요오드(아이오딘)의 신진대사와 신체적인 영향

by Lara Pizzorno, MDiv, MA, LMT

미량 미네랄은 많은 신체적인 기능을 위해 필수적이라고 인식되고 있다. 요오드는 매우 반응성이 큰 비금속인 불소, 염소, 브롬이 포함된 할로겐족에 속한다. 요오드는 해조류에 많이 함유되어 있지만, 지구 토양은 할로겐 역시 풍부하다. 요오드가 토양에 많이 있음에도 불구하고 대부분은 손실된다.

요오드는 갑상선호르몬의 주성분으로 갑상선 기능을 위해 중요하지만, 요오드는 국소 항균제로 오랫동안 인식되어 왔다. 요오드는 최근에서야 항산화 작용과 항암작용을 포함한 다른 역할도 한다는 것을 주목받았다.

흔히 요오드염이나 요오드 이온 화합물 형태(무기 형태)로 섭취된다. 또한 요오드는 무기 분자의 형태로 해조류에 천연적으로 존재한다(I₂). 요오드는 순환계에서 빠르게 흡수되며, 갑상선호르몬의 생산에 중요한 역할을 하는 갑상선 소포에 20~40배 농축된다. 몸 전체 요오드 중 약 30%만이 갑상선 조직과 호르몬 외에서 활용된다; 하지만 몸의 침샘이나 유방조직, 위 점막과 콜로이드 신경얼기에도 요오드 이온이 모여있으며, 이 미량 무기질이 갑상선보다 다른 지역들에서 중요한 역할을 하는 것을 나타내었다.

이러한 장소에서 요오드 농도는 특정 메커니즘을 지니는 몸의 생리학적 기능을 위해 매우 중요하다. NIS 활동은 소포세포에서 수송체에 대한 TSH 결합에 의해 상향 조절된다. 펜드린에 의하여 갑상선 소포세포 내부에서 꼭지면 막을 통해 요오드 배출이라 불리는 과정으로 요오드 이온이 운반된다(펜드린 유전자의 돌연변이는 갑상선기능저하증 및 펜드린 증후군과 관련이 있다). I₂는 촉진확산에 의하여 운반된다.

갑상선 소포세포 내부(당 단백질과 티로글로불린이 합성되는 장소)에서 요오드 이온은 과산화수소를 사용하는 갑상선 과산화효소(TPO)에 의해 촉진되며, 티로글로불린 분자에 결합하여 MIT 또는 DIT 형태로 된다. 갑상선호르몬의 90%가 주로 티록신(T₄)으로 생산되어 분비되며, 10%만이 T₃의 형태로 존재한다. DIT 2개 분자의 결합은 T₄를 생산하며, 1개 분자의 MIT와 1분자의 DIT 결합은 T₃를 생산한다. T₄ 분자무게의 65%는 요오드가 차지하며, T₃는 요오드가 59%의 분자무게를 차지한다.

요오드는 갑상선호르몬 생산에 관여하는 핵심적인 요소이며, 2가지 조절방식에 의하여 갑상선호르몬의 분비에도 영향을 준다: (1) 갑상선자극호르몬(TSH)을 분비하는 뇌하수체를 자극하는 갑상선분비호르몬(TRH)을 통한 방법. TSH는 갑상선을 자극하여 T₃와 T₄를 분비한다. (2) 갑상선에서 요오드 농도에 반응하는 자가조절을 통한 방법. 요오드가 소포내로 흡수하는 비율은 T₃와 T₄의 비율이며, 이들의 모든 분비는 갑상선의 요오드 농도에 따라 영향을 받는다. 요오드 흡수의 증가는 소포 내 유기화를 감소시킨다. 따라서 요오드 흡수에서 큰 변동 가능성에도 불구하고, 과도한 호르몬의 생산과 분비를 예방하며 호르몬 분비를 일정하게 유지시킨다.

요오드가 충분한 성인에서 약 15~20mg의 요오드(체내 요오드의 30%)가 갑상선에 모여있다. 나머지 70%(약 44mg)는 유방과 눈, 위 점막, 자궁, 침샘을 포함한 갑상선 외 많은 조직들에서 발견된다. 갑상선이 이 호르몬들의 분비를 자극할 때, 티로글로불린은 T₄와 T₃의 분비가 저하되며, 주변 조직으로 운반된다. 티로글로불린의 분해에서 요오드 이온은 가장 많이 재활용되며, 티로신 요오드는 호르몬 생산을 위해 재사용된다.

탈요오드화를 통한 T₄ 에서 T₃로 전환은 주로 표적장기에서 발생하며, iodothyronine deiodinase(요오드이온 과산화효소, DI2)에 의하여 촉진된다. 다른 2가지(DI1과 DI3)의 iodothyronine deiodinase가 있다. 하지만 이 3가지 모두 셀레늄-의존 효소들이다. T₄의 활성화와 비활성화를 시키는 운동효소인 DI1은 주로 임신기와 수유기간 동안에 유방조직에서 형성된다. DI3는 reverse T₃를 생산하는 T₃를 활성화시킨다. 탈요오드화 효소의 활동은 유방이나 신장, 골격근 뇌 뿐만 아니라 간에서도 관찰되었다. DI2는 T₄ 를 T₃로 탈요오드화시키는 중요한 역할을 한다.

요오드의 약 90%가 소변으로 배출된다. WHO, UNICEF와 같은 요오드 질병 예방을 위한 국제적인 기관에 의하면 경계선상에 있는 요오드 결핍은 하루 평균 100mcg/L의 배출률을 나타낸다. WHO는 50-99mcg/L를 약간의 요오드 결핍, 20-49mcg/L을 중등도 요오드 결핍, 20mcg/L 미만은 심각한 요오드 결핍을 나타낸다고 결정지었다.

20년 전 유사한 설문조사와 비교했을 때, 1988~1994년 미국 사람들의 평균 소변 요오드 배출은 321µg/L보다 상당히 감소한 145 µg/L였다. 갑상선이 정상인 일본인 피험자들의 소변 요오드 배출은 하루 9.3mg만큼 높다고 보고되었으며, 평균 소변 요오드 수치는 2001~2002년 미국에서 조사된 사람들의 2배였다.

Chart Notes:

정상적인 과정: 갑상선 호르몬 수치가 감소한다. TSH가 난포세포 수송체에 결합한다. NIS 활동을 자극하며, 기질이 NADP를 NADPH로 산화시키는 NADPH 산화제를 유도함으로써 과산화수소 이용이 가능해진다. 또한 셀레늄 의존 효소인 SOD에 의하여 초과산화물인 O²¯를 덜 강한 자유라디칼인 과산화수소(H₂0₂)로 전환시킨다. NIS수송체에서 요오드 이온(I¯)은 헴에 의존하는 TPO에 의해 촉매되어 과산화수소를 사용하여 I₂의 형태로 여포세포 속으로 들어간다. 과산화수소(H₂0₂)는 이 과정에서 사용되지 않으며, 셀레늄에 의존하는 글루타치온 페록시다아제에 의하여 제거된다.

요오드/셀레늄/아연의 결핍: 낮은 수치의 요오드 상태는 TSH로 활성화되는 갑상선호르몬의 수치를 감소시킨다. 과산화수소(H₂0₂)가 생산되었지만 요오드 이온이 없다. 만약 셀레늄 또한 불충분하다면 H₂0₂보다 더 강한 ROS인 O²¯가 형성되며, H₂0₂로 전환되지 않는다. 만약 철분이 결핍된다면 TPO는 요오드 이온을 촉매화하는 것이 어려울 것이며, 따라서 과산화수소(H₂0₂)는 계속 남아서 난포세포를 손상시킬 것이다.

------------------------------------------------------------------------------------------원문출처--------------------------------------------------------------------------------

Metabolism and Physiological Effects

by Lara Pizzorno, MDiv, MA, LMT

http://www.lmreview.com/articles/view/iodine-the-next-vitamin-d-part-II/

A trace mineral increasingly recognized as essential for a number of physiologic functions, iodine belongs to the halogen family of elements, a group of highly reactive nonmetals that includes fluorine, chlorine and bromine. Iodine is concentrated by certain seaweeds, but is the least abundant halogen in the Earth’s crust. Although the iodine content of soils varies, most has been leached out since primordial times when much more of the Earth's surface was covered by seas.

While iodine's importance for thyroid function as a primary constituent of thyroid hormones and its use as a topical antibacterial agent have long been recognized, only recently has attention been given to this trace mineral's other roles, which include antioxidant and anticancer activity (discussed below).

Usually ingested in the form of an iodate or iodide compound (I¯, inorganic sodium and potassium salts, see Glossary), iodine is also naturally present in seaweeds (e.g., dulse, wakame, kombu) in the form of inorganic diatomic iodine (molecular iodine or I2) and organic monoatomic iodine (C¯I). Iodine is rapidly absorbed into the circulation and actively concentrated within thyroid follicles to 20-40 times its concentration in the blood, a reflection of its critical role in the production of thyroid hormones. Only about 30% of the body's iodine is sequestered in thyroid tissue and hormones; however, the body also concentrates iodide in the salivary glands, breast tissue, gastric mucosa, and choroid plexus, among other sites, indicating that this trace mineral plays vital roles in areas other than the thyroid gland.

Iodine's concentration at these sites is so critical to physiological function that the body possesses a specific mechanism. NIS activity is upregulated by the binding of TSH to receptors on the follicular cells. Inside the follicular thyroid cell, iodide is carried, by a process called iodide efflux, through the apical membrane to the follicular lumen by pendrin.(Mutations in the pendrin gene are associated with hypothyroidism and Pendred syndrome.) I2 is transported by facilitated diffusion.

Within the thyroid's follicular cells (where the glycoprotein, thyroglobulin, is synthesized), iodide is catalyzed by thyroid peroxidase (TPO) using H2O2, and bound to tyrosine residues in the thyroglobulin molecule to form mono- or diiodotyrosine (MIT or DIT), which in turn combine to produce the thyroid hormones, primarily thyroxine (T₄), which constitutes ~90% of the thyroid hormone secreted from the gland, and triiodothyronine (T₃), which accounts for the remaining 10%. Combining two molecules of DIT produces T₄; combining one molecule of MIT and one particle of DIT produces T₃. Iodine accounts for 65% of the molecular weight of T₄ and 59% of the molecular weight of T₃.

In addition to its essential involvement in thyroid hormone production, iodine also affects the release of thyroid hormone, which is regulated in two ways: (1) through thyroid releasing hormone (TRH) which stimulates the pituitary gland to secrete thyroid stimulating hormone (TSH), which in turn stimulates the thyroid to release T₃ and T₄, and (2) via autoregulation activated in response to the concentration of iodine in the thyroid. Iodine's rate of uptake into the follicle, the ratio of T₃ to T₄, and their release into the circulation are all affected by the concentration of iodine in the thyroid, such that an increase in iodine intake results in a decrease in its organification (see Glossary) in the follicles, thus preventing excessive hormone production and release, and maintaining stability in hormone secretion despite possibly wide variation in iodine intake.

In an iodine-replete adult, approximately 15-20 mg of iodine (30% of the body's iodine stores) is concentrated in the thyroid; the remaining 70% (~44 mg) is found in a variety of extra-thyroidal tissues, including the breast, eye, gastric mucosa, cervix and salivary glands. When the thyroid is stimulated to release its hormones, thyroglobulin is degraded, releasing T₄ and T₃ and delivered to peripheral tissues. Any iodide freed in the degradation of thyroglobulin is for the most part recycled, and the iodinated tyrosine reused for hormone production.

Conversion of T₄ to T₃ via deiodination occurs primarily in target organs and is catalyzed by iodothyronine deiodinase (a.k.a. iodide peroxidase) type 2 (DI2).There are two other iodothyronine deiodinases, DI1 and DI3, but all three are selenium-dependent enzymes. DI1, a kinetic enzyme that both activates and inactivates T₄, is the form primarily produced in breast tissue during pregnancy and lactation. DI3 inactivates T₃ producing reverse T₃. Deiodinase activity has been identified not only in the liver (which contains ~30% of the extra-thyroidal T₄), but also in the breast, kidney, in human skeletal muscle, and in the brain, where DI2 plays a crucial role in deiodinating T₄ to T₃.

Approximately 90% of iodine is eventually excreted in the urine. According to the International Council for the Control of Iodine Disorders, WHO and UNICEF, borderline iodine deficiency is indicated by average daily excretion rates of 100 mcg/L per day. The World Health Organization has determined 50-99 mcg/L indicates mild deficiency, 20-49 mcg/L indicates moderate deficiency, and less than 20 mcg/L indicates severe deficiency.

For comparison, median urinary iodine excretion in the U.S. population was 145 µg/L during the years 1988 through 1994, which was a significant decrease from the 321 µg/L found in a similar survey two decades prior. Among the Japanese, urinary iodine excretion in euthyroid Japanese subjects has been reported to be as high as 9.3 mg per day, and mean urinary iodine levels are approximately twice those reported in the U.S, NHANES 2001-2002 data.

Chart Notes:

Normal process: Thyroid hormone levels drop. TSH binds to receptors on the follicular cells, stimulates NIS activity and also ensures H202 will be available as a substrate by inducing NADPH oxidase, which oxidizes NADPH to NADP, liberating superoxide radicals (O2¯), which are then converted to the less potent free radical, H202, by SOD, a selenium-dependent enzyme. NIS transports Iodide (I¯) into the follicular cell where it is catalyzed by heme-dependent TPO using H202 to form I2. H202 that is not used up in this process is neutralized by selenium-dependent glutathione peroxidase.

Iodine deficiency / Selenium deficiency / Iron deficiency: Low iodine stores result in low levels of thyroid hormones, which activates TSH. H202 is produced, but no iodide arrives. If selenium is also insufficient, O2¯, a more potent ROS than H202, is formed and is not converted to H202. If iron is deficient, TPO will not be available to catalyze iodide, so H202 will remain to cause damage to the follicular cell.