Усвоить железо, получить от него пользу непростая задача для организма. Будет ли железо правильно всасываться из желудочно-кишечного тракта, зависит от многих участников процесса. Молекула гепсидина здесь ключевая в прямом и переносном смысле. Гепсидин разрушает транспортеров железа, связываясь с ними в клеточных мембранах, тем самым предотвращает абсорбцию и перемещение этого металла. Гепсидин блокирует экспорт железа из желудочно-кишечного тракта в кровь. И наоборот, без него замóк остается открытым и желудочно-кишечный тракт может отправлять железо нуждающимся в нем органам. Уровень гепсидина в крови зависит от потребностей костного мозга и наличия в организме воспалительных процессов[11].
Давайте взглянем на тему железа шире и обратимся ко временам возникновения жизни на Земле: присутствие этого металла в нашем организме напоминает о том, что мы состоим из звездной пыли. Для астрофизиков все известные элемен-ты во Вселенной результат ядерного синтеза и сжатия в звездах. Эти небесные тела «сжигают» свои компоненты один за другим: сначала водород, потом гелий, углерод, кислород пока не дойдет до последнего железа. Так что в нашей крови циркулирует самый устойчивый во Вселенной химический элемент. В конце своей жизни звезды взрываются и становятся сверхновыми. Тут-то, в результате синтеза и деления ядер, образуются вещества тяжелее железа, такие как свинец, золото или платина.
Без железа, реликта этой космической истории, на Земле не будет жизни, с его помощью создается геомагнитное поле. Железо в красных кровяных тельцах жизненно необходимо млекопитающим, хотя некоторые другие металлы, например цинк или медь, тоже играют важную роль в обмене веществ. Природа создала сложные, исключительной точности системы. Они удовлетворяют потребности организма в микроэлементах, поддерживая запасы, необходимые не только для нормальной доставки кислорода к эритроцитам, но и для исправной работы мышц и мозга.
Железо участвует во многих биохимических процессах. В организме человека его должно быть столько, чтобы удовлетворять основные потребности и восполнять потери, связанные, например, с выведением отмерших клеток пищеварительной системы, шелушением кожи и т. д. В небольших количествах мы теряем железо всю свою жизнь, особенно это касается женщин детородного возраста. Незначительные, невидимые глазу хронические кровотечения бывают в желудочно-кишечном тракте, они возникают по разным причинам, но чаще всего из-за полипов. А вот при заражении кишечника паразитами кровотечения могут оказаться более серьезными.
Одна из причин железодефицита, о которой часто забывают в клиниках, необоснованные заборы крови для обследования, особенно они опасны для младенцев и пожилых людей, но способны нанести вред и пациентам, получающим определенную интенсивную терапию. С такими больными происходит примерно то же, что с некоторыми донорами, регулярно сдающими кровь: в зависимости от частоты процедуры, они могут терять железа больше, чем получают из желудочно-кишечного тракта. У некоторых доноров, главным образом женщин, недостаток этого металла, вызванный забором крови, не восполняется и приводит к железодефициту, который может сопровождаться другими признаками анемии или обходиться без них.
В организме взрослого человека содержится около 4 г железа. Оно входит в состав гемоглобина (2,5 г), ферритина (1 г) и других белков, например миоглобина. Железо поступает в организм исключительно из пищи, по 1015 мг в сутки. Но усваивается далеко не всё приблизительно 1 мг в сутки у взрослого. То, насколько эффективно желудочно-кишечный тракт всасывает железо, зависит прежде всего от запасов этого металла в организме и его молекулярной формы. На поверхности клеток желудочно-кишечного тракта всасывание обеспечивает транспортный белок, который участвует в восстановлении железа (Fe³
+
+
+
+
Транспортные белки переносят железо по крови в так называемой ионизированной форме, которая делает свободное железо менее токсичным. Определить уровень этого металла в крови довольно трудно. Иногда даже утверждают, что при железодефиците это сделать невозможно. Такое исследование всегда нужно проводить вместе с другими анализами, в частности, следует выяснять уровень ферритина или степень насыщения трансферрина железом. Внутри клеток металл хранится в молекулах ферритина, поэтому по количеству этого белка в плазме можно понять, сколько железа содержится в организме.
Железодефицит одна из проблем общественного здоровья, и органы здравоохранения занимаются ею многие годы. По оценкам экспертов, четверть населения планеты и почти каждый второй пожилой человек страдают от нехватки железа, а значит, подвержены риску развития анемии. Причины дефицита этого металла разные, но к наиболее частым относят неправильное питание, заражение кишечника паразитами и кровотечения. Последние двадцать лет ученые предлагают культивировать трансгенный рис: один из его генов позволяет синтезировать ферритин, и это могло бы решить проблему с нехваткой железа в нашем питании. Авторы исследования заметили: если такой рис выращивать на богатых железом почвах, то злак вбирает в себя этот металл, который в сочетании с ферритином легко всасывается слизистой желудочно-кишечного тракта. Работы над трансгенным рисом продолжаются, ученые ищут способы обогащать этот базовый продукт питания железом, цинком, витаминами говоря научным языком, проводится биофортификация. Несмотря на пищевую ценность трансгенного риса, потенциал генетически модифицированных организмов остается предметом горячих споров.
Человек живая батарейка
Зачем кровь переносит кислород? Нам кажется, без него нет жизни. Тем не менее она зародилась без этого элемента. Фактически в течение полутора миллиардов лет на Земле не было кислорода, но примерно 2,43 миллиарда лет назад он вдруг возник, сначала в океанах, а потом и в атмосфере. Долгое время его появление оставалось загадкой, ответ на которую нашли совсем недавно: три миллиарда лет назад уже жили примитивные микроорганизмы под названием цианобактерии, и вдруг они принялись вырабатывать большое количество кислорода (геологи называют этот переходный период в истории Земли великой кислородной катастрофой). Живые организмы вышли на сушу и прекрасно приспособились к этому газу. Кислородное дыхание стало необходимым условием для производства энергии. Собственно, углеводы, как и жиры, «сжигаются» при участии кислорода, и эта химическая реакция приводит к образованию воды, углекислого газа и энергии. Это основная реакция, которая происходит в «батарейке» нашем теле.
Кислород должен циркулировать во всех органах только тогда он будет выполнять роль топлива. Чтобы наши клетки не страдали от недостатка этого газа, в организме постоянно активируются сложнейшие физиологические механизмы. Частота дыхания и пульса, объем крови, выбрасываемой с каждым сокращением сердечной мышцы, количество эритроцитов все эти показатели могут резко меняться в экстренной ситуации.
Внезапно может возрастать число красных кровяных телец у некоторых животных, например у борзых: когда им надо ускорить бег, их селезенка сжимается и количество эритроцитов значительно увеличивается. Говоря о животных, надо развенчать один стереотип. Со времен Аристотеля, предложившего классификацию живых существ, в основе которой лежит деление на холодных и теплых, различают так называемых теплокровных животных (млекопитающие и птицы) и холоднокровных (все остальные). Не утратило ли такое деление свою актуальность? Во-первых, оно предполагает, что у всех животных есть кровь, однако это не так. Многие примитивные животные ее лишены. Во-вторых, кровь вовсе не влияет на температуру тела, а реагирует на ее изменения, помогает ее поддерживать. Кстати, в царстве животных есть абсолютно разные, порой хитроумные способы сохранять необходимую температуру тела (термогенез): проживание группами (пчелы, императорские пингвины), волосяной покров (белый медведь) или перья, толщина жира, использование солнечного тепла. Ящерицы, сидя на стене под солнечными лучами, добиваются температуры тела в 40 °C и выше, при этом, согласно классификации, они считаются холоднокровными. В завершение экскурса о животных обратим внимание, что живые существа регулируют температуру тела по-разному. У птиц и млекопитающих она не слишком зависит от внешних факторов: благодаря различным тонко настроенным механизмам им удается поддерживать относительно стабильную температуру тела. И в этом процессе участвует не только кровь. Несмотря на очевидные различия между теплокровными и холоднокровными, не стоит забывать, что некоторые впадающие в спячку млекопитающие способны понижать свою температуру для экономии энергии. А у рыб, живущих в очень холодных водах или мигрирующих туда, в разных органах может поддерживаться разная температура.