Gvožđe

(Fe, Fe2+, Fe3+, lat. Ferrum)

Iako gvožđa ima relativno mnogo u zemljinoj kori u organizmu čoveka, teškog 70 kilograma nalazi se svega 3-4 grama gvožđa. Oko dve trećine se nalazi u krvi.

Terapeutska primena gvožđa datira još od pre nekoliko hiljada godina. Egipćani su prepisivali gvožđe kao kuru protiv ćelavosti, dok su Grci preporučivali gvožđe kao dodatak vinu jer povećava potenciju muškaraca.

Biološka uloga

Eritrociti sadrže protein koji se naziva hemoglobin. Svaki hemoglobin vezuje četiri atoma gvožđa. Gvožđe u hemoglobinu vezuje kiseonik kada prolazi kroz krvne sudove pluća i oslobađa ga u tkivima. Nakon što otpusti kiseonik gvožđe iz hemoglobina vezuje ugljen dioksid, nus-proizvod disanja, vraća ga u pluća i oslobađa u spoljašnju sredinu. Eritrociti i gvožđe koje se u njima nalazi se obnavlja svakih 120 dana. Drugi moleku proteina koji u svojoj strukturi sadrži gvožđe je mioglobin koji prenosi kiseonik do mišića i stoga je esencijalan za ćelijsku aktivnost u svim tkivima.

Mnogi enzimi koji su uključeni u metaboličke procese takođe sadrže gvožđe. Neophodno je za ćelijsku deobu, ćelijski rast i za sintezu molekula DNK. Takođe je neophodan u metabolizmu proteina.

Gvožđe igra važnu ulogu u prenosu kiseonika u citohromima, molekulima koji učestvuju u proizvodnji energije.

Tiroidni hormoni, koji regulišu metaboličke procese uključuju gvožđe u svojim strukturama. Gvožđe je uključeno u stvaranju vezivnog tkiva nekoliko neurotransmitera u mozgu.

Važna uloga gvožđa je i u jačanju imunog sistema.

Gvožđe ima veliku ulogu u prenosu kiseonika pomoću hemoglobina. Kod neutralnog pH su fero (Fe2+) i feri (Fe3+) gvožđe praktično nerastvorljivi u vodi i zato su potrebni specijalni sistemi za prenos gvožđa i umetanje ovih jona u njihova funkcionalna jedinjenja.

Metabolizam

Gvožđe se u hrani uglavnom nalazi u feri obliku (Fe3+) i čvrsto je vezano u organske molekule. U želucu, gde je pH niži od 4, Fe3+ može disosovati i reagovati sa niskomolekulskim jedinjenjima kao što su fruktoza, askorbinska kiselina, limunska kiselina i aminokiseline sa kojima stvara komplekse koji omogućavaju da Fe3+ ostane rastvorljivo kod neutralnog pH kao što je u tankom crevu. Gvožđe ne izlazi iz hema u želucu, nego kao takvo prelazi u tanko crevo.

Kod zdravih osoba se iz hrane apsorbuje svega 5-10% gvožđa. U detinjstvu je apsorpcija najveća, a smanjuje se sa godinama. U hrani životinjskog porekla gvožđe je prisutno u formi organskog hem-gvožđa, dok se u biljnim namirnicama nalazi u obliku neorganskog nehem gvožđa. Ove dve vrste govžđa se resorbuju na različite načine. Iz hrane se može usvojito oko 20-30% hem gvožđa, za razliku od 2-5% nehem gvožđa. Ukoliko se hranom unosi i vitamin C onda se procenat usvojenog nehem gvožđa povećava na oko 50%. Vitamin A i beta karoten takođe mogu povećati usvajanje nehem gvožđa.

Gvožđe mora biti u fero obliku da bi moglo da se resorbuje, a hlorovodonična kiselina koja se nalazi u želudcu prevodi feri oblik gvožđa u fero. Resorpcija gvožđa je spor proces koji traje od 2 do 4 časa. Ukoliko je u organizmu nivo gvožđa nizak onda se povećava njegova resorpcija. U tom slučaju se može nivo resorpcije povećati za 10 do 20%.

Različiti faktori utiču na resorpciju gvožđa, a količina gvožđa koja će se usvojiti iz hrane zavisi od međusobnih interakacija ovih faktora. Šećeri i aminokiseline mogu povećari resorpciju, dok cink, oksalati i zeleno povrće, kao što su spanać, tanini iz čaja i kafe mogu smanjiti resorpciju gvožđa. Fitati i nepolirane žitarice mogu smanjiti resorpciju mada u prisustvu mesa i vitamina C može doći do suprotnog efekta. Proteini mleka, albumin i proteini soje mogu takođe smanjiti resorpciju.

Normalni dnevni gubitak gvožđa iz organizma iznosi svega do 1 mg/dan. Žene gube gvožđe i u menstrualnoj krvi. Prema tome jedini način kojim se reguliše ukupna količina gvožđa u organizmu je resorpcija gvožđa. Kada je stanje normalno putem hrane se svaki dan dobije oko 10-20 mg gvožđa. Međutim u organizmu se resorbuje manje od 10%. Znači u normalnim uslovima se iz hrane resorbuje veoma malo gvožđa, a količine koje se izlučuju u urinu su minimalne. Istovremeno se veliki deo ukupnog gvožđa u telu neprekidno preraspoređuje u razne delove tela pomoću nekoliko metaboličkih krugova. Najveće potrebe za gvožđem su u detinjstvu i pubertetu. Deca u tim stupnjevima razvoja resorbuju veći procenat gvožđa iz hrane nego odrasli. Nedostatak gvožđa u detinjstvu i pubertetu, kao i kod žena sa menstruacijama, može se pripisati nedostatku gvožđa u hrani. Ako se nedostatak javi kod odraslih obično se može pripisati znatnom krvarenju.

Broj crvenih krvnih zrnaca raste u trudnoći pa zato organizam majke koristi veće količine gvožđa, koje se moraju neprestano obnavljati.

Resorpcija gvožđa

Ćelije sluznice tankog creva resorbuju gvožđe vezano za hem. Zatim se hem u ćelijama razgradi i oslobađa se gvožđe. Gvožđe koje nije u hemu resorbuje se u fero obliku (Fe2+). Fe2+ se resorbuje u ćelijama duodenuma i proksimalnom jejunumu i tu se brzo oksidiše u Fe3+. Feri jon se vezuje za molekul intracelularnog nosača. Unutar ćelije ovaj molekul nosača predaje Fe3+ mitohondrijama, a zatim se, zavisno od stanja metabolizma gvožđa predaje u specifičnim proporcijama apoferitinu ili apotransferinu.

Obzirom da je gvožđe hemijski veoma aktivno moglo bi izazvati oštećenja proteina i masti u ćelijskim membranama. Ono se zato u organizmu vezuje za proteine ćime se smanjuje njegov toksični efekat.

Apoferitin (Mr = 500 kDa) je molekul koji se sastoji od 24 identične podjedinice, koje imaju molekulsku težinu oko 18 kDa. Jedan molekul apoferitina može vezati oko 4300 atoma gvožđa pri čemu nastaje feritin, koji je primarni protein za čuvanje gvožđa.

Apotransferin (Mr = 90 kDa) može vezati dva atoma gvožđa i u tom obliku su naziva transferin. Transferin je pravi nosač gvožđa i u plazmi je jedan od β-globulina. Kapacitet transferina u pogledu vezivanja gvožđa normalno je zasićen 20-33% gvožđem.

U normalnim uslovima, kada se kod odraslih dnevno resorbuje oko 1 mg gvožđa, intracelularni nosač gvožđa u ćeliji sluznice skoro je potpuno zasićen. On predaje znatne količne gvožđa apoferitinu iz kojeg nastaje feritin i prenosi uobičajene količine gvožđa mitohondrijama. Ostatak se prenosi kroz seroznu stranu ćelije apotransferinu.

U slučaju nedostatka gvožđa kapacitet intracelularnog nosača gvožđa se povećava i više će se gvožđa resorbovati ukoliko ga ima na raspolaganju u hrani. Mitohondrije će ponovo dobiti uobičajenu količinu gvožđa, ali se u ćeliji neće stvoriti feritin, pa će najveći deo gvožđa biti predan apotransferinu u plazmi.

Kada postoji preopterećenje gvožđem kapacitet intracelularnog nosača gvožđa se jednostavno smanji i zasiti. U ćeliji sluznice se stvore znatne količine feritina i manje gvožđa se predaje već skoro potpuno zasićenom apotransferinu. Gvožđe koje se nalazi u feritinu u ćelijama sluznice gubi se ljuštenjem tih ćelija. Intracelularni transfer gvožđa u mukozi može biti donekle regulisan. Zna se da hormon eritropoetin može nekim nepoznatim mehanizmom ubrzati transfer mukoznog gvožđa na transferin u plazmi.

Predaja gvožđa smeštenog u feritinu (kao Fe3+) u plazmi uključuje redukciju u Fe2+ da bi se ovaj mogao osloboditi iz feritina. Zatim se Fe2+ ponovo oksiduje u Fe3+ da bi mogao biti vezan u transferinu.

Transport gvožđa

Gvožđe se transportuje u mesta za čuvanje u koštanoj srži i donekle u jetri u obliku Fe3+ vezanom za transferin koji se nalazi u plazmi. Na mestima gde se čuva gvožde (Fe3+) se opet predaje apoferitinu u stabilnom ali izmenjenom i za čuvanje sposobnom obliku. Feritin u retikuloendotelnom sistemu pogodan je oblik za čuvanje gvožđa. Feritin se međutim može denaturisati gubljenjem apoferitinskih podjedinica i zatim se može agregirati u micele hemosiderina. Hemosiderin ima više gvožđa nego feritin i ima mikroskopski vidljive čestice. Hemosiderin se obično može naći u slučajevima preopterećenja gvožđem, kada je sinteza apoferitina i njegovo zasićenje gvožđem maksimalno. Gvožđe iz hemosiderina može poslužiti za sintezu hemoglobina, ali je mobilizacija gvožđa iz hemosiderina mnogo sporija nego iz feritina. Količina gvožđa u transferinu plazme je u ravnoteži sa gvožđem u sačuvanim oblicima u gastrointestinalnom traktu i retikuloendotelijalnom sistemu.

U plazmi nema feritina, ali ima apoferitina i ovaj izgleda da govori o tome kolika je količina sačuvanog gvožđa u retikuloendotelijalnom sistemu. U nastajanju feritina iz apoferitina prvo se veže Fe2+ na unutrašnju površinu ljuske apoferitina. Apoferitin sada deluje kao ferooksidaza i oksiduje Fe2+ u Fe3+ koji se onda čvrsto vezuje za feritin. Da bi se oslobodio iz feritina gvožđe mora biti redukovano, tj. Fe3+ mora preći u Fe2+.

Jedan urođeni poremećaj u regulaciji resorpcije gvožda sluznicom dovodi do sindroma preopterećenja gvožđem nazvanim hemokromatoza. U toj bolesti, koja zahvata nekoliko organskih sistema, resorbuje se dnevno 2 do 3 mg iz gastrointestinalnog trakta, a ne kao što je normalno oko 1 mg. Kod muškaraca će to za 20-30 godina dovesti do toga da će se u organizmu nagomilati 20-30 g gvožđa, tj. mnogo više od normalnih 3-4 g. Nagomilano gvožđe se čuva u hemosiderinu odloženom u jetri, pankreasu, koži i zglobovima, a to će dovesti do oboljenja.

Kada je ukupna količina sačuvanog gvožđa povećana i imamo odložen hemosiderin tada kažemo da postoji hemosideroza. To može nastati kako zbog povećanog unosa gvožđa putem hrane, tako i zbog povećanog raspada eritrocita i povećane resorpcije gvožđa što prati eritropoezu, koja je u tom slučaju kompenzacijska reakcija. Kada depoziti hemosiderina počnu remetiti normalnu funkciju ćelija i organa, onda govorimo o hemokromatozi.

Prirodni izvori

Meso organa, leguminoze i školjke bogati su izvori gvožđa. Gvožđe se u hrani uglavnom nalazi u feri obliku (Fe3+) i čvrsto je vezano za organske molekule.

Dobrim izvorima gvožđa se smatraju i jetra, meso, pasulj, orah, sušeno voće, živinsko meso, riba, aronija. Kuvanjem namirnica u gvozdenim posudama može se povećati količina gvožđa u hrani i do 20%, ali gvožđe se u ovom obliku teško usvaja. Što se duže hrana kuva u takvom posuđu više se gvožđa ugradi u hranu. Zamenom gvozdenih posuda sa aluminijumskim, od nerđajućeg čelika i plastičnim, smanjio se unos gvožđa u organizam.

Osobe koje u svojoj ishrani ne koriste crveno meso, koje je najbolji izvor gvožđa za organizam moraju u svojoj ishrani da povećaju sadržaj biljnih namirnica sa tamno-zelenim listovima, pasulja i nepoliranih žitarica. Vegetarijanska dijeta bi morala da sadrži i veću količinu vitamina C koja pomaže u resorpciji gvožđa.

Poremećaji

Nedostatak

Nedostatak gvožđa u organizmu je jedan od najčešćih nutritivnih poremećaja u razvijenom svetu. Nedostatak gvožđa i anemija koja nastaje zbog nedostatka gvožđa su i dalje česti kod devojaka u adolescenciji i kod trudnica.

Deca ispod dve godine starosti su u opasnosti od nedostatka gvožđa zbog njihovog brzog rasta, malih rezervi gvožđa i niskog sadržaja gvožđa u mleku.

Osobe u pubertetu (pre svega devojke zbog menstrualnog ciklusa) takođe mogu imati poremećaj nedostatka gvožđa, zatim žene u periodu menstruacije, trudnoće i laktacije. Nedostatak gvožđa se može javiti i kod starijih osoba zato što se kod njih smanjuje količina hlorovodinične kiseline u želucu, koja prevodi gvožđe iz neusvojive u usvojivu formu (iz fero u feri oblik). Prilikom operacija i u povredama gde dolazi do velikog gubitka krvi dolazi do anemije. Neke stomačne i bolesti unutrašnjih organa mogu takođe prouzrokovati anemiju jer se redukuje resorpcija gvožđa. Neki antirahitični lekovi koji mogu izazvati učestala mala krvarenja u stomaku mogu izazvati anemiju. Obzirom da ima dosta razloga koji mogu dovesti do gubitka većih količina gvožđa iz ogranizma i izazvati anemiju neophodno je uvek detaljno ispitati uzrok anemije pre primene odgovarajuće terapije.

Simptomi nedostatka gvožđa uključuju anemiju, zamor, ubrzani rad srca, zadihanost, smanjenu konenctraciju, vrtoglavicu, poremećen san, teške menstrualne bolove i krvarenje, ispucale usne, zapaljenje oka, čir usana i gubitak kose.

Nizak nivo gvožđa u krvnoj plazmi može da uzrokuju svrab kože posebno kod starijih osoba. Nokti postaju meki, krti i beli.

Ukoliko se kod trudnica javi nedostatak gvožđa može lakše doći do infekcije ploda nakon porođaja, spontanih pobačaja i prevremenog porođaja. Nedostatak gvožđa može uzrokovati malu telesnu masu kod novorođenih beba i povećan rizik od anemije deteta. U drastičnim sučajevima može doći i do smrti deteta pri rođenju.

Nedostatak gvožđa je povezan i sa povećanom smrtnošću starijih osoba zato što nizak nivo gvožđa povećava rizik od srčanih oboljenja.

Anemija. Anemija je krajnja faza nedostatka gvožđa. Pre nego što se anemija odrazi na eritrocite pogađa enzime koji u svojoj strukturi sadrže gvožđe. Imuna funkcija se takođe smanjuje. Simptomi uključuju male, blede eritrocite, veliki zamor, slabu koncentraciju, gubitak daha i nesvesticu. Simptomi anemije se mogu javljati postepeno i nekada nisu lako prepoznatljivi. Određivanje hemoglobina i hematokrita u krvi ne moraju uvek ukazati na anemiju u ranoj fazi. Najpouzdaniji testovi za anemiju su određivanje serumskog feritina i TIBC test. Nivo gvođža može varirati iz dana u dan i zato je prosečna vrednost više urađenih testova najpouzdaniji pokazatelj anemije. Anemija uzrokovana nedostatkom gvožđa je jadan od najčešćih nutritivnih poremećaja kod dece. Može dovesti do usporenog rasta dece i slabijeg razvoja mentalnih sposobnosti.

Novorođenčad kod koje majka nema nedostatak gvožđa imaju u svom organizmu dovoljno gvožđa za najmanje četiri meseca nakon rođenja, a mogu dobiti dodatne količine gvožđa preko majčinog ili adaptiranog mleka. Majčino mleko ima malo gvožđa, ali zato ima dosta laktoze (mlečnog čećera) i vitamina C koji povećavaju resorpciju gvožđa.

Imuni sistem može kod osoba sa nedostatkom gvožđa biti znatno oslabljen. Gljivične infekcije i herpes su mnogo učestalije kod osoba koje u ishrani koriste namirnice sa niskim sadržajem gvožđa ili gde je gvožđe u slabo usvojivom obliku. Određene ćelije koje učestvuju u imunog odgovoru i uključuju gvožđe generišu oksidativne reakcije koje omogućavaju ćelijama da unište bakterije i ostale patogene. Ukoliko je nivo gvožđa nizak onda ove ćelije ne funkcionišu adekvatno.

Kod sportista naporne vežbe dovode do nedostatka gvožđa u organizmu. To se dešava usled povećane proizvodnje hemoglobina koja se javlja kada se započinje sa treniranjem. Simptomi nedostatka gvožđa kod sportista uzrokuju brže zamaranje i samim tim kraće vreme treninga, ubrzani rad srca, zadihanost i povećanu količinu mlečne kiseline (što se manifestuje kroz upalu mišića). Nedostatak gvožđa nastaje usled povećanih metaboličkih zahteva za gvožđem, povećane sinteze eritrocita i povećanog gubitka gvožđa znojenjem. Nakon prilagođavanja i adaptacije organizma anemija se smanjuje ukoliko je ishrana adekvatna. Unos gvožđa kod sportista mora biti pažljivo doziran.

Nedostatak gvožđa je povezan i sa Plamer-Vinsonovim sindromom gde se stvara membrana nalik mreži na površini ezofagusa što dovodi do poteškoća u gutanju hrane i vode. Ova bolest, koja je nekada bila učestala u Švedskoj, je iskorenjena kada je u hrani počelo da se dodaje gvožđe.

Nedostatak gvožđa može uzrokovati i problemima spavanja, glavobolji, reumatoidni artritis i sindrom oduzetih nogu, menstrualne poteškoće koje uključuju i promene u ponašanju, znojenje, nesvesticu, smanjenu efikasnost i smanjenu produktivnost na poslu i dnevnu pospanost.

Nedostatak gvožđa izaziva teškoće pri telesnim i mentalnim naporima, smanjuje imunitet, uzrokuje anemiju (malokrvnost), bolove u mišićima, glavobolju i opadanje kose.

Toksičnost

Velike količine gvožđa mogu u organizmu uzrokovati oštećenje crevnog trakta, povraćanje, dijareju, oštećenje jetre, abdominalne i bolove u zglobovima, gubitak telesne mase, zamor, osećaj žeđi i gladi, kancer, srčane poremećaje, artritis, osteoporozu, dijabetes i razne psihijatrijske poremećaje, cirozu jetre, prekomernu pigmentaciju kože, slabost organizma. Osobama sa povišenim nivoom gvožđa u organizmu je neophodna brza medicinska pažnja.

Jetra je posebno osetljiva na prekomernu količinu gvožđa u organizmu obzirom da je to glavno mesto gde se skladišti gvožđe.

Količine od preko 3 grama mogu kod dece dovesti do smrti. Godišnje se u svetu zabeleži više slučajeva trovanja dece gvožđem.

Zatvor je takođe jedan od čestih sporednih efekata veće količine gvožđa u organizmu, ali se može javiti i dijareja. Sporedni efekti se mogu redukovati ukoliko se gvožđe unosi u manjim porcijama (kada se unosi kao dodatak – suplement).

Visok nivo gvožđa (preko 200µg po litru feritina krvi), dovodi do povećanog rizika od kardiovaskularnih bolesti. Ovo se javlja zbog oksidativnih oštećenja srca i krvnih sudova i povišene oksidacije LDL holesterola.

Neke studije su pokazale da gvožđe može inhibirati razvoj tumora, dok druge pokazuju da gvožđe može uticati na razvoj tumora. Gvožđe može povećati rizik od oboljenja kancerom obzirom da utiče na stvaranje slobodnih radikala. Neke studije su pokazale povezanost visok nivo gvožđa sa kancerom grla i gastrointestinalnih kancera, ali to još nije dokazano u potpunosti.

Enzim ciklo-oksigenaza (EC 1.49.99.1) je holoenzim koji katalizuje oksigenaciju i ciklizaciju masnih kiselina dajući endoperoksidni prostanoidni prekursor prostaglandin G2. Ovaj enzim sadrži hem koji deluje kao katalizirajući centar za stvaranje kiseoničnih kofaktora. Malo se zna o efektima disbalansa metaboličkog gvožđa na sintezu prostanoidnih molekula. Poznato je da reumatoidna sinovijska membrana sadrži visoku koncentraciju gvožđa i da su prostanoidni molekuli posrednici u inflamantornim (zapaljenskim) procesima. Stoga se predlaže da se kod ovakvih bolesti koriste određeni helatori gvožđa koji vezuju gvožđe koje se nalazi u enzimu ciklo-oksigenazi i time je deaktiviraju.

Jedan urođeni poremećaj u regulaciji resorpcije gvožđa sluznicom dovodi do sindroma preopterećenja gvožđem nazvanim hemokromatoza. U toj bolesti, koja zahvata nekoliko organskih sistema, resorbuje se dnevno 2 do 3 mg iz gastrointestinalnog trakta, a ne kao što je normalno oko 1 mg. Kod muškaraca će to za 20-30 godina dovesti do toga da će se u organizmu nagomilati 20-30 g gvožđa, tj. mnogo više od normalnih 3-4 g. Nagomilano gvožđe se čuva u hemosiderinu odloženom u jetri, pankreasu, koži, srcu i zglobovima i može stvarati slobodne radikale koji uzrokuju velika oštećenja u organizmu. Ova bolest se može javiti i kao posledica hroničnog alkoholizma. Terapija hemokromatoze uključuje dijetu bogatu hlebom, cerealijama, voćem i povrćem. Osim toga osobama se pušta krv, da bi se uklonio višak gvožđa (flebotonija). Količina mesa i alkohola se ograničava. Unošenje hrane bogate vitaminom C se ne preporučuje. Čaj i kafa se takođe preporučuju obzirom da smanjuju resorpciju gvožđa.

Preporučene dnevne količine

Deca i omladina: 10 mg (devojke), 15 mg (dečaci)
Trudnice: 30 mg
Odrasli muškarci: 10 mg
Žene u premenopauzi: 15 mg
Žene u postmenopauzi: 10 mg

Obzirom da se gvožđe iz eritrocita reciklira muškarcima i ženama u postmenopauzi su preporučene manje količine gvožđa u ishrani. Zahtevi za gvožđem rastu u trudoći usled povećanja zapremine krvi kod trudnica, kao i zbog potreba ploda za gvožđem.

Upotreba u medicini

Najznačajnija primena gvožđa je za lečenje anemije. Obzirom da je anemija podrazumeva nizak nivo gvožđa u krvi i koje je glavna komponenta hemoglobina – proteina koji prenosi kiseonik u organizmu. Pokazano je da se gvožđe najbolje resorbuje u organizmu ukoliko se unosi organski vezano (npr. za malat, fumarat, glukonat, itd.).

Оставите одговор

Ваша адреса е-поште неће бити објављена.