~11mg/dL의 범위 내에서 유지되어야 중요한 역할을 수행할 수 있으며 항상성을 유지하기 위해서 호르몬의 조절을 받습니다.

칼슘의 체내 함유비는 연령에 따라 다르고 성장함에 따라 골격도 커져서 체내 칼슘 함량도 증가합니다. 신생아의 골격은 완전히 석회화되어 있지 않습니다.

 

 

2. 대사

 

(1) 칼슘의 흡수

 

칼슘은 소장의 모든 부위에서 흡수됩니다. 섭취한 칼슘염은 염산에 의해서 용해되어 염산과 섞여 있는 음식이 소장 상부를 내려가서 흡수됩니다. 그 후 칼슘 흡수는 소장이 췌장액을 받아서 알칼리성화되면서 흡수 속도가 느려지며 양적으로는 회장을 포함한 소장의 아랫부분에서 가장 많은 양의 칼슘이 흡수됩니다. 능동수송으로 활성 비타민 D의 작용으로 조절됩니다. 칼슘의 수동적인 흡수는 포화상태가 되지 않고 비타민 D와 무관하게 일어나며 소장 전체에 걸쳐서 일어납니다.

 

① 칼슘 흡수에 영향을 주는 요인

 

칼슘의 흡수율은 개인과 성장단계에 따라 크게 차이가 납니다. 뼈의 성장이 급속도로 일어나서 칼슘의 필요량이 큰 영아기가 칼슘의 흡수율이 가장 높습니다. 모유를 먹는 아기는 섭취한 칼슘의 50~70%를 흡수합니다. 그러나 성인은 혼합식을 했을 때 약 30%밖에 흡수하지 않습니다. 보통 청소년이나 성인의 경우 1일 칼슘 섭취량의 20~40%가 흡수됩니다. 골격 발달이 왕성한 성장기 어린이의 경우에는 그 흡수율이 60%까지 증가하기도 하며 임신기간 동안의 흡수율도 60%로 증가됩니다. 일반적으로 노년기가 되면 성인기에 비해 흡수율이 떨어지는데, 특히 폐경기 여성인 경우 흡수율이 총 칼슘 섭취의 20% 정도에 불과합니다.

 

식사 중의 칼슘 함량이 크면 클수록 흡수량은 많으나 흡수율은 감소합니다. 성인의 칼슘 흡수 효율은 약 30%로 보고 있는데, 사람에 따라 10~60%로 나타납니다. 칼슘의 흡수는 주로 에너지와 운반체를 요하는 능동수송으로 흡수되고 소량은 확산으로 흡수됩니다.

 

② 칼슘 흡수 증진인자

 

소장에서 칼슘의 흡수를 촉진시키는 인자는 비타민 D와 유당입니다. 칼슘이 능동적으로 흡수되기 위해서는 운반체인 칼슘 결합단백질과 결합되어야 하는데, 이 운반체는 비타민 D의 도움을 받아 합성됩니다. 그러므로 비타민 D의 섭취량이 부족하거나 체내 합성량이 적으면 칼슘을 많이 섭취해도 이용되지 못합니다. 식사에 함유되어 있는 유당도 성인과 유아의 칼슘 흡수를 돕습니다. 우유에는 칼슘도 많고 유당이 함유되어 있어서 칼슘 흡수율이 높습니다.

 

③ 칼슘 흡수 방해 인자

 

장내에서 불용성 칼슘염이 형성되면 칼슘은 거의 흡수되지 않습니다. 식품에 함유되어 있는 물질 중 옥살산과 피틴산 같은 유기산은 칼슘과 불용성 염을 형성합니다.

 

● 옥살산 : 순무잎, 근대, 시금치, 코코아 등에 많이 함유되어 있습니다. 이 식품들에는 칼슘이 불용성 염으로 존재하기는 하지만 위산에 의해서 용해되어 흡수됩니다.

● 피틴산 : 통밀의 속껍질에 존재합니다. 피틴산도 칼슘과 결합하여 불용성인 칼슘 피테이트를 형성하여 칼슘의 흡수를 방해하나 열에 의해서 파괴되므로 조리 후에는 영향이 크지 않습니다.

● 섬유소 : 무기질 흡수를 크게 방해합니다. 섬유소를 많이 섭취했을 때 칼슘(마그네슘, 아연, 인 포함)은 음(-)의 평형을 이룹니다. 즉, 흡수되는 양보다 소변으로 배설되는 양이 많아지며, 섬유소의 섭취량이 많을수록 칼슘의 음(-) 평형이 크게 나왔습니다.

● 인 : 칼슘 평형에 영향을 줍니다. 칼슘과 인의 비율이 1:1 일 때는 칼슘이 체내에 보유되지만 칼슘보다 인을 많이 섭취하면 칼슘이 손실됩니다.

 

 

(2) 칼슘의 항상성과 유지

 

흡수된 칼슘은 혈액을 통해서 각 조직으로 운반되며, 혈액 내 칼슘 함량은 대개 9~11mg/dL로 일정하게 유지됩니다. 이와 같이 혈액 내 칼슘의 함량이 일정하게 유지되는 항상성(homeostasis)은 부갑상선 호르몬(parathyroid hormon, PTH), 비타민 D, 갑상선에서 분비되는 호르몬인 칼시토닌(calcitonin)으로 조절됩니다.

 

① 부갑상선 호르몬

 

칼슘 함량이 감소하면 부갑상선 호르몬이 뼈를 자극하여 뼈에 저장된 칼슘을 방출하게 하고, 신장으로부터 칼슘의 재흡수를 증진시킵니다. 한편으로는 섭취한 칼슘의 흡수를 촉진시켜 혈액 내 칼슘 함량을 정상으로 유지하게 합니다.

 

② 칼시토닌

 

칼시토닌은 뼈에서 필요 이상으로 칼슘이 방출되는 것을 막아 혈액에 정상 이상으로 칼슘이 증가하지 않도록 조절합니다. 즉 부갑상선 호르몬과 비타민 D작용의 반대 작용을 하여 칼슘의 함량을 일정량으로 유지합니다.

 

③ 글루코코르티코이드, 갑상선 호르몬, 성장 호르몬, 인슐린 등

 

글루코코르티코이드는 조골세포의 활성을 저하시켜 뼈의 손실을 가져옵니다. 갑상선 호르몬도 뼈의 분해를 촉진시킵니다. 성장 호르몬은 골격의 성장을 촉진하고, 활성형 비타민 D의 농도를 높이며, 소장 내의 칼슘의 이용성을 향상합니다.

 

④ 에스트로겐

 

혈액 내 에스트로겐 농도가 정상일 때 정상적인 골격 대사의 균형이 이루어집니다. 폐경 후 여성들에게 있어 에스트로겐 분비 감소는 골격 손실을 일으켜 골다공증의 원인이 됩니다. 뼈와 치아를 구성하는 칼슘은 매일 소량만 교환되며 동적 평형상태를 이룹니다.

 

(3) 칼슘의 저장

 

칼슘의 저장 문제를 이해하려면 먼저 뼈의 구조에 대하여 알아야 합니다. 뼈는 30%가 유기물이고 70%가 무기염입니다. 유기물은 단백질로 구성된 스펀지 같은 입체적 망상구조입니다. 무기염의 대부분은 소량의 수산기(-OH)를 가지고 있는 히드록시아파타이트(hydroxy-apatite, 인회석)라고 하는 백색 결정체입니다. 이 결정체는 유기물로 형성된 망 사이에 촘촘히 끼어 밀착되어 있습니다.

 

골격은 기본적으로 두 가지 형태의 뼈로 이루어집니다. 뼈의 가장자리를 구성하는 치밀골은 매우 단단하며 치밀한 구조로 이루어져 있습니다. 뼈의 말단 부분에 있는 해면골은 다공성의 조직으로 스펀지 형태를 이루고 있는데, 이는 모세혈관에 접해 있으며 골수에서 칼슘을 지속적으로 공급받는 칼슘의 저장고입니다. 칼슘 섭취가 증가하게 되면 해면골은 점점 커집니다. 칼슘 섭취가 부족하면 해면골 자체에 칼슘이 녹아 나와 이용됩니다. 칼슘이 해면골에 충분하게 보유되지 않을 경우 골반과 척추뼈에서 칼슘을 공급받게 됩니다.

 

(4) 칼슘의 배설

 

칼슘은 일단 조직 내에서 사용되고 나면 소변과 대변의 양쪽을 통하여 배설됩니다. 따라서 대변에는 흡수되지 못한 칼슘과 함께 일단 사용되었던 칼슘이 존재합니다. 침대에 편히 누워 있거나 가만히 앉아 있는 상태에서는 상당히 많은 양의 칼슘이 배설되지만 가만히 서 있을 때는 칼슘의 손실이 거의 없습니다. 이는 긴 뼈에 무게가 가해지면 체내의 칼슘이 보존되기 때문입니다.