철분

철분은 헤모글로빈 분자의 핵심 구성 성분이다. 헤모글로빈은 적혈구 내에 존재하는 단백질로, 폐에서 산소를 결합해 신체의 모든 조직과 세포로 운반하는 역할을 한다. 철분 원자는 헤모글로빈의 헴(heme) 구조 중심에 위치하여 산소 분자와 직접 결합할 수 있는 능력을 부여한다.

산소 운반 과정은 순환계를 통해 이루어진다. 폐포의 모세혈관에서 헤모글로빈의 철분은 산소와 결합하여 산소화 헤모글로빈(옥시헤모글로빈)을 형성한다. 이 혈액이 동맥을 통해 말초 조직에 도달하면, 조직 내 낮은 산소 분압과 산성 환경에서 철분이 산소를 방출한다. 방출된 산소는 세포의 미토콘드리아로 확산되어 에너지 생산에 사용된다.

철분이 부족하면 헤모글로빈 합성이 저하되어 적혈구의 크기가 작고 색이 옅은 소구성 저색소성 빈혈이 발생한다. 이는 조직으로 운반되는 산소량을 감소시켜 피로, 호흡 곤란, 창백함 등의 증상을 유발한다. 따라서 철분은 효율적인 산소 운반과 세포 호흡을 유지하는 데 필수적인 미네랄이다.

근육 내에 존재하는 미오글로빈은 헤모글로빈과 유사한 철분 함유 단백질이다. 미오글로빈은 근육 세포에 산소를 저장하고 필요할 때 방출하는 역할을 하여, 특히 지속적인 운동 중 근육의 효율적인 기능을 유지하는 데 기여한다.

철분은 세포 호흡과 에너지 대사 과정에서도 필수적이다. 시토크롬과 같은 철 함유 효소는 전자 전달계의 핵심 구성 요소로 작용하여, 영양소에서 에너지를 생성하는 ATP 합성에 관여한다. 또한, 철분은 DNA 합성을 촉매하는 리보뉴클레오타이드 환원효소의 보조 인자로도 필요하다.

따라서 철분이 부족하면 미오글로빈 수준이 감소하고 에너지 생산 경로가 저해되어 피로, 근력 약화, 운동 지구력 저하 등의 증상이 나타날 수 있다. 이는 철결핍성 빈혈의 전형적인 증상과도 연결된다.

헴 철은 헴이라는 특수한 화합물 구조에 철 이온이 결합된 형태의 철분이다. 헴 철은 주로 동물성 식품에 존재하며, 그 구조적 특성으로 인해 체내 흡수율이 높은 것이 특징이다.

헴 철은 헤모글로빈과 미오글로빈의 주요 구성 성분으로, 적혈구의 산소 운반 능력과 근육의 산소 저장 능력에 직접적으로 기여한다. 이 형태의 철분은 소장 점막 세포에서 특별한 수송체를 거치지 않고도 직접 흡수될 수 있다[2]. 그 결과, 헴 철의 평균 흡수율은 약 15-35%로, 비헴 철에 비해 월등히 높다.

주요 식품 공급원은 다음과 같다.

헴 철의 흡수는 동반 섭취하는 다른 식이 성분의 영향을 상대적으로 덜 받는다. 예를 들어, 차나 커피에 함유된 타닌, 또는 시금치에 있는 옥살산과 같은 흡수 억제 인자로부터 자유롭다. 그러나 칼슘을 과다하게 섭취할 경우 헴 철의 흡수도 일부 방해받을 수 있다.

비헴 철은 헴 철과 달리 헤모글로빈이나 미오글로빈에 결합하지 않은 형태의 철분이다. 주로 식물성 식품과 강화 식품, 그리고 달걀 및 유제품에 함유되어 있다. 비헴 철은 식품에서 3가 철(Fe³⁺)의 형태로 존재하며, 위장관에서 2가 철(Fe²⁺)로 환원된 후 흡수된다.

비헴 철의 주요 공급원은 시금치, 콩, 렌틸콩, 두부, 전곡류, 견과류, 강화 곡물 등이다. 동물성 식품 중에서도 달걀과 우유는 비헴 철을 제공한다. 비헴 철의 흡수율은 일반적으로 2~20%로, 헴 철의 15~35%에 비해 상대적으로 낮다. 이 흡수율은 동반 섭취하는 다른 식품 성분의 영향을 크게 받는다.

비헴 철의 흡수를 촉진하거나 억제하는 요인은 다음과 같다.

따라서 비헴 철이 풍부한 식사를 할 때는 비타민 C가 풍부한 과일(오렌지, 딸기, 키위)이나 채소(브로콜리, 피망)를 함께 섭취하면 흡수율을 높이는 데 도움이 된다. 반대로, 차나 커피는 식사 시간과 충분히 떨어져서 마시는 것이 좋다.

철분 결핍의 주요 원인은 철분 섭취 부족, 흡수 장애, 필요량 증가, 그리고 만성적인 혈액 손실이다. 섭취 부족은 불균형한 식단, 특히 헴 철이 풍부한 육류 섭취가 적은 경우에 발생한다. 흡수 장애는 셀리악병, 크론병과 같은 위장관 질환이나 위 절제 수술 후에 나타날 수 있다. 필요량이 급격히 증가하는 생애 주기, 예를 들어 급성장기인 영유아기와 청소년기, 그리고 임신 및 수유기도 위험 요인이다. 가장 흔한 원인 중 하나는 만성적인 출혈로, 여성의 경우 과다한 월경 출혈이, 남녀 모두에게는 위궤양, 대장암, 치질 또는 장염 등에 의한 소화관 출혈이 해당된다.

철분 결핍 및 철분 결핍성 빈혈의 위험군은 다음과 같다.

이러한 위험군에 속하는 개인은 철분 상태를 정기적으로 점검하고, 식이 조절 또는 필요시 의학적 개입을 고려해야 한다.

철분 결핍이 진행되어 철결핍성 빈혈이 발생하면 다양한 증상이 나타난다. 초기에는 피로감, 무기력함, 집중력 저하, 두통, 어지러움과 같은 비특이적 증상이 흔하다. 피부와 점막의 창백함, 숨이 차는 증상, 심계항진도 빈혈의 대표적 징후이다. 심한 경우 설염이나 구각염이 생기거나, 손톱이 얇아지고 오목해지는 숟가락 손톱이 관찰되기도 한다. 일부 환자에서는 이소식욕이라 불리는 얼음, 흙, 녹말 등 비정상적인 물질을 먹고 싶어하는 증상이 나타나기도 한다.

철결핍성 빈혈의 진단은 혈액 검사를 통해 이루어진다. 가장 기본적인 검사는 완전혈구계산으로, 혈색소 수치와 헤마토크리트 수치가 감소해 있는지 확인한다. 철분 결핍을 직접적으로 반영하는 지표로는 혈청 철과 철 포화도의 감소, 그리고 철 저장고 상태를 나타내는 페리틴 수치의 저하가 있다. 반면, 철분 운반 단백질인 트랜스페린의 양은 증가하여 총 철 결합 능력이 상승하는 것이 특징이다. 골수 검사는 진단의 금표준으로 여겨지지만, 침습적이므로 혈액 검사로 진단이 명확하지 않은 경우에만 시행한다.

진단 과정에서는 단순히 빈혈의 존재와 철분 결핍 상태를 확인하는 것을 넘어, 철분이 결핍된 근본 원인을 규명하는 것이 매우 중요하다. 특히 성인 남성이나 폐경 후 여성에서 철결핍성 빈혈이 발견되면, 위장관 출혈을 일으킬 수 있는 위궤양, 대장암과 같은 심각한 질환의 가능성을 반드시 배제해야 한다. 이를 위해 대변 잠혈 검사, 위내시경, 대장내시경 등의 추가 검사가 필요할 수 있다.

동물성 식품에 포함된 철분은 주로 헴 철 형태로 존재합니다. 헴 철은 비헴 철에 비해 체내 흡수율이 월등히 높으며, 일반적으로 15~35% 정도의 흡수율을 보입니다. 이는 식물성 식품에 함유된 비헴 철의 흡수율(2~20%)보다 훨씬 높은 수치입니다.

주요 동물성 철분 공급원은 붉은색을 띠는 육류와 내장입니다. 특히 소고기, 돼지고기, 양고기 등의 적색육과 간, 심장, 콩팥 같은 내장류에는 철분이 매우 풍부하게 함유되어 있습니다. 가금류 중에서는 칠면조와 오리의 짙은 색 고기가 철분 함량이 높은 편입니다.

해산물도 중요한 동물성 철분 공급원입니다. 굴, 홍합, 조개 등의 갑각류와 정어리, 고등어, 참치 같은 등푸른 생선에 철분이 많이 포함되어 있습니다. 달걀, 특히 달걀노른자에도 철분이 있으나, 여기에 포함된 포스비틴이라는 단백질이 철분 흡수를 일부 방해할 수 있습니다.

식물성 식품은 철분의 중요한 공급원이지만, 대부분 비헴 철 형태를 포함합니다. 주요 식물성 철분 공급원으로는 시금치, 케일, 브로콜리 등의 녹색 잎채소와 렌틸콩, 병아리콩, 검은콩 등의 콩류가 있습니다. 두부와 템페 같은 대두 제품, 퀴노아, 오트밀 같은 전곡류, 그리고 호박씨, 해바라기씨, 아몬드 등의 견과류와 씨앗류도 상당량의 철분을 제공합니다.

철분 함량이 높은 대표적인 식물성 식품과 그 함량(100g 당 기준, 조리된 상태 기준)은 다음과 같습니다.

식물성 철분의 흡수율은 동물성 철분에 비해 일반적으로 낮습니다. 이는 식물성 식품에 함유된 피틴산(전곡류, 콩류), 옥살산(시금치, 근대), 타닌(차, 커피)과 같은 성분이 철분 흡수를 억제하기 때문입니다. 그러나 이러한 흡수 장벽은 식품 조리나 가공 과정(예: 불림, 발아, 발효)을 통해 일부 완화될 수 있습니다.

흡수를 개선하기 위해서는 비타민 C가 풍부한 식품(예: 파프리카, 브로콜리, 딸기, 오렌지 주스)을 식물성 철분 공급원과 함께 섭취하는 것이 효과적입니다. 비타민 C는 장에서 비헴 철을 더 잘 흡수되는 형태로 환원시키고, 흡수 억제 물질의 영향을 상쇄하는 데 도움을 줍니다.

철분의 흡수율은 섭취 형태와 함께 식사에 포함된 다른 성분에 의해 크게 영향을 받는다. 특히 식물성 식품에 주로 포함된 비헴 철의 흡수는 이러한 요인에 더 민감하게 반응한다.

흡수를 촉진하는 주요 요인으로는 비타민 C(아스코르브산)가 가장 잘 알려져 있다. 비타민 C는 위장관 내에서 철분을 더 잘 흡수되는 형태로 환원시키고, 흡수를 방해하는 성분과의 결합을 억제한다. 따라서 시금치 샐러드에 레몬즙을 뿌리거나, 콩 요리와 함께 파프리카나 브로콜리를 섭취하는 것이 효과적이다. 육류, 가금류, 생선에 포함된 헴 철과 동물성 단백질(MFP 인자)도 비헴 철의 흡수를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 일부 유기산(구연산, 말산)도 흡수에 도움을 줄 수 있다.

반면, 흡수를 억제하는 요인도 다양하다. 차, 커피, 적포도주에 풍부한 타닌(탄닌산), 전곡류와 콩류의 피틴산, 시금치와 근대에 있는 옥살산은 철분과 강하게 결합하여 흡수를 방해한다. 우유와 제산제에 함유된 칼슘, 그리고 식이섬유의 일부 성분도 흡수 억제에 기여할 수 있다. 이러한 억제 물질들은 주로 비헴 철의 흡수에 영향을 미친다.

식사 계획을 세울 때는 이러한 요인들을 고려하는 것이 중요하다. 철분 흡수를 극대화하기 위해서는 철분이 풍부한 식품과 비타민 C 공급원을 함께 섭취하고, 차나 커피는 식사와 최소한 1시간 이상 간격을 두어 마시는 것이 권장된다.

철분 보충제는 주로 철분 결핍성 빈혈의 치료와 예방을 위해 사용된다. 주요 형태로는 황산 제일철, 푸마르산 제일철, 글루콘산 제일철 등의 2가 철(Fe²⁺) 화합물이 있으며, 이들은 비교적 흡수율이 높은 편이다. 최근에는 흡수율을 높이고 위장 장애를 줄이기 위해 철분 폴리말토스 복합체나 헴 철 보충제도 사용된다. 일반적으로 철분 보충제는 공복 상태에서 복용할 때 흡수가 가장 좋지만, 위장 장애를 경험하는 경우 식사와 함께 복용하기도 한다.

복용법은 철분 결핍의 정도와 환자의 상태에 따라 의사가 결정한다. 일반적인 치료 용량은 하루에 원소 철 기준 100~200mg 정도이다. 철분 흡수를 촉진하기 위해 비타민 C를 함께 섭취하는 것이 권장되며, 반대로 차, 커피, 우유, 제산제 등은 철분 흡수를 저해하므로 복용 시간을 2시간 이상 격리하는 것이 좋다. 치료 효과를 평가하기 위해 혈액 검사를 정기적으로 실시하며, 페리틴 수치가 정상화된 후에도 저장 철을 보충하기 위해 수개월간 저용량으로 유지 치료를 계속하는 경우가 많다.

보충제 복용 시 철분의 흡수를 극대화하고 부작용을 최소화하기 위해 지침을 따르는 것이 중요하다. 증상이 호전되더라도 의사의 지시 없이 복용을 중단해서는 안 되며, 특히 소아의 경우 과량 복용 시 심각한 철분 중독을 일으킬 수 있어 각별한 주의가 필요하다.

철분 보충제 복용 시 발생할 수 있는 일반적인 위장관계 부작용으로는 변비, 설사, 메스꺼움, 복부 경련, 속쓰림 등이 있다. 이러한 증상은 주로 복용 초기에 나타나며, 식사와 함께 복용하거나 용량을 나누어 복용함으로써 완화될 수 있다. 장기간 고용량을 복용할 경우 대변이 검게 변하는 현상이 나타날 수 있는데, 이는 철분이 장내에서 황화철을 형성하기 때문으로 대개 무해하다.

철분 보충제는 특정 약물과 상호작용을 일으켜 그 효과를 감소시키거나 부작용을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 테트라사이클린, 퀴놀론계 항생제, 레보도파, 갑상선 호르몬제 등의 흡수를 방해할 수 있다. 따라서 이러한 약물과 철분 보충제를 복용할 때는 최소 2~4시간의 간격을 두는 것이 권장된다. 또한 제산제나 양성자 펌프 억제제와 같은 위산 억제제를 장기간 복용하는 경우 철분의 흡수가 저하될 수 있다.

철분 과잉은 심각한 건강 문제를 초래할 수 있으므로, 철분 결핍성 빈혈이 진단되지 않은 상태에서 예방 목적으로 장기간 고용량을 복용하는 것은 위험하다. 특히 유전적 질환인 혈색소침착증 환자나 만성 간질환 환자는 철분 축적의 위험이 높다. 철분 중독은 급성으로 발생할 경우 특히 어린이에게 치명적일 수 있으며, 복통, 구토, 설사, 쇼크, 간손상 등을 유발한다. 의사의 처방 없이 어린이의 손이 닿는 곳에 철분 보충제를 보관해서는 안 된다.

임신 기간 동안 모체의 혈액량 증가와 태아 및 태반의 성장으로 인해 철분 요구량이 크게 증가합니다. 임산부는 비임신 여성에 비해 약 두 배의 철분이 필요합니다[9]. 충분한 철분 섭취는 태아의 뇌 발달을 포함한 정상적인 성장과 발달에 필수적이며, 모체의 빈혈 예방과 출산 시 과다 출혈 위험 감소에 기여합니다.

수유부 또한 상당한 양의 철분이 필요합니다. 모유를 통해 영아에게 철분이 공급되며, 이는 영아의 인지 발달과 면역 체계 강화에 중요합니다. 비록 월경이 중단되어 철분 손실이 줄어들지만, 모유 생산을 위한 대사 요구량이 증가하기 때문에 철분 섭취를 유지해야 합니다. 철분 결핍 상태에서 수유할 경우 모체의 철분 저장고가 고갈되어 피로와 무기력증을 초래할 수 있습니다.

임신과 수유 중 철분 공급을 위해 식이 조절과 필요시 보충제 복용이 병행됩니다. 헴 철이 풍부한 적색육과 비헴 철이 풍부한 녹색잎채소, 곡류, 견과류를 균형 있게 섭취하는 것이 좋습니다. 비헴 철의 흡수를 높이기 위해 비타민 C가 풍부한 식품(예: 감귤류, 브로콜리)을 함께 섭취하는 전략이 효과적입니다. 반면, 차나 커피에 함유된 타닌은 철분 흡수를 저해하므로 식사 시간과 격차를 두는 것이 권장됩니다.

의사의 지도 아래 철분 보충제를 처방받는 경우가 일반적입니다. 보충제는 종종 구역이나 변비를 유발할 수 있으므로, 부작용을 최소화하기 위해 저녁 식사 후 또는 취침 전에 복용하도록 안내받습니다. 임신성 빈혈의 진단은 정기적인 혈액 검사를 통해 이루어지며, 철분 수치와 헤모글로빈, 헤마토크릿 수치를 모니터링합니다.

운동선수, 특히 장거리 달리기 선수나 여성 운동선수는 철분 결핍 위험이 일반인보다 높다. 격렬한 운동은 발한을 통한 철분 손실을 증가시키고, 적혈구의 파괴(발걸음 용혈), 위장관 미세 출혈 등을 유발할 수 있다. 또한 운동 선수들은 종종 에너지 섭취를 제한하는 식단을 따르거나, 철분 흡수를 방해하는 칼슘 보충제를 과다 복용하는 경우가 있어 위험을 가중시킨다. 철분은 헤모글로빈을 통한 산소 운반과 미오글로빈을 통한 근육 내 산소 저장에 필수적이므로, 결핍 시 운동 수행 능력과 회복력이 저하된다.

채식주의자, 특히 비건은 철분 결핍 위험이 높은 대표적인 집단이다. 이는 그들이 섭취하는 철분이 주로 식물성 식품에 함유된 비헴 철이기 때문이다. 비헴 철은 동물성 식품에 함유된 헴 철에 비해 흡수율이 현저히 낮으며, 식물성 식품에 들어있는 피틴산, 옥살산, 폴리페놀 같은 성분이 철분 흡수를 더욱 억제한다.

이러한 위험을 관리하기 위해 두 집단은 철분 섭취에 특별한 주의가 필요하다. 운동선수는 정기적인 혈액 검사를 통해 페리틴 수치를 모니터링하고, 필요시 보충제를 고려해야 한다. 채식주의자는 철분 흡수를 촉진하는 전략을 적극적으로 활용해야 한다. 비헴 철이 풍부한 시금치, 콩류, 두부, 퀴노아 등을 섭취할 때 비타민 C가 풍부한 식품(예: 브로콜리, 파프리카, 딸기, 오렌지 주스)을 함께 먹으면 철분 흡수율을 크게 높일 수 있다. 반면, 차나 커피는 식사와 함께 마시지 않는 것이 좋다.

철분 과부하증은 체내에 철분이 과도하게 축적되어 여러 장기에 손상을 일으키는 상태를 말한다. 가장 흔한 원인은 유전성 혈색소침착증으로, 이는 HFE 유전자의 돌연변이로 인해 장에서 철분 흡수가 과도하게 증가하는 상염색체 열성 유전 질환이다. 이 외에도 반복적인 수혈을 필요로 하는 지중해빈혈이나 겸형적혈구빈혈과 같은 질환에서도 이차적으로 발생할 수 있다[10].

장기간 지속된 철분 과부하는 간, 췌장, 심장, 관절 등에 침착되어 심각한 합병증을 유발한다. 주요 증상과 합병증은 다음과 같다.

진단은 혈청 페리틴 수치와 철분 포화도 검사를 통해 이루어진다. 확진을 위해서는 HFE 유전자 검사나 간 생검을 시행할 수 있다. 치료의 주된 목표는 체내 철분 저장량을 줄이고 장기 손상을 예방하는 것이다. 가장 일반적인 치료법은 사혈 요법으로, 정기적으로 일정량의 혈액을 제거하여 철분을 체외로 배출시킨다. 수혈 의존성 빈혈 환자와 같이 사혈이 불가능한 경우에는 철 킬레이트 요법을 통해 철분을 화학적으로 결합시켜 소변으로 배출시키는 약물 치료를 시행한다.

철분 결핍성 빈혈과는 구분되는 개념으로, 염증이나 감염, 악성 종양, 자가면역질환, 만성 신장 질환과 같은 만성질환을 동반하는 빈혈을 만성질환에 동반된 빈혈이라 부른다. 이는 철분 결핍이 주된 원인이 아니라, 만성질환에 의해 유발되는 염증성 사이토카인이 적혈구의 생성과 생존, 그리고 철분 대사에 영향을 미치기 때문에 발생한다.

주된 병리 기전은 다음과 같다. 첫째, 염증성 사이토카인은 적혈구 생성을 촉진하는 호르몬인 에리스로포이에틴의 생성을 억제하고, 조혈모세포가 적혈구로 성숙하는 과정을 방해한다. 둘째, 염증은 망상내피계에 철분이 갇히게 만들어 혈장으로의 철분 방출을 억제한다. 이로 인해 혈중 철분 농도는 낮지만, 실제 체내 총 철분 저장량은 정상이거나 오히려 많은 상태가 된다. 셋째, 염증은 적혈구의 수명을 단축시키기도 한다.

진단은 기저 만성질환의 존재를 확인하고, 혈액 검사를 통해 철분 결핍성 빈혈과 감별하는 것이 중요하다. 치료의 핵심은 빈혈 자체보다 근본적인 만성질환을 관리하는 것이다. 철분 보충은 혈청 페리틴 수치가 현저히 낮은 경우를 제외하고는 일반적으로 효과가 없으며, 오히려 해로울 수 있다[11]. 중증 빈혈이 있는 경우 적혈구 수혈이나 재조합 인간 에리스로포이에틴 주사가 고려될 수 있다.