비타민D (r1)

비타민 D2는 에르고칼시페롤이라는 화학명을 가진 비타민 D의 한 형태이다. 이 화합물은 주로 효모와 같은 균류, 그리고 특정 버섯류에 포함된 프로비타민 D2(에르고스테롤)가 자외선(특히 UVB)에 노출되면 합성된다. 따라서 동물성 식품보다는 식물 및 균류 기반 공급원에서 발견되는 특징을 가진다.

인체 내에서 비타민 D2는 비타민 D3(콜레칼시페롤)과 유사한 대사 경로를 거쳐 활성형으로 전환된다. 간에서 25-하이드록시비타민 D(칼시페디올)로, 이후 신장에서 최종 활성형인 1,25-다이하이드록시비타민 D(칼시트리올)로 수산화된다. 이 활성형은 비타민 D 수용체와 결합하여 칼슘 흡수 촉진 및 뼈 대사 조절 등 핵심 생리 기능을 수행한다.

역사적으로 비타민 D2는 구루병 치료를 위해 처음 사용되었으며, 우유나 식품 강화에 널리 활용되었다. 그러나 최근 연구에 따르면, 동일한 용량으로 비교했을 때 혈중 25-하이드록시비타민 D 농도를 높이는 효능은 비타민 D3에 비해 일반적으로 낮거나 짧은 것으로 보고된다[2]. 이로 인해 보충제 및 강화 식품의 원료 선택에 있어 고려사항이 되고 있다.

비타민 D3는 화학적으로 콜레칼시페롤(cholecalciferol)로 알려져 있다. 이는 동물성 기원을 가지는 비타민 D의 주요 형태이다. 구조적으로는 콜레스테롤로부터 유도되며, 피부에서 햇빛(자외선 B)에 노출될 때 7-디하이드로콜레스테롤이 광화학 반응을 거쳐 합성된다[4].

비타민 D3는 체내에서 생성되는 주요 형태이자, 생물학적 활성이 높은 형태로 간주된다. 일반적인 비타민 D2(에르고칼시페롤)에 비해 간에서 25-하이드록시비타민 D로의 전환 효율이 높으며, 혈중 농도를 유지하는 데 더 효과적이라는 연구 결과가 있다. 따라서 대부분의 영양 보충제와 식품 강화에는 비타민 D3가 선호되는 경향이 있다.

주요 공급원은 다음과 같다.

비타민 D3는 지용성 비타민으로, 지방과 함께 섭취할 때 흡수율이 향상된다. 체내에서 간과 신장을 거쳐 활성형인 1,25-다이하이드록시비타민 D(칼시트리올)로 전환되어 생리적 기능을 수행한다.

햇빛, 특히 자외선 B(UVB) 파장대의 빛에 피부가 노출되면 비타민 D의 체내 합성이 시작된다. 이 과정의 핵심 물질은 피부 표피층에 풍부하게 존재하는 7-디하이드로콜레스테롤이다. UVB 광자가 피부에 도달하면 이 7-디하이드로콜레스테롤 분자에 광화학 반응을 일으켜 프리비타민 D3로 변환시킨다. 이렇게 생성된 프리비타민 D3는 이후 체온에 의해 서서히 안정적인 형태의 비타민 D3(콜레칼시페롤)로 이성화된다.

햇빛을 통한 합성 효율은 여러 요인에 의해 크게 영향을 받는다. 계절, 위도, 시간대, 구름, 대기 오염, 피부 노출 면적, 그리고 피부의 멜라닌 색소 함량이 주요 변수이다. 예를 들어, 북위 37도 이상 지역에서는 겨울 동안 UVB 강도가 약해져 피부 합성이 거의 일어나지 않는다[6]. 또한, 자외선 차단제(SPF 30 이상)를 바르면 피부의 비타민 D 합성 능력이 95% 이상 감소한다.

이러한 합성 경로는 식이로 섭취하는 비타민 D2나 비타민 D3와 달리, 체내에서 필요에 따라 조절되는 중요한 생리적 과정이다. 그러나 현대의 실내 생활 증가와 자외선 차단에 대한 관심으로 인해 많은 인구에서 햇빛 노출만으로 충분한 비타민 D 수준을 유지하기가 어려워졌다.

식이를 통한 비타민D 섭취는 햇빛 노출이 제한된 상황에서 중요한 공급 경로가 된다. 자연적으로 비타민D가 풍부한 식품은 제한적이지만, 일부 동물성 식품과 식물성 식품, 그리고 강화 식품을 통해 섭취할 수 있다.

주요 자연 식품 공급원은 동물성 식품에 집중되어 있다. 비�어 간유는 가장 풍부한 비타민D3 공급원으로 알려져 있다. 기름진 생선인 연어, 고등어, 정어리, 참치 등에도 상당량이 함유되어 있다. 달걀 노른자, 소 간, 치즈 등에도 소량이 존재한다. 식물성 공급원으로는 비타민D2의 형태로 표고버섯과 같은 자외선 조사 버섯이 있다[7].

많은 국가에서는 비타민D 결핍을 예방하기 위해 주요 식품에 영양 강화를 시행한다. 대표적인 강화 식품은 다음과 같다.

이러한 식이 공급원의 생체 이용률은 지용성 비타민의 특성상 식사에 포함된 지방의 양에 영향을 받는다. 지방이 충분히 포함된 식사와 함께 섭취할 때 흡수가 촉진된다.

비타민 D의 가장 잘 알려진 기능은 장에서 칼슘과 인의 흡수를 촉진하여 혈중 농도를 적정 수준으로 유지하는 것이다. 활성형 비타민 D는 소장의 상피 세포에 작용하여 칼슘 결합 단백질의 생성을 증가시킨다. 이 단백질은 칼슘 이온을 세포막을 가로질러 운반하는 데 필수적이다. 또한 인의 흡수도 동시에 증진시켜, 뼈의 주요 무기 성분인 수산화인회석의 형성에 필요한 원료를 공급한다.

이러한 혈중 미네랄 농도 조절은 뼈의 건강과 직접적으로 연결된다. 충분한 칼슘과 인이 공급될 때, 골아세포는 이들을 이용해 강한 골질을 형성할 수 있다. 반대로 비타민 D가 부족하면 장에서 칼슘 흡수가 저하되어 혈중 칼슘 농도가 낮아진다. 이 경우 신체는 부갑상선 호르몬의 분비를 증가시켜 혈중 칼슘을 유지하려 한다. 이 호르몬은 비타민 D와 협력하여 작용하기도 하지만, 칼슘을 얻기 위해 기존 뼈로부터 칼슘을 동원하는 과정을 촉진하기도 한다[10]. 장기적으로 이는 뼈의 광화도 감소와 골밀도 저하로 이어진다.

비타민 D는 뼈의 성장과 재형성 과정에서도 중요한 역할을 한다. 특히 성장기 어린이의 경우, 비타민 D 결핍은 연골의 석회화 장애를 일으켜 골단 부위가 정상적으로 발달하지 못하게 한다. 이는 뼈가 약해지고 변형되는 구루병의 주요 원인이 된다. 성인에서는 동일한 메커니즘이 불충분한 골광화를 유발하여 뼈가 연해지고 통증이 발생하는 골연화증을 일으킨다. 또한 충분한 비타민 D 수준은 노년기에 골다공증과 골절 위험을 낮추는 데 기여하는 것으로 알려져 있다.

비타민 D는 선천성 면역과 적응성 면역 모두에 관여하는 중요한 면역 조절 물질이다. 비타민 D 수용체는 대식세포, 수지상세포, T세포, B세포 등 다양한 면역 세포에 발현되며, 활성형 비타민 D인 칼시트리올은 이들 세포의 기능을 조절한다.

선천성 면역에서 비타민 D는 항균 펩타디인 카텔리시딘의 생성을 촉진한다. 이 펩타디는 세균의 세포막을 파괴하는 역할을 하여 감염에 대한 초기 방어선을 강화한다. 또한, 비타민 D는 대식세포의 식균 작용을 증가시키고 염증성 사이토카인의 과도한 생성을 억제하는 방향으로 작용한다.

적응성 면역에서는 T세포의 반응을 조절한다. 칼시트리올은 과도한 염증을 유발할 수 있는 Th1 세포와 Th17 세포의 분화를 억제하는 동시에, 항염증 효과가 있는 조절 T세포의 생성을 촉진한다. 이는 자가면역 질환에서 과잉 면역 반응을 완화하는 데 기여할 수 있다. 또한, B세포의 증식과 항체 생성을 억제하는 효과도 보고되었다[11].

이러한 면역 조절 기능은 감염성 질환의 예방과 치료, 그리고 다발성 경화증, 류마티스 관절염, 제1형 당뇨병과 같은 자가면역 질환의 위험 감소와 연관되어 연구되고 있다. 그러나 비타민 D의 면역 조절 효과는 개인의 혈중 농도, 유전적 배경, 기저 질환 상태에 따라 다를 수 있다.

비타민 D는 단순한 뼈 건강 영양소를 넘어 세포의 성장, 분화, 사멸을 조절하는 중요한 신호 분자 역할을 한다. 활성형 비타민 D인 칼시트리올은 세포핵 내의 비타민 D 수용체와 결합하여 표적 유전자의 발현을 조절한다. 이 과정을 통해 세포 주기의 진행을 통제하고, 비정상적인 세포 증식을 억제하며, 세포를 특정 기능을 수행하는 성숙한 상태로 분화하도록 유도한다.

이러한 조절 기전은 특히 상피세포에서 잘 연구되었다. 예를 들어, 피부의 각질형성세포에서 칼시트리올은 증식을 억제하고 분화를 촉진하여 건강한 피부 장벽 형성을 돕는다. 또한, 다양한 조직에서 세포자멸사를 유도하여 손상되거나 노화된 세포를 제거하는 과정에도 관여한다.

이러한 세포 수준의 작용은 비타민 D 결핍이 자가면역질환 및 일부 암의 위험 증가와 연관되는 이유를 설명하는 근거가 된다. 연구에 따르면, 칼시트리올은 유방, 대장, 전립선 등 특정 조직에서 암 세포의 증식을 억제하고 분화를 유도하며, 종양의 혈관 신생을 방해하는 효과를 나타낸다[12]. 따라서, 적절한 비타민 D 상태 유지는 세포의 정상적인 항상성을 유지하는 데 필수적이다.

구루병은 성장기 어린이의 뼈가 충분히 광화되지 못해 발생하는 질환이다. 주요 원인은 비타민D 결핍으로 인한 칼슘과 인의 대사 장애이다. 이로 인해 뼈가 연해지고 변형되며, 특징적으로 다리가 휘는 O자형 다리나 X자형 다리, 늑골의 끝부분이 비대해지는 구루병 염주, 두개골이 연화되는 두개연화증 등의 증상이 나타난다. 치료는 비타민D 보충을 통해 이루어진다.

골연화증은 성인에서 발생하는 유사한 병리로, 이미 성숙한 뼈의 광화가 저하되어 뼈가 연화되는 상태를 말한다. 이는 주로 비타민D 결핍, 만성 신장 질환, 또는 흡수장애 증후군 등에 의해 유발된다. 환자는 전신적인 뼈 통증, 근력 약화, 보행 장애를 호소하며, 미세한 외상에도 쉽게 병적 골절이 발생할 수 있다. 구루병과의 핵심 차이는 질환이 발생하는 생애 시기에 있다.

두 질환의 원인을 비교하면 다음과 같다.

역사적으로 구루병은 산업 혁명기 도시 지역에서 햇빛 노출 부족과 영양 결핍으로 유행했으나, 20세기 초 비타민D의 발견과 식품 강화 정책으로 발병률이 크게 감소했다. 그러나 최근 실내 생활 증가, 모유 수유 아동의 보충 부족, 특정 질환을 가진 성인에서 여전히 발생한다. 두 질환 모두 혈액 검사에서 낮은 25-하이드록시비타민D 농도와 함께 칼슘, 인 수치의 이상 및 알칼리성 인산분해효소 수치 상승이 확인되면 진단할 수 있다.

골다공증은 비타민D 결핍과 밀접한 관련이 있는 대표적인 골격계 질환이다. 이 질환은 뼈의 미세구조가 손상되고 골량이 감소하여 뼈의 취약성이 증가하고, 결과적으로 골절 위험이 높아지는 상태를 의미한다. 비타민D는 칼슘과 인의 장내 흡수를 촉진하여 혈중 농도를 유지하고, 이 미네랄들이 뼈 조직에 정상적으로 침착되도록 하는 데 필수적이다. 따라서 충분한 비타민D 수준은 최대 골량을 형성하고 평생 유지하는 데 결정적인 역할을 한다[15].

비타민D가 부족하면 부갑상선에서 부갑상선호르몬(PTH)의 분비가 증가하는 이차성 부갑상선기능항진증이 발생한다. 이 호르몬은 혈중 칼슘 농도를 유지하기 위해 뼈에서 칼슘을 동원하게 하여, 결국 뼈의 탈광화를 초래한다. 특히 고관절, 척추, 손목 등의 골절 위험이 현저히 높아진다. 노인 인구에서 비타민D 결핍과 골다공증의 연관성은 매우 강력하게 보고되며, 낙상 위험 증가에도 기여하는 것으로 알려져 있다.

골다공증의 예방과 관리를 위해서는 적절한 비타민D 섭취와 혈중 농도 유지가 필수적이다. 일반적으로 골 건강 유지를 위한 충분한 혈중 25-하이드록시비타민D 농도는 20 ng/mL 이상으로 권고되지만, 일부 지침에서는 낙상 및 골절 예방을 위해 30 ng/mL 이상을 목표로 하기도 한다. 이는 햇빛 노출, 식이 섭취, 그리고 필요한 경우 보충제를 통해 달성할 수 있다.

자연적으로 비타민 D를 함유하는 식품은 그 종류가 제한적이다. 주요 공급원은 지방이 많은 생선, 어유, 그리고 특정 버섯류이다.

달걀노른자, 소 간, 치즈 등에도 소량이 포함되어 있으나, 이들만으로 일일 필요량을 충족시키기는 어렵다. 일반적으로 자연 식품만으로 충분한 비타민 D 수준을 유지하는 것은 쉽지 않으며, 이는 많은 인구 집단에서 결핍이 흔한 이유 중 하나이다.

강화 식품은 제조 과정에서 특정 영양소를 인위적으로 첨가한 식품을 의미한다. 비타민D 강화 식품은 자연적으로 이 영양소가 풍부하지 않은 식품에 비타민D2 또는 비타민D3를 첨가하여 공급원을 확대하는 것을 목표로 한다. 이는 햇빛 노출이 제한된 지역이나 계절에 거주하는 사람들의 비타민D 결핍증 위험을 줄이는 공중보건 정책의 일환으로 도입되었다.

대표적인 비타민D 강화 식품으로는 우유, 요구르트, 식물성 대체 우유(예: 두유, 아몬드 밀크), 오렌지 주스, 아침 식사용 시리얼 등이 있다. 특히 우유는 1930년대 미국에서 구루병 예방을 위해 처음으로 비타민 D가 강화된 식품으로, 많은 국가에서 표준 관행이 되었다. 강화에 사용되는 형태는 주로 안정성이 높고 동물성 원료에서 유래하는 콜레칼시페롤(비타민 D3)이거나, 식물성 원료에서 유래하는 에르고칼시페롤(비타민 D2)이다.

강화 수준은 국가별 규정과 식품 종류에 따라 상이하다. 일반적으로 제품 포장의 영양 성분 표시란을 확인하여 함량을 알 수 있다. 다음은 일반적인 강화 식품과 그 대략적인 함량 예시이다.

강화 식품은 일상적인 식사를 통해 비교적 쉽게 비타민D 섭취량을 높일 수 있는 실용적인 방법을 제공한다. 그러나 모든 동일 종류의 식품이 강화되어 있는 것은 아니므로, 소비 시 제품 라벨을 확인하는 것이 중요하다. 또한, 강화 식품만으로 충분한 양을 섭취하기 어려운 경우가 많아, 햇빛 노출이나 보충제 섭취와 같은 다른 공급원과 결합하는 것이 권장된다.

비타민 D 보충제는 식이 섭취나 햇빛 노출만으로 충분한 양을 확보하기 어려운 경우 혈중 25-하이드록시비타민D 농도를 유지하거나 높이기 위해 사용된다. 일반적으로 콜레칼시페롤(비타민 D3) 또는 에르고칼시페롤(비타민 D2) 형태로 제공된다. 보충제는 액체, 캡슐, 정제, 구강 스프레이 등 다양한 제형으로 시판된다.

보충제의 용량은 연령, 건강 상태, 계절, 위도 등에 따라 개인별로 상이하게 권장된다. 일반적인 예방적 목적의 일일 섭취량은 600-800 IU(국제단위) 수준이지만, 결핍 상태를 교정하기 위해서는 의사의 지도 하에 더 높은 용량이 단기간 처방되기도 한다. 보충제 선택 시에는 제품 라벨에 기재된 활성 성분의 종류(D2 또는 D3)와 함량을 확인하는 것이 중요하다.

보충제 복용은 간편하고 섭취량을 정확히 조절할 수 있다는 장점이 있지만, 지용성 비타민의 특성상 장기간 과도한 섭취는 비타민D 중독을 일으켜 고칼슘혈증 등을 초래할 수 있다. 따라서 특히 고용량 보충제를 복용하기 전에는 혈중 농도 검사를 고려하고, 의사 또는 약사와 상담하는 것이 안전하다.

노인은 비타민D 결핍 위험이 특히 높은 집단이다. 이는 여러 요인이 복합적으로 작용하기 때문이다. 나이가 들면 피부에서 7-디하이드로콜레스테롤의 양이 감소하고, 햇빛(자외선 B)을 이용한 비타민 D3 합성 효율이 현저히 떨어진다[23]. 또한 실내 생활이 많아지고 야외 활동이 줄어들며, 충분한 햇빛에 노출될 기회 자체가 감소한다. 식이 섭취 측면에서도 식욕 저하, 씹기와 삼키기 기능의 문제, 경제적 제약 등으로 충분한 양의 비타민 D를 함유한 식품을 섭취하기 어려운 경우가 많다.

노인의 비타민D 결핍은 골다공증 및 골연화증의 위험을 높이고, 근육 약화와 낙상 위험 증가와 직접적으로 연관된다. 비타민D는 근육 기능 유지에 필수적이며, 결핍 시 근육량과 근력이 감소하여 보행 불안정과 낙상이 빈번해진다. 낙상은 노인에서 고관절 골절 등 심각한 합병증을 유발하는 주요 원인이다. 또한, 노인에서 비타민D 결핍은 인지 기능 저하, 우울증, 그리고 심혈관 질환 및 특정 암의 위험 증가와도 연관된다는 연구 결과가 있다.

이러한 위험을 줄이기 위해 많은 국가의 보건 기관은 노인을 위해 일반 성인보다 높은 비타민D의 일일 권장 섭취량을 제시한다. 예를 들어, 대한민국 국민영양조사 기준에 따르면 65세 이상 노인의 비타민D 충분 섭취량은 15μg(600 IU)으로, 50-64세 성인(10μg)보다 높다. 노인은 햇빛 노출이 제한적이므로 식이와 보충제를 통한 섭취가 더욱 중요해진다. 의료 전문가는 혈중 25-하이드록시비타민D 농도를 측정하여 결핍 여부를 평가하고, 필요한 경우 고용량의 보충제를 처방하기도 한다.

임신 중에는 태아의 골격 발달을 위해 모체의 비타민D 요구량이 증가합니다. 충분한 비타민D 수준은 태아의 정상적인 골격 형성과 출생 후 체중에 긍정적 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 임산부의 골밀도 유지와 자간전증 발생 위험 감소와도 연관이 있다는 연구 결과가 있습니다[24]. 따라서 임산부는 일반 성인보다 높은 권장 섭취량을 따르는 것이 바람직합니다.

영유아, 특히 완전 모유 수유아는 비타민D 결핍 위험이 높은 집단입니다. 모유는 영양학적으로 완전하지만 비타민D 함량은 매우 낮습니다. 또한 피부가 얇고 민감한 신생아는 직사광선에 직접 노출시키기 어렵습니다. 이로 인해 구루병 예방을 위해 출생 후 곧바로 비타민D 보충을 시작하는 것이 국제적으로 권고됩니다. 일반적으로 생후 수일 내에 1일 400 IU(국제단위)의 보충을 시작하여 적어도 1세, 바람직하게는 2세까지 지속합니다.

아래 표는 임산부와 영유아를 위한 주요 비타민D 관련 권고 사항을 요약한 것입니다.

이러한 지침은 보편적이지만, 개인의 피부 색소 침착, 거주 위도, 계절, 식습관 등에 따라 필요량이 달라질 수 있습니다. 따라서 의사나 영양사와 상담하여 적절한 섭취 계획을 수립하는 것이 가장 안전합니다.

피부 색소 침착이 많은 사람, 즉 멜라닌 색소가 풍부한 사람들은 햇빛에 노출되었을 때 비타민 D3 합성 효율이 낮아질 위험이 있습니다. 멜라닌은 자외선 B(UVB)를 흡수하여 피부를 보호하는 역할을 하지만, 동시에 비타민 D 합성의 전구체인 7-디하이드로콜레스테롤이 UVB를 흡수하는 것을 방해합니다. 따라서 같은 강도와 시간의 햇빛 노출에 대해, 피부 색소가 적은 사람에 비해 비타민 D 합성량이 현저히 적을 수 있습니다.

이러한 생리적 차이는 위도가 높은 지역에 거주하는 피부 색소 침착이 많은 인구 집단에서 비타민 D 결핍 위험을 높이는 주요 요인으로 작용합니다. 특히 겨울철에는 태양 고도가 낮아지고 일조 시간이 짧아져 UVB 양이 부족해지기 때문에, 식이 섭취나 보충제를 통한 추가적인 비타민 D 공급이 더욱 중요해질 수 있습니다.

이러한 차이를 고려하여, 일부 보건 기관들은 피부 색소 침착이 많은 개인들에게는 비타민 D 혈중 농도 모니터링과 필요시 보충제 복용을 권장합니다. 그러나 필요한 햇빛 노출 시간을 정확히 산정하는 것은 계절, 시간대, 위도, 구름 양 등 다양한 변수에 의존하기 때문에 복잡합니다. 따라서 안전하고 효과적인 방법은 의료 전문가와 상담하여 개인의 상황에 맞는 비타민 D 섭취 계획을 수립하는 것입니다.