칼슘

칼슘은 인체 내에서 가장 풍부한 무기질로, 그 중 약 99%가 뼈와 치아를 구성하는 주요 성분으로 존재한다[2]. 이는 하이드록시아파타이트라는 결정 형태의 인산칼슘 복합체로, 뼈와 치아에 강도와 경도를 부여한다.

뼈는 칼슘의 저장고 역할을 하며, 정적인 구조물이 아니라 지속적인 재형성을 거치는 활성 조직이다. 이 과정은 파골세포에 의한 뼈 흡수와 조골세포에 의한 새로운 뼈 형성의 균형을 통해 이루어진다. 성장기에는 뼈 형성이 흡수를 상회하여 골량이 증가하며, 일반적으로 20대 후반에서 30대 초반에 최대 골량에 도달한다. 이후에는 점차 흡수가 형성을 넘어서면서 골량이 서서히 감소하기 시작한다. 충분한 칼슘 섭취는 성장기 최대 골량을 높이고, 성인기에는 골 손실을 늦추어 골다공증 발생 위험을 낮추는 데 결정적인 역할을 한다.

치아에서 칼슘은 주로 법랑질과 상아질의 주요 구성 성분이다. 특히 표층의 법랑질은 인체에서 가장 단단한 조직으로, 높은 농도의 하이드록시아파타이트를 포함하여 치아를 마모와 충치로부터 보호한다. 충분한 칼슘 공급은 어린이의 유치 및 영구치 발달에 필수적이며, 성인에서도 치아 건강을 유지하는 데 기여한다.

칼슘 이온은 신경 세포 사이에서 신호를 전달하는 신경전달물질의 방출을 촉진하는 데 필수적인 역할을 한다. 신경 자극이 말단에 도달하면 칼슘 이온이 신경 세포 내로 유입되어, 신경전달물질이 포함된 시냅스 소포가 세포막과 융합하도록 한다. 이 과정을 통해 신호가 다음 신경 세포나 근육 세포로 정확하게 전달된다.

근육 수축에서 칼슘은 액틴과 미오신 필라멘트가 서로 미끄러지는 과정을 직접 조절한다. 휴식 상태의 근육에서는 트로포닌과 트로포미오신 단백질 복합체가 액틴 필라멘트의 결합 부위를 가리고 있다. 신경 자극이 도달하면 근육 세포의 저장고인 세포질망에서 칼슘 이온이 대량으로 방출된다. 방출된 칼슘 이온은 트로포닌에 결합하여 그 구조를 변화시키고, 이로 인해 트로포미오신이 액틴의 결합 부위에서 벗어나 미오신이 액틴과 결합하여 수축을 시작할 수 있게 된다.

칼슘 이온의 농도는 매우 정밀하게 조절되며, 이 농도 변화가 신경과 근육의 정상적인 기능을 결정한다. 칼슘 농도가 불충분하면 신경 자극 전달이 비효율적이 되어 근육 약화나 경련이 발생할 수 있으며, 반대로 과도하면 근육의 과도한 수축이나 비정상적인 신경 흥분을 초래할 수 있다.

칼슘은 혈액 응고 과정에서 필수적인 역할을 한다. 혈액 응고는 손상된 혈관에서 출혈을 멈추기 위한 복잡한 연쇄 반응이다. 이 과정에서 칼슘 이온은 여러 응고 인자가 활성화되는 데 필요한 보조 인자로 작용한다. 특히, 프로트롬빈이 트롬빈으로 전환되는 단계와 피브리노겐이 피브린으로 중합되는 단계를 포함한 다수의 응고 경로에 칼슘이 관여한다[3]. 따라서 혈중 칼슘 농도가 심각하게 낮아지면 출혈 시간이 길어질 수 있다.

호르몬 분비 측면에서 칼슘은 다양한 내분비 세포에서 신호 전달 물질로 작용한다. 많은 호르몬의 분비는 세포 내 칼슘 농도의 증가에 의해 촉발된다. 예를 들어, 인슐린은 혈당이 상승하면 췌장 베타 세포로 칼슘이 유입되어 분비가 자극된다. 또한, 신경 말단에서 신경전달물질이 시냅스 간격으로 방출되는 것도 칼슘 유입에 의존한다.

체내 칼슘 농도는 부갑상선 호르몬(PTH), 칼시토닌, 활성형 비타민 D에 의해 정밀하게 조절된다. 이 호르몬들은 서로 상호작용하며 혈중 칼슘 수준을 일정하게 유지한다. 주요 조절 기전은 다음과 같다.

이러한 조절 시스템을 통해 칼슘은 생명 유지에 필수적인 혈액 응고와 호르몬 분비를 포함한 다양한 생리적 과정이 원활히 이루어지도록 한다.

칼슘의 하루 권장 섭취량은 연령, 성별, 생애 주기에 따라 차이를 보인다. 일반적으로 성장기, 임신·수유기, 노년기에 필요량이 증가하는 경향이 있다. 주요 보건 기관들은 이러한 요인을 고려하여 연령대별로 구분된 권장량을 제시한다.

아래 표는 한국인 영양소 섭취기준(2020)을 기준으로 한 연령별 칼슘 권장 섭취량을 보여준다.

성장이 급격한 청소년기(12-14세)에는 골량 증가를 위해 하루 900mg으로 가장 높은 권장량이 적용된다. 골밀도가 최고치에 도달하는 20대 중후반까지 충분한 칼슘 섭취는 매우 중요하다. 65세 이상의 노년기에는 칼슘 흡수율 저하와 골 손실을 고려하여 권장량이 다시 800mg으로 상향된다.

한편, 임신부와 수유부의 경우 태아의 골격 형성과 모유 생성을 위해 추가적인 칼슘이 필요할 것 같지만, 한국인 영양소 섭취기준(2020)에서는 생리적 적응 능력을 고려하여 일반 성인 여성과 동일한 700mg을 권장하고 있다[5]. 그러나 이는 일반적인 기준이며, 개인의 건강 상태나 의사의 판단에 따라 추가 섭취가 필요할 수 있다.

임신 중에는 태아의 골격 발달을 위해 모체로부터 대량의 칼슘이 공급된다. 특히 임신 후기에는 태아의 골격 석회화가 급격히 진행되어 하루 약 200-300mg의 칼슘이 태반을 통해 이동한다[6]. 따라서 임산부는 자신의 골밀도를 유지하면서 태아의 요구를 충족시키기 위해 충분한 칼슘을 섭취해야 한다. 칼슘 섭취 부족은 모체의 골밀도 감소와 연관될 수 있으며, 이는 향후 골다공증 위험을 높일 수 있다.

수유기에는 모유를 통해 하루 약 200-250mg의 칼슘이 분비된다. 이 시기 모체의 칼슘 흡수율은 증가하고, 신장을 통한 칼슘 배설은 감소하여 효율적으로 칼슘을 보존한다. 그러나 장기간에 걸친 수유는 모체의 골밀도에 일시적인 영향을 미칠 수 있으나, 일반적으로 수유 종료 후와 월경이 재개되면 골밀도는 회복되는 것으로 알려져 있다.

임신 및 수유 기간의 권장 섭취량은 일반 성인 여성의 하루 700-800mg보다 높게 설정된다. 많은 국가의 보건 기관은 이 시기 하루 1,000mg에서 1,300mg의 칼슘 섭취를 권장한다. 다음은 주요 기관별 권장량 비교이다.

이러한 요구량은 균형 잡힌 식사를 통해 충족시키는 것이 이상적이다. 칼슘 보충제 복용이 고려될 경우, 특히 임신 초기에는 과다 복용에 따른 위험[7]이 있을 수 있으므로 반드시 의사나 영양사와 상담해야 한다.

우유, 요구르트, 치즈는 칼슘의 가장 풍부하고 생체 이용률이 높은 식품 공급원이다. 이들은 칼슘 외에도 단백질, 인, 비타민 D(일부 강화 제품) 등 뼈 건강에 필요한 다른 영양소를 함께 제공하여 흡수를 촉진한다.

다양한 유제품의 칼슘 함량은 다음과 같다[9].

유제품의 칼슘은 유당과 결합된 형태인 유당산칼슘으로 존재하며, 일반적으로 높은 생체 이용률을 보인다. 저지방 또는 무지방 유제품은 전체 지방 함량은 낮지만 칼슘 함량은 거의 동일하거나 오히려 더 높은 경우가 많다.

일부 치즈는 제조 과정에서 염분이 첨가되어 나트륨 함량이 높을 수 있으며, 가공 치즈는 천연 치즈보다 칼슘 함량이 낮은 경우가 있다. 따라서 가능한 한 천연 상태에 가까운 유제품을 선택하는 것이 바람직하다.

칼슘은 유제품 외에도 다양한 식물성 식품에서 얻을 수 있다. 특히 채식주의자나 유당 불내증이 있는 사람들에게 중요한 공급원이 된다. 대표적인 식물성 칼슘 공급원으로는 잎채소, 견과류, 콩류, 두부 등이 있다.

일부 식물성 식품은 칼슘 함량이 높지만, 옥살산이나 피틴산 같은 성분이 포함되어 있어 흡수율이 낮을 수 있다. 예를 들어, 시금치와 비트잎은 칼슘 함량이 높지만 옥살산이 많아 실제 이용 가능한 칼슘은 적다. 반면, 케일, 브로콜리, 청경채, 콜라드 그린 같은 십자화과 채소는 옥살산 함량이 상대적으로 낮아 칼슘 흡수율이 더 좋다.

다른 주요 식물성 공급원과 특징은 다음과 같다.

식물성 칼슘의 흡수를 높이기 위해서는 충분한 비타민 D를 섭취하고, 피틴산이 많은 곡물이나 콩류는 불리거나 발효시키는 것이 도움이 된다. 또한, 한 끼에 너무 많은 양의 섬유소를 섭취하면 칼슘 흡수가 방해받을 수 있으므로 균형 잡힌 식사가 중요하다.

강화 식품은 제조 과정에서 특정 영양소를 인위적으로 첨가한 식품을 말한다. 칼슘 강화 식품은 유제품을 섭취하기 어려운 사람들이나 식물성 식단을 고수하는 사람들에게 중요한 칼슘 공급원이 된다. 이는 일반적으로 칼슘 함량이 낮은 식품에 탄산칼슘, 구연산칼슘, 유산칼슘 등의 형태로 칼슘을 첨가하여 만든다.

대표적인 칼슘 강화 식품으로는 두유, 아몬드 우유, 오트밀, 주스 (특히 오렌지 주스), 아침 식사용 시리얼 등이 있다. 또한 일부 곡물 제품이나 빵에도 강화된 경우가 있다. 이들 제품은 포장지에 '칼슘 강화' 또는 '칼슘 첨가'라고 표기되어 있어 확인이 가능하다.

강화 식품의 칼슘 흡수율은 첨가된 칼슘의 형태와 식품의 기타 성분에 따라 달라진다. 예를 들어, 구연산칼슘은 식사와 관계없이 잘 흡수되는 반면, 탄산칼슘은 위산이 충분히 분비될 때 흡수가 잘 이루어진다[10]. 또한 식품에 포함된 피틴산이나 옥살산 같은 성분은 칼슘 흡수를 방해할 수 있다.

칼슘 강화 식품을 선택할 때는 영양 성분표를 확인하여 실제 칼슘 함량과 함께 첨가된 칼슘의 형태를 살펴보는 것이 좋다. 또한 비타민 D가 함께 강화되어 있으면 칼슘의 흡수와 이용을 더욱 촉진하는 데 도움이 된다.

비타민 D는 칼슘의 흡수와 항상성 유지에 결정적인 역할을 수행하는 지용성 비타민이다. 체내에서 칼슘의 농도를 적정 수준으로 유지하는 데 필수적이며, 주로 장에서의 흡수율을 높이고 신장에서의 재흡수를 촉진한다. 충분한 비타민 D가 없으면 섭취한 칼슘의 상당 부분이 체내로 흡수되지 않고 배설된다[11].

비타민 D는 피부가 자외선 B(UVB)에 노출될 때 합성되거나, 간유, 버섯, 강화 식품 등을 통해 섭취된다. 이렇게 얻은 비타민 D는 간과 신장을 거쳐 활성형인 칼시트리올로 전환된다. 칼시트리올은 소장의 점막 세포에 작용하여 칼슘 결합 단백질의 생성을 증가시켜, 장 내강에서 혈류로의 칼슘 이동을 촉진한다. 또한 혈중 칼슘 농도가 낮아지면 부갑상선 호르몬과 협력하여 뼈에 저장된 칼슘을 방출하도록 신호를 보내기도 한다.

따라서 칼슘 섭취를 늘리는 것만으로는 골 건강을 보장할 수 없으며, 충분한 비타민 D 수준을 유지하는 것이 동등하게 중요하다. 특히 햇빛 노출이 부족한 지역, 피부 색소가 짙은 개인, 고령자 등은 비타민 D 결핍 위험이 높아 주의가 필요하다.

칼슘의 장내 흡수는 여러 가지 요인에 의해 방해받을 수 있습니다. 주요 방해 요인으로는 옥살산과 피틴산이 있습니다. 시금치, 근대, 땅콩, 밀기울 등에 풍부한 옥살산과 곡류, 콩류, 견과류에 함유된 피틴산은 장에서 칼슘과 결합하여 불용성 복합체를 형성하여 흡수를 저해합니다[12].

다량의 인과 나트륨 섭취도 칼슘 배설을 증가시켜 순 흡수량을 감소시킵니다. 특히 가공 식품과 탄산음료에 많은 인산염은 칼슘과 결합하여 배설을 촉진합니다. 고단백 식이 또한 신장을 통한 칼슘 배설을 일시적으로 증가시키는 것으로 알려져 있습니다.

또한, 위장관 질환(예: 염증성 장질환, 셀리악병), 위장 절제술을 받은 경우, 또는 위산 분비를 억제하는 약물(양성자 펌프 억제제 등)을 장기 복용하는 경우에도 칼슘 흡수 효율이 떨어질 수 있습니다. 흡수 방해 요인을 최소화하기 위해서는 칼슘 공급원 식사와 피틴산/옥살산이 많은 식품의 섭취 시간을 조절하거나, 충분한 비타민 D를 확보하여 흡수율을 높이는 전략이 필요합니다.

칼슘 결핍은 대표적으로 골다공증과 구루병을 유발한다. 골다공증은 뼈의 골밀도가 감소하고 미세구조가 손상되어 뼈가 약해지고 쉽게 골절되는 질환이다. 이는 주로 장기적인 칼슘 섭취 부족, 특히 폐경 후 여성에서 에스트로겐 감소와 결합하여 발생한다[15]. 골다공증성 골절은 주로 척추, 고관절, 손목에서 일어나며, 이로 인한 통증과 장애는 삶의 질을 크게 저하시킨다.

구루병은 성장기 어린이의 뼈가 무르고 약해지는 질환으로, 주된 원인은 칼슘 결핍 또는 비타민 D 결핍이다. 비타민 D는 장에서 칼슘 흡수를 촉진하므로, 비타민 D가 부족하면 충분한 칼슘을 섭취해도 구루병이 발생할 수 있다. 이 질환의 특징적인 증상으로는 다리가 휘는 O자형 다리 또는 X자형 다리, 늑골의 비정상적인 돌출[16], 그리고 두개골의 연화[17] 등이 있다.

두 질환 모두 예방이 치료보다 중요하다. 충분한 칼슘과 비타민 D 섭취, 규칙적인 체중 부하 운동(예: 걷기, 조깅)은 골밀도 유지에 필수적이다. 구루병의 경우, 초기 발견 시 칼슘과 비타민 D 보충으로 치료가 가능하지만, 이미 발생한 골격 변형은 지속될 수 있다.

고칼슘혈증은 혈액 내 칼슘 농도가 정상 범위를 초과하는 상태를 말한다. 일반적으로 혈청 총 칼슘 농도가 10.5 mg/dL(2.6 mmol/L)을 넘으면 진단 기준에 부합한다[18]. 이 상태는 칼슘 섭취 과다보다는 대부분 다른 기저 질환에 의한 2차적 현상으로 발생한다.

가장 흔한 원인은 부갑상선 기능 항진증이다. 부갑상선 호르몬(PTH)의 과다 분비는 뼈로부터 칼슘을 과도하게 유리시키고 신장에서의 칼슘 재흡수를 증가시켜 혈중 농도를 높인다. 그 외 주요 원인은 다음과 같다.

증상은 "돌, 뼈, 복통, 신경증"이라는 암기법으로 요약될 수 있다. 즉, 신장 결석(돌), 뼈 통증과 병적 골절(뼈), 변비와 소화성 궤양(복통), 피로, 우울증, 혼돈, 근육 약화(신경증) 등이 나타난다. 심한 경우 신장 기능 장애, 부정맥, 혼수 상태에 이를 수 있다.

치료는 근본 원인을 교정하는 데 중점을 둔다. 급성 고칼슘혈증의 응급 처치로는 수액 공급과 비스포스포네이트 계열 약물 정맥 주사가 일반적이다. 장기적으로는 원인 질환 치료, 유발 약물 중단, 식이에서 칼슘 및 비타민 D 제한이 이루어진다.

칼슘 보충제는 주성분의 화합물 형태에 따라 여러 종류로 나뉜다. 각 형태는 칼슘 함량, 흡수율, 가격, 부작용 가능성 등에서 차이를 보인다. 가장 흔한 형태는 탄산칼슘과 시트르산칼슘이다. 탄산칼슘은 칼슘 함량이 높고(약 40%) 저렴하지만, 위산이 필요해 식사와 함께 복용하는 것이 흡수에 유리하다. 시트르산칼슘은 칼슘 함량이 낮지만(약 21%) 위산에 의존하지 않아 공복 시에도 복용 가능하며, 위산 분비가 적은 노년층이나 위약을 복용하는 사람에게 적합하다.

다른 형태로는 락토글루콘산칼슘, 산호칼슘, 해조칼슘 등이 있다. 일부 제품은 흡수를 돕는 비타민 D나 마그네슘이 함께 포함되어 있기도 하다. 선택 시에는 단순히 함량이 높은 제품보다는 '원소 칼슘(Elemental Calcium)'의 양을 확인하는 것이 중요하다. 이는 실제로 흡수 가능한 순수 칼슘의 양을 의미한다.

보충제를 선택할 때는 개인의 건강 상태와 생활 습관을 고려해야 한다. 위장 장애가 있다면 위 자극이 적은 시트르산칼슘을 고려할 수 있다. 한 번에 많은 양을 섭취하기보다는 하루 필요량을 500mg 이하로 나누어 복용하는 것이 흡수율을 높이는 데 도움이 된다. 또한, 제품 라벨에 표기된 식품의약품안전처 또는 해당 국가의 규제 기관 인증 마크(예: GMP[19]) 확인은 품질과 안전성을 판단하는 기준이 된다.

칼슘 보충제 복용 시에는 몇 가지 중요한 주의사항을 고려해야 한다. 첫째, 하루 권장량을 초과하여 복용하지 않아야 한다. 과도한 칼슘 섭취는 고칼슘혈증을 유발할 수 있으며, 이는 신장 결석 형성, 변비, 그리고 다른 미네랄(예: 철분, 아연)의 흡수를 방해하는 원인이 될 수 있다. 일반적으로 식사를 통한 칼슘 섭취량을 고려하여 보충제 용량을 결정하는 것이 바람직하다.

둘째, 다른 약물과의 상호작용을 주의해야 한다. 칼슘은 특정 항생제(테트라사이클린 계열, 퀴놀론 계열), 갑상선 호르몬제, 그리고 일부 골다공증 치료제(비스포스포네이트) 등의 흡수를 저해할 수 있다. 따라서 이러한 약물을 복용 중이라면 칼슘 보충제와 최소 2~4시간 간격을 두고 복용해야 한다. 또한 이뇨제나 심장약 중 일부는 혈중 칼슘 농도에 영향을 미칠 수 있으므로 의사와의 상담이 필요하다.

셋째, 흡수 효율을 높이기 위해 하루 총 필요량을 500mg 이하로 나누어 복용하는 것이 좋다. 신체가 한 번에 흡수할 수 있는 칼슘의 양에는 한계가 있기 때문이다. 또한 비타민 D가 충분히 공급되어야 장에서의 칼슘 흡수가 원활해진다. 마지막으로, 신장 결석 병력이 있거나, 부갑상선 기능 항진증, 신장 질환 등의 기저 질환이 있는 경우에는 반드시 의사와 상담 없이 칼슘 보충제를 복용해서는 안 된다.

유당 불내증을 가진 사람들은 젖당을 분해하는 효소인 락타아제가 부족하거나 결여되어 있어, 우유나 일반 유제품을 섭취할 때 소화 장애를 경험할 수 있다. 이는 칼슘의 주요 식이 공급원인 유제품의 섭취를 제한하게 만들어, 충분한 칼슘 섭취를 어렵게 하는 요인이 된다. 따라서 유당 불내증이 있는 개인은 식단을 통해 칼슘을 충분히 공급받기 위해 대체 공급원을 찾거나 전략을 세워야 한다.

칼슘 섭취를 보장하기 위한 몇 가지 실용적인 접근법이 있다. 첫째, 락토오스가 제거되거나 감소된 무유당 우유나 요거트, 치즈를 선택할 수 있다. 많은 유당 불내증 환자들이 이러한 가공 유제품은 비교적 잘 견디는 편이다. 둘째, 유제품이 아닌 다른 칼슘 풍부 식품을 적극적으로 섭취한다. 예를 들어, 연어나 정어리 같은 뼈째 먹는 생선, 두부(특히 석고로 굳힌 것), 케일, 브로콜리, 시금치 같은 녹색 잎채소, 그리고 아몬드 등을 식단에 포함시킬 수 있다. 셋째, 칼슘 강화 식품을 활용한다. 두유, 아몬드 밀크, 오렌지 주스, 시리얼 등에 칼슘이 첨가된 제품들이 시중에 판매되고 있다.

필요한 경우, 칼슘 보충제를 복용하는 것도 하나의 방법이다. 그러나 보충제를 고려하기 전에 가능한 한 식품을 통해 영양소를 섭취하는 것이 일반적으로 권장된다. 유당 불내증의 정도는 개인마다 다르므로, 자신이 어느 정도의 유제품을 섭취할 수 있는지 확인하고, 의사나 영양사와 상담하여 개인 맞춤형 식단 계획을 수립하는 것이 중요하다.

신장은 혈액 내 칼슘 농도를 조절하는 핵심 기관으로, 신장 질환이 발생하면 칼슘 대사에 심각한 장애가 생길 수 있다. 건강한 신장은 부갑상선 호르몬과 칼시트리올(활성형 비타민 D)의 작용을 통해 칼슘의 재흡수와 배설을 정밀하게 조절한다. 그러나 만성 신장병이 진행되면 이 조절 기능이 손상되어 이차성 부갑상선 기능항진증이 발생하기 쉽다. 이는 신장이 칼시트리올을 충분히 생성하지 못해 장에서의 칼슘 흡수가 감소하고, 동시에 인산염 배설이 저하되어 혈중 인 농도가 상승하기 때문이다. 저칼슘혈증과 고인산혈증은 부갑상선을 과도하게 자극하여 부갑상선 호르몬 분비를 증가시키고, 이는 결국 뼈에서 칼슘이 과다하게 동원되는 결과를 초래한다[21].

신장 질환 환자의 칼슘 관리는 병기와 혈액 검사 수치에 따라 매우 세심하게 이루어져야 한다. 일반적으로 칼슘 보충은 혈중 칼슘 농도가 낮고, 부갑상선 호르몬 수치가 높으며, 혈중 인산염 수치가 조절된 상태에서 고려된다. 칼슘 보충제는 종종 인산염 결합제로도 사용되지만, 특히 말기 신부전 환자에서 과도한 칼슘 섭취는 혈관 등 연조직에 칼슘 침착을 일으킬 위험이 있다. 따라서 비칼슘계 인산염 결합제의 사용이 늘어나는 추세이다. 또한 활성 비타민 D 유사체(예: 파리칼시톨)는 부갑상선 호르몬 수치를 효과적으로 낮추면서도 칼슘 흡수를 과도하게 증가시키지 않도록 설계되어 신장병 환자 치료에 중요하게 사용된다.