비타민 D

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비타민 D의 역사적 배경

17세기 사람이 많고 오염이 심한 북유럽 도시에서 구루병이 심하게 생겼다고 한다. 하지만 시골은 구루병이 생기지 않는다는 역학조사 결과가 나왔으며 구루병 예방 및 치료법으로 일광욕을 권장하였다.(항구루병 작용)

대구간유나 버터지방을 공급하였을때 구루병이 효과적으로 예방되는 것을 관찰한 후 그 물질이 비타민 A로 추측되었지만 비타민 A 성분을 열로 파괴해서 대조했을때 그렇지 않다는 것을 관찰하였고 이 물질을 비타민 D라 명명하였다.

식품에 자외선 조사도 구루병 치료에 효과가 있는 것을 발견했는데, 비타민 D 전구체가 생성되기 때문이라고 보고되었다.

간단한 요약

비타민 D3 (동물성, cholecalciferol), D2 (식물성, ergocalciferol)

칼슘 흡수 촉진 – 골다공증 예방

면역력 증진

결핵, 폐렴 예방

피부질환 예방

호르몬과 유사한 구조

체내 합성 불가

비타민 D의 화학적 구조

비타민 D₂ 전구체 - 에르고스테롤, 에르고칼시페롤(ergosterol, ergocalciferol): 에르고스테롤은 곰팡이 스테롤, 에르고칼시페롤은 에르고스테롤에서 자외선을 조사한 물질, 비타민 D₂라고도 부름.

비타민 D₃ 전구체 - 7-디하이드로콜레스테롤, 콜레칼시페롤 : 에르고스테롤의 구조에 콜레스테롤의 곁가지를 가진 물질, 생선간유, 동물의 피부에 존재

프리비타민: '전구체' 라는 뜻

비타민 D의 화학적 성질

에르고스테롤에 광선을 조사하면 가역적으로 타키스테롤, 루미스테롤이 생성되며 이들은 비타민 D₂가 될 수 있음

매우 안정한 편이라 가공중 파괴되진 않지만 우유를 유리병에 보관하면 빛에 의해서 보충된 비타민 D가 분해된다

비타민 D₃ 전구체 합성의 조절요소

1. 햇빛: 일조량이 많은 오전 10시부터 오후 3시까지가 비타민 D 전환률이 가장 높고 겨울이나 이른 봄에는 가장 낮아서 구루병의 발병률도 높아진다.
2. 나이: 나이가 많아질수록 피부에 저장된 프로비타민 D₃의 양이 감소한다. 비타민 D₃의 대사도 나이가 증가함에 따라 더욱 감소된다.
3. 자외선 차단제: 자외선 차단 효과가 8 factor인 약한 차단제를 사용하여도 비타민 D₃ 합성이 거의 억제된다.

비타민 D의 흡수와 운반

• 음식으로 섭취한 비타민 D에서의 경로:
  • 담즙염의 도움을 받아 주로 회장(일부 십이지장)에서 흡수(지방도 흡수를 촉진)
  • 소화기장에서 흡수된 비타민 D는 주로 킬로미크론에 영입되어 간으로 운반

• 피부에서 광합성된 비타민 D에서의 경로:
  • 피부에서 합성된 콜레칼시페롤이
  • 혈중으로 나와 DBP와 결합되어 운반되어
  • 먼저 대부분 근육과 지방조직, 그다음 간으로 간다.

어떻게든 간으로 운반된 콜레칼시페롤은 25-OH D₃으로 수산화되거나 대사되어 담즙산으로 배설된다.

25-OH D₃은 일명 칼시디올(calcidiol)이라고도 한다.

이렇게 대사된 25-OH D₃은 대부분 혈류로 나가 DBP에 의해 운반된다.

비타민 D의 대사

비타민 D의 대사과정

앞에서 봤듯이 비타민 D가 순환계로 이동할 때

DBP와 결합하여서 혈액내에서 순환된다.

비타민 D가 간으로 이동되면

비타민 D-25 hydroxylase의 촉매작용에 의해서

혈액 내를 순환하는 주요 형태의 비타민 D인 25-OH D₃을 생성하게 된다. 하지만 아직 생리적으로 불활성 형태이다.

간 이외의 폐, 소화기장, 신장 등에서도 25-OH D₃을 생성할 수 있다.

생성된 25-OH D₃는 신장세포 내로 이동되어서

25-OH D₃-1 α-hydroxylase의 작용에 의해

1,25-(OH)2 D3[일명 칼시트리올(calcitriol)]로 전환되면서

비로소 활성을 갖게 된다.

예외적으로 임신중 태반, 인체 골세포에서도 1,25-(OH)₂ D₃가 생성된다고 보고된다.

비타민 D가 체내 혈중 칼슘 항상성에 관여하는 개략적기전.

저칼슘혈증(hypocalcemia)일때

부갑상선 호르몬(parathyroid hormone, PTH)의 분비를 촉진시키고(칼시토닌은 부갑상선 호르몬과 길항작용)

이는 신장에서 25-OH D₃가 1,25-(OH)₂ D₃로 전환되는 것을 촉진시키게 된다.

1,25-(OH) D₃는 스테로이드 호르몬처럼 표적기관인 소화기장(칼슘 흡수 촉진), 뼈(부갑상선 호르몬과 함께 뼈에 저장된 칼슘을 용출시켜 혈액으로 내보냄), 신장(칼슘 재흡수 증가)으로 가서 작용하며

결국에는 1,25-(OH) D₃이 표적기관을 작동시켜서 이 세 기관에서 칼슘 항상성을 유지시키게 되는 것이다.

소화기장, 뼈, 신장 각각이 칼슘 항상성을 유지시키는 기전에 다시 한번 유의하라.

비타민 D가 체내 혈중 칼슘 항상성에 관여하는 더욱 더 자세한 기전

소화기장: 1,25-(OH)₂ D₃가 비타민 D 수용기와 결합된 후

결과적으로 VDRE(vitamin D response element)에 대한 수용기의 친화력을 높이는 원리에 의해

세포 내 핵에 직접 작용하여

장점막 내의 칼슘흡수 단백질인 칼빈딘-D의 유전자 발현(유전자 전사 촉진 또는 억제)에 관여한다.

뼈의 파골세포: 1,25-(OH)₂ D₃가 파골세포의 분화를 증진시킴으로 인해

파골세포의 풀을 증가시켜 뼈의 재형성에 관여하며

뼈의 조골세포: 1,25-(OH)₂ D₃는 조골세포를 빠르게 활성화시켜

resorption factor의 분비를 증진시킴으로써

파골세포의 작용을 도와주도록 한다.

만약 비타민 D의 결핍으로 1,25-(OH)₂ D₃ 합성이 감소되면

소화기장과 신장의 칼슘 (재)흡수 기능의 장애를 가진 상태에서 칼슘 용출만이 일어나므로

PTH 분비가 높아지며 칼슘에 심각한 타격이 온다.

비타민 D의 또다른 기능

세포 분화 관여: 줄기세포 분화 및 성장에도 관여 - 세포 내 칼슘의 양을 조절하는 방식으로 다양한 세포 내 공정을 조절

상피세포의 비정상적인 성숙과 분화에 의한 질병인 건선의 증상치료에도 효과

혈중 1,25-(OH)₂ D₃ 농도가 이 질병과 관련이 있음.

비타민 D와 다른 영양소와의 상호관계

인:

• 인의 섭취가 높을 경우 비타민 D 활성화가 감소되며, 반대로 인의 섭취가 낮으면 1,25-(OH)₂ D₃의 합성이 증진된다.

• 인과 비타민 D의 섭취기 부족한 경우 혈청 인의 수준을 적정하게 유지하는 것이 불가능해져 결국 뼈의 무기질화를 방해하게 된다.
• 혈청 인의 농도가 떨어지면 혈청 칼슘의 농도가 높다 하더라도 칼시토닌의 작용이 일어나지 못해 뼈의 무기질화가 이뤄지지 못한다.

비타민 K:

• 칼슘결합 단백질 합성에 필요하다는 것이 밝혀졌다.

비타민 D의 결핍증

구루병: 주로 어린이에게 발병, 골격형성 이상, 형태변형 - 골격의 엉성한 무기질화, 기능 불충분.

골연화증: 주로 성인에 발병, 과도한 출산, 고령일수록 취약, 골다공증 증상

테타니(강직성 경련증): 근육과 신경에 필요한 칼슘 공급이 부족할때 발생.

비타민 D의 독성

앞의 흡수운반 기전으로 보았듯이 식이로 흡수된 비타민 D가 훨씬 더 위험하다.

피부에서 광합성되는 비타민 D는 비교적 소량이며,

합성된 비타민 D가 간으로 가기 전에 근육과 지방세포로 많이 가서 저장되며,

반면에 식이적으로 흡수된 비타민 D는 먹은 만큼 전부 간으로 가서 활성화되어 간을 비롯한 신체에 부담을 주게 된다.

비타민 D의 독성으로 생기는 증상:

• 특발성 고칼슘혈증: 주로 유아에게 발생, 식욕감퇴, 구토, 고혈압, 신부전 증세, 사망 가능성, 하루 2000~3000IU 섭취

  

  1 IU = 1 μg of vitamin D

• 고칼슘뇨증
• 연조직에 칼슘 축적
• 신장과 심혈관계에 영구적 손상

비타민 D의 급원식품

계란, 버터, 생선 간유, 우유

• 기타 두부, 냉이, 달래, 쑥, 표고버섯 등