체내 철분 대사

일반적으로 건강한 성인의 몸에는 약 3-5g의 철이 들어 있으므로 철은 미량 원소로 분류할 수 있습니다. 철은 신체에 고르지 않게 분포됩니다. 철의 약 2/3는 적혈구의 헤모글로빈에 들어 있습니다. 이것이 철의 순환 기금(또는 풀)입니다. 성인의 경우 이 풀은 2-2.5g, 만삭 신생아의 경우 0.3-0.4g, 미숙아의 경우 0.1-0.2g입니다. 비교적 많은 철이 미오글로빈에 들어 있습니다. 남성의 경우 0.1g, 여성의 경우 0.05-0.07g입니다. 인체에는 철을 포함한 70가지 이상의 단백질과 효소(예: 트랜스페린, 락토페린)가 들어 있으며, 이들 중 철의 총량은 0.05-0.07g입니다. 수송 단백질인 트랜스페린이 운반하는 철은 약 1%(철 수송 기금)를 차지합니다. 인체 내 철분의 약 3분의 1을 차지하는 철 저장고(저장소, 비축기)는 의료 행위에 매우 중요합니다. 다음 기관들이 저장고 기능을 수행합니다.

• 간;
• 비장;
• 골수;
• 뇌.

철은 페리틴 형태로 저장고에 존재합니다. 저장고 내 철의 양은 SF 농도를 측정하여 확인할 수 있습니다. 오늘날 SF는 국제적으로 인정된 유일한 철분 저장 지표입니다. 철 대사의 최종 산물은 헤모시데린으로, 조직에 축적됩니다.

철은 미토콘드리아 호흡 사슬, 시트르산 회로, DNA 합성 효소의 가장 중요한 보조 인자이며, 헤모글로빈과 미오글로빈에 의한 산소의 결합 및 운반에 중요한 역할을 합니다. 철을 함유한 단백질은 콜라겐, 카테콜아민, 티로신의 대사에 필수적입니다. Fe ² * <--> Fe ³ 반응에서 철의 촉매 작용으로 인해, 킬레이트되지 않은 유리 철은 세포막을 손상시키고 세포 사멸을 일으킬 수 있는 히드록실 라디칼을 형성합니다. 진화 과정에서 유리 철의 손상 효과로부터의 보호는 음식에서 철의 흡수, 흡수, 운반 및 무독성 가용성 형태로 침착을 위한 특수 분자를 형성함으로써 해결되었습니다. 철의 운반 및 침착은 트랜스페린, 트랜스페린 수용체, 페리틴과 같은 특수 단백질에 의해 수행됩니다. 이러한 단백질의 합성은 특별한 메커니즘에 의해 조절되며 신체의 필요에 따라 달라집니다.

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건강한 사람의 철분 대사는 순환적으로 닫힙니다.

사람은 매일 약 1mg의 철분을 체액과 위장관 상피의 박리로 인해 잃습니다. 이와 정확히 같은 양의 철분이 음식을 통해 위장관에서 흡수될 수 있습니다. 철분은 음식으로만 체내에 들어온다는 점을 명확히 이해해야 합니다. 따라서 매일 1mg의 철분이 손실되고 1mg이 흡수됩니다. 오래된 적혈구가 파괴되는 과정에서 철분이 방출되고, 이는 대식세포에 의해 활용되어 헴 생성에 재사용됩니다. 신체는 철분을 흡수하는 특별한 메커니즘을 가지고 있지만, 수동적으로 배출됩니다. 즉, 생리적인 철분 배설 메커니즘은 없습니다. 따라서 음식에서 흡수되는 철분이 신체의 필요량을 충족하지 못하면 원인과 관계없이 철분 결핍이 발생합니다.

체내 철분 분포

1. 체내 철분 총량의 70%는 헤모단백질의 일부입니다. 헤모단백질은 철이 포르피린에 결합된 화합물입니다. 이 단백질의 주요 구성 요소는 헤모글로빈(철 58%)입니다. 또한, 이 단백질에는 미오글로빈(철 8%), 시토크롬, 과산화효소, 카탈라아제(철 4%)가 포함됩니다.
2. 비헴 효소군 - 잔틴 산화효소, NADH 탈수소효소, 아코니타제; 이 철 함유 효소들은 주로 미토콘드리아에 위치하며, 산화적 인산화 및 전자 전달 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이 효소들은 금속을 거의 함유하지 않으며 전반적인 철 균형에 영향을 미치지 않지만, 이들의 합성은 조직으로의 철 공급에 의존합니다.
3. 철의 운반 형태는 저분자량 철 운반체인 트랜스페린, 즉 락토페린입니다. 혈장의 주요 운반 철단백질은 트랜스페린입니다. 분자량 86,000의 베타글로불린 분획에 속하는 이 단백질은 두 개의 활성 부위를 가지고 있으며, 각 부위는 하나의 Fe ³⁺ 원자를 부착할 수 있습니다. 혈장에는 철 원자보다 철 결합 부위가 더 많기 때문에 유리 철이 없습니다. 트랜스페린은 구리, 망간, 크롬과 같은 다른 금속 이온과도 결합할 수 있지만, 선택성은 다르며 철은 주로 그리고 더 단단하게 결합합니다. 트랜스페린 합성의 주요 장소는 간세포입니다. 간세포에 침착된 철의 양이 증가함에 따라 트랜스페린 합성은 현저히 감소합니다. 철을 운반하는 트랜스페린은 정상 적혈구와 망상 적혈구에 대해 매우 활발하며, 금속 흡수량은 적혈구 전구체 표면에 있는 유리 수용체의 존재 여부에 따라 달라집니다. 망상적혈구 막은 전정적혈구보다 트랜스페린 결합 부위가 현저히 적어 적혈구가 노화됨에 따라 철 흡수가 감소합니다. 저분자량 철 운반체는 세포 내 철 운반을 담당합니다.
4. 축적된, 예비 또는 여분의 철은 페리틴과 헤모시데린의 두 가지 형태로 존재할 수 있습니다. 예비 철 화합물은 단백질 아포페리틴으로 구성되며, 이 분자는 많은 수의 철 원자를 둘러싸고 있습니다. 페리틴은 갈색 화합물로 물에 녹으며 20%의 철을 함유하고 있습니다. 체내에 철이 과도하게 축적되면 페리틴 합성이 급격히 증가합니다. 페리틴 분자는 거의 모든 세포에 존재하지만, 특히 간, 비장, 골수에 많이 존재합니다. 헤모시데린은 갈색의 과립상이며 물에 녹지 않는 색소로 조직에 존재합니다. 헤모시데린의 철 함량은 페리틴보다 40% 높습니다. 헤모시데린이 조직에 미치는 손상은 리소좀 손상, 자유 라디칼 축적과 관련이 있으며, 이는 세포 사멸로 이어집니다. 건강한 사람의 경우 예비 철의 70%는 페리틴 형태이고 30%는 헤모시데린 형태입니다. 헤모시데린의 이용률은 페리틴보다 현저히 낮습니다. 조직의 철 보유량은 반정량적 평가법을 이용한 조직화학적 연구를 통해 평가할 수 있습니다. 철적모세포(sideroblast)의 수를 측정하는데, 이는 다양한 양의 비헴 철 과립을 함유하는 핵 적혈구 세포입니다. 어린 소아의 체내 철 분포에서 특이한 점은 적혈구 세포의 철 함량이 높고 근육 조직의 철 함량이 낮다는 것입니다.

철분 균형 조절은 체내 철분을 거의 완전히 재이용하고, 위장관 흡수를 통해 필요한 철분 수준을 유지하는 원리에 기반합니다. 철분 배설 반감기는 4~6년입니다.

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철분 흡수

흡수는 주로 십이지장과 공장의 초기 부분에서 발생합니다. 체내 철분 결핍의 경우 흡수 영역이 말단 방향으로 확장됩니다. 일일 식단에는 일반적으로 약 10-20mg의 철이 포함되어 있지만 위장관에서 흡수되는 것은 1-2mg에 불과합니다. 헴 철의 흡수는 무기 철 섭취량을 크게 초과합니다. 위장관에서 철 원자가가 흡수에 미치는 영향에 대한 명확한 의견은 없습니다. VI Nikulicheva(1993)는 Fe ^2+가 정상 농도나 과도한 농도에서 실제로 흡수되지 않는다고 생각합니다. 다른 저자에 따르면 철 흡수는 원자가에 의존하지 않습니다. 결정적인 요인은 철의 원자가가 아니라 알칼리 반응에서 십이지장에서의 용해도라는 것이 확립되었습니다. 위액과 염산은 철의 흡수에 참여하여 산화물 형태(Fe ^H )를 산화물 형태(Fe ²⁺ )로 회복시키고 이온화하며 흡수 가능한 성분을 형성하지만 이는 비헴철에만 적용되며 흡수를 조절하는 주요 메커니즘은 아닙니다.

헴철의 흡수 과정은 위 분비와는 무관합니다. 헴철은 포르피린 구조로 흡수되며, 장 점막에서만 헴철로부터 분리되어 이온화된 철을 형성합니다. 철분은 헴철을 함유한 육류 제품(9~22%)에서 더 잘 흡수되는 반면, 비헴철을 함유한 식물성 식품(0.4~5%)에서는 훨씬 더 잘 흡수되지 않습니다. 육류 제품에서 철분은 여러 가지 방식으로 흡수됩니다. 간에서는 육류보다 철분이 더 잘 흡수되는데, 이는 간에 존재하는 철분이 헤모시데린과 페리틴의 형태로 존재하기 때문입니다. 채소를 물에 많이 넣고 끓이면 철분 함량을 20 %까지 줄일 수 있습니다.

모유의 철분 흡수율은 독특하지만, 철분 함량은 1.5mg/L로 낮습니다. 또한, 모유는 모유와 함께 섭취하는 다른 식품의 철분 흡수율을 높여줍니다.

소화 과정에서 철은 장세포로 들어가 농도 기울기를 따라 혈장으로 이동합니다. 체내에 철분이 부족하면 위장관 내강에서 혈장으로의 철분 이동이 가속화됩니다. 체내에 철분이 과다하면 대부분의 철분이 장 점막 세포에 저장됩니다. 철분을 가득 담은 장세포는 융모의 기저부에서 상부로 이동하며, 탈락된 상피와 함께 소실되어 과도한 금속이 체내로 유입되는 것을 방지합니다.

위장관에서의 철 흡수 과정은 다양한 요인의 영향을 받습니다. 가금류에 함유된 옥살산, 피틴산, 인산염, 탄닌은 철분과 복합체를 형성하여 체내에서 철분을 배출하기 때문에 철분 흡수를 감소시킵니다. 반대로, 아스코르브산, 숙신산, 피루브산, 과당, 소르비톨, 알코올은 철분 흡수를 증진시킵니다.

혈장에서 철은 운반체인 트랜스페린과 결합합니다. 이 단백질은 철을 주로 골수로 운반하는데, 골수에서 철은 적혈구로 침투하고, 트랜스페린은 혈장으로 돌아옵니다. 철은 미토콘드리아로 들어가 헴 합성이 일어납니다.

골수에서 철이 추가로 이동하는 경로는 다음과 같습니다. 생리적 용혈 과정에서 하루에 15~20mg의 철이 적혈구에서 방출되고, 이는 식세포에 의해 이용됩니다. 이후 대부분의 철은 헤모글로빈 합성에 다시 사용되고, 소량만이 대식세포에 예비 철의 형태로 남습니다.

체내 총 철 함량의 30%는 적혈구 생성에 사용되지 않고 저장고에 저장됩니다. 페리틴과 헤모시데린 형태의 철은 주로 간과 비장의 실질 세포에 저장됩니다. 대식세포와 달리 실질 세포는 철을 매우 느리게 소비합니다. 실질 세포의 철 섭취는 체내 철분 과잉, 용혈성 빈혈, 재생불량성 빈혈, 신부전증이 있을 때 증가하고, 심각한 금속 결핍증이 있을 때는 감소합니다. 이러한 세포에서 방출되는 철은 출혈 시 증가하고 수혈 시 감소합니다.

조직 내 철분을 고려하지 않으면 체내 철 대사의 전반적인 모습을 제대로 파악할 수 없습니다. 페로엔자임에 포함된 철의 양은 125mg에 불과하여 적지만, 조직 호흡 효소의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 조직 호흡 효소가 없다면 어떤 세포도 존재할 수 없습니다. 세포 내 철분 저장량은 체내 철분 섭취 및 소비량의 변동에 따라 철분 함유 효소의 합성이 직접적으로 좌우되는 상황을 피할 수 있게 해줍니다.

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생리적 손실과 철 대사의 특징

성인의 생리적 철 손실량은 하루 약 1mg입니다. 철은 피부 상피, 표피 부속기관, 땀, 소변, 대변, 그리고 장 상피의 각질 제거를 통해 손실됩니다. 여성의 경우, 월경, 임신, 출산, 수유 기간 동안 혈액을 통해 약 800~1000mg의 철이 손실됩니다. 체내 철 대사는 그림 3에 나와 있습니다. 혈청 철 함량과 트랜스페린 포화도는 낮 동안 변한다는 점이 흥미롭습니다. 혈청 철 농도는 아침에는 높고 저녁에는 낮습니다. 수면 부족은 혈청 철 함량의 점진적인 감소로 이어집니다.

체내 철 대사는 구리, 코발트, 망간, 니켈과 같은 미량 원소의 영향을 받습니다. 구리는 철의 흡수와 운반에 필수적이며, 시토크롬 산화효소인 세룰로플라스민을 통해 작용합니다. 망간이 조혈 과정에 미치는 영향은 비특이적이며, 높은 산화력과 관련이 있습니다.

철분 결핍이 어린아이, 청소년 소녀, 출산 가능 연령의 여성에게 가장 흔한 이유를 알아보기 위해 이들 그룹의 철분 대사 특성을 살펴보겠습니다.

태아의 철분 축적은 임신 기간 내내 일어나지만, 임신 마지막 3개월에 가장 집중적으로(40%) 일어납니다. 따라서 1~2개월 조산은 만삭아에 비해 철분 공급이 1.5~2배 감소합니다. 태아는 농도 기울기에 반하여 태아에게 유리한 양의 철분 균형을 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다. 태반은 임산부의 골수보다 철분을 더 집중적으로 흡수하며, 산모의 헤모글로빈에서 철분을 흡수하는 능력을 가지고 있습니다.

모체의 철분 결핍이 태아의 철 저장량에 미치는 영향에 대한 자료는 상충됩니다. 일부 저자들은 임신 중 철분 결핍증이 태아의 철 저장량에 영향을 미치지 않는다고 생각하는 반면, 다른 저자들은 직접적인 연관성이 있다고 생각합니다. 모체의 철분 함량 감소가 신생아의 철 저장량 부족으로 이어지는 것으로 추정할 수 있습니다. 그러나 건강한 산모와 철분 결핍성 빈혈 산모에게서 태어난 아이 간에는 생후 첫날과 그 후 3~6개월 동안의 철분 결핍성 빈혈 발생률, 헤모글로빈 수치, 혈청 철 함량에 차이가 없으므로 선천성 철분 결핍으로 인한 철분 결핍성 빈혈 발생 가능성은 낮습니다. 만삭 및 미숙아의 체내 철분 함량은 75mg/kg입니다.

어린이의 경우 성인과 달리 음식물에 함유된 철분은 미량 원소의 생리적 손실을 보충할 뿐만 아니라, 하루 평균 0.5mg/kg인 성장 필요량도 충족해야 합니다.

따라서 미숙아, 다태 임신아, 3세 미만 아동의 철분 결핍증 발병에 대한 주요 전제 조건은 다음과 같습니다.

• 외부 철분 섭취가 부족하여 철분 저장량이 빠르게 고갈됨
• 철분 필요량 증가.

청소년의 철분 대사

청소년, 특히 여아의 철분 대사에서 나타나는 특징 중 하나는 미량 원소의 필요량 증가와 체내 철분 섭취량 감소 사이의 현저한 불균형입니다. 이러한 불균형의 원인은 빠른 성장, 영양 부족, 스포츠 활동, 과다한 월경, 그리고 초기 철분 수치 저하입니다.

가임기 여성의 경우 체내 철분 결핍이 발생하는 주요 요인은 과다하고 장기간의 월경, 다태 임신입니다. 월경 중 30~40ml의 혈액을 잃는 여성의 경우 일일 철분 필요량은 1.5~1.7mg/일입니다. 혈액 손실이 더 많아지면 철분 필요량은 2.5~3mg/일로 증가합니다. 실제로 위장관을 통해 유입될 수 있는 철분은 1.8~2mg/일뿐이므로 0.5~1mg/일의 철분을 보충할 수 없습니다. 따라서 미량 원소 결핍은 한 달에 15~20mg, 1년에 180~240mg, 10년에 1.8~2.4g이 되는데, 이는 체내 예비 철분 함량을 초과하는 수치입니다. 또한 임신 횟수, 임신 간격, 수유 기간도 여성의 철분 결핍 발생에 중요합니다.