피부 자외선 노출이 비타민 D 합성으로 이어지는 과정

겨울마다 비타민 D 보충제를 챙겨 먹다가 봄이 되면 잊어버리는 패턴을 반복한 적이 있다. 여름에는 야외 활동을 많이 하니 따로 챙길 필요가 없을 것 같다는 생각이었다. 그런데 막상 피부에서 비타민 D가 만들어지는 과정을 들여다보면 단순히 햇빛을 받는다고 해서 충분한 비타민 D가 합성되는 게 아니라는 걸 알게 됐다. 자외선 중에서도 특정 파장만 합성에 관여하고, 시간대와 계절에 따라 그 파장이 지표면에 도달하는 양이 크게 달라진다. 자외선 차단제를 바르면 합성이 거의 차단된다. 피부색과 나이도 합성 효율에 영향을 준다. 햇빛을 받고 있어도 비타민 D가 만들어지지 않는 조건이 생각보다 많다.

 

1. 비타민 D 합성에 관여하는 자외선 파장 — UVB의 역할

자외선은 파장에 따라 UVA(315~400nm), UVB(280~315nm), UVC(100~280nm)로 나뉜다. 비타민 D 합성에 관여하는 것은 UVB, 그중에서도 290~315nm 범위다. UVA는 피부 노화와 색소 침착에 영향을 주지만 비타민 D 합성에는 거의 기여하지 않는다. UVC는 대기권 오존층에서 대부분 흡수되어 지표면에 거의 도달하지 않는다.

UVB가 피부 표피의 각질형성세포(keratinocyte)에 닿으면 세포 안에 있는 7-디하이드로콜레스테롤(7-dehydrocholesterol)을 프리비타민 D₃(pre-vitamin D₃)로 전환시킨다. 이 전환 반응은 빛에 의한 광화학 반응이다. 생성된 프리비타민 D₃는 피부 온도에 의해 자발적으로 비타민 D₃(콜레칼시페롤, cholecalciferol)로 변환된다. 이 과정은 수시간에 걸쳐 일어난다. 비타민 D₃는 혈류를 타고 간으로 이동해 25-하이드록시비타민 D₃(25(OH)D₃)로, 이후 신장에서 활성형인 1,25-디하이드록시비타민 D₃(칼시트리올)로 전환된다. 혈중 25(OH)D₃ 수치가 임상에서 비타민 D 상태를 평가하는 지표로 쓰인다.

전환 단계장소물질관여 요소

1단계	피부 표피	7-디하이드로콜레스테롤 → 프리비타민 D₃	UVB 광화학 반응
2단계	피부	프리비타민 D₃ → 비타민 D₃	피부 체온
3단계	간	비타민 D₃ → 25(OH)D₃	간 효소 (CYP2R1)
4단계	신장	25(OH)D₃ → 칼시트리올	신장 효소 (CYP27B1)

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2. 합성이 잘 안 되는 조건들 — 시간, 계절, 위도의 영향

UVB가 지표면에 도달하는 양은 여러 조건에 따라 극적으로 달라진다. 태양 고도각이 낮을수록 자외선이 대기를 통과하는 경로가 길어지고 UVB가 대기에 흡수되는 양이 늘어난다.

계절과 시간대가 가장 큰 변수다. 한국 위도(약 37도) 기준으로 오전 10시~오후 2시 사이, 봄부터 가을(4~10월)에 UVB가 충분히 도달한다. 오전 9시 이전이나 오후 4시 이후에는 태양 고도각이 낮아 UVB가 거의 차단된다. 겨울(11~3월)에는 위도에 따라 UVB가 거의 도달하지 않아 피부 합성이 거의 불가능하다. 서울 기준 12월~2월 정오의 UVB 도달량은 여름 정오의 10% 미만이다.

자외선 차단제(SPF 15 이상)를 충분히 바르면 UVB를 약 93% 이상 차단한다. 비타민 D 합성이 사실상 차단되는 것이다. 유리창도 UVB를 거의 통과시키지 않기 때문에 실내에서 창문을 통해 햇빛을 받아도 비타민 D가 합성되지 않는다. 야외에 있어도 그늘에서만 있다면 합성이 크게 줄어든다.

 

3. 피부색, 나이, 비만이 합성 효율을 낮추는 이유

같은 햇빛 노출 조건에서도 개인마다 비타민 D 합성 효율이 다르다. 피부색, 나이, 체지방률이 주요 변수다.

피부색이 어두울수록 멜라닌 색소가 많아 UVB를 흡수·산란시키는 양이 늘어난다. 피부 깊숙이 도달하는 UVB가 줄어들어 비타민 D 합성이 느려진다. 피부 타입 I(매우 밝은 피부)에 비해 피부 타입 VI(매우 어두운 피부)는 같은 UVB 노출에서 비타민 D를 합성하는 데 약 5~10배 더 긴 시간이 필요하다. 나이가 들수록 피부 표피에 있는 7-디하이드로콜레스테롤 농도가 줄어든다. 70세 이상 노인은 20~30대에 비해 같은 햇빛 노출에서 비타민 D를 약 75% 적게 합성한다는 연구 결과가 있다. 비만의 경우 지방 조직이 비타민 D를 흡수해 혈중 농도를 낮추는 효과가 있다. 비타민 D가 지용성이기 때문에 체지방에 축적되어 실제 혈중 활성 농도가 낮게 유지된다.

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4. 얼마나 햇빛을 받아야 하는가 — 실제 노출 시간 기준

비타민 D 합성에 필요한 햇빛 노출 시간은 조건마다 다르지만 대략적인 기준이 제시돼 있다.

한국 기준으로 여름(6~8월) 오전 10시~오후 2시 사이, 밝은 피부 성인이 팔과 다리의 약 25%를 노출한 상태에서 약 10~20분이면 하루 필요량에 해당하는 비타민 D를 합성할 수 있다. 봄·가을에는 같은 조건에서 30분~1시간이 필요하다. 어두운 피부나 노인의 경우 이보다 2~5배 더 긴 시간이 필요하다. 피부색이 어두운 한국 거주 외국인이나 자외선 차단제를 항상 사용하는 사람, 실내 생활이 많은 사람은 햇빛만으로 충분한 비타민 D를 얻기 어렵다. 혈중 25(OH)D₃의 정상 범위는 20ng/mL 이상이며 30ng/mL 이상을 권장한다. 20ng/mL 미만이면 결핍, 12ng/mL 미만이면 심각한 결핍으로 분류한다. 비타민 D 결핍이 면역 기능과 기분에 미치는 영향에 대해서는 이 글에서 자세히 다뤘다.

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마무리하며

햇빛을 받는다고 자동으로 비타민 D가 충분히 만들어지는 건 아니다. 계절, 시간대, 위도, 피부색, 나이, 자외선 차단제 사용 여부가 모두 합성 효율에 영향을 준다. 한국에서 겨울 3개월은 햇빛만으로 비타민 D를 합성하기 사실상 어렵다. 실내 생활이 많거나 자외선 차단제를 항상 사용한다면 여름에도 결핍이 생길 수 있다. 혈중 비타민 D 수치를 정기적으로 확인하고 결핍 시 보충제를 쓰는 것이 현실적인 관리 방법이다. 햇빛이 충분한 계절에는 오전 10시~오후 2시 사이 자외선 차단제 없이 짧게 노출하고, 부족한 계절에는 보충제로 채우는 병행 전략이 가장 합리적이다.