Железо (Fe, феррум) является верным союзником человека на протяжении всей истории Homo sapiens. Нас ежедневно окружают сотни предметов, имеющих железо в своем составе. Более того, этот металл присутствует в нашем организме. «Внутри» человека содержится всего несколько грамм, но приносимая ими польза поистине огромна.
В главных ролях. железо, или Функции микроэлемента в организме
Железо — один из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Оно содержится в горных породах и почве, а также в грунтовых, пресных и соленых водах. Присутствующее в воде и грунте железо впитывается корнями растений, и далее по пищевой цепи — попадает в организмы животных. При содействии железа осуществляется фотосинтез и формирование тканей растений. Именно поэтому агрономы нередко лечат ослабленных представителей флоры внесением «железной подкормки». С участием этого минерала происходят важнейшие процессы жизнедеятельности животных и человека: дыхательная деятельность, энергетический обмен, синтез ДНК, ферментов и белков, окислительно-восстановительные реакции в тканях и кровеносной системе [1] .
Железо составляет около 6% от массы коры и мантии Земли [2] . Более того, по предположению ученых, ядро нашей планеты главным образом состоит как раз из Fe и его сплавов [3] . А судя по метеоритам, содержащим от 20 до 90% железа [4] , этот элемент широко распространен во всей нашей Галактике.
Львиная доля содержащегося в организме железа находится в гемоглобине [5] — сложном белковом соединении, входящем в состав эритроцитов. Именно железо придает белку способность удерживать и переносить кислород от легких к клеткам и углекислый газ — по венам в обратную сторону [6] .
Существуют и другие гемопротеины. В частности — содержащийся в сердечных и скелетных мышцах миоглобин (другие названия: миогемоглобин, мышечный гемоглобин). Ключевой функцией миоглобина является формирование запасов поступающего в мышцы кислорода и расходование по мере необходимости [7] . Высокая активность миоглобина имеет плюсы и минусы. Польза заключается в способности прочно связывать токсичные вещества (синильную кислоту, например) и тем самым купировать легкие формы отравлений [8] . Вторая сторона медали — при высвобождении вследствие тяжелых травм (в норме этого не происходит) миоглобин сам становится токсичным. Вызывает риск развития смертельно опасных патологий: травматического токсикоза, тканевой гипоксии, закупорки канальцев почек, ведущей к некрозу [9] .
Еще две группы гемопротеинов — цитохромы, железосерные ферменты — участвуют в энергетическом обмене, активно транспортируя электроны в реакциях биологического окисления с высвобождением энергии, необходимой нам для поддержания жизнедеятельности [10] . Способность быть донором электронов за счет перемены валентности также делает железо незаменимым участником окислительно-восстановительных процессов.
Железо присутствует в ферменте рибонуклеотидредуктаза, который регулирует синтез цепей ДНК [11] .
Кроме того, микроэлемент регулирует обмен веществ, стимулирует рост и физическое развитие детей и подростков, укрепляет иммунитет, поддерживает работу щитовидной железы и печени, отвечает за здоровый вид кожи, волос и ногтей.
Нормы содержания железа в организме человека
В организме мужчины содержится порядка 4–5 г железа, женщины — около 3 г [12] . У детей количество железа возрастает по мере взросления в связи с увеличением массы тела и количества циркулирующей крови.
Новорожденные малыши появляются на свет с «багажом» в 300–400 мг железа [13] . В связи с усиленным ростом и развитием этого количества младенцу едва хватит на первые 4–6 месяцев жизни [14] . Так как физиология требует не только сохранить, но и приумножить железное богатство, источником для непрерывного пополнения запасов являются материнское молоко или смеси для искусственного вскармливания.
Порядка 60% железа входит в состав гемоглобина, еще 5% — миоглобина и гемовых ферментов. Остальное — идет в резерв и откладывается в виде ферритина в печени, селезенке, костном мозге и мышечной ткани [15] . Ферритин и его разновидность — трансферрин являются сложными железопротеиновыми молекулами, содержащими до 4000 атомов железа, которыми они охотно снабжают клетки по первому же запросу [16] .
Определить, достаточно ли железа в организме, помогает анализ крови. При этом нужно учитывать, что содержание гемоглобина в плазме крови наиболее высоко утром и снижается ко второй половине дня [17] . Концентрация биоэлемента в плазме зависит также от пола и возраста.
Таблица. Нормы содержания железа в сыворотке крови по возрастам [18]
Возраст
Норма железа, мкмоль/л
Источник
Железо (Fe) – роль в организме, применение, суточная потребность, источники
Железо (Ferrum, Fe) – химический элемент, играющий важнейшую роль в образовании крови и ее циркуляции. Так, гемоглобин (Hb), входящий в состав эритроцитов (красных кровяных телец) состоит большей частью из железа, благодаря которому кровь и окрашена в красный цвет. Основная функция гемоглобина – связываться с кислородом и доставлять кровь ко всем органам и тканям, питая их. После отдачи кислорода гемоглобин связывается с углекислым газом, который доставляет назад, к легким, что и является продуктом, выдыхаемым человеком или позвоночным животным.
Основными функциями железа, как микроэлемента в организме также являются – стимулирование иммунитета в ответ на инфекцию, регулирование роста и нормального развития ребенка, поддержка работы щитовидной железы и другие.
Несмотря на то, что железо встречается в чистом виде редко (обычно в качестве составной части железо-никелевых метеоритов), оно все-равно занимает второе место по популярности на Земле среди металлов, после алюминия (Al). Если говорить об общей вместимости Fe в земной коре, то это ≈ 4,1-4,6%. Ученые полагают что этот металл является и одним из основных составляющих ядра нашей планеты.
Наибольшие месторождения железной руды находятся в Бразилии, Австралии, всей Северной Америке, Швеции, Северной России, Украине.
История – краткая справка
Теорий происхождения слова «железо» несколько, которые во многом зависят от региона и наречия.
Русское наименование, к которому мы все привыкли имеет праславянские корни «želězo», которое в свою очередь видимо произошло из греческого «χαλκός», что в переводе означает «железо и медь».
Но как бы там не было, неоспоримый факт один – применение железа осуществлялось еще в 4 тысячелетии до н.э., т.к. именно этого периода были найдены древние изделия из этого материала.
Популярными историческими изделиями являются украшения из египетских гробниц (более 3000 до н.э.) и кинжал из древнего города Ур (Шумер), откуда согласно Священным Писанием Бог призвал выйти Авраама.
Первый народ, которые начали плавить Fe – хатты, которые проживали на территории Юго-Восточной сегодняшней Турции примерно в 2000 до н.э. Эти сведения археологи получили из древних текстов царя хеттов Анитты, завоевавшего со своим народом хаттов.
Первые сведения о получении из железа стали появились в записях Аристотеля, из легенды об аргонавтах. Народ «Халибы» тщательно промывали речной песок, отсеивая из него тяжелые фракции гематита и магнетита, которые затем в печи переплавляли до получения серебристого нержавеющего металла.
Общие данные
Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — IV период, IV ряд, VIII группа, в новой версии таблицы – 8 группа, 4 период.
Атомный номер – 26
Атомная масса – 55,845
Электронная конфигурация – [Ar] 3d6 4s2
Температура плавления (°С) – 1538,85, или 1812 К.
Температура кипения (°С) – 2861, или 3134 К.
CAS: 7439-89-6
Физико-химические свойства. Железо представляет собой серебристо-белый с сероватым оттенком металл, который в чистом виде хорошо пластичен, однако при соединении с углеродом становится более твердым и одновременно хрупким. Имеет свойство намагничиваться и менять свою кристаллическую структуру (полиморфизм) в зависимости от температуры плавления.
По физическим свойствам Fe очень схоже с двумя другими металлами – никелем (Ni) и кобальтом (Co), из-за чего их совокупность называют – «триада железа».
При контакте с воздухом, при условии, что температура окружающей среды не выше 200 °С, железо покрывается плотной пленкой оксида, которая препятствует дальнейшему процессу его окисления. Во влажной среде металл покрывается слоем ржавчины, которая по своей структуре имеет рыхлую природу, из-за чего на Fe постоянно воздействует влага и кислород постепенно его разрушая.
Степени окисления Fe: +2 и +3.
Биологическая роль и функции железа в организме
В организме взрослого среднестатистического человека находится примерно 3-4 г железа. В плазме крови Fe больше всего – около 3,5 мг. Кроме того, в процентном соотношении, феррум в организме присутствует в следующих видах — гемоглобин (68%), ферритин (27%), миоглобин (4%), трансферрин (1%).
Одна из основных функций железа в человеке – катализатор воздухообмена. Мы уже об этом писали в начале статьи – гемоглобин, который преимущественно состоит из рассматриваемого сегодня микроэлемента, связывается с кислородом и с током крови доставляет его во все части тела, после доставки, он связывается с углекислым газом и выносит его обратно к легким, и далее, мы его выдыхаем.
Феррум выполняет множество и других полезных функций, среди которых:
Участвует в процессе кроветворения – без него не может образовываться гемоглобин и миоглобин;
Обеспечивает функционирование эндокринной системы, поддерживая работоспособность щитовидной железы;
Косвенно участвует в синтезе ДНК, т.к. входит в состав различных ферментов, например — рибонуклеотид-редуктазы;
Обеспечивает активность интерферонов и других иммунных клеток, за счет чего участвует в защите организма от инфекции и различных неблагоприятных факторов;
Входя в состав клеток печени берет участие в очищении организма от токсинов, которыми могут выступать – испорченные продукты, алкоголь, лекарства, продукты жизнедеятельности патогенной микрофлоры (бактерии и другая инфекция) и т.д.;
Благотворно воздействует на метаболизм (усвояемость) витаминов группы В, которые непосредственно берут участие в работоспособности сердечно-сосудистой и нервной системы;
Участвует в процессах формирования и нормального роста организма, что немаловажно для детей;
Поддерживает здоровье волос, ногтей, кожного покрова;
Участвует во многих окислительно-восстановительных процессах, входя в состав различных ферментов окисления;
Препятствует развитию анемии (малокровие) и других болезней кровеносной системы;
Берет участие во внутриклеточных обменных процессах;
Если учесть тот факт, что феррум берет участие в транспорте кислорода по всему организму, тот не последним таким органом есть и головной мозг, кислородное голодание которого негативно воздействует на мыслительную и нервную функцию человека или животного.
Применение железа в других сферах человеческой жизни
Вся мировая металлургия на 95% состоит из производства материалов на основе Fe. Так, феррум применяется в следующих отраслях и производствах:
Изготовление стали, чугуна, без которых строительство будь то мосты, высотки, различные опоры, военная техника и т.д. просто невозможны;
Магнетит (магнитная окись железа) применяется для изготовления радиокомпонентов и компьютерных принадлежностей – жесткие диски (HDD), электродвигатели, магнитопровода трансформаторов;
Изготовление железо-никелевых аккумуляторов;
Изготовление тонера для лазерных принтеров;
Борьба с грибком (смесь железного и медного купоросов);
Очищение воды в составе различных водных растворов и т.д.
Суточная потребность
Рекомендуемые суточные дозы калия в зависимости от пола и возраста:
Дети и подростки до 18 лет – 4-18 мг;
Взрослые мужчины – 10 мг;
Взрослые женщины – 20 мг;
Во время беременности (во второй половине и 3 месяца после родов) – до 30-35 мг.
Суточная доза железа повышается при больших физических нагрузках (спорт, тяжелая работа, высокая двигательная активность), кровотечениях (месячные, травмы, послеоперационный период), жестких диетах, болезнях кровеносной системы (анемия, донорство).
Нехватка железа — симптомы
Дефицит железа в организме выражается следующими симптомами и состояниями:
Развитие анемии;
Слабость, повышенная утомляемость, головокружения, постоянное желание спать;
Ухудшение мыслительной функции и других функций головного мозга;
Неврологические расстройства, депрессия;
Сухость и бледность кожи;
Повышенная сухость и ломкость ногтей;
Сухость, ломкость, выпадение и ускоренное поседение волос;
При малейшем понижении температуры человек ощущает сильный холод;
Быстрый набор лишнего веса, развитие ожирения;
Воспалительные процессы в полости рта – стоматиты, гингивиты;
Нарушение вкусовых качеств;
Нарушения функции пищеварения, сопровождающиеся отсутствием аппетита, тошнотой, метеоризмом;
Геофагия – желание покушать мел, землю и другие несвойственные для человека вещества;
Причины нехватки Fe
Некачественное питание или жесткие диеты с минимальным количеством или полным отсутствием употребления продуктов, богатых на железо. Это прежде всего отсутствие мясных продуктов и зеленых овощей;
Голодовка;
Злоупотребление продуктами или напитками, богатыми на кофеин, танин, оксалаты, фитиновую кислоту;
Недостаточное поступление в организм витамина С (аскорбиновой кислоты) и витаминов группы В;
Сильные кровопотери;
Нарушения обменных процессов;
Паразитарные заболевания – малярия, анкилостомоз.
Применение железа
Применение Fe зависит от его формы, но если говорить в общем, то с лечебной целью его целесообразно использовать в следующих случаях:
Различные болезни – анемия, малярия, анкилостомоз и другие глистные инвазии, энтерит, гипохлоргидрия, синдром мальабсорбции, хроническая почечная недостаточность (ХПН), кахексия, целиакия, болезнь Крона;
При обильных кровопотерях – травмы, месячные, послеоперационная реабилитация;
Беременность и кормление грудью;
При занятии спортом;
Стремительная потеря веса;
Гемодиализ;
Период быстрого роста ребенка или полового созревания.
Избыток железа
Избыток Fe в организме также, как и его нехватка может вызвать ряд проблем со здоровьем, среди которых:
Проблемы с органами ЖКТ — геморрагический гастроэнтерит, тошнота, отсутствие аппетита, приступы рвоты, боль в эпигастральной области живота, диарея;
Стоматиты;
Гемохроматоз;
Отложение на стенках атеросклеротических бляшек (развитие атеросклероза);
Повышенная уязвимость перед развитием артрита, диабета, онкологических заболеваний;
Осложнение течения болезней Альцгеймера и Паркинсона;
Угнетение антиоксидантной функции в организме;
Продукция свободных радикалов.
Признаки интоксикации феррумом в среднем появляются при суточной дозе около 200 мг.
Летальной дозой от приема данного микроэлемента может стать – от 3 до 35 г.
Причины переизбытка Fe
Злоупотребление железосодержащих лекарственных препаратов (в т.ч. витаминно-минеральных комплексов) или биологически-активных добавок (БАД).
Другим источником переизбытка данного металла в организме может статье питье воды, протекающей по ржавым или чугунным трубам, а также употребление пищи, приготовленной в железной или чугунной посуде.
Избыточное железо может попадать в организм городского жителя вместе с ржавой водой из-под крана (по чугунным трубам). Так же использование железной и чугунной посуды в приготовлении пищи повышает содержание в ней железа.
Замечен следующий фактор, которые может повысить уровень поступления железа в организм до 20 раз – приготовление пищи в железной или чугунной посуде, а также употребление пищи из металлической посуды.
Химические источники (Fe): «Гематоген», «Ферроплекс», «Гемоферон», витаминно-минеральные комплексы «Витрум».
Синтез в организме: в клетках печени (гепатоцитах) и клетках селезенки железо освобождается при постоянном распаде эритроцитов.
Продукты животного происхождения, содержащие железо, называются – гемовые. Продукты с Fe растительного происхождения – негемовые. Врачи и многие диетологи утверждают, что гемовые продукты усвояются организмом лучше (почти в 2 раза), нежели растительные источники, однако другая часть тех же самых диетологов опровергают этот факт. Кроме того «негемовое железо» лучше задерживается в организме.
Нельзя не упомянуть тот факт, что согласно Священным Писаниям (Библия), до грехопадения человек кушал только пищу растительного происхождения, и то же самое будет после сотворения нового неба и новой Земли.
«И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя, – вам сие будет в пищу; А всем зверям земным, и всем птицам небесным, и всякому пресмыкающемуся по земле, в котором душа живая, дал Я всю зелень травную в пищу. И стало так.» (Бытие 1:29,30)
«Волк и ягненок будут пастись вместе, и лев, как вол, будет есть солому, а для змея прах будет пищею: они не будут причинять зла и вреда на всей святой горе Моей, говорит Господь.» (Исаия 65:25)
Взаимодействие с другими веществами
Прием витаминов А и С повышает усвояемость организма железа на 85%.
Кальций (Ca) и цинк (Zn) снижают усвояемость Fe.
Богатый на танин чай (не считая травяного) уменьшает усвоение феррума на 62%, а кофеин в натуральном кофе — на 35%.
При контакте с кислородом переплавленный Fe окисляется, покрываясь оксидной пленкой.
По физическим свойствам Fe очень схоже с двумя другими металлами – никелем (Ni) и кобальтом (Co), из-за чего их совокупность называют – «триада железа».
