Iron 철 10P
철은 미량 영양소 중 오래 전부터 가장 많이 알려진 물질이다. 철은 모든 살아있는 유기체의 대사에 꼭 필요하며, 사람에서는 백여 가지의 단백과 효소를 구성하는 필수 구성 성분이다.
Heme iron 헴 철
Heme ; < 의학 > 헤모글로빈의 색소 성분으로, 포르피린에 이가(二價)의 철 이온을 포함하는 화합물. 산소 분자와 결합하여 체내의 여러 기관에 산소를 운반하는 역할을 한다.
* 기능 Function
1. 산소운반과 저장 Oxygen Transport and Storage
헴(Heme)은 철을 함유한 화합물로서, 생물학적으로 중요한 역할을 하는 많은 분자에서 발견된다. 혈색소(Hemoglobin)와 미오글로빈(Myoglobin)은 헴(heme)을 함유한 단백질로 산소의 운반과 저장에 관여한다. 혈색소는 적혈구를 구성하는 주요 단백질이며 인체내 철의 약 2/3를 차지하고 있다. 혈색소가 폐에서 다른 기관으로 산소를 운반하는 필수적인 역할을 수행할 수 있는 것은, 폐와 접촉하는 짧은 시간동안 산소를 얻어 몸 안을 순환하는 동안 산소를 필요로 하는 조직으로 수송할 수 있는 독특한 능력 때문이다. 미오글로빈(Myoglobin)의 기능은 산소를 단기간 저장하고 이동시키는 것으로, 운동 후 산소 요구량이 늘어난 근육에 산소를 공급할 수 있도록 도와준다.
2. 산소 감지 Oxygen Sensing
인체는 고산지대 거주자나 만성 폐질환자들이 경험하는 저산소증을 보상하기 위한 생리학적 작용으로 적혈구 형성을 증가시키고 신생혈관을 생성(angiogenesis)하며 혐기성 대사에 이용되는 효소의 생성을 증가시킨다. 저산소증이 있는 경우 저산소증 유발 인자(hypoxia inducible factors, HIF)라고 알려져 있는 전사인자(transcription factors)가 다양한 단백질에 부호화(encode)된 유전자에 결합하여 저산소증에 대한 보상작용을 하고 HIF의 합성을 증가시킨다. 최근 연구에 의하면 철에 의존적인 프로릴 수산화효소(prolyl hydroxylase enzyme)가 HIF를 조절하여 저산소증에 반응할 수 있게 하는 중요한 역할을 담당한다. 세포내 산소 장력(oxygen tension)이 적절하면 새로 합성된 HIF의 소단위 HIFα 는 프로릴 수산화효소(prolyl hydroxylase enzyme)에 의해 빠르게 분해 되는데 이는 철 의존적 반응이다. 세포내 산소 장력이 어느 한계점 이하로 떨어지게 되면 프로릴 수산화효소(prolyl hydroxylase)는 더 이상 HIFα 를 분해하지 못하며, HIFα는 HIFβ에 결합함으로써 활동적인 전사인자(transcription factors)를 형성하여 핵(nucleus)속의 특수 유전자와 결합하여 반응하게 된다.
3. 전자 전달과 에너지 대사 Electron Transport and Energy Metabolism
시토크롬(cytochrome)은 헴(heme)을 함유한 화합물이며, 미토콘드리아의 전자 전달에 관여함으로써 세포 에너지 생산과 생명 유지에 중요한 역할을 한다. 시토크롬은 일차적인 에너지 저장 화합물인 아데노신 삼인산(adenosine triphosphate, ATP)이 합성되는 동안 전자전달에 관여하게 된다. 헴이 없는 철 함유 효소, 예를 들어 NADH 탈수소효소(NADH dehydrogenase)와 숙신산 탈수소효소(succinate dehydrogenase) 역시 에너지 대사에 중요하다. 시토크롬 P450은 약물 및 오염물질의 대사와 해독작용에 관여할 뿐만 아니라, 많은 주요 생체 분자의 대사에 관여하는 일련의 효소군이다.
4. 항산화제와 이로운 프로-산화제 작용 Antioxidant and Beneficial Pro-Oxidant Functions
카탈라아제(catalase)와 과산화효소(peroxidase)는 헴을 함유한 효소들이며, 잠재적인 반응성 산소종(reactive oxygen species, ROS)인 과산화수소(hydrogen peroxide)를 물과 산소로 분해하여 축적을 막고 손상으로부터 보호한다. 면역반응의 일환으로 몇몇 백혈구는 세균을 탐식 후 ROS에 노출시켜 죽이기도 한다. 이러한 ROS의 일종인 차아염소산(hypochlorous acid)은 중성구(neutrophil)에 의해서도 합성되는데, 이 반응은 헴을 함유한 골수세포형 과산화효소(myeloperoxidase)에 의해 촉매된다.
5. DNA 합성 DNA Synthesis
리보뉴클레오타이드 환원효소(Ribonucleotide reductase)는 디엔에이(디옥시리보핵산, DNA) 합성에 필요한 효소로서 철에 의존적이다. 따라서 철은 성장과 생식, 치유, 면역 기능과 같은 많은 생명 유지 작용에 꼭 필요하다.
6. 세포내 철의 조절 Regulation of Intracellular Iron
철 반응 요소(Iron response elements)는 철의 저장과 대사를 조절하는 주요 단백질의 유전암호를 조절하는 전령 알엔에이(mRNA, messenger RNA)에서 발견되는 연쇄의 짧은 일부분(short sequences)이다. 철 조절 단백(Iron regulatory proteins : IRPs)은 철 반응요소에 결합하여 mRNA 전사에 영향을 미침으로써 특정 단백질의 합성을 조절한다. 철 공급이 충분하면 많은 양의 철이 철 조절단백(IRPs)에 결합함으로써 IRPs가 mRNA에 있는 철 반응요소와 결합하는 것을 방해한다. 반대로 철 공급이 줄면 IRPs와 결합하는 철의 양이 줄고 IRPs와 철 반응요소의 결합이 늘어나게 된다. 이용가능한 철이 적다면 저장할 수 있는 철의 양 역시 부족하므로, 철 저장 단백과 페리틴(ferritin)을 전사하는 mRNA도 감소한다. 미성숙 적혈구 세포에서 헴 합성에 필수적인 효소 생산을 담당하는 mRNA의 번역(translation) 또한 감소하여 철을 보존하고자 한다. 반대로 mRNA의 철반응요소는 IRP와 결합하여 mRNA 분해를 막아 트랜스페린 수용체(transferrin receptor)의 합성을 증가시키고 세포내로 철의 이동을 증가시킨다.
7. 영양소 상호작용 Nutrient Interactions
- 비타민 A / Vitamin A
비타민 A 결핍은 철 결핍성 빈혈을 더 악화시킨다. 비타민 A 보충제는 철 결핍성 빈혈에 효과가 있으며 어린이와 임산부의 철 상태를 향상시킨다. 비타민 A 단독 혹은 철분 제제를 단독으로 투여하는 것보다 병합하여 주는 것이 빈혈을 막는데 더 효과적이다.
- 구리 Copper
구리의 적절한 영양 상태는 정상적인 철 대사와 적혈구 생성에 필수적이다. 빈혈은 구리 부족을 나타내는 임상적인 징후이다. 동물실험에서 구리는 철 흡수에 필요했으며, 구리가 부족한 동물은 간에 철이 축적되는 양상을 보였다. 이는 적혈구가 생성되는 골수로 철이 이동하는데 구리가 필요함을 나타낸다.
- 아연 Zinc
공복시에 고용량의 철 보충제와 아연 보충제를 같이 복용하게 되면 아연의 흡수가 방해받는다. 그러나 음식과 함께 복용시에는 철 보충제가 아연의 흡수를 방해하지 않는다. 철 강화식품은 아연 흡수에 아무런 영향을 미치지 않는다.
- 칼슘 Calcium
한 가지 음식을 통해 철과 칼슘을 같이 먹게 되면 칼슘으로 인해 철의 흡수가 감소한다. 그러나 하루에 칼슘 보충제 1000~1500mg을 복용하는 경우에도 저장철을 나타내는 페리틴(ferritin)에는 거의 영향을 미치지 않았다.
* 결핍증 Deficiency
1. 철 결핍 단계 Level of Iron Deficiency
미국 및 전 세계에서 철 부족은 가장 흔한 영양결핍이다. 일반적으로 철 부족의 단계를 순서에 따라 3단계로 구분한다.
- 저장철 부족 Storage iron depletion : 저장철은 부족하나 철의 기능을 수행하는 데는 문제가 없는 상태이다.
- 초기 철 기능 부족 Early functional iron depletion : 기능적 철 공급은 낮은 상태이지만 손상된 적혈구 재생에는 충분하다. 그러나 빈혈을 교정하기에는 불충분하다.
- 철 결핍 빈혈 Iron-deficiency anemia : 철이 부족하여 정상적인 적혈구 생성에 장애가 생기며 이로 인해 빈혈이 발생한다.
철 결핍성 빈혈은 소적혈구성(microcytic), 저색소성(hypochromic)으로 특징지어지는데 이는 적혈구의 크기가 정상에 비해 작고 혈색소(hemoglobin) 함량이 감소한 것을 의미한다.
철 결핍 단계가 되면 빈혈로 인하여 산소 공급이 부족하고 철에 의존적인 효소들이 제 기능을 다하지 못하여 여러 증상이 유발된다. 하지만 유념하여야 할 사실은 빈혈은 철 결핍에 의해서만 일어나는 것은 아니며 오로지 철 결핍에 대해서만 진단과 치료를 하였을 경우 원인질환에 대한 적절한 진단과 치료를 놓칠 수 있다는 사실이다. 빈혈을 일으키는 다른 영양적 요소에 대해 2장 엽산(folic acid)과 9장 비타민 B12에 언급하였다.
2. 철 결핍성 빈혈의 증상 Symptoms of Iron Defeciency
빈혈과 연관된 철 결핍의 가장 흔한 증상은 피로, 빠른 심장박동, 두근거림, 운동시 숨이 가빠지는 증상(rapid breathing on exertion)이다. 철 결핍은 여러 방면으로 운동수행능력과 업무 수행력을 떨어뜨린다.
철 결핍성 빈혈에서는 적혈구내 혈색소가 감소하여 조직으로의 산소 운반을 감소시킨다. 근육 세포내에서도 미오글로빈(myoglobin)이 감소하여 산화 대사를 위해 미토콘드리아로 전달되는 산소의 양을 감소시킨다. 철 결핍은 또한 전자 전달과 ATP 합성을 위해 필요한 미토콘드리아 내의 시토크롬(cytochrome)과 철 의존 효소들을 감소시켜 근육의 산화 능력을 감소시킨다. 철 결핍시에는 젖산(lactic acid)형성도 증가한다.
철 결핍이 있는 사람들은 추위에 노출되었을 때 정상 체온을 유지하는 능력이 떨어진다. 심한 철 결핍성 빈혈시에는 부서지기 쉬운 스푼 모양의 손톱(brittle and spoon-shaped nails)과 맛봉오리의 위축(taste bud atrophy), 혀와 입술 가장자리의 궤양과 통증을 일으키기 쉽다. 철 결핍성 빈혈이 진행되면 간혹 식도와 인후에 갈퀴막(웹, web)을 형성하여 삼키기가 힘들 어지는 경우도 있다.
식도의 웹을 형성하는 경우를 플러머-빈슨 증후군(Plummer-Vinson syndrome)이라고도 하며, 철 결핍 뿐 아니라 유전적 소인이 있을 때 진단한다. 이식증(pica)은 음식물이 아닌 것을 먹는 이상 행동을 말하며, 철 결핍시 나타나는 증상이기도 하고 이로 인해 철 결핍이 유발되기도 한다.12
3. 철결핍의 위험이 증가하는 경우 Individuals at Increased Risk of Iron Deficiency
- 6개월에서 4세 사이의 영아와 어린이(Infants and Children between the Ages of 6 Months and 4 Years)
6개월까지는 소아의 철 저장량이 충분하지만, 빠른 성장이 이루어지는 6개월에서 4세 사이에는 많은 양의 철이 요구된다.
- 청소년기 Adolescents
청소년 초기 역시 급속한 성장이 이루어지는 시기이다. 소녀들은 청소년기에 월경을 시작하고 이에 따른 실혈이 있으므로 철 결핍의 위험이 증가한다.
- 임산부 (Pregnant Women)
자라나는 태아와 태반으로 인해 철 이용률이 증가하고 혈액량이 증가하여 임신 시기에도 철 요구량이 상당히 늘어난다.
- 만성적인 실혈 Individuals with Chronic Blood Loss
만성 출혈 또는 급성 출혈은 철 결핍의 원인이다. 혈색소 농도가 150g/L인 혈액 1ml 속에 함유된 철의 양은 0.5mg이다. 따라서 아주 적은 양의 만성적인 출혈도 철 결핍을 일으킬 수 있다. 개발도상국에서 만성실혈과 철 결핍의 흔한 원인은 기생충 감염이다. 자주 헌혈을 하거나 생리중인 여성은 결핍이 일어나지 않도록 하기 위해 철의 공급을 늘려야 하는데 500ml를 헌혈하면 빠져나가는 철의 양은 200-250mg에 이른다.
- 헬리코박터 파일로리 감염 (Individuals with Helicobacter pylori Infection)
헬리코박터 파일로리균 감염은 위장관계 출혈이 없어도 철 결핍 빈혈을 일으키는데 특히 소아에서 흔하다.
- 채식주의자 Vegetarians
식물성 식품에서 섭취된 철은 동물성 식품에 비해 효율적으로 흡수되지 못한다. 미국 의학 협회의 식품 영양 위원회(FNB)에서 측정한 바에 의하면 채식을 통한 철의 생체 이용률은 10% 정도이며 혼합 식이를 하였을 때는 18%에 이른다. 따라서 완전히 채식만을 하는 사람들에게는 성인 남성과 폐경기 여성의 경우 14mg/d, 임신 시에는 33mg/d, 청소년기의 소녀들은 하루 26mg의 철 섭취가 권장된다.
- 규칙적으로 강도 높은 운동을 하는 경우 Individuals Who Engage in Regular, Intense Exercise
강도 높은 훈련을 하는 운동선수들은 철 소비량이 더 많다고 알려져 있다. 이는 위장관의 현미경적 미세 출혈과 적혈구 손상이 일어나기 쉽고, 용혈이 더 쉽게 일어나기 때문으로 생각된다. FNB는 이들의 평균 철 요구량을 30% 더 많은 양으로 계산하고 있다.
4. 영양권장량 Recommended Dietary Allowance
철의 영양권장량은 2001년에 제정되었는데 철 결핍을 막고 혼합 식이를 통해 적정량의 철 저장을 유지하는데 기초를 두고 있다.
* 질병 예방 Disease Prevention
다음에 언급하는 건강문제와 질병은 철 결핍의 예방과 치료로 사전에 예방할 수 있다.
1. 어린이의 지적 능력 발달 저하 Impaired Intellectual Development in Children
관찰연구의 결과들은 대부분 철 결핍은 어린이의 인지능력 저하, 학업수행능력 저하 및 행동 이상과 관련이 있다고 하였다. 그러나 이 연구 결과를 철 결핍 빈혈의 단독 효과라고 보기는 어렵다. 2세 이하 소아를 대상으로 한 한 이중 맹검 연구에서는 철 보충이 인지능력 향상에 큰 이득이 있는 것으로 나타났으나, 다른 두 연구에서는 효과가 없었다. 철 결핍이 인지 기능 저하를 일으키는 경로는 몇 가지로 추측되고 있다. 빈혈이 있는 아동은 없는 아동에 비하여 이리저리 산만하게 돌아다니며 환경을 탐색하고자 하는 호기심이 적은데, 이로 인해 발달지연이 올 수 있다. 또한 철 결핍이 있는 아동은 청각이나 시신경 자극이 대뇌로 전도되는 속도가 정상 소아들에 비하여 느리다. 이는 철 결핍 동물 실험에서 관찰되는 신경 수초화(nerve myelination)의 변화와 연관되어 있을 수 있다. 신경전달물질의 합성 또한 철 결핍에 민감하다.
2. 납중독 Lead Toxicity
철 결핍은 소아의 납중독 위험을 증가시킨다. 몇몇 역학연구는 어린이의 철 결핍이 혈중 납 농도를 증가시킨다고 보고하였다. 철 결핍과 납중독의 위험요소들은 서로 겹치는 경우가 많으나, 철 결핍은 사람과 동물의 장에서 납의 흡수를 촉진시키는 것으로 밝혀졌다. 그러나 납중독이 있는 사람이라고 해도 철분제제의 사용은 실제로 철 결핍이 있거나 지속적으로 납에 노출된 주거 공간에 사는 사람들에 한정되어야 한다.
3. 임신 합병증 Pregnancy Complications
역학연구에 의하면 심한 빈혈은 저체중아나 조산아의 증가 및 모체의 사망률 증가와 관련이 있다고 한다. 철 결핍은 임신 중 심한 빈혈을 일으키는 가장 흔한 원인이기는 하지만, 철 결핍성 빈혈이 임신의 경과에 악영향을 준다는 근거는 아직 없다. 그럼에도 불구하고 많은 전문가들은 산전관리에서 산모의 빈혈 교정을 위해 노력한다. 임신 말기의 혈색소 증가는 고위험 임신과 관련이 있으나 철이나 철분제제의 복용이 이런 결과를 초래하는지에 대해서는 역시 알 수 없다. 이러한 혈색소의 증가는 불량한 예후를 보이는 것으로 알려진 임신성 고혈압이나 전자간증의 결과로 생각된다.
4. 면역 기능 저하 Impaired Immune Function
철은 감염된 숙주가 면역반응을 통해 대항하는 데 필요할 뿐만 아니라, 감염원 자체에게도 필요하다. 철은 여러 면역 반응에 필수적인데, 병원균 살균 작용을 하는 T 림프구의 분화와 증식, 그리고 철 의존 효소에 의한 ROS 생성에도 필요하다. 급성 염증 반응기 동안에는 혈중의 철 저장 단백질인 페리틴(ferritin)이 증가하는데 비하여 혈중 철의 농도는 감소하는데 이는 병원체로부터 철이 분리되어 나오는 것이 감염에 대처하는 중요한 숙주의 반응이라는 것을 시사한다. 면역반응에 있어 철이 중요한 역할을 함에도 불구하고 철 결핍과 말라리아를 비롯한 다른 감염과의 관련성은 모호하다. 열대지역에 거주하는 어린이들의 고용량 철 섭취는 말라리아나 폐렴 등의 감염 증가와 관련이 있다. 동물실험과 세포배양 실험에서는 병원체가 숙주세포 안에서 살아가는 동안 (예를 들어 말라리아의 plasmodia, 결핵의 mycobacteria) 철을 보충하면 병원체의 생존율이 늘어났다. 말라리아가 흔한 지역이나 장티푸스, 에이즈, 결핵이 흔한 지역에서는 철분제제의 적절한 사용량을 정하기 위한 임상실험이 필요하다.
* 질병 치료 Disease Treatment
1. 안절부절 다리 증후군 Restless Legs Syndrome
안절부절 다리 증후군(Restless Legs Syndrome, RLS)은 수면과 관련된 신경학적 이상 운동증의 일종이다. RLS 질환이 있는 사람들은 다리를 움직이고 싶은 억누를 수 없는 충동과 기분 나쁜 느낌을 경험한다. 이런 증상은 휴식 시에 더 심해지고 종종 수면을 방해한다. 철 결핍이 있는 사람의 일부에서 RLS가 일어나며 그 중 몇몇은 철을 보충하면 증상이 좋아진다. 최근의 연구에서, RLS환자의 대뇌 척수액을 검사하였더니 페리틴(ferritin)은 감소하고 트랜스페린(transferrin)은 증가한 것을 볼 수 있었는데, 이는 RLS 환자의 대뇌에서 철의 농도가 중요함을 의미한다. 자기 공명 검사(MRI)로 대뇌의 철 농도를 측정한 연구에서도 대뇌의 특정 부위에 철 결핍이 있는 환자에서 RLS가 발생하는 것으로 밝혀졌다. 대뇌의 철 농도 저하가 RLS를 일으키는 기전은 밝혀지지 않았으나, 아마도 철 의존 효소인 tyrosine hydroxylase가 신경전달물질인 도파민 합성의 속도 제한 요소(limiting factor)로 작용하는 것과 관련되어 있을 것으로 생각된다.
* 공급원 Sources
1. 식품 공급원 Food Sources
식품과 철분 제제 속의 철 중에서 몸에서 흡수되고 이용되는 양은 개인의 영양 상태와 철이 헴 속에 포함되어 있는지 아닌지에 의해 영향을 받는다. 헴 속에 포함된 철은 비헴(nonheme) 철과 다른 방식으로 좀 더 빠르게 흡수되며 다른 음식에 의해 쉽게 영향을 받지 않는다. 빈혈이 있거나 철 결핍이 있는 사람은 없는 사람에 비해 철의 흡수율이 높은데, 특히 비헴(nonheme) 철 흡수율이 더 증가한다.
- 헴 철 Heme Iron
헴 철(Heme Iron)은 육류, 가금류, 생선류의 혈색소(hemoglobin)와 미오글로빈 속에 풍부하다. 헴 철은 식이를 통해 섭취하는 철의 10-15%에 지나지 않지만, 흡수되는 철의 1/3을 차지한다. 헴 철의 흡수율은 비헴 철에 비해서 다른 식품의 영향을 덜 받는다.
- 비헴 철 (Nonheme Iron).
식물, 낙농제품, 육류에 첨가된 염화철은 비헴 철의 공급원이다. 비헴 철의 흡수는 음식 속에 포함된 흡수 촉진 물질과 억제 물질에 의해 많은 영향을 받는다.
2. 비헴 철의 흡수를 증가시키는 것 Enhancers of Nonheme Iron Absorption
- 비타민 C Vitamin C
비타민 C는 3가 철이온(ferric iron)을 2가 철이온(ferrous iron)으로 바꾸어 흡수가 용이한 철-아스코르빈산 결합물을 만들어 비헴 철의 흡수율을 높인다.
- 다른 유기산 organic acid
구연산(citric acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 젖산(lactic acid)은 일부 비헴 철의 흡수를 증가시키는 작용이 있다.
- 육류, 생선, 가금 헴 철(Meat, Fish, and Poultry)
육류, 생선, 가금류는 잘 흡수되는 헴 철을 함유하고 있을 뿐만 아니라 비헴 철의 흡수도 증가시킨다. 그 기전은 명확히 알려져 있지 않다.
3. 비헴 철의 흡수를 방해하는 것 Inhibitors of Nonheme Iron Absorption
- 파이틱 산 phytic acid, phytate
콩류, 곡물, 쌀 속에 포함되어 있으며 비헴 철의 흡수를 방해한다. 5-10mg의 적은 양의 파이틱산(phytic acid)도 비헴 철의 흡수를 50% 가량 감소시킨다. 대두콩, 검은 콩, 렌즈콩(lentil), mung bean, 으깬 완두 등에서 흡수되는 철의 흡수율은 2% 미만이다.
- 폴리페놀 Polyphenols
폴리페놀은 과일, 야채, 커피, 홍차, 포도주, 향신료에 들어있고 비헴 철의 흡수를 저하시킨다. 이 영향은 비타민 C에 의해 감소될 수 있다.
- 콩단백질 Soy protein
두부에 들어 있는 콩단백질은 철 흡수를 떨어뜨리는데 이 영향은 파이틱산(phytic acid)의 작용과는 독립적이다.
* 일반적인 철 섭취량 Typical Dietary Intake
미국의 국민영양조사에 의하면 식이를 통한 평균 철 섭취량은 남성은 16-18mg/d, 폐경 전후 여성은 12mg/d,
임산부는 15mg/d였다.
대부분의 폐경 전 미국 여성과 임산부는 영양 권장량(RDA)보다 적은 양의 철을 섭취하고 있었으며 반대로 미국 남성의 대부분은 권장량보다 많이 섭취하고 있었다. 미국에서 생산되는 대부분의 곡물들은 철분이 강화되어 있다.
1. 보충제 Supplements
철 결핍을 교정하거나 결핍을 예방하기 위하여 철분 보충제를 복용할 수 있다. 성인 남성과 폐경기 여성처럼 철 결핍의 위험이 없는 사람들에게는 철 결핍에 대한 적절한 내과적 검사 없이 철분 제제를 투여하면 안 된다. 철분제제의 종류는 다양하고 각각 다른 비율의 원소철(element iron)함량을 가진다. ferrous sulfate (heptahydrate)는 22%의 원소철(elemental iron)을 함유하고 ferrous sulfate(monohydrate)는 33%의 원소철을 함유한다. ferrous gluconate는 12%의 원소철을 함유하고 있으며, ferrous fumarate는 33%를 함유하고 있다. 특별한 언급이 없다면 이 책에서 말하는 모든 철 용량은 원소철의 함량을 의미한다.
* 철 용량 과다 Iron Overload
일부 유전병에서는 체내에 철이 축적된다. 유전성 혈색소침착증(Hereditary hemochromatosis)은 정상적인 철 섭취에도 불구하고 철이 축적되는 병이며, 사하라 이남 아프리카 지역의 혈색소침착증(sub-Saharan African hemochromatosis)은 유전적인 요인과 철의 과다한 섭취가 동반될 때 발생하는 것으로 보인다.
1. 유전성 혈색소침착증 Hereditary hemochromatosis
북유럽인 200명 당 한 명은 유전성 혈색소침착증(Hereditary hemochromatosis, HH)으로 알려진 유전병의 영향을 받는다. 이의 특징은 수 년 동안 소장에서 철의 흡수가 증가한 결과 간을 비롯한 다른 조직에 철이 침착되는 것이다. 치료하지 않고 방치하면 조직에 축적된 철에 의해 간경화 및 당뇨, 심근병, 관절염을 일으킬 수 있다. 유전성 혈색소침착증은 장기간 소장에서 철의 흡수가 증가하여 나타나는 질환으로, 이를 일으키는 유전자(HFE)와 돌연변이는 1996년에 와서야 규명되었다. 아직까지 HFE 유전자에 의해 합성된 단백질이 소장의 철 흡수에 어떤 작용을 하는지는 정확하게 밝혀지지 않았다.25 유전성 혈색소침착증에서 축적된 철은 정맥 절개술(phlebotomy)로 치료하는데 한번에 500ml의 혈액을 제거하며, 시행 간격은 철이 얼마나 많이 축적되었느냐에 따라 달라진다. 유전성 혈색소침착증 환자들은 철분 제제를 복용하지 말 것을 권장하나 일반적으로 철이 다량 함유된 음식에 제한을 두지는 않는다. 과음은 간경화의 위험을 높이기 때문에 피해야 한다. 혈색소침착증의 가족력 등 유전성 혈색소침착증의 위험이 높은 사람들은 혈액검사를 통한 유전적 검사가 도움이 된다.
2. 사하라 이남 아프리카지역의 혈색소침착증 Sub-Saharan African Hemochromatosi
남아프리카 지역 흑인의 철 축적은 철이 많이 함유된 요리용 냄비와 맥주를 발효시키는 강철로 만든 술통에서 나온 음식과 술에 장기간 노출되는 것과 연관이 있을 것으로 생각된다. 이러한 철의 축적은 맥주를 많이 마시는 성인 남성에서 더 심하며, 과음하는 경우 철의 섭취는 하루 100mg이 넘어 유전성 혈색소침착증과 유사하게 간경화와 당뇨를 유발한다. 그러나 유전성 혈색소침착증과 다른 점은 아직 유전적 요소가 규명되지 않았다는 것과, 고용량의 철 섭취시에만 발병한다는 것이다. 미국에 거주하는 아프리카인에서도 철 축적이 일어나는데 이는 사하라 이남 아프리카 철색소침착증(sub-Saharan African hemochromatosis)의 돌연변이가 아프리카인 후손들에게 영향을 미친 것으로 생각된다. 그러나 미국에 거주하는 아프리카인의 철 축적의 정확한 빈도와 원인은 규명되지 않았다.
3. 유전성 빈혈 Hereditary Anemia
철의 축적은 철 결핍 빈혈이 아닌 유전적 빈혈이 심한 경우에도 일어난다. 철을 과다하게 섭취하면 몸은 적혈구를 만들기 위해 지속적으로 노력한다. 철적모구빈혈(sideroblastic anemia)이나 피루빈산염 키나아제(pyruvate kinase) 결핍증, 중증 탈라세미아(유전성 용혈성 빈혈, 지중해성 빈혈, thalassemia major)등의 빈혈환자들에서는 철 축적의 위험이 있는데 특히 수혈시 위험도가 증가한다. 유전성 구형적혈구증(hereditary spherocytosis, 둥근적혈구증)과 경증 탈라세미아(thalassemia minor)의 경우는 철 결핍 빈혈로 오진되어 수 년간 철분제제를 복용한 경우를 제외하면 철의 축적이 거의 일어나지 않는다. Thalassemia major와 minor 모두 지중해 지역에서 흔하다. 지중해 지역 사람들에게는 유전성 혈색소침착증과는 또 다른 형태로 철이 축적된다고 추측되고 있다.
유전적인 소인이 없다면 건강한 사람이 철분 제제를 장기간 복용하였다고 해도 철이 축적되지는 않는다. 이는 철을 과잉 섭취하여 부작용이 일어날 가능성이 있을 때에는 장의 철 흡수 조절에 의한 보호가 중요함을 말해준다. 그러나 철 결핍이 없는 사람들에게 철분제제를 공급하는 것은, 종종 유전성 혈색소침착 증(Hereditary hemochromatosis)을 배제할 수 없고 최근 지속적으로 철을 과다 섭취하였을 경우의 미세한 효과를 고려해야 함이 알려지고 있으므로 피해야 한다.
* 철 안전성 iron Safety
1. 독성 Toxicity
- 과다복용 Overdose.
6세 이하 어린이들이 철 중독으로 사망에 이르는 가장 큰 원인은 우발적으로 철을 함유한 물질을 과량 복용한 경우이다.
식이섭취를 통한 원소철의 치사량은 몸무게 1kg당 200-250mg이지만 이보다 적은 양에서도 위험할 수 있다. 급성 독성의 증상은 몸무게 1kg당 20-60mg에서 일어나기 시작한다. 원소철이 얼마나 흡수되느냐에 따라 철분의 독성이 결정되므로, 철의 과다복용은 응급상황에 속한다.
급성 철 중독은 4단계로 나눌 수 있다.
(1) 섭취한지 1시간에서 6시간 이내에 나타나는 증상은 구역, 구토, 복통, 검은 변(tarry stool), 기면, 허약감, 빠른 맥박, 저혈압, 열, 호흡곤란, 혼수이다.
(2) 치명적이지 않다면 증상은 24시간 이내에 소실된다.
(3) 증상은 철을 섭취한 후 12시간에서 48시간 사이에 다시 재발할 수 있는데 심혈관, 콩팥, 간, 혈액, 중추신경 등의 심각한 부전을 초래할 수 있다.
(4) 중추신경계와 위, 간(간경화)의 지속적인 손상은 철분 섭취 뒤 2-6주 후까지 지속될 수 있다.
- 부작용 Adverse Effects.
철 결핍이 있어 보충제를 공급하게 되면 위장관 자극과 구역, 구토, 설사, 변비가 일어날 수 있다. 대변색은 일반적으로 검어진다. 철분 보충액을 마시면 치아에 일시적으로 착색되지만 물을 마시면 희석되어 치아 착색을 예방할 수 있다. 공복시 철분 제제 복용을 피하고 음식과 함께 복용하면 이러한 위장관계 부작용을 줄일 수 있다. 미국 의학 협회의 식품 영양 위원회(FNB)에서 정한 위장관의 부작용을 견디면서 복용 가능한 철의 최대 관용량을 표 19-3에 표시하였다.
14세 이상의 청소년과 성인(임산부, 수유부 포함)의 최대 관용량(UL)은 45mg/d 이다. 여기서 유념해야 할 사항은 최대 관용량은 치료 목적으로 의사의 관리 하에 투여되는 철의 용량은 아니라는 점이다. 유전성 철색소침착증(Hereditary hemochromatosis)이나 알코올성 간경화 등 다른 간질환, 또는 철 과다의 가능성이 있는 사람들은 최대 관용량보다 적은 양의 철 섭취에 의해서도 부작용을 경험할 수 있다.
2. 철 과다와 관련된 질병 Diseases Associated with Iron Exces
- 심혈관 질환 Cardiovascular Diseases.
동물실험에서는 철에 의한 산화 스트레스가 동맥경화증과 심근경색을 유발하였다. 그러나 사람을 대상으로 한 역학 연구들은 철과 심혈관 질환의 연관성에 대해 아직 일치된 결과를 보이지는 못했다. 7800개의 사례를 포함하는 12개의 역학연구에 대한 체계적 분석에서도 철과 심혈관 질환을 연관지을 만한 근거를 찾지 못했다. 혈중 페리틴(ferritin)은 저장철의 상태를 가장 잘 반영하는 수치이다. 그러나 페리틴을 측정한 5개의 앞방향 연구에서 200μ g/L를 기준으로 비교하였을 때 페리틴 농도와 심혈관질환의 위험성은 관련이 없었다. 두 개의 대규모 앞방향 연구에 의하면, 섭취한 철의 총량이 아닌 헴의 양이 증가할수록 심근경색의 위험이 증가하였다. 철 저장량이 증가하면 헴 철 흡수에 비하여 비헴 철의 흡수가 더 억제되는데, 이는 심혈관 질환에 있어 철의 총섭취량 보다는 동물성 원료에서 비롯한 철의 역할이 더 중요함을 시사한다. 비록 철 저장과 심혈관 질환의 관련성에 대해서는 연구가 더 필요하지만, 성인 남성이나 폐경 여성 등 철 결핍의 위험이 없는 경우 과도한 철 복용을 피해야 한다는 주장은 타당성이 있다.
- 암 Cancer.
유전성 철색소침착증(Hereditary hemochromatosis) 환자에서 철 과잉에 의한 간경화가 있을 경우 간암(hepatocellular carcinoma)의 발생이 극적으로 증가한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 철색소침착증이 없는 사람에게서 철의 식이 섭취와 암이 관련되어 있는지의 여부는 분명하지 않다. 몇몇 역학 연구에서는 측정된 철의 양이 증가한 경우 대장암 및 전암성 병변인 폴립(polyps)의 발생 증가와 연관이 있다고 하였으나, 일관된 결과를 얻지는 못하였다. 혈중농도나 저장철의 양 보다는 식품으로 섭취하는 철의 양이 대장암의 위험을 예측하는데 좀 더 도움이 된다.33, 34 붉은색 육류 섭취의 증가는 대장암 위험의 증가와 관련되어 있으나 철의 식이 섭취량과는 달리 육류 섭취의 증가가 암을 일으키는 데는 많은 잠재적인 대사과정이 존재한다. 예를 들어 붉은 고기를 먹게 되면 담즙산 분비가 증가하고 이는 대장 세포의 독성을 가져오며 요리 과정에서는 발암 화합물에 노출된다. 체내 저장철의 양보다는 대장 안에 머물고 있는 철의 양이 많을수록 철에 의한 촉매반응에 의해 생성된 ROS에 노출된 대장세포가 손상되어 대장암이 발생할 확률이 높아진다. 식이 철 섭취, 철저장량과 대장암과의 연관성에 대해서는 연구 중에 있지만 결과는 아직 알 수 없다.
- 신경 퇴행성 질환 Neurodegenerative Disease.
철은 신경전달물질과 수초(myelin)의 합성 뿐 아니라 뇌와 신경의 세포 대사 작용에 필요하다. 그러나 과도한 철의 축적은 산화 스트레스를 증가시키며, 뇌는 특히 산화 손상(oxidative stress)에 민감하다. 철의 축적과 산화 손상은 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환을 유발할 수 있다. 뇌에 비정상적으로 축적되는 철은 식이섭취 증가 때문이라기 보다는 복잡한 철 세포 대사의 균형이 깨지기 때문으로 보인다. 현재 철대사의 균형 파괴에 대해서는 거의 알려져 있지 않으나 생물학, 의학 분야에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
3. 약물 상호작용 Drug Interaction
* 가능한 약을 왜 적게 먹어야하는가? 하는 이유가 있다.
위산 분비를 감소시키는 제산제, 항히스타민제, 프로톤 펌프 억제제(proton pump inhibitor)는 철의 흡수를 감소시킨다.
또 레보도파(levodopa), 레보티록신(levothyroxine), 메틸도파(methyldopa), 페니실라민(penicillamine), 퀴놀론(quinolone), 테트라사이클린(tetracycline), 비스포스포네이트(bisphosphonate) 등과 같이 복용하면 이들 약제의 흡수와 약효가 떨어지므로 철 복용과는 2시간 이상 간격을 두고 복용하여야 한다.
콜레스테롤을 낮추는 콜레스티라민(cholestyramine resin) 역시 철의 흡수를 방해하므로 철분제제와 2시간 간격을 두고 복용하여야 한다. 통풍치료에 쓰이는 알로퓨리놀(allopurinol)은 간에서 철의 저장을 증가시키므로 철분제제와 같이 복용하면 안된다.