철분 (Iron, Fe)

목차

• 철분의 종류
• 흡수와 대사
• 철분의 항상성 조절
• 철분 흡수에 영향을 미치는 인자
• 철분의 체내 기능
• 철분의 급원식품
• 한국인 영양섭취기준 및 안전성

1. 철분의 종류 

1) 헴철 (heme iron)

헴(heme) 안에 존재하며 흡수율이 25~40% 정도입니다. 주로 육류와 같은 동물성 식품에 함유되어 있습니다. 

2) 비헴철 (non-heme iron) 

헴(heme)구조 없이 유리된 상태로 존재하는 철분을 말합니다. 흡수율은 헴철보다 낮아 5~17% 정도입니다. 주로 식물성 식품에 함유되어 있습니다.

 

  
2.흡수와 대사 

 ◦ 식품으로 섭취한 철분은 14~18%가 흡수되며 융모막을 통해 운반체가 매개하는 기전에 의해 소장으로 흡수됩니다.

 ◦ 헴철(heme iron)은 직접 융모로 이동, 흡수되나 비헴철(non-heme iron)은 Fe3+형태에서 Fe2+ 형태로 전환된 후 융모로 이동, 흡수됩니다.

 ◦ 흡수된 철분은 온몸의 세포들로 이동하기 위해 페로포틴(ferroportin)이라는 단백질과 만나 혈액으로 이동하고, 이때 구리 함유 효소인 페록시데이즈(feroxidase)에 의하여 Fe2+ 형태에서 Fe3+ 형태로 산화된 후 혈장단백질인 트랜스페린(transferrin)과 결합하여 체내 필요한 조직으로 이동합니다.

 ◦ 체내 조직으로 이동하는 것 외에 소장으로 흡수된 철분은 페리틴(ferritin)이라는 철분 결합단백질과 결합하여 저장되어 있다가 장점막이 탈락할 때 같이 배출되기도 합니다. 이러한 기전은 철분이 혈액으로 유입되는 것을 막아 철분의 과잉 축적으로 인한 철분 독성을 방지하기 위함입니다. 

 ◦ 모든 세포는 트렌스페린 수용체가 외막에 존재하여 트랜스베린-Fe와 결합한 다음 그 철을 세포 내로 가지고 옵니다. 그 후 트랜스페린(transferrin)으로부터 철분을 받아 필요한 기능을 위해 사용하거나 페리틴, 헤모시데린(hemosiderin) 형태로 저장시킵니다. 

3. 철분의 항상성 조절 

 ◦ 철분 결합 단백질인 페리틴(ferirtin) : 체내 철분이 많으면 페리틴은 많이 합성되이 철분과 결합하고, 체내 철분량이 적으면 페리틴은 적게 만들어지며, 페리틴이 적은 상태에서 철분의 흡수가 증가됩니다.

 ◦ 철분 운반 단백질인 트랜스페린(transferrin)의 수용체 : 세포는 트랜스페린 수용체의 합성을 조절하여 철분이 많이 요구되면, 합성양을 증가시켜 철분의 세포 내 흡수를 촉진시키고 철분 필요량이 적을 때는 수용체의 합성량을 줄입니다.

 ◦ 흡수된 철분은 간, 근육, 골수 등 체내 조직으로 분포됩니다.

 ◦ 실제로 사용되는 철분의 약 90%는 다시 복구되어 재사용되며 약 10%만이 담즙의 형태로 배출됩니다. 간과 비장에서 수명을 다한 적힐구에서 철분을 거두어 재활용 가능한 철분을 가장 많이 보유합니다. 

4. 철분 흡수에 영향을 미치는 인자

: 일반적으로 철분 흡수량은 체내 철분 요구량, 철분 저장량, 식이에 의해 영향을 받습니다. 

 

  (1) 혈액 손실, 높은 고도, 육체적 훈련, 임신기와 같이 적혈구에 대한 필요량 증가로 인하여 체내 철분요구량이 높은 경우 철분 흡수가 증가됩니다.

  (2) 체내 철분의 저장량이 낮은 경우 철분 흡수가 촉진되며 반대로 저장량이 높으면 흡수율은 낮아집니다.

  (3) 흡수되는 철분의 양은 철분이 헴철 형태로 존재할 때 더 쉽게 흡수됩니다.(햄철은 25~40% 의 흡수율을 보이고 비헴철은 5~17%의 흡수율을 보임). 비헴철은 주로 식물성 식품에 존재하여 식물성 식품에 풍부한 피트산(phytic acid), 옥살산(oxalic acid) 등에 의하여 철분의 흡수가 저해됩니다.

  (4) 차, 커피, 포도주의 폴리페놀(polyphenol) 성분도 철분 흡수를 감소시킵니다.

  (5) 소량의 육류를 비헬철 식품과 합께 먹으면 비헴철 흡수가 증가되는데, 이러한 효과의 일부는 육류 단백질 인자 (meat protein factor, MPF)에 의한 것으로 여겨집니다.

  (6) 위산과 비타민 C는 철분을 Fe+3 형태에서 Fe+2 형태로 전환시켜 철분의 흡수를 촉진시킵니다. 따라서 제산제나 위산을 감소시키는 약을 복용하거나 위산 감소증이 있는 노인들에게서 철분의 흡수는 문제가 될 수 있습니다.

  (7) 아연, 망간, 칼슘 등의 다른 미네랄 과잉 섭취도 경쟁적 흡수 기전에 의해 철분 흡수가 저해됩니다. 

5.철분의 체내기능

  1) 산소의 이동과 저장에 관여 

 ◦ 철분은 산소 운반과 대사에 관여하는 헤모글로빈(hemoglobin)과 미오글로빈(myoglobin)의 필수 구성성분입니다.

 ◦ 헤모글로빈은 산소 1 분자와 결합하는 헴철 복합체 네 개로 구성되어 있으며 헤모글로빈의 철분은 혈액의 산소를 폐로부터 모든 조직으로, 배출된 이산화탄소를 폐로 운반합니다. 
 ◦ 미오글로빈은 헬철 복합체 한 분자를 함유하고 있는 근육 단백질로 적혈구로부터 골격근과 심장근 세포에 산소를 운반합니다.

 ◦ 헤모글로빈, 미오글로빈과 같은 헴(heme) 단백질 합성을 위해서는 아연(Zn), 구리(Cu)가 필요한데, 이들 미네랄은 헴 합성에 필요한 효소의 활성화에 필요합니다. 

 

  2) 에너지 대사에 관여

 ◦  미토콘드리아 내에 시토크롬(cytochrome)의 구성 성분으로 전자전달계에서 전자를 산소분자로 운반하는 역할을 수행합니다.

 ◦ 시트르산(citric acid)의 사이클의 첫 번째 단계인 시트르산에서 이소시트르산으로 전환할 때 철분 함유 효소가 필요합니다. 

6.철분의 급원 식품

◦  육류, 어류, 가금류의 철분은 헴철로 존재하고, 채소, 곡류에는 비헴철로 존재합니다. 따라서 쇠고기, 간 소시지(liver sausage), 조개 같은 해조류는 철분의 좋은 급원입니다.

 ◦ 시금치를 포함한 진녹색 잎, 강낭콩에도 철분이 다량 존재하나 생체이용률이 낮습니다.

 ◦ 우유에는 철분함량이 상대적으로 낮습니다. 생우유의 철분 흡수율이 약 10% 밖에 안되어 영유아가 생우유를 과다 섭취하는 것은 철분 결핍증을 초래할 수 있습니다. 국내 한 연구에서 생우유를 과다 섭취한 유아, 장기 모유수유 한 유아, 두 경우 다 아닌 유아 대상으로 철분상태를 비교한 결과, 장기모유수유, 생우유 과다 섭취한 유아는 모두 철분, 페리틴, 체모글로빈 함량이 매우 낮았고, 철결핍성 빈혈의 증상인 소적혈구 저 색소성의 수치들을 보였습니다.

 

7. 한국인 영양섭취기준 및 안전성

 ◦ 철분의 성인 권장량섭취기준은 남자 10~12mg, 여자 14~18mg으로 임신부는 여기에서 10~12mg을 더 섭취하도록 권장하고 있습니다. 

 ◦ 철분의 주요 결핍증세로는 철 결핍성 빈혈이 있습니다. 철 결핍성 빈혈이 생기면, 헤모글로빈, 적혈구 합성이 감소하여 산소 운반이 감소되고 이에 따라 피로와 감염이 증가되고 일 수행 및 운동능력이 저하됩니다. 정상세포와 철분 결됩 세포를 비교해 보면, 철분 결핍 세포는 크기가 작고 색이 흐린 것을 볼 수 있는데 이는 색소 성분인 헤모글로빈의 양이 감소하였기 때문입니다. 따라서 철 결핍성 빈혈을 소적혈구성 저 색소성 빈혈이라고도 합니다.

 ◦ 특히, 유년기에는 발육과 인지 발달이 저하될 수 있습니다.  한 연구 결과에 따르면, 주의력결핍 과다행동장애를 가진 아동이 정상아동보다 체내 철 저장량인 페리틴 함량이 더 낮음을 보고하며 철분 결됩이 아동의 인지기능저하 및 행동장애를 유발할 가능성이 있는 것으로 나타났습니다. 

 

※ 철분 결핍성 빈혈에 주의해야 하는 대상자

① 급속한 성장기로 철분 함량을 많이 필요로 하는 유아, 아동기

② 임신 37주 전 출생한 조산아: 임신 후기 몇 주 동안에 출생 후 소요 철분을 저장하므로 조산아는 철분 저장량이 적게 되어 출생 후 높은 철분 소요량으로 인해 빨리 고갈됨

③ 월경으로 인한 혈액 손실이 있는 10대 소녀와 가임기 여성

④ 태아성장으로 인해 혈액량이 증가하는 임신부 

⑤ 채식주의자 : 헴(heme)철이 부족한 식물성 식품 위주의 식사를 하므로 철분 이용률이 낮아 철 결핍 위험이 있음.

  
 ◦ 철분의 상한 섭취량은 하루 45mg으로, 과량의 철분을 섭취하면 오심, 구토, 위장 장애, 설사 및 아연, 망간과 같은 다른 필수 미네랄의 흡수 저하 등이 발생할 수 있습니다.

 ◦ 특히 6세 이하 유아의 주요 독성 사고는 우발적인 철분 과다 복용으로 나타납니다. 유아 들은 철분 과다 복용 시 철분 흡수 기전 반응이 느리고 과도한 철분을 제거하는 기전이 적절하게 빨리 이루어지지 않아 체내 축적되고 결과적으로 철분 독성과 조직 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서 철분 보충제 복용 시 주의해야 하며 반드시 아이들의 손이 닿지 않는 곳에 보관해야 합니다. 
 ◦ 성인의 경우 철분을 과잉 섭취하거나 반복적으로 수혈할 경우에도 철분독성이 증가될 수 있습니다. 최근 임신부에서의 과다 철분 보충제 섭취로 인한 문제가 제기되고 있는데, 한 연구에 따르면, 임신부는 철분을 평균 식이로부터 18.7mg, 철분 보충제만으로 66.9mg을 섭취하는 것으로 나타났고, 철분 보충제를 90-100mg으로 섭취하는 비율은 34.1%, 100mg 이상 섭취하는 비율은 7.5%로 나타났습니다.