Úvod
minerály jsou nepostradatelnou součástí kompletní stravy zvířat. Minerály jsou anorganické prvky, které se nacházejí ve všech tělesných tkáních a tekutinách. I když nepřinášejí žádnou energii, mají zásadní roli v mnoha činnostech v těle . Tyto sloučeniny jsou nezbytné pro udržení určité fyzikálně-chemické procesy, které jsou nezbytné pro život, protože jsou chemické složky používané tělo v mnoha způsoby., Každá forma živé hmoty vyžaduje tyto anorganické prvky nebo minerály pro jejich normální životní procesy .
hodnota mikro-minerálů v lidské, živočišné a rostlinné výživě byla dobře rozpoznána . Nedostatky nebo poruchy výživy zvířete způsobují různé nemoci a mohou nastat několika způsoby. Železo je nejhojnějším prvkem na zemi, ale v živých buňkách jsou přítomny pouze stopové prvky. Železo je nezbytné pro všechny buňky lidského těla. Železo je mikro-minerál, který má řadu klíčových funkcí., Je to hlavní část hemoglobinu v červených krvinkách; protože přenáší kyslík z plic do všech částí těla a usnadňuje použití kyslíku a skladování ve svalech. Kromě toho každá buňka v těle potřebuje železo k výrobě energie .
téměř čtvrtina celosvětové populace je postižena anémií, jejíž primární příčinou je deficit železa . Jeho nedostatek je spojen se zhoršenou fyzickou pracovní schopností, sníženou náladou a kognitivní funkcí a špatnými výsledky souvisejícími s těhotenstvím ., Individuální stav železa spadá na řadu (od plné až po vyčerpané zásoby železa), nedostatek železa a anémie s nedostatkem železa. Proto jsou jedinci s nedostatkem železa vystaveni zvýšenému riziku vzniku anémie s nedostatkem železa . Navzdory pokroku ve zdravotnictví zůstává nedostatek železa v rozvinutých i rozvojových zemích nejdůležitějším strachem z veřejného zdraví, přičemž dospívající ženy jsou převážně náchylné., V průmyslových zemích by měl být nedostatek železa snadno identifikován a léčen, a přesto jej lékaři často přehlížejí nebo ženy neuznávají jako obavy . I v těchto zemích je tedy nutná prevence a léčba nedostatku železa v inovativních přístupech .
doporučený příjem živin jednotlivce ke splnění definovaného požadavku se liší mimo jiné v závislosti na kritériu použitém k definování přiměřenosti živin ., Pro mnoho živin vědecky podporovat definici nutričních potřeb napříč věkovými rozsahy, sex a fyziologické stavy, informační základna je omezená. Použití rovnováhy živin k definování požadavků bylo zabráněno, kdykoli je to možné, protože je nyní obecně uznáváno, že rovnováhy lze dosáhnout v širokém spektru příjmu živin. Pokud však nejsou k dispozici žádné další vhodné údaje, byly použity úrovně požadavků definované pomocí rovnováhy živin., Dietní požadavek na mikroživinu je definován jako úroveň příjmu, která splňuje stanovená kritéria přiměřenosti, čímž se minimalizuje riziko deficitu živin nebo přebytku. Opatření zásob živin nebo kritických tkáňových bazénů mohou být také použita k určení přiměřenosti živin. Funkční testy jsou v současné době nejdůležitějšími indexy subklinických stavů souvisejících s příjmem vitamínů a minerálů. Anémie, definující marker nedostatku železa v potravě, může také vyplývat mimo jiné z nedostatků folátu, vitamínu B12 nebo mědi .,
individuální dietní inhibiční a posilující faktory mají hluboký vliv na absorpci železa . Polyfenolové sloučeniny jsou široce přítomny v lidské stravě jako složky ovoce, zeleniny, koření, luštěnin a obilovin a jsou obzvláště vysoké v čaji, kávě, červeném víně, kakau a různých bylinných čajích. Silný inhibiční účinek kyseliny fytové na absorpci nonheme-železa je dobře znám ., Polyfenolické sloučeniny jako chlorogenové kyseliny, monomerních flavonoidů a polyfenolů polymerace produkty, široce přítomné v kávě a čaji také silně inhibují dietní nonheme-vstřebávání železa . Účinky kyseliny askorbové (AA) při dramatickém zlepšení absorpce železa byly důsledně pozorovány . Heme železo nalezené v živočišných potravinách je také důležitým zdrojem železa kvůli jeho vysoké biologické dostupnosti. Kromě toho mnoho studií naznačuje, že zvyšující se účinek svalové tkáně na absorpci železa je způsoben peptidy obsahujícími cystein .,
biochemii metabolismu železa v lidském zažívacím systému
Železo chemie a fyziologie
Železo se vyskytuje na 26. prvek periodické tabulky a má molekulovou hmotnost 55.85. Má dva běžné vodné oxidační stavy, a to železnatý (Fe2+) a železitý (Fe3+). Tyto stavy umožňují železa účastnit se oxidačních / redukčních reakcí, které jsou rozhodující pro energetický metabolismus přijetím nebo darováním elektronů. Na druhé straně tato vlastnost také umožňuje volnému železa katalyzovat oxidační reakce, které vyplývají z reaktivních a škodlivých volných radikálů., Proto, tělo železo musí být chemicky vázán na pomoc odpovídající fyziologickou roli, dopravy a skladování, s minimální možnost volného iontového železa katalyzovat škodlivé oxidační reakce .
většina železa v těle funguje v proteinových komplexech hemu, které transportují kyslík jako hemoglobin a myoglobin. Přibližně dvě třetiny těla železa je v hemoglobinu, 68,000 MW struktura obsahující čtyři podjednotky hemu je protoporfyrin prsten, s železo v centru, a čtyř polypeptidových řetězců (dva řetězy, každý z α – a β-globin)., Pro přepravu hemoglobinu, kyslíkové vazby přímo na atom železa, stabilizovaný ve Fe2+ oxidační stav obklopen protoporfyrin prsten a histidin zbytků. Hemoglobinové železo snadno váže a uvolňuje kyslík, cirkulující v krevních erytrocytech. Myoglobin, sestávající z jediné molekuly hemu a globinu, umožňuje přenos kyslíku z erytrocytů do buněčných mitochondrií ve svalové cytoplazmě . Menší množství železa v hemové formě funkce v mitrochondrial cytochromy zapletený s přenosem elektronů, využití kyslíku a produkce ATP., Malý zlomek železa v organismu funkce hem-obsahujících vodík peroxidases jako je kataláza, které chrání proti nadměrnému hromadění peroxidu vodíku o katalyzovat jejich přeměnu na vodík a kyslík .
kromě toho, žehlička má také funkce v non-hemové proteiny, které obsahují železo–síra komplex (objemová struktura čtyř žehlička a čtyři atomy síry). Je to hlavní forma železa v mitochondriích, která funguje v enzymech energetického metabolismu, jako je akonitáza, nadh dehydrogenáza a sukcinátdehydrogenáza., Aconitáza je citlivá na koncentrace železa v mitochondriích a cytosolu. Když je železo bohaté, enzym aconitázy předpokládá plnou kubickou strukturu železa a síry, která je spojena s metabolismem uhlohydrátů. Když jsou však koncentrace železa sníženy, protein ztrácí aktivitu akonitázy a funguje jako protein vázající železo (IRP). IRP interagují s prvky reakce železa (IREs) mRNA, aby regulovaly syntézu proteinů zapojených do transportu železa, skladování a použití v reakci na změny koncentrací buněčného železa (Obrázek 1).,
Obrázek 1: Struktura hemu ukazuje čtyři koordinovat vazby mezi železnaté ionty a čtyř dusíkatých bází.
absorpce a metabolismus železa
novorozené dítě má v těle celkem asi 250 mg. Celkové tělo železa u dospělého muže je 3000 až 4000 mg. Naproti tomu průměrná dospělá žena má v těle pouze 2000-3000 mg železa. Tento rozdíl může být přičítán menším zásobám železa u žen, nižší koncentraci hemoglobinu a menšímu cévnímu objemu než muži., Z toho se přibližně dvě třetiny používají jako funkční železo, jako je to v hemoglobinu (60%), myoglobinu (5%) a různých enzymech hemu a nonheme (5%). Zbytek se nachází ve skladu jako feritin (20%) a hemisoderin (10%) .
kontrola příjmu železa má nepochybně zásadní význam kvůli nedostatku regulovaného způsobu vylučování železa. Jakmile je jídlo spotřebováno a tráveno, dietní železo se absorbuje hlavně v dvanáctníku a proximálním jejunu., Přiměřeně, hemové železo se vstřebává mnohem efektivněji než non-hemového železa, zřejmě tím, že endocytóza neporušené železa protoporfyrinu komplex na kartáčový lem enterocytů. Po trávení železa ze všech potravinových zdrojů vstupuje společný intracelulární pool, z nichž v závislosti na železo stav jedince je buď uložena jako feritinu v enterocytů nebo vyváženy z enterocytů přes transportér ferroportin na bazální straně buňky., Ferroportin transporty železnatý, který je ihned oxidován na Fe3+ a zvedl transferin být transportován do buněk exprimujících transferin receptory (Obrázek 2).
Obrázek 1: vstřebávání Železa a metabolismus v těle.
stav Železa, nedostatek železa a železem
Kojenci, děti, teenageři a ženy v plodném věku, jsou často ovlivněny nedostatkem železa; vzhledem k tomu, že zdravých dospělých mužů, jsou zřídka nedostatečné., Nedostatek je způsoben tím, že několik faktorů, obvykle kombinace zvýšená potřeba (rychlý růst v mladé populace, menstruace a těhotenství u plodných žen) a nedostatečné využívání, což může záviset na dalších faktorech, jako je například snížení kalorického příjmu a/nebo větší zlomek kalorií, odvozené od potravin složky, které obsahuje méně vstřebává železo .
nejstarší fázi z nedostatku železa je charakterizována ztrátou skladování železa (indikováno feritinu) a je nazýván železo vyčerpání nebo prelatent nedostatek železa., Koncentrace sérového železa a sérového transferinu nesoucího železo jsou v této fázi normální. Když zásoby železa vyčerpány (feritinu v séru
Příznaky, často spojené s nedostatkem železa anémie patří palor, slabost, únava, dušnost, bušení srdce, citlivost na chlad, abnormality v dutině ústní a trávicího traktu, a snižuje kapacitu pro práci . Dále se zdá, že i středně / prelatentní nedostatek železa může mít významné zdravotní důsledky, které lze připsat poklesu základního železa v těle a omezením oxidační kapacity tkání .,
přetížení Železem je spojena s nárůstem non-vázán na bílkoviny železa vyplývající z fyziologických železa, vazebné kapacity byl přemožen . Nevýhody s přetížením jsou například zvýšené riziko bakteriální infekce a kardiomyopatie. Přetížení může být důsledkem vrozených chyb v metabolismu vedoucích k hyper-absorpci železa nebo nedostatečné syntéze proteinů vázajících železo. Přetížení může být také důsledkem nadměrné absorpce dietního železa v důsledku různých příčin, včetně chronického požití většího než dostatečného množství dietního železa, zejména heme železa., Tyto připomínky týkající se přetížení železa vyvolaly otázku, zda je či není prospěšné obecné opevnění potravin anorganickým železem .
Dietní a non-dietní faktory, které ovlivňují vstřebávání železa
Dietní faktory přispívají významnou roli ve vývoji nedostatku železa a pak anémie z nedostatku železa. Absorpce železa střevními enterocyty řídí rovnováhu železa, ale neexistuje žádná cesta řízeného vylučování železa. To znamená, že absorpce železa je regulována dietními a systémovými faktory., Dietní železo je z velké části non-heme železo s asi 5%-10% ve formě hemu železa ve stravě obsahující maso. I když heme železo představuje menší část dietního železa, je vysoce biologicky dostupné a 20% -30% hemu železa je absorbováno. Naopak absorpce nehemového železa je mnohem variabilnější a významně ovlivněna jinými složkami stravy; s absorbovaným 1% -10% nehemového železa .
kromě toho je železo v životním prostředí a ve stravě především železité železo (Fe3+), které je nerozpustné, a proto není biologicky dostupné., Tedy, před tím, než mohou být absorbovány non-heme železo má být snížena ze železité (Fe3+) na železnaté (Fe2+) železa v potravě redukční činidla, jako je kyselina askorbová nebo endogenní ferri-reductases, jako duodenálního cytochromu B (dcytB) . Železnatý železo je transportováno přes apikální membránu z dvanáctníku do divalent metal transporter 1 (DMT1), který je lokalizován na štětec hraniční membrána blízko dcytB., Jako Wang & Pantopoulos, 2011 oznámil, využívání železitých iontů u dcytB je poháněn proton co-dopravy, takže kyselé duodenální pH usnadňuje vychytávání železa, a je kompetitivně inhibována jiné dvojmocné kationty.
kyselina askorbová je jedním z nejúčinnějších zesilovačů absorpce železa bez hemu. Jiné dietní faktory, jako je kyselina citronová a jiné organické kyseliny, alkohol a karoteny, podobně zvyšují absorpci železa bez hemu ., Kromě toho živočišné bílkoviny, jako je maso, ryby a drůbež, zvyšují absorpci železa, ale bioaktivní složka „masného faktoru“ ještě nebyla identifikována. Maso také podporuje vstřebávání železa bez hemu aktivací produkce žaludeční kyseliny. Naopak absorpce nehemového železa je inhibována kyselinou fytovou (inositol hexafosfát a inositol pentafosfát) v zrnech a obilovinách a polyfenoly v některé zelenině, kávě, čaji a víně. Tyto inhibitory vázané na non-heme železa, takže není k dispozici pro příjem. Dietní faktory ovlivňující vstřebávání železa jsou uvedeny v tabulce 1.,u obsahu faktory posílení a brání vstřebávání železa Faktorů zvyšujících vstřebávání železa
- kyselina Askorbová
- Maso, ryby a mořské plody
- Některé organické kyseliny (citronová, mléčná, jablečná, vinná)
Faktory, které brání vstřebávání železa
- Přítomnost anti-živiny (například fytáty a tanin) v cereálie, potravinové produkty
- Železné závazné fenolických sloučenin v čaji, káva, červené víno,
- některé listové zeleniny, bylinky, ořechy a luštěniny
- Vápník
- Sójové bílkoviny
Zdroj: Tchaj & Hulthen, 2000.,
dietní faktory inhibující absorpci železa
vápník: vápník inhibuje vstřebávání železa i železa bez hemu. Vápník brání vstřebávání obou hemu a nonheme železa srovnatelným způsobem a tak, to je pravděpodobné, že tato inhibice vápníku dochází po hemové železo je osvobozen od porfyrinu prsten ., Vápníku bylo prokázáno, že inhibují vstřebávání železa u potkanů a člověka , uvádí, že dává 165 mg, Ca, jako je mléko, sýr nebo chlorid vápenatý snižuje vstřebávání železa o 50-60%, v single-jídlo měření s maximální inhibice přibližně 300 mg vápníku v jídle. Zdá se, že další zvýšení množství mléčných výrobků nad bazální hladinu 300 mg nemá žádný další inhibiční účinek na absorpci železa (Galan et al. 1991). Ukázalo se však, že doba trvání inhibičního účinku vápníku na absorpci železa je kratší než dvě hodiny ., Na druhé straně požití 1000 mg Ca jako uhličitanu denně s jídlem po dobu dvanácti týdnů se nezdálo být škodlivé pro jejich stav železa .
fytát: během trávení může být molekula fytátu negativně nabitá, což naznačuje potenciál vazby kladně nabitých kovových iontů, jako je železo . Negativní důsledek fytátu v otrubách na absorpci železa byl poprvé prokázán Sharpe et al. (1950), pomocí bílého chleba a hnědého otrubového chleba., Tento účinek měl být dříve způsoben vysokým obsahem fytátu, který byl prokázán v řadě novějších studií . Brune et al. (1989) zkoumali pravděpodobnost dlouhodobé spotřeby, vysoké otruby s obsahem fytátu strava může vyvolat změny ve střevě, což by znamenalo úpravu inhibiční účinky fytátu na střevní vstřebávání železa., Zkoumali vegetariány a ne-vegetariány a zjistil, že žádná adaptace střevní kartáč hranice na vysoké fytátu příjem a dospěl k závěru, že uspokojivé zásoby železa v vegetariánské skupiny byly vzhledem k vysoké spotřebě organických kyselin, jako je kyselina askorbová.
Několik metod přípravy obilných zrn včetně namáčení, klíčení a kvašení bylo prokázáno, že zcela snížit obsah fytátu z obilovin a zeleniny za optimálních podmínek, a tím eliminovat jejich účinky na vstřebávání železa., Kromě toho, negativní účinky fytátu a vlákniny na vstřebávání železa byla prokázána u potkanů , zjistil, snížení vstřebávání železa, když s vysokým obsahem vlákniny chleby byly krmeny krysy. Velikost této inhibice však nesouvisela s množstvím fytátového fosforu nebo vlákniny přítomné ve stravě.
naopak, výsledky z experimentů, indikovaných vyšší absorpcí z FeSO4 než z endogenního Fe přítomného v chlebu, oba vyjádřeny jako Mg Fe absorbované a frakční absorpce Fe., Použití rovnováhu a jediné jídlo radioizotopové opatření, zjistila, že žádné rozdíly v Fe absorpce mezi tři různé chleby s obsahem vlákniny obsah 16.1, 38.1 a 72,4 g/kg, ale se stejným koncentrace fytátu (6.3-6.4 g/kg) , používá přesně stejný chleba v balance opatření u lidí během 3 x 24 dnů v 6 předmětech a ne najít žádný vliv vlákniny soustředění na železné zůstatky., To nepřímo naznačuje, že inhibiční účinek vlákniny na vstřebávání železa je pravděpodobně způsobeno fytátu v vlákninu frakce a dále podporuje studium Morris a Ellis (1980), kteří zjistili, že vstřebávání železa u potkanů byla vyšší z dephytinized otruby.
fenolické sloučeniny: během trávení se fenolické sloučeniny z potravy nebo nápoje uvolňují a mohou tvořit komplex s Fe ve střevním lumenu, takže nejsou k dispozici pro absorpci., Téměř všechny nápoje snížily absorpci železa v závislosti na množství celkových polyfenolů, přičemž inhibice černého čaje byla největší na 79-94%. Několik studií ukázaly, že množství pouze 20 mg polyfenoly z černého čaje za jídlo snižuje vstřebávání železa až o 66%, pravděpodobně kvůli vyšší obsah galloyl estery v černém čaji a pravděpodobně proto, že jednoduchý chléb jídlo bylo bez jakékoliv enhancery vstřebávání železa proti polyfenoly (Prashanth et al., 2008)., Podobně bylo prokázáno , že konzumace černého čaje a kávy silně inhibuje vstřebávání železa z kompozitních jídel, přičemž káva má asi polovinu inhibičního účinku čaje.
navíc Prashanth et al. (2008) uvádí, že přidání čajového nápoje k referenčnímu jídlu vedlo k dramatickému snížení absorpce železa při anémii s nedostatkem železa (IDA) a kontrole., Podle této studie, vstřebávání železa z referenční jídlo spotřebované s 1 šálek čaje se snížila o 59% (P
Na druhou stranu, přidáním mléka do čaje nebo kávy měl malý nebo žádný vliv na jejich inhibiční kapacitu. Gaur a Miller (2015), uvedl, že procentní hodnoty pro celkové dialyzovatelné železo, celkové rozpustné železo a rozpustné železo., Výsledky ukázaly, že přidání mléka do čaje významně snižuje koncentraci dialyzovatelný železa (α,
Dietní faktory zvyšující vstřebávání železa
Askorbová, kyselina: Askorbová kyselina se zdá být faktorem, který je nejvíce účinný při zvyšování vstřebávání železa zejména non-heme železa v single-jídlo studií. Uvedlo to několik autorů. Existují dva mechanismy pro tento účinek nehemového železa na absorpci. Za prvé, zabraňuje tvorbě nerozpustných a lepených sloučenin železa a za druhé snižuje železité železo (Fe 3+) na železné (Fe2+) železné stavy .,
Ve studii Prashanth et al., (2008), ukázal, že když askorbové přidán do jídla v molárním poměru železa 2:1, kyselina askorbová zvýšené vstřebávání železa o 291% v ARP group a 270% v kontrolní skupině (P
Na druhou stranu, dlouhodobý účinek kyseliny askorbové na stav železa v těle je však méně jasné., Přidání vysoké množství kyseliny askorbové, aby denní stravy na delší období byly v několika studiích se nepodařilo zvýšit hladiny feritinu i když jediné jídlo absorpce opatření pomocí rádiových železa mají stejné předměty je uvedeno, že kyselina askorbová zvyšuje vstřebávání železa. Když je do snídaňového masa zahrnuta sklenice pomerančového džusu, absorpce železa může být zvýšena 2,5 krát .,
Maso: vstřebávání železa zejména hemové železo je ovlivněn velmi málo jiných složek potravin ve stravě, s výjimkou masa, které zvyšuje vstřebávání vápníku a který inhibuje vstřebávání železa . Maso také zvyšuje absorpci nehemového železa . Mechanismus za tento účinek zvyšující masa na obou hemu a nonheme železa absorpce je dosud neznámý. To však bylo hlášeno Hurrell et al. (2006), že masové zvýšení absorpce železa je více mechanismy zahrnujícími jak účinky žaludeční kyselosti, tak chelataci., Zpočátku může maso zvýšit absorpci nehemového železa stimulací produkce žaludeční kyseliny a tím podporovat solubilizaci železa v žaludku. Poté může masný faktor(y) chelatovat solubilizované železo v kyselém (nižším pH) prostředí žaludku a tím udržovat rozpustnost železa během střevního trávení a absorpce. Ryby a drůbež mají také zlepšující účinek na absorpci nehémového železa .
alkohol: alkohol u člověka mírně zvyšuje absorpci nehemového železa ., Bylo prokázáno, že chronické alkoholiků mají zvýšené sérové koncentrace feritinu a vypočtené celkové tělesné železa ve srovnání s nondrinkers i když je sporné, zda alkohol ovlivňuje samotný proces absorpce železa.
forma železa z různých potravinových zdrojů
Jak zdroj, tak chemická forma dietního železa mohou výrazně ovlivnit jeho dostupnost pro absorpci. Pro většinu světové populace nejsou potraviny získané ze zvířat k dispozici a opevnění železo ještě není široce distribuováno., V kategorii zeleniny mají sponky rýže, kukuřice, pšenice a fazole buď mírnou nebo špatnou dostupnost železa . Ve stravě existují dvě hlavní chemické formy (Fe2+ Fe3+) železa a každá je absorbována různými mechanismy. Hem obsahující železo v porfyrinu kruhová struktura se vyskytuje v hemoglobinu a myoglobinu a představuje téměř 40% železa přítomného ve tkáni zvířat, včetně ryb a drůbeže . Nehémové železo je přítomno v potravinách rostlinného původu a také představuje zbývajících 60% železa v živočišné tkáni., Dalšími zdroji nehémového železa jsou sloučeniny přidané k posílení stravy dalším železem nad jeho endogenní hladinou. Nejčastějšími zdroji jsou rozpustné soli železa nebo elementární železo s malými částicemi. Při užívání bez jídla jsou železné soli lépe absorbovány než železité formy . To pravděpodobně souvisí se skutečností, že železité železo je nerozpustné ve vodném roztoku nad pH 3, Zatímco většina železnatého železa zůstává rozpustná při pH 8.
závěr
železo je životně důležitým prvkem v těle. Je také toxický při nadměrné konzumaci., Proto je jeho účinek v těle jako dvousečný meč. Nedostatek železa ne vždy vede k anémii, ale může způsobit další zdravotní problémy, jako je letargie nebo oslabený imunitní systém. Nedostatek železa nastává, když strava neobsahuje dostatek potravin bohatých na železo, pokud dojde ke ztrátě krve nebo pokud je během dospívání a těhotenství zvýšená potřeba železa. Když tělo nedostane dostatek železa, nemůže vytvořit dostatek červených krvinek, aby neslo dostatečný kyslík v celém těle. Tento stav, který má příliš málo červených krvinek, se nazývá anémie., K prevenci těchto onemocnění by měl být podporován dostatečný příjem železa.