introduktion
mineraler är oumbärlig del av en komplett diet av djur. Mineraler är oorganiska element som finns i alla kroppsvävnader och vätskor. Även om de inte ger någon energi, har de viktiga roller i många aktiviteter i kroppen . Dessa föreningar är nödvändiga för att upprätthålla vissa fysikalisk-kemiska processer som är väsentliga för livet eftersom de är kemiska beståndsdelar som används av kroppen på många sätt., Varje form av levande materia kräver dessa oorganiska element eller mineraler för sina normala livsprocesser .
värdet av mikromineraler i human -, djur-och växtnäring har varit välkänt . Brister eller störningar i djurets näring orsakar en mängd olika sjukdomar och kan uppstå på flera sätt. Järn är det mest rikliga elementet på jorden, men endast spårämnen är närvarande i levande celler. Järn är viktigt för alla celler i människokroppen. Järn är ett mikromineral som har ett antal nyckelfunktioner., Det är en stor del av hemoglobin i röda blodkroppar; eftersom det bär syre från lungorna till alla delar av kroppen och underlättar syreanvändning och lagring i musklerna. Dessutom behöver varje cell i kroppen järn för att producera energi .
nästan en fjärdedel av den globala befolkningen påverkas av anemi, varav järnbrist är den främsta orsaken . Dess brist är kopplad till nedsatt fysisk arbetsförmåga, nedsatt humör och kognitiv funktion och dåliga graviditetsrelaterade resultat ., En persons järntillstånd faller på ett intervall (allt från fylld till utarmade järnbutiker), järnbrist och järnbristanemi. Därför har individer med järnbrist ökad risk att utveckla järnbristanemi . Trots framsteg inom hälso-och sjukvården är järnbrist fortfarande en främsta folkhälsokräck i både utvecklade länder och utvecklingsländer, och ungdomar är främst mottagliga., I industrialiserade länder bör järnbrist lätt identifieras och behandlas, och ändå förbises det ofta av läkare eller inte erkänns av kvinnor som en oro . Således krävs även i dessa länder förebyggande och behandling av järnbrist i innovativa tillvägagångssätt .
det rekommenderade näringsintaget hos en enskild individ för att uppfylla det definierade kravet varierar, bland annat beroende på det kriterium som används för att definiera näringsämnets tillräcklighet ., För många näringsämnen att vetenskapligt stödja definitionen av näringsbehov över åldersintervall, kön och fysiologiska tillstånd är informationsbasen begränsad. Användningen av näringsbalans för att definiera krav har undvikits när det är möjligt, eftersom det nu är allmänt erkänt att balans kan nås över ett brett spektrum av näringsintag. Kravnivåer som definieras med näringsbalans har dock använts om inga andra lämpliga data finns tillgängliga., Dietkravet för ett mikronäringsämne definieras som en intagsnivå som uppfyller specificerade kriterier för tillräcklighet, vilket minimerar risken för näringsunderskott eller överskott. Åtgärder av näringsdepåer eller kritiska vävnadspooler kan också användas för att bestämma näringsämnets tillräcklighet. Funktionella analyser är för närvarande de mest relevanta indexen för subkliniska tillstånd relaterade till vitamin-och mineralintag. Anemi, den definierande markören för kostjärnbrist, kan också bero på bland annat brister i folat, vitamin B12 eller koppar .,
individuella diethämmande och förstärkande faktorer utövar djupgående påverkan på järnabsorptionen . Polyfenolföreningar är allmänt närvarande i den mänskliga kosten som komponenter av frukt, grönsaker, kryddor, pulser och spannmål, och de är särskilt höga i te, kaffe, rött vin, kakao och de olika örtteerna. Den potenta hämmande effekten av fytinsyra på nonheme-järn absorption är välkänd ., Polyfenolföreningar som klorogena syror, monomera flavonoider och polyfenol polymerisationsprodukter som är allmänt närvarande i kaffe och te hämmar också starkt dietary nonheme-järnabsorption . Effekterna av askorbinsyra (AA) vid dramatiskt förbättrad järnabsorption har konsekvent observerats . Heme järn som finns i animaliska livsmedel är också en viktig järnkälla på grund av dess höga biotillgänglighet. Dessutom har många studier föreslagit att den förstärkande effekten av muskelvävnad på järnabsorption beror på cysteinhaltiga peptider .,
biokemi av järnmetabolism i matsmältningssystemet
järnkemi och fysiologi
järn finns på det 26: e elementet i det periodiska bordet och har en molekylvikt på 55.85. Den har två vanliga vattenhaltiga oxidationstillstånd nämligen järn (Fe2+) och järn (Fe3+). Dessa tillstånd gör det möjligt för järn att delta i oxidations – /reduktionsreaktioner som är avgörande för energimetabolism genom att acceptera eller donera elektroner. Å andra sidan möjliggör denna egenskap också fritt järn för att katalysera oxidativa reaktioner, vilket resulterar i reaktiva och skadliga fria radikaler., Därför måste kroppsjärn vara kemiskt bundet för att hjälpa till med lämplig fysiologisk roll, transport och lagring, med minimal möjlighet för fritt jonisk järn att katalysera skadliga oxidativa reaktioner .
majoriteten av kroppens järnfunktioner i heme proteinkomplex som transporterar syre som hemoglobin och myoglobin. Cirka två tredjedelar av kroppen järn är i hemoglobin, en 68 000 MW struktur innehållande fyra subenheter av heme, en protoporfyrin ring med järn i mitten, och fyra polypeptidkedjor (två kedjor vardera av α – Och β-globin)., För transport av hemoglobin, syrebindningar direkt till järnatomen, stabiliseras i ett Fe2 + oxidationstillstånd omgiven av protoporfyrinringen och histidinrester. Hemoglobinjärn binder lätt och släpper ut syre, cirkulerar i blod erytrocyter. Myoglobin, bestående av en enda hememolekyl och globin, möjliggör syreöverföring från erytrocyter till cellulära mitokondrier i muskelcytoplasma . Mindre mängder järn i heme-formfunktionen i mitrokondriella cytokromer som är involverade i elektronöverföring, syreutnyttjande och produktion av ATP., En liten del av kroppen järn funktioner i heme-innehållande väteperoxidaser såsom katalas som skyddar mot överdriven ansamling av väteperoxid genom att katalysera dess omvandling till väte och syre .
dessutom har järn också funktioner i icke-heme-proteiner som innehåller ett järn-svavelkomplex (en kubisk struktur av fyra järn och fyra svavelatomer). Det är den huvudsakliga formen av järn i mitokondrier som fungerar i enzymer av energimetabolism som aconitas, NADH dehydrogenas och succinatdehydrogenas., Aconitas är känsligt för järnkoncentrationer i mitokondrier och cytosol. När järn är rikligt, antar aconitasenzymet den fulla järn-svavel kubiska strukturen som är associerad med kolhydratmetabolism. När järnkoncentrationerna minskas förlorar emellertid proteinet aconitasaktivitet och fungerar som ett järnbindande protein (IRP). IRPs interagerar med järnresponselementen (IRES) i mRNA för att reglera syntesen av proteiner som är involverade i järntransport, lagring och användning, som svar på förändringar i cellulära järnkoncentrationer (Figur 1).,
Figur 1: struktur av heme som visar de fyra koordinatbindningarna mellan järnjon och fyra kvävebaser.
järnabsorption och metabolism
det nyfödda barnet har totalt cirka 250mg i kroppen. Den totala kroppen järn i en vuxen man är 3000 till 4000 mg. Däremot har den genomsnittliga vuxna kvinnan bara 2000-3000 mg järn i kroppen. Denna skillnad kan hänföras till mindre järnreserver hos kvinnor, lägre koncentration av hemoglobin och en mindre vaskulär volym än män., Av detta används ungefär två tredjedelar som funktionellt järn såsom det i hemoglobin (60%), myoglobin (5%) och olika heme-och nonheme-enzymer (5%). Resten finns i lager som ferritin (20%) och hemisoderin (10%) .
kontroll av upptaget av järn är utan tvekan av största vikt på grund av bristen på reglerade metoder för att utsöndra järn. När maten konsumeras och smälts absorberas kostjärn huvudsakligen i duodenum och proximal jejunum., Rimligen absorberas haemjärn mer effektivt än icke-haemjärn, tydligen genom endocytos av det intakta järnprotoporfyrinkomplexet vid enterocytborstgränsen. Efter matsmältningen järn från alla kostkällor kommer in i en gemensam intracellulär pool från vilken beroende på järnstatus individer det antingen lagras som ferritin i enterocyte eller exporteras från enterocyte via ferroportin transportören på den basala sidan av cellen., Ferroportin transporterar järnjärn som omedelbart oxideras till Fe3+ och plockas upp av transferrin för att transporteras till celler som uttrycker transferrinreceptorer (Figur 2).
Figur 1: järnabsorption och metabolism i kroppen.
järnstatus, järnbrist och järnöverbelastning
spädbarn, barn, tonåringar och kvinnor i fertil ålder påverkas vanligen av järnbrist.friska vuxna män är sällan bristfälliga., Brist orsakas av flera faktorer, vanligtvis av en kombination av ökat behov (snabb tillväxt i den unga befolkningen, menstruation och graviditet hos fertila kvinnor) och otillräcklig upptag, vilket i sin tur kan bero på andra faktorer såsom ett minskat kaloriintag och/eller en större fraktion av kalorier som härrör från livsmedelsingredienser som innehåller mindre absorberat järn .
det tidigaste skedet av järnbrist kännetecknas av förlust av lagringsjärn (indikerat av ferritin) och kallas järnbrist eller prelatent järnbrist., Koncentrationerna av serumjärn och det järnbärande serumproteintransferrinet är normala i detta skede. När järnaffärer är uttömda (serumferritin
symtom som ofta är förknippade med järnbristanemi inkluderar palor, svaghet, trötthet, dyspné, hjärtklappning, känslighet för kyla, abnormiteter i munhålan och mag-tarmkanalen och minskad arbetsförmåga . Det verkar vidare att även Mid / prelatent järnbrist kan ha betydande hälsoeffekter som kan hänföras till minskningar i essentiellt kroppsjärn och begränsningar i vävnadsoxidativ kapacitet .,
järnöverbelastning är förknippad med ökningar i icke-proteinbundet järn som härrör från att den fysiologiska järnbindningskapaciteten är överväldigad . Nackdelar med överbelastning är till exempel ökad risk för bakteriell infektion och kardiomyopati. Överbelastning kan bero på medfödda fel i ämnesomsättningen som leder till hyperabsorption av järn eller otillräcklig syntes av järnbindande proteiner. Överbelastning kan också bero på överdriven absorption av kostjärn på grund av olika orsaker, inklusive kronisk intag av större än tillräckliga mängder dietjärn, särskilt heme järn., Dessa iakttagelser om järnöverbelastning har väckt frågan om huruvida allmän befästning av livsmedel med oorganiskt järn är fördelaktigt eller inte .
kost-och icke-kostfaktorer som påverkar järnabsorptionen
kostfaktorer bidrar en viktig roll i utvecklingen av järnbrist och sedan järnbristanemi. Järn absorption av tarmen enterocyter kontrollerar järn balans men det finns ingen väg för kontrollerad järn utsöndring. Detta innebär att järnabsorption regleras av kost-och systemiska faktorer., Dietary järn är till stor del icke-heme järn med ca 5% -10% i form av heme järn i dieter som innehåller kött. Även om heme järn utgör en mindre del av kostjärn, är det mycket biotillgängligt och 20% -30% av heme järn absorberas. Tvärtom är absorptionen av icke-heme järn mycket mer variabel och signifikant påverkad av andra komponenter i kosten; med 1% -10% av icke-heme järn absorberat .
dessutom är järn i miljön och kosten främst järnjärn (Fe3+) som är olösligt och så inte biotillgängligt., Således, innan det kan absorberas icke-heme järn måste minskas från järn (Fe3+ ) till järn (Fe2+) järn genom dietary reducerande medel, såsom askorbinsyra eller genom endogena ferri-reduktaser, såsom duodenal cytokrom B (dcytB) . Järn transporteras över det apikala membranet i tolvfingertarmen genom den divalenta metalltransportören 1 (DMT1), som är lokaliserad på borstens gränsmembran nära dcytB., Som Wang& pantopoulos, 2011 rapporterade, upptaget av järnjoner av dcytB drivs av proton Co-transport, så ett surt duodenal pH underlättar järnupptagningen och hämmas konkurrenskraftigt av andra divalenta katjoner.
askorbinsyra är en av de mest effektiva förstärkaren av icke-heme järnabsorption. Andra kostfaktorer som citronsyra och andra organiska syror, alkohol och karotener förbättrar på samma sätt icke-heme järnabsorption ., Vidare förbättrar animaliska proteiner som kött, fisk och fjäderfä järnabsorptionen, men den bioaktiva komponenten i ”köttfaktorn” har ännu inte identifierats. Kött främjar också icke-heme järnabsorption genom att aktivera magsyraproduktionen. Omvänt hämmas absorptionen av icke-heme järn av fytinsyra (inositolhexafosfat och inositolpentafosfat) i korn och spannmål och av polyfenoler i vissa grönsaker, kaffe, te och vin. Dessa hämmare bundna till icke-heme järn så det är inte tillgängligt för upptag. Kostfaktorer som påverkar järnabsorptionen beskrivs i Tabell 1.,viktiga faktorer som förbättrar och hämmar upptaget av järn faktorer som förbättrar upptaget av järn
- askorbinsyra
- kött, fisk och skaldjur
- vissa organiska syror (citronsyra, mjölksyra, äppelsyra, vinsyra)
faktorer som hämmar upptaget av järn
- förekomst av anti-näringsämnen (t.ex. fytater och tannin) i spannmålsbaserade livsmedelsprodukter
- järnbindande fenolföreningar i te, kaffe, rödvin,
- vissa bladgrönsaker, örter, nötter och baljväxter
- kalcium
- sojaprotein
källa: Hallberg & hulthen, 2000.,
kostfaktorer som hämmar järnabsorption
kalcium: kalcium hämmar både icke-heme järn och heme järn absorption. Kalcium hämmar absorptionen av både heme och nonheme järn på ett jämförbart sätt och sålunda är det troligt att denna inhibering av kalcium uppträder efter att heme-järnet befriats från porfyrinringen ., Kalcium har visat sig hämma järnabsorptionen hos både råttor och människa , och rapporterade att 165 mg Ca som mjölk, ost eller kalciumklorid reducerade järnabsorptionen med 50-60% vid enkelmjölksmätningar med maximal hämning av cirka 300 mg kalcium i måltiden. Ytterligare ökning av mängden mejeriprodukter över en basal nivå av 300 mg verkar inte ha någon ytterligare hämmande effekt på järnabsorptionen (Galan et al. 1991). Varaktigheten av den hämmande effekten av kalcium på järnabsorptionen har dock visat sig vara mindre än två timmar ., Å andra sidan verkade intag av 1000 mg Ca som karbonat dagligen med måltider under en tolvveckorsperiod inte vara skadligt för deras järnstatus .
fytat: under matsmältningen kan fytatmolekylen laddas negativt, vilket indikerar en potential för bindning av positivt laddade metalljoner som järn . Den negativa konsekvensen av fytat i kli på järnabsorption visades först av Sharpe et al. (1950), med vitt bröd och brunt kli bröd., Denna effekt var tidigare tänkt att vara på grund av dess höga innehåll av fytat som har visats i ett antal nyare studier . Brune et al. (1989) undersökte sannolikheten för långvarig konsumtion av hög kli innehållande fytatdiet kan inducera förändringar i tarmarna som skulle medföra en anpassning till de hämmande effekterna av fytat på tarmens järnabsorption., De undersökte vegetarianer och icke-vegetarianer och fann att ingen anpassning av tarmborstgränsen till ett högt fytatintag och drog slutsatsen att de tillfredsställande järnbutikerna i den vegetariska gruppen berodde på en hög konsumtion av organiska syror som askorbinsyra.
flera metoder för beredningar av spannmål, inklusive blötläggning, grobarhet och jäsning, har visat sig fullständigt minska fytatinnehållet i spannmål och grönsaker under optimala förhållanden och kan därigenom eliminera deras effekter på järnabsorptionen., Dessutom har negativa effekter av fytat och fiber på järnabsorption visats hos råtta , fann en minskning av järnabsorptionen när högfiberbröd matades till råttor. Storleken på denna inhibering var emellertid orelaterad med mängden fytatfor eller kostfiber som finns i kosten.
i motsats, resultat från experiment med, indikerade högre absorption från FeSO4 än från den endogena Fe närvarande i bröd, både uttryckt som mg Fe absorberas och fraktionerad Fe absorption., Med hjälp av balance och single meal radioisotop measures fann hon inga skillnader i Fe-absorption bland tre olika bröd med fiberinnehåll på 16,1, 38,1 och 72,4 g/kg men med samma fytatkoncentration (6,3-6,4 g/kg) , använde exakt samma bröd i balansåtgärder hos människor under 3 x 24 dagar hos 6 personer och fann ingen påverkan av fiberkoncentration på järnbalanser., Detta indikerar indirekt att den hämmande effekten av fiber på järnabsorption förmodligen beror på fytatet i fiberfraktionen och stöder ytterligare studien av Morris och Ellis (1980), som fann att järnabsorptionen hos råttor var högre från defytiniserad kli.
fenolföreningar: under matsmältningen frigörs fenolföreningarna från maten eller drycken och kan bilda komplex med Fe i tarmlumen vilket gör den otillgänglig för absorption., Nästan alla drycker minskade järnabsorption beroende på mängden totala polyfenoler, med inhiberingen av svart te störst vid 79-94%. Få studier visade att en mängd av endast 20 mg polyfenoler från svart te per måltid minskade järnabsorptionen med så mycket som 66%, eventuellt på grund av det högre innehållet av galloyl-estrar i svart te och förmodligen för att den enkla brödmåltiden saknade några förstärkare av järnabsorption för att motverka polyfenolerna (Prashanth et al., 2008)., På samma sätt har konsumtionen av svart te och kaffe visat sig starkt hämma järnabsorption från sammansatta måltider , med kaffe som har ungefär hälften av den hämmande effekten av te.
Dessutom, Prashanth et al. (2008) rapporterade att tillsats av en tedryck till referensmjöl resulterade i en dramatisk minskning av järnabsorptionen i järnbristanemi (Ida) och kontrollämnen., Enligt denna studie minskade järnabsorptionen från referensmjöl som konsumeras med 1 kopp te med 59% (P
å andra sidan hade tillsats av mjölk till te eller kaffe liten eller ingen effekt på deras hämmande kapacitet. Gaur och Miller (2015) rapporterade att procentvärdena för totalt dialyserbart järn, totalt lösligt järn och lösligt järn., Resultaten visade att tillsats av mjölk till te signifikant minskade koncentrationen av dialyserbart järn (α
dietfaktorer som förbättrar järnabsorptionen
askorbinsyra: askorbinsyra verkar vara den faktor som är mest potent för att förbättra järnabsorptionen, särskilt det icke-heme-järnet i enmåltidsstudier. Detta rapporterades av flera författare. Det finns två mekanismer för denna effekt av nonheme järn på absorption. För det första förhindrar det bildandet av olösliga och bundna järnföreningar och för det andra minskar järnjärn (Fe 3+) till järn (Fe2+) järntillstånd .,
i studien av Prashanth et al, (2008) visade att när askorbinsyra tillsattes till måltiden i ett molförhållande till järn av 2:1, ökade askorbinsyra järnabsorptionen med 291% i Ida-gruppen och med 270% i kontrollgruppen (P
å andra sidan är den långsiktiga effekten av askorbinsyra på järnstatus i kroppen emellertid mindre tydlig., Tillsats av höga mängder askorbinsyra till dagliga dieter under en längre period har i flera studier misslyckats med att öka ferritinnivåerna, även om enstaka måltidsabsorptionsåtgärder med hjälp av radiojärn har i samma ämnen indikerat att askorbinsyra ökar järnabsorptionen. När ett glas apelsinjuice ingår i ett frukostkött kan järnabsorptionen ökas 2,5 gånger .,
kött: absorptionen av järn särskilt av heme järn påverkas mycket lite av andra livsmedelskomponenter i kosten med undantag av kött som ökar absorptionen och kalcium som hämmar järnabsorptionen . Kött ökar också absorptionen av nonheme järn . Mekanismen bakom denna förstärkande effekt av kött på både heme och nonheme järn absorption är ännu okänd. Det har dock rapporterats av Hurrell et al. (2006) att köttförbättring av järnabsorption är av flera mekanismer som involverar både magsyraeffekter och kelation., Inledningsvis kan kött förbättra nonheme järnabsorption genom att stimulera produktionen av magsyra, och därigenom främja järnlöslighet i magen. Därefter kan en(a) köttfaktor (er) kelatera det lösliga järnet i den sura (lägre pH) miljön i magen och därigenom bibehålla järnlösligheten under intestinal matsmältning och absorption. Fisk och fjäderfä har också en förbättrad effekt på nonheme järn absorption .
alkohol: Alkohol ökar absorptionen av nonheme järn något hos människan ., Det har visats att kroniska alkoholmissbrukare har ökat serumferritinkoncentrationer och beräknat totalt kroppsjärn jämfört med nondrinkers även om det är kontroversiellt om alkoholen påverkar den faktiska absorptionsprocessen av järn.
form av järn från olika livsmedelskällor
både källa och kemisk form av dietjärn kan markant påverka dess tillgänglighet för absorption. För de flesta av världens befolkning är animaliska härledda livsmedel inte tillgängliga,och befästningsjärn är ännu inte utbrett., I grönsakskategorin har häftklamrarna ris, majs, vete och bönor antingen måttlig eller dålig järntillgänglighet . Det finns två stora kemiska former (Fe2+ Fe3+) av järn i en diet, och var och en absorberas av en olika mekanismer. Heme, innehållande järn i en porfyrinringstruktur finns i hemoglobin och myoglobin och står för nästan 40% av järnet som finns i djurvävnad, inklusive fisk och fjäderfä . Nonheme järn är närvarande i livsmedel av vegetabiliskt ursprung och står också för resterande 60% järn i djurvävnad., Andra källor till nonheme järn är föreningar som tillsätts för att förstärka kosten med ytterligare järn över sin endogena nivå. De vanligaste källorna är lösliga järnsalter eller småpartiklar. När det tas utan mat absorberas järnsalter bättre än järnformer . Detta är förmodligen relaterat till det faktum att järnjärn är olösligt i vattenlösning över pH 3, medan majoriteten av järnjärn förblir lösligt vid pH 8.
slutsats
järn är ett viktigt element i kroppen. Det är också giftigt när det konsumeras i överskott., Därför är dess effekt i kroppen som ett tvåkantigt svärd. Järnbrist leder inte alltid till anemi, men det kan orsaka andra hälsoproblem som slöhet eller ett försvagat immunförsvar. Järnbrist uppstår när kosten inte innehåller tillräckligt med järnrika livsmedel, om det finns blodförlust eller om det finns ett ökat behov av järn under ungdomar och graviditet. När kroppen inte får tillräckligt med järn, kan det inte göra tillräckligt med röda blodkroppar för att bära tillräckligt med syre i hela kroppen. Detta tillstånd att ha för få röda blodkroppar kallas anemi., För att förhindra denna sjukdom bör adekvat intag av järn uppmuntras.