근육 수축과 뼈 튼튼하게 하는 미네랄, 칼슘의 힘!
뼈 구조를 단단하게 잡아주고, 근육의 수축과 이완을 돕는 칼슘
마그네슘, 칼륨에 이어 미네랄 이야기 세 번째. 만약 우리 몸에 뼈가 없다고 상상하면 어떤 모습일까? 아마 낙지나 문어처럼 연체동물의 형태를 띨 것이다. 바다 생물과 달리 중력의 영향을 받으며 대지 위에서 살아가는 우리 몸은 뼈라는 구조물이 없다면 육지가 아닌 바닷속 연체동물 종으로 진화했을지도 모른다. 아파트나 주택 같은 건축물이 우리가 생활할 수 있는 공간 형태가 될 수 있는 건 구조를 단단하게 잡아주는 역할을 하는 물질이 있기 때문이다. 그 역할을 하는 핵심적인 원소가 바로 칼슘이며, 우리 몸 구조물인 뼈의 핵심 성분이기도 하다.
지각에 5번째로 많은 칼슘은 다소 늦게 발견되었다. 화학의 아버지라 불리는 라부아지에조차 칼슘의 정체는 파악하지 못했는데, 칼륨을 발견한 영국의 화학자 험프리 데이비(Humphry Davy)가 1808년 산화수은에서 칼슘을 추출하는 데 성공했다. 칼슘(Calcium, Ca)의 석회를 뜻하는 라틴어 ‘칼스(Calx)’에서 유래했다. 일상생활에서 칼슘은 활용도가 높다. 건축 구조물을 만드는 시멘트, 골절용 깁스, 분필, 가정용 흡습제 등에 사용된다. 겨울철에는 칼슘의 활용도가 더욱 높아지는데 제설제로 사용하는 염화칼슘이다.
칼슘 화합물 중 인산칼슘은 우리 몸에 존재하는 물질로 약물 전달체ㆍ인공 치아ㆍ인공 뼈ㆍ보철 재료 등으로 사용된다. 그 외에도 식품 첨가제ㆍ경화 촉진제로도 널리 사용되고 있다. 바닷속 산호와 진주는 탄산칼슘으로 되어 있다. 신기한 모양으로 감탄을 자아내는 석회암 동굴 역시 이산화탄소가 녹아 있는 물에 의해 탄산칼슘이 칼슘 이온과 탄산수소 이온으로 변하고 녹아서 만들어진 것이다.
몸속 가장 많은 미네랄인 칼슘의 역활
우리 몸에 가장 많이 존재하는 미네랄인 칼슘은 어떤 역할을 할까? 성인의 경우 체중의 1.5∼2.0% 정도인 900∼1,200g의 칼슘이 몸에 존재한다. 몸속 칼슘은 인산 칼슘염의 형태로 99%는 뼈와 치아에 있고 나머지 1%는 혈액ㆍ세포외액ㆍ근육 등에 있다. 이온 상태로 존재하는 칼슘은 특정 단백질과 결합해 인체 대사에 많은 영향을 준다. 세포 내 칼슘 이온은 근육과 심장의 근수축에 관여하며 동맥 혈관인 평활근 수축에도 관여한다.
칼슘은 수많은 효소를 활성화한다. 또한 간과 근육 글리코겐의 합성과 분해에도 중요한 역할을 하며, 신경자극 전달ㆍ혈액 응고나 호르몬 분비를 조절하는 미네랄이다. 신경자극 전달과 같은 칼슘의 생리적 기능은 뼈조직을 형성하는 것보다 먼저 이루어진다. 만약 단기간에 칼슘 섭취가 감소한다면, 부갑상샘호르몬과 칼시트리올(Calcitriol, 비타민 D의 호르몬 형태)의 호르몬이 활성화되어 뼈에서 칼슘 이온을 유리해 혈청 칼슘의 농도를 일정하게 유지한다. 칼슘의 역할을 정리하면 다음과 같다.
뼈 건강에 중요: 칼슘은 뼈의 주요 구성 성분 중 하나로 뼈는 몸의 구조를 유지하고 지지해 주는 역할을 한다. 충분한 양의 칼슘을 섭취하지 않으면 뼈가 약해지고 골다공증과 같은 질환에 걸릴 가능성이 커진다.
건강한 치아 유지: 칼슘은 치아의 구성 성분 중 하나로 칼슘을 충분히 섭취하지 않으면 치아가 약해져 구강질환에 걸릴 가능성이 커진다.
근육과 신경 기능 유지: 칼슘은 근육과 신경 기능에도 중요한 역할을 한다. 근육 수축과 이완을 조절하고 신경 전달에 관여한다. 칼슘이 부족하면 근육 경련ㆍ신경과 근육 이상ㆍ혼란 등의 증상이 나타날 수 있다.
혈액 응고ㆍ심장 기능에 영향: 칼슘은 혈액 응고를 조절하는 데도 중요하다. 칼슘을 충분히 섭취하지 않으면 혈액 응고 능력이 떨어 심장 질환 등의 위험이 높아진다.
우리 몸속 뼈는 움직임이 없는 조직처럼 보이지만, 뼈는 대사가 매우 활발히 일어나는 조직이다. 골질량(Bone Mass)은 출생 후 사춘기를 지나 30대에 최고치를 이룬다. 그 후 어느 정도 안정되다가 40대 또는 50대 초반부터 나이의 증가에 따라 감소한다. 특히 여성은 남성보다 골질량이 적으며 폐경 후 5년 동안 급격하게 골손실이 진행된다. 따라서 뼈 건강을 위해 규칙적인 운동과 식사를 통해 칼슘 섭취에 신경을 써야 한다.
무엇보다 40대 이후 뼈 손실을 최소화하려면, 성장기에 충분한 칼슘 섭취와 운동을 통해 최대한 뼈를 튼튼하게 만들어 놓아 한다. 그래야 노년기에 골질량이 손실되더라도 골다공증에 이르지 않게 된다. 칼슘은 세포막을 통한 물질이동의 조절인자 역할을 한다. 칼슘은 골밀도뿐만 아니라 체중 조절ㆍ당뇨ㆍ대장암 예방 등에도 역할을 한다. 즉 체중을 줄이기 위해 식이요법을 할 때 칼슘을 1,000㎎ 전후로 섭취하면 체중 조절 효과가 더 크며, 칼슘 고섭취군이 저섭취군에 비해 당뇨 및 대장암 발생 위험성이 감소하는 것으로 보고돼 있다.
뼈를 튼튼하게 만드는 울프의 법칙
칼슘은 근육 수축과 이완에 중요한 역할을 한다. 근육 내 칼슘 농도가 증가하면 근육 수축이 일어나고, 칼슘 농도가 감소하면 근육 이완이 일어난다. 그리고 근육의 탄력성 유지에 중요한데, 적절한 칼슘 섭취가 근육 탄력성을 유지해 주어 운동 효과를 높이는 데에 도움이 된다. 칼슘은 뼈 건강에 중요한 역할을 하는데, 뼈가 건강하면 운동을 할 때 부상의 위험이 줄어들며 운동 효과를 더욱 높일 수 있다. 특히 운동은 골질량과 골밀도를 증가시키고 칼슘을 침착시키는 기계적 수용체를 자극하면서 뼈에 기계적 충격을 제공한다.
조금 더 들어가 보면 운동을 통해 뼈가 튼튼해지는 것은 근육의 장력이 뼈에 전달되어 발생한다. 이때 발생하는 효과가 ‘압전효과’이다. 독일의 외과 의사 줄리어스 울프(Julius Wolff, 1836-1902)에 의해 발견된 이론으로 ‘울프의 법칙(Wolff’s Law)’이라 불리기도 한다. 압전효과(Piezo-electric effect)는 압력이 조직에 부과될 때, 약간의 전하가 그 조직에 발생하는 것을 말한다(Piezo-의 의미는 압력이라는 뜻이다).
장력과 압박 주기는 작은 전위를 생성해, 스트레스 지점에서 뼈의 침착과 밀도 증가를 자극한다. [이미지 출처: 구글]다시 말해, 물체에 힘을 가하여 신축시킨 순간에 전압을 일으키고 반대로 물체에 높은 전압을 가했을 때 신축하는 성질을 의미한다. 정리하면 울프의 법칙은 칼슘이 스트레스의 반응하에 놓이게 되는 상태를 말하며, 뼈는 큰 압력을 받으면 칼슘을 추가로 생성하여 스스로 강해지려고 한다. 이처럼 운동을 통해 뼈에 전해지는 기계적 부하는 소량의 새로운 뼈를 형성시키고 이는 뼈 강도를 많 증가시킨다.
운동이 골질량을 최적화하 중요한 요인이기 성장기에 운동을 통해 뼈를 강화시키는 것이 중요하다. 왜냐하면 골막(Periosteum) 팽창 현상은 주로 성장기에 나타나기 때문이다. 이는 앞서 얘기한 40대 이후 뼈 손실을 최소화하기 위한 방법이기도 하다. 칼슘이 미토콘드리아에서 에너지 생산에 관여한다. 운동 시에는 에너지가 필요하므로 적절한 칼슘 섭취가 운동 효과를 높이는 데에 도움이 된다. 운동을 할 때 적절한 칼슘 섭취가 이루어지면 운동 효과를 더욱 높이는 동시에 뼈를 강화하는 데 도움이 된다.
넘치면 석회화, 부족하면 골다공증
우리 몸에 중요한 칼슘도 넘치면 문제가 생긴다. 그러나 혈액 내 칼슘이 필요한 이상으로 특정 조직이나 기관에 쌓이면 석회질이 생긴다. 석회화(Calcification)는 칼슘이 과도하게 침착돼 몸의 조직이나 기관이 돌처럼 단단해지는 것이다. 석회질은 혈관ㆍ관절ㆍ유방 등 다양한 부위에서 생기며, 암으로 진행할 가능성이 있는 것도 있다.
중년 여성들에게 흔한 유방 석회질은 양성ㆍ악성 여부에 따라 위험도에 큰 차이가 있다. 유방 석회질 중 악성은 전체의 10% 이하이다. 유방에 염증이 있었거나, 유선에서 분비되는 분비물이 잘 배출되지 못할 때 생기기 쉬운 것으로 알려져 있다. 악성 석회질은 아주 초기 유방암을 뜻하므로 제거하는 것이 좋다. 유방 석회질은 유방 촬영을 통하여 쉽게 확인할 수 있다.
석회화는 칼슘이 과도하게 침착돼 몸의 조직이나 기관이 돌처럼 단단해지는 것이다. [이미지 출처: 구글]혈관 벽을 구성하는 세 개의 층 중에서 중간인 근육층에 칼슘이 쌓이는 것을 '혈관의 석회화'라고 한다. 탄력이 있어야 하는 혈관이 석회화되면 딱딱해진다. 그렇게 되면 혈액 흐름이 원활하지 못해 혈전이 잘 생기며 뇌졸중ㆍ심근경색증 등의 위험이 커진다. 혈관의 석회질은 비만ㆍ고지혈증 등으로 생긴 미세한 염증들이 아무는 과정에서 생긴다. 혈관에 석회질이 있으면 고지혈증과 동맥경화증이 상당히 진행된 상태를 뜻한다.
인대에 칼슘이 쌓이는 석회화 건염(Calcific Tendinitis)과 관절강 내에 칼슘이 쌓이는 가성통풍(Pseudogout)은 40∼50대부터 잘생긴다(가성통풍은 통풍과 유사하게 관절염의 원인이 되지만, 관절에 요산이 쌓여 생기는 통풍과 달리 가성통풍은 관절에 칼슘 결정들이 쌓여 생긴다). 오랫동안 사용해 온 관절과 인대의 탄력이 떨어지면서 방어 기전의 하나로 칼슘이 모이는 것으로 추정된다. 엉덩이나 무릎ㆍ어깨관절이 끊어질 것 같은 극심한 통증을 초래한다. 뇌의 기저핵이 아닌 소뇌나 측두엽 등에 석회질이 생기면 간질이나 심각한 인지기능 장애를 일으킬 수 있으므로 정확한 검사가 필요하다.
폐 석회질은 과거에 폐결핵ㆍ규폐증ㆍ석면폐증이 있었던 사람들에게 주로 나타난다. 칼슘을 많이 섭취한다고 석회질이 잘 생기는 것은 아니다. 즉 칼슘 보충제ㆍ우유 등으로 칼슘을 많이 섭취해도 부갑상선호르몬ㆍ신장 기능에 문제가 없다면 체내 칼슘의 양은 일정하게 유지된다. 칼슘이 특정 부위에 잘 침착되는 이유로는 노화ㆍ고지혈증 등이 거론되고 있으나 아직 명확히 밝혀지지 않았다.
반대로 체내 칼슘이 부족하면 뼈가 부러지기 쉬운 상태가 되는 골다공증(Osteoporosis)이 올 수 있다. 왜 골다공증이 올까? 칼슘 섭취량이 부족해 혈중 칼슘 농도가 낮아지면 신체는 이를 보상하기 위해서 뼈에 있는 칼슘을 녹이게 된다. 이 때문에 뼈가 점점 약해지는 것이다. 골질량이 감소하면 뼈가 작은 충격에도 쉽게 부러지며, 허리가 구부러지거나 키가 줄어드는 현상도 나타난다. 특히 여성의 경우 갱년기나 폐경기에 여성 호르몬이 감소함에 따라 골질량이 급격히 감소하면서 발생한다. 주로 폐경 후 3∼7년 사이에 급격한 골손실이 일어나므로 폐경 후 여성에서 골다공증 위험도가 증가한다. 그리고 칼슘이 부족하게 되면 근육 경련이 자주 일어날 수 있다.
하루 칼슘 섭취량은?
칼슘은 뼈째 먹는 생선ㆍ해조류ㆍ두류ㆍ곡류ㆍ채소류 등에 다량 함유되어 있으며 체내 이용률도 높다. 일반적으로 성인은 하루에 1,000∼1,200mg 정도의 칼슘을 섭취하는 것이 권장된다. 칼슘과 비타민 D를 충분히 섭취해야만 뼈에 있는 칼슘의 분해를 최대한 줄일 수 있다. 또한 규칙적인 운동을 하여 뼈와 관절의 기능을 유지하도록 하는 것이 중요하며 지나친 식이섬유ㆍ인ㆍ카페인 섭취는 칼슘을 몸 밖으로 배출시키고 칼슘의 흡수를 방해할 수 있으므로 주의해야 한다.
미국 국립암연구소 연구 결과에 의하면 음식과 보충제를 통한 하루 칼슘 섭취량이 가장 많은 그룹이 가장 적은 그룹에 비해 대장암 발생률이 남성은 16%, 여성은 28% 각각 낮은 것으로 나타났다. 또 남성의 경우 칼슘 섭취량 최고 그룹이 최저 그룹에 비해 식도암 위험이 약 30%, 두경부암이 20% 각각 낮은 것으로 밝혀졌다.
원문: 근육을 수축시키고, 뼈도 튼튼하게 하는 미네랄, 칼슘의 힘!
*본 포스팅은 스포츠 이온 음료 <요헤미티-워터>에 기고한 글입니다.
함께 읽으면 좋은 글
뼈도 튼튼하게 하는 항스트레스 미네랄, 마그네슘의 힘!
식물성 식단과 채식? 편견이 아닌 육식보다 강력한 게임 체인저
참고 문헌
참고: <Williams 건강·스포츠 영양학 11판> 멜빈 H. 윌리엄스 외 2명 지음 | 이명천 외 6명 | 라이프사이언스(2017)
참고: <임상운동학: 뼈대계와 근육의 기능>, Joseph E. Muscolino 지음 | 김경 옮김 | 엘스비어코리아(2011)
참고: <파워푸드 슈퍼푸드> 박명윤, 이건순, 박선주 지음 | 푸른행복(2010)
By 푸샵 이종구: <남자들의 몸 만들기, 2004> 저자
·자격사항: 개인/임상/재활 운동사, 미국체력관리학회 공인 퍼스널 트레이너(NSCA-CPT), NSCA-스포츠영양코치, 국가공인 생활스포츠지도사2급, 퍼스널 트레이너2급, 웃음치료사2급, 바디테크닉 수료
·사이트&SNS: http://푸샵.com, 페이스북, 인스타그램
