Żelazo – definicja i funkcje
Żelazo jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym potrzebnym do życia oraz do działania różnych procesów biologicznych. Przede wszystkim jest głównym składnikiem hemoglobiny, która uczestniczy w transporcie tlenu i dostarczania go przez erytrocyty. Poza tym występuje w mioglobinie (barwnik mięśni), enzymach tkankowych i w postaci zapasowej (ferrytynie) oraz hemosyderynie. W organizmie występuje w dwóch stopniach utlenienia (+2 i +3), dlatego ma zdolność oddawania i przyjmowania elektronów. Po wchłonięciu, żelazo jest transportowane przez białko – transferynę i dociera głównie do komórek szpiku kostnego w celu produkcji hemoglobiny. Reszta przenoszona jest m.in. do wątroby, śledziony, gdzie następuje magazynowanie żelaza poprzez jego włączenie do ferrytyny.
Bierze udział w kilku procesach komórkowych, takich jak synteza i naprawa DNA, oddychanie komórkowe w mitochondriach czy wzrost i śmierć komórek. Wpływa także na metabolizm cholesterolu, wspomaga detoksykację szkodliwych substancji w wątrobie i bierze udział w syntezie neuroprzekaźników.
Odgrywa istotną rolę w zachowaniu odporności, w tym w zwalczaniu bakterii oraz wirusów. Jest potrzebny do odpowiedniego funkcjonowania zarówno odporności wrodzonej (w której reguluje polaryzację makrofagów, aktywność komórek NK i rekrutację neutrofili) jak i nabytej (poprzez wpływ na aktywację i różnicowanie m.in. Th1, Th2, Th17 i odpowiedź przeciwciał w limfocytach B). Z drugiej strony żelazo w formie wolnej katalizuje reakcję Fentona i w wyniku tego wytwarza reaktywne formy tlenu jako część mechanizmu obronnego gospodarza przed patogenami, dla których rozwoju także niezbędny jest ten pierwiastek.
Żelazo – źródła i przyswajanie
Wchłanianie żelaza następuje w dwunastnicy i jest kontrolowane poprzez transporter metali dwuwartościowych 1 (DMT1) oraz ferroportynę (FPN1), która przenosi żelazo do krwioobiegu. Żelazo w celu prawidłowego przyswojenia musi ulec zredukowaniu z formy Fe 3+ do postaci Fe 2+, aby mogło wniknąć do komórek. Proces ten wspomaga obecność kwasu solnego w żołądku i witaminy C z żywności. Wchłanianie zwiększa zawartość aminokwasów, szczególnie tych pochodzących z mięsa. W dodatku wchłanianie żelaza wzrasta 2–3 razy podczas jego niedoboru w organizmie, co reguluje powstająca w wątrobie hepcydyna. Przyswajanie żelaza maleje w przypadku obecności w posiłku szczawianów, fitynianów, polifenoli, tanin, fosforanów, białka roślinnego, składników mineralnych takich jak wapń, cynk i środowiska zasadowego.
Najlepszym źródłem żelaza są produkty pochodzenia zwierzęcego, głównie mięso i podroby, ponieważ zawierają one żelazo w postaci hemowej, czyli lepiej przyswajalnej (w około 20%). Produkty pochodzenia roślinnego zawierające ten minerał w formie niehemowej, takie jak natka pietruszki, suche nasiona roślin strączkowych, produkty pełnoziarniste, wchłaniają się zaledwie w 2-5%.
Z tego powodu żelazo jest również stale przetwarzane w organizmie ze starych krwinek czerwonych, aby zaspokoić dzienne zapotrzebowanie potrzebne do zachowania erytropoezy i innych potrzeb organizmu.
Żelazo – niedobory i nadmiar
Zarówno niedobór żelaza, jak i przeładowanie żelazem powoduje różne szkody w organizmie. Organizm nie posiada zdolności wydalania nadmiernego żelaza, z tego względu jedynym mechanizmem bezpośrednio kontrolującym homeostazę żelaza są różne skomplikowane procesy regulacyjne, obejmujące wiele modulatorów na poziomie komórkowym, molekularnym oraz ogólnoustrojowym.
Niskie stężenie żelaza powoduje przede wszystkim anemię z różnymi jej konsekwencjami. Objawy pojawiające się w tym stanie to: bladość śluzówek i spojówek, szorstkość skóry, łamliwość włosów i paznokci, zajady w kącikach ust, obniżenie sprawności fizycznej i odporności na infekcje, zaburzenia koncentracji i pamięci, zaburzenia rytmu pracy serca. Nawet utrzymujący się deficyt żelaza bez niedokrwistości, jest związany m.in. ze zmęczeniem, gorszymi zdolnościami poznawczymi i motorycznymi, czy upośledzoną funkcją komórek odpornościowych. Ponadto niewystarczająca ilość żelaza w diecie może zwiększyć ryzyko występowania depresji oraz może prowadzić do zwiększenia stężenia ołowiu i kadmu we krwi. Niedobór żelaza może być skutkiem zaburzonego wchłaniania, niskiej zawartości w diecie, nadmiernych krwawień (np. miesiączkowanie, z przewodu pokarmowego), infekcji, przewlekłych stanów zapalnych w organizmie, chorób nowotworowych, wrodzonego lub nabytego niedoboru transferyny.
Natomiast wysokie stężenia żelaza są bardzo toksyczne dla komórek, następuje wzrost produkcji wolnych rodników, zwiększając tym samym ryzyko cukrzycy, raka, chorób neurodegeneracyjnych i chorób układu krążenia oraz może powodować rodzaj zależnej od żelaza śmierci komórki, czyli ferroptozę. Nadmiar tego minerału może wynikać z jego przedawkowania z preparatów farmaceutycznych i objawiać się m.in.: nudnościami, biegunką i wymiotami oraz z powodu hemochromatozy, czyli genetycznie uwarunkowanej chorobie, w której następuje nadmierne gromadzenie żelaza.
Żelazo – zapotrzebowanie i dawkowanie
Zalecane dzienne spożycie (RDA) na żelazo dla kobiet w wieku prokreacyjnym wynosi 18 mg, a od 50 lat 10 mg. Natomiast mężczyźni powinni spożywać 10 mg dziennie żelaza. Zapotrzebowanie organizmu na żelazo zwiększa się podczas okresu dojrzewania, a dodatkowo u kobiet z powodu miesiączkowania. W czasie ciąży także zapotrzebowanie na żelazo jest większe z powodu wymagających jego tkanek płodu i łożyska.
Bibliografia:
Gawęcki J. Żywienie człowieka. Podstawy nauki o żywieniu., PWN, 2012, Warszawa
Jarosz M., Rychlik E., Stoś K. i wsp. Normy żywienia dla populacji Polski i ich zastosowanie., PZH, 2020
Vogt, A.-C.S.; Arsiwala, T.; Mohsen, M.; Vogel, M.; Manolova, V.; Bachmann, M.F. On Iron Metabolism and Its Regulation. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 4591.
Ni S, Yuan Y, Kuang Y, Li X. Iron Metabolism and Immune Regulation. Front Immunol. 2022 Mar 23;13:816282.
David Haschka, Alexander Hoffmann, Günter Weiss. Iron in immune cell function and host defense, Seminars in Cell & Developmental Biology, 115, 2021, 27-36.
Tian, Y.; Tian, Y.; Yuan, Z.; Zeng, Y.; Wang, S.; Fan, X.; Yang, D.; Yang, M. Iron Metabolism in Aging and Age-Related Diseases. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 3612.
