칼슘 대사와 조절인자 개념

[한키스코]

칼슘(Ca)은 체내 다양한 기능 조절에 중요한 역할을 하는 이온으로 칼슘의 항상성 유지는 부갑상선 호르몬, 칼시트리올, FGF23에 의해 면밀하게 조절됩니다. 

이들 인자들은 혈중 칼슘 농도를 감지하여 위장관, 신세뇨관, 골격에 서로 작용하여 혈중 칼슘 농도를 일정하게 유지합니다. 

하지만 부갑상선 호르몬이 과다하게 생성하게 되면 이런 균형이 깨지게 되어 신장에서의 칼슘 배설이 감소하고 골격에서 칼슘흡수가 증가하여 고칼슘혈증이 유발됩니다.

반대로 부갑상선이 파괴되어 부갑상선 호르몬이 결핍되거나 부갑상선 호르몬은 정상적으로 유지되지만 표적 기관인 위장관, 신세뇨관, 골격에 있는 부갑상선 호르몬 수용체에 변이가 생기는 경우, 부갑상선 호르몬에 대한 저항성이 생겨서 저칼슘혈증과 고인산혈증을 일으키게 됩니다. 

결론적으로 인체 내에서 칼슘 대사가 균형을 이루려면 부갑상선 호르몬의 분비와 작용이 적절하게 조절되는 것이 중요합니다.

건강한 신장은 호르몬인 칼시트롤(calcitrol)을 생성하여 뼈를 튼튼하게 유지합니다. 

칼시트롤은 혈액과 뼈의 칼슘과 인을 적절한 수준으로 유지합니다. 

칼슘과 인은 뼈를 건강하게 유지하는 주요 인자이며 또한 신체의 비타민 D 이용에 도움을 줍니다. 

신부전 상태가 되면 신장에서 충분한 칼시트롤을 생성할 수 없게 되어 그 결과 인, 칼슘 및 비타민 D의 농도가 비정상이 되어 신성 골질환이 발생할 수 있습니다.

- 칼슘 대사 설명 -

혈액 내에서는 총 칼슘의 50%가 알부민, 글로불린 등과 같은 단백질에 결합하며, 이들은 생물학적으로 비활성 상태이고 호르몬에 의해 조절되지 않는다. 

생물학적으로 활성화된 상태인 혈청 이온화 칼슘은 약 1.1~1.3 mmol/L (4.4~5.2 mg/dL) 정도 존재한다. 

혈청 인산이나 구연산이 대량 증가하면 결합된 형태의 칼슘이 증가하게 된다. 

예를 들면 대량 수혈시 항응고제 역할로 쓰이는 구연산은 혈청 이온화 칼슘을 감소시켜서 강축증을 유발한다. 

또한 칼슘과 인산은 포화 상태에 가까운 정도의 농도로 혈액 속에 존재하는데 칼슘이나 인산의 농도가 증가하면 조직에 칼슘인산염의 침전이 발생한다. 

이는 악성 종양에 의한 심한 고칼슘혈증 환자나 신부전이나 횡문근융해증 환자에서 고인산혈증이 발생하는 경우에 문제가 될 수 있다. 

칼슘대사의 항상성유지에는 이온화칼슘의 농도를 세포외액에서 일정하게 유지하는 것이 가장 중요하다. 

이는 칼슘이 세포, 골격, 신장 사이에 적절한 양을 공급하고 실시간으로 조절되는데, 이런 항상성 유지에는 부갑상선 호르몬과 칼시트리올, FGF23(섬유모세포 성장인자 23; fibroblast growth factor 23)이 필요하다. 

각 호르몬은 혈청 칼슘의 미세한 변화에도 민감하게 반응하여 위장, 골격, 신세뇨관 사이에 칼슘 교환을 면밀하게 조절한다. 

체내 세포질내 유리 칼슘 농도는 보통 100 nmol/L의 범위로 유지되는 데, 이는 세포외 농도의 10,000분의 1에 불과하다. 

이렇게 하여 세포막 사이로 칼슘 농도가 큰 경사를 이루면서 세포내로 빠른 칼슘 유입이 일어난다. 

이러한 칼슘 농도 경사는 세포내 칼슘 저장소, 여러 형태의 칼슘통로, 칼슘친화도가 큰 Ca2+ /H+ ATPase와 저 친화도의 Na+ /Ca2+ exchanger에 의해 유지된다. 

칼슘이 부족하면 위장관의 칼슘흡수 효율이 증가한다. 

이는 혈중 칼슘 농도 감소로 부갑상선 호르몬 분비가 증가하기 때문이다. 

부갑상선 호르몬은 신장의 근위부 세뇨관에서 칼시트리올 합성을 촉진하고, 칼시트리올은 직접적으로 위장관세포에 작용해서 칼슘의 경세포 수송(transcellular transport)을 증가시킨다. 

장에서 칼슘 흡수를 증가시키는 작용은 칼슘 결핍시에 가장 중요한 반응 기전이다. 

또 신세뇨관의 칼슘 흡수도 증가하고, 원위부에서는 Calbindin-D28K의 발현을 증가시킨다. 

헨레 루프에서 역시 칼슘 감지 수용체에 의해 부갑상선 호르몬과 칼시트리올과는 별개로 경상피 (transepithelial) 수송을 통한 칼슘 재흡수가 증가한다. 

또한 골격에서는 부갑상선 호르몬과 칼시트리올에 반응하여 칼슘 분비가 약 15% 정도 증가한다. 

골 재흡수의 증가는 칼슘뿐만 아니라 인의 분비도 증가시키고, 칼시트리올에 의해 장의 인산흡수도 증가한다.

이러한 인산의 증가는 세포 외액에서 직접적으로 이온화칼슘 농도를 감소시키고, 칼시트리올의 신합성을 억제하고, 골 재흡수를 억제하게 된다. 

인산의 이러한 음성적인 작용은 부갑상선 호르몬과 FGF23에 의해 다소 완화된다. 

지나친 골 흡수와 심한 저인산혈증을 유발하는 부갑상선 호르몬의 상승은 칼슘과 칼시트리올이 부갑상선에 대한 억제 효과를 발휘하여 다소 완화된다. 

이런 항상성 과정을 통해 칼슘이 부족한 사람이라도 혈중 칼슘과 인 수치는 거의 정상 수준을 유지하지만 칼슘의 장 흡수와 골 흡수는 증가하고, 골밀도는 감소하며, 신세뇨관에서 칼슘 재흡수는 증가하는 반면, 칼슘 배설은 감소하게 되고, 부갑상선호르몬과 칼시트리올 수치는 높게 유지된다. 

칼슘 과잉시에는 이와 정반대의 효과가 나타나서 부갑상선호르몬 분비억제, 신장에서 칼시트리올 합성 억제, 칼슘의 장 흡수 억제, 신장에서의 칼슘 분비 증가, 골 흡수 억제로 양의 평형을 유지하게 된다. 

가장 주된 기전인 장의 칼슘 재흡수 억제로도 칼슘 증가를 감당하지 못하게 되면 신장이 고칼슘혈증을 예방하는 데 가장 중요한 역할을 하게 되어 신기능이 칼슘 수치 유지에 중요한 역할을 하게 된다. 

신기능이 감소하게 되면 심한 고칼슘혈증이 유발될 수 있고, 골격외 부위에 칼슘이 침착하게 된다.