다량무기질
체내의 여러 생리기능을 조절, 유지하는데 중요한 역할을 하는 무기질은 그 필요랴에 따라 다량 무기질과 미량무기질로 나뉜다. 일반적으로 하루 100mg 이상 필요로 하는 무기질을 다량 무기질 이라고 하며, 칼슘, 인, 마그네슘, 소디움, 포타슘, 염소, 황이 이군에 속한다.
마그네슘이나 망간 같은 무기질은 효소의 작용에 필수적이며, 소디움, 포타슘, 염소 등은 체내 전해질 균형이나 신경 자극의 전달, 근육 수축 등에 관여하고 있다. 칼슘과 인은 골격의 형성과 성장 발달에 매우 중요하다.
무기질은 식품 내에 함유된 양뿐만 아니라 생체이용률(bioavailability)에 이해 체내로 흡수되고 이용되는 정도가 다르다. 생체이용률에 영향을 끼치는 주요인 중의 하나는 무기질에 대한 생리적 요구이다. 이외에 무기질과 무기질 간의 상호작용, 비타민과 무기질 간의 상호작용, 식이섬유와 무기질 간의 상호작용 등이 영향을 미친다.
마그네슘, 칼슘, 철분, 구리 등의 다가 이온은 크기나 전하량이 비슷하므로 흡수 시 서로 경쟁하여 생체이용률이나 대사에 영향을 준다. 비타민D는 칼슘의 흡수를 돕고 비타민C는 철분의 흡수를 증진시킨다. 비타민 중에는 구조나 기능 유지를 위해 특정 무기질을 필요로 하는 것도 있다. 또한 식이섬유는 무기질의 흡수를 방해하므로 지나치게 많은 양을 섭취하는 것은 좋지 않다.
칼슘 (calcium)
인체 내 많이 존재하는 무기질은 칼슘으로, 치아와 골격 유지에도 중요하지만 생리기능을 조절하는 역할도 담당한다.
칼슘의 흡수와 대사
칼슘의 흡수는 다른 식이요인이나 여러 조절호르몬의 영향을 받는다. 칼슘은 위산에 의해서 가용화된 상태가 되며 주로 소장에서 흡수되는데, 소장 상부의 능동수송은 활성형 비타민D의 영향을 받는다. 활성형 비타민D가 칼슘결합 단백질의 합성을 조절하기 때문이다. 칼슘 중 4% 가량은 대장에서 흡수되기도 한다.
칼슘의 흡수는 개인의 칼슘 및 비타민의 보유 상태, 연령, 임신, 수유 상태 ㄷㅇ에 따라서도 영향을 받는다.
- 청소년이나 성인은 칼슘 섭취량의 20~40%가 흡수되지만
- 골격 발달이 왕성한 성장기 어린이는 75%까지도 증가하며
- 임신 기간의 흡수율은 60%까지도 높아질 수 있다
- 일반적으로 노년기가 되면서 흡수율이 떨어지는데, 여성은 폐경이 되면서 20% 수준으로 급격히 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이는 에스트로겐 분비가 감소하기 때문이다.
이외에도, 부갑상선호르몬 분비, 비타민C에 의한 칼슘의 가용화, 포도당 및 유당 등에 의해 흡수율이 증가되거나 과량의 인산, 피틴산, 수산 등의 식물성 성분들이나 과량의 인 섭취, 흡수되지 않은 유리 지방산, 차 등에 함유된 탄닌 등이 칼슘이 흡수를 방해한다.
운동 부족과 스트레스도 칼슘의 음의 평형을 초래한다.
칼슘이 결핍되어 체내 보유 수준이 낮아지면 생리적인 요구도가 증가하기 때문에 흡수율이 높아지며, 다른 무기질들이 많으면 칼슘이온의 용해도 등에 영향을 미쳐 흡수율이 저하된다.
칼슘은 대변, 소변, 피부를 통해 배설된다.
- 대변 중 칼슘은 소화관으로 분비된 담즙, 소화액에 섞여 빠져나온 것 중 재흡수되지 않은 양과 식이 칼슘 중 흡수되지 않은 것을 모두 포함하고 있다.
- 혈중 칼슘은 신장에서 여과되더라도 99.8% 재흡수되기 때문에 소변으로 배설되는 양은 0.2%에 불과하다
- 동물성 단백질 섭취가 많거나 혈중 포도당이나 아미노산 양이 증가하면 소변의 칼슘 배설량이 증가하고, 부갑상선 호르몬이 분비되면 재흡수 비율이 높아지기 때문에 배설량이 감소한다
흡수된 칼슘은 99% 이상 뼈를 구성하며, 세포 외액에 주로 존재한다. 세포내에 저장되어 있는 칼슘은 소포체나 핵 같은 곳에 붙어 있다가 대사적으로 필요할 때만 세포질로 방출된다.
혈액 중의 칼슘은 항상 일정한 농도를 유지하고 있는데 (10mg/dl), 부갑상선 호르몬, 비타민D 및 칼시토닌 등이 농도 조절에 관여하는 주요 인자이다
- 부갑상선호르몬은 부갑상선에서 합성되며, 혈액의 칼슘 농도가 저하되었을 때 분비된다. 신장에서 비타민D의 활성화와 칼슘 재흡수에 영향을 미치며, 뼈의 분해를 촉진한다.
- 활성형 비타민D는 소장에서 칼슘과 인의 흡수를 촉진하며, 부갑상선호르몬의 작용을 도와 신장에서의 칼슘 재흡수와 뼈의 분해를 유도한다.
- 칼시토닌은 갑상선의 C세포에서 합성되며, 혈액 칼슘 농도가 상승할 때 분비되어 조골세포를 자극, 뼈의 석회화를 돕는다.
- 글루코코르티코이드는 조골세포의 활성을 저하시켜 뼈의 손실을 가져오며, 소장에서 칼슘의 흡수에 장애를 주기도 한다,
- 갑상선호르몬은 뼈의 분해를 촉진시키기 때문에 갑상선 기능 부전, 혹은 갑상선 기능항진이 발생할 경우 골격에 영향을 미친다.
- 이외에 성장호르몬, 인슐린, 에스트로겐 등은 활성형 비타민D 농도 상승이나 골격성장에 기여한다.
칼슘의 체내기능
성인의 경우 체내 칼슘 보유량은 약1.2kg으로, 이중 99%가 골격과 치아를 구성하며 나머지 1%가 주로 세포 외액에 존재하면서 여러 대사 과정에 관여한다.
골격의 구성
우리의 뼈는 겉 보기엔 비활성적인 것 같지만 끊임없이 분해와 재생 과정을 거치는 상당히 활발한 조직이다.
- 조골세포는 콜라겐, 점성 다당류 등 뼈기질을 분비하고 석회화를 유도하여 뼈조직을 늘리는 세포이며
- 파골세포는 무기질을 용해하고 기질을 분해해 뼈를 분해하는 역할을 한다
- 뼈의 주된 구성요소는 비결정인 인산칼슘염과 수산화칼슘염의 복합체로, 인산칼슘 복염인 히드록시아파타이트이다.
- 조골세포, 혹은 파골세포의 활성화에는 부갑상선호르몬, 활성형의 미타민D, 칼시토닌, 에스트로겐, 여러 가지 아이코사노이드 등의 조절물질이 작용한다.
- 치밀골과 해면골로 구성된 골격은 칼슘의 저장고로도 중요한 의미를 갖는다
- 혈중 무기질 농도에 예민하게 반응하는 것은 주로 모세혈관과 접해있는 해면골로, 혈중 칼슘 농도가 높으면 석회화가 이루어지고, 칼슘이 부족할 때는 해면골로부터 빠져 나가게 된다.
- 우선적으로 칼슘을 공급하는 부분은 골반과 척추이다
- 정상적인 골격대사와 골질량을 유지하기 위한 가장 중요한 생리적인 요인은 혈액의 칼슘농도이다. 혈액의 칼슘 농도가 저하되면 부갑상선 호르몬에 의해 뼈로부터 칼슘이 용출된다.
대사 조절 기능
- 혈액응고 : 혈중 칼슘이온은 여러 가지 혈액응고 단백질을 활성화하는데 작용하므로 칼슘 없이는 혈액응고가 이루어지지 않는다.
- 신경 전달 : 신경세포에서 활동전위가 축삭의 말단 부위까지 도달하면 세포 외액의 칼슘이온이 세포 내로 유입되어 신경전달물질의 방출을 돕는다. 칼슘은 다른 이온들이 신경세포 내외로 이동하는데도 관여한다.
- 근육 수축 및 이완 : 칼슘이온이 방출되면서 근육 단백질인 액틴과 미오신이 결합하며, 이 두 단백질의 결합에 의해 근육이 수축된다.
- 세포 내 대사 작용 : 칼슘이온이 칼슘결합 단백질인 칼모듈린에 결합하면, 특정 단백질의 활성을 변화시킬 수 있기 땜누에 여러 대사에 영향을 미칠 수 있다.
질환의 예방
- 소장 내 칼슘은 지방산 혹은 담즙산과 결합하여 체외로 배설될 수 잇기 땜누에 대장암, 고지혈증 등을 예방하는 효과가 있는 것으로 보고 되고 있다.
- 소디움의 흡수를 방해하기 때문에 혈압 감소에도 기여하는 것으로 보인다
- 하지만 이러한 칼슘의 효과는 확증된 것이 아니므로 이들 질환의 예방을 칼슘 섭취에만 의존해서는 안 되며, 과잉 섭취하지 않도록 주의가 필요하다.
