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미네랄 제형에 따른 흡수율

같은 분자인데 천연과 합성이 다르다고 할때
- 제형에 따른 미네랄의 흡수율 차이
- Drug design : 지용성의 차이에 따른 마약의 차이
- 마그네슘 Mg 흡수 기작
- 칼슘 Ca  : 급원, 흡수요인

고형 형태의 미네랄보다 콜로이드 형태의 미네랄의 생물학적 이용도가 높다.

미네랄 보충제의 제형은 기본 원소 형태(elemental), 이온 형태(ionic), 콜로이드 형태(colloidal), 착화형태(chelated) 등 여러 가지가 있다. 그렇다면 어떤 제형이 가장 흡수율이 좋을까?

- 기본 원소 형태(Elemental minerals)
   가장 싸고 흔한 형태다. 그러나 1-8% 정도밖에 흡수되지 않는다. 그리고 여러 첨가물이 보충제와 결합하여 흡수를 방해한다.

- 이온 형태(Ionic mineral)
이온은 다른 분자와 결합하려는 성질 때문에 불완전하고 불안정한 형태다. 이온은 장벽에서 특별한 운반 단백질(carrier protein)과 부착 또는 착화(attached or chelated)되어 장을 통해 흡수되는데 이 과정에 에너지와 산성 환경(acidic pH)을 요구한다. 소장의 처음 수 cm 부위가 가장 산성을 띤 장소다. 이온 형태의 미네랄은 신체 영양소의 훌륭한 소스(good source)다.

- 콜로이드 형태(Colloidal minerals)
용액에 부유하는 미네랄 형태다. 미네랄 입자가 액체 용액에 부유하기 때문에 흡수가 더 쉽다. 그러나 연구로 증명된 사실은 아니다.
착화(Chelate)는 희랍어로‘claw’라는 뜻이다. 미네랄이 운반 단백질(Carrier protein)과 결합하거나 부착된 형태를 착화 미네랄이라고 한다. 2개의 아미노산으로 이루어진 단백질과 결합한 미네랄, 즉 디펩타이드 착화물(Dipeptide chelate) 형태의 미네랄이 가장 좋은 흡수율을 보인다. 디펩타이드 착화 미네랄(Dipeptide chelates)은 이온 형태 미네랄보다 흡수가 더 빠르다. 착화 미네랄(Chelated material)은 통합성(integrity)을 유지하면서 더 타이트하게 결합되고 에너지 요구량도 덜하기 때문이다. 연구에 의하면 생물학적 이용도가 가장 높은 미네랄은 아미노산 착화 미네랄이다.

A. 콜로이드 미네랄(Colloidal Minerals)

미네랄의 액체 제제를 콜로이드 미네랄이라고 한다. 콜로이드는 반투막 통과를 지연시키거나 방지할 만큼 크기가 큰 입자 형태로 분산된 물질을 말한다. 그러나 액체나 가스 부유액에서 남아 있을 만큼 입자 크기가 작아야 한다. 콜로이드는 직경이1 nm ~ 1000 nm의 입자 형태로 액체나 고체 또는 기체 물질에 부유한다. 콜로이드 입자의 표면적은 매우 크다. 입자는 전기적으로 전하를 띠고 침전을 막기 위해 안정제(stabilizing agents)가 첨가되어 있다. 대개 음전하를 띠지만 콜로이드 타입에 따라 바뀌기도 한다. 전하는 물 분자와 양이온을 잡아 당기는데 매우 중요하다. 콜로이드의 광범위한 면적과 전하 부위에서 생물학적으로 활성을 띤 물질을 잡아끌거나 결합한다. 콜로이드 형태의 미네랄의 또 다른 이점은 결합 물질이 효소 공격에도 견딜 수 있다는 점이다. 이온 형태의 미네랄은 미네랄 흡수율에 중요하다. 부식 이판암 추출물에서 얻은 콜로이드 미네랄은 철분, 알루미늄의 유황화합물과 미량의 금속 수산화물을 함유하고 있다. 부식 이판암 추출물에서 유래한 미네랄은 이온 형태로 존재하여 세포막 통과가 더 쉽다. 미네랄의 생물학적 이용도는 세포막을 통과하는 방식에 의해 결정된다. 장점막을 통과하는 미네랄 수송에 영향을 미치는 조건은 많다. 이들 인자는 세포질 내 기저부 측면 솔변 연(솔 가장자리, brush border) 막에서 작용한다. Metal ions은 세포 내 리간드와 결합하여 세포질 내로 통과하여 기저부 측면 막을 통해 빠져 나와 간문맥 혈류로 진입한다. 일단 metal ion이 장 세포에 들어가면 우선 장 세포가 이를 사용하여 대사 요구량을 충족 시키거나 혈류를 타고 다른 조직으로 이동하여 사용된다. 정제나 캡슐 형태의 미네랄과 달리 콜로이드 미네랄은 분해나 용해가 필요 없고 다만 생화학적 원리에 의해 흡수능이 보강된다. 흡수도는 용해도에서 분명해진다. 예를 들면 분자량이 작은 리간드, 즉 아미노산이나 기탕 유기산은 용해도를 증가시켜 흡수를 증가시킨다. 액상 보충제에서 미네랄은 이미 녹아 있어서 즉시 생물학적으로 유용한 형태다. 게다가 액상 보충제는 보통 산성이며 특히 구연산(citric acid), 아스코빈산 등이 첨가되어있다. 그리고 또한 탄수화물(포도당, 유산,polyols(여러 개의 하이드록실기를 가진 알코올;sorbitol), 아미노산(아지닌, 라이신), vegetable gums, 펩타이드, 유화제등 미네랄의 생물학적 이용도를 증가시키는 물질이 포함되어 있다.
Solid vitamin-mineral 제제는 그 대신 불활성 부형제(excipients; 비활성 점성물질)가 들어있다. 그리고 소화 시 위장 장애를 막기 위해 완충시킨 것이다. 이것들이 미네랄의 생물학적 이용도를 감소시킨다. 신체에서 미네랄의 생물학적 이용도는 여러 인자에 의해 영향을 받는다. 즉 신체의 비축량(body stores), 호로몬 조절(hormonal regulation), 영양소의 화학적 형태, 그리고 영양소 섭취 시 오염물등의 인자들이다.

B. 미네랄 형태가 흡수에 영향(The Form of a Mineral Affects Absorption)

섭취 시 미네랄의 화학적 형태가 흡수에 영향을 미친다. 예를 들면 포도당 중합체(폴리머)를 30 cm길이의 공장으로 60분간 관류시키면 총 칼슘 흡수가 4배 증가하고 마그네슘의 총 공장 흡수도 증가되었다. 또한 아연 흡수도 2배로 증가했다. 이는 포도당 중합체가 미네랄 흡수를 증가시키는 잠재력이 있다는 사실을 의미한다. 반면에 solid form의 미네랄 성질은 생물학적 이용도에 영향을 미치는데 예를 들면 입자 크기, 표면적, 용해도가 분해율에 영향을 미친다. 이와 같은 위장관 흡수는 분해율을 제한한다. 정제에서 미네랄의 방출 특성에 영향을 미치는 수많은 제조상 변수가 있다. 정제의 압축력, 부형제의 양이나 타입, 코팅 물질 등이다.

예를 들면 고형제제에서 미네랄 이용도는 신체에서 액상으로 변화시키는 분해능이다. 일단 용해되면 고형제제의 미네랄은 흡수에 이용된다. 따라서 액상 형태가 가장 우월한 것이다. 식이에서의 생물학적 이용도나 흡수도는 고형 제제의 미네랄만큼 복잡하다. 음식이나 음료의 성분이 미네랄 성분의 화학적 형태를 결정한다. 수많은 고형 음식에서는 원소가 자유롭지 못하고 음식 기질에 견고하게 결합되어 있다. metalloenzyme에서 처럼 미네랄이 단백질과 공유 결합할 수도 있다. 또는 비특이적 결합물질에 전기화학적으로 착화 배열(ectrochemical chelation arrangements)을 하고 있기도 하다. 미네랄의 착화형태는 다른 미네랄과 상호 반응하여 흡수도를 감소시킨다. 예를 들면 식이내의 metallic iron은 동화가 어렵다. 왜냐하면 상부 소장 내에 존재하는 동안 철이 3가로 산화된 후 2가 철로 환원되어야 흡수되기 때문이다. metallic iron이 장관 내에서 산화되면 시리얼 내의 피티산염에 의해 착화되기 쉽고 결국 흡수가 불가능해진다. 보충제는 음식과 함께 섭취할 때 흡수가 개선된다. 위장 통과 시간이 지연되고 그래서 미네랄 함유 카임이 흡수면에 오랫동안 접촉할 수 잇기 때문이다. 그러나 일부 식이는 영양소의 생물학적 이용도 및 흡수를 감소시킨다. 예컨대 일부 식물 성분은 칼슘과 결합하여 흡수 불가능한 염을 형성하여 칼슘 흡수를 감소시킨다. 또한 장쇄 지방산 섭취는 불용성 칼슘과 마그네슘 염을 형성하여 이들 미네랄 흡수를 감소시킨다. 단백질이 풍부한 음식에는 인을 함유하여 칼슘 흡수를 떨어뜨린다 상업적 미네랄 보충제는 여러 형태가 판매된다. 흡수하는데 걸리는 시간이 흡수도에 영향을 미친다. 특히 무기염, 유기염, 아미노산착화물, 이스트 폼(yeast form)같은 isolated compound가 그렇다.

미량 영양소의 생물학적 이용도
미량 영양소는 최대 농도에 도달하는데 시간이 더 오래 걸리고 그래서 생물학적 이용도가 더 크다. 이는 음식 내 미량 영양소가 분리시킨 미량 영양소의 염보다 더 천천히 흡수되는 것과 유사한 결과다. 따라서 콜로이드 형태의 미량 미네랄이 미량 영양소의 isolated salt보다 더 낮은 농도이기 때문에 더욱 서서히 흡수된다.저농도 및 완만한 흡수율이 흡수를 증강시키기 때문에 콜로이드 미네랄의 생물학적 이용도는 다른 형태의 미네랄에 비해 우월할 것으로 기대된다.
콜로이드 형태의 미네랄은 solid tablet과 달리 이미 용해,분해되어 있기 때문에 사이즈가 작은 입자와 더 큰 표면적을 가지고 있어 섭취하면 흡수가 더 좋다.

C. 고형형태(Solid form)보다 액상형이나 콜로이드 형태의 미네랄 보충제의 흡수력이 더 좋은 임상적 근거(Clinical Evidence That Mineral Supplementation in Colloidal or Liquid Form Are More Absorbable Than Minerals in Solid Form)

액상 매질이 미네랄 흡수에 더 우월한 전달 매체(vehicle)이다. 이는 칼슘, 마그네슘 보충제의 임상 연구로 확인된 바 있다.
상업적으로 구할 수 있는 탄산 칼슘 정제의 미네랄 대사에 대한 효율성을 연구했다. 이 제품의 생물학적 이용도는 분해 및 용해의 장애가 있어 임상적 효율성이 결여되어 있다.
미네랄의 용해도는 흡수에 중요하다. 대부분의 사람들은 탄산 칼슘보다 구연산 칼슘(calcium citrate)에서 칼슘 흡수가 쉽다. 구연산 칼슘이 물에 녹기 때문이다. 구연산염 형태가 또한 더 안전하고 더 tolerable하다.

수용성질을 높인 salt forms이 칼슘의 생물학적 이용도를 증가시킨다. 용해 분해능이 흡수 정도 및 비율을 증가시키기 때문이다.칼슘은 이온 형태로 흡수되기 때문에 염 형태가 생물학적 이용도에 미치는 영향을 명백한 것이다. 흡수 정도를 개선시키기 위해서 solid tablet이외의 다른 제형의 미네랄 보충제 개발에 노력하고 있다.
칼슘 결핍 치료에 사용되는 칼슘 제제는 흡수도를 증대시키기 위해서 액체매질 사용을 권장한다. 폐경후 골다공증 치료 및 예방을 위해서 호르몬 대체 요법, 선택적 에스트로젠 수용체 조절제 랄록시펜(Raloxifene), 칼시토닌, 경구 bisphosphonates alendronate 및 risedronate를 사용한다. Bisphosphonates는 힙 골절 위험을 줄이는 유일한 약물이다. Bisphosphonates는 경구로는 생물학적 이용도가 낮고 식도 염 또는 드물지만 궤양을 유발한다. 따라서 Alendronate나 Risedronate를 복용할 때 환자는 똑바로 서서 위장을 비우고 물 한 컵을 마시고 앉거나 선 자세에서 30분 동안 아무것도 먹지 않는다. 이 치료는 액상 매질, 콜로이드 형태의 미네랄을 경구 섭취하여 미네랄 흡수 정도를 증가시킨다.