칼슘 (다량 무기질)

 칼슘은 체내에 가장 많이 존재하는 무기질로 체중의 1.5~2%를 차지한다. 인체 내 칼슘의 99%는 골격과 치아를 구성하는 데 사용되고, 나머지 1%가 혈액 및 체액에 존재하면서 여러 생리작용을 조절한다. 

 

1. 흡수와 대사

① 흡수

 성인의 경우 식사로 섭취하는 칼슘의 약 10~30%가 흡수되나, 흡수율은 체내 칼슘 보유량, 연령, 성별 등의 여러 요인에 의해 달라진다. 골격 발달이 왕성한 성장기에는 흡수율이 75%까지, 임신기에는 60%까지 증가한다. 반면, 폐경 후 여성이나 노인의 경우 칼슘의 흡수 능력이 저하된다. 

 칼슘은 주로 십이지장에서 능동적 수송을 통해 흡수되고 공장과 회장에서는 수동적 확산에 의해 흡수된다. 능동적 수송으로 흡수되는 경우 칼슘은 십이지장에서 칼슘 결합단백질 운반체와 결합하여 체액으로 이동된다. 

흡수를 증진시키는 요인	흡수를 방해하는 요인
소장상부의 산성 환경 유당 비타민 D, 비타민 C 성장기와 임신기 식사내 칼슘과 인의 비슷한 비율 정상적인 소화관 운동 아미노산(리신, 아르기닌) 부갑상선 호르몬	소장하부의 알칼리성 환경 수산, 피틴산, 탄닌 비타민 D 결핍 과량의 식이 섬유소 과량의 인, 철분, 아연 폐경(에스트로겐 감소) 노령기 고지방 식사

칼슘 흡수에 영향을 미치는 요인

 

칼슘의 흡수를 증진시키는 요인들

 칼슘은 산성요액에서 효과적으로 용해되므로 장내 산성 환경은 칼슘의 흡수를 용이하게 해 준다. 유당은 유산균에 의해 젖산으로 바뀌어 장을 산성화함으로써 칼슘의 흡수를 돕는다. 비타민 D는 십이지장의 점막 세포에 있는 칼슘결합단백질 운반체의 합성을 촉진하여 칼슘의 흡수를 증가시키며, 비타민 C는 칼슘의 이온화를 촉진하여 칼슘의 흡수를 증가시킨다. 

 식사 내 칼슘과 인의 비율에 따라 칼슘의 흡수와 이용률에 차이가 나타난다. 일반적으로 칼슘과 인의 비율이 1대 1일 때는 칼슘의 흡수가 최대인 반면, 인의 공급량이 칼슘보다 많아지면 불용성의 인산칼슘을 형성하여 칼슘이 흡수되지 않고 대변으로 배설된다. 그러므로 식사의 칼슘과 인의 비율이 1:2를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.

 

칼슘의 흡수를 방해하는 인자들

 수산은 소화관에서 칼슘과 결합하여 불용성 염인 수산칼슘을 형성함으로 칼슘의 흡수를 방해하는데, 수산은 주로 시금치, 무청, 근대 등과 같은 녹색 채소와 과일에 다량 함유되어 있다. 피틴산도 수산과 마찬가지로 소화관에서 칼슘과 결합하여 불용성염인 칼슘피틴산을 형성함으로 칼슘의 흡수를 방해하는데, 피틴산은 곡류의 외피에 다량 함유되어 있다.

 다량의 지질이나 식이섬유소는 칼슘과 함께 불용성 화합물을 형성하여 대변으로 배설되므로 칼슘의 흡수를 방해한다. 그 밖에도 차에 함유된 탄닌 성분이나 운동부족, 심리작 불안 등도 칼슘의 흡수를 저하시킨다.

 

② 대사 

 칼슘은 소장을 통해 흡수된 후 혈액으로 운반되어 세포의 기능과 사용 목적에 따라 공급된다. 칼슘의 배설은 대변, 소변, 피부를 통해서 이루어지는데, 대변으로 배설되는 칼슘은 장막으로 분비된 액에 함유된 칼슘 중 재흡수 되지 않은 내인성 칼슘과 식이 칼슘이다. 

 

③ 칼슘의 항상성

 혈중 칼슘 농도는 9~11mg/dL로 항상 일정한 수준으로 유지되는데, 부갑상선호르몬과 칼시토닌 그리고 비타민 D가 칼슘의 항상성을 조절한다. 혈액 내 칼슘의 농도가 정상이하로 떨어지면 부갑상선호르몬이 분비되어 골격조직으로부터 칼슘을 나오게 하는 동시에 신장에서 칼슘의 재흡수를 증가시킴으로써 혈중 칼슘농도를 증가시킨다. 부갑상선 호르몬은 비타민 D를 신장에서 활성형인 1,25-(OH)₂-비타민 D로 전환시킨다. 활성형 비타민 D는 소장의 칼슘흡수와 신장의 재흡수를 증가시켜 혈중 칼슘 농도를 높인다. 반면, 혈중 칼슘 농도가 상승하면 갑상선에서 칼시토닌이라는 호르몬이 분비되어 혈중 칼슘이 골격으로 흡수되도록 자극함으로써 혈중 칼슘 농도를 정상 수준까지 낮추어 준다. 

※ 부갑상선 호르몬과 칼시토닌

칼슘 대사에 관여하는 부갑상선 호르몬과 칼시토닌은 내분비선인 부갑상선과 갑상선에서 각각 분비되는 호르몬이다. 인체의 호르몬들은 내분비선에서 분비되어 혈액을 통해 표적 기관으로 운반되어 체내 대사를 조절하는 역할을 한다. 

혈액 칼슘 농도 조절

 

2. 생리적 기능

① 골격과 치아의 구성분

 골격, 즉 뼈는 그물모양의 단백질인 콜라겐이 모양을 이루고 그 사이에 칼슘과 인이 주성분인 하이드록시아파타이트라는 입자가 축적된 단단한 조직이다. 칼슘의 주된 기능은 이들 골격과 치아를 구성하고 유지하는 것이다. 뼈는 일생동안 계속적으로 재생되며 활발한 대사가 일어나는 조직인데, 뼈의 대사는 조골세포와 파골세포에 의해 이루어진다 조골세포는 뼈의 기질형성과 석회화를 유도하여 새로운 뼈를 만드는 세포이고, 파골세포는 무기질을 용해하고 뼈의 콜라겐 기질을 분해함으로써 뼈를 분해하는 세포로 두 세포의 작용에 의해 칼슘이 뼈와 혈액을 지속적으로 이동함으로써 골격의 교체가 이루어진다. 이 두 종류의 세포들은 부갑상선 호르몬과 비타민 D 등에 의해 영향을 받는다. 

 

② 혈액 응고

 혈관이 손상되면 트롬보플라스틴이 생성되어, Ca++과 함께 불활성형인 프로트롬빈을 트롬빈으로 전환시킨다. 트롬빈은 피브리노겐을 불용성인 피브린으로 전환시켜 혈액을 응고시킨다. 그러므로 칼슘은 혈액응고에 필수적이다. 

혈액의 응고 과정

 

③ 신경전달물질의 방출

 칼슘은 신경전달물질의 방출을 촉진함으로써 신경세포와 근육 사이에 신경 자극을 전달하는 작용을 한다. 

신경전달물질의 방출

 

④ 근육 수축 및 이완 작용

 근육 단백질은 액틴과 미오신으로 구성되어 있는데 신경 자극에 의해 근육이 흥분되면 세포 안에 있던 칼슘이 방출되어 액틴과 미오신이 결합하여 근육이 수축된다. 방출된 칼슘이 세포 내 저장 장소로 되돌아가면 액틴과 미오신이 분리되면서 근육이 이완된다. 

액틴과 미오신

 

3. 결핍증

① 골다공증

 칼슘 결핍이 계속되면 성장기 어린이의 경우 구루병이 발생하며, 성인에게는 골다공증이 나타난다. 골다공증은 뼈의 강도가 약화되어 골절의 위험이 증가하는 골격질환으로 뼈의 크기는 정상 골격과 비슷하나 칼슘이 혈중으로 방출되어 뼈의 무게가 감소한 경우이다. 골다공증은 폐경기 골다공증과 노인기 골다공증으로 분류되는데, 폐경이 되면 에스트로겐의 부족으로 뼈의 형성보다는 손실이 커서 골다공증 발생의 위험이 증가한다. 골다공증 초기에는 증상이 나타나지 않으나 진행됨에 따라 신장감소와 요통 등이 나타나며 넘어지는 경우 골반 뼈의 골절 등이 나타난다.

구분	폐경기 골다공증	노인기 골다공증
발생시기	50~70세	70세 이상
손실되는 뼈	해면골	해면골과 치밀골
골절부위	손목과 척추	엉덩이
남녀 발생비율(여자:남자)	6:1	2:1
주된 이유	폐경 후 에스트로겐의 급속한 손실(여성), 나이 증가에 따른 테스토스테론의 손실(남성)	칼슘 흡수율의 감소, 뼈 무기질 손실량 증가, 잘 넘어짐

골다공증의 분류

 

② 골감소증과 골연화증

 장기간의 칼슘 섭취상태는 성인기의 최대 골밀도에 많은 영향을 미친다. 일생 동안 골밀도가 가장 높은 시기는 20대 후반에서부터 30대 초반까지이며, 그 이후에는 골격으로부터 용출되는 칼슘의 양이 골격에 축적되는 양보다 많아져 골밀도가 감소하게 된다 따라서 이 시기에 칼슘의 섭취가 부족하면 골질량과 골밀도가 저하되어 체내 골질량을 충분히 유지할 수 없으므로 골감소증이 나타난다. 또한 칼슘의 섭취 수준이 낮으면 뼈의 기질 내 칼슘이 부족하게 되어 뼈가 연화되는 골연화증이 초래된다. 골연화증은 주로 잦은 임신이나 오랜 기간 수유를 한 여성에게 나타나며, 비타민 D의 결핍에 의해서도 발생한다. 골연화증은 동통, 압통, 근무력증을 나타낸다.

 

③ 기타

 혈중 칼슘농도가 감소하면 저칼슘혈증이 유발된다. 이는 신경세포에 적절한 자극이 전달되지 않아 신경의 흥분성이 증가하고 근육의 경련을 일으키는 테타니 증세를 일으킬 수 있다. 

※ 테타니

 혈액 칼슘 농도의 저하로 말초신경과 근육이 접합되는 부위의 흥분성이 높아져 가벼운 자극으로도 손, 발, 안면의 근육이 수축되고 경련을 일으키는 상태를 나타낸다. 

 

4. 과잉증

 과량의 칼슘섭취는 고칼슘혈증, 변비, 신장결석, 신장기능 손상 등을 초래한다. 특히 고칼슘혈증은 심장이나 신장과 같은 연조직에 칼슘을 축적시킴으로써 생명에 지장을 줄 수도 있다. 과량의 우유를 제산제와 함께 복용하는 경우 우유-알칼리증이 초래되어 혈중 칼슘 농도가 매우 증가하므로 조직에 칼슘이 침착되어 국소 조직의 파괴가 일어날 수 있다. 또한 1일 2,500mg 이상의 칼슘 섭취는 철, 아연 등 기타 무기질의 장내 흡수를 방해한다. 

 

※ 치밀골과 해면골

뼈는 형태학적으로 치밀골과 해면골로 나뉘는데, 전체 뼈의 80%를 차지하는 치밀골은 뼈의 바깥층을 구성한다. 해면골은 척추, 골반 등의 양쪽 말단에 존재하는데 스펀지처럼 부드러운 조직으로 되어 있다. 해면골은 척추, 골반 등의 양쪽 말단에 존재하는데 스펀지처럼 부드러운 조직으로 되어 있다. 해면골은 칼슘을 저장하고 있다가 필요시 칼슘을 혈액으로 용출시킴으로써 혈액 칼슘 농도를 일정하게 유지하는 역할을 한다. 그러므로 칼슘이 부족하면 이 부분이 듬성듬성하게 되어 골다공증이나 골절이 잘 발생한다. 한편 뼈의 맨 중앙은 단단한 뼈 대신 골수로 채워져 있어 이곳에서 혈구를 생산한다. 

치밀골과 해면골