Железо

Железо занимает второе место по распространению после алюминия и пятое место как химический элемент по распространению в земной коре. Полагают, что центральная часть Земли состоит из железа и никеля. На основании того, что существует большое количество железных метеоритов, можно сделать вывод, что железо широко распространено во всей солнечной системе.

В практической деятельности людей металл занимает важное место. Без железа не было бы цивилизации. Оно больше других металлов используется в виде сплавов или в чистом виде. В развитии человечества был так называемый железный век. Но на самом деле в последнее время потребность в металле скорее возросла, чем снизилась, несмотря на то, что историки давно объявили об окончании этого периода.

В процессе эволюции железо стало необходимо как человеку, так и другим живым организмам. Генерация и превращение энергии, получаемой с пищей и воздухом, зависит от содержания железа в клетках и тканях. В отсутствие железа не образуется пигмента крови, а также прекращаются многие другие внутриклеточные процессы. Среди всех организмов, обитающих на Земле, только лишь группа анаэробных молочнокислых бактерий не имеет железосодержащих ферментов и, по-видимому, совершенно лишена железа и меди.

Физические и химические свойства. Железо Fe, порядковый номер элемента - 26, атомная масса - 55,85. Это тяжелый металл с плотностью 7,86 г/см3. Температура плавления - 1 539 °С. Он не очень твердый и хорошо куется. Железо - хороший проводник тепла и электричества.

Соединения. В химическом отношении железо довольно активный элемент. Во влажном воздухе оно легко окисляется, образуя гидроксид, который называют ржавчиной. К сожалению, ржавая поверхность не предохраняет внутренние слои металла от окисления. Это связано с тем, что ржавчина легко осыпается, открывая при этом свежую поверхность металла.

Железо дает обычно два типа соединений: двухвалентное железо Fe (II) и трехвалентное железо Fe (III). Могут быть соединения с другими степенями окисления, но они не выполняют важной биологической функции.

В природе встречаются три оксида железа FeO, РегОз и РезОц, в которых железо соответственно двух- и трехвалентное, а также смеси оксидов Fe (II) - Fe (III) в виде черного минерала - магнетита. Металл растворяется в разбавленных минеральных кислотах, образуя соли. При отсутствии воздуха под воздействием кислот - неокислителей - образуются соли Fe (II).

Наиболее важными в промышленном отношении соединениями железа являются оксиды и карбонат, из которых состоят основные руды, используемые для получения металла. Меньшее значение имеют цианиды, нитраты, фосфиды, фосфаты и карбонил железа.

Железо не относится к числу высокопрочных металлов, но приобретает это свойство при соединении с углеродом и быстром охлаждении сплава, который называется сталью. Поэтому железо - важнейший металл современной промышленности. Многие характеристики сталей, среди которых различают пластичную, мягкую, среднюю и твердую, определяются содержанием в них углерода. Оно может изменяться от 0,10 % до 1,15 %. Для получения легированных сталей с различной твердостью, ковкостью, коррозионной устойчивостью и другими свойствами используется около 20 других элементов в различных сочетаниях и пропорциях. Наиболее важными из них являются марганец (ферромарганец, или зеркальный чугун), кремний (ферросилиций) и хром.

Распространение. Несмотря на то что в состав почв входит 4 % железа, металл из них не извлекается. Основным источником получения железа является ряд широко распространенных руд. Главными среди них являются гематит РегОз, магнетит Гез04, лимонит FeO(OH) и сидерит FeC03. Производство железа включает восстановление углеродом в расплаве.

По распространенности в природе железо занимает второе место среди металлов и четвертое среди всех элементов, уступая лишь кислороду, кремнию и алюминию. Наиболее распространенными железными рудами являются гематит, или красный железняк (Fe203>, содержащий 70 % железа; лимонит, или бурый железняк [Fe0(0H)-nH20] (42 % железа); магнетит, или магнитный железняк (РезОД также имеющий высокое содержание железа; сидерит, или железный шпат (FeCOa); самый распространенный сульфидный минерал-пирит (FeS2) и пирротит, или магнитный пирит (FeS).

Мировая добыча железной руды составляла в 1978 г. 838 млн т (наивысший уровень добычи наблюдался в 1976 г. - 906 млн т). Основные рудодобывающие страны: Россия, Австралия, Бразилия, США и КНР.

Добыча. Месторождения железной руды обычно залегают вблизи поверхности земли, поэтому руду добывают, как правило, открытым способом. Этот способ экономичен, если толщина покрывающей породы не превышает 100 м. При большей глубине залегания разработку руды ведут шахтным способом.

Применение. Железосодержащие чугуны стали применяться для изготовления оборудования, контейнеров и всевозможных приспособлений, используемых в пищевой промышленности, что является основным источником загрязнения пищи железом.

Метаболизм и токсическое действие. Ежедневно в организм человека в среднем попадает 13 мг железа. В США и других развитых странах эта цифра приблизительно такая же - не менее 12 мг/день.

Человеческий организм способен контролировать общий уровень содержания железа. Биологический механизм, действие которого полностью еще не ясно, регулирует процессы абсорбции и экскреции металла. В организме взрослого человека содержится в среднем около 4 г железа. Это количество почти постоянно. Но во время болезни или в период беременности у женщин содержание металла снижается и развиваются симптомы заболеваний, связанных с дефицитом железа в организме.

Абсорбция железа из пищи зависит от его общего содержания в организме. Основная часть металла всасывается в тонкой кишке и небольшое количество в желудке.

Неорганические соединения железа представлены в пищевых продуктах в виде комплексов гидроксида железа с различными органическими соединениями: белками, аминокислотами и карбоновыми кислотами. В кислой среде желудка пищеварительные ферменты разрушают эти комплексы. Выделяющиеся при этом нерастворимые соединения Fe (III) восстанавливаются до более растворимой формы Fe (II). Восстановление осуществляется за счет природных восстановителей, таких, как аскорбиновая кислота (витамин С) и различные соединения с сульфгидрильными группами, например аминокислота цистеин.

Соединения двухвалентного железа проникают через слизистую кишечника. В клетках слизистой железо либо присоединяется к белку глобулину (трансферрин) и поступает в кровоток, либо остается в слизистой в виде ферритина, соединяясь с белком апоферритином. Раньше считали, что степень абсорбции железа в пищеварительном тракте определяется содержанием железа именно в клетках слизистой. Эта теория была известна под названием «ферритинового занавеса» или «слизистой блокировки». В настоящий момент этот механизм не может полностью объяснить процесса. По всей видимости, здесь действует более сложная система регулирзвания транспорта железа через стенки слизистой, которая, в свою очередь, связана с образованием гемоглобина в костном мозге. Если существует дефицит железа в организме, например при анемии, или потребность организма в железе повышается, как у растущих детей и беременных женщин, то при этом абсорбция металла через слизистую не ограничена.

С точки зрения питания следует заметить, что многие соли железа, а также гидроксид плохо растворимы. Однако железо образует большое количество растворимых комплексных соединений, и этим объясняется его биологическая активность. Особенно важны для биологического окисления и фиксации азота и углекислого газа гемоглобин, фер- родоксины и другие комплексные соединения железа, входящие в состав крови, как содержащие, так и не содержащие гем.

Степень поглощения железа может зависеть от характера питания. Это проявляется на различных этапах абсорбции. Например, если в пище присутствует вещество, ингибирующее реакцию разрушения комплексов железа или реакцию восстановления железа в растворимое двухвалентное соединение, то поглощение металла снижается, не говоря уже о тех случаях, когда в пище присутствуют вещества, связывающие железо в нерастворимые комплексы (например, фосфаты в злаках и яичных желтках или щавелевая кислота в овощах). В злаках, особенно в цельной муке, содержится фитиновая кислота (инозит гексафосфат), которая дает нерастворимые комплексы с железом и другими металлами, что значительно снижает их усвоение. С другой стороны, некоторые вещества, присутствующие в натуральных продуктах, могут способствовать поглощению железа, восстанавливая его и тем самым повышая растворимость его соединений. Уже упоминались аскорбиновая кислота и аминокислоты, содержащие SH-группы. Аскорбиновая кислота образует с железом растворимый комплекс и способствует его поглощению стенками слизистой, особенно в кислых средах. Так, при одновременном употреблении с мясом некоторых продуктов увеличивается абсорбция железа. Это, вероятно, объясняется наличием цистеина в мясе.

В мясе и других продуктах железо входит в состав гема гемоглобин и миоглобин - дыхательные пигменты, представляющие собой метал- лолорфириновые комплексы в крови и мышцах. Для усвоения через слизистую не требуется предварительно расщеплять гемы, на него не действуют также фосфаты и фитаты. Комплекс расщепляется только после всасывания, и затем атом железа вступает в цепь переноса и превращений.

На абсорбцию железа в кишечнике также влияет самочувствие человека. Усиленная перистальтика и различные расстройства кишечника препятствуют всасыванию. Поэтому уровень абсорбции железа отличается у разных людей и даже у одного человека в течение жизни. Это зависит от пищевого статуса и других факторов, таких, как состав пищевого рациона.

Согласно докладу ФАО/ВОЗ, уровень абсорбции металла из различных пищевых продуктов может колебаться от 1 до 20 %. Железо по- разному абсорбируется из продуктов животного и растительного происхождения. Если изобразить это графически, то рис окажется внизу шкалы, а телятина вверху. В среднем при обычном для западных стран рационе питания у мужчин абсорбируется примерно 6 %, у женщин - 14 % железа, а у людей с недостатком железа в организме - до 20 %.

Абсорбированное железо либо накапливается, либо включается в различные обменные процессы. Для дальнейших превращений железо должно быть, прежде всего, перенесено из клеток слизистой. На этом этапе оно снова окисляется из двухвалентного состояния в трехвалентное, затем соединяется с транспортным белком трансферрином. Этому процессу способствует медьсодержащий белок - церулоплазмин. Трансферриновый комплекс переносится в селезенку и печень, и Fe (III) опять превращается в ферритин. Некоторое количество железа попадает в костный мозг, где синтезируется гемоглобин. Порядка 70 % общего содержания железа в организме сосредотачивается в эритроцитах крови. Остальная часть концентрируется в окислительных ферментах клеток тканей. Присутствие в организме свинца может ингибировать некоторые стадии процесса синтеза гемоглобина. Свинец препятствует присоединению железа к молекуле порфирина, а также мешает синтезу самой молекулы порфирина.

Железо является необходимым микроэлементом. Служба здравоохранения и социального обеспечения Великобритании рекомендует потреблять железо с пищей мужчинам в количестве 10 мг/сут, а женщинам - 12 мг/сут. Но во время беременности или в период активного роста потребности организма в железе возрастают.

Поступление железа тщательно регулируется содержанием металла в организме, но иногда может поглощаться его избыточное количество. В результате накопления металла в организме развивается болезнь - сидероз. В печени накапливается железо в количествах, намного превышающих нормальный уровень в 1 г/кг. Сидероз, связанный с избытком железа, нередко встречается среди населения на юге Африки. Есть предположения, что это связано с употреблением в больших количествах приготовленного в домашних условиях пива, загрязненного железом. В этих местах для его приготовления часто используют банки из-под масел. Например, концентрация железа в пиве составляла 300 мг/л. Жители этих районов выпивают за сутки свыше 4 л такого пива. Поэтому в печени алкоголиков обнаружены высокие концентрации железа. Аналогичные явления отмечались в Нормандии, где концентрация железа в сидре составляла до 16 мг/л. Предположительно, развитие цирроза печени связывали с наличием железа в алкогольных напитках.

Использование для приготовления пищи чугунных кастрюль, возможно, явилось причиной гемосидероза, отмечавшегося среди ряда африканских и других народов. В Папуа-Новой Гвинее исследовали степень загрязнения пищи железом при использовании кухонной посуды.

В целом избыточное количество железа в пище полезно для здоровья. Возможно, именно поэтому среди населения, не заменившего традиционную кухонную утварь на сковородки с тефлоновым покрытием и другую современную посуду, редко наблюдаются случаи анемии, вызванные недостаточным поступлением железа в организм.

Транспортирование и распределение. Обмен железа в организме включает следующие процессы: всасывание в кишечнике, транспорт к тканям, утилизацию и депонирование, экскрецию и потерю. Всасывание железа происходит преимущественно в тонком кишечнике и у здорового взрослого человека составляет примерно 1 мг/сут.

Механизмы всасывания различны для присутствующего в пище негемового и гемового железа. Негемовое, или ионизированное, железо представлено в организме солями и комплексами трехвалентного (окисного) железа с белками и органическими кислотами. Условием всасывания негемового железа являются его предварительный перевод в растворимую форму и восстановление до двухвалентного состояния. Фитиновая кислота и фосфаты образуют с железом нерастворимые соли. В связи с этим злаки, богатые этими соединениями, являются плохим источником доступного, утилизируемого железа.

Пищевые волокна и таннины чая также связывают железо в нерастворимые комплексы. То же самое относится к яйцам, желток которых содержит большое количество фосфатов. Аскорбиновая кислоте, цистеин способствуют всасыванию негемового железа. При этом аскорбиновая кислота не только восстанавливает трехвалентное железо в двухвалентное, но и образует с ним хелатное соединение, хорошо растворимое при низких значениях pH. Всасывание гемового железа, т е. входящего в состав гема гемоглобина и миоглобина, не требует каких- либо предварительных условий: гемовый комплекс абсорбируется клетками слизистой оболочки тонкого кишечника целиком. Именно этим обусловлена наиболее легкая утилизация железа из продуктов животного происхождения по сравнению с растительными (негемовая форма). Фитат, фосфаты и аскорбиновая кислота не влияют на всасывание гемового железа. В усвоении железа определенная роль, по-видимому, принадлежит желудочному соку и соляной кислоте, способствующим образованию растворимых форм ионизированного железа. С этим обстоятельством может быть связана высокая частота железодефицитных анемий (ЖДА) при ахлоргидрии.

Часть железа, поступившего в клетки слизистой оболочки тонкого кишечника, соединяется со специфическим транспортным белком трансферрином. В комплексе с ним железо попадает в кровоток и переносится к тканям. Трансферрин относится к фракции у-глобулинов. Нормальная концентрация трансферрмна в плазме крови составляет около 250 мг/100 см3, таким образом, 100 см3 плазмы связывает 250-400 мкг железа. Эта так называемая общая связывающая железо способность (ОСЖС) может существенно возрастать при увеличении потребности организма в микроэлементе, например, у женщин в поздней стадии беременности, а также при железодефицитной анемии.

В норме ОСЖС насыщена не полностью, концентрация железа, связанного с трансферрином в плазме крови, составляет 100-150 мкг/100 см3, т е. 20-25 % ОСЖС. При дефиците железа (ДЖ) его уровень в плазме крови и степень насыщенности трансфоррина существенно снижаются.

Большая часть железа, утилизируемого в организме человека, потребляется костным мозгом и используется для биосинтеза гемоглобина вновь образуемых эритроцитов (ретикулоцитов).

На первом этапе утилизации железо связывается ретикулоцитами трансферрина, а после освобождения из него включается в гем синтезируемого гемоглобина Длительность жизни эритроцита составляет в среднем 120 сут. Ежесуточно в организме обновляется 1/120 общей массы эритроцитов, на что расходуется 20-25 мг железа - значительно больше, чем поступает за сутки с пишей. Основная часть железа, используемого для синтеза гемоглобина вновь образуемых эритроцитов, извлекается из тканевых депо и погибших эритроцитов. Эта реутилизация осуществляется клетками системы мононуклеарных фагоцитов печени, селезенки и костного мозга, которые захватывают нежизнеспособные эритроциты, разрушают их, освобождают железо из гемоглобина и возвращают его в плазму. Ежесуточно такой реутилизации подвергается 21-24 мг железа.

Железо депонируется главным образом в клетках ретикуло- эндотелиальной системы печени, селезенки и костного мозга. В норме запасы железа в организме взрослого человека составляют около 1 г, в том числе до 300 мг в костном мозге. Важнейшей формой депонирования микроэлемента в тканях является ферритин - водорастворимый и относительно легко реутилизируемый комплекс с белком апоферрити- ном, способным связывать до 20 % железа. При увеличении количества депонированного железа ферритин переходит в аморфный, нерастворимый в воде гемосидерин, содержащий до 35 % железа, преимущественно в виде зерен его гидроокиси (сидероз).

В испражнениях здоровых людей определяется 6-16 мг железа (в зависимости от его содержания в рационе), большая его часть - невсо- савшееся железо. Фактические же потери микроэлемента организмом равны 0,3-0,5 мг/сут; они складываются из железа слущивающихся клеток слизистой оболочки кишечника и железа желчи. Последнее попадает в желчь вместе с продуктами распада, причем преимущественно всасывается вновь.

С мочой в сутки выделяется 0,1-0,3 мг железа.

Часть железа удаляется с потом и слущивающимся эпителием кожи. Мужчины теряют 0,6-1 мг железа в сутки, женщины - в 2 раза больше, что обусловлено его потерями с кровью во время менструаций и родов, а также с грудным молоком во время лактации. Потеря железа с кровью за менструальный цикл составляет 16-32 мг, т е. 0,5-1 мг/сут в расчете на месяц. При концентрации железа в грудном молоке 50 мкг/100 см3 ежедневная потеря его в период лактации достигает 0,25-0,5 мг.

Учитывая, что в кишечнике абсорбируется не более 10 % железа пищи, рекомендуемая норма потребления его с рационом составляет для мужчин 10 мг/сут. Потребность женщин в железе вдвое выше, однако в связи с большей эффективностью его всасывания женщинам рекомендуется потреблять 18 мг/сут, а во время беременности и лактации - 38 и 33 мг/сут соответственно.

Опасности. Недостаток железа в организме является наиболее распространенным микроэлементозом и наиболее частой причиной развития анемии. По данным ФАО/ВОЗ, 80 % всех алиментарных анемий приходится на долю железодефицитных, от которых страдает 1/5 населения нашей планеты. Дефицит железа часто возникает у детей и женщин детородного возраста, потребляющих пищу с относительно низкой энергетической ценностью.

Причины ДЖ следующие:

  • - бедный железом рацион питания;
  • - увеличение потерь железа при менструациях, хронической потере крови (в случае язвы желудка, нарушения деятельности пищеварительного тракта и мочеполового аппарата), при хронической гемогло- бинурии, паразитарной инфекции, операциях, травмах и др.;
  • - мальабсорбция железа при постгастроэктомии, заболеваниях тонкого кишечника;
  • - увеличенная потребность в железе при беременности и в детском возрасте.

Выделяют три стадии ДЖ в организме

  • - предлатентный,
  • -латентный (анемия без анемии);
  • - железодефицитная анемия (ЖДА).

Согласно определению, принятому научной группой ФАО/ВОЗ, алиментарная анемия - это состояние, при котором содержание гемоглобина в крови ниже нормы вследствие недостаточности одного или нескольких важных питательных веществ независимо от причины этой недостаточности.

Нормальный уровень гемоглобина, по рекомендациям ФАО/ВОЗ, составляет, г/л: для детей в возрасте от 6 мес. до 6 лет - 110, от 6 лет до 14 лет -120; для мужчин -130; для женщин - 120, беременных - 110.

Железодефицитная анемия определяется как анемия, ассоциированная с дополнительными лабораторными доказательствами истощения запасов железа, выявленная на основании результатов одного или более лабораторных тестов. Биохимическими показателями ДЖ служат низкая концентрация ферритина и железа в сыворотке крови, низкий коэффициент насыщения трансферрина, увеличение уровня прото- порфирина в эритроцитах, трансферрина в сыворотке крови и общей железосвязывающей способности сыворотки крови.

На начальном, предлатентном этапе развития ДЖ наблюдается истощение общих запасов железа в депо организма, однако поступление его для нухщ эритропоэза еще но снижено. Изменение обмена металла в этот период подтверждается уменьшением содержания гемо- сидерина в макрофагах костного мозга, некоторым снижением количества сывороточного ферритина, повышением концентрации трансферрина в сыворотке крови и увеличением абсорбции железа из кишечника.

Вторая стадия, латентный ДЖ, характеризуется полным истощением запасов железа в депо организма, что проявляется снижением концентрации железа и ферритина в сыворотке крови, увеличением общей железосвязывающей способности сыворотки крови и повышением концентрации трансферрина при полном отсутствии гранул гемоси- дерина в клетках костного мозга. Однако уровень гемоглобина в крови остается в пределах нормы. В связи с этим часто латентный ДЖ своевременно не диагностируется, так как при обычном анализе крови концентрация гемоглобина и количество эритроцитов не отклоняются от нормальных величин.

Третья стадия ЖДА протекает со всеми присущими этому заболеванию гематологическими, биохимическими и клиническими проявлениями, выраженность которых зависит от степени тяжести патологии.

Недостаток железа в организме ведет к ЖДА, обусловленной его нехваткой для биосинтеза гемоглобина. Клиническая картина достаточно неспецифична и зависит от стадии заболевания. ЖДА к окончанию срока беременности наблюдается у 30-73 % женщин. Это является причиной развития осложнений беременности (выкидыши, преждевременные роды, внутриутробная смерть плода, слабость родовых схваток, атония матки и восприимчивость к инфекциям), а также внутриутробных пороков развития.

ЖДА часто возникает на первом году жизни детей. С одной стороны, это связано с истощением запасов микроэлемента в грудном возрасте, с другой - с недостаточным поступлением его с пищей, так как в грудном молоке и молочных смесях железа содержится мало. Наиболее активно у плода железо депонируется в последние три месяца беременности. Дети с ЖДА чаще подвержены различным инфекционным заболеваниям. Нарушения клеточного иммунитета при ДЖ возникают быстро и рано, еще до первых признаков малокровия. Актуальность проблемы ДЖ определяется не только его широкой распространенностью, но и, прежде всего, нарушением деятельности практически всех органов и тканей, что приводит к снижению адаптации и росту заболеваемости.

Чрезвычайно чувствителен к ДЖ головной мозг. Отмечено отставание в психомоторном развитии детей в возрасте до 2 лет с ЖДА. Анемия снижает работоспособность, так как тормозит транспорт кислорода в ткани. Обнаружены также нарушения терморегуляции. Даже незначительное уменьшение уровня гемоглобина может привести к снижению способности выполнять работу максимальной и субмаксимальной интенсивности.

При ДЖ установлены ослабление кислотообразующей функции желудка, активности амилазы, липазы, трипсина, воспаления в желудке и двенадцатиперстной кишке, дистрофии и атрофии слизистой оболочки, кишечные кровопотери. В связи с этими нарушениями в пищеварительном канале ухудшаются расщепление и усвоение белка, жира, углеводов, витаминов, иными словами, развивается синдром мальаб- сорбции. Дистрофические нарушения слизистых оболочек определяют такие клинические симптомы ДЖ, как снижение аппетита, срыгивание и рвота после приема пищи, пристрастие к малосъедобным предметам (мел, глина, известь, земля, лед, замороженные продукты и пр.). Перечисленные изменения органов и клинические проявления могут наблюдаться не только в случаях ЖДА, но и при латентном ДЖ.

В профилактике железодефицитных анемий определяющими являются раннее распознавание и лечение латентного (скрытого) ДЖ, который проявляется изменениями биохимических показателей, характеризующих обмен элемента при нормальной концентрации гемоглобина в крови. Эти мероприятия предполагают назначение препаратов железа в виде таблетированных форм или препаратов парентерального введения (как с профилактической, так и с лечебной целью); оптимизацию структуры питания и обогащение пищевых продуктов массового или специализированного назначения железом; создание и применение биологически активных добавок к пище с железом.

Анализ направлений профилактики железодефицитных состояний свидетельствует, что первое возможно только для лечения больных в стационарах и для поддерживающей терапии в амбулаторных условиях, а также с целью профилактики дефицита железа у беременных женщин и людей с очень высоким риском железодефицитной анемии. Второе направление более перспективно, так как позволяет охватить достаточно большие контингенты населения и способствует профилактике ДЖ на самых ранних, доклинических стадиях его развития.

Профилактика железодефицитных состояний представляет собой сложный комплекс мероприятий, направленных на рационализацию питания. В данном случае улучшение структуры питания должно предусматривать не только оптимизацию содержания железа в рационах, но и полную сбалансированность их в соответствии с физиологической потребностью той или иной группы населения в энергии, основных пищевых веществах, витаминах и минеральных элементах

Гигиенические мероприятия. Этот элемент тесно связан с важнейшими функциями организма, является незаменимой частью гемоглобина и миоглобина, входит в состав цитохромов, участвующих в переносе электронов по дыхательной цепи митохондрий, а также окислительно-восстановительных ферментов каталазы и пероксидазы. Во всех этих белках, относящихся к классу гемопротеидов, железо включено в порфириновую структуру гема. В клетках имеется функционально активное негемовое железо, также участвующее в переносе электронов.

В организме взрослого человека содержится около 3-4 г железа, из которых 70 % может быть определено как жизненно необходимое и 30 % - депонированное в тканях. Свыше 80 % такого железа находится в эритроцитах в составе гемоглобина, остальное количество - в миог- лобине, ферросодержащих ферментах.

У здоровых мужчин из смешанной пищи всасывается 3-8 % железа, организму женщин требуется в 2 раза больше железа, и всасывание его достигает 10 %. Однако при снижении запасов в организме всасывание микроэлемента может увеличиться до 70-80 %.

Из растительной пищи усваивается около 1 % железа, из продуктов животного происхождения - 10-25 %. Незначительная абсорбция железа из растительных продуктов связана с присутствием в них фита- тов. Усвоение железа снижается при употреблении молока, яиц, чая. Добавление к пшеничной муке отрубей (до 10 %) ухудшает абсорбцию железа из хлеба. Действие чая особенно поразительно: при его употреблении усвоение железа шестикратно снижается (до 2 %). Поглощение железа из различных продуктов животного происхождения варьирует от 6 % (ферритин) до 22 % (мясо, печень). По количеству поступающего с пищей железа нельзя судить об общем количестве его поглощения и усвоения. Следует помнить, что рацион может играть важную роль в развитии недостаточности железа.

Как правило, при массовых обследованиях населения определяются концентрация гемоглобина в крови, количество эритроцитов и значительно реже - показатель гематокрита. При снижении уровня гемоглобина в крови ставится диагноз: анемия. Однако подтверждение или отрицание этого диагноза можно получить лишь при исследовании специфических биохимических показателей (концентрации железа, трансферрина и ферритина в сыворотке крови, общей железосвязывающей способности сыворотки крови, коэффициента насыщения трансферрина и концентрации протопорфирина в эритроцитах). В качестве дополнительных методов диагностики железодефицитных состояний могут быть использованы десфераловый тест, изучение всасывания железа, концентрации рецепторов трансферрина и содержание железа в клетках костного мозга.

Когда один из вышеперечисленных показателей изменяется, но уровень гемоглобина в крови остается в пределах нормы, можно предположить наличие латентного ДЖ. В этих случаях крайне необходимо тщательное биохимическое обследование, позволяющее подтвердить или опровергнуть предположение. Это исключительно важно для диагностики ДЖ на стадии до заболевания (анемии), прежде всего, в группах риска - среди детей (особенно до 2 лет), беременных и кормящих женщин.

Для выявления широко распространенной анемии (скрининговые исследования) бывает достаточно определить уровень гемоглобина. При менее выраженной ЖДА ценность этого метода снижается. В последние годы разработаны иммунорадиометрические методы для измерения ферритина в сыворотке крови.

Железо в пищевых продуктах. Железо является необходимым микроэлементом в питании человека. Организм взрослого человека содержит приблизительно 4 г железа. Основная его часть находится в крови в виде составной части гемоглобина и в тканях в виде миоглоби- на, а также входит в состав многих ферментов, играя роль переносчика кислорода.

Наиболее богаты железом печень, колбасы с добавлением крови, а также зерновые, бобовые, гречневая крупа и пшено.

Пищевые продукты для коррекции недостаточности железа в рационе можно разделить на две большие группы:

  • - пищевые продукты, в составе которых железо находится в гемовой форме (продукты на основе мяса говядины, свинины, птицы с добавлением печени, селезенки, препаратов крови, сывороточного белкового концентрата; кровь убойных животных);
  • - пищевые продукты, содержащие незначительное количество железа, как правило, в малоусваиваемой форме, но вполне доступные для населения.

Для профилактики недостаточности железа широкое распространение в мире получило дополнительное обогащение микроэлементами муки, хлебобулочных, кондитерских изделий, макарон, молока и молочных продуктов, сыра, растворимого кофе, сухого картофельного пюре, сахара, соли, безалкогольных напитков, продуктов детского питания.

Обогащение пищевых продуктов железом предполагает решение трех задач:

  • - выбора солей железа для добавления в тот или иной продукт;
  • - выбора продукта для обогащения железом;
  • - количества вносимого микроэлемента.

В Англии мероприятия по обогащению пищевых продуктов железом осуществляются с 1953 г., когда парламентом было узаконено добавление железа в пшеничную муку в дозе 16,5 мг/кг. Железо в муку добавляют и в других странах: Дании (восстановленное железо), Норвегии (сернокислое закисное железо), США (восстановленное или сернокислое закисное железо в дозе до 35 мг/кг). В Швеции в муку добавляют соли железа непосредственно на мукомольных предприятиях, что позволило организовать выпуск обогащенной муки в крупных масштабах и обеспечить более точное и равномерное дозирование солей железа.

Добавление железа к поваренной соли было принято для профилактики ЖДА в Индии. В Европе и Северной Америке обогащаются железом пшеничная мука, хлеб, выпечка, молоко.

Для обогащения пищевых продуктов в мире используется ряд соединений железа: сернокислое закисное, фосфорнокислое, восстановленное, глицерофосфат, карбонат, глюконат, хлорное, ортофосфат оксида, фумарат, лактат, ЭДТА-железо, комплексы железа с фруктозой и ксилитом и т.д. Усвояемость железа из различных соединений неодинакова и зависит не только от химической формы, но и от сочетания с конкретным пищевым продуктом.

Усваивание одной и той же формы железа из различных продуктов зависит от наличия в них пищевых веществ, способных тормозить либо усиливать абсорбцию металла в желудочно-кишечном тракте.

Обогащение пищевых продуктов должно проводиться строго дифференцированно, чтобы достичь максимального эффекта при минимально возможной дозе добавляемого железа. Увеличение дозы железа в продукте может не только повлечь за собой нежелательные последствия (перегрузка организма железом, диарея, прооксидантное действие железа и т.д.), но и ухудшить усвояемость самого нутриента.

При выборе продукта-носителя следует учитывать традиции в питании и долю его потребления в рационе населения. Вместе с тем в ряде регионов не существует какого-либо одного продукта, который употреблялся бы всем населением. Возникает необходимость обогащения нескольких самых распространенных пищевых продуктов в дозах, которые, с одной стороны, оказывали бы профилактический эффект в отношении наиболее уязвимых групп населения, а с другой - не подвергали бы риску избыточного накопления этого элемента в организме.

Процесс обогащения пищевых продуктов требует разработки технологических приемов, обеспечивающих наибольшую сохранность железа в готовых изделиях и стабильность обогащенных продуктов в процессе хранения. В то же время нельзя не учитывать тот факт, что при кулинарной и технологической обработке пищевых продуктов часть железа может теряться, либо переходить в труднорастворимые или нерастворимые комплексы.

Рекомендуются следующие способы обогащения пищевых продуктов: растворение источников железа в жидком пищевом продукте с последующей распылительной сушкой; напыление на поверхность пищевого продукта; внесение в продукт в виде микрокапсул; добавление в композицию пищевого продукта на одной из технологических стадий. Последний способ наиболее распространен, так как не требует изменения технологических процессов и проводится на существующих установках.

Основным продуктом, который обогащается железом, служит мука, поскольку приготовленные из нее изделия (хлебобулочные и мучные кондитерские) играют важнейшую роль в питании населения различных стран. Это позволяет охватить профилактическими мероприятиями большой контингент населения. Однако всасывание железа из обогащенной муки зависит не только от его формы, но и от присутствия соединений, которые могут увеличивать либо уменьшать его абсорбцию.

Почти все пищевые продукты содержат железо. Однако в некоторых случаях при ограниченном поступлении или недоступности потребности организма в железе не удовлетворяются.

Иногда железо специально вводят в продукты питания для восполнения его потерь в процессе обработки пищи. Например, в зерне пшеницы содержится около 40 мг/кг металла, из которых 75 % теряется в процессе помола. При этом в муке остается только 10 мг/кг железа. Поэтому в Великобритании, Швеции и некоторых других странах на мельницах производится обогащение железом выпускаемой продукции либо железоаммонийным нитратом, либо восстановленным металлическим железом.

Железо попадает в пищу также с водой, оно обычно содержится в водопроводной воде. Металл попадает в нее как из природных источников, так и после систем обработки и подачи воды. Средний уровень железа в водопроводной воде одного из городов США составил 166 мкг/л. Аналогичные данные получены в других странах. Они не превышают предельно допустимой концентрации железа в питьевой воде, равной 0,3 мг/л, которая была установлена Службой по контролю за качеством питьевой воды США. Более высокие концентрации железа наблюдаются в старых системах водоснабжения, при хранении воды в железных контейнерах или при контакте с чугунными или гальванизированными трубами. Содержание железа в родниковой и речной воде зависит от природы образующих горных пород и наличия источника загрязнений.

Пищевые продукты содержат железо в самых разных количествах.

В Великобритании были установлены следующие уровни содержания железа в пищевых продуктах, мг/кг: свежее мясо - 3-4; печень - 6-14; рыба - 0,5-1; яйца - 2-3; пшеничная мука - 0,7-1,5; отруби - 3-7; овсяная мука - 3,8-5,1; зелень - 0,4-18; картофель и другие корнеплоды - 0,3-2; фрукты - 0,2-4; коровье молоко - 0,1-0,4.

Концентрация железа в консервированных продуктах значительно выше и определяется скоростью миграции металла из материала банки в раствор. Скорость перехода металла определяется значением pH, условиями консервирования и другими факторами. При этом большое значение имеет концентрация нитратов в консервах.

Плоды папайя содержат такое большое количество NO3, что их запрещено консервировать. Это относится и к некоторым фруктам, растущим в умеренном климате. По данным исследований, концентрации железа составляют: в консервированных грейпфрутах - 5,3 мг/кг; грушах - 5; черной смородине - 33; ананасах - 31; консервированной зеленой фасоли - 2,8; в переработанном горохе - 9,9; грибах - 5.1 мг/кг.

Расхождение данных о содержании металлов в консервированной пище возникает в результате использования различных методов контроля на предприятиях. В большинстве случаев консервированная пища содержит больше железа, чем свежая или замороженная. Поэтому если рацион питания состоит в основном из консервированных продуктов, то в организм человека поступают сравнительно большие количества железа и других металлов из материала консервной банки.

В молоке железо связано с мембраной жирового шарика и является компонентом белка лактоферрина. Коровье молоко является не только бедным источником железа, но и содержит его в плохо усваиваемой форме. Железо, дополнительно внесенное в молоко, практически полностью связано с белковой фракцией молока, но это железо легко удаляется при промывании белков водой.

Нормальное содержание железа в свежевыдоенном молоке составляет около 0,2 мг/кг. Содержание железа в молоке зависит от породы животного, периода лактации, комплекса зоотехнических и природно-географических факторов. Железо переходит в молоко при контакте его с металлической тарой.

С токсикологической точки зрения нет необходимости устанавливать верхний предел содержания железа в молоке и молочных продуктах. ПДК железа устанавливают для некоторых продуктов, качество которых зависит от содержания железа. Например, ФАО/ВОЗ установило ПДК железа для кислотного казеина, полученного распылительной сушкой - 20 мг/кг, полученного вальцевой сушкой - 50 мг/кг. В некоторых странах установлены ПДК железа для масла - не более 0,25 мг/кг, в России - 5 мг/кг.

Превышение ПДК вызывает окислительную порчу указанных продуктов. В масле появляется металлический привкус. Содержание железа в масле снижают, промывая водой масляное зерно.

Присутствие железа в воде, напитках и пищевых продуктах в избыточных количествах ухудшает их внешний вид и качество. Воду с высокой концентрацией железа нежелательно использовать как в промышленности, так и в бытовых условиях. Такая вода имеет горьковатый или вяжущий привкус, что влияет на вкус напитков. Железо образует окрашенные комплексы со многими органическими соединениями, включая танины. В связи с этим присутствие железа в консервированных продуктах может привести к изменению их окраски и порче.

В довершение всего железо подобно меди может катализировать реакции окисления ненасыщенных карбоновых кислот, что приводит к прогорканию жиров и порче жиросодержащих пищевых продуктов. Поэтому для приготовления пищи как дома, так и на производственных предприятиях предпочтительно использовать не содержащую железо воду. Если же имеется только такая вода, то металл осаждают с помощью связывающих железо хелатных соединений. Это дорогой процесс, но он необходим для предотвращения порчи пищевых продуктов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >