Что мешает усвоению железа в организме цинк или медь
Железосодержащие продукты: что выбрать мясоеду и вегетарианцу
Железо. Этот химический элемент является самым распространенным на нашей планете. Конкуренцию ему составляет только водород и кислород. Это вещество жизненно необходимо для здоровья человека, так как железо составляет основу такой клетки крови как гемоглобин.
Функция железа – это перенос кислорода из легких по кровеносной системе ко всем органам и тканям организма. При недостатке этого микроэлемента страдает организм в целом.
Анемия. Симптоматика и причины развития патологии
Анемия — дефицит железа в крови.
Анемия – это дефицит железа в крови, снижение концентрации гемоглобина, снижение общего числа эритроцитов.
Эта патология не является самостоятельным заболеванием. Это следствие и симптом. Причины развития этой патологии различны:
Нормальные показатели гемоглобина в крови зависят от возраста, половой принадлежности и состояния пациента. Нормы гемоглобина для разных категорий:
Зачастую недостаток железа в крови протекает бессимптомно и человек узнает об этом состоянии только на плановом обследовании. Но при этом пациент может жаловаться на шум в ушах, повышенную утомляемость, нехватку воздуха, головные боли, отсутствие аппетита.
Для лечения этого синдрома используют железосодержащие препараты, больному рекомендуется диета с повышенным содержанием этого вещества.
Железо. Виды и нормы потребления
Нужно поддерживать уровень железа в организме.
Этот микроэлемент обязан входить в рацион любого человека. Но есть группа лиц, которые потребление железа должны держать на особом контроле:
Железо, которое усваивает организм человека, врачи разделяют на 2 большие группы:
Нормы потребления этого вещества разнятся в зависимости от возраста и пола:
Превышать эти нормы не рекомендуется, так как избыток микроэлемента также вреден, как и его недостаток. Максимально допустимая доза составляет 45 мг в сутки. При избытке железа наступает интоксикация, сопровождающаяся следующей симптоматикой:
Железосодержащие продукты питания
Рыба и морепродукты содержат много железа.
Считается, что максимальное количество железа содержат яблоки, гранатовый сок и печень. Так ли это? Рассмотрим основные группы продуктов, богатые железом:
Перечень продуктов богатых железом достаточно велик и разнообразен. При должном подходе легко сформировать сбалансированный рацион и любителям мясного, и вегетарианцам, не употребляющим мяса, и веганам, которые питаются исключительно растительной пищей, и людям с аллергией на те или иные продукты питания.
Продукты с гемовым и негемовым железом. Таблица
Говядина содержит в себе больше всего железа среди видов мяса.
Как насытить организм полезным микроэлементом? Составить меню поможет таблица продуктов с высоким содержанием железа.
Обратите внимание, что, если вы выбираете негемовое железо, то его усвоится всего от 2 до 10%, а гемового – все 35%. Количество железа, мг на 100 г:
Так что известные железосодержащие продукты – яблоко и гранат – на самом деле содержат крайне мало этого микроэлемента.
Лидирующие позиции занимает печень и различные сорта мяса.
Железо в пище. Что мешает усвоению микроэлемента
Избыток железа в организме не дает усваиваться другим микроэлементам.
Важно не только употреблять пищу, богатую железом, но и делать это правильно.
Так как существуют продукты-антагонисты, которые снижают усвояемость того или иного микроэлемента. Железо не является исключением. Продукты, способствующие слабому усвоению железа:
И наоборот, излишек этого микроэлемента в рационе не дает усваиваться кальцию, танинам, витамину Е. Поэтому питание должно быть сбалансированно, так как избыток одного вещества может привести к недостатку других жизненно важных элементов.
Как улучшить усвоение железа
Аскорбиновая кислота поможет усвоению железа в организме.
Для лечения анемии используют 2 метода – это прием специальных препаратов и употребление в пищу продуктов, содержащих железо.
Если пациент выбирает второй путь – коррекция при помощи изменения пищевых привычек – то следует подходить к проблеме комплексно.
В пищу желательно употреблять не просто продукты богатые железом, но и делать это правильно. Как улучшить усвоение микроэлемента? Врачи рекомендуют:
Серосодержащие продукты помогают усвоиться 70% микроэлемента из продуктов питания. Введите в рацион лук и чеснок.
Следите за своим рационом. Но при прогрессирующей анемии одной диетой выровнять показатели крови очень сложно. В итоге может добавиться проблема лишнего веса.
Первоначально следует выяснить причину недостатка железа, начать принимать препараты, содержащие железо. Но и проанализировать собственный рацион и употреблять в пищу продукты, богатые этим микроэлементом.
Какие бывают симптомы анемии и методы лечения расскажет видеоролик:
Для чего нужен цинк организму и в каких продуктах его много
Цинк – широко распространённый в природе микроэлемент. Он влияет на работу человеческого организма. Микроэлемент содержится в распространённых в повседневности продуктах, а также в лекарствах. Важно помнить о том, что нехватка и избыток этого вещества опасны для здоровья. В каких же продуктах много цинка?
Почему цинк так важен для организма
Цинк имеет для организма человека универсальное значение. Он делает внешность привлекательнее и укрепляет все функции организма. Следует расписать в подробностях его значение.
Этот элемент оказывает следующее воздействие:
Итак, рассматриваемый элемент незаменим при борьбе со старением, улучшении обмена веществ, иммунизации организма и других важных процессах.
Основные симптомы недостатка цинка
Можно выяснить по множеству признаков, что цинка в организме недостаточно. Стоит лишний раз посмотреть на состояние ногтей и волос, не стали ли они тоньше и не ломаются ли с первой попытки. При недостатке цинка человек всё время чувствует себя усталым, мало ест, теряет вес и страдает бессонницей. У него ухудшаются обоняние, вкус, теряется зрение и становится хуже кожа. Могут возникнуть такие заболевания глаз, как глаукома и катаракта.
Царапины и раны, которые заживают очень медленно, а также наличие язвочек — всё это говорит человеку о том, что его организм нуждается в увеличении количества цинка. Поскольку этот элемент является важной защитой от вируса, иммунитет при его недостатке значительно падает.
Итак, по внешнему виду человека можно определить, что в его организме содержится недостаточно цинка. Кожа, ногти и волосы становятся болезненными и старят внешность.
Особенности усваивания
Цинк взаимодействует с иными веществами по-разному. Есть вещества, ему дружественные, а есть вещества, ему враждебные. Цинк прекрасно сочетается с витаминами B6, C, Е и A. С ним «дружат» магний, фтор.
Мешают ему усваиваться некоторые вещества, имеющиеся в организме сверх меры. Это медь, кальций, олово, железо, фолиева кислота, свинец. Самые ярые враги – алкоголь, а также кофе или чай. Такие средства, как определённые стероиды или противозачаточные таблетки тоже враждуют с цинком. Клетчатка, которой питаются вегетарианцы, выводит цинк на восемьдесят процентов.
Но, если этого элемента слишком много, он сам мешает некоторым веществам усвоиться. Среди них медь, железо и витамин А. Итак, цинк обладает полезным воздействием при сбалансированном питании.
Суточная потребность цинка
Эту норму вывели ещё в 70-е годы.
Вообще дозировка назначается врачом. Цинк нужен в увеличенных порциях беременным женщинам, кормящим матерям, спортсменам. А вегетарианцы должны хотя бы принимать витамины, в которых он содержится.
Диета при низком уровне железа и ферритина
Железо и железное здоровье: какую роль микроэлемент играет в нашем организме
Железо входит в состав гемоглобина. В свою очередь, белок гемоглобин является строительным материалом для эритроцитов — красных кровяных клеток, которые переносят кислород от легких к органам, а на обратном пути избавляют их от углекислого газа. Собственно, этот процесс и называется клеточным дыханием. Без железа он невозможен. А поскольку каждая клетка нашего тела нуждается в кислороде, железо можно назвать одним из самых важных элементов.
На синтез гемоглобина уходит 60–70% всего поступающего в организм железа. Оставшиеся 30–40% депонируются в тканях и тратятся на решение других задач — на обменные процессы, регуляцию работы щитовидной железы, поддержание защитной системы организма и синтеза соединительной ткани.
Как видите, функции железа разнообразны и многочисленны, однако транспорт кислорода — самая главная из них.
Железо плохо усваивается даже при идеальном здоровье и правильном рационе — человеческий организм способен усвоить до 10% железа, поступающего с пищей.
Суточная потребность в железе у здоровых людей
Потребность в железе меняется в зависимости от возраста и состояния здоровья.
У младенцев до полугода потребность в железе невелика, так как они рождаются с изрядным запасом этого элемента. Новорожденным нужно только 0,27 мг железа в сутки. Детям от полугода до года требуется 11 мг, малышам от 1–3 лет — 7 мг, детям в возрасте 4–8 лет — 10 мг, 9–13 лет — 8 мг.
Подростки 14–18 лет должны получать 11–15 мг ежедневно, причем у девушек потребность в железе выше — это связано с ежемесячными кровопотерями во время менструаций.
Мужчинам требуется около 10 мг железа в сутки, женщинам — 15–18 мг. Во время беременности норма повышается до 25–35 мг, а при грудном вскармливании — до 25 мг.
Примерно после 50 лет норма содержания железа для мужчин и женщин становится одинаковой — около 10 мг в сутки.
Это усредненные цифры, однако в некоторых случаях потребность в железе может быть немного выше среднестатистической. Больше железа требуется спортсменам, а также людям, занятым тяжелым физическим трудом. Потребность в железе возрастает и во время восстановления после операций и травм (особенно если они сопровождались кровопотерей), инфекционных болезней, а также для тех, кто страдает постоянными кровотечениями (при геморрое, язве желудка, носовых кровотечениях, обильных менструациях и пр.).
Продукты с высоким содержанием железа
Наш организм не может синтезировать железо, он лишь перерабатывает этот элемент, извлекая его из отслуживших свое эритроцитов. «Свежее» железо поступает с едой. Однако даже если вы употребляете продукты, содержащие железо, это еще не значит, что вам его хватает. Все дело в том, что существует два вида железа.
Железо может быть гемовым (двухвалентным) и негемовым (трехвалентным). Первое содержится в продуктах животного происхождения и легко усваивается (примерно на 25%), второе входит в состав растений и усваивается всего на 8–10% максимум[3]. Именно поэтому веганы и вегетарианцы часто испытывают нехватку этого элемента, даже если едят продукты, богатые железом.
И все же именно правильная диета считается основным способом профилактики железодефицита. Железо в значимых дозах содержится в следующих продуктах:
Продукты животного происхождения:
Продукты растительного происхождения:
Несмотря на то, что содержание железа в некоторых растительных продуктах высоко, негемовая форма железа усваивается плохо. Потому тем, кто придерживается растительной диеты, важно проверять уровень железа и при необходимости принимать пищевые добавки, которые содержат этот элемент.
Лучше всего наш организм воспринимает железо, полученное из мяса (в среднем усваивается 20%), чуть хуже — из рыбы и морепродуктов (около 11%), бобовых (7%) и орехов (6%). Из фруктов, овощей и круп усваивается лишь 1-3% железа.
Для улучшения усвоения железа важно также получать в нужном количестве витамины и минералы, которые играют роль катализаторов и помогают этому элементу всасываться. К ним относятся:
Правила рационального питания
Чем больше разнообразных продуктов вы будете использовать в приготовлении пищи, тем меньше шансы заработать себе дефицит железа или какого-либо другого микроэлемента или витамина. Однако диета при нехватке железа содержит в себе и некоторые ограничения. Дело в том, что некоторые элементы могут ухудшать всасывание этого минерала. Это не значит, что от них нужно совсем отказываться. Но лучше не есть продукты, содержащие железо, одновременно с:
Если ваша задача — повысить содержание железа в крови, ешьте все вышеуказанные продукты только через 3–4 часа после продуктов с высоким содержанием железа. А вот от жирного и жареного, готовых масляных соусов, таких как майонез, острых специй и маринадов следует отказаться — все это раздражает слизистые оболочки ЖКТ и мешает железу усваиваться.
Пример рациона на сутки: «железный» день у меня сегодня…
Как составить меню, которое поможет справиться с железодефицитом? На самом деле это не сложно. Продукты, богатые железом и витаминами, необходимыми для его всасывания, не являются ни редкими, ни особенно дорогими. Вот пример «железного» рациона на один день:
Завтрак: 2 яйца всмятку или омлет, салат из свежей капусты, ломтик черного хлеба с маслом и твердым сыром, апельсиновый сок.:
Второй завтрак: творожный мусс с курагой и черносливом или овсянка с сухофруктами, отвар шиповника. :
Обед: куриный суп или борщ с грибами, тушеная печень с луком или запеченная индейка с овощным рагу, фруктовый салат и компот из сухофруктов. :
Ужин: паровые биточки из говядины или запеченная в фольге скумбрия, гороховое пюре или тушеная морковь, успокаивающий травяной чай.:
Такое меню не только богато железом, витаминами C, B9 и медью, оно еще и вполне подходит под определение диетического, содержит достаточное количество клетчатки и не повредит вашей фигуре.
Нормы потребления железа пациентами с анемией
Иногда анализы выявляют не просто нехватку железа, но более серьезную ситуацию — железодефицитную анемию. Обычно такое состояние развивается на фоне заболеваний ЖКТ, опухолевых процессов, глистных инвазий, постоянных кровотечений. Оно часто диагностируется у людей, переживших значительную кровопотерю во время травмы или операции.
Железодефицитную анемию диагностируют в том случае, если уровень гемоглобина падает до 100–70 г/л, а сывороточный ферритин понижается до 15 нг/мл.
При диагностированной железодефицитной анемии назначать себе лечение самостоятельно нельзя. Терапию подбирает врач. Возможно, он назначит поливитаминные комплексы и биодобавки с железом, а в самых тяжелых случаях он может выписать даже препараты железа — довольно сильные средства с многочисленными побочными эффектами. Принимать такие лекарства можно только под контролем лечащего врача.
Что мешает усвоению железа в организме цинк или медь
И.Ю. Торшин1, 3, О.А. Громова1, 2, Т.Р. Гришина1, 2, К.В. Рудаков3
1РСЦ Института микроэлементов ЮНЕСКО
2ГОУ ВПО Ивановская государственная медицинская академия Росздрава
3ВЦ РАН им. А.А. Дородницына, Москва
Введение
Цинк и железо – эссенциальные микроэлементы. Эссенциальными называются элементы, недостаточное поступление которых вызывает нарушения различных жизненных функций человека, включая репродукцию [1]. Включаясь в состав различных белков, макро- и микроэлементы образуют сложную иерархию управления гомеостазом. Очевидно, что физиологическое поступление микроэлементов с пищей и, соответственно, установление их физиологических концентраций является основополагающим условием здоровья человека. Наличие этой сложной иерархии с необходимостью предполагает многочисленные физиологические взаимодействия эссенциальных микроэлементов друг с другом.
Многочисленные эпидемиологические и клинические исследования указывают, что сочетанные дефициты цинка и железа встречаются достаточно часто в различных популяциях. Одним из возможных решений является использование сочетанной терапии препаратами цинка и железа. Однако результаты клинико-фармакологических испытаний препаратов и биологически активных добавок к пище, содержащих железо и цинк в одной фармацевтической форме, указывают на то, что железо уменьшает положительные эффекты цинка и наоборот 6. Подобное лекарственное взаимодействие является антагонистическим.
В отличие от физиологических взаимодействий, итогом лекарственного взаимодействия биологически активных веществ, таких как витамины, микроэлементы и лекарства, является изменение интенсивности конечного эффекта. Известны следующие варианты лекарственного взаимодействия веществ, в т. ч. цинка и железа: фармацевтическое – до введения в организм внутри самой лекарственной формы; фармакокинетическое – на различных стадиях фармакокинетики; фармакодинамическое – на этапе взаимодействия с рецепторами ([1], см. далее).
В случае многокомпонентных витаминно-минеральных препаратов различные типы взаимодействий между отдельными компонентами приобретают особое значение. Одними из самых известных примеров являются синергизм магния и пиридоксина или взаимодействия витаминов группы В [7]. В некоторых случаях такие взаимодействия могут приводить к эффектам, которые не были должным образом оценены при формулировке состава препаратов. Поэтому при проведении рационального дизайна элементсодержащих и витаминных препаратов следует учитывать не только фармакологические свойства отдельных компонентов, но также и их взаимодействия, антагонизм и синергизм. К сожалению, взаимодействиями типа «микроэлемент-микроэлемент», «микроэлемент-витамин» и «витамин-витамин» часто пренебрегают.
В настоящей статье проводится систематический анализ взаимодействий двух микроэлементов – цинка и железа. Оба микроэлемента являются эссенциальными и жизненно необходимы для поддержания широкого спектра физиологических процессов. Неорганические и органические соединения, содержащие как цинк, так и железо, часто одновременно включаются в состав витаминно-минеральных комплексов. В то же время анализ более 1 000 публикаций по молекулярной фармакологии и биохимии за последние 40 лет показал, что между этими элементами существуют значительные физиологические и лекарственные взаимодействия, как синергидные, так и конкурентные. После рассмотрения фундаментальных функций и фармакокинетики обоих микроэлементов будут разобраны все виды их взаимодействия. В настоящем анализе особый акцент делается на молекулярную фармакологию цинка и железа, которая анализируется методом функционального сцепления [8, 9].
Основные функции железа в организме
Тело человека содержит от 3 до 5 г железа. На гемоглобин приходится 75-80 % этого количества; 5-10 % – в составе миоглобина; 1 % – в дыхательных ферментах, катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях. Около 25 % всего железа депонировано преимущественно в печени и мышцах. Таким образом, основная масса железа приходится на гемоглобин эритроцитов, миоглобин мышц и на резервные белки – ферритин и гемосидерин. Около 1 % от всего железа содержится в железосодержащих ферментах и переносится кровью в виде трансферрина.
Биологические функции железа в целом заключаются в транспорте электронов, кислорода, обеспечении окислительно-восстановительных реакций и активации перекисного окисления, предварительно подготовленного ионами меди. Железо жизненно необходимо для нормального функционирования иммунной системы (Т-лимфоциты, фагоцитоз). Этот микроэлемент необходим для формирования костей и нервной системы, для работы желудочно-кишечного тракта, эндокринных желёз. Ион железа участвует в следующих биохимических процессах:
• транспорт электронов: цитохромов, железосеропротеидов;
• транспорт и депонирование кислорода с миоглобином и гемоглобином;
• формирование активных центров окислительно-восстановительных ферментов – оксидазы, гидроксилазы, СОД;
• транспорт и депонирование железа с трансферрином, ферритином, гемосидерином, лактоферрином;
• тиреопероксидаза, содержащая ион железа, принимает участие в синтезе гормонов щитовидной железы;
• миелопероксидаза, имеющая в своей молекуле этот же элемент, поддерживает иммунитет, осуществляя фагоцитоз и лизис микроорганизмов.
Фармакокинетика железа
Всасываемость железа в кишечнике взрослого человека составляет приблизительно 20 % от его содержания в обычном рационе. Железо абсорбируется почти полностью в двенадцатиперстной кишке (90-95 %) и только 5-10 % всасывается в начальных отделах тощей кишки. Чтобы быть абсорбированным, железо должно быть в двухвалентной форме, и фермент ферроредуктаза восстанавливает ионы Fe3+ до Fe2+. Интенсивность всасывания железа зависит от многих факторов, включая запасы железа в организме, интенсивность образования эритроцитов в костном мозге, концентрацию гемоглобина крови.
Всасыванию железа способствуют простые углеводы – лактоза, фруктоза, сорбит и аскорбиновая кислота. Аминокислоты – гистидин, лизин, цистеин – повышают биоусвоение этого элемента, образуя с ним хелатные комплексы. Усвоение железа снижается при воспалительном процессе, трансфузионной полицитемии, дефиците меди, никеля и избытке кальция. Пища в желудке может как увеличивать, так и уменьшать всасывание железа. Соли фитиновой кислоты, фитаты, содержащиеся в пресном тесте из муки цельного помола, в хлебных злаках и в тёмной овощной зелени, связывают ионы железа в желудке и препятствуют его всасыванию. Клетчатка и фосфаты затрудняют всасывание железа. Фосфобелки, содержащиеся в яйцах, уменьшают усвоение железа организмом. Также уменьшить способность к всасыванию железа может молоко, поскольку лактоферрин молока связывает свободное железо.
Кофе и чай могут уменьшить способность усваивать железо за счёт связывания полифенольными соединениями. Уменьшается поглощение железа при связывании с т. н. «пищевым консервантом» ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), которая, несмотря на то что является общеизвестным химическим реактивом-хелатором, также добавляется во многие продукты: газированные напитки, приправы, майонезы, соусы.
Неорганические формы железа, такие как гидроксид или хлорид, плохо усваиваются (биодоступность 3-5 %), биодоступность сульфата железа не превышает 15 %. Хотя биодоступность неорганических форм немного возрастает при глубоком дефиците, она не достигает намного более высокой биодоступности органических форм (сукцинат, фумарат, глюконат).
С учётом 10 % усвоения суточные нормы потребления железа составляют у мужчин 10 мг, у женщин 18 мг (у беременных – 20 мг, у кормящих грудью – 25 мг). Суточная норма железа для детей до 1 года составляет 4-10 мг, от 1 года до 3 лет – 5 мг, а с 4 лет – 8 мг.
Усваивание железа организмом не может рассматриваться в отрыве от других витаминов и микроэлементов. Дефицит витамина А уменьшает способность к усвоению Fe. Железо надо принимать вместе с антиоксидантами – витаминами С и Е. Аскорбиновая кислота, как и другие органические кислоты, повышает биодоступность железа, восстанавливая его в хелатных комплексах. Также железо необходимо для правильного метаболизма витаминов группы В. И наоборот, необходимо получать адекватное количество витаминов группы В – рибофлавина и пиридоксина в рационе, чтобы нормально усваивать и использовать железо.
Дефицит железа – одно из наиболее распространённых отклонений обмена элементов. У лиц, употребляющих преимущественно вегетерианские диеты, отмечается дефицит в организме и железа, и цинка, в связи с чем необходимо более тщательно контролировать уровень гемоглобина и цинка в крови у вегетарианцев.
Молекулярные механизмы гомеостаза железа
Железо в организме человека находится в двух физиологических состояниях: или в виде запасов в ретикулоэндотелиальной системе – печени, селезёнке, костном мозге, или в активном функциональном состоянии – в эритроцитах и в их предшественниках. Молекулярные механизмы транспорта и гомеостаза железа достаточно сложны. Так, в геноме человека найдено, по крайней мере, 27 генов отвечающих за транспорт и гомеостаз ионов железа. В целом в геноме человека существует не менее 230 генов, белки которых вовлечены в гомеостаз железа или необходимых для проявления биологических функций этого микроэлемента.
Гомеостаз железа включает десятки различных белков, каждый из которых имеет уникальную функцию, без выполнения которой происходят тяжёлые нарушения гомеостаза железа. Наиболее известны из всех белков трансферрин (ТФ) и ферритин (ФТ) – основные транспортные белки железа.
Трансферрин отличается высоким сродством к иону железа (рис. 1). Хотя количество железа, связанное с трансферрином, составляет около 0,1 % (4 мг) всего железа в организме, трансферрин доставляет железо тканям, имеющим специфические мембранные рецепторы (например, предшественники эритроцитов в костном мозге, клетки нервной системы). При утрате рецепторов клетка теряет способность утилизировать железо. В сутки у человека синтезируется и распадается около 10 мг трансферрина на один килограмм массы тела. Распад белка происходит в печени после его связывания специальными рецепторами гепатоцитов [1].
ТФ содержит тяжёлую (H) и лёгкую (L) цепи. Молекула трансферрина состоит из двух белковых субъединиц, каждая из которых связывает 1 ион железа. Когда молекула трансферрина, нагруженная двумя ионами железа, взаимодействует с трансферриновым рецептором на поверхности клетки (см. рис. 1), она транспортируется внутрь клетки в мембранном пузырьке (эндоцитоз). В ходе транспорта рН пузырька (везикулы) понижается особой разновидностью АТФаз, что приводит к высвобождению ионов железа внутри клетки. Перенос железа через трансферрин невозможен без АТФ и, таким образом, является энергозависимым, активным транспортом. Рецептор и молекула трансферрина высвобождаются и возвращаются на поверхность клетки для переноса новой порции ионов железа [10].
Железо, высвободившееся из трансферрина, связывается специфическим белком ферритином, который доставляет железо в митохондрии, где оно включается в состав гема с участием феррохелатазы. Ферритин осуществляет внутриклеточное хранение Fe. Этот белок образован из 24 субъединиц двух типов: тяжёлых (H) и лёгких (L) с молекулярными массами 22-24 и 20-22 кДа соответственно. Данные 24 субъединицы образуют полость, в которой может поместиться
4500 ионов Fe3+ (см. рис. 1в). Максимальная концентрация этого транспортёра определена в печени, селезёнке, костном мозге, преимущественно в эндотелиоцитах [1].
Ферритин образуется в клетках ретикулоэндотелиальной системы и состоит из белковой оболочки, апоферритина, содержащего железо в своем ядре в виде комплекса гидроокиси и фосфата железа. В плазме ферритина содержится 12-200 мкг/л; он состоит на 20-25 % из железа. В сыворотке крови находится 1 нг/мл, что эквивалентно 8 мг железа в организме. Включение железа в ферритин требует предварительного окисления из Fe2+ в Fe3+, что происходит преимущественно в желудке с помощью соляной кислоты желудочного сока. Для функционального дефицита железа характерен низкий процент (Трансферрин и ферритин – всего лишь две составные части намного более сложной системы гомеостаза железа. Вкратце, система гомеостаза железа функционирует следующим образом. Как было сказано выше, молекула трансферрина взаимодействует с трансферриновым рецептором, транспортируется внутрь клетки, ионы железа высвобождаются. Белок типа «HFE» (вариации гена HFE считаются одной из причин гемохроматоза) регулирует взаимодействие трансферрина с рецепторами. Часть ионов железа передается в цитоплазму транспортёром двухвалентных металлов (DMT1), где железо и оказывает свои биологические функции, встраиваясь в активные центры ферментов: остальное железо хранится в ферритиновых частицах и поступает в митохондрии по мере надобности. Транспорт железа, не связанного с трансферрином, осуществляется ионными каналами DMT1 и ZIP14 [10]. Железорегуляторные белки (IRP) представляют собой датчики цитоплазматических уровней железа и управляют экспрессией генов, кодирующих основные белки гомеостаза железа: ферритин, ферропортин, DMT1 и др.
Пептид гепцидин – один из недавно найденных центральных факторов регуляции железа. Гепцидин связывает гемопортин на мембранах энтероцитов, макрофагов и гепатоцитов. Комплекс гепцидин-гемопортин всасывается внутрь клетки, что приводит к сокращению экспорта железа и, следовательно, к более низкому уровню железа в плазме. Уровни гепцидина увеличиваются при перегрузке железом и уменьшаются с недостатком железа. Белки печени гемохроматоз (HFE), рецептор трансферрина 2 (TfR2), гемоювелин (HJV) и морфогенеза костей (BMP) необходимы как регуляторы синтеза гепцидина [11].
Основные функции цинка в организме
Соединения цинка находят широкое применение в медицине. Слабые растворы сульфата цинка угнетают размножение патогенных микроорганизмов и оказывают вяжущее, противовоспалительное, а также подсушивающее и иммуномодулирующее действие. Хлорид цинка применяется как вяжущее, прижигающее и антисептическое средство; оксид цинка используется в виде мазей, присыпок, как вяжущее, подсушивающее, адсорбирующее и антисептическое средство. Органические соли цинка (глюконат, пиколинат, аспарагинат и т. д.) в настоящее время назначаются в эндокринологии, иммунологии с целью коррекции иммунодефицитных состояний. Систематический приём цинка значительно уменьшает число случаев пневмонии и смертность [12]. Гиалуронат цинка применяется в качестве регенерирующего, ранозаживляющего, антибактериального средства.
Анализ генома человека показывает, что существует не менее 1 700 белков, так или иначе взаимодействующих с цинком [8]. Значительная часть этих белков – транскрипционные факторы типа «цинковый палец», необходимые для активации транскрипции многих тысяч генов. Например, все рецепторы стероидов содержат ДНК-взаимодействующий домен, который не может активироваться при отсутствии цинка в структуре рецептора.
Среди цинксодержащих белков также много ферментов. В настоящее время известно, что цинк необходим для функции нескольких сотен ферментов, которые участвуют в различных метаболических процессах, включая синтез и распад углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот и др. Следует отметить наиболее важные функции цинка:
• Метаболизм белков и углеводов.
• Влияние на рост и деление клеток. Цинк контролирует экспрессию генов в процессе клеточного цикла. В частности, цинк необходим для G2-фазы и индукции ДНК-полимеразы-α.
• Кислотный баланс крови.
• Участие в иммунитете. Цинк ответственен за созревание и дифференцировку Т-лимфоцитов по пути Т-хелперов первого или второго типа.
• Участие в реакциях антиоксидантной защиты. Цинк входит в состав супероксиддисмутазы. Кроме того, цинк активирует супероксиддисмутазы эритроцитов и цитозоля.
• Цинк необходим для метаболизма ретинола, который должен постоянно поступать в палочки сетчатки глаз для образования зрительного пигмента.
Фармакокинетика цинка
В организме человека содержится 1,5-2,5 г цинка, из них 90 % концентрируется в цинковом депо – скелетной мускулатуре (60 %) и в костях (30 %). Цинк – внутриклеточный металл и особенно концентрируется в печени, мышцах, предстательной и поджелудочной железе, глазном яблоке, гипофизе, гипоталамусе и обонятельных луковицах. Лишь 2 % этого элемента определяется в сыворотке, а в плазме – лишь 0,1 % всего цинка. Суточная потребность человека в цинке составляет 8-15 мг для взрослых (11 мг – мужчины; 8 мг – женщины; 15 мг при повышенных физических нагрузках) и 4-6 мг для детей.
Ключевым этапом усвоения цинка является тонкокишечная рециркуляция, заключающаяся в поддержании баланса между абсорбцией элемента и его эндогенной секрецией панкреатическими и интестинальными клетками. Всасывание цинка происходит в верхнем отделе кишечника, причём в двенадцатиперстной кишке поглощается 40-45 %, а в тощей и подвздошной – 15-21 %. В желудке и прямой кишке всасывается не более 2 % цинка.
В зависимости от лигандной формы цинка (пиколинат, оксид и др.) всасывается от 50 до 60 % от поступившего с пищей и водой цинка. Абсорбция увеличивается по мере снижения содержания элемента в пищевом рационе. Неорганические формы цинка имеют низкую биодоступность (менее 10 %), которая несколько возрастает при глубоком дефиците цинка. Интересно, что чечевица является хорошим источником и цинка, и железа с высокой биодоступностью: 100 г сухой чечевицы содержат суточные нормы обоих микроэлементов [13].
Улучшают всасывание цинка белок миозин, содержащийся в пище, глицин, глутаминовая кислота, цистеин, гистидин, лактоза, гонадотропин, глюкокортикостероиды, а также витамины А и В6. Дефицит витамина А сопровождается недостаточным синтезом транспортных белков, необходимых для всасывания и циркуляции цинка в организме. Ухудшают всасывание цинка воспалительные процессы в слизистых оболочках желудка и кишечника, фитиновая кислота, кальций, фосфаты, железо, медь, магний, марганец. Кадмий и свинец способны вытеснять цинк из организма. Выделение цинка осуществляется в основном с калом (в т. ч. с клетками слущивающегося эпителия), значительно меньше – с потом и мочой. Период полуэлиминации цинка составляет от 20 суток до 1 года [1].
Ведущими причинами дефицита цинка являются: алиментарная недостаточность (дефицит белка, вегетарианство); алкоголизм; нарушение всасывания других макро- и микроэлементов; болезни почек (протеинурия), кишечника, печени. Симптоматика дефицита цинка широка и включает разнообразные проявления, обусловленные, во многом, иммуномодулирующим воздействием цинка. Типичная симптоматика дефицита цинка включает: атопический дерматит; нарушения роста волос и ногтей; склонность к гнойничковым заболеваниям, угревой сыпи; склонность к анемии; снижение аппетита; гиперактивность; часто и длительно протекающие вирусно-бактериальные инфекции слизистых оболочек (носоглотки, бронхов, мочевых путей, кишечника); у мальчиков – замедленный рост (карликовость), дефицит массы.
Молекулярные механизмы гомеостаза цинка
Так как существует почти 2 000 белков, для которых цинк необходим (по некоторым оценкам, 3 000 [14]), то становится понятной вся сложность гомеостаза цинка. Парадоксально, но гомеостаз железа к настоящему времени изучен намного более подробно, чем гомеостаз цинка. В плазме примерно 18 % цинка связано с альфа-2-макроглобулином, 80 % – с альбумином и 2 % – с транспортными белками, такими как трансферрин, церулоплазмин и металлотионеины. Альфа-2-макроглобулин и альбумин осуществляют неспецифический транспорт ионов металлов, а трансферрин, церулоплазмин и металлотионеины – специфический транспорт.
Металлотионеины (МТ) являются плейотропными низкомолекулярными белками, богатыми цистеином. В настоящий момент у человека известны 4 класса МТ, насчитывающие 16 изоформ [15]. Металлотионеины имеют молекулярную массу до 6-7 кДа и способны связывать широкий спектр металлов, в т. ч. и токсичных (Pb, Cd), тем самым имея антиоксидантный эффект. Ионы металлов индуцируют экспрессию металлотионеинов в различных тканях (мозг, печень, миокард и т. д.). Интересно, что уровень транспортных белков для цинка максимален в молодом возрасте, а с возрастом содержание цинка в тканях сердца, печени и других жизненно важных органов резко уменьшается, снижая их функциональную активность.
Среди генов, экспрессия которых регулируется цинком, многие участвуют во внутриклеточной передаче сигнала (в частности, влияющие на иммунный ответ), в ответе на окислительный стресс и энергетическом метаболизме.
Транспортёры цинка (ZnT) регулируют уровни этого микроэлемента внутри клеток. Экспрессия ZnT-1 и ZnT-2 регулируется диетарным цинком во многих органах, включая тонкий кишечник и почки. Экспрессия ZnT-1, ZnT-2 и ZnT-4 резко меняется во время беременности и кормления грудью и уменьшается практически до нуля. Увеличение уровней ZnT-1 и ZnT-2 диетарным цинком подразумевает, что эти транспортёры вовлечены в усвоение и хранение цинка для последующего системного использования. ZnT-2 наиболее чувствителен к регулированию диетарным цинком, ZnT-4 наименее чувствителен [16].
Физиологическое взаимодействие цинка и железа
Как было отмечено ранее, в организме человека существует не менее 1 700 белков, взаимодействующих с цинком, и более 200 белков – с железом. Как цинк-, так и железосодержащие белки работают во всех физиологических системах организма и взаимодействуют на разных уровнях иерархии управления гомеостазом. На наш взгляд, наиболее фундаментальным представляется физиологическое взаимодействие на уровне дыхательной системы (обмен O2/CO2) и регуляции pH крови.
Общеизвестно, что железо входит в состав гемоглобина – основного транспортного белка кислорода. Гемоглобин (от др.-греч. aima – кровь и лат. globus – шар), основной белок эритроцитов, обратимо связывается с кислородом в капиллярах лёгких (рис. 2). Током крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются ко всем органам и тканям, где кислорода мало, здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается из связи с гемоглобином. Эритроциты также переносят углекислый газ и выделяют его в капиллярах лёгких одновременно с забором кислорода.
В гемоглобине простетической группой выступает гем. Гем представляет собой комплекс протопорфирина IX с ионом железа (II). Связываемая гемоглобином молекула кислорода координируется к железу и оказывается заключённой между ионом железа и аминокислотными остатками гемоглобина. Так как гемоглобин является тетрамером (т. е. состоит из четырёх субъединиц), всего в гемоглобине четыре участка связывания кислорода.
То, что эритроциты переносят кислород посредством гемоглобина – факт, хорошо известный более 70 лет. Известно также, что именно эритроциты способствуют удалению углекислого газа из организма. О том, что для этого процесса абсолютно необходим цинк, намного менее известно. Дело в том, что большая часть цинка крови содержится в эритроцитах в составе цинковых металлоферментов – карбоновых ангидраз (прежде всего карбоангидразы I). Карбоангидразы – ферменты, взаимопревращающие угольную кислоту и углекислый газ: H2CO3↔CO2↑ + H2O. Угольная кислота является как депо углекислоты, выделяющейся при клеточном дыхании, так и основным компонентом карбонатного буфера, поддерживающего pH крови в физиологическом диапазоне (pH 7,25-7,35). Существует по меньшей мере 15 типов карбоaнгидраз, выполняющих различные функции в организме и принимающих важнейшее участие в поддержании функций почек, мозга и других систем организма [8].
Таким образом, с физиологической точки зрения, железо и цинк участвуют в двух комплементарных процессах дыхания: транспорте кислорода и элиминации углекислоты. При недостатке любого из микроэлементов нарушается баланс O2/CO2. Так как цинк также способствует поддержанию кислотности крови на должном уровне, недостаток цинка будет способствовать сдвигу pH крови в сторону ацидоза.
Лекарственные взаимодействия железа и цинка
Как показывают приведённые выше данные по биологической роли железа и цинка, и гомеостаз цинка, и гомеостаз железа – крайне сложные явления, взаимодействия которых могут происходить на многих уровнях. Поэтому представляется целесообразным последовательно рассмотреть все известные разновидности лекарственного взаимодействия, как то: фармацевтическое, фармакокинетическое и фармакодинамическое взаимодействия с учётом всей вышеприведённой информации касательно обмена железа и цинка.
Фармацевтическое взаимодействие
Фармацевтическое взаимодействие веществ подразумевает протекание химической реакции (например, реакция между щелочами и кислотами, окислительно-восстановительные реакции, воздействие УФО и др.) между компонентами лекарства до поступления в организм. Как известно из основ химии железа и цинка [17], в обычных условиях жизнедеятельности человека химическое взаимодействие между ними в принципе невозможно, так как оба эти элемента представлены катионами, не образуют окислительно-восстановительную пару и, в общем случае, не могут образовывать нерастворимый осадок.
Возможны, однако, взаимодействия между некоторыми конкретными соединениями цинка и железа. Например, совмещение в одном препарате субстанций карбоната цинка и любой водорастворимой соли железа (сульфата, нитрата, фумарата) приведёт к выпадению осадка из карбоната и гидроксида железа при попадании воды в лекарственную форму (уравнение реакции типа FeSO4 + ZnCO3 = FeCO3↓ + ZnSO4). Следует избегать совместного применения любых карбонатов (карбоната цинка, карбоната кальция и др.) и любых форм железа. Это правило хорошо известно в фармацевтике и обязательно учитывается в технологии изготовления лекарств.
Фармакокинетическое взаимодействие
При фармакокинетическом взаимодействии веществ меняется активная часть препарата, воздействующая на специфические рецепторы органов и тканей. Превращения ионов металлов невозможны. На фармакокинетику и железа, и цинка в значительной степени влияют взаимодействия обоих ионов с транспортными и прочими белками, рассмотренные далее.
Роль соотношений Zn : Fe при поступлении в организм. Экспериментальные и клинические исследования фармакокинетики железа и цинка при совместном применении показывают, что ингибирование цинком всасывания железа зависит от их соотношения. При молярном соотношении Fe : Zn ниже 2 : 1 у нормальных крыс никакого существенного влияния железа на цинк не наблюдалось. При более высоких соотношениях усвоение цинка значительно уменьшилось (р В исследовании на 22 добровольцах каждый получал 0,5 мг препарата железа с различным соотношением цинка. Никакого существенного влияния цинка на всасывание железа не было выявлено при молярных соотношениях Zn : Fe менее 2 : 1 [19, 20]. При соотношениях 5 : 1, 10 : 1 и 20 : 1 наблюдалось 28-40 % торможение поглощения железа (p = 0,02) [18, 19]. В других исследованиях при соотношениях 1 : 1 наблюдалось самое слабое торможение всасывания и железа, и цинка [3, 21]. Эти и другие клинические исследования показали, что высокие концентрации железа могут ингибировать абсорбцию цинка и наоборот. Краткое описание этих исследований приведено в таблице. Таким образом, при создании комплексов, включающих цинк и железо, следует стремиться к молярному соотношению цинка к железу 1 : 1.
Условия поступления цинка и железа: роль жидкости и твёрдой пищи. Как показывает совместный анализ результатов этих исследований, угнетающее воздействие железа на всасывание цинка наблюдалось в основном только при приёме обоих минералов в жидкой фазе. В случае приёма минералов с едой угнетения всасывания цинка практически не наблюдалось. Используя критерий χ2 для данных в таблице, нетрудно сосчитать, что этот результат был статистически значимым с высокой достоверностью (О.Ш. – 52, 95 % ДИ 5-570; p В инструкциях по применению большинства витаминно-минеральных комплексов, включающих одновременно и цинк, и железо, рекомендуется запивать таблетку/драже водой или другой жидкостью. Как показывают данные исследований (таблица), выполнение этой рекомендации создаёт условия для антагонизма между цинком и железом на уровне всасывания в ЖКТ.
Фармакодинамическое взаимодействие цинка и железа
Фармакодинамическое взаимодействие цинка и железа имеет два аспекта: синергидный и конкурентный (антагонистический). Вряд ли можно отрицать существование синергизма между цинком и железом. Помимо упомянутого ранее физиологического взаимодействия, анализ функциональной взаимосвязи цинка и железа, проведённый нами по авторской методике [8, 9], в геноме человека показал, что существует, по крайней мере, 230 генов, белки которых вовлечены в гомеостаз железа. Из этого числа более 10 генов кодируют белки, которые могут выполнять свою биологическую функцию только при адекватных уровнях и цинка, и железа. Ряд этих белков необходим для регулирования кислородного баланса, и они активируются при гипоксии. Известно, что совместное применение препаратов железа и цинка существенно улучшает показатели крови [27, 28].
Особый интерес представляет синергизм между железом и цинком, обеспечивающий реакцию клеток на гипоксию. Эглнин-1 (известен также как пролилгидроксилаза 2 фактора гипоксии) является сенсором кислорода в клетке. При связывании одной молекулы кислорода эглнин включает гидроксилирование пролиновых остатков фактора гипоксии (HIF-1), помечая этот белок для убиквитинзависимой деградации, модулируя, тем самым, реакцию на гипоксию [29]. Эглнин связывает 1 ион железа Fe2+ в активном центре и ион цинка специальным регулирующим участком белка (т. н. «MYND-доменом») для модуляции активности эглнина.
Гистон-деметилаза J1A является одним из белков, активируемых фактором гипоксии при недостатке кислорода. Этот фермент удаляет метильную группу на осадке лизин-9 гистона Н3. Гистоны – белки, стабилизирующие структуру ДНК [30]. Деметилирование гистонов приводит к разрыхлению упаковки ДНК и облегчает доступ рецепторов к ДНК, тем самым поддерживая более оперативную реакцию клетки на гипоксию. Известно, что и цинк, и железо необходимы для функции этого белка [31].
Митохондриальная пептидаза (ген MIPEP) отрезает N-концевые пептиды, что необходимо для созревания аминокислотных последовательностей белков, импортируемых в митохондрии. Пространственная структура фермента показана на рис. 3. Ион цинка является частью активного центра фермента. Этот фермент активируется ионами магния, кальция и марганца. Этот цинкзависимый фермент является регулятором уровней железа: фермент промотирует забор железа митохондриями, вызывая созревание транспортных белков железа и, в то же время, активность фермента падает при избытке железа [32].
Ферменты NO-синтетазы необходимы для синтеза одной из важных сигнальных молекул: оксида азота. Оксид азота II (NO, в химии известен как «окись азота») является нейромедиатором и вазодилататором. Окись азота синтезируется NO-синтетазами из аргинина по реакции L-аргинин + НАДФ + H+ + O2 = цитруллин + окись азота + НАДФ+. Ион железа является частью каталитического центра в составе гема, а ион цинка необходим для стабилизации пространственной структуры фермента [33].
Несмотря на очевидность синергидного эффекта, существует также и конкурентное взаимодействие цинка и железа. Ионы микроэлементов могут менять носители (связываться с определёнными белками, например) и вызывать другие изменения в организме, изменяющие абсорбцию. Исторически считалось, что за взаимодействие и цинка, и железа могут отвечать транспортёры типа DMT1 (см. ранее) [2]. Однако более детальные исследования показали, что DMT1 представляет собой скорее транспорт железа, чем цинка [34]. Более вероятным кандидатом на молекулярный механизм взаимодействия железа и цинка является транспортёр типа ZIP14, вовлечённый в транспорт железа, не связанного с трансферрином, и также в транспорт цинка (рис. 4). В энтероцитах и других клетках, снабжённых белком ZIP14, транспорт посредством ZIP14 происходит, по всей видимости, под воздействием АТФ [10], т. е. является активным транспортом. Следует также принимать во внимание, что 60 % цинка в плазме неспецифически связываются с альбумином, в то время как около 10 % цинка переносятся самим трансферрином. Поэтому избыток железа может тормозить абсорбцию цинка и наоборот [35].
Сформулированная выше гипотеза о возникновении антагонизма между цинком и железом как следствие конкуренции за транспортные рецепторы подтверждается приведёнными выше результатами экспериментальных и клинических исследований (исследования [3, 4, 21-25] и др.). Эти исследования показали, что только при высоких молярных соотношениях наблюдаются эффекты взаимодействия. Если бы взаимодействие было опосредованно через изменения уровней транскрипии, оно было бы уже заметным при молярных соотношениях порядка 1 : 1. Рассмотренные ранее механизмы взаимодействий между железом и цинком суммированы на рис. 5.
Заключение
Взаимодействие цинка и железа – это сложный, многосторонний, быстро меняющийся во времени процесс, зависящий от множества факторов, характера пищи, фазы пищеварения, состояния пищеварительной системы, пропорции поступления этих элементов с пищей или в составе препаратов, а также от химической природы соединений – источников этих элементов. Зачастую в клинической практике встречается сочетанный дефицит железа и цинка, что приводит к необходимости совместного назначения цинк- и железосодержащих препаратов.
В настоящей работе были подробно рассмотрены все этапы взаимодействия цинка и железа. Имеющиеся данные позволяют утверждать, что между цинком и железом имеется как несомненный физиологический и фармакодинамический синергизм, так и определённый антагонизм. При одновременном поступлении в организм в жидкой среде цинк и железо конкурируют за транспортные белки. Взаимодействуя с белками-переносчиками цинка, железо замедляет всасывание цинка. И наоборот, взаимодействуя с белками-переносчиками железа (прежде всего с трансферрином), цинк тоже замедляет всасывание железа через конкурентное замещение. Степень проявления антагонизма зависит от соотношения цинка и железа в принимаемом препарате и также от консистенции (при приёме минералов с твёрдой пищей угнетение всасывания цинка сведено к минимуму). Результаты проведённого анализа позволяют внести ряд рекомендаций по созданию витаминно-минеральных комплексов с целью избежания антагонизма цинк-железо.
Для предотвращения конкуренции между цинком и железом следует соблюдать следующие важные правила:
1. Одновременный приём приведёт к минимальному антагонизму, если соотношение Fe : Zn не превышает 1 : 1.
2. При раздельном приёме конкуренция между цинком и железом за транспортные белки исключается, биодоступность элементов несколько повышается.
3. При совместном приёме минералов следует избегать приёма с жидкостью, а принимать препарат во время еды.
Эти правила, конечно же, относятся к восполнению физиологических суточных потребностей в железе и цинке. В случаях более глубокого дефицита пропорции Fe : Zn должны прописываться врачом индивидуально по результатам обследования. Таким образом, с точки зрения биоусвояемости наиболее оптимальным является приём железа и цинка в разное время в течение суток, что позволяет рекомендовать приём витаминно-минеральных препаратов, разработанных с учётом взаимодействия между железом и цинком [1, 2].