철의 대사작용

성인 남녀는 각각 50mg/kg과 40mg/kg, 즉 총 3~4g의 철(iron)을 함유합니다. 철의 가장 중요한 체내 기능은 산소를 이동시키는 것이지만 다양한 효소의 보조인자로서도 필수적입니다. 철의 결핍은 빈혈을 초래하는데 빈혈은 국내외에서 그 발병률이 높습니다.

 

 

 

정상적인 건강한 사람은 철의 흡수와 배설이 평형을 이루고 있습니다. 즉 하루 약 0.5~2.0mg의 철이 배설되고 또 흡수됩니다. 체내에서 이용되는 철은 적혈구의 헤모글로빈(hemoglobin)이 파괴되어 재흡수된 것, 저장되었던 철이 방출된 것과 장에서 흡수된 것의 세 가지 급원에서 비롯됩니다. 이 세 가지 철 중에서 헤모글로빈에서 재흡수된 철은 20~25mg/일 정도이고 흡수된 것은 약 1mg/일입니다. 대부분의 영양소는 필요 이상으로 흡수되었을 때 배설되지만, 철을 포함하여 2가 양이온으로 존재하는 미량무기질은 한번 체내에 들어오면 배설되지 않고 재사용됩니다. 따라서 철의 체내 함량은 흡수율을 통해 조절된다고 봅니다.

 

1. 철의 흡수

 

철은 현재까지 알려진 영양소 중에서 흡수율이 가장 낮아 섭취한 철의 약 10% 정도만 흡수됩니다. 철은 대부분 십이지장과 공장에서 흡수되며 일단 사용했던 철은 재흡수되어 사용됩니다.

 

(1) 철의 흡수기전

 

소장 세포에서 철은 에너지 의존성 운반체인 양이온(금속) 수송체(divalentcation(metal) transporter, DMT1, DCT1)를 통해 흡수된 후 트랜스페린과 결합하여 혈액으로 이동됩니다. 혈액을 따라 표적세포로 이동된 철은 기능 단백질과 결합하거나 세포 대사를 조절하는 데 이용되고 여분의 철은 주로 간, 비장, 골수에 페리틴으로 저장됩니다.

 

따라서 소장 점막 세포의 페리틴은 철을 일시적으로 저장함으로써 철의 흡수율을 조절합니다. 페리틴은 아포페리틴(apoterritin)과 철의 결합으로 생기는데, 이 페리틴은 체내 요구량에 따라 혈액으로 철을 보내 주는 역할을 합니다. 체내 요구량이 많을 때는 혈액으로 페리틴의 철이 이동되고, 체내 요구량이 많지 않을 때는 그대로 페리틴 형태로 저장되었다가 소장 점막 세포가 수명을 다해 떨어져 나가면서 결국은 대변으로 배설됩니다. 소장 점막 세포는 3일에 한 번씩 교체되는데 여기에 일시적으로 철이 저장됩니다. 철의 흡수에 영향을 주는 요인은 내적 요인과 외적 요인으로 나눌 수 있는데, 이때 내적 요인이 더 중요합니다.

 

(2) 철 흡수를 조절하는 내적 요인

 

체내 철의 저장량과 적혈구의 형성률이 철의 흡수를 조절하는 가장 큰 요인입니다. 체내 철의 저장량이 적으면 흡수율이 증가하고 저장량이 많으면 흡수율이 감소합니다. 성인 여성은 체내 철의 저장량이 남성보다 적기 때문에 흡수율이 높습니다. 특히 임신 중과 빈혈이 있을 때는 철이 많이 필요하기 때문에 임신하지 않은 여성들보다 철을 많이 흡수합니다. 출혈로 혈액이 소실된다든지 수혈해서 체내 혈액량이 감소되었을 때는 조혈작용이 증가하기 때문에 철의 흡수도 증가합니다.

 

(3) 철 흡수를 조절하는 외적 요인

 

① 철의 형태

 

식품으로 섭취하는 철은 헴(heme) 형과 비헴(nonheme)형으로 구분된다. 헴철은 생체 내에서 혈액의 헤모글로빈, 근육의 미오글로빈, 시토크롬계 효소의 성분으로 존재합니다. 따라서 육류, 생선류, 가금류에서는 내장이나 살코기가 비헴철뿐 아니라 헴철의 좋은 급원입니다. 헴철은 흡수율이 25~40% 정도로 높고 비헴철의 흡수를 촉진합니다. 비헴철은 헴과 결합되지 않은 원소나 무기염의 형태로 존재합니다. 한편 곡류, 두류 등 식물성 식품의 철은 모두 비헴철이고, 동물성 식품 중에서도 우유나 달걀의 철은 비헴철입니다. 비헴철은 흡수율이 5~17% 정도로 낮을 뿐 아니라 식품의 조성에 따라 흡수율이 영향을 받습니다.

 

② 유기산과 위산-비헴철의 산화상태

 

식물성 식품에 존재하는 대부분의 철은 2가의 철이온(제1 철, ferrous, Fe²⁺)과 3가의 철이온(제2 철, ferric, Fe₃³⁺) 형태로 존재합니다. 3가의 철이온보다는 2가의 철이온이 더 잘 용해되므로 더 잘 흡수됩니다. 비타민 C(ascorbic acid)는 환원력이 있어서 2가 철이온이 3가 철이온으로 산화되는 것을 방지할 뿐 아니라 3가로 산화된 것을 2가로 환원시켜서 철의 흡수를 돕습니다.

 

감귤류에 많이 함유되어 있는 구연산, 요구르트나 김치류의 주된 산인 젖산, 위액에 존재하는 염산과 그 외의 산들도 비타민 C와 같이 철의 흡수를 촉진합니다. 노인에게 흔히 나타나는 위축성 위염에서처럼 위산분비가 저하되면 철의 흡수 불량으로 인한 빈혈이 발생할 수 있습니다. 따라서 비헴철의 흡수를 증가시키기 위해서는 비타민 C나 오렌지주스를 함께 섭취하면 철의 생체이용률을 높일 수 있습니다.

 

③ 불용성 분자를 형성하는 식이성

 

철과 결합하여 불용성 분자를 형성해서 소장에서 흡수되지 않고 대변으로 배설되게 하는 식이 성분은 다음과 같습니다.

 

- 현미나 통밀같이 속개가 있는 곡류에 다량 함유된 식이섬유와 피트산(phytic acid).

- 식품첨가물로 사용되는 EDTA

- 엽차, 커피, 견과류, 감 등에 함유되어 있는 타닌산(tannic acid)- 견과류의 타닌산과 피틴산

 

④ 다른 무기질

 

비헴철은 단백질 수송체를 통해 소장 점막 세포의 세포벽을 통과하여 흡수되는데, 이 단백질 수용체는 철뿐 아니라 다른 2가 양이온인 Ca²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺의 흡수에도 작용합니다. 따라서 이들 무기질의 소장 내 농도가 높으면 수송체를 위해 철과 경쟁하게 됨으로써 특히 비헴철의 흡수가 저하됩니다.

 

 

2. 철의 이동

 

소장 점막 세포로 흡수되어 페리틴의 형태로 저장되었던 철은 혈액을 통해 온몸으로 순환하면서 필요한 곳으로 이동됩니다. 이때 소장 점막 세포의 페리틴에서 떨어져 나온 철과 결합해서 혈장을 통해 철을 이동시키는 단백질은 트랜스페린입니다.

 

 

3. 철의 저장

 

체내에 존재하는 철의 약 65%는 적혈구에서 헤모글로빈의 헴 성분을 형성하는 데 사용되고, 10%는 근육의 미오글로빈 성분으로 존재합니다. 그리고 나머지 25%는 조직에 저장되어 있다가 필요할 때 쉽게 유리되어 이용될 수 있습니다. 철은 체내에서 유리 이온(free ion)으로 존재할 경우 매우 활성이 강한 촉매로 작용하여 산화 스트레스를 가중시켜 체세포를 파괴하기 때문에 특정 기능에 필요한 양 외에는 단백질과 결합된 상태로 저장되어 있어야 합니다.

 

대부분의 경우 총철의 20% 정도가 저장 형태로 있는데, 주로 페리틴 형태로 간, 비장, 골수에 있습니다. 페리틴에 저장될 수 있는 양이 차면 헤모시데린 형태로 저장됩니다. 체내에서 사용하고 남은 철은 우선 페리틴의 형태로 저장 장소로 운반되기 때문에, 혈액 내의 페리틴 농도는 건강인의 철 저장량의 좋은 지표입니다. 정상 성인에서는 12-300g/L 정도이고, 철결핍빈혈 환자의 경우는 124g/L 정도입니다.

 

 

4. 철의 배설

 

식이로 섭취한 철의 약 90%는 대변으로 배설되고 소변으로는 0.1mg/일 이하의 철이 배설됩니다. 그러나 일단 체내로 흡수된 철은 대부분 재사용되므로 거의 배설되지 않습니다. 분해된 적혈구의 헤모글로빈을 이루는 철은 약 90% 이상이 재사용됩니다.

 

대변의 철은 대부분이 흡수되지 않은 철이고, 아주 적은 양만이 체내에 흡수되었던 철입니다. 흡수된 철 중에 0.3~0.5mg만이 대변을 통하여 배설되는데, 이는 소화관으로 소량의 혈액이 스며들고 또 극소량이기는 하나 소장 점막 세포가 떨어져 나가기 때문입니다. 흡수된 철이 다량 체외로 배설되는 경우는 수혈, 사고나 질병에 의한 비정상적인 출혈, 그리고 월경에 의한 혈액 소실 등입니다. 1년에 500mL씩 네 번 수혈을 하면 성인 남성의 경우 철필요량이 보통 1mg/일 이하이던 것이 3~4mg으로 증가합니다. 월경에 의한 철의 평균소실은 0.5mg/일 정도입니다.