Żelazo | Iron

1.1. Historia i pochodzenie

Żelazo (Fe) to metal, którego proces pozyskiwania znano już dwa tysiące lat przed naszą erą w Egipcie i Mezopotamii. Początkowo polegało to na intensywnym ogrzewaniu rudy żelaza z węglem na obszarach, na których występował silny wiatr. Taki metal stawał się bardzo gąbczasty, charakteryzował się względnie niską jakością oraz zawierał wiele domieszek pochodzących z żużlu. Przełom nastąpił w momencie, gdy do otrzymywania żelaza zaczęto stosować piece z ogniotrwałego materiału, z otworami w górnej części urządzenia. Kolejno w XV w. traktowane uprzednio jako odpad żeliwo przekształcano w metal dobrej jakości. W roku 1855 wzbogacono proces otrzymywania tego metalu w etap konwertowania, co pozwalało na niwelowanie zanieczyszczeń i otrzymywanie czystego stopu żelazowo-węglowego, czyli stali. Obecnie otrzymuje się ten pierwiastek wydobywając go z rud. Największe jego ilości pozyskują tą metodą m.in. Chiny, Brazylia i Australia. Symbol chemiczny żelaza (Fe) wywodzi się od jego nazwy łacińskiej Ferrum.

Zawartość żelaza w ludzkim organizmie jest stosunkowo niewielka. Wynosi od 4 do 5 g, a większość tego mikroelementu jest związana w hemoglobinie. Jego wchłanianie ma miejsce w obszarze jelita cienkiego i dwunastnicy, natomiast magazynowanie następuje w wątrobie. Żelazo jest minerałem charakteryzującym się niską biodostępnością (na poziomie ok. 10%). Dziennie człowiek traci go w nieznacznych ilościach, od 1 do 1,5 mg, co zachodzi głównie poprzez złuszczanie się nabłonka jelitowego. Grupą osób szczególnie narażonych na znaczną utratę tego minerału są kobiety w czasie ciąży oraz karmiące piersią, dzieci i młodzież w okresie intensywnego wzrostu, osoby w wieku starczym, jak również wegetarianie. Głównym skutkiem niedoboru żelaza jest anemia (niedokrwistość), która objawia się:

• ogólnym osłabieniem organizmu
• sennością
• bladością skóry
• biegunką
• zajadami w kącikach ust
• zwiększoną łamliwością włosów i paznokci
• obniżoną odpornością na infekcje
• zaburzeniami pamięci i koncentracji
• przedwczesnym porodem (u kobiet ciężarnych)

1.2. Klasyfikacja

Żelazo to minerał zaliczany do mikroelementów, czyli pierwiastków chemicznych, których dziennie człowiek potrzebuje w ilości nieprzekraczającej 100 mg, ale które są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Główną funkcją żelaza jest transport tlenu z płuc do tkanek (ponieważ jest on zlokalizowany w hemoglobinie wypełniającej czerwone krwinki). Minerał ten bierze udział w budowaniu mięśni, ponieważ jest składnikiem tworzącej je mioglobiny. Występuje także w centrach aktywnych licznych enzymów, umożliwiając ich prawidłowe działanie. Jest również bardzo istotny dla odporności organizmu na infekcje oraz dla właściwej pracy ośrodkowego układu nerwowego.

1.3. Występowanie

Żelazo w żywności występuje w dwóch formach: hemowej Fe2+ (w produktach pochodzenia zwierzęcego) lub niehemowej Fe3+ (głównie w produktach roślinnych). Udział tej pierwszej w codziennej diecie oscyluje wokół 10%, pozostałe 90% należy do żelaza niehemowego. Jednakże to właśnie dwuwartościowy kation tego pierwiastka charakteryzuje się lepszą przyswajalnością, od 25 do 50%, natomiast wchłanialność żelaza trójwartościowego jest niższa i wynosi od 1 do 10%. Najlepszym źródłem tego minerału są:

• mięso
• podroby (np. wątróbka)
• ryby (np. sardynki, łosoś)
• ostrygi
• małże
• żółtko jaj
• kakao
• orzechy pistacjowe
• rośliny strączkowe
• produkty zbożowe pełnoziarniste
• buraki
• szpinak
• pietruszka
• suszone owoce

Żelazo bierze udział w wielu ważnych procesach ustroju. Jest składnikiem hemoglobiny, mioglobiny i enzymów tkankowych, dlatego ma bardzo duże znaczenie w procesie oddychania. Jest minerałem niezbędnym w procesie syntezy DNA, detoksykacji w wątroby oraz wykazuje działanie przeciwbakteryjne i przeciwwirusowe poprzez wspomaganie układu immunologicznego.

2.1. Wpływ na układ nerwowy

Żelazo stanowi mikroelement niezbędny do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego. Istnieje szereg zależnych od tego pierwiastka enzymów i białek, które indukują tworzenie nowych synaps, odpowiadają za mechanizm neuroprzekaźnictwa oraz tworzenia osłonki mielinowej wokół aksonów, co warunkuje efektywne przewodzenie impulsów nerwowych. Minerał ten wpływa między innymi na aktywność hydroksylazy tyrozynowej – enzymu, który bierze udział w syntezie dopaminy, ważnego neurotransmitera pobudzającego, odpowiedzialnego za motywację do działania, skupianie uwagi czy też myślenie analityczne. Niewystarczająca podaż żelaza w okresie wczesnego i późnego dzieciństwa powoduje szereg defektów wpływających na nieprawidłowy rozwój mózgu, a w konsekwencji na inteligencję, funkcje poznawcze, zdolności motoryczne oraz komunikację interpersonalną i zachowanie. Zmiany, które zaszły w tkance mózgu w okresie wczesnego rozwoju są nieodwracalne. Co więcej, żelazo stanowi element budulcowy hemoglobiny, która wypełnia czerwone krwinki i zapewnia transport tlenu z płuc do pozostałych tkanek, w tym także do mózgowia. Tam zużywane jest około 20% ogólnej ilości pobranego przez organizm tlenu. Zaobserwowano, że niedobór tego metalu może powodować zaburzenia uwagi i pamięci oraz trudności w uczeniu się.

2.1.1. Wpływ na nastrój

Wyniki badań naukowych wskazują, że żelazo bierze czynny udział w syntezie neuroprzekaźników z grupy monoamin, z uwagi na fakt, iż jest kofaktorem hydrolazy tyrozynowej, która katalizuje reakcje powstawania dopaminy, a także hydrolazy tryptofanowej, odpowiadającej za wytwarzanie serotoniny (tzw. “hormonu szczęścia”). Oba te neurotransmitery warunkują dobry nastrój i ogólnie dobre samopoczucie. Udowodniono, że spożycie żelaza jest dodatnio skorelowane z działaniem antydepresyjnym. Pomaga ono więc zwalczać odczuwanie smutku, niskie poczucie własnej wartości oraz zachowania antyspołeczne. Co więcej, pierwiastek ten wpływa na aktywność enzymu wytwarzającego kwas gamma-aminomasłowy (GABA), który jest kluczowy dla odporności na stres, ponieważ pozwala na wyciszenie umysłu.

2.2. Wpływ na układ krwionośny

Żelazo to kluczowy pierwiastek występujący w układzie krwionośnym. Stanowi element budulcowy białek oddechowych, które wiążą i transportują tlen, czyli występującej w erytrocytach (czerwonych ciałkach krwi) hemoglobiny i obecnej w mięśniach mioglobiny. Są to tzw. hemoproteiny, których grupą prostetyczną jest hem. Jony żelaza (Fe2+ lub Fe3+) przyłączają się do odpowiedniej porfiryny poprzez cztery wiązania N-Fe, dzięki czemu tworzą hem. Dopiero gdy jego grupy posiadają w swej budowie kationy żelaza, mogą odwracalnie wiązać i przenosić tlen. Niedobór tego mikroelementu skutkuje niedokrwistością (anemią), czyli niewystarczającą liczbą krwinek czerwonych. Może ona mieć podłoże genetyczne (anemia sierpowata), wynikać ze zbyt niskiej podaży żelaza wraz z dietą bądź zaburzeń w metabolizmie tego pierwiastka. Dotyczy to przede wszystkim kobiet przed menopauzą (utrata Fe z krwawieniem miesiączkowym), które dodatkowo ograniczają spożycie mięsa, bogatego w łatwo przyswajalną formę żelaza.

2.3. Wpływ na układ odpornościowy

Żelazo to pierwiastek, który ma ścisły związek z układem immunologicznym. Mikroelement ten jest niezbędny w proliferacyjnej fazie aktywacji limfocytów, czyli komórek będących podstawą odpowiedzi odpornościowej swoistej. Żelazo indukuje działanie enzymów, które syntetyzują DNA (np. reduktazy rybonukleotydowej). Źródłem tego pierwiastka dla limfocytów jest transferyna, czyli białko stanowiące jego matrycę transportową w osoczu krwi. Wychwyt minerału z kompleksu proteinowego odbywa się poprzez receptory transferynowe, których wytwarzanie zwiększa się przy wzrastającym zapotrzebowaniu na ten metal. Niedobór żelaza powoduje, że transferyna może być nim tak nisko wysycona, aż jego ilość nie będzie dostateczna do namnażania się limfocytów. Nadmiar tego pierwiastka również hamuje proliferację tych komórek przez brak nienasyconej żelazem transferyny w osoczu krwi. Ponadto niewystarczająca zawartość tego mikroelementu w organizmie wiąże się z zaburzeniem wytwarzania interleukiny 2 – podstawy komunikacji pomiędzy limfocytami a komórkami NK (ang. natural killers). Co więcej, żelazo bierze udział w wewnątrzkomórkowych szlakach przekazywania sygnału do aktywowania podstawowych komórek układu immunologicznego.

2.4. Wpływ na kondycję fizyczną

Niedokrwistość spowodowana niedoborem żelaza często wiąże się z apatią i odczuwaniem ogólnego zmęczenia. Dowiedziono, że suplementowanie tego pierwiastka zapobiega tym objawom. Zapewnia on transport tlenu z płuc do tkanki mięśniowej i pozostałych komórek ustroju, co zwiększa intensywność ich metabolizmu. Co więcej, żelazo jest elementem enzymów, które indukują trawienie i wchłanianie substancji odżywczych z pożywienia. Stanowi budulec białka – mioglobiny, która odpowiada za strukturę mięśni szkieletowych oraz magazynowanie tlenu. Dzięki niej mięśnie mogą pracować wydajnie nawet przy dużym obciążeniu, wymagającym dostarczenia większej ilości O2, niż jest to możliwe jedynie przy udziale krwi.