Железо

Железо

Общие сведения

Железо — химический элемент VIII группы с атомным номером 26 в периодической системе, обозначается символом Fe (лат. Ferrum).

   Железо это блестящий, серебристо-белый, мягкий металл. Растворяется в разбавленных кислотах; во влажном воздухе покрывается ржавчиной. Входит в состав сотен минералов, встречается и в виде самородного железа. В чистом виде пластичный переходный металл, с давних пор широко применяемый человеком. В промышленности железо широко применяется в виде множества различных сталей и сплавов.

Железо известно с древнейших времён. Древнейшие изделия из железа найденные при археологических раскопках датируются примерно IV тыс. до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Изделия из железа того времени это наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, точнее, сплав железа и никеля, из которого состоят метеориты.

Железо издревле использовалось в качестве лекарства. В папирусах Египта ржавчина предписывалась в качестве мази от облысения. В XVII веке стали применять железо для лечения хлороза, который является следствием его дефицита.

Биологическая роль железа

Железо – один из наиболее широкораспространенных в природе металлов.

Важная роль железа для организма человека установлена еще в XVIII в. Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена. Этот элемент входит в состав гемоглобина крови, отвечающего за транспорт кислорода и выполнение окислительных реакций. Железо, являясь составной частью миоглобина и гемоглобина, входит в состав цитохромов и ферментов, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях.

Из 4 г железа, содержащегося в организме взрослого человека, большая часть (около 2,5 г - примерно 55-60% запасов железа в организме) приходится на гемоглобин, около 0,4 г (10 до 24%) - активное железо, входящее в состав различных гемопротеидов, участвует в формировании красящего вещества мышц (миоглобина). Остальная часть железа (примерно 21%) находится в депонированном состоянии, то есть откладывается "про запас" в печени и селезенке.

Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, в метаболизме холестерина.

Железистые соединения вовлечены в многочисленные окислительно-восстановительные реакции, начинающиеся с восстановления водорода и его объединения в углеводы в процессе фотосинтеза. Аэробный метаболизм зависим от железа из-за его роли в функциональных группах большинства ферментов цикла Кребса, как электронного транспортера в цитохромах и как способ транспорта O 2 и CO 2 в гемоглобине.

Насыщение клеток и тканей железом происходит с помощью белка трансферрина, который способен переносить ионы трехвалентного железа.

Дефицит, так же как и избыток железа, отрицательно влияют на здоровье человека.

Недостаток железа вызывает развитие железодефицитной анемии, в основе которой лежит причина, связанная с нехваткой ионов железа для синтеза гемоглобина.

Увеличение количества запасов железа может наблюдаться при перемещении железа из эритроцитов в депо. Эти изменения происходят при анемиях, кроме тех, которые являются железодефицитными. Истинное увеличение количества общего железа в организме наблюдается у пациентов с гемохроматозом, трансфузионным гемосидерозом или, редко, после чрезмерного длительного приема препаратов железа.

Метаболизм железа

В организм человека железо поступает с пищей. Пищевые продукты животного происхождения содержат железо в наиболее легко усваиваемой форме. Некоторые растительные продукты также богаты железом, однако его усвоение организмом происходит тяжелее. Считается, что организм усваивает до 35% "животного" железа. В то же время другие источники сообщают, что этот показатель составляет менее 3%.

Среднее ежедневное потребление железа в Европе – 10–30 мг (5–7 мг на 1000 калорий). При этих оценках не учитывается содержание железа в напитках и его добавка или потеря в процессе приготовления пищи. Железная посуда вносит значительный вклад в содержание железа в приготавливаемых блюдах. Замена стали алюминием и пластмассой имела неблагоприятный эффект на поступление железа с пищей.

Количество железа в организме изменяется в зависимости от веса, концентрации гемоглобина, пола и размера депо. Самое большое депо – гемоглобин, в частности в циркулирующих эритроцитах. Запасы железа здесь варьируют в соответствии с массой тела, полом и концентрацией гемоглобина крови и составляют примерно 57% от всего железа, содержащегося в организме человека. Например, человек, весящий 50 кг, чья концентрация гемоглобина крови – 120 г/л имеет содержание гемового железа 1,1 г. Количества негемового запаса железа, содержащегося в форме ферритина и гемосидерина также зависит от возраста, пола, размера тела, а кроме того, от его потери (от кровотечения), беременности или перегрузки железом (при гемохроматозе). Тканевой пул железа включает миоглобин и крошечную, но эссенциальную фракцию железа в ферментах. Примерно 9% железа содержится в в миоглобине. Существует "лабильный пул" – быстрый компонент рециркуляции, который не имеет определенного анатомического или клеточного местоположения.

Транспорт железа связан с трансферрином. Этим путем обычно проходит 20–30 мг железа в сутки.

Ежедневные потери железа составляют примерно 1 мг в день. В основном они осуществляются через пищеварительный тракт: десквамация эпителиальных клеток кишечника (0,3 мг/сут), микрокровотечения и потери с желчью. Железо также теряется при десквамации эпителиальных клеток кожи и в меньшей степени с мочой (менее 0,1 мг/сут).

У здоровых людей компенсация этих потерь происходит путем абсорбции железа из пищи. Нормальный баланс железа поддерживается в значительной степени регулированием его всасывания. Поступившее неорганическое железо, солюбилизируется и ионизируется кислым желудочным соком, а также редуцируется до железистой и хелатной форм. Вещества, которые формируют низкомолекулярное хелатное железо (такие как аскорбиновая кислота, сахар и аминокислоты), способствуют всасыванию железа. Нормальная желудочная секреция содержит фактор стабилизации и вероятно эндогенный комплекс, который помогает замедлить осаждение поступающего с пищей железа в щелочном pH тонкой кишки.

Двухвалентная форма железа более растворима, чем трехвалентная его форма. Таким образом, двухвалентное железо легче пересекает слизистый слой с тем, чтобы достигнуть щеточной каймы тонкой кишки. Там оно окисляется до трехвалентного железа прежде, чем поступит в энтероцит.

Процесс транспортировки железа трансферрином в костный мозг осуществляется 10-20 раз в сутки. Ежедневно в организме взрослого человека обновляется 0,8% циркулирующих эритроцитов. В каждом 1 мл крови содержится 1 мг элементарного железа. Не утилизированное предшественниками эритроцитов железо запасается в селезенке, печени и костном мозге в виде ферритина.

При избытке пищевого или медикаментозного железа, несмотря на уменьшение его всасывания в процентном отношении, развивается перегрузка железом, последствия которой клинически манифестируют при гемолитических состояниях, частых гемотрансфузиях и у больных с гемохроматозом .

день в течение 15 месяцев беременности и кормления грудью.

 

 Потребности в железе организма человека

Нормальные запасы железа в организме составляют 300–1000 мг для взрослых женщин и 500–1500 мг для взрослых мужчин. Большее количество людей имеют запас железа на нижней границе нормы. Доказано, что у многих здоровых женщин фактически отсутствуют какие-либо запасы железа.

Суточная потребность в железе составляет 10 мг у мужчин и 20 мг у женщин. Считается, что оптимальная интенсивность поступления железа составляет 10-20 мг/сутки. Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будет менее 1 мг/сутки.

Пищевые источники железа

Здоровые люди абсорбируют приблизительно 5–10% диетического железа, а в условиях его дефицита – 10–20%.

Всасывание железа из пищи очень изменчиво. Практически из всех продуктов железо усваивается очень плохо (иногда в организм попадают лишь доли процента железа, содержащегося в пище). Из мясных продуктов оно усваивается легче. Самое большое из мяса млекопитающих – говядины, меньше – из мяса домашней птицы или рыбы и меньше всего – из печени, яиц, молока и хлебных злаков. К продуктам, в которых содержится большое количество железа с высокой биодоступностью, т.е. способностью всасываться, относятся коровья печень и почки, яйци, рыба.

В целом железо больше усваивается у детей, чем у взрослых.

Железо плохо абсорбируется из ростков пшеницы, масла бобовых, шпината, чечевицы и зелени свеклы – пищевых продуктов с высоким содержанием фитата. Напротив, хорошая абсорбция железа из моркови, картофеля, корней свеклы, тыквы, брокколи, помидоров, цветной капусты, белокочанной капусты, репы и квашеной капусты – овощей, которые содержат существенные количества яблочной, лимонной или аскорбиновой кислоты.

Наиболее богаты железом также: сушеные белые грибы, персики, абрикосы, зелень петрушки, яблоки, айва, толокно, устрицы, овсяная крупа, какао, горох, листовая зелень, пивные дрожжи, инжир и изюм.

Токсичность железа

Порог токсичности железа для человека составляет 200 мг/сутки.

Летальная доза для человека: 7-35 г. Летальным исходом для ребенка может стать прием сульфата железа в дозе 3 г и выше.

 Оценка статуса железа в организме человека

Оценка содержания железа в организме проводится по результатам исследований крови и мочи.

Среднее содержание железа в плазме крови составляет 0,8-1,4 мкг/л, в моче – 10-25 мкг/л.

Подробнее: Определение железа в крови.

Для диагностики дефицита железа в организме обычно используют комбинацию тестов, включающих в себя определение сывороточного железа, сывороточного ферритина , общей железосвязывающей способности сыворотки , свободного порфирина эритроцитов . Также изучается содержания железа в аспиратах костного мозга.

Подробнее: Диагностика анемий . 

Пониженное содержание железа в организме

По данным ВОЗ около 1 млрд. человек на земле страдают железодефицитными состояниями разной степени.

Симптомы железодефицита в начале могут быть скрыты. Пациенты могут не осознавать наличие болезни. При умеренной и тяжелой степени анемии бывают усталость, бледность, одышка при нагрузке, сильное сердцебиение и повышенная утомляемость. Часто отмечаются похолодание и парестезии рук и ног, проявления, связанные с желудочно-кишечным трактом. Обычны неопределенные жалобы – снижение аппетита, метеоризм, эпигастральный дискомфорт, отрыжка, запор или диарея и тошнота. У некоторых пациентов наблюдается геофагия (извращенные вкусовые пристрастия): еда глины, крахмала, соли, картона и льда. Геофагия не всегда исправляется препаратами железа. Железодефицит может вызывать явления вторичной мальабсорбции, что связано с уменьшением содержания железа или железозависимых ферментов в клетках слизистой оболочки кишечника. Гастроскопия с биопсией желудка выявляет гастрит с различной степенью повреждения железистых клеток приблизительно у 80% пациентов и у некоторых из них – атрофический гастрит. Глоссит, характеризующийся различными степенями атрофии сосочков языка и чувствительности, обнаруживается чаще у пациентов старше 40 лет и с большей частотой у женщин, чем у мужчин. Ангулярный стоматит развивается у 10–15% больных, особенно среди тех, у кого отсутствуют зубы. Ногти могут стать матовыми (тусклыми), тонкими, ломкими, сглаженными, в последующем иметь форму ложки (койлонихия). При концентрации гемоглобина ниже 60 г/л наблюдается расширение границ сердца. Иногда пальпируется селезенка. Выявляется умеренная степень витилиго и пастозность. Неврологический статус нормальный, несмотря на парестезии. Иногда могут быть выявлены отек соска зрительного нерва, нарушения зрения и повышение давления спинномозговой жидкости, симулирующее внутричерепную опухоль. Эти необычные проявления исправляются терапией железом. Количество лейкоцитов обычно нормально, но у 14% пациентов оно может снижаться до 2,5×109/ л, при нормальной их дифференцировке. Уровень тромбоцитов может быть как снижен, так и повышен.

Выраженная железодефицитная анемия характеризуется гипохромией и микроцитозом красных клеток крови. Концентрация железа сыворотки снижена, а ее железосвязывающая способность повышена.

Диагноз умеренной железодефицитной анемии или состояние железодефицита без анемии установить более сложно. У этих пациентов отсутствует микроцитоз и гипохромия, свойственные тяжелой анемии. Остаются нормальной железосвязывающая способность сыворотки. Насыщенность трансферрина может быть нормальна. Однако концентрация ферритина сыворотки обычно уменьшена даже при умеренном железодефиците и после недавнего назначения экзогенного железа.

Причины дефицита железа

Существует множество патологических состояний и естественных факторов, которые могут способствовать уменьшению содержания железа в организме:

Недостаточное поступление (неадекватное питание, вегетарианская диета, недоедание).

Усиленное расходование железа (в периоды интенсивного роста и развития, при беременности и лактации).

Потери железа связанные с травмами, кровопотерями при операциях, обильными менструациями, язвенными болезнями, донорством, занятиями спортом.

Нарушения всасывания в желудочно-кишечном тракте (гастриты со пониженной кислотообразующей функцией, дисбактериоз, снижение всасывания железа в кишечнике).

Различные системные и опухолевые заболевания.

Нарушение регуляции обмена витамина С.

Гормональные нарушения (дисфункция щитовидной железы).

Избыточное поступление в организм фосфатов, оксалатов, кальция, цинка, витамина Е.

Поступление в организм железосвязывающих веществ (комплексонов).

Отравление свинцом, антацидами.

В свою очередь, недостаток железа является одной из самых распространенных причин возникновения анемий, обильных кровотечений, ослабления организма, нарушения нервно-психических функций и снижения интеллекта у детей.

Основные проявления дефицита железа

Развитие железодефицитных анемий.

Головные боли и головокружения, слабость, утомляемость, непереносимость холода, снижение памяти и концентрации внимания.

Замедление умственного и физического развития у детей, неадекватное поведение.

Учащенное сердцебиение при незначительной физической нагрузке.

Растрескивание слизистых оболочек в углах рта, покраснение и сглаженность поверхности языка, атрофия вкусовых сосочков.

Ломкость, утончение, деформация ногтей.