Żelazo – ważne funkcje, przyczyny niedoborów i zapotrzebowanie

Żelazo zaliczamy do mikroelementów czyli pierwiastków śladowych. Jego ilość w organizmach żywych jest niewielka, mimo że na ziemi należy do pierwiastków najbardziej pospolitych. Ale ta niewielka ilość jest konieczna do tego, żeby w ogóle istniało nasze życie. Jest on niezbędny dla życia mikroorganizmów, roślin i zwierząt. Tymczasem aż 30% populacji zmaga się z niedoborami żelaza. Czym jest to spowodowane i dlaczego żelazo jest tak ważne dla zachowania dobrego zdrowia i kondycji?

aktualizacja: 05’2023

Na początek ciekawostka: Jak dotychczas znamy dwa rodzaje mikroorganizmów, które mogą obejść się bez żelaza, bo wykorzystują do swojego życia mangan. Są to: patogenne bakterie Borrelia burgdorferi oraz niepatogenne bakterie z rodzaju Lactobacillus – jedna komórka Lactobacillus plantarum zawiera zaledwie 3-4 atomy żelaza, podczas gdy w komórce Escherichia coli ich liczba dochodzi do 200 000.

Rola i miejsca występowania żelaza w organizmie

W starożytności określenia żelaza, takie jak „jerkat” – ”kapiący z nieba” czy „sideros” – „gwiazda” przypisywały mu niebiańskie pochodzenie. Wskazywały na to, że już wtedy doceniano jego rolę dla zdrowia i dobrego funkcjonowania człowieka.

W warunkach fizjologicznych organizm zawiera około 4 g żelaza, z czego mniej więcej 65% to hemoglobina w krwinkach czerwonych,  25% jest zawarte w wątrobie, śledzionie i szpiku kostnym (ferrytyna i homosyderyna), 15% w mioglobinie (cytoplazma komórek mięśniowych), a także w wielu enzymach niezbędnych w metabolizmie tlenowym i innych funkcjach komórkowych.

Podstawowe funkcje żelaza

1. transport tlenu z płuc do wszystkich tkanek i narządów w organizmie (hemoglobina);
2. transport i czasowe przechowywanie tlenu w komórkach mięśniowych (mioglobina);
3. udział w wytwarzaniu energii w mitochondriach komórkowych;
4. udział w syntezie karnityny, eikozanoidów, kolagenu, neuroprzekaźników, utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej;
5. udział w tworzeniu nienasyconych kwasów tłuszczowych (enzym desaturaza kwasów tłuszczowych) oraz w syntezie DNA (reduktaza rybonukleotydowa);
6. kofaktor enzymów antyoksydacyjnych (katalaza rozkładająca H2 O2, peroksydaza);
7. składnik cytochromu P450, bierze udział w metabolizmie i oczyszczaniu w ten sposób organizmu z ksenobiotyków i leków, ale także w syntezie cholesterolu (przez to hormonów steroidowych i witaminy D);
8. wpływa na skurcz naczyń krwionośnych, neuroprzekaźnictwo (synteza mieliny) i układ immunologiczny (składnik syntazy NO, która bierze udział w produkcji tlenku azotu).

Chociaż żelazo jest nam niezbędne to w nadmiarze jest dla nas szkodliwe. Generuje bowiem wolne rodniki tlenowe i jest cytotoksyczne. Jego ilość w organizmie jest regulowana za pomocą wielu mechanizmów. 

Zapotrzebowanie na żelazo

Nasze ciało nie potrafi wydalać efektywnie nadmiaru żelaza. Dzieje się to poprzez złuszczanie komórek jelita oraz komórek naskórka oraz z odrobiną krwi w kale. Kobiety tracą też żelazo w czasie menstruacji. Te straty pokrywamy, pobierając żelazo z pokarmu. Jeśli spożywamy go około 15 mg dziennie, to powinno to wystarczyć dla wyrównania puli żelaza w organizmie. Z tego wchłania się przeważnie około 10%, czyli między 1 mg a 2 mg.

U kobiet w wieku rozrodczym – ze względu na miesiączkowanie i u ciężarnych – z powodu zapotrzebowania dla płodu, potrzeba więcej żelaza – odpowiednio 20 mg i 25 mg. Dziennie, dla samego tworzenia erytrocytów potrzeba około 20-36 mg żelaza. Nie pochodzi ono z diety, a z odzysku: z rozpadających się erytrocytów i magazynów tkankowych.

Duża część obrotu żelazem w organizmie jest układem zamkniętym. Jednakże, gdy podaż w diecie jest mała a zużycie duże, a na dodatek zwiększone straty (krwawienia, obfite miesiączki), to łatwo dochodzi do niedoborów. 

Mimo tego, że organizm umie odzyskiwać żelazo i jest ono powszechne w pokarmach, mamy do czynienia z jego dużym niedoborem u ludzi.

Szacuje się, że problem niedoborów żelaza dotyczy około 30% populacji świata. Z jednej strony istnieje problem niedożywienia w krajach ubogich, a z drugiej strony duży udział jałowej, przetworzonej żywności w krajach wysokorozwiniętych.

Warto zwrócić uwagę również na noworodki i dzieci, które potrzebują większych ilości żelaza w fazie wzrostu. Gromadzą więc duże zapasy w życiu płodowym. Jest to 5 razy większy zapas w wątrobie niż u dorosłego. Dzieje się tak pod warunkiem, że mają szansę pobrać odpowiednią ilość żelaza od matki. 

Żelazo w pożywieniu

Żelazo występuje w pożywieniu w dwóch postaciach:

• jonów żelazawych (Fe2+, żelazo hemowe), które są rozpuszczalne w wodzie i wchłaniają się w jelicie,
• jonów żelazowych (Fe3+, żelazo niehemowe), które w zasadowym środowisku są nierozpuszczalne i ewentualnie enzym reduktaza na powierzchni enterocytu może je zredukować do wchłanialnej postaci Fe2+.

Z powyższego względu żelazo hemowe obecne w wątróbce, nerkach, sercu, podrobach, owocach morza, drobiu jest dla nas bardziej biodostępne, niż żelazo niehemowe.

Żelazo hemowe w mniejszym stopniu wchodzi w interakcje z pożywieniem, wchłania się w 15%- 35%, dwa do trzech razy lepiej, niż niehemowe. Jedynie wapń osłabia jego wchłanianie. Żelazo niehemowe jest bardzo wrażliwe na obecność innych substancji i wchłaniane jest tylko w 2%-20%. 

Substancje upośledzające wchłanianie żelaza

W pożywieniu istnieje wiele substancji, które zmniejszają wchłanianie minerałów. Stąd mimo czasem wysokiej ich zawartości, np. w niektórych roślinach, stopień wykorzystania żelaza przez organizm będzie słaby. Do substancji upośledzających wchłanianie żelaza należą:

1. błonnik pokarmowy (pektyny, których dużo w jabłkach, porzeczkach i innych owocach; błonnik zawarty w otrębach czy roślinach strączkowych),
2. fityniany, kwas fitynowy obecny w ziarnach zbóż i nasionach roślin strączkowych,
3. polifenole obecne w owocach (obficie w czerwonych winogronach, porzeczkach jagodach), w warzywach, zbożach, a także w roślinach strączkowych (soja, fasola, bób). Jedną z frakcji polifenoli są taniny. Występują one w kawie i herbacie – także zielonej, o czym należy pamiętać, bo utarło się, że jest bardzo zdrowa i dużo osób ją pije. Taniny są także obecne w dużych ilościach w fasoli czerwonej, soczewicy zielonej i czerwonej, bobie, bobiku, grochu, gryce i kaszy gryczanej, orzechach włoskich i laskowych oraz migdałach. Wspomnijmy też o ziołach, które je zawierają, a mogą być obecne w naszych ziołowych mieszankach: kłącze pięciornika, liść orzecha włoskiego, liść jeżyny i maliny, owoce borówki czarnej, ziele rzepiku, liść poziomki czy ziele pięciornika gęsiego,
4. szczawiany, które zawierają orzechy, szpinak, szczaw, rabarbar, grzyby, soja a także tradycyjnie parzona czarna i zielona herbata,
5. inne minerały, zwłaszcza wapń (produkty mleczne i nabiał) oraz cynk.

Dobra rada: W przypadku braku żelaza w organizmie nie popijajmy posiłku kawą, herbatą czy ziołami. Komponujmy też składniki tak, żeby zwiększyć jego wchłanianie.

Ciekawostka: zbadano uwalnianie żelaza z mąki w zależności od stopnia zawartości otrąb. Mąka biała ma dwa razy mniej żelaza niż mąka pełnoziarnista, ale uwolniła go w 93%, a pełna tylko w 14%. Wraz ze wzrostem ilości otrąb zwiększała się ogólna ilość żelaza, ale uwalniało się go coraz mniej. Chleb poddawany uprzednio długiej fermentacji zwiększył uwalnianie żelaza, ale do średnio 56% (rozrzut od 29,1-85,8% w zależności od tego czy pieczywo było pełnoziarniste czy nie).

Mechanizm wchłaniania się żelaza w organizmie 

Żelazo wchłania się w dwunastnicy i w jelicie czczym do komórek jelita (enterocytów) w sposób czynny za pomocą specjalnych nośników (transportera metali dwuwartościowych i dwunastniczego cytochromu b). Następnie część zostaje zużyta w enterocycie na własne potrzeby. Część natomiast zatrzymana za pomocą apoferrytyny, a to co ma iść do krwi i tkanek wyekspediowane na zewnątrz za pomocą ferroportyny, po uprzednim utlenieniu znów do formy Fe3+ przez hefajstynę.

Apoferrytyna stanowi magazyn żelaza, z którego znowu część może iść do krwi (w miarę potrzeb) lub też zmagazynowane w enterocycie żelazo zostanie wydalone w trakcie złuszczania się nabłonka jelitowego.

Jak więc widzimy istnieje szereg mechanizmów potrzebnych do wchłaniania jelitowego, co ogranicza jego dostępność. W ten sposób organizm broni się przed nadmiarem.

Hepcydyna – ważne białko, regulator stężenia żelaza w organizmie

Na początku XXI wieku opisano niewielkie białko, wytwarzane głównie w wątrobie, które jest systemowym regulatorem stężenia żelaza w organizmie. Jest to hepcydyna.

Żelazo do osocza jest przekazywane z komórek jelitowych, uwalniane z zapasów w komórkach wątroby oraz oddawane przez makrofagi. Wszystkie te drogi wymagają udziału ferroportyny. W przypadku nadmiaru żelaza hepcydyna zmniejsza ilość ferroportyny i w związku z tym absorbcję żelaza z komórek do krwioobiegu. Poziom hepcydyny rośnie w odpowiedzi na żelazo i czynniki zapalne. Dzięki czemu spada wchłanianie żelaza w jelicie i jego uwalnianie z komórek magazynujących (głównie w wątrobie i śledzionie).

Przy niedostatku żelaza, niedotlenieniu i zwiększonym zapotrzebowaniu na nowe erytrocyty poziom hepcydyny spada, dzięki czemu więcej żelaza wchłania się z diety oraz uwalnia z magazynów ustrojowych. Taki mechanizm pozwala utrzymać ogólnoustrojową homeostazę żelaza.

Transferryna – białko „transporter” żelaza we krwi

We krwi żelazo przenosi kolejne białko – transferryna. Komórki posiadają receptory dla transferyny, aby móc od niej pobrać żelazo. Szczególnie te komórki, które go dużo potrzebują, mają ww. receptorów najwięcej, np. komórki tworzące erytrocyty, komórki łożyska, komórki miąższu wątroby czy makrofagi wątrobowe, ale też komórki nowotworowe.

W komórkach żelazo jest magazynowane jako ferrytyna oraz homosyderyna i wykorzystywane w miarę potrzeb. Niedobór witaminy A zmniejsza dostępność żelaza z rezerw w organizmie.

Laktoferyna – ważne białko stojące na straży odporności

Wśród białek chelatujących wolne żelazo ważna jest również laktoferyna. Jej źródłem są komórki nabłonkowe o funkcji wydzielniczej oraz neutrofile (granulocyty obojętnochłonne).

Laktoferynę znajdziemy w różnych wydzielinach ustrojowych: mleku, łzach, ślinie, wydzielinie śluzówki nosa, dróg oddechowych, pokarmowych, rodnych, płynie nasiennym, płynie maziówkowym, mózgowo-rdzeniowym, a także żółci, moczu, kale, pocie, woskowinie usznej. To tzw. laktoferyna śluzówkowa (związana z błonami śluzowymi).

Śluzówki stanowią wrota, przez które do organizmu wnikają zarazki, powodując zakażenia! Laktoferyna jest ważnym składnikiem naszej odporności, chroniąc nas przed tymi infekcjami. Laktoferyna powstająca w neutrofilach jest z nich uwalniana do krążenia i miejsc lokalnie naciekanych przez te komórki.

W czasie zakażenia ilość laktoferyny w organizmie wzrasta kilkukrotnie. Laktoferynie można przypisać wiele zadań:

• działanie mikrobiostatyczne i mikrobiobójcze wobec różnych drobnoustrojów,
• regulację funkcji układu odpornościowego (w tym działanie zarówno przeciwzapalne, jak i prozapalne),
• regulację procesów hematopoezy,
• stabilizowanie metabolizmu glukozy i lipidów,
• regulację funkcji jelita,
• regulację metabolizmu tkanki kostnej,
• regulację procesu gojenia ran,
• hamowanie wzrostu nowotworów,
• działanie przeciwbólowe, hipotensyjne oraz przeciwstresowe.

Laktoferyna jest jednym ze składników colostrum, o którym możecie przeczytać w artykule: Colostrum – naturalny regulator odporności. Kompendium wiedzy.

Badanie poziomu żelaza w organizmie

Jakie parametry powinniśmy zbadać, aby określić stan żelaza w organizmie?

1. Pierwsze nieprawidłowości znajdujemy w morfologii krwi, bo jest to często wykonywane badanie. Możemy zobaczyć spadek stężenia hemoglobiny, liczby erytrocytów, spadek hematokrytu, mikrocytozę czy wzrost liczby płytek krwi. Aczkolwiek brak żelaza był już dużo wcześniejszy, jeśli do tego typu wahań doszło.
2. Badanie żelaza we krwi jest mało miarodajne. Nie dość, że podlega wahaniom dobowym to czasem jest jeszcze w normie, a zapasy organizmu są już bardzo słabe.
3. Ferrytyna pokazuje nam zapas żelaza w organizmie i to będzie bardziej czuły marker, niż badanie żelaza we krwi. Poziom ferrytyny poniżej 40 mikrogramów/l jest wystarczająco niski, aby spowodować rozsiane łysienie kobiet. Niektóre badania wskazują na to, że poziom ferrytyny powyżej 200 mikrogramów/l jest związany z 2,2 razy wyższym ryzykiem wystąpienia choroby wieńcowej serca.
4. Możemy też zbadać wolną transferynę, zdolność wiązania żelaza przez transferynę i stopień wysycenia transferyny żelazem.

To może Cię zainteresować: Łysienie plackowate – rozpoznanie

Żelazo. Słowem podsumowania …

Wiązanie żelaza jest odwracalne, zatem białka mogą występować w postaci apo- (wolnej od żelaza) oraz holo- (ze związanym żelazem). Jony żelaza związane z białkami chelatującymi są niedostępne dla procesów oksydoredukcyjnych. Mogą być jednak w razie potrzeby udostępnione do komórkowych procesów biochemicznych.

Te zagadnienia, choć trudniejsze przydadzą nam się, aby zrozumieć dlaczego organizm trzyma żelazo bezpiecznie związane. Przybliżymy to w następnym artykule dotyczącym między innymi niedokrwistości chorób przewlekłych i problemów w suplementacji żelazem.

Bibliografia:

1. Joanna Artym „Laktoferyna strażnik procesów przyswajania żelaza”.
2. Paulina Krawiec, Elżbieta Pac-Kożuchowska „Rola hepcydyny w metabolizmie żelaza w przebiegu nieswoistych zapaleń jelit”.
3. Tadeusz Kośla, Luiza Cieślik, Michał Skibniewski, Robert Wrzesień, Ewa Małgorzata Skibniewska, Piotr Michalik ”Hepcydyna–hormon metabolizmu żelaza u człowieka i zwierząt”.
4. Krystyna A. Skibniewska, Łucja Fornal, Iwona Konopka „Uwalnianie żelaza i manganu z chleba w procesie trawienia in vitro”.
5. Jolanta Artym, Michał Zimecki „Organizm gospodarza kontra drobnoustroje w walce o żelazo. Rola żelaza w zakażeniach”.
6. Arkadiusz Styszyński „Niedokrwistość stanu zapalnego u osób straszych”.
7. Paweł Lipiński, Rafał R.Starzyński, Agnieszka Styś, Monika Straciło „ Homeostaza żelaza-mechanizm obronny w stresie oksydacyjnym”.
8. Monika Krzysik, Jadwiga Biernat, Halina Grajeta „Wpływ wybranych składników odżywczych pożywienia na funkcjonowanie układu odpornościowego”.