미량 무기질 철 1

철

 

1. 체내 기능

 

1) 산소의 이동과 저장에 관여

(1) 체내에 존재하는 철의 약 70%는 적혈구에서 헤모글로빈의 헴 성분을 형성하는 데 사용되고, 5%는 근육의 미오글로빈 성분으로 존재한다.

(2) 나머지 20%는 간, 지라, 골수에 페리틴 형태로 저장되어 있고, 5%는 산화효소의 구성성분으로 분포한다.

(3) 헤모글로빈을 구성하는 철은 폐로 들어온 산소를 각 조직의 세포로 운반하고,세포에서 생성되는 이산화탄소를 폐로 운반하여 방출한다.

(4) 미오글로빈은 근육 조직 내에서 산소를 일시적으로 저장하는 역할을 담당한다.

 

2) 효소의 보조인자로 작용

(1) 철은 미토콘드리아의 전자전달계에서 산화・환원 과정에 작용하는 시토크롬계 효소의 구성성분으로, 에너지 대사에 필요하다.

(2) 과산화수소분해효소나 과산화효소, NADH 탈수소효소, 석신산 탈수소효소 등과 같은 효소의 보조인자로 작용한다.

(3) 신경전달물질(도파민, 에피네프린, 노르에피네프린, 세로토닌 등)이나 콜라젠 합성에 필요한 효소의 보조인자로도 작용한다.

3) 기타 : 철은 정상적인 면역 기능을 유지하는 데 관여하고, 약물을 독성을 제거하는 역할도 한다.

 

 

2. 흡수와 대사

 

1) 흡수

(1) 철은 소장의 상부인 십이지장과 공장에서 주로 흡수된다.

(2) 철의 흡수율은 낮아서 식이에서 흡수되는 정도는 10~15%이며, 철 결핍증인 경우 건강한 사람에 비해 흡수율이 높다.

(3) 철 흡수에 영향을 주는 요인

철 흡수 증진인자	철 흡수 방해인자
헴철	피틴산, 옥살산 등 식물성 식품의 성분
저장 철량의 저하	차의 탄닌 등 폴리페놀 성분
육류, 어류, 가금류	저장철량의 증가
비타민 C	다른 무기질
위산	위산 분비의 저하
	위장질환, 감영

(4) 철 흡수를 증진하는 인자

① 헴철

- 식이 내의 철은 주로 헴 철과 비 헴 철의 두 가지 형태로 존재한다.

- 동물성 식품의 철 중 40%는 헴 철이고 나머지 60%는 비 헴 철이다.

- 곡류, 채소 등의 식물성 식품에는 모두 비 헴 철의 형태만 존재한다.

- 헴 철의 흡수율은 20% 정도로, 비 헴 철이라고 분류되는 원자 형태의 철이나 이온형(Fe, Fe)에 비해 2배 이상 높다.

② 체내 요구량 증가 및 저장 철의 저하

- 철의 생체 이용률은 흡수율에 의해 결정되는데, 인체의 철 요구량이 많으면

흡수율은 증가한다.

- 체내 요구량이 증가하는 경우는 임신, 수유, 성장기를 들 수 있으며, 여성이나

어린이들에게서 철 요구량이 많다.

③ 유기산

- 비타민 C나 시트르산 등의 유기산은 철 흡수를 증가시킨다.

- 비타민 C는 원자 형태나 3가의 철 이온이 흡수되기 좋은 형태인 2가의 철 이온으로 전환해 철의 흡수율을 높이고, 시트르산은 철과 킬레이트를 형성함으로써 흡수율을 증가시킨다.

- 2가의 철 이온은 3가의 철 이온에 비해 불안정하나 장내에서 쉽게 침전되지 않고

수용액 내에 존재하므로, 장막 점액층을 통과해 흡수가 일어나는 소장점막의 흡수 세포 까지 쉽게 도달할 수 있다.

④ 위산

- 위산은 철 이온이 쉽게 용해되게 한다.

- 2가의 철 이온을 안정화시켜 불용성의 3가 철 이온이 되는 것을 막고, 3가의 철 이온을 2가 이온으로 전환하므로 철 흡수율을 높인다.

- 위산 분비에 이상이 생기면 철 흡수율이 현저히 떨어지고 쉽게 철 결핍이 될 수 있다.

(5) 철 흡수를 저해하는 인자

① 불용성 분자를 형성하는 식이 성분

- 철 흡수를 방해하는 식이 성분은 철과 결합하여 불용성 분자로 만들거나 소장 점막의 흡수세포막을 통과할 수 없는 분자량이 큰 형태로 만드는 인자들이다.

- 대표적으로 인산염, 콩류와 곡류에 많이 함유된 피틴산, 시금치에 많이 함유된 옥살산, 식물성 식품의 구성요소인 식이섬유 등이 있다.

- 차에 많이 함유된 타닌 성분도 철(비 헴 철)과 결합하여 흡수율을 낮춘다.

② 다른 무기질

- 소장점막 세포의 세포막에 존재하며 무기질 흡수에 관여하는 단백질 수송체는 DMT1으로서, 장내에 존재하는 2가의 양이온(Fe, Cu, Zn, Mn)들은 모두 DMT 1에 의해 흡수된다.

- 장내에 존재하는 다른 무기질들의 양에 따라 철 흡수율이 영향을 받으며, 소장 내에 존재하는 칼슘이나 아연 등의 함량이 높으면 철 흡수가 저해된다.

③ 저장 철의 양이 높은 상태

- 체내에 저장 철의 양이 풍부하면 소장 점막을 통해 흡수되는 철의 양이 감소함으로써 철의 과다 공급을 막는다.

- 남성이나 폐경기 이후의 여성은 철의 소모가 적거나 상대적으로 체내 저장량이 많아서 철의 흡수가 대체로 낮다.

④ 감염 및 위장 질환

- 감염 상태나 설사, 지방 변 등 흡수불량 상태에서 철의 흡수가 저해된다.

- 헴 철의 경우, 헤모글로빈에서 글로빈 단백질이 제거된 후 헴에 철이 결합한 형태 그대로 빨리 흡수되고, 일단 흡수된 헴은 소장의 흡수 세포에서 철과 분해된다.

- 비 헴 철은 일단 소장 벽의 흡수 세포에 도달하면 세포막의 수용체와 결합하여 흡수 세포 내로 이동한다.

⑤ 위산 분비의 저하 : 위산 분비가 저하되면 철이 2 가형으로 전환되지 못하여 흡수가 낮아진다.

 

2) 이동

(1) 소장점막을 넘어 흡수된 철은 인체의 철 요구량이 많으면 소장 벽 세포에서 혈액으로 이동되고, 체내 철 영양상태가 양호하여 요구량이 적으면 소장의 흡수 세포에 남게 된다.

(2) 혈액으로 들어온 철은 철 운반 단백질인 트랜스페린에 결합하여 필요한 곳으로 이동하게 되는데, 철이 체내로 이동하지 않고 소장 세포에 저장되는 경우에는 아포페리틴과 결합하여 페리틴이 된다.

(3) 페리틴과 결합하여 소장 세포에 저장된 철은 체내 요구량에 따라 혈액으로 이동하거나 그대로 저장되어 있다가 소장 세포가 수명을 다해 떨어져 나갈 때 함께 대변으로 배설된다.

(4) 소장은 2~5일간의 짧은 기간 동안 철의 저장소의 역할을 수행한다.

(5) 체내 철 영양상태가 양호할 경우, 혈액 내 트랜스페린은 대부분 철과 결합하여 있어 소장 세포로 흡수된 철은 혈액의 트랜스페린과 결합하지 못하고 소장 세포 내의 페리틴에 결합하여 있다가 배설된다.

(6) 체내 철의 양이 부족할 경우, 포화하지 않은 트랜스페린의 양이 많아져 소장 세포에서 흡수된 철은 대부분 혈액으로 이동하며, 철 흡수율도 증가하게 된다.

 

3) 저장

(1) 체내에서 사용되고 남은 철은 대부분이 비장과 간에 페리틴의 형태로 저장되고 소량이 골수에 저장된다.

(2) 페리틴은 소장 세포에도 존재하는 철 저장 단백질로서 한 분자에 약 4000개의 철 원자가 결합할 수 있다.

(3) 체내 철 함량이 페리틴의 수용 능력을 넘게 되면 철은 간에서 헤모시데린 형태로 저장된다.

(4) 체내에 존재하는 철은 대부분 단백질과 결합하는 형태로 전환되는데, 철이 체내에서 자유로운 이온 형태로 존재할 경우 매우 활성이 강한 촉매로 작용하여 산화 스트레스를 가중하고 체세포의 파괴를 초래하기 때문에 인체는 여러 종류의 철 결합 단백질을 보유하여, 가능한 철이 자유로운 이온 형태로 존재하지 못하도록 한다.

 

4) 골수에서의 조혈작용

(1) 골수에서는 에리트로포이에틴이라는 호르몬의 자극으로 적혈구를 생성하는데, 에리트로포이에틴은 혈중 산소 농도가 낮거나 출혈이 있을 때, 혹은 적혈구가 일산화탄소와 결합하였을 때 신장에서 분비된다.

(2) 골수의 줄기세포로부터 분화되어 적아구가 생성되고, 적아구는 헤모글로빈과 결합하면서 성숙하며, 핵을 잃고 완전한 적혈구로 성숙한다.

(3) 철 부족 시에는 적아구는 정상적으로 성숙하지만 헤모글로빈이 적절하게 합성되지 못하기 때문에 철 결핍성 빈혈이 된다.

(4) 적혈구는 핵이 없는 무핵 세포로서 단백질 합성에 필요한 유전 정보를 지닌 핵산(DNA)이 없기 때문에 120일 정도로 수명이 짧다.

(5) 성인의 경우 1일 20~25mg의 철이 헤모글로빈을 합성하는 데 사용되며, 식이와 저장 철(페리틴이나 헤모시데린)로부터 공급된다.

(6) 수명이 다한 적혈구는 간이나 지라에서 파괴되며, 이때 분리된 철은 철 운반 단백질인 트랜스페린과 결합하고, 적혈구에서 빠져나온 철은 혈액을 돌다가 페리틴과 결합하여 저장되거나 골수로 가서 다시 헤모글로빈을 형성하여 적혈구를 만드는 데 사용된다.

 

5) 배설

(1) 식이요법으로 섭취한 철의 대부분(약 90%)은 대변으로 배설되고, 소량만이 소변으로 배설된다.

(2) 일단 체내로 흡수된 철은 대부분 재사용된다.

(3) 분해된 적혈구의 헤모글로빈을 이루는 철은 약 90% 이상이 재사용되므로 일단 체내로 흡수된 철은 거의 배설되지 않는다.

(4) 소량의 철이 배설되는 경로는 수명이 다하여 떨어져 나가는 소장점막 세포와 함께 대변으로 배설되거나, 소변, 땀, 피부를 통해 배설된다.

(5) 출혈 시 적혈구의 손실로 체외로 방출되거나 가임기 여성은 정기적인 월경혈로 철이 손실되므로 요구량이 남성보다 높은 유일한 영양소이다.