人體中含量最高的微量元素鐵

1　微量元素———鐵

鐵,元素符號為Fe,英文名稱(chēng)為Iron,原子序數為26。自然界中鐵存在四種同位素:54Fe( 5·8%)、56Fe ( 91·72%)、57Fe ( 2·2%)、58Fe(0·28%),平均相對原子量為55·85[2]。其核外電子層排布為[Ar]3d64s2,位于元素周期表第四周期(第一過(guò)渡系)Ⅷ族,3d軌道的電子可以參與成鍵,因此有多種氧化態(tài),其中穩定存在的氧化數主要有+2、+3。鐵是一種具有銀白色光澤的金屬,密度為7·874 g/ml,沸點(diǎn)為2750℃,熔點(diǎn)為1535℃[3],具有良好的導電導熱性,能被磁鐵吸引,在磁場(chǎng)的作用下,自身也能產(chǎn)生磁性。鐵屬于中等活潑金屬,可以置換出稀酸中的H2,甚至在高溫條件下可以與H2O反應;鐵很容易被氧化,暴露在潮濕的空氣中很快就會(huì )“生銹”;它能把較不活潑的金屬從溶液中置換出來(lái);還可與C6H5(環(huán)戊二烯)生成二茂鐵等。鐵的化合物以Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)為主,其中氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽等易溶于水,而氧化物、氫氧化物、硫化物、磷酸鹽等難溶于水;Fe(Ⅱ)還原性較強,易被空氣中或溶解在水中的O2氧化,所以Fe(Ⅱ)的鹽溶液中往往有Fe(Ⅲ)存在。鐵在地球上的豐度為4.1%,占第四位,儲量比較豐富,但是在人體內屬于微量元素。正常成年男子體內鐵元素的平均含量為0·05 g/kg,女子為0·035 g/kg,鐵元素在人體中雖然含量很少,但在人體所必需的10多種微量元素中,鐵無(wú)論在重要性上還是在數量上都居首位,堪稱(chēng)“微量元素中的老大”。

2　鐵在人體中的含量及存在形式

鐵在人體內的分布極為普遍,幾乎所有組織中都有,其中65%在紅細胞中以血紅蛋白的形式存在;10%在肌肉中以肌紅蛋白和酶的形式存在;15%·64·~20%存在于肝、脾、骨髓、腸等組織器官中,以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式存在,稱(chēng)為儲備鐵。當人體缺鐵時(shí),鐵蛋白即可作為補充,而含鐵血黃素被機體所用;還有少量鐵作為運輸鐵而與血漿中的運鐵蛋白相結合,稱(chēng)之為血漿鐵。鐵在人體內可反復利用,健康成年人每日只需吸收l(shuí) mg以上的鐵即可滿(mǎn)足機體需要[3]。但人體內的儲備鐵很少,只占人體鐵總量的10%左右,當人體對鐵的消耗過(guò)多或大量失血時(shí),就很難滿(mǎn)足身體需要,因此就會(huì )導致缺鐵性貧血。

3　鐵在人體中的生理作用

3.1　參與氧的運輸和儲存一般情況下,人體中的氧來(lái)自空氣。氧通過(guò)人的呼吸進(jìn)入肺泡,然后進(jìn)入血液,與血紅蛋白(Hemoglobin,Hb)結合,通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入人體的各個(gè)組織和細胞。血紅蛋白分子是由1個(gè)珠蛋白和4個(gè)血紅素組成,血紅素是由卟啉中四個(gè)吡咯環(huán)上的氮原子與1個(gè)Fe2+結合形成的螯合物[4]。血紅蛋白的任務(wù)是運輸氧,這就決定了氧與血紅蛋白的結合必須是可逆的。但是血紅蛋白與氧的結合并不是氧化,氧合血紅蛋白中的鐵仍為Fe2+。血紅蛋白在肺部結合氧之后,隨血液循環(huán)將氧帶至各組織器官。在組織器官中,因為氧的分壓較低,氧合血紅蛋白離解出氧,再結合CO2,隨血液循環(huán)回到肺部,即完成一個(gè)循環(huán)。

鐵還參與合成肌紅蛋白(Myoglobin,Mb)。肌紅蛋白也是一種含血紅素的蛋白質(zhì),它由一個(gè)血紅素和一個(gè)球蛋白組成,其結構與血紅蛋白相似,只不過(guò)肌紅蛋白是單鏈蛋白,血紅蛋白是由四個(gè)亞基組成的寡聚蛋白。氧合血紅蛋白把氧氣放出后,氧分子立即與肌紅蛋白結合。肌紅蛋白也是一種含血紅素的蛋白質(zhì),因此它也含Fe2+。在氧氣分壓低的地方,肌紅蛋白與氧分子結合的能力比血紅蛋白強,因此,與血紅蛋白結合的氧氣可以傳遞給肌紅蛋白。肌紅蛋白主要存在于肌肉細胞里,這些細胞是非常需要氧氣的。肌紅蛋白的基本功能是在肌肉組織中起轉運和儲存氧的功能。鐵元素在肌紅蛋白合成中具有不可或缺的作用。因為CO與血紅蛋白中Fe(Ⅱ)原子的結合力比O2高出250倍,所以即使空氣中CO的濃度很低,CO也會(huì )取代O2與血紅蛋白結合,阻止了血紅蛋白對身體細胞氧氣的運輸,從而造成CO中毒,危及生命。

3.2　參與細胞色素和某些金屬酶合成,并影響其活性鐵與某些金屬酶的合成與活性密切相關(guān),如它參與細胞色素氧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、單胺氧化酶等的合成的,并且它與乙酰輔酶A、琥珀酸脫氫酶、細胞色素C還原酶等的活性密切相關(guān)[4]。過(guò)氧化氫酶(Catalase,簡(jiǎn)稱(chēng)CAT),又稱(chēng)觸酶,是一種含鐵血紅素酶;過(guò)氧化物酶(Peroxildases,PX)也是一類(lèi)含鐵的酶,其中大多數以含鐵(Ⅲ)—卟啉為輔基。這一類(lèi)酶可以有效清除體內氧化過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫、有機過(guò)氧化物等有害物質(zhì),使機體組織細胞免受損傷破壞。單胺氧化酶(Monoamine oxidase,MAO)是一種含鐵的黃素蛋白酶,是神經(jīng)遞質(zhì)的滅活酶,被認為與抑郁癥的發(fā)病及缺鐵性貧血引起的幼兒智商偏低等有關(guān)。細胞色素也是以鐵-卟啉復合體為輔基的血紅素蛋白。它可以通過(guò)結構中鐵價(jià)態(tài)Fe2+與Fe3+的可逆變化而進(jìn)行電子的傳遞,對細胞呼吸和能量代謝有著(zhù)非常重要的影響。如在此過(guò)程中,機體利用營(yíng)養物被氧化為CO2和H2O釋放的能量用于A(yíng)TP的合成。

3.3　維持正常造血功能鐵對人體健康的重要性在于它是血紅蛋白的一個(gè)必不可少的部分,在造血過(guò)程中是必需的元素之一。紅細胞生成除要求骨髓造血功能正常外,還要有足夠的造血原料,制造紅細胞的主要原料為蛋白質(zhì)和二價(jià)鐵,紅細胞中含鐵約占機體總鐵的2/3,鐵在骨髓造血細胞中與卟啉結合形成高鐵血紅素,再與珠蛋白合成血紅蛋白。

3.4　增強免疫功能鐵缺乏和過(guò)量都會(huì )引起免疫系統的受損(Keilly等,1987)。鐵可使人體內外周淋巴細胞、吞噬細胞、中性白細胞保持正常功能。研究發(fā)現缺鐵可引起巨噬細胞游走和抑制因子減少,吞噬細胞活性受損,外周淋巴細胞對抗原的反應下降等,進(jìn)而影響機體的免疫系統。另外體內鐵過(guò)剩也可使免疫功能受損。有人在預防新生兒疾病時(shí),給出生2~6 d的新生兒注射鐵劑,當注射到4~6 d時(shí),80%的新生兒發(fā)生大腸桿菌感染,其中部分發(fā)生敗血癥,但未注射鐵劑的新生兒無(wú)1例感染發(fā)生。

4　鐵與疾病

我國居民每天適宜攝入量(Adequate intake,AI):成年男子為15 mg,女子為20 mg,少年男子為20 mg,少年女子為25 mg,孕婦、乳母為25~30mg[2]。人體中鐵主要來(lái)自食物,如果長(cháng)期攝入大量含鐵量高的食物或者人體長(cháng)期缺少鐵元素或對鐵元素的吸收受到障礙時(shí),人體都會(huì )相應的出現病癥。

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