헴철과 비헴철의 차이, 그리고 철분제와 비타민 C의 진짜 관계

 

 

헴 철과 비헴 철의 차이는 어떤 음식에 있느냐(원료)와 흡수의 민감도에 있다.

 

헴 철은 주로 육류·생선·가금류에서, 비헴 철은 곡류·콩류·채소·강화 식품에서 주로 온다. 일반적으로 헴 철의 생체이용률이 더 높고 식사 성분의 간섭을 덜 받는 반면, 비헴 철은 식사 조성에 따라 흡수가 크게 달라진다. 그러나 일단 장을 통과해 체내로 들어오면 두 형태 모두 최종적으로 ‘철’이라는 동일한 원소 풀(pool)을 이룬다는 점이 핵심이다. 따라서 임상에서는 “어떤 형태가 절대적으로 더 좋은가”보다 “어떤 식사/복용 환경에서 효율을 극대화할 것인가”가 더 중요하다.

 

비헴 철의 흡수는 증강 인자와 억제 인자에 크게 좌우된다. 비타민 C는 위의 산성 환경에서 Fe³⁺를 환원·킬레이트화해 십이지장에서도 용해도를 유지시켜 흡수를 돕는다. 반대로 피테산(전곡·콩류), 폴리페놀(차·커피), 일부 식이섬유, 칼슘 등은 비헴 철 흡수를 억제한다. 실제로 식사 구성만 바꿔도 같은 양의 비헴 철이라도 흡수율이 배 이상 달라질 수 있음이 여러 종설과 교과서에서 일관되게 기술되어 있다. 식물성 위주의 식사에 비타민 C가 풍부한 식품(감귤류, 피망, 토마토 등)을 곁들이고, 차·커피·칼슘은 철복용 전후를 피하도록 교육하는 것이 합리적이다.

비타민 C의 흡수 증강 효과는 주로 ‘비(非)헴 철’에 해당하고, 헴 철 흡수에는 영향이 매우 제한적이다. 이유는 두 철의 흡수 경로가 다르기 때문이다. 헴 철은 헴 형태 그대로 흡수되는 반면, 비헴 철은 위·십이지장 내에서 Fe³⁺→Fe²⁺의 환원·킬레이트화가 필요하고 이 단계에서 비타민 C가 핵심 조력자 역할을 한다.

음식 속 철분은 장 점막에서 헴철과 비헴철이라는 두 개의 독립적인 형태로 흡수된다. 헴철은 헤모글로빈과 미오글로빈에서 유래하며, 흡수가 잘되고, 같은 식사 내의 다른 음식들에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 반면, 비헴철(식이철의 주요 형태)의 흡수는 식사의 구성에 크게 좌우된다. 아스코르빈산(비타민 C)은 비헴철 흡수를 강력히 촉진하며, 차(tea)나 칼슘/인산염 같은 억제 물질의 영향을 상쇄할 수 있다. 하지만, 육류·생선·가금류가 포함된 철 이용률이 높은 식사에서는 그 영향이 상대적으로 덜 두드러질 수 있다. 식물성 식단에서의 철 흡수 증진 효과는 비타민 C의 양에 비례한다. 식사에 첨가된 용해성 무기철의 흡수율은 비헴철 흡수율과 함께 증가하지만, 아스코르빈산은 불용성 철 화합물(산화철, 수산화철 등)에는 훨씬 적은 효과만 미친다. 이러한 불용성 철은 식품 오염물질로 흔히 존재한다. 아스코르빈산은 산성 환경에서 3가철(Fe³⁺)과 킬레이트를 형성하여, 십이지장의 알칼리성 환경에서도 용해된 상태로 유지되게 함으로써 흡수를 촉진한다. 다만, 높은 비용과 저장 중 불안정성이 영양성 철 결핍성 빈혈을 줄이기 위한 식품 강화 프로그램에서 아스코르빈산 사용의 주요 장애 요인이 된다.

 

① 용해성 무기철 (Soluble inorganic iron) 대표 예: FeSO₄ (황산철), FeCl₂ (염화제이철) 물에 잘 녹는 형태로, 위의 산성 환경에서도 Fe²⁺ 상태로 존재합니다. 비타민 C와 반응해 안정한 킬레이트(Fe²⁺-ascorbate complex)를 형성하여 흡수가 더욱 촉진됩니다. 즉, 비헴철(식물성 철)과 유사하게 흡수 메커니즘을 따릅니다. 철분 보충제(ferrous sulfate, ferrous gluconate 등)는 대부분 이 범주에 속합니다. ② 불용성 철 화합물 (Insoluble iron compounds) 대표 예: Fe₂O₃ (산화철), Fe(OH)₃ (수산화철) 물에 거의 녹지 않으며, 식품 속 비의도적 오염물질(예: 조리도구 마모, 공정 중 산화)로 존재할 수 있습니다. 이들은 위의 산성 환경에서도 Fe³⁺ 상태로 안정적이어서 환원·용해가 어렵고, 비타민 C가 환원 작용을 해도 흡수율 개선 효과가 매우 제한적입니다. 결국 체내 철 보충에는 거의 기여하지 못하는 형태입니다. 정 비타민 C는 “용해성 무기철 + 비헴철”의 흡수를 크게 높입니다. 불용성 철(산화철·수산화철)은 비타민 C로도 거의 흡수되지 않습니다.

용해성 무기철은 철분제 영양제로 봐도 무방 1. 철분제 (영양제) = 2가철(Fe²⁺, ferrous iron) 대표 제형: Ferrous sulfate (황산제이철), Ferrous fumarate (푸마르산제이철), Ferrous gluconate (글루콘산제이철) 용해성이 높고 흡수율이 좋음 장상피세포(enterocyte)의 철 수송체 DMT1(divalent metal transporter 1)는 2가 형태만 운반 가능 따라서 보충제는 대부분 Fe²⁺로 제형화되어 있습니다. 단점: 위 자극, 변비·흑변 등 부작용 가능성. 2. 비헴철 (Non-heme iron) = 3가철(Fe³⁺, ferric iron) 주로 식물성 식품(곡류, 콩류, 채소 등)에 존재 Fe³⁺는 물에 잘 녹지 않고, 산성 환경에서만 약간 용해 소장 흡수를 위해서는 Fe³⁺ → Fe²⁺ 환원 과정이 필요 이 환원에 도움을 주는 것이 바로 비타민 C(ascorbic acid)입니다. Fe³⁺를 Fe²⁺로 환원시키고, 킬레이트를 형성해 흡수를 촉진

 

구분	화학 형태	주요 존재 식품/제형	흡수율	비타민 C 효과
헴철	Fe²⁺ (heme 결합)	육류, 생선	15–35%	영향 거의 없음
비헴철	Fe³⁺ (ferric)	곡류, 콩, 채소	2–10%	흡수 ↑↑ (환원·킬레이트)
영양제 철분	Fe²⁺ (ferrous)	ferrous sulfate 등	10–30%	일부 보조 효과

비헴 철의 경우에는 비타민C가 도움이 되고, 헴 철의 경우에는 크게 도움이 되지 않는 이유

• 비헴 철: 위산/아스코르빈산(비타민 C)이 Fe³⁺를 Fe²⁺로 환원하고 수용성 킬레이트를 형성하여 장상피의 DMT1로 흡수를 증가시킨다. 장 상피 표면의 DCYTB도 아스코르빈산 의존적 환원에 관여한다.
• 헴 철: 헴 운반 경로(장내에서 헴으로 흡수 후 세포 내 heme oxygenase에 의해 철 방출)를 통해 들어오며, 식사 성분(비타민 C·피테산·폴리페놀 등)의 영향이 훨씬 적다.

 

 

다시 질문) 그렇다면 철분제는 용해성 무기철이고 이미 2가철이라면 비타민C역할이 크게 안 중요하지 않나요? 왜냐하면 비타민C의 역할이 Fe³⁺를 Fe²⁺로 환원하고 수용성 킬레이트를 형성하는 것인데 이미 2가철이기 때문에.....

 

철분제는 이미 Fe²⁺ 상태

우리가 복용하는 대부분의 경구 철분제(ferrous sulfate, ferrous fumarate, ferrous gluconate 등)는 흡수 가능한 Fe²⁺ 상태로 만들어져 있다. 따라서 이들은 장상피세포의 DMT1 수송체를 통해 바로 흡수될 수 있다. 이 경우, 비타민 C가 Fe³⁺ → Fe²⁺로 환원시키는 역할은 이미 불필요하다. 그렇다면 왜 비타민 C가 같이 권장되나?

 

철분제가 위와 소장을 거치는 동안, 일부 Fe²⁺가 산화되어 Fe³⁺로 변할 수 있기 때문이다. 위산이 약하거나, 음식과 함께 복용하거나, 장시간 체류 시 이런 산화가 일어난다. 비타민 C(ascorbic acid)는 이런 상황에서 Fe³⁺를 다시 Fe²⁺로 환원시켜 흡수를 유지시켜 준다. 또한, Fe²⁺와 킬레이트 복합체를 형성하여 십이지장 알칼리 환경에서도 용해도를 높이는 보조 작용을 한다.

 

 

실제 임상적 의미!!!

위산이 정상이고 철분제를 단독 복용한다면, 비타민 C의 추가 효과는 크지 않다. 그러나 다음의 경우에는 비타민 C가 실질적인 도움이 된다.

• 위산분비 저하(고령자, PPI 복용자)
• 식사와 함께 철분제를 복용할 때
• 철분 함량이 낮거나 흡수율이 낮은 제형(예: ferric form 또는 complex iron)
• 식물성 비헴철 위주 식단일 때

 

 

여기서 한 가지 더 질문 : 불용성 무기철도 Fe³⁺이고 비헴철도 Fe³⁺인데 왜 용해도 차이가 있는가?

 

비헴철(non-heme iron)과 불용성 무기철(insoluble iron compounds)은 모두 3가철(Fe³⁺) 상태로 존재한다. 그러나 이 Fe³⁺가 무엇과 결합했는가에 따라 용해성(solubility)이 크게 달라진다.

 

비헴철 = Fe³⁺이지만 유기산이나 식물성 리간드에 느슨하게 결합되어 있다. 식물 속 비헴철은 대개 피테이트(phytate), 폴리페놀, 탄닌, 단백질 잔기, 구연산(citrate) 등과 결합되어 있다. 이 결합은 비교적 약하고 가역적(reversible)이어서, 위의 산성 환경(pH 2 이하)에서 쉽게 이온화 또는 해리(dissociation)될 수 있다. 따라서 위산과 비타민 C(ascorbic acid)가 있으면 Fe³⁺ → Fe²⁺로 환원되며 흡수 가능한 형태로 전환된다. 즉, “성 pH + 환원제 존재 시 가용성(soluble)로 전환 가능한 상태이다.

 

불용성 무기철 = Fe³⁺이지만 강력한 무기 리간드(산화물·수산화물)로 고정되어 있다(예: Fe₂O₃(산화철), Fe(OH)₃(수산화철)). 이들은 Fe–O 결합이 매우 강력하고, 격자 구조(crystalline lattice)를 이루며 용해도가 극히 낮다. 이런 형태는 pH 1~2의 강산성 환경에서도 거의 녹지 않으며, 비타민 C가 환원해도 대부분 고체 상태로 남다. 즉, Fe³⁺이지만 이미 결정 구조에 갇혀 있어 생리적 조건에서는 풀리지 않는다는 것이다.

 

보충제(서플리먼트) 관점에서 헴 철이 더 잘 맞는다는 마케팅 문구가 있지만, 임상적 우월성을 일관되게 입증한 근거는 부족하다. 대표적으로 투석 전 자극호르몬 치료 중인 복막투석 환자에서 시행한 무작위시험은 헴 철 폴리펩타이드(HIP)가 ferrous sulfate에 비열등하지 못했고, 비용 부담도 컸다고 결론지었다. 비투석 CKD 환자 연구에서는 HIP가 헤모글로빈 유지는 비슷하지만 페리틴 보충에서는 IV iron sucrose에 열등했다. 종합하면 특정 상황에서의 대안이 될 여지는 있으나, 표준 경구 ferrous 염을 일괄적으로 대체할 만큼의 일관된 우위는 확인되지 않았다.