Залізо: ліки від “блідої немочі”
Залізо (= Феррум) (Fe)
Для людини – ліки від «блідої немочі».
Одним з життєво важливих елементів є залізо. З усіх металів залізо відіграє найбільш багатогранну та суттєву роль у житті на Землі. Це найпоширеніший на Землі метал після алюмінію, складає 4,2% ваги всієї Земної кори.
В організмі людини залізо бере участь у процесах кровотворення, обміну кисню, а також в імунобіологічних та окисно-відновних реакціях.
Добова потреба чоловічого організму в залізі становить близько 10 мг, тоді як жіночому організму необхідно до 20 мг (жінки щомісячно втрачають з менструальною кров’ю 10–40 мг заліза). Дефіцит заліза може розвинутися, якщо надходження цього елемента в організм буде менше 1 мг/добу. Безпечне споживання заліза при дієтичному харчуванні – до 45 мг/добу.
Нормальні запаси заліза в організмі становлять 300–1000 мг для дорослих жінок і 500–1500 мг для дорослих чоловіків. Багато людей має запас заліза на нижній межі норми. Доведено, що у багатьох здорових жінок фактично відсутні будь-які запаси заліза. 57% вмісту заліза припадає на гемоглобін крові, 23% знаходиться в тканинах і тканинних ферментах, а 20% відкладається в печінці, селезінці, кістковому мозку.
Кількість заліза в організмі змінюється в залежності від ваги, концентрації гемоглобіну, статі та розміру депо. Найбільше депо – гемоглобін, зокрема в еритроцитах. Запаси заліза тут варіюють відповідно до маси тіла, статі та концентрації гемоглобіну крові і становлять приблизно 57% від всього заліза, що міститься в організмі людини. Наприклад, людина, що важить 50 кг, чия концентрація гемоглобіну крові – 120 г/л, має вміст гемового заліза 1,1 г.
Кількість негемового запасу заліза, що міститься у формі феритину та гемосидерину, також залежить від віку, статі, маси тіла, а крім того, від втрати заліза (зазвичай – від кровотеч), вагітності або перевантаження залізом (при гемохроматозі). Тканинний пул заліза включає міоглобін (форма гемоглобіну, яка присутня в м’язовій тканині) і невелику, але есенційну фракцію заліза в ферментах. Приблизно 9% заліза міститься в міоглобіні. Існує «лабільний пул» – швидкий компонент рециркуляції, який не має певного анатомічного або клітинного місцезнаходження.
Транспорт заліза пов’язаний з трансферином. Цим шляхом зазвичай проходить 20–30 мг заліза на добу.
Щоденні втрати заліза становлять приблизно 1 мг на день. В основному вони здійснюються через травний тракт: десквамацію епітеліальних клітин кишечника (0,3 мг/добу), через мікрокровотечі та втрати з жовчю. Залізо також витрачається при десквамації епітеліальних клітин шкіри і в меншій мірі з сечею (менше 0,1 мг/добу).
У здорових людей компенсація цих втрат відбувається шляхом абсорбції заліза з їжі. Харчові продукти тваринного походження містять залізо в легше засвоюваній формі. Вважається, що організм засвоює до 35% «тваринного» заліза. В той же час інші джерела повідомляють, що цей показник становить менше 3%.
У жінок щомісячна втрата заліза відбувається з менструальною кров’ю. Дуже складно піддається кількісному аналізу втрата заліза, пов’язана з менструацією або вагітністю. Хоча менструальна крововтрата у здорової жінки має тенденцію бути сталою щомісячно, відмінності серед жінок є досить значними. Менструальні втрати крові збільшуються при наявності внутрішньоматкових спіралей і зменшуються при прийомі протизаплідних таблеток.
В організмі людини залізо бере участь у процесах кровотворення, обміну кисню, а також в імунобіологічних та окисно-відновних реакціях.
Добова потреба чоловічого організму в залізі становить близько 10 мг, тоді як жіночому організму необхідно до 20 мг (жінки щомісячно втрачають з менструальною кров’ю 10–40 мг заліза). Дефіцит заліза може розвинутися, якщо надходження цього елемента в організм буде менше 1 мг/добу. Безпечне споживання заліза при дієтичному харчуванні – до 45 мг/добу.
Нормальні запаси заліза в організмі становлять 300–1000 мг для дорослих жінок і 500–1500 мг для дорослих чоловіків. Багато людей має запас заліза на нижній межі норми. Доведено, що у багатьох здорових жінок фактично відсутні будь-які запаси заліза. 57% вмісту заліза припадає на гемоглобін крові, 23% знаходиться в тканинах і тканинних ферментах, а 20% відкладається в печінці, селезінці, кістковому мозку.
Кількість заліза в організмі змінюється в залежності від ваги, концентрації гемоглобіну, статі та розміру депо. Найбільше депо – гемоглобін, зокрема в еритроцитах. Запаси заліза тут варіюють відповідно до маси тіла, статі та концентрації гемоглобіну крові і становлять приблизно 57% від всього заліза, що міститься в організмі людини. Наприклад, людина, що важить 50 кг, чия концентрація гемоглобіну крові – 120 г/л, має вміст гемового заліза 1,1 г.
Кількість негемового запасу заліза, що міститься у формі феритину та гемосидерину, також залежить від віку, статі, маси тіла, а крім того, від втрати заліза (зазвичай – від кровотеч), вагітності або перевантаження залізом (при гемохроматозі). Тканинний пул заліза включає міоглобін (форма гемоглобіну, яка присутня в м’язовій тканині) і невелику, але есенційну фракцію заліза в ферментах. Приблизно 9% заліза міститься в міоглобіні. Існує «лабільний пул» – швидкий компонент рециркуляції, який не має певного анатомічного або клітинного місцезнаходження.
Транспорт заліза пов’язаний з трансферином. Цим шляхом зазвичай проходить 20–30 мг заліза на добу.
Щоденні втрати заліза становлять приблизно 1 мг на день. В основному вони здійснюються через травний тракт: десквамацію епітеліальних клітин кишечника (0,3 мг/добу), через мікрокровотечі та втрати з жовчю. Залізо також витрачається при десквамації епітеліальних клітин шкіри і в меншій мірі з сечею (менше 0,1 мг/добу).
У здорових людей компенсація цих втрат відбувається шляхом абсорбції заліза з їжі. Харчові продукти тваринного походження містять залізо в легше засвоюваній формі. Вважається, що організм засвоює до 35% «тваринного» заліза. В той же час інші джерела повідомляють, що цей показник становить менше 3%.
У жінок щомісячна втрата заліза відбувається з менструальною кров’ю. Дуже складно піддається кількісному аналізу втрата заліза, пов’язана з менструацією або вагітністю. Хоча менструальна крововтрата у здорової жінки має тенденцію бути сталою щомісячно, відмінності серед жінок є досить значними. Менструальні втрати крові збільшуються при наявності внутрішньоматкових спіралей і зменшуються при прийомі протизаплідних таблеток.
Біологічна роль в організмі людини. Залізо є компонентом найважливіших залізозалежних білків, зокрема ферментів, до яких воно входить як у вигляді гема, так і в негемовій формі. Основна маса заліза у вигляді гема включена в гемоглобін. Крім того, залізо в такій же формі входить до складу цитохрому Р–450, цитохрому G5, цитохромів дихальної ланцюга мітохондрій, антиоксидантних ферментів (каталази, мієлопероксидази). Тому цей макроелемент важливий не тільки для забезпечення організму киснем, але й для функціонування дихальної ланцюга та синтезу АТФ, процесів метаболізму і детоксикації ендогенних та екзогенних речовин, синтезу ДНК, інактивації токсичних перекисних сполук.
Таким чином, найбільш важливими функціями заліза в організмі є продукція гемоглобіну та міоглобіну і збагачення еритроцитів киснем.
Як же «працює» залізо в організмі людини? Тіло людини сповнене найменшими судинами – капілярами. Більшість з них настільки тонкі, що еритроцитам доводиться перетворюватися з кульки на тонку паличку, щоб протиснутися всередину. Незважаючи на довгий і важкий шлях по великому колу кровообігу – від лівого шлуночка до правого передсердя – деякі з еритроцитів витрачають на пробіг менше 30 секунд, і за цей час повинні встигнути віддати кисень тканинам. По капілярах легень еритроцити проходять всього за 10 секунд, встигаючи віддати захоплений ними в тканинах тіла СО2 і замінити його новою порцією О2.
Еритроцити не могли б бути такими спритними, якби не гемоглобін. Білок глобін, що створює його основу, має вигляд кульки, що складається з чотирьох субодиниць – поліпептидних ланцюгів, згорнуті у вигляді кишень. В кожну з кишень «вкладений» залізозалежний комплекс – гем. Варто одній молекулі О2 проникнути в кишеню і з’єднатися з залізом, як інші ланцюги глобіна починають послідовно викручуватися таким чином, що другий, третій і четвертий атоми заліза «висовуються» назовні. Тут залізо миттєво зв’язується з киснем, якого в легень майже стільки ж, скільки і в навколишньому повітрі, тобто відносно багато. Завдяки перебудові молекули глобіна виникає так званий кооперативний ефект: зв’язування першої субодиниці глобіна з киснем підвищує спорідненість до нього другої субодиниці, зв’язування другої – підвищує спорідненість третьої і так далі. З кожним кроком приєднання О2 до заліза гемоглобіну полегшується. Четвертий атом заліза набуває, таким чином, у 500 разів більше спорідненість до кисню, ніж перший. Цей механізм був встановлений британським біохіміком лауреатом Нобелівської премії Максом Перуцом у 60–х роках минулого століття.
Отже, гемоглобін насичується киснем, не вступаючи з ним у міцний хімічний зв’язок, і на 100% перетворюється в оксигемоглобін яскраво-червоного кольору, що типово для артеріальної крові. У капілярах, де концентрація О2 нижча, ніж в артеріях, стійкість оксигемоглобіну знижується. Данський фізіолог Християн Бор, батько знаменитого Нільса Бора, встановив, що не тільки висока концентрація вуглекислого газу витісняє кисень з гемоглобіну, але й зв’язування кожної молекули СО2 з атомом заліза знижує спорідненість сусідніх атомів до О2, тобто йде боротьба двох кооперативних систем. В результаті гемоглобін дуже швидко віддає тканинам весь кисень і насичується вуглекислим газом, змінюючи колір на більш темний – колір венозної крові.
Гемоглобін синтезується там же, де народжуються молоді еритроцити, – в кістковому мозку. В одному еритроциті налічується 400 млн. молекул гемоглобіну, і щосекунди кістковий мозок народжує 2,5 млн. еритроцитів! Однак 70% загального заліза організму, тобто приблизно 0,8–0,9 г, вистачає, щоб наситити кров гемоглобіном з розрахунку 160 г/л.
Життя еритроцита невелика – всього 125 днів. На «кладовищі» еритроцитів, у селезінці, гемоглобін розпадається, і його потрібно будувати заново. Залізо з зруйнованих еритроцитів у значній мірі повертається до місця синтезу, а тому добова потреба здорової людини в залізі не перевищує 10–20 мг.
Залізо необхідне і для підвищення активності багатьох ферментів, для процесів росту організму, утворення енергії, підтримання нормального стану імунної системи.
Залізозалежні сполуки відіграють важливу роль у функціонуванні імунної системи, перш за все, клітинного звена. Найбільш явна форма прояву дефіциту заліза – залізодефіцитна анемія, за якою можуть приховуватися серйозні порушення в організмі (хронічні втрати крові при внутрішніх кровотечах).
Таким чином, найбільш важливими функціями заліза в організмі є продукція гемоглобіну та міоглобіну і збагачення еритроцитів киснем.
Як же «працює» залізо в організмі людини? Тіло людини сповнене найменшими судинами – капілярами. Більшість з них настільки тонкі, що еритроцитам доводиться перетворюватися з кульки на тонку паличку, щоб протиснутися всередину. Незважаючи на довгий і важкий шлях по великому колу кровообігу – від лівого шлуночка до правого передсердя – деякі з еритроцитів витрачають на пробіг менше 30 секунд, і за цей час повинні встигнути віддати кисень тканинам. По капілярах легень еритроцити проходять всього за 10 секунд, встигаючи віддати захоплений ними в тканинах тіла СО2 і замінити його новою порцією О2.
Еритроцити не могли б бути такими спритними, якби не гемоглобін. Білок глобін, що створює його основу, має вигляд кульки, що складається з чотирьох субодиниць – поліпептидних ланцюгів, згорнуті у вигляді кишень. В кожну з кишень «вкладений» залізозалежний комплекс – гем. Варто одній молекулі О2 проникнути в кишеню і з’єднатися з залізом, як інші ланцюги глобіна починають послідовно викручуватися таким чином, що другий, третій і четвертий атоми заліза «висовуються» назовні. Тут залізо миттєво зв’язується з киснем, якого в легень майже стільки ж, скільки і в навколишньому повітрі, тобто відносно багато. Завдяки перебудові молекули глобіна виникає так званий кооперативний ефект: зв’язування першої субодиниці глобіна з киснем підвищує спорідненість до нього другої субодиниці, зв’язування другої – підвищує спорідненість третьої і так далі. З кожним кроком приєднання О2 до заліза гемоглобіну полегшується. Четвертий атом заліза набуває, таким чином, у 500 разів більше спорідненість до кисню, ніж перший. Цей механізм був встановлений британським біохіміком лауреатом Нобелівської премії Максом Перуцом у 60–х роках минулого століття.
Отже, гемоглобін насичується киснем, не вступаючи з ним у міцний хімічний зв’язок, і на 100% перетворюється в оксигемоглобін яскраво-червоного кольору, що типово для артеріальної крові. У капілярах, де концентрація О2 нижча, ніж в артеріях, стійкість оксигемоглобіну знижується. Данський фізіолог Християн Бор, батько знаменитого Нільса Бора, встановив, що не тільки висока концентрація вуглекислого газу витісняє кисень з гемоглобіну, але й зв’язування кожної молекули СО2 з атомом заліза знижує спорідненість сусідніх атомів до О2, тобто йде боротьба двох кооперативних систем. В результаті гемоглобін дуже швидко віддає тканинам весь кисень і насичується вуглекислим газом, змінюючи колір на більш темний – колір венозної крові.
Гемоглобін синтезується там же, де народжуються молоді еритроцити, – в кістковому мозку. В одному еритроциті налічується 400 млн. молекул гемоглобіну, і щосекунди кістковий мозок народжує 2,5 млн. еритроцитів! Однак 70% загального заліза організму, тобто приблизно 0,8–0,9 г, вистачає, щоб наситити кров гемоглобіном з розрахунку 160 г/л.
Життя еритроцита невелика – всього 125 днів. На «кладовищі» еритроцитів, у селезінці, гемоглобін розпадається, і його потрібно будувати заново. Залізо з зруйнованих еритроцитів у значній мірі повертається до місця синтезу, а тому добова потреба здорової людини в залізі не перевищує 10–20 мг.
Залізо необхідне і для підвищення активності багатьох ферментів, для процесів росту організму, утворення енергії, підтримання нормального стану імунної системи.
Залізозалежні сполуки відіграють важливу роль у функціонуванні імунної системи, перш за все, клітинного звена. Найбільш явна форма прояву дефіциту заліза – залізодефіцитна анемія, за якою можуть приховуватися серйозні порушення в організмі (хронічні втрати крові при внутрішніх кровотечах).
Синергісти та антагоністи заліза. Кальцій сприяє засвоєнню заліза, за винятком тих випадків, коли дози кальцію дуже великі.
У вигляді хелатуючих сполук залізо може виступати в ролі синергіста хрому.
У вигляді хелатуючих сполук залізо може виступати в ролі синергіста хрому.
Фосфати, що входять до складу яєць, сиру та молока, оксалати, фітати та таніни, що містяться в чорному чаї, висівках, каві, перешкоджають засвоєнню заліза.
Вітамін Е та цинк у високих концентраціях знижують засвоєння заліза. Кава, темна овочева зелень, а також дефіцит вітаміну А можуть знижувати здатність організму засвоювати залізо.
Вітаміни С, В6, В12, кислота шлункового соку, пепсин, мідь сприяють засвоєнню заліза, особливо якщо вони надходять з тваринних джерел.
Зниження кислотності шлункового соку внаслідок тривалого прийому антацидів або препаратів для зменшення кислотності (таких як зантак, тагамет, пепцид, аскід) супроводжується зменшенням засвоєння заліза.
Надлишок заліза зменшує здатність організму засвоювати мідь та цинк.
Вітамін Е та цинк у високих концентраціях знижують засвоєння заліза. Кава, темна овочева зелень, а також дефіцит вітаміну А можуть знижувати здатність організму засвоювати залізо.
Вітаміни С, В6, В12, кислота шлункового соку, пепсин, мідь сприяють засвоєнню заліза, особливо якщо вони надходять з тваринних джерел.
Зниження кислотності шлункового соку внаслідок тривалого прийому антацидів або препаратів для зменшення кислотності (таких як зантак, тагамет, пепцид, аскід) супроводжується зменшенням засвоєння заліза.
Надлишок заліза зменшує здатність організму засвоювати мідь та цинк.
Дефіцит заліза найчастіше обумовлений порушенням абсорбції та засвоєння, а також може бути результатом кишкових кровотеч, надмірної крововтрати в період менструацій, дієти з високим вмістом фосфору, порушень травлення, тривалих захворювань, виразкових уражень, тривалого використання антацидних препаратів, надмірного вживання кави або чаю та іншими причинами.
Надмірні фізичні вправи та сильне потовиділення підвищують виведення заліза з організму.
Надмірні фізичні вправи та сильне потовиділення підвищують виведення заліза з організму.
Ознаки недостатності заліза: анемія, блідість шкірних покровів, ін’єкція судин склер, ламкість і випадіння волосся, сиві волосся, відшарування нігтів, нігті у формі лопатей, утруднене ковтання, запалення слизової оболонки ротової порожнини, порушення травлення, запаморочення, слабкість, втома, нервозність, уповільнення розумових реакцій, крихкість кісток, ожиріння.
Залізодефіцитна анемія становить 80% всіх анемій. З VI до XVI століття, тобто майже весь час Середньовіччя, анемія вважалася особливо властивою молодим дівчатам і називалася «бліда неміч». З розвитком медичної хімії була встановлена її причина – недостатність заліза в крові, і хвороба отримала назву «хлороз», від грецького слова, що означає блідо-зелений колір. Обидва назви добре підкреслюють зовнішньо помітний симптом хвороби. Сьогодні захворювання називається залізодефіцитною або гіпохромною анемією.
При недостатньому надходженні заліза в організм використовують лікарські препарати, що містять його. З цією метою раніше застосовували навіть звичайні залізні стружки. З історії відомо, що граф А.П. Бестужев–Рюмін (1693–1766) запропонував у якості зміцнюючого та збуджуючого засобу краплі (вони отримали назву «Бестужевські»), які являли собою розчин хлориду заліза (III) у суміші етанолу та етилового ефіру.
Залізодефіцитна анемія становить 80% всіх анемій. З VI до XVI століття, тобто майже весь час Середньовіччя, анемія вважалася особливо властивою молодим дівчатам і називалася «бліда неміч». З розвитком медичної хімії була встановлена її причина – недостатність заліза в крові, і хвороба отримала назву «хлороз», від грецького слова, що означає блідо-зелений колір. Обидва назви добре підкреслюють зовнішньо помітний симптом хвороби. Сьогодні захворювання називається залізодефіцитною або гіпохромною анемією.
При недостатньому надходженні заліза в організм використовують лікарські препарати, що містять його. З цією метою раніше застосовували навіть звичайні залізні стружки. З історії відомо, що граф А.П. Бестужев–Рюмін (1693–1766) запропонував у якості зміцнюючого та збуджуючого засобу краплі (вони отримали назву «Бестужевські»), які являли собою розчин хлориду заліза (III) у суміші етанолу та етилового ефіру.
Надлишок заліза в тканинах і органах сприяє підвищенню продукції вільних радикалів і збільшує потребу організму у вітаміні Е.
Підвищений рівень заліза може також передувати розвитку захворювань серця та злоякісних пухлин.
Відкладення заліза в тканинах призводить до гемохроматозу; спадковими порушеннями метаболізму заліза, пов’язаними з його надлишком, може бути обумовлена бронзова пігментація шкіри; можливе також розвиток цирозу печінки, цукрового діабету та захворювань серця.
У робітників залізних рудників можливе виникнення захворювання – сидероз легень, при якому виявляються бронхіт, початкова емфізема, сухий плеврит. Серед зварювальників спостерігаються запальні захворювання слизової оболонки носа та носоглотки.
При лікувальному використанні заліза можуть спостерігатися побічні ефекти, пов’язані з розвитком запорів внаслідок зв’язування залізом сірководню, що послаблює моторику кишечника.
Підвищений рівень заліза може також передувати розвитку захворювань серця та злоякісних пухлин.
Відкладення заліза в тканинах призводить до гемохроматозу; спадковими порушеннями метаболізму заліза, пов’язаними з його надлишком, може бути обумовлена бронзова пігментація шкіри; можливе також розвиток цирозу печінки, цукрового діабету та захворювань серця.
У робітників залізних рудників можливе виникнення захворювання – сидероз легень, при якому виявляються бронхіт, початкова емфізема, сухий плеврит. Серед зварювальників спостерігаються запальні захворювання слизової оболонки носа та носоглотки.
При лікувальному використанні заліза можуть спостерігатися побічні ефекти, пов’язані з розвитком запорів внаслідок зв’язування залізом сірководню, що послаблює моторику кишечника.
Залізо необхідно: дітям у період росту, вагітним жінкам і годуючим матерям, молодим дівчатам і жінкам, баланс заліза яких піддається навантаженню внаслідок менструацій, спортсменам, які внаслідок потовиділення втрачають мінеральні речовини.
Харчові джерела заліза: яйця, риба, печінка, м’ясо (особливо телятина), шинка; патока, пивні дріжджі; чорний хліб; овочі: картопля, ламінарія (морська капуста), буряк, спаржа, топінамбур, гарбуз, хрін; зелені листяні овочі; зелень: базилік, коріандр (кінза), зелена цибуля, порей, шнітт-цибуля, зелень петрушки, рукола, зелень селери, кріп, зелень часнику, шпинат, щавель; бобові культури: боби, горох, соя, квасоля, сочевиця; злакові культури: гречка, кукурудза, вівсянка, пшоно, пшениця м’яка, пшениця тверда, рис нешліфований, рис дикий, жито, ячмінь, пшеничні та рисові висівки, цільні зерна; горіхи та насіння: арахіс, кеш’ю, кунжут, мак, макадамія, мигдаль, бразильський горіх, волоський горіх, кедровий горіх, насіння соняшника, насіння гарбуза, фісташки, ліщини; сухофрукти: родзинки, сушений інжир, курага, фініки, чорнослив; фрукти: авокадо, айва, алича, виноград, груші, калина, кізил, малина, обліпиха, персики, горобина чорноплідна, смородина чорна, хурма, шовковиця, яблука; рослинні олії: гарбузова олія.