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칼륨(포타슘)
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칼륨은 지각을 구성하는 원소 중에서 7번째로 풍부하며, 우리 몸에서는 칼슘, 인 다음으로 많이 존재하는 중요한 미네랄이지만 상대적으로 중요성이 별로 인식되지 않고 있는 것이 현실이다. 칼륨은 광택이 나는 은백색 알칼리 금속으로 원소기호는 ‘K’ 이며, 원자번호는 19이고, 원자량은 39.10이다. 순수한 칼륨은 반응성이 크기 때문에 자연계에서는 단독으로 있지 못하고 화합물의 형태로 존재한다.
1800년 이탈리아의 물리학자 볼타(Alessandro Volta)에 의해 최초의 배터리(battery)가 고안되었으며, 이는 화학분야에 큰 발전을 이루는 계기가 되었다. 영국의 화학자 데이비(Humphrey Davy)는 배터리를 이용하여 여러 금속물질을 순수하게 분리하는데 성공하였다. 식물의 재를 우려낸 물에서 잿물(potash)을 얻을 수 있다는 사실은 예로부터 알려져 있었으며, 잿물은 탄산칼륨(K2CO3)이 주성분이다. 데이비는 1807년에 수산화칼륨(KOH)를 전기분해하여 칼륨을 얻었으며, 수산화칼륨은 탄산칼륨에서 얻었기 때문에 ‘potash’에서 이름을 따와 ‘포타슘(potassium)’이라고 이름 지었다.
산(酸)을 뜻하는 ‘acid’는 라틴어로 ‘시다’는 뜻의 ‘acidus’에서 유래하였고, ‘알칼리(alkali)’는 아랍어에서 유래하였다. ‘alkali’의 ‘al’은 영어의 정관사 ‘the’에 해당하는 말이고, ‘kali’는 재(ash)를 의미하는 아랍어 ‘qaliy’에서 온 말이므로, ‘alkali’란 영어의 ‘the ash’에 해당하는 셈이다. 재의 주성분이 칼륨이며, 전기분해에 의해 최초로 밝혀진 알칼리금속이 칼륨이기 때문에 1809년 독일의 과학자 길버트(Ludwig Wilhelm Gilbert)가 포타슘 대신에 ‘칼륨(kalium)’이란 용어를 사용하였다. 칼륨은 ‘알칼리’와 ‘재’란 의미가 복합적으로 포함되어 있는 이름이다. 원소기호 ‘K’는 칼륨에서 따온 것이다.
국제적으로 화학물질의 이름은 1919년에 설립된 화학자들의 국제 학술기구인 ‘국제순수및응용화학연맹(IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry)’에서 정한 이름을 따르는 것을 원칙으로 하고 있다. 우리나라의 경우 대한화학회가 이 기구의 회원으로 가입되어 있으며, 국내에서 통용되는 화학물질의 이름을 정하고 있다. 대한화학회에서는 1998년에 그 동안 사용되어 오던 화학물질의 이름을 새롭게 재정비하였으며, 그에 따르면 독일식 이름인 칼륨(kalium) 외에 포타슘(potassium)이란 영어식 이름을 사용하는 것도 허용하고 있다.
칼륨은 세포 내의 체액에 존재하는 주된 양이온으로서 주로 세포 외의 체액(혈액, 림프액 등)에 존재하는 나트륨 양이온과 함께 정상적인 삼투압(渗透壓)과 수분평형을 유지시킨다. 또한 칼륨이온은 나트륨이온, 수소이온, 염소이온 등과 함께 혈액의 pH 균형을 유지하는 역할을 한다. 사람의 혈액은 항상 pH 7.4로서 약알칼리성을 유지하고 있다. 어떤 이유에서 pH가 산성 쪽이든 알칼리성 쪽이든 이 수치를 벗어나면 몸 안에서 일어나는 생화학 반응의 속도가 느려져 질병을 유발하게 된다. 혈액이 산성으로 되면 세포내액의 칼륨이 혈액으로 이동하여 혈액을 중화시키고, 혈액의 알칼리성이 강화되면 혈액 중의 칼륨이 세포 내로 이동하여 알칼리성을 약화시킨다.
칼륨은 신체 내 여러 생리작용에도 관여한다. 우선 근육의 수축과 이완을 담당하는 신경에 전기화학적 자극을 전달하여 근육이 움직이도록 하며, 특히 혈중 칼륨 농도의 작은 변동까지도 심장근육의 활동에 영향을 주어 심장 박동에 이상이 발생하게 된다. 칼륨은 당질대사와 단백질 합성에 관여하며, 여러 효소의 활성을 촉진하여 효소 반응을 조절한다. 또한 칼륨은 인슐린의 분비를 촉진하며, 나트륨과는 길항작용이 있어 나트륨을 배설시킴으로써 혈압을 떨어뜨리는 작용을 한다. 혈액 중에 나트륨 농도가 높으면 고혈압이 된다고 하지만, 실제로는 나트륨의 절대적인 함량보다 나트륨과 칼륨의 비율이 더 중요하다.
길항작용(拮抗作用, antagonism)이란 2가지 요인이 동시에 작용하여 그 효과를 서로 상쇄시키는 것을 말하며, 생물학과 의학 분야에서 주로 사용되는 용어이다. 근육을 펴는 작용을 하는 신근(伸筋)과 구부리는 작용을 하는 굴근(屈筋), 심장 박동을 촉진하는 교감신경과 억제하는 부교감신경, 약물에서 흥분제와 진정제 등은 모두 길항작용의 예이다. 인체에는 이런 길항작용을 하는 요인들이 많이 있어서 몸의 항상성(恒常性)을 유지하고 있다. 미네랄의 경우에도 길항작용을 하는 것이 있으며, 칼륨과 나트륨은 대표적인 길항관계에 있다. 따라서, 나트륨이 많으면 칼륨을 체외로 배설시키며, 반대로 칼륨이 많으면 나트륨을 체외로 배설시킨다.
칼륨은 이온 형태로 소장에서 흡수되는데, 섭취한 칼륨의 90% 이상이 흡수된다. 칼륨은 흡수 속도도 빠르고, 이동이 용이하여 체내에서의 재분배가 쉽게 이루어진다. 칼륨은 체내 대부분의 기관에 존재하지만 특히 근육세포에 많이 들어있다. 주로 소변으로 배설되며, 대변과 땀으로 배설되는 양은 적다. 소변으로 배출되는 칼륨은 신장에서의 재흡수를 통하여 조절되며, 소화액과 함께 분비된 칼륨은 대부분 재흡수 되므로 신체 외로 빠져나가는 양은 적은 편이다.
칼륨은 토양 중에 많이 있어 식물의 뿌리로부터 물과 함께 흡수되고, 먹이사슬을 통하여 동물에게도 축적되어 거의 모든 식품에 포함되어 있기 때문에 결핍이 발생하기 어려운 미네랄이지만, 나트륨의 섭취가 특히 많은 우리나라에서는 상대적으로 부족하기 쉽다. 보건복지부에서 2005년에 실시한 ‘국민건강영양조사’에 따르면 우리나라 성인의 평균 칼륨 섭취량은 충분섭취량 대비 61.1%에 불과하였으나, 나트륨은 일일 평균 약 5.3g을 섭취하고 충분섭취량의 200% 이상 섭취하는 사람의 비율이 81%나 되어 과다 섭취하고 있는 것으로 조사되었다. 나트륨 섭취 대비 상대적인 결핍 상태에 있으므로 적정 비율 유지를 위하여 적극적인 보충이 필요하다 하겠다.
칼륨은 심한 영양부족, 단백질 결핍, 이뇨제 등의 약물 복용, 알코올 중독 등에 의해 부족하게 될 수 있으며, 결핍 증상으로는 불면증, 부정맥, 고혈압, 변비, 근육경련, 근육마비 등이 있다. 반대로, 신장의 기능에 이상이 발생하거나 에피네프린(epinephrine)과 같은 호르몬이 과다하게 활성화 되었을 경우 등에는 칼륨이 과잉될 수 있으며, 근육 허약, 신경질, 호흡곤란, 손발의 무감각, 정신혼란 등의 증세가 나타난다. 과잉의 칼륨을 섭취하면 건강한 사람은 보통 소변으로 배설하여 버리지만, 다량의 칼륨을 주사하거나 투여하면 근육마비, 심장정지, 호흡정지 등의 독성이 나타나 심하면 사망할 수도 있다.
신부전, 심한 외상, 광범위한 화상, 염류치환 또는 혈액 수혈로 용혈현상이 일어난 경우 등으로 혈장 중의 칼륨 농도가 정상치(3.7~5.3mEq/L)보다 높아진 상태를 고칼륨혈증(hyperkalemia)이라고 한다. 칼륨은 대부분이 세포내액에 존재하므로, 세포 내에서 세포 외로 소량만 이동하여도 커다란 생리적 변화가 나타날 수 있고, 근육이 마비되어 손발이 저리고 다리가 무거우며, 혈압이 떨어지고 부정맥 등의 심장 장애 증세를 보인다. 그 외에도 감각 이상, 반사 저하, 호흡부전 등이 나타나며, 심하면 생명이 위급한 응급상황이 초래된다.
칼륨은 채소류, 해조류, 두류, 곡류, 과일류, 육류, 어패류 등 거의 모든 식품에 포함되어 있으며, 특히 함량이 높은 것으로는 시금치, 미나리, 부추, 김, 미역, 콩, 감자, 고구마, 현미, 옥수수, 버섯, 곶감, 바나나, 땅콩, 잣, 밤, 호두 등이 있다. 한국영양학회에서 2005년에 발표한 한국인영양섭취기준에 의하면 칼륨의 일일 충분섭취량은 9세 이상 남녀 모두 4.7g이다.
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