Залізо всередині організму людини

У складі людського організму знайдено більше 60 елементів. Одні складають значну частку живої речовини, їх вміст в організмі вимірюється відсотками і десятками відсотків. Наприклад, більше 99% всієї маси організму складають шість елементів: кисень, вуглець, водень, кальцій, азот і калій. На частку інших п'ятдесяти з гаком елементів припадає лише 0,9% загальної маси живої речовини, і зміст кожного з них вимірюється нікчемними частками відсотка. Але є серед них такі, значення яких в життєвих процесах величезна. Найважливіший з таких елементів - залізо.

2,45 грама заліза, завдяки яким ми дихаємо

В організмі дорослої людини всього близько 3,5 г заліза. Це дуже мало в порівнянні, наприклад, з кальцієм, якого в організмі більше кілограма. Але якщо ми порівняємо не загальний зміст цих елементів, а їх концентрацію тільки в крові, то ми побачимо, що тут заліза разів в п'ять більше, ніж кальцію. В цьому немає нічого дивного: в крові, а точніше, в її червоних клітинах еритроцитах сконцентрована основна маса заліза, що входить до складу організму. Еритроцити містять дихальний пігмент гемоглобін, який переносить кисень з легень у всі органи і тканини тіла. А залізо - неодмінна складова частина гемоглобіну.

Гемоглобін - складний білок, молекула якого складається з двох частин: чисто білкової (глобін) і залізовмісної (гем). Глобін, що становить основну частину всієї молекули, у різних організмів має різну будову. Але гем завжди і всюди один і той же: це комплекс заліза з порфином - замкнутим циклом з чотирьох пірольних кілець. У складі молекули гемоглобіну чотири гема, і в кожному по атому заліза. І хоча на частку цих атомів припадає всього 0,35% маси величезної молекули, саме залізо надає їй унікальну властивість - здатність захоплювати кисень і віддавати його там, де він потрібен.

Еритроцит дуже малий - його діаметр всього 7 мікрон. Але в кожному еритроциті 280 мільйонів молекул гемоглобіну. А в організмі людини циркулює близько 25 трильйонів еритроцитів, і в них знаходиться велика частина всього заліза організму - близько 2,45 грама. Ті 2,45 грама, завдяки яким ми можемо дихати.

Залізо в замкнутому циклі внутрішніх процесів

Як і всякі живі клітини, еритроцити не вічні. Термін життя кожного з них - в середньому 3-4 місяці. Закінчивши, свій життєвий шлях і перенісши з легень в тканини покладений йому вантаж кисню, еритроцит гине.

Щоб число еритроцитів в крові залишалося постійним, цей природний спад - гемоліз - повинен безперервно відшкодовуватися. Виробництво нових еритроцитів, або еритропоза - функція кровотворних органів, головний з яких - кістковий мозок. У здорової людини кістковий мозок щодоби виробляє близько 200 мільярдів еритроцитів; за середнє людське життя - 70 років - їх надходить в кров 5х10¹⁵ із загальною масою близько 500 кг.

Кожен з цієї незліченної кількості еритроцитів потрібно зарядити гемоглобіном, а значить, і залізом. Щоб виготовити півтонни еритроцитів, заліза потрібно приблизно півкіло. Здається, це не так вже й багато. Але надходження заліза в організм ззовні, з їжею, вимірюється ліченими міліграмами на добу, небагатьма десятками грамів за все людське життя. Тому організм не може дозволити собі безгосподарно витрачати цю найціннішу, незамінну сировину.

І тут природа вже мільярди років тому прийшла до того єдино вірного рішення проблеми, до якого в області технології тільки зараз почило підходити людське суспільство, - до замкнутого циклу з комплексним використанням відходів. Останки загиблих еритроцитів не викидаються з організму: в ході їх руйнування спеціальні системи дбайливо розкладають гемоглобін на складові частини - глобін і гем, які йдуть на синтез нових еритроцитів.

Гемоглобін - головне, але не єдине з'єднання, до складу якого в організмі входить залізо. Воно міститься в близькому родича гемоглобіну - м'язовому білку міоглобіні, у багатьох ферментах. Якась частина заліза (близько 1%) постійно циркулює в плазмі - рідкої частини крові. Це залізо носить назву транспортного, тому що тут воно знаходиться лише тимчасово - на шляху до того чи іншого місця свого використання. А крім того, в м'язах і різних органах тіла завжди є якийсь запас заліза, що становить 18-37% від його загальної кількості в організмі. Головне депо заліза - печінка: тут у дорослого чоловіка може бути заготовлено до грама заліза.

Між усіма тканинами і органами, що містять залізо, відбувається постійний обмін. Близько 10% заліза, яке кров приносить в кістковий мозок, знову повертається в плазму через часткове руйнування клітин-попередників еритроцитів в самому кістковому мозку. Ці чомусь відбраковані заготовки перетворюються в «залізний лом» і вливаються в загальний потік сировини. 25-30% заліза, що залишає плазму, обмінюються з запасним залізом, що знаходяться в депо, - так відбувається постійне оновлення запасів. Невелика частина заліза витрачається на зростання покривних тканин організму - шкіри, нігтів. Воно входить до складу пігменту, фарбувального волосся (між іншим, руде волосся містять уп'ятеро більше заліза, ніж будь-які інші).

Ну і, звичайно, не обходиться все-таки без неповоротних втрат. За добу здоровий дорослий чоловік втрачає близько міліграма заліза.

Перетворення біфштексу на необхідне для організму залізо

В організм залізо надходить з їжею. Головне джерело його - м'ясо, міститься воно і в інших продуктах. Однак щоб це залізо засвоїти, доводиться спочатку піддавати його складним перетворень.

Fe в мг на 100 г

Справа в тому, що в харчових продуктах залізо знаходиться в трьох-валентній формі. Але щоб потрапити в кров, воно повинно минути природний бар'єр - слизову оболонку кишечника. А звернені всередину кишечника мембрани клітин слизової влаштовані так, що пропускають залізо тільки в двох-валентній формі - у вигляді солі FеСl₂. Тому перше хімічне перетворення, яке зазнає  залізо на цьому шляху, полягає в тому, що його іон змінює свою валентність - з тривалентного відновлюється в двовалентний. Найважливішу роль в цьому перетворенні відіграють соляна кислота, пепсин, інші кислоти і ферменти, що містяться в шлунковому соку. Тільки тепер залізо може проникнути крізь першу мембрану слизової оболонки кишечника. КПД цього процесу досить-таки малий: з усього заліза, що знаходиться в їжі, засвоюється лише від 2 до 20 відсотків. Цифра ця залежить від багатьох факторів. Наприклад, якщо людина погано пережовує їжу або їсть рідко, але багато, умови реакції різко погіршуються: соляна кислота, пепсин та інші реагенти просто не встигають дістатися до заліза, укладеного в масі з'їденої їжі, і значна частина його так і залишається в три-валентній, недоступною для засвоєння формі.

Всмоктування заліза помітно знижується при захворюваннях, пов'язаних з ураженнями слизової оболонки кишечника (особливо паразитарних). Впливає на засвоєння заліза і склад їжі. Наприклад, аскорбінова кислота і фруктоза сприяють всмоктуванню, так як утворюють з залізом добре розчинні сполуки (тому, зокрема, так корисні фрукти, що містять і фруктозу, і аскорбінову кислоту). Велику роль відіграють вітаміни групи В: вони стимулюють засвоєння білків, а білки, як ми побачимо далі, приймають у всмоктуванні заліза безпосередню участь. І нарешті, важливо, в складі яких продуктів людина отримує залізо. Наприклад, з пшениці, кукурудзи, багатьох овочів засвоюється всього 2-8% міститнього в них заліза, а з м'яса, риби, соєвих бобів - 15-20%. Чим пояснюється така різниця, поки що невідомо, але вона існує.

Отже, залізо проникло крізь мембрану в клітину слизової оболонки кишечника. Тут його чекає білок апофферітин, що відноситься до групи гамма-глобулінів. Він утворює з залізом комплексне водорозчинне з'єднання - феррітин. В ході цієї реакції залізо вдруге змінює свою валентність: в складі феритину воно вже знову тривалентне.

Роль апоферитину в обміні заліза подвійна. По-перше, він служить провідником заліза крізь клітину слизової оболонки, а по-друге, регулює надходження заліза з кишечника: як тільки весь апоферитин, який тільки є в клітині, насититься залізом і перетвориться в ферритин, всмоктування заліза крізь мембрану блокується. Такий механізм, що працює за принципом зворотного зв'язку, захищає організм від непотрібного надлишку заліза.

Наступна перешкода на шляху заліза - мембрана, яка відокремлює клітину слизової оболонки від кровоносного русла. Залізо мине цю перешкоду і, потрапляючи в плазму крові, в третій раз змінює валентність: відщеплюється від феритину, знову перетворюється в двовалентне. Змінюється і його провідник: з кров'ю залізо розносить по організму інший білок - трансферин, з групи бета-глобулінів.

І нарешті, останнє перетворення. Перш ніж відкластися в тій чи іншій тканини, залізо знову з'єднується з білком, утворюючи феритин, зручний для зберігання його запасів. Якщо ж в плазму крові раптово надходить велика кількість заліза (це іноді відбувається в результаті руйнування еритроцитів при деяких захворюваннях крові або опіках), то таке надлишкове, непотрібне організму залізо також відкладається в тканинах. У цьому випадку теж утворюється з'єднання тривалентного заліза з білками, але вже у вигляді нерозчинного у воді комплексу - гемосідерину. Це з'єднання вже не може бути використано в майбутньому організмом, - накопичення його розлаштовує функції тих тканин і органів, де воно відбувається, і призводить до розвитку захворювання, що носить назву гемосідероза.

Надходження і витрати заліза в людині

Ми вже говорили, що навіть у здорової людини залізо потроху, але постійно виводиться з організму і що дорослий чоловік втрачає в добу близько міліграма заліза. У жінок втрати набагато більше: оскільки головне вмістилище заліза - кров, дуже багато його забирають будь-які кровотечі, в тому числі менструації. Тому і потреба в залізі, що складає у чоловіків 0,9-1,2 мг на добу, у жінок більше: 1,3-2,5 мг, а під час вагітності до 5 мг (бо частина заліза з організму матері використовується на потреби майбутньої дитини).

А що відбувається, якщо людина не отримує з їжею потрібної кількості заліза?

Перш за все йдуть в хід запаси - то резервне залізо, яке знаходиться в депо організму. У чоловіка ці запаси складають цілий грам, і за рахунок їх він може існувати два-три роки, навіть якщо в їжі не буде ні атома заліза. У жінки запаси заліза через ті ж великі втрати втричі менші, тому у неї дефіцит заліза виникає набагато раніше.

Є у організму і інші резервні можливості. Ми вже говорили про механізм зворотного зв'язку, який припиняє надходження заліза в організм, якщо його в їжі занадто багато. Виявляється, в пристрої цього механізму передбачена і протилежна ситуація. Коли заліза починає не вистачати і організм починає витрачати його запаси, що зберігаються в печінці, печінку відповідає на це різким збільшенням виробництва провідників заліза - апоферитину і трансферину. Всмоктування заліза через слизову оболонку кишечника тут же посилюється: організм буквально полює за кожним атомом заліза і з тих же харчових продуктів засвоює в 1,5-4 рази більше заліза, ніж зазвичай,

І все ж навіть цих резервних можливостей може виявитися недостатньо, якщо з їжею надходить надто мало заліза або якщо занадто великі його втрати. І тоді виникає захворювання - залізодефіцитна анемія, або недокрів'я. За даними зарубіжної статистики, залізодефіцитною анемією страждають в США і Англії 8-10% жінок, а серед вагітних ця цифра збільшується до 30-50%. А особливо часто недокрів'я зустрічається в країнах, що розвиваються - там воно майже поголовне. Причини зрозуміти неважко: виключно рослинна їжа з низьким вмістом заліза, погані умови життя, величезне поширення шлунково-кишкових захворювань, в тому числі паразитарних...

Недокрів'я, що буває майже у всіх

Існує ще один різновид залізодефіцитної анемії, яка спостерігається майже у кожної людини в певний період життя. Цей період - перший рік життя дитини.

Справа в тому, що протягом перших шести місяців внутрішньоутробного розвитку плід практично не отримує заліза від матері. Накопичення заліза починається лише в останні три місяці перед пологами. До моменту народження нормальна дитина встигає запасти тільки 250-300 мг заліза, а недоношена і того менше - 100-150 мг.

Але ж перший рік життя - це час самого бурхливого зростання. Вага дитини за цей рік збільшується втричі. Щоб забезпечити харчуванням зростаючий організм, травна система дитини працює надзвичайно напружено, практично безперервно. Досить сказати, що в віці 1-2 місяців дитина в змозі переварити за добу кількість їжі, що становить п'яту частину її ваги. Якби на це був здатна доросла людина вагою 70 кг, то її добовий раціон становив би 14 кг.

Настільки бурхливе зростання вимагає величезних витрат заліза. Мізерні запаси його в організмі дитини швидко виснажуються. А з грудним молоком його надходить дуже мало: в 100 г жіночого молока тільки 0,7 мг заліза, з яких засвоюється лише близько 0,02 мг. Потреба ж дитини в залозі - 0,5 мг на добу, а в найперші місяці ще більше. Щоб отримати потрібну залізо з молоком матері, дитина повинна була б споживати його до 25 літрів в день.

Таким чином, новонароджена і дитина раннього віку тривалий час розвивається в умовах важкого дефіциту заліза. (Цей дефіцит ще більше при змішаному або штучному вигодовуванні, так як з коров'ячого молока засвоюється в 2-3 рази менше заліза, ніж з жіночого.) Тому в перші місяці життя особливо важливо дбати про правильне харчування і дитини, і матері-годувальниці. Навряд чи варто давати тут рекомендації про те, як вигодовувати грудного дитини-про це є безліч популярних статей і брошур. А головне - в будь-якому випадку грудної дитини повинна постійно консультуватися з лікарем-педіатром. Коли цим правилом нехтують, займаючись самолікуванням або прислухаючись до некваліфікованих порад, це може скінчитися сумно.

Ось один лише приклад з лікарської практики. Молоді батьки привезли у клініку свого первістка. Дитині було вже майже два роки, але вона ще не ходила і навіть не сиділа, не вміла говорити, весь час плакала. Виявляється, сусіди порадили матері якомога довше годувати дитину грудьми - від цього вона, мовляв, стане міцнішим. І вона послухалася - майже до двох років дитина не отримував іншої їжі, крім материнського молока. З того, що розповіли вище, читачеві має бути ясно, що заліза йому катастрофічно не вистачало. І ось результат: важка залізодефіцитна анемія, 42 одиниці гемоглобіну - майже вдвічі нижче норми. Хвороба зайшла так далеко, що навіть спеціальне харчування, збагачене залізом, не допомогло. Довелося декілька разів переливати дитині еритроцитну масу- тільки тоді їй стало краще...

Привели цей приклад, щоб ще раз нагадати: навіть те, що самою, на перший погляд, нехитрою, банальною радою лікаря ( «їжте більше фруктів», наприклад, або «добре пережовувати їжу») стоять серйозні дослідження біохімії і фізіології людського організму. І в тому числі обміну заліза…