人體中含量最高的微量元素鐵

1　微量元素———鐵

鐵,元素符號(hào)為Fe,英文名稱為Iron,原子序數(shù)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(duì)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(wěn)定存在的氧化數(shù)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(dǎo)電導(dǎo)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(yīng);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?gòu)娜芤褐兄脫Q出來;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(qiáng),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(chǔ)量比較豐富,但是在人體內(nèi)屬于微量元素。正常成年男子體內(nèi)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,鐵無論在重要性上還是在數(shù)量上都居首位,堪稱“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(nèi)的分布極為普遍,幾乎所有組織中都有,其中65%在紅細(xì)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,稱為儲(chǔ)備鐵。當(dāng)人體缺鐵時(shí),鐵蛋白即可作為補(bǔ)充,而含鐵血黃素被機(jī)體所用;還有少量鐵作為運(yùn)輸鐵而與血漿中的運(yùn)鐵蛋白相結(jié)合,稱之為血漿鐵。鐵在人體內(nèi)可反復(fù)利用,健康成年人每日只需吸收l mg以上的鐵即可滿足機(jī)體需要[3]。但人體內(nèi)的儲(chǔ)備鐵很少,只占人體鐵總量的10%左右,當(dāng)人體對(duì)鐵的消耗過多或大量失血時(shí),就很難滿足身體需要,因此就會(huì)導(dǎo)致缺鐵性貧血。

3　鐵在人體中的生理作用

3.1　參與氧的運(yùn)輸和儲(chǔ)存一般情況下,人體中的氧來自空氣。氧通過人的呼吸進(jìn)入肺泡,然后進(jìn)入血液,與血紅蛋白(Hemoglobin,Hb)結(jié)合,通過血液循環(huán)進(jìn)入人體的各個(gè)組織和細(xì)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(jié)合形成的螯合物[4]。血紅蛋白的任務(wù)是運(yùn)輸氧,這就決定了氧與血紅蛋白的結(jié)合必須是可逆的。但是血紅蛋白與氧的結(jié)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(jié)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?yàn)檠醯姆謮狠^低,氧合血紅蛋白離解出氧,再結(jié)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(jié)構(gòu)與血紅蛋白相似,只不過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(jié)合。肌紅蛋白也是一種含血紅素的蛋白質(zhì),因此它也含F(xiàn)e2+。在氧氣分壓低的地方,肌紅蛋白與氧分子結(jié)合的能力比血紅蛋白強(qiáng),因此,與血紅蛋白結(jié)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(xì)胞里,這些細(xì)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(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)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?yàn)镃O與血紅蛋白中Fe(Ⅱ)原子的結(jié)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(jié)合,阻止了血紅蛋白對(duì)身體細(xì)胞氧氣的運(yùn)輸,從而造成CO中毒,危及生命。

3.2　參與細(xì)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(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、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(xì)胞色素C還原酶等的活性密切相關(guān)[4]。過氧化氫酶(Catalase,簡(jiǎn)稱CAT),又稱觸酶,是一種含鐵血紅素酶;過氧化物酶(Peroxildases,PX)也是一類含鐵的酶,其中大多數(shù)以含鐵(Ⅲ)—卟啉為輔基。這一類酶可以有效清除體內(nèi)氧化過程中產(chǎn)生的過氧化氫、有機(jī)過氧化物等有害物質(zhì),使機(jī)體組織細(xì)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(rèn)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(xì)胞色素也是以鐵-卟啉復(fù)合體為輔基的血紅素蛋白。它可以通過結(jié)構(gòu)中鐵價(jià)態(tài)Fe2+與Fe3+的可逆變化而進(jìn)行電子的傳遞,對(duì)細(xì)胞呼吸和能量代謝有著非常重要的影響。如在此過程中,機(jī)體利用營(yíng)養(yǎng)物被氧化為CO2和H2O釋放的能量用于ATP的合成。

3.3　維持正常造血功能鐵對(duì)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,在造血過程中是必需的元素之一。紅細(xì)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(xì)胞的主要原料為蛋白質(zhì)和二價(jià)鐵,紅細(xì)胞中含鐵約占機(jī)體總鐵的2/3,鐵在骨髓造血細(xì)胞中與卟啉結(jié)合形成高鐵血紅素,再與珠蛋白合成血紅蛋白。

3.4　增強(qiáng)免疫功能鐵缺乏和過量都會(huì)引起免疫系統(tǒng)的受損(Keilly等,1987)。鐵可使人體內(nèi)外周淋巴細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、中性白細(xì)胞保持正常功能。研究發(fā)現(xiàn)缺鐵可引起巨噬細(xì)胞游走和抑制因子減少,吞噬細(xì)胞活性受損,外周淋巴細(xì)胞對(duì)抗原的反應(yīng)下降等,進(jìn)而影響機(jī)體的免疫系統(tǒng)。另外體內(nèi)鐵過剩也可使免疫功能受損。有人在預(yù)防新生兒疾病時(shí),給出生2~6 d的新生兒注射鐵劑,當(dāng)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1例感染發(fā)生。

4　鐵與疾病

我國(guó)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]。人體中鐵主要來自食物,如果長(zhǎng)期攝入大量含鐵量高的食物或者人體長(zhǎng)期缺少鐵元素或?qū)﹁F元素的吸收受到障礙時(shí),人體都會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)病癥。

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