微量元素铁与人体健康

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摘要：铁是人体内含量最丰富的过渡金属元素，是人体必需微量元素之一。它在人体中分布很广，几乎所有的组织都含有铁。它参与体内氧的转运、交换和组织呼吸过程，维持机体正常造血功能，与人体健康有密切关系。本文从铁的吸收与排泄、铁的生理功能、铁在人体内的分布及需要量等方面阐述了铁与人体健康的关系。

关键词：铁；微量元素；生理功能；人体健康

中图分类号：O613.52 文献标识码：A 文章编号：1004-4949（2013）04-0-02

在自然界中，天然存在的化学元素有92种，人体内含有几乎所有的元素。根据它们在体内含量不同分为两类：常量元素和微量元素。常量元素包括C、H、O、N、S、P、Ca、K、Mg、Na和Cl等11种，占人体总重的99.25%，它们构成机体组织并在体内起电解质作用；微量元素是指在人体中的含量低于0.01 %的元素，包括Fe、Zn、I、F、Cr、Co、Mn、Ni、Sn、Se、Mo、Cu等70多种元素，它们在人体内含量虽然很少，但却能起到非常重要的生理作用，根据其在人体内的作用，微量元素还可分为必需元素、非必需元素和有害元素。在人体必需的十多种微量元素中，铁占人体体重的0.006%左右，无论在重要性还是在数量上都居首位，堪称“微量元素中的老大”。

1 铁在人体中的含量及存在形式

铁是人体的必需微量元素之一，其中70%存在于血红蛋白、肌红蛋白、血红素酶类、辅助因子及运载铁中，又叫功能性铁；其余30%的铁以铁蛋白和含铁血黄素的形式存在于肝脏、脾脏、肠和骨髓的网状内皮层系统中，称为储备铁。当人体缺铁时，铁蛋白即可作为补充，而含铁血黄素被机体所用。

铁在人体内主要以Fe2+或 Fe3+的形式存在，它的分布极为普遍，几乎所有组织中都有，被称为人体发育的“建筑材料”，其中以肝、脾含量最高，其次为肾、心、骨骼肌和脑。

2 铁的来源

人体内铁主要来源于食物，食物中的铁有两种存在形式，一类是离子铁或称非血红素铁，主要存在于植物性食物之中。植物中含的铁多是以植酸铁、磷酸铁、草酸铁等不溶性铁盐形式存在，属于三价铁。人体吸收这种与植酸结合成螯合物的铁，必须先将铁和有机物拆开，再将三价铁还原为二价铁才有可能。尽管这类铁在食物中含量较高，但难于吸收。例如，玉米、大豆、小麦中铁的吸收率很低，只有1%～5%。另一类是血红素铁，存在于动物的肝脏、肾脏、瘦肉、蛋黄、鱼类等动物性食物中，这类铁的吸收吸收率一般在10%～20%左右，而且不受食物中的植酸和磷酸的影响，可以直接吸收进入肠粘膜细胞。例如，鱼中的铁吸收率为11%，牛肉中的铁吸收率为22%，牛肝中的铁吸收率为14%～16%，猪血中的铁吸收率为25%，猪肝中的铁吸收率为22%。此外，人体中的一部分铁来源于红细胞，因为红细胞破坏释放出来铁，它的80%又重新用于血红蛋白的合成，20%贮存起来。

3 铁的生理功能

3.1 参与氧的运输、贮存与造血功能

红细胞是氧的载体，其中含铁的血红素是参与运输氧的中心成分，它是一种含有Fe2+的络合物。在血红素分子中，4个卟啉环把二价铁原子包围在中间，二价铁原子好像处于蜘蛛网中心的“蜘蛛”。载氧时Fe2+的状态为低自旋，半径较小，嵌入卟啉环平面，呈6配位，4个配位点为环上N原子，第5个位置为组氨酸残基的咪唑N占据，第6个位置能够可逆地结合氧；而脱氧后Fe2+的状态为高自旋，半径较大，处于高出卟啉环平面70～80pm的位置，为5配位。Fe2+与氧进行可逆性结合，使血红蛋白具有携带氧的功能，参与体内氧的转运、交换及呼吸过程。

肌红蛋白是一种含有血红素的蛋白质，它由一个亚铁血红素和一个球蛋白组成，肌红蛋白的基本功能是在肌肉组织中转运和储存氧，而铁在肌红蛋白合成中具有不可或缺的作用。

铁影响蛋白及脱氧核糖核酸的合成及造血、维生素代谢。许多研究证明，缺铁时肝脏内合成脱氧核糖核酸将受到抑制，肝脏发育减慢，肝细胞及其它细胞内的线粒体和微粒体发生异常，细胞色素C1 含量减少，导致蛋白质的合成及能量运用减少，进而发生贫血，及身高、体重发育不良等。缺铁还可以引起体内无机盐及维生素代谢障碍。

3.2 参与酶的组成

铁是构成机体内许多代谢酶的活性成分，如铁硫蛋白、细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶等；铁与某些酶的活性有密切的关系，如乙酰辅酶A、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶、细胞色素还原酶，在细胞生物氧化过程中发挥重要作用。近代研究表明：细胞色素酶类，是体内复杂的氧化还原过程所不可缺少的，有了它才能完成电子传递，并在三羟酸循环中使脱下的氢原子与由血红蛋白从肺运来的氧生成水，以保证代谢，同时在这一过程中释放出能量，供给机体的需要。在氧化过程中所产生的过氧化氢等有害物质，又可被含铁的触酶和过氧化物所破坏而解毒。

3.3 增强免疫功能

铁可使人体内淋巴细胞、血清补体活性、吞噬细胞功能、中性白细胞的杀菌能力保持正常。实验研究发现缺铁时中性白细胞的杀菌能力降低，淋巴细胞功能受损，在补充铁后免疫功能可能会得到改善。在中性白细胞中，被吞噬的细菌需要依赖超氧化物酶等杀灭，在缺铁时此酶系统不能发挥其作用。此外，β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成、抗体的产生、脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等过程都与铁的催化促进有关。铁还是多种酶活性中心，铁过剩和缺铁时均可引起机体感染性增加，微生物生长繁殖也需要铁的存在，有时补铁会增加感染的危险性。

3.4 参与基因表达

铁可通过控制转铁蛋白和铁蛋白mRNA稳定性和mRNA翻译来调控基因的表达。

转铁蛋白是血清中运输铁元素的蛋白质，它将铁从肝脏运送到网织红血球中用于合成血红蛋白。当血红蛋合成量不足时，机体就需要更多的转铁蛋白来加快铁的运输。Mcknight等在鸡肉试验中发现缺铁将导致血液中转铁蛋白含量迅速增加，肝脏中的转铁蛋白的基因mRNA含量增加水平到正常水平的2.5倍。当补铁后转铁蛋白基因的mRNA含量和转铁蛋白的合成量在3天内回到正常水平，鸡肝脏中铁的贮存量也同时增加。研究证明，由于铁的缺乏所引起的转铁蛋白基因表达的增加是通过提高转录水平来实现的。

铁蛋白是一种由20个亚基所组成、四周结合着大量铁离子的蛋白质。

铁对铁蛋白基因表达的调控与转铁蛋白基因表达控制不同，铁含量越高铁蛋白基因表达就越强，高铁可以促进铁蛋白生物合成，而且这种调控并非发生在转录水平。Zabringer研究发现这是由于当铁含量低时，铁蛋白的亚基与该基因的的mRNA结合，使后者不能与核糖体结合，从而抑制了该基因的表达。当铁含量增加时，铁蛋白的亚基与铁离子结合，而使该基因的的mRNA能激离出来与核糖体结合并开始大量表达铁蛋白。

4 铁的吸收和代谢

铁的吸收部位主要在十二指肠和空肠上端，许多因素影响铁的吸收。①从摄入铁的溶解性来分析，溶解态的铁容易吸收，因亚铁盐的溶解度大于高铁盐，故Fe2+的吸收率比Fe3+约高3倍，但是Fe3+的可溶性配合物也易吸收，因此，凡能将Fe3+还原成Fe2+或和铁形成可溶性的配合物的物质均有利于铁的吸收。半胱氨酸、谷胱甘肽具有还原作用，一些氨基酸和柠檬酸等有机酸有配合作用，维生素C兼有两种作用，这些物质存在有利于铁的吸收。胃液中的盐酸可促进铁盐的溶解，故也有利于铁的吸收。②正常人的生理活动处于一个动态平衡的体系中，肠粘膜上皮对铁的吸收率受到体内铁储量及造血速度的影响。动力学研究表明：体内铁储量愈多或骨髓造血速度愈快（如出血、溶血或缺氧等），肠粘膜内吸收的速度愈快；体内缺铁时，铁的吸收速度加快，女子因月经失血造成人体内铁储量的减少，铁的吸收也明显增加。即正常机体可通过生理调节来满足其对铁的需要和保持铁的平衡。

人体内铁的代谢与其它物质相比较最独特的一点是机体在正常情况下很少失铁，因此每日从食物中吸收的铁也极少，只须补充自人体丢失的微量铁就够了。即人体内的铁代谢是一个相当封闭的系统，在正常情况下人体内的铁可以反复循环利用。

5 铁含量对健康的影响

5.1 缺铁对健康的影响

5.1.1 缺铁性贫血

缺铁性贫血是体内铁缺乏，影响正常铁血红素合成所引起的贫血。缺铁性贫血常导致人疲乏、无力、注意力不集中、失眠、食欲不振、皮肤干燥。缺铁时，脱氧核糖核酸（DNA）合成减少，抗体的产生受到抑制，淋巴细胞对抗原的反应能力降低，体液免疫和非特异性免疫能力受到不同程度的损害。因此，缺铁患者易感染。由于体内总铁量的65%存在于细胞内，因此反复多量失血引起体内总铁量显著下降。钩虫病引起肠道长期少量出血，多年肛痔出血或妇女月经过多等长期损失铁，最终可使体内贮铁量枯竭，以致发生缺铁性贫血。严重者除有一般贫血症状外，可发生肝、脾、淋巴结肿大和四肢水肿。

5.1.2 溶血性贫血

溶血性贫血是由于红细胞破坏增速，超过造血补偿能力范围发生的一种贫血。这种病人虽对铁的吸收量增多，但对铁的利用率很低，贮存的铁反而增多，因而对铁剂治疗应慎重，以免引起继发性血色病。临床表现较多为急性中毒，肢体酸痛、头痛、呕吐、寒战、高热、面部苍白、黄疸、肝脾肿大、血尿、急性肾功能衰竭、尿毒症。

5.2 铁过量对健康的影响

当血铁浓度超过正常值（全血为50mg/100ml，血清为0.065 ～0.175mg/100ml）时，就会出现贮存铁和运用铁之间的动态平衡的紊乱，主要表现为全身性血管的扩张、充血而导致病人休克，并伴随着超标量的程度不同而出现不同程度的铁中毒症状。最近医学研究表明：铁参与黄嘌呤氧化酶（XO）活性中心的构成，黄嘌呤氧化酶（XO）是常见的催化产生超氧自由基（O2・）酶类。但在铁复合物存在条件下，则可以转变成活性更加高、毒性更强的羟基自由基（HO・），即Fenton反应。

正常情况下，铁都是处于蛋白质复杂大分子的包围中，即所谓的“隔离封闭”效应，催化活性受到严格的控制，但当人体内的铁含量过多时，便从“隔离封闭”状态游离出来，催化自由基反应，生成大量的自由基，损伤脱氧核糖核酸（DNA）、蛋白质等生物大分子化合物，造成DNA的畸形，基因突变，影响蛋白质的合成，甚至造成细胞死亡或癌变，对人体引起不可逆转的损害。

6 应科学补充铁元素

当人体少量缺铁时，切不可盲目补充，应听从医生的建议。正确合理的饮食可以防治缺铁性贫血。已患缺铁性贫血的病人，单靠饮食疗法效果不大，但可作为辅助治疗，以防止复发。应适当多食含铁较多、营养丰富的食品，如：动物血、肝脏、鸡胗、牛肾、大豆、黑木耳、芝麻酱、牛肉、羊肉、蛤蜊和牡蛎等。在服用铁剂时应注意以下几点：

（1）贫血补铁应坚持“小量、长期”的原则，否则易导致急性铁中毒。口服铁剂以硫酸亚铁、右旋糖苷铁、富马酸亚铁和葡萄糖酸亚铁为佳，因铁以二价铁的形式吸收。

（2）含钙类食品（如豆腐）、高磷酸盐食品（如牛奶）、含有大量鞣酸的物质（如茶和咖啡）等，能与铁生成不溶性的物质，妨碍铁的吸收。

（3）注意药物对铁剂吸收的不良影响：四环素类抗生素能与铁剂生成不溶性配合物，不利吸收。故应尽量避免同时应用。

（4）缺铁症状改善，不要立即停药，还应在医生指导下再服一段时间，以补充体内的储存铁，防止贫血的复发。