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비타민D
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비타민D는 인체에서 합성되므로 오늘날의 기준으로 보면 비타민이라기보다는 호르몬으로 분류되어야 하는 물질이다. 그러나, 발견의 역사적인 배경으로 인해 비타민이라는 명칭을 얻었으며, 인체에서 합성되는 양만으로는 충분하지 못하여 음식으로 보충하여야 하므로 여전히 비타민으로 인정되고 있다. 비타민D는 ‘칼시페롤(calciferol)’이라고도 하며, 현재까지 D2에서 D7까지 6종이 발견되었으나 그 중에서 생물학적 활성이 높은 것은 D2와 D3뿐이고, 특히 D3가 활성이 높아 일반적으로 비타민D라고 부르는 것은 비타민D3를 말한다.
비타민D는 구루병(佝僂病, rickets)의 치료법을 찾는 과정에서 발견되었다. 구루병은 등이 굽거나 다리가 휘는 등 뼈의 변형이 일어나고 성장장애 발생하여 심하면 사망에까지 이르는 질병이다. 구루병은 17세기 중반부터 알려지기 시작하였으며, 18세기에는 많은 어린이들이 이 병으로 사망하였다. 20세기 초에 비타민의 존재가 알려지면서 과학자들은 구루병을 치료할 수 있는 물질이 식품 중에 있을 가능성에 주목하였으며, 마침내 1919년 영국의 멜란비(Edward Mellanby)는 대구의 간유(cod liver oil)가 구루병에 효과가 있음을 밝혀내었다. 그 후 1921년에 그는 이 구루병에 효과가 있는 성분이 그 당시 지용성 비타민으로 알려져 있던 물질일 가능성이 있다고 주장하였다.
멜란비의 연구 결과를 토대로 1922년 미국의 맥컬럼(Elmer Verner McCollum)은 자신이 쥐의 성장에 꼭 필요한 영양소라 하여 ‘지용성A(fat-soluble A)’라고 명명하였던 물질에서 구루병에 효과가 있는 또 다른 물질을 분리해내고, 그 당시까지 비타민으로 알려진 A, B, C 등의 뒤를 이어 비타민D라고 제안하였다. 1927년 독일의 빈다우스(Adolf Windaus)는 비타민D에 3개의 형태가 있음을 발견하고 각각 D1, D2, D3라고 불렀다. 그 후의 연구에서 과학자들에 의해 D4, D5, D6, D7 등이 발견되었으며, 비타민D1은 단일 물질이 아니라 혼합물임이 밝혀져, 현재에는 비타민D1이란 용어는 사용되지 않고 있다.
한편 자외선이나 햇빛을 쪼이면 구루병을 예방 및 치료할 수 있으며, 동식물 유지(油脂)에 자외선을 조사하면 항구루병인자(antirachitic factor)가 생성된다는 사실이 1920년을 전후하여 여러 과학자들에 의해 보고되었다. 1927년 빈다우스는 자외선에 의해 비타민D로 변하는 물질이 ‘어고스테롤(ergosterol)’이라는 것을 발견하였으며, 그 공로로 1928년 노벨 화학상을 수상하였다. 어고스테롤은 효모나 버섯류에 많이 들어있으며, 인체 내에서 비타민D2로 전환될 수 있으므로 ‘프로비타민D(provitamin D)’라고도 불린다. 비타민D2의 화학구조는 1931년 영국의 어스큐(Frederic Anderton Askew)에 의해 규명되었으며, 어고스테롤로부터 합성되므로 ‘어고칼시페롤(ergocalciferol)’이라고도 부른다.
어고스테롤과 함께 프로비타민D로 불리는 ‘7-디하이드로콜레스테롤(7-dehydrocholesterol)’은 피부에 많이 저장되어 있으며, 햇빛의 도움을 받아 비타민D3로 전환될 수 있다. 7-디하이드로콜레스테롤은 콜레스테롤의 전구체(前驅體, precursor)이며, 신체 내에서는 콜레스테롤로부터 합성할 수 있다. 따라서, 콜레스테롤이 많이 함유된 간, 계란노른자, 버터 등의 동물성식품을 섭취하면 비타민D3를 보충하는 효과를 얻을 수 있다. 비타민D3의 화학구조는 1936년 빈다우스에 의해 밝혀졌으며, 비타민D3는 콜레스테롤로부터 합성되므로 ‘콜레칼시페롤(cholecalciferol)’이라고도 부른다.
비타민D는 열, 햇빛, 산소 등에 비교적 안정하므로 식품의 저장 및 조리, 가공 중에 파괴되는 경우는 거의 없다. 식품으로 섭취된 비타민D는 다른 지용성 비타민과 마찬가지로 지방질과 함께 소장에서 흡수되며, 흡수된 비타민D는 주로 간에 저장되지만 피부, 폐, 뇌, 뼈 등 신체의 모든 부분에도 저장된다. 비타민D는 주로 담즙을 통하여 대변으로 배설되며, 수용성 대사물로 전환되어 소변으로 배설되기도 한다. 비타민D는 간과 신장에서 효소반응에 의해 활성형인 ‘1,25-dihydroxy vitamin D’로 전환되며, 이 활성형 비타민D는 ‘칼시트리올(calcitriol)’이라고도 불린다. 비타민D는 콜레스테롤로부터 생합성되며, 활성형으로 되기 위하여 여러 효소의 도움을 받는 등 호르몬과 유사한 점이 많아 활성호르몬의 전구체인 ‘프로호르몬(prohormone)’으로 분류하기도 한다.
비타민D의 주요 기능은 혈액 중의 칼슘(Ca)과 인(P)의 농도를 정상적으로 유지하고 뼈를 튼튼하게 만드는 것이다. 비타민D는 소장에서 칼슘과 인의 흡수를 돕고, 뼈에 칼슘을 비롯한 무기물들이 침착되는 것을 촉진시켜 골격이 형성되는 것을 도우며, ‘골아세포(骨芽細胞, osteoblast)’에 의한 칼슘의 재흡수와 신장에서의 칼슘 재흡수를 증대시킨다. 혈액 중의 칼슘이나 인이 부족해지면 뼈에 저장되어 있는 칼슘과 인을 이동시켜 평형을 이루게 한다. 비타민D가 부족하면 혈액의 칼슘과 인의 농도가 낮아지며, 뼈에서 이들 성분이 빠져나가 골격이 약해지고 체중의 압력을 이기지 못하여 휘게 된다. 성장하는 어린이에게 이런 증상이 나타나는 것이 구루병이며, 성인에게서 나타나면 ‘골연화증(骨軟化症, osteomalacia)’이라고 한다. 골연화증의 특징은 엉덩이, 척추 등이 골절되기 쉽다는 것이다.
건강한 성인의 경우 햇빛을 충분히 쬐면 비타민D를 따로 섭취할 필요가 없다. 그러나, 바깥출입이 적은 노령인구의 증가, 일광 노출 기피, 공해에 의한 일광의 차단, 햇빛이 닿지 않는 지하실이나 사무실 근무, 지역적인 일조시간의 부족 등으로 피부에 의한 비타민D 합성이 충분하지 못하므로 식품으로 보충해주어야만 한다. 햇빛에 의해 프로비타민D가 비타민D로 전환되는 양은 사람에 따라 차이가 있으며, 피부색이 검은 사람은 전환율이 낮다. 전환율은 나이에 따라서도 차이가 있으며 유아는 약 0.15%, 성인은 약 0.43% 정도라고 한다. 햇빛에서 효과가 있는 것은 파장 270~300nm 정도의 자외선(紫外線)이며, 유리창은 이 범위의 자외선을 차단하므로 유리창문을 통해 들어온 햇빛은 비타민D를 거의 생성하지 못한다.
비타민D는 체내에 저장이 잘 되므로 장기간에 걸쳐 과다하게 섭취하면 과잉증이 유발된다. 과잉 증세로는 두통, 구토, 식욕 감퇴, 심장박동 이상, 석회증, 신장결석, 성장 지연 등이 있다. 일상적인 식사로는 과다 섭취가 될 수 없으며, 비타민 보충제 등으로 비타민D를 너무 많이 섭취할 때 일어날 가능성이 있다. 최근(2007.5) 식품의약품안전청에서는 일반인들이 비타민과 무기질은 부작용이 없는 영양소이기 때문에 많이 먹을수록 좋다고 생각하는 경향이 있어, 이런 소비실태를 경고하는 의미에서 과량 섭취에 따른 부작용에 관한 연구 결과를 발표하였다.
햇빛에 의해 형성되는 비타민D의 양이 일정하지 않기 때문에 비타민D의 경우 권장섭취량 대신에 충분섭취량으로 제시되고 있으며, 한국영양학회에서 2005년에 발표한 한국인영양섭취기준에 의한 비타민D의 일일 충분섭취량은 20~49세의 성인을 제외한 모든 연령층에 대하여 10㎍이고, 임신과 수유 중에는 각각 5㎍이 추가로 요구된다. 20~49세의 성인은 활동이 많아 햇빛에 노출되는 시간이 많다고 생각되어 충분섭취량을 5㎍으로 설정하고 있으며, 상한섭취량은 모두 60㎍이다. 단, 1년 미만 영아의 충분섭취량은 5㎍이고, 상한섭취량은 25㎍이다.
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