Диетология – 30. Железо и цинк.
Диетология – 30. Железо и цинк.
Биологическая роль железа в организме
Железо является распространенным химическим элементом, играющим ключевую роль в жизнедеятельности биологических организмов. В растительном мире железо присутствует в виде соединений, содержащих гем, и принимает участие в процессах фотосинтеза и дыхания. В организме человека содержится около пяти граммов железа, основная часть которого локализована в гемоглобине крови. Значительные запасы данного микроэлемента также депонируются в печени, селезенке и костном мозге в виде ферритиновых гранул внутри макрофагов,. На клеточном уровне ионы железа необходимы для транспорта кислорода, а также для переноса электронов, выступая структурным компонентом цитохромоксидазы и гидроксилазы. Кроме того, железо участвует в функционировании иммунной системы, входит в состав множества ферментов и белков, а также необходимо для синтеза гормонов щитовидной железы.
Метаболизм и усвоение железа
В пищевых продуктах железо представлено в двух химических формах: окисной (трехвалентной) и закисной (двухвалентной). Усвоение окисного железа, содержащегося, например, в гречневой крупе, затруднено, поскольку для всасывания оно должно восстановиться до закисной формы,. Процесс окисления и восстановления протекает в желудочно-кишечном тракте при обязательном участии соляной кислоты желудочного сока. Абсорбция микроэлемента происходит в верхних отделах тонкой кишки, однако усваивается лишь около десяти процентов от поступившего объема. Механизм клеточного транспорта отличается высокой сложностью: окисленное железо образует мукозный ферритин, затем в клеточной мембране эпителия восстанавливается и связывается с мембранным рецептором трансферрином. Данный комплекс поглощается клеткой, где ион передается мобилферрину, а затем на противоположной стороне клетки — ферритину и трансферрину для поступления в плазму крови. Организм обладает механизмами саморегуляции: при избыточном поступлении микроэлемента синтез ферритина и трансферрина подавляется, что ограничивает его всасывание и предотвращает интоксикацию,. Синтез транспортного белка трансферрина, переносящего также цинк, кобальт и алюминий, осуществляется в печени, поэтому печеночные патологии закономерно приводят к нарушениям усвоения железа.
Факторы, влияющие на биодоступность железа
Биодоступность железа существенно зависит от присутствия в пище сопутствующих нутриентов. Улучшению всасывания способствуют различные органические кислоты, такие как аскорбиновая, лимонная и янтарная кислоты, а также фруктоза и ряд аминокислот. Именно поэтому железо хорошо усваивается из мяса домашней птицы и говядины,. Совместное употребление продуктов, богатых витамином С или молочных продуктов с кашами, также повышает процент абсорбции. С другой стороны, усвоение блокируется при наличии желудочно-кишечных расстройств, недостаточной кислотности и присутствии в пище фосфатов, которые в большом количестве содержатся в колбасных изделиях. Сильнейшими ингибиторами всасывания выступают фитаты (соли фитиновой кислоты), щавелевая кислота и танины. Фитаты в значительных концентрациях присутствуют в диетических продуктах растительного происхождения: отрубях, грецких и лесных орехах, арахисе и хлебе,. Употребление хлеба способно снизить всасывание железа на пятьдесят процентов. Дополнительно абсорбцию ухудшают избыток пищевых волокон, антацидные препараты, чай, яйца, а также высокое потребление кальция,,.
Дефицит железа и его патологические последствия
Снижение уровня железа в организме ведет к развитию железодефицитной анемии и тканевой гипоксии,. К основным причинам дефицита относятся кровопотери любого генеза,. У женщин потребность в железе значительно выше из-за регулярных менструальных кровотечений, во время которых теряется в полтора-два раза больше микроэлемента, чем у мужчин. Существенные потери также происходят в периоды беременности, родов и грудного вскармливания, поскольку плод и новорожденный активно потребляют материнские запасы. Помимо гендерных факторов, к дефициту приводят нарушения всасывания в кишечнике, вегетарианский тип питания, воспалительные и онкологические процессы, а также генетические заболевания, нарушающие синтез трансферрина. Дефицит железа сопровождается симптомами кислородного голодания тканей: общей слабостью, утомляемостью, головными болями, головокружениями, одышкой и тахикардией. Внешние проявления включают бледность кожных покровов, выпадение волос, ломкость ногтей, снижение температуры конечностей и себорейный дерматит,. При хроническом дефиците могут возникать извращения вкуса (пикацизм), выражающиеся в непреодолимом желании употреблять в пищу глину, уголь, соль, сырое тесто, сырую крупу или лед. Тяжелые формы недостатка железа приводят к атрофии сосочков языка, расширению границ сердца, нарушениям зрения и выраженному иммунодефициту. Во время инфекционных заболеваний патогенные микроорганизмы активно потребляют железо, усугубляя его системный дефицит,. Также при нехватке микроэлемента нарушается работа дофаминовых рецепторов, что провоцирует нервно-психические расстройства. Для беременных дефицит железа критичен, так как может спровоцировать преждевременные роды и повреждения плода, что требует медикаментозной коррекции.
Токсичность и избыток железа
Несмотря на важность микроэлемента, его избыток также представляет серьезную угрозу для здоровья. Интоксикация закисным железом может приводить к циррозу и раку печени, сахарному диабету, полинейропатии, импотенции и поражению суставов. Избыточное накопление железа чаще наблюдается у мужчин из-за отсутствия физиологических путей его значительного выведения. Фактором риска является регулярное употребление алкогольных напитков, богатых данным микроэлементом, таких как коньяк и красные вина. У лиц пожилого возраста избыток железа ассоциируется с повышенным риском развития нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Пищевые источники железа
Наибольшей биодоступностью и высокой концентрацией железа отличаются продукты животного происхождения, в первую очередь печень, почки и сердце,. Значительное количество микроэлемента присутствует в говядине, мясе птицы и горьком шоколаде. Растительные продукты, такие как гречневая крупа, чечевица, фасоль, горох, соя и шпинат, формально содержат много железа, однако из-за наличия фитатов оно усваивается крайне плохо,. В то же время картофель, морковь, капуста и помидоры, несмотря на низкое абсолютное содержание железа, обеспечивают его хорошее усвоение благодаря наличию органических кислот. В связи с глобальной распространенностью железодефицитных состояний Всемирная организация здравоохранения рекомендует обогащать продукты массового потребления данным микроэлементом; подобная практика законодательно закреплена в ряде стран в отношении пшеничной муки и риса.
Биологическая роль цинка
Цинк является критически важным микроэлементом, значимость которого для организма была установлена в середине двадцатого века. Он входит в состав около двухсот ферментов и принимает непосредственное участие во всех видах обмена веществ. На клеточном уровне цинк необходим для функционирования генетического аппарата, транскрипции белков, а также для процессов роста и деления клеток. Выступая в качестве антиоксиданта, этот элемент обеспечивает регенерацию тканей, слизистых оболочек, костей, волос и ногтей. Одной из важнейших функций цинка является модуляция иммунной системы: он регулирует синтез Т-лимфоцитов и Т-хелперов, обеспечивая противоинфекционную и противоопухолевую защиту,. Кроме того, цинк участвует в сперматогенезе и биосинтезе тестостерона.
Метаболизм и факторы, влияющие на усвоение цинка
В организме человека цинк концентрируется преимущественно в печени, мышечной ткани, предстательной и поджелудочной железах, коже и костях. Его транспортировка в крови осуществляется специфическими белками. Здоровый организм способен самостоятельно регулировать баланс цинка, усиливая его выведение при избытке и удерживая при недостатке. Всасывание цинка представляет собой сложный процесс, подверженный влиянию множества химических антагонистов. Усвоение значительно ухудшается в присутствии кальция, фосфатов, железа, меди, магния, марганца и фолиевой кислоты. Растительная пища, богатая фитатами, блокирует всасывание цинка аналогично железу,. Воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта также препятствуют нормальной абсорбции микроэлемента. В то же время некоторые аминокислоты, присутствующие в продуктах животного происхождения, способствуют его эффективному усвоению. Дрожжевые культуры, применяемые при изготовлении хлеба, способны частично нейтрализовать фитиновую кислоту, тем самым улучшая биодоступность цинка из зерновых продуктов.
Дефицит цинка и его патологические последствия
Недостаток цинка может быть спровоцирован различными физиологическими и патологическими состояниями. К группам риска относятся беременные женщины, у которых микроэлемент активно расходуется на развитие плода, а также лица пожилого возраста из-за физиологического снижения усвоения веществ и частого приема мочегонных препаратов, ускоряющих выведение микроэлементов,. Интенсивные потери цинка происходят при стрессах, работе в горячих цехах, кровотечениях, сахарном диабете и иммунодефицитных состояниях,. Особую роль в развитии дефицита играет алкоголизм: цинк входит в структуру фермента алкогольдегидрогеназы. Нехватка цинка усиливает токсическое действие алкоголя и ускоряет формирование зависимости, что, в свою очередь, ведет к распаду ферментов и дальнейшему истощению запасов микроэлемента. Клиническая картина дефицита цинка крайне многообразна и включает развитие тяжелых иммунодефицитов, повышающих риск возникновения злокачественных новообразований. Наблюдаются поражения зрительного аппарата (конъюнктивиты, слепота), задержка физического и интеллектуального развития, патологии желудочно-кишечного тракта (гастриты, диарея, цирроз печени), а также анемия. Со стороны нервной системы отмечаются раздражительность, сонливость и депрессивные состояния. Поскольку цинк участвует в регуляции вкусовой чувствительности, его дефицит может приводить к анорексии и полному отказу от пищи, вплоть до истощения.
Токсичность и избыток цинка
Интоксикация цинком встречается относительно редко, однако при избыточном поступлении микроэлемента могут развиваться острые отравления. Токсическое воздействие проявляется болями в желудке, образованием язв, тошнотой, рвотой и диареей. Высокие дозы препаратов цинка обладают выраженным рвотным действием. Хронический избыток микроэлемента приводит к парадоксальному снижению иммунитета, развитию анемии и обладает выраженным канцерогенным эффектом,. Кроме того, цинк является физиологическим антагонистом меди, и его избыток способен критически снижать биодоступность последнего элемента.
Пищевые источники цинка
Абсолютными лидерами по содержанию биодоступного цинка являются устрицы, концентрация в которых может достигать 150 миллиграммов, что многократно превышает показатели любых других продуктов. Значительные количества микроэлемента также содержатся в других моллюсках, печени, постной говядине, мясе птицы, куриных яйцах и какао,. Важным преимуществом продуктов животного происхождения является отсутствие в них фитиновой кислоты, блокирующей всасывание в кишечнике. Растительные источники, такие как фасоль, чечевица, грецкие орехи и отруби, формально богаты цинком, однако его реальная биодоступность из них существенно снижена из-за ингибирующих факторов,,. Особого внимания в диетологии заслуживают рафинированные хлебобулочные и кондитерские изделия: они не только практически лишены полезных нутриентов в результате обработки пшеницы, но и содержат вещества, препятствующие усвоению цинка из другой пищи,. Для компенсации популяционного недостатка в современной пищевой промышленности применяются технологии технологического обогащения продуктов цинком и ферментативного удаления фитатов на этапах производства. Лицам, придерживающимся вегетарианской диеты, необходимо тщательно планировать рацион с включением бобовых, орехов, а при допущениях — регулярно употреблять молочные продукты и яйца для минимизации риска микроэлементной недостаточности.