철의 체내작용, 결핍과 과잉증, 섭취기준과 급원식품

1. 체내 작용

 

(1) 헤모글로빈의 구성 성분으로 산소 운반

 

철은 헤모글로빈의 구성 성분으로 산소를 운반하는 작용을 합니다. 적혈구는 혈액에서 산소 운반 기능을 하는 세포이고, 세포질의 대부분은 헤모글로빈이라는 단백질로 채워져 있습니다. 헤모글로빈은 글로빈 단백질에 헴이 결합한 금속단백질입니다. 헴은 아미노산으로부터 합성된 화합물로 그 중심에 철을 함유하는데, 이 부분에 산소가 결합해서 적혈구가 산소를 운반하는 역할을 하게 됩니다. 철은 헤모글로빈 분자의 1% 이하를 차지하고 있으나 철에 산소가 결합되기 때문에 필수적인 물질입니다.

 

폐에서 헤모글로빈은 산소와 헐겁게 결합하여 옥시헤모글로빈 형태로 혈액을 통해 각 조직으로 산소를 운반합니다. 옥시헤모글로빈에서 산소가 분리되면 환원 헤모글로빈이 됩니다. 조직 내에서 세포호흡을 통해 발생한 이산화탄소의 약 10%는 헤모글로빈과 결합하여 폐로 운반되고, 폐에서 헤모글로빈은 이산화탄소를 방출하고 산소와 다시 결합합니다.

 

(2) 미오글로빈의 성분으로 산소 저장

 

미오글로빈은 근육조직에 존재하며 구조와 작용이 헤모글로빈과 유사합니다. 미오글로빈은 헤모글로빈에서 산소를 받아 그 산소를 일시적으로 저장하고 있다가 ATP(adenosine triphosphate) 형성을 위한 호기성 대사과정에 필요한 산소를 제공합니다.

 

(3) 전자전달계 효소의 구성 성분으로 에너지 대사에서 작용

 

전자전달계는 열량영양소가 호기적 대사를 통해 ATP를 생성하는 경로로서 여러 가지 효소 단백질로 구성됩니다. 시토크롬계 효소들은 헴철의 형태로, NADH 탈수소효소와 숙신산탈수소효소는 비헴철의 형태로 철을 함유합니다. 따라서 철은 에너지 대사에 필수적입니다.

 

(4) 보조인자로서 효소의 구성 성분

 

철은 과산화수소 분해효소, 과산화효소의 구성 성분일 뿐 아니라 신경전달물질이나 콜라겐 합성에 관여하는 다양한 효소들의 보조인자로 작용합니다.

 

 

2. 결핍증과 과잉증

 

(1) 결핍증

 

철의 결핍은 세 단계로 진행됩니다. 우선 섭취량이 결핍되기 시작하는 1단계에서는 체내 철 저장량이 감소되나 생리적 기능은 정상으로 유지됩니다. 2단계는 철의 결핍으로 적혈구 생성이 줄어들지만 임상적인 증상은 없는 생화학적 철 결핍상태입니다. 3단계에서는 철 결핍성 빈혈의 임상적 증상이 나타납니다.

 

1단계에서는 철 저장량이 감소하므로 혈청 페리틴의 농도가 저하되고 총철 결합능력은 증가하지만 적혈구 생성에 필요한 철 함량은 정상으로 유지됩니다. 2단계에서는 트랜스페린에 결합할 철이 부족해지므로 트랜스페린 포화도가 감소하고 철 결합능력은 증가하며 적혈구의 프로토포르피린 농도가 증가합니다. 철이 장기간 결핍되면 3단계로 헤모글로빈 농도가 감소하고 평균 적혈구 용적이 감소하며 철 결핍성 빈혈의 증상이 나타납니다.

 

철 결핍성 빈혈이 생기면 혈액의 산소 운반능력이 감소하므로 안색이 창백해지고, 손톱이 움푹 파이며, 몸이 허약해지고, 숨결이 짧아지며, 활력이 없어지고 면역기능도 약해지며 의욕저하와 식욕부진이 나타납니다. 성장기 아동의 경우 성장이상과 행동 · 학습능력의 발달이 저하됩니다. 운동실조, 발달장애, 인지능력 손상을 초래하며 임신부에서는 빈혈, 조산, 미숙아, 사산 위험 등이 발생할 수 있습니다.

 

철 결핍성 빈혈의 원인으로는 철의 섭취량 부족, 출혈, 흡수 불량 등이 있습니다. 궤양, 치질, 대장암 등의 내출혈이나 월경혈을 통한 과다출혈이 지속되는 경우 빈혈이 생깁니다. 위 절제 수술이나 위산분비의 저하 혹은 다른 식이요인으로 인해 철의 흡수가 감소될 수 있습니다. 감염이나 관절염 등의 질병 또한 철의 재사용을 저하시켜 철 결핍성 빈혈의 원인이 됩니다. 철 결핍성 빈혈이 특히 많이 나타나는 시기는 영·유아기와 사춘기, 임신기입니다.

 

 

(2) 과잉증

 

식사를 통해 철이 과잉섭취될 경우는 매우 드물지만 철 보충제를 과잉 섭취한 어린이에서 급성 독성이 보고된 바 있습니다. 급성으로 중독이 되면 구토, 설사 등 위장관 증상이 타나고 시간이 지나면서 심혈관계, 신경계, 신장, 간, 혈액 등에 부작용이 나타납니다. 어린이에서 체중 1kg당 만성 섭취량이 20mg이면 위장장애, 60mg이면 순환기계 손상이 생기는데 치사량은 체중 1kg당 200~300mg입니다. 철 보충제 섭취나 정맥영양액을 통한 철 투여 과다 등으로 이차적인 철 중독이 될 수 있습니다. 혈색소증은 철이 과도하게 흡수되는 유전적 질환으로 간, 혈액, 근육, 심장, 췌장에 철이 축적되어 치료하지 않으면 간이나 심장 등의 기관에 손상이 와서 당뇨병이나 심부전이 생길 수 있습니다.

 

과량의 철 보충이 아연 흡수를 감소시키는 것은 철과 아연을 모두 식품이 아닌 보충제 형태로 섭취할 때입니다. 킬레이트 철이나 헴철 형태로 섭취한 경우에는 유의적인 유해영향이 없다는 보고가 있습니다. 과도한 철 섭취가 자폐증, 알레르기 기타 유아 질병의 원인이라는 주장도 있습니다.

 

 

3. 섭취기준과 급원식품

 

(1) 섭취기준

 

2015년 한국인 영양소 섭취 기준에서 성인의 경우 평균필요량, 권장섭취량 및 상한섭취량이 정해져 있습니다.

 

평균필요량은 기본 철 손실량과 헤모글로빈 철 및 월경혈로 인한 철 손실량을 고려하였습니다. 기본 손실량은 성인과 노인에서 0.014mg/kg이고 월경혈로 인한 철 손실량은 0.5mg/일로 계산합니다. 철 흡수율을 12%로 계산하였을 때 표준체중이 56.1kg인 19~29세 성인 여자의 평균필요량은 다음과 같이 계산하고, 30~49세 여자는 해당 표준체중을 감안하여 같은 방법으로 계산합니다.

 

평균필요량 = (단위체중당 기본손실량 X 표준체중+월경혈) : 흡수율

                 = {(0.014mg/kg/일) × (56.1kg) +0.5mg}÷0.12

                 = 10.7mg/일

 

50세 이후 여자와 19세 이후 남자의 평균필요량은 위의 식에서 해당 표준체중을 대입하고 월경혈로 인한 철 손실량을 무시하여 각각 계산할 수 있습니다. 권장섭취량은 성인 남자 (19~64세)와 여자 (19~49세)는 각각 10mg/일과 14mg/일이고, 65세 이상 남자는 9mg/일, 50~74세 여자는 8mg/일, 75세 이상은 7mg/일입니다.

 

성인의 철 상한섭취량은 위장장애를 기준으로 독성 종말점을 정해서 45mg/일로 정하였습니다.

 

(2) 급원식품

 

철의 가장 좋은 급원은 헴철을 함유하고 있는 육류, 어패류, 가금류입니다. 곡류와 콩류도 비헴철의 형태로 철을 함유합니다. 곡류는 철 함량이 다양한데 주식이므로 하루 섭취량이 많아서 철의 좋은 급원이 되고, 강화된 아침 시리얼이나 도정하지 않은 곡류는 철 함량이 상당히 높습니다. 파래, 시금치, 다시마, 근대와 같이 색이 진한 채소는 철의 함량이 높지만 색이 연한 채소의 철 함량은 낮습니다. 우리나라 사람들은 헴철보다 비헴철을 더 많이 섭취하므로 철 급원식품을 더 많이 섭취해야 필요한 만큼 흡수할 수 있습니다.