Dzelzs ir ceturtais visbiežāk sastopamais elements uz Zemes, un bez tā nevar iztikt neviena dzīva šūna.
DZELZS LOMA ORGANISMĀ
Cilvēka organismā dzelzs ( ķīmiskais simbols Fe, latīniski ferrum) galvenokārt (99%) atrodas saistītā veidā ar proteīnu feritīnu vai hemosiderīnu – hemoglobīnā (60%), mioglobīnā (5%), dažādos enzīmos (pārsvarā enzīmos, kas nodrošina oksidēšanās/reducēšanās reakcijas) vai depo orgānos – aknās, liesā, kaulu smadzenēs, cirkulējošos makrofāgos.
Cirkulējošā, brīvā dzelzs (tikai 1%) – un tā ir tikai trīsvērtīga – saistīta ar proteīnu transferīnu. Savukārt transferīna piesātinājums ar dzelzs joniem ir tikai 30%.
Visus ar dzelzs joniem saistītos proteīnus var iedalīt četrās grupās:
- globīna hēms (mioglobīns, hemoglobīns);
- hēma enzīmi (citohromu oksidāzes, mieloperoksidāzes, ciklooksigenāzes u.c.);
- dzelzs sulfātu saturoši proteīni – ar oksidoreduktāzes aktivitāti – iesaistās enerģijas ražošanā vai DNS replikācijā un reparācijā;
- ne-hēma enzīmi, kad dzelzs tiek izmantots kā kofaktors – katalītiskās reakcijās.
Ar uzturu uzņemtās dzelzs uzsūkšanās notiek divpadsmitpirkstu zarnā. Diennaktī cirkulācijā uzsūcas 1–2 g dzelzs un aptuveni tikpat daudz tiek zaudēts. Zudumi rodas ne tikai asiņošanas dēļ, bet arī dabiski – ar epitēlija nolobīšanos.
Kuņģa un zarnu traktā uzsūcas tikai 10–30% no uzņemtā dzelzs daudzuma, tāpēc diētā ik dienu būtu nepieciešami 8–10 mg dzelzs (tas neattiecas uz anēmiju un tās ārstēšanu).
Tā kā dzelzs izdalīšanās ir niecīga, dzelzs vielmaiņa organismā ir stingri kontrolēta. Hepcidīns ir aknās sintezēts peptīdu hormons, un tam varētu būt galvenā loma dzelzs homeostāzē. Ja brīvās dzelzs plazmā ir pārāk daudz, tad hepcidīns bloķē ar uzturu uzņemtās dzelzs absorbciju un mazina tās biopieejamību. Vai arī otrādi: dzelzs deficīta apstākļos veicina dzelzs atbrīvošanos no proteīniem (piemēram, enterocītos, hepatocītos vai makrofāgos) un tās iepludināšanu plazmā.
Anēmijas apstākļos hepcidīna ekspresija ir minimāla. Interesanti, ka hepcidīna līmeni palielina iekaisums. Arī feritīna līmenis serumā paaugstinās iekaisuma laikā (tāpēc feritīnu dēvē par akūtās fāzes proteīnu), bet dzelzs līmenis serumā pazeminās – tā tiek iesaistīta intracelulāri. Iekaisuma gadījumā makroorganisma (tātad arī cilvēka) homeostāzi uzturošās sistēmas intensīvi ņem dzelzs jonus no mikroorganisma. Bez dzelzs joniem dzīvo šūnu (arī baktēriju) izdzīvošana nav iespējama, jo beidzas enerģijas ražošanas procesi. Domāju, ka par hepcidīnu un tā nozīmi imunitātes procesos mēs vēl lasīsim interesantas lietas!
Kad eritrocīti noveco, liesā tos aprij makrofāgi, un dzelzs joni praktiski nekur nepazūd.
Lielo dzelzs daudzumu cirkulējošos makrofāgos var uztvert arī kā dzelzs homeostāzes mehānismu: tā kā paaugstināts dzelzs līmenis izraisa toksiskas reakcijas, ceļojošie makrofāgi savu iespēju robežās savāc visu lieko.
DZELZS FUNKCIJAS
Skābekļa un ogļskābās gāzes transports un uzglabāšana
Protams, svarīgākā funkcija ir skābekļa (O2) un ogļskābās gāzes (CO2) transports un uzglabāšana. Skābeklis un ogļskābā gāze saistās pie eritrocītu hemoglobīna vai muskuļšūnu mioglobīna centrālā dzelzs atoma. Eritrocīti glabā aptuveni divas trešdaļas no organisma dzelzs krājumiem. Hemoglobīna uzdevums ir O2 transports no plaušām uz audiem, bet mioglobīna funkcija ir uzglabāt O2 īstermiņā muskuļaudos – muskuļu darba nodrošināšanai. Ir zināms arī vēl cits globīns – neiroglobīns –, kas atrodas centrālajā nervu sistēmā, bet tā funkcijas pilnībā nav apzinātas.
Elektronu pārnese
Ne mazāk būtiska dzelzs jonu funkcija ir elektronu transports. Tā ir dzelzs iesaistīšanās oksidēšanās/reducēšanās reakcijās, piemēram, antioksidatīvajos enzīmos. Elektronu pārneses funkcija sastopama ļoti daudzu enzīmu funkciju nodrošināšanai, tostarp citohromu P450 sistēmā (vielmaiņas produktu detoksikācijas procesos), karnitīna sintēzē (ATF jeb enerģijas ražošanā), triptofāna vielmaiņā, Krebsa cikla reakcijās, arī vairogdziedzera hormonu sintēzē. Starp citu, tā kā vairogdziedzerī hēma enzīms tiroīdperoksidāze katalizē tireoglobulīna jodizāciju, lai tālāk varētu veidoties vairogdziedzera hormoni, tad dzelzs deficīta apstākļos varētu rasties vairogdziedzera hormonu metabolisma traucējumi. Bet viens no anēmijas simptomiem varētu būt tā saucamais nemierīgo kāju sindroms, ko skaidro ar dopamīna sintēzes traucējumiem anēmijas dēļ.
Enerģijas ražošana tā saucamajā elpošanas ķēdē
Reakciju ķēde mitohondrijos, kad no glikozes vai taukskābēm tiek ražots ATF, nav iedomājama bez dzelzs jonu klātbūtnes.
Brīvo radikāļu veidošana
Neviennozīmīgi uztverama un diskusijas raisoša ir vēl kāda dzelzs funkcija – brīvo radikāļu veidošana jeb tā sauktā Fentona reakcija. Šai reakcija ir gan pozitīva, gan negatīva ietekme. Pozitīvā ir, piemēram, iesaistīšanās enzīmu reakcijās makrofāgos un neitrofilajos leikocītos, lai nodrošinātu baktericīdu iedarbību. Iespējamā negatīvi vērtējama ir pārlieka brīvo radikāļu rašanās jeb oksidatīvais stress.
Gēnu veseluma nodrošināšana
Dzelzs ir vistiešākā veidā saistīts ar gēnu veselumu. Enzīmi, kas sintezē un reparē DNS, ir atkarīgi no dzelzs jonu pietiekamības (DNS polimerāze un DNS helikāze ir dzelzs sulfātu saturošo proteīnu grupā, bet ribonukleotīdu reduktāze ir ne-hēma enzīms, kad dzelzs tiek izmantots kā kofaktors). Intracelulārā dzelzs deficīta apstākļos ir traucēta šūnu augšana un dalīšanās. Ir pierādīta hēma sintēzes inhibīcija krūts vēža ģenēzē.
Iesaiste imūnajās reakcijās
Interesanta ir teorija, ka dzelzs joni ir augšanas faktors baktērijām, tādēļ anēmija iekaisumu un infekciju gadījumos varētu būt viens no makroorganisma aizsargmehānismiem. Pietiekamam dzelzs līmenim ir arī būtiska nozīme T limfocītu diferenciācijā un proliferācijā. Turklāt spēja veidot skābekļa brīvos radikāļus (no dzelzs joniem atkarīgās reakcijās) ir aizsargmehānisms pret patogēniem.
FENTONA REAKCIJA
Fentona reakcija ir tā vērta, lai tai pievērstu nedaudz vairāk uzmanības. Šīs reakcijas dēļ tiek izdarīti vispārsteidzošākie secinājumi, top raksti par vitamīnu vai precīzāk – uztura bagātinātāju – kaitīgumu, par to, ka vitamīni izraisa vēzi.
Fentona reakcija ir dažu metālu, tostarp dzelzs jonu, spēja transportēt skābekļa jonus reakcijā ar ūdeņraža peroksīdu. Citiem vārdiem: daži metāli darbojas kā katalizatori un spēj radīt augsti reaktīvus ūdeņraža radikāļus. Praktiskā dzīvē šī reakcija tiek izmantota ūdens attīrīšanai. Dzelzs joniem nonākot saskarē ar peroksīdu (proporcija 1:25), reakcijā radušies hidroksilradikāļi reaģē ar piesārņojumu (piemēram, fenoliem, formaldehīdu, gumiju u. c.).
Fentona reakcija tiek uzskatīta par galveno brīvo radikāļu avotu bioloģiskās sistēmās, tātad arī cilvēka organismā.
Šī reakcija notiek skābā vidē, bet iekaisumā ir skāba reakcija. Ja vide ir sārmaina, dzelzs joni precipitē par dzelzs oksīdu un tas savukārt reaģē ar peroksīdu, nu jau radot skābekli.
Kateholamīniem (dopamīnam, adrenalīnam, noradrenalīnam) piemīt spēja saistīties tieši ar dzelzi (III) un veidot kompleksus (saistīšanās spēja atkarīga no pH). Šiem kompleksiem iesaistoties bioķīmiskās reakcijās, var rasties izmaiņas šūnu bioķīmijā. Tas ir mehānisms, kā stress (stresa hormoni) izraisa oksidatīvu stresu.
Novecošanās teoriju uzskaitījumā tiek minēta arī brīvo radikāļu teorija, pamatojot, ka radikāļu avots ir Fentona reakcija.
Tātad Fentona reakcija ir dabisks organismā noritošs bioķīmisks process, bet, kā vienmēr, svarīgs ir līdzsvars. Ja dzelzs līmenis ir normāls un antioksidantu līmenis organismā ir adekvāts, par toksiskajām izpausmēm nav jāuztraucas. Brīvo radikāļu līmeņa pieaugums gadījumos, kad ir pārāk augsts brīvās dzelzs līmenis, rodas tikai tad, ja nav proporcionāli pietiekams antioksidantu (C vitamīna) daudzums, kas spēj neitralizēt radušos brīvos radikāļus.
Jāatceras, ka 99% dzelzs ir saistītā veidā un tāda neiesaistās Fentona reakcijā. Runa varētu būt tikai par strauji uzņemtu dzelzi, kas vēl nav saistījusies ar proteīniem. Tāpēc ļoti pamatots ir ieteikums, pirmkārt, dzelzi bez vajadzības papildus nelietot un, otrkārt, dzelzi saturošus līdzekļus perorāli lietot kombinācijā ar C vitamīnu un citiem antioksidantu kompleksiem. Tas veicinās ne tikai dzelzs jonu labāku uzsūkšanos, bet arī palīdzēs novērst potenciālos toksiskos efektus. Intravenozas ievades gadījumā šai sakarā pamatota ir iespējami lēna dzelzs injekcija.
DZELZS UN UZTURS
Nav jāuztraucas par dzelzs uzņemšanu ar ikdienas uzturu. Ar uzturu dzelzi pārdozēt nav iespējams.
Fizioloģiskā koncentrācijā 99% dzelzs ir stabili saistīta ar proteīniem (transferīnu un feritīnu). Dzelzs paaugstināta līmeņa sekas visdrīzāk izpaudīsies tādu patoloģiju gadījumos, kas saistītas ar dzelzs deponēšanas traucējumiem (piemēram, hemohromatoze).
Dzelzs uzsūkšanās
Ir pierādīts, ka dzelzs uzsūkšanos veicina C vitamīns (pietiek ar 75 mg C vitamīna, vēlams kopā ar augu bioflavonoīdiem).
Dzelzs deficīts bieži kombinējas ar A vitamīna nepietiekamību, jo tā tiek traucēts dzelzs metabolisms. Anēmijas korekcijai iesaka lietot abus – dzelzi papildināt ar A vitamīna uzņemšanu. Pierādīts, ka anēmijas koriģēšana šādā kombinācijā noris ātrāk.
Uzsūkšanos traucē kalcija sāļi un šķiedrvielas. Nav ieteicams dzelzi lietot vienlaikus ar tēju un kafiju – tējas tanīni un kafijas polifenoli, tāpat kā labībā (arī sojas produktos) esošie fitīni, kavē dzelzs uzsūkšanos.
Dzelzs preparātu lietošana perorāli var izraisīt kuņģa un zarnu trakta kairinājumu, sliktu dūšu, vemšanu, caureju vai aizcietējumus. Šo iemeslu dēļ ne vienmēr pacientam izdosies dzelzi lietot tukšā dūša, kā tas būtu rekomendējams.
Medikamentu ietekme
Dažu medikamentu lietošana traucē dzelzs uzsūkšanos. Zāles, kas mazina kuņģa skābumu, piemēram, antacīdi, histamīna receptoru antagonisti un protonu sūkņa inhibitori, var pasliktināt dzelzs absorbciju.
Lietojot dzelzi saturošos līdzekļus, absorbcija un efektivitāte var mazināties, ja vienlaikus tiek lietoti levodopa, levotiroksīns, metildopa, hinoloni, tetraciklīni un bisfosfonāti. Lietojot šīs zāles un dzelzs preparātus, ieteicams ievērot vismaz divu stundu intervālu. Allopurinolu neiesaka lietot vienlaikus ar dzelzi saturošiem līdzekļiem.
Dzelzi saturošu uztura bagātinātāju lietošana
Cilvēkiem, kuriem nav anēmijas un nav anēmijas risku (vīrieši, sievietes menopauzē), dzelzi saturošus uztura bagātinātājus neiesaka lietot. To pamato ar faktu, ka ģenētiskas slimības hemohromatozes gadījumā saistībā ar dzelzs izvadīšanas traucējumiem novēro dzelzs deponēšanos dažādos audos, kas izraisa smagu klīniku, tostarp parkinsonismu, audzējus, metabolos traucējumus. Uzskata, ka hemohromatoze (dzelzs patoloģiska deponēšanās) ir sastopama daudz biežāk, nekā domājam, un ilgstoši var noritēt latenti. Turklāt gados vecākiem cilvēkiem biežāk nekā anēmiju novēro paaugstinātu dzelzs līmeni.
Dzelzi saturoši līdzekļi ir dažādi. Dažādos savienojumos ir atšķirīgs elementārās dzelzs daudzums. Dzelzs sulfāta heptahidrāts satur 20% dzelzs, savukārt dzelzs sulfāta monohidrāts – 33% elementārās dzelzs; dzelzs glikonātā ir 12%, bet dzelzs fumarātā – 33% elementārās dzelzs.
No oksidatīvā stresa mazināšanas viedokļa ieteicamāka ir trīsvērtīgās dzelzs perorāla lietošana vai dzelzs uzņemšana helāta formā.