철(鐵)은 지구 구성 물질 중에서 가장 큰 비중을 차지하며, 지구 중량의 34.6%에 이른다고 한다. 그러나, 대부분의 철은 지구 중심핵에 존재하며, 지각에서는 산소, 규소, 알루미늄에 이어 네 번째로 많고 지각의 약 5%를 차지한다. 그러나 산소, 규소, 알루미늄 등이 지각 전체에 널리 분산되어 있는데 비하여 철은 철광맥의 형태로 일정한 위치에 집중적으로 존재하여 오랜 옛날부터 유용하게 이용할 수 있었기 때문에 가장 흔한 금속이 되어 있다. 철의 원자번호는 26이며, 원자량은 55.85이다. 원소기호는 ‘Fe’이며, 영어의 ‘iron’을 뜻하는 라틴어 ‘훼럼(ferrum)’에서 유래되었다.
철은 생물계에도 널리 존재하며, 사람을 비롯하여 동물에게 특히 중요한 이유는 ‘헴(heme)’의 구성성분으로서 혈액 생성과 체내 산소운반에 절대적으로 필요하기 때문이다. 혈액(血液)은 크게 혈구(血球)와 혈장(血漿)으로 구분되며, 혈구는 적혈구(赤血球), 백혈구(白血球) 및 혈소판(血小板)으로 이루어져 있고, 혈장은 주로 수분으로 이루어져 있으며 혈액응고인자 및 전해질(電解質)이 포함되어 있다. ‘헤모글로빈(hemoglobin)’은 적혈구 속에 다량으로 들어있는 색소단백질로서 혈색소(血色素)라고도 하며, 헴 구조 4개가 모여서 이루어진다. 헴은 철 원자 하나를 가운데 두고 둥근 고리 모양을 이루고 있는 ‘포르피린(porphyrin)’이란 화합물로 구성되어 있다. 철 원자 1개에 산소 1분자가 결합하므로 헤모글로빈 1분자에는 산소 4분자가 결합할 수 있다. 헤모글로빈은 폐로 들어온 산소를 각 조직의 세포로 운반하고, 각 세포에서 생성되는 이산화탄소를 폐로 운반하여 방출하도록 한다.
철은 ‘미토콘드리아(mitochondria)’의 전자전달계(電子傳達系)에서 산화환원 과정에 작용하는 효소의 구성성분이 되며, 근육의 수축이나 에너지 생성에도 필요하다. 사람의 근육세포에는 혈액의 헤모글로빈과 유사한 ‘미오글로빈(myoglobin)’이란 물질이 있으며, 미오글로빈은 근육이 붉게 보이게 하는 적색소로서 1개의 헴을 포함하는 ‘폴리펩타이드(polypeptide)’ 사슬로 이루어져 있다. 미오글로빈은 근육조직 내에 산소를 일시적으로 저장하였다가 에너지를 만드는 ATP 합성 과정에서 필요한 산소를 공급하는 역할을 한다. 이외에도 철은 과산화수소 분해효소, 과산화효소, 탈수소효소 등의 보조인자로 작용하며, 알코올 대사나 약물 해독과 같은 여러 대사 과정에 관여하고, 신경전달물질이나 콜라겐의 합성에 필요한 효소의 보조인자로도 작용한다.
철은 인체에 3~5g 정도 들어있으며, 약 70%가 적혈구에 존재하고, 근육에는 약 5%가 있으며, 효소의 구성성분으로 약 5%가 존재한다. 나머지 약 20%는 간, 지라, 골수, 신장 등의 조직에 포함되어 있다. 철은 크게 활성형 철과 저장형 철로 구분되며, 체내 철의 약 80%는 신체의 대사활동에 직접 참여하는 활성형이고, 나머지 약 20%는 저장형이다. 활성형 철은 적혈구의 헤모글로빈과 근육세포의 미오글로빈에 있는 ‘헴철(heme iron)’이나 효소의 구성성분이 되는 철을 말하며, 저장형 철은 ‘페리틴(ferritin)’이나 페리틴의 분해산물인 ‘헤모시데린(hemosiderin)’의 형태로 저장되어 있다가 필요한 때에 철을 공급하는 역할을 한다.
인체에서 철의 평형은 흡수와 회수에 의해 잘 유지된다. 철의 흡수는 철의 저장량, 식이 철의 생체 이용률, 방해 또는 촉진인자 등에 의해 영향을 받는 복잡한 과정이다. 특히 체내 철의 저장량은 철의 흡수에 가장 크게 영향을 주며, 철의 저장량이 고갈되었을 때에는 흡수가 증가하고, 저장량이 충분하면 흡수가 감소한다. 철의 흡수는 소장 어느 부위에서나 일어날 수 있으나 특히 십이지장에서 가장 효율적으로 이루어진다. 흡수된 철은 운반 단백질인 ‘트랜스페린(transferrin)’과 결합되어 이동한다. 대부분의 영양소는 한 번 사용한 후에는 체외로 배출되지만 철은 대부분 회수되어 재사용되고 배출은 극소화된다. 철의 배출은 대부분 대변으로 배설되고 소변, 땀, 피부 등을 통하여 소량 배출되며, 출혈이나 월경으로 손실되기도 한다.
식품 중의 철은 헴철(heme iron)과 비헴철(non-heme iron)로 구분되며, 흡수 이용률에서 차이가 난다. 헴철은 육류에 많이 있으며 헤모글로빈이나 미오글로빈의 구성성분이고, 그 밖의 철은 비헴철로서 식물성 식품이나 계란, 우유, 조개류 등과 같은 비육류(非肉類) 동물성 식품에 들어있다. 헴철은 그 형태 그대로 흡수되며, 흡수율이 20~30% 정도로 높고 다른 식이 요인에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 그러나, 비헴철은 위액, 담즙, 췌액 등 소화액에 의해 흡수가 가능한 형태로 변한 후에 흡수되며, 흡수율이 5~20% 정도로 낮고 여러 요인에 의해 흡수율에 영향을 받는다.
철분(鐵分) 하면 시금치를 연상할 정도로 시금치에는 철분이 많은 것으로 알려져 있다. 이것은 한 과학자의 실수로 철분 함량이 부풀려지고, 미국 보건당국이 어린이에게 시금치를 장려하기 위해 제작한 만화영화 ‘뽀빠이(Popeye)’에 의해 영향을 받은 결과이다. 약간의 오해는 있으나 시금치는 여전히 철분이 많은 식품임에는 틀림이 없다. 그러나, 뽀빠이처럼 시금치 통조림을 먹는다고 철분을 다량으로 흡수할 수는 없다. 시금치의 철분은 비헴철이어서 흡수율이 낮고, 시금치에는 철분의 흡수를 방해하는 수산(옥살산)과 식이섬유도 많이 포함되어 있기 때문이다. 이 외에도 철분의 흡수를 저해하는 식이 요인으로는 녹차나 커피에 많은 타닌(tannin), 콩과 곡류의 외피에 많은 피트산(phytic acid), 우유에 많은 칼슘을 비롯하여 인, 아연, 구리, 망간, 카드뮴 등의 미네랄이 있다. 반면에 비타민C, 유기산, 단백질 등은 철분의 흡수를 촉진한다.
영양 부족이나 철 흡수장애, 과다출혈, 제산제 등 약물의 장기간 복용 등은 철분 결핍의 원인이 된다. 철의 요구량이 많은 영유아, 청소년 및 임신부는 철분이 결핍되기 쉬우며, 월경에 의해 철의 손실이 발생하는 가임기 여성도 부족하기 쉽다. 철분은 매우 중요한 역할을 하는 미네랄이지만 많은 양이 필요하지는 않다. 한국영양학회에서 2005년에 발표한 한국인영양섭취기준에 의한 철분의 일일 권장섭취량은 남자 성인 10mg, 가임기(20~49세) 여성 14mg, 50세 이상 여성 9mg, 임신부 24mg 등이며, 청소년은 남녀 모두 12~16mg이다. 상한섭취량은 남녀 모두 14세 이하는 40mg, 15세 이상은 45mg이다.
철분이 부족할 경우에는 빈혈, 면역력 저하, 작업수행 능력 저하, 신경발달 장애, 인지능력 저하, 피로, 생리불순, 갑상선 기능 저하 등의 증상이 나타난다. 특히 철분결핍성빈형(鐵分缺乏性貧血)은 모든 빈혈 중에서 60~80%를 차지할 정도로 가장 흔한 원인이 된다. 보건복지부에서 2005년에 실시한 ‘국민건강영양조사’에 따르면 우리 국민 30% 이상의 철분 섭취량이 권장섭취량에 못 미치며, 특히 청소년의 철분 섭취량이 부족한 것으로 조사되어 적극적인 철분 섭취가 요구된다. 철분이 많은 식품으로는 간, 육류, 생선류 등을 비롯하여 계란노른자, 굴, 해조류, 녹색채소, 견과류, 두류 등이 있으며, 철분을 강화한 식품이나 철분 보충제와 같은 건강기능식품을 복용하는 것도 좋은 방법이다.
장기간 철분이 많이 함유된 식품을 섭취하거나 철분 보충제의 과다복용 등으로 철이 과잉 될 수도 있다. 철 과잉 시 증상으로는 변비, 위장장애, 편두통, 고혈압, 간 경변, 당뇨 등이 있으며, 과격하거나 공격적인 행동을 보이기도 한다. 아이들이 성인에 해당하는 철 보충량을 섭취하였을 경우에는 급성독성이 나타난다. 아이들의 경우 철의 치명적인 복용량은 체중 1kg당 200-300mg이며, 체중 20kg의 어린이라면 4~6g에 해당한다. |
