●칼슘의 체내 분포
칼슘은 인체내에서 다섯번째로 많은 무기성분으로 성인에서는 인체내 1~1.3 kg의 칼슘이 있으며 이 중 99%가
hydroxyapatite 형태로 골격에 존재한다. 나머지 1%가 세포외액과 연조직내에 있다. 혈장에서 칼슘은 약 반 정도가 혈장 단백에 결합되어있거나 phosphate(PO₄³-)와 결합체를 형성하고 있어 화학반응에 참여할 수 있는 유리형(
free form)이 아니다.
혈장 칼슘은 세 가지 형태로 나타나는데 첫째는 총 혈장 칼슘의 50%를 차지하면서 생리적 활성을 갖고있는 유리 이온화 칼슘이고, 둘째로는 10%를 차지하는 칼슘복합체로 bicarbonate, lactate, phosphate 등의 다양한 음이온과 결합하고 있는 형태이고, 셋째는 나머지 혈장 알부민 단백과 결합하고 있는 형태이다. 총 칼슘의 농도는 변화가 없어도 위의 세가지 상대적인 분포는 세포외액의 pH에 따라 달라질 수 있다. 알카리증은 칼슘과 단백의 결합을 촉진하기 때문에 유리 상태의 칼슘이 감소하고, 산증은 단백질과 결합을 감소시켜 유리 형태의 칼슘이 증가한다. 혈중 pH 0.1 변화당 이온화 칼슘은 0.12 mg/dL가 증가 또는 감소한다.
칼슘은 혈장 단백과 결합하기 때문에 혈장 단백질의 농도 증감에 따라 총 칼슘의 양도 변화한다. 알부민 1 g/dL당 칼슘 0.8 mg/dL과 결합하며 저알부민혈증에서는 혈장 칼슘은 외관상 낮으므로 주의를 요한다. 혈장 알부민치의 변동을 가미한 보정 칼슘 농도는 임상적으로 다음과 같이 보정할 수 있다.
보정 칼슘 농도(mg/dL) = 칼슘 실측정치(mg/dL) + [(4-환자 알부민 농도) x 0.8]
Corrected calcium (mg/dL) = measured total Ca (mg/dL) + 0.8 (4.0 - serum albumin [g/dL])
여기서 4.0은 평균 알부민 측정치(g/dL)를 의미하고, SI units로 표기하면 Corrected calcium (mmol/L) = measured total Ca (mmol/L) + 0.02 (40 - serum albumin [g/L])이다. 이리하여 알부민 수치가 낮다면 칼슘 측정치는 낮게 나올 수 있지만 실제로는 생리적으로는 정상 범위에 포함되는 것이다.
●칼슘 기능과 대사
칼슘의 기능은 골격근 무기질화, 신경근 흥분성, 심장과 평활근에서 흥분-수축의 연결, 자극-분비 연결, 세포 상이의 비투과성 접합 유지, 혈액응고 등에 관여한다. 이온화 칼슘 대사의 조절은 세포외액과 다른 세 곳, 즉 뼈, 신장, 소장 사이의 교환에 대한 호르몬의 조절에 따른다. ECF의 이온화 칼슘의 조절은 주로 PTH와 비타민 D의 활성형인 1,25-dihydroxyvitamin D [1.25(OH)₂D₃, calcitriol]이다. 이 호르몬들이 영향을 미치는 주된 기관은 뼈, 신장, 소장이다.
PTH의 총체적인 효과는 혈장 칼슘 농도를 증가시키는 것이고, 그 결과 저칼슘혈증을 방지한다. PTH가 전혀 없다면 호흡근육의 저칼슘혈증성 경련에 의해 야기된 호흡곤란으로 수 일 내에 사망한다. 비타민 D는 실제로 소장에서 칼슘 흡수를 돕는 호르몬이다. 갑상선의 방여포세포(parafollicular cells)에서 분비되는 칼시토닌(calcitonin)은 혈장 칼슘 농도 증가에 대한 반응으로 분비되어 종합적으로 혈중 칼슘 농도가 감소하도록 작용한다. 갑상선호르몬, 성장호르몬, 부신 글루코콜티코이드, 생식선 스테로이드 등은 혈장 칼슘과 인의 농도에는 영향을 미치지 않지만 칼슘 대사에 영향을 미치는 호르몬들이다.
저칼슘혈증(hypocalcemia)이란 칼슘의 혈중 농도가 낮다는 것을 의미하는데, 통상적으로 8.4 mg/dL 이하이고, 알부민과 결합하지 않은 이온화 칼슘(ionized calcium)은 4.2 mg/dL 이하인 경우를 말한다. 저칼슘혈증의 흔한 원인은 만성신부전(chronic renal failure)과 저마그네슘혈증, 부갑상선기능저하(hypoparathyroidism), 가성부갑상선기능저하, 비타민 D 결핍증(Vitamin D deficiency), 급성췌장염 등인데 증상으로 테타니(tetany), 마비, 경련 등과 같은 신경과 근육의 과흥분이 나타날 수 있다.
혈액에서 칼슘의 약 반은 알부민과 결합되어 있다. 따라서 혈중 단백 수치가 비정상이라면 혈장 칼슘도 정확하지 못한데, 이런 경우 임상적으로는 이온화 칼슘 수치가 더 정확하고 유용하다고 할 수 있다. Major surgery를 받고있는 환자에서는 흔히 수혈이나 각종 용액이나 약물 들어가는데, 이런 경우 pH 및 체온 변화를 가져오므로 이온화칼슘의 측정이 유리하다.
고칼슘혈증(hypercalcemia)의 증상은 비특이적이며 초기 증상은 권태감, 피로 혼돈, 식욕부진, 골통, 다뇨, 변비, 오심, 구토 등이 나타난다. 혈중 칼슘 농도가 더 증가하면 의식변화와 같은 신경증상이 발생하고 결국 기면이나 혼수상태를 초래할 수 있다. 고칼슘혈증의 흔한 원인은 일차성부갑상선기능항진, 악성종양이고 그밖에 신부전, 이뇨제, 비타민 A,D 중독, 리튬 치료, 밀크-알카리 증후군, 다른 내분비질환 등이다.
●칼슘 측정 방법과 참고치
분석방법은 대부분 비색법으로 측정하고 이온전극법으로 측정하는 경우도 있다. 흔히 사용하는 방법은 칼슘이 orthocresolphthalen complesone (CPC)와 arsenazo III 등과 같은 색소와 결합하여 생성되는 물질의 흡광도를 분광광도계로 직접 측정하는 방법이다. atomic absorption spectrophotometry가 표준방법이다.
정상 성인에서 총 칼슘의 참고치는 9.0~10.5 mg/dL (2.2~2.6 mmol/L)이고, 검체는 혈청이 좋으나 허파린 처리된 혈장도 가능하다. 이온화 칼슘의 정상 참고치는 4.5~5.6 mg/mL (1.1~1.4 nmol/L)이고, 전혈, 헤파린 처리된 혈장, 혈청도 가능하나 안정된 pH를 유지하기 위해 유동 파라핀으로 공기를 차단하여 얼음과 같이 운반한다. 요검체는 칼슘염의 결정화에 의한 과소평가를 방지하기 위해 적절한 산성화가 필요하다.
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