7．3　铁

　　由于铁是血红素（heme）分子的组分，在氧和电子的输送中起着核心作用。因此，它对高级形式的生命是必需的，也是人体最重要的营养素之一。和其它微最元素相比，它对人的生命和健康具有更直接更敏感的影响。

　　由于缺铁性贫血对人类健康（特别是对于女青年和妊娠妇女）造成危害，所以很早就通过这种病的观察研究而认识到铁对健康的重要。我国古代劳动人民早就发现中药皂矾可以治疗‘血虚萎黄’，而皂矾的主要成分就是硫酸铁。1831年Blaud也已开始用二价铁治疗单纯性贫血。随着科学的发展，现在对铁在体内的代谢和功能已有较全面的了解。

　　7．3．1　人体内铁含量、分布和功用

　　体内含铁总随体重、血红蛋白浓度、性别而异。成年男子每公斤体重平均约含50mg，成年女子则为35mg。

　　体内的铁按其功能可分为必需与非必需两部分。必需部分占体内铁总量的70%，存在于血红蛋白、肌红蛋白、血红素酶类（细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶）、辅助因子和运输铁中。非必需部分则作为体内的储备铁，主要以铁蛋白和含铁血黄素的形式存在于肝、脾和骨髓中。铁的必需部分大体有85%分布在血红蛋白中，5%在肌红蛋白中，10%在全身各处细胞内血红酶类中，或天其它酶系统中起辅助因子的作用。有4mg作为运输铁而与血浆中的运铁蛋白相结合。

　　铁在体内的生理功用主要作为血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素等的组成部分而参与体内氧的运送和组织呼吸过程。血红蛋白能与氧可逆地结合，当血液流经氧分压较高的肺泡时，血红蛋白能与氧结合成氧合血红蛋白；而当血液经氧分压较低的组织时，氧合血红蛋白又离解而成血红蛋白和氧，从而完成把从肺泡关至组织的任务。肌红蛋白能在组织内储存氧，细胞色素能在细胞呼吸过程中起转运电子的作用。

　　7．3．2　铁的吸收

　　食物中的铁主要是三价铁，须在胃中经过胃酸的作用使之游离，并还原成二价铁后才能为肠粘膜所吸收。吸收部位主要在十二指肠和空肠。而胃、小肠下段和结肠只能吸收微量的铁。

　　膳食中铁的吸收率平均约为10%。但各种食物间有很大的差异，动物性食品铁的吸收率一般高于植物性食品，例如牛肉为22%、牛肝为14～16%、鱼肉为11%，而玉米、大米、大豆、小麦中的铁吸收率只有1～5%。所以，如果膳食中植物性食品较大时，铁的吸收率就可能不到10%。鸡蛋的铁的吸收率低于其它动物性食品，在10%以下。

　　食物中的铁可分为血红素铁和非血红素铁两类，它们以不同的机理被吸收。血红素铁主要存在于动物性食物，是与血红蛋白及肌红蛋白的原卟啉结合的铁。此种类型的铁不受植酸、磷酸等的影响而以原卟啉铁的形式直接被肠粘膜上皮细胞吸收，然后在粘膜细胞内分离出铁，并和脱铁运铁蛋白结合。其吸收率较非血红素铁高。其吸收过程不受其它膳食因素的干扰，吸收率一般是25%。另一类则为非血红素铁，主要存在于植物性食物中，其吸收常可受到膳食因素（如食物中所含的植酸盐，草酸盐、碳酸盐、磷酸盐的干扰。吸收率很低。约为3%。

　　食物中有些成分，如维生素C、胱氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、组氨酸、葡萄糖、果糖、柠檬酸、琥珀酸、脂肪酸、肌苷、山梨酸等能与铁螯合成小分子可溶性单体，阻止铁的沉淀，因而有利于铁的吸收。

　　维生素C除了能与铁螯合以促进铁的吸收外，它作为还原性物质，在肠道内将三价铁还原为二价铁而促进铁的吸收。必须指出，维生素C应与含铁的膳食同时摄入，才能促进膳食中的铁的吸收。铁剂和燕麦粥共食时，同时摄入25mg维生素C，可使铁的吸收率增加2倍。

　　肉、禽、鱼类食物中有一种叫“内因子”的物质，能显著地促进非血红素铁的吸收。据试验摄入含硫酸亚铁的烤面包卷的同时，摄入肉类可使面包中的硫酸亚铁的吸收率提高2倍以上，但迄今并未确知内因子的化学构造。

　　食物中另有一些成分可妨碍铁吸收，如茶叶所含的鞣酸在肠内与铁形成难溶性的复合物，以致妨碍铁吸收。

　　铁的吸收也受体内铁的需要程度的影响，如缺铁时，患血色病时，妊娠的后半期和红细胞生成作用受刺激时，铁的吸收增加；而铁负荷过量和红细胞生成抑制时则吸收减少。

　　关于小肠粘膜如何根据体内铁的需要来调节其吸收的机理，几十年来“粘膜阻塞论”一直在文献中占优势。现已发现这种把铁蛋白看成是在吸收中起决定性介导作用的理论与某些事实有矛盾，不能完全说明问题。最近已提出，决定是否吸收铁的信号是在粘膜细胞内产生的，其机理包括如下的假说：①在绒毛基底部腺窝中生成的柱状细胞含有不同量的由运铁蛋白转来的铁；②这种细胞内铁储备的多少，在一定范围内可调节从肠道进入细胞内的铁；③细胞内的铁可根据需要进入体内或留在细胞内来限制的吸收。相反，有铁负荷的人，生成的粘膜细胞有丰富的铁，于是吸收受到限制。而当细胞脱落时，细胞的铁就被排出。

　　7．3．3　铁在体内的运输

　　血浆中，铁是被结合在运铁蛋白上运输的。

　　运铁蛋白是一种在肝内生成的β1-球蛋白，分子量为86000，生物半衰期为8～10，在血流里有运载铁的作用。正常人体内约有运铁蛋白7～15g，它大体等量地分布于血管内和血管外，在未和铁结合时，为脱铁运铁蛋白，在和铁结合后成为铁饱和运铁蛋白。然后把铁运送至骨髓用于血红蛋白合成，或运至网状内皮细胞储存起来，或运送至各种供含铁酶合成所需。如在孕妇，并运送至各种细胞供含铁酶合成所需。如在孕妇，并运送至胎盘供胎儿所需。

　　运铁蛋白有两个结合铁的部位，每个部位能结合1个三价铁原子。

　　人体正常血浆中的运铁蛋白的平均含量为215～350mg·100ml-1。但对血浆中运铁蛋白的情况，通常以总铁结合力来表示，其量大约为300～450μg·100ml-1。血浆铁的含量（男性为90～180μg·100ml-1，女性为70～100μg·100ml-1）只足以饱和运铁蛋白的铁结合部位的三分之一，其余的三分之二代表潜在的或不饱和的总铁结合力。

　　虽然只有3～4mg和运铁蛋白结合的铁在循环中。但铁的转换是迅速的，每天运送的铁约70～90%运至骨髓。在那里转移至发育中的红细胞，供合成血色素之用。其余的铁除小部分供肌红蛋白和细胞内含铁酶合成所需外，多半的运至肝脾等器官的网状内皮细胞和肝实质细胞进行交换和储存。

　　血浆铁每天转换的量叫做血浆铁的转换率，可相当准确地测定出来。其方法是在静脉内注射微量放射性铁（柠檬酸59铁或氯化59铁），对放射性的消失追踪2～3h，找出放射性消减至开始时的一半所需的时间（即T1/2）。正常人为60～120min，缺铁的或红细胞生成加速的病人放射性的消失加速，而有血红素合成不全的病人放射性消失减慢，用T1/2和血浆铁含量可从下式算出血浆铁转换率（PITR）。

　　PITR（mg·d^-1）=0.693*血浆铁（μg·ml^-1）*血浆量（ml）*24、⁵⁹铁T_1/2

　　正常的PITR值范围为25～40gm·d^-1。当红细胞生成受到刺激时，PITR增加，而当红细胞生成受到抑制时PITR减少。而在缺铁时，T1/2缩短，血浆铁值降低，PITR通常正常。

　　血清总铁结合力的改变和血浆铁含量是各种疾病的诊断指标。在缺换时，在妊娠最后的三个月中，血清总铁结合力增加。而在感染、蛋白营养不良、各种类型的铁过度负荷9如血色病、含铁血黄素沉积症等），各种丢失蛋白质的疾病（如肾病等）时，血清总铁结合力降低。血浆铁的含量代表利用或储存铁的脏器从血液取得的铁与通过吸收、红细胞溶解和从储存部位移出而进入血液的铁之间的平衡。因此，在缺铁的病人、在红细胞生成加速、或在网状内皮细胞铁的释放受损的炎症时，血浆铁降低；而在铁负荷过度，红细胞溶解和红细胞生成速率降低等情况时，血浆铁增高。

　　7．3．4　铁的利用、储存和排出

　　人体内的铁约有30%以铁蛋白和含铁血黄素的形式的存在于肝、脾和骨髓中，约有70%掺入血红蛋白、肌红蛋白等的合成而发挥各自的生理功用。在正常情况下，储存铁的量变动不大，每天吸收的铁主要用于血红素的合成，以补偿每天体内因红细胞破坏而降解的血红素。

　　正常人每天大概要用20～25mg的铁来合成血红蛋白。这可根据红细胞更新时间进行计算。一个血量为5000ml而每100ml血含血红蛋白15g的人有750g循环的血红蛋白，或750*0.34=2.55g循环的血红蛋白铁（血红蛋白的含铁量为0.34%）。由于红细胞的正常生存期为120天，为更新分解代谢的血红素，每天将需要2.55g/120=0.21g，即21mg的铁。这也可通过静脉内注射示踪剂量的放射性铁来测定。即每24h血浆铁转换率的毫克数乘以循环中血红蛋白放射活性达到注射量最大值的百分数，就可得出每天用于生成血红蛋白的铁量。例如，血浆铁转换率为35mg·d-1，所注射的性铁掺入血红蛋白的最大值为80%。则每天有24mg铁（35mg*80%）用于血红蛋白的合成。

　　铁用以合成血红素的部位主要在骨髓。血浆铁进入骨髓幼稚红细胞的线粒体，经过铁结合酶的作用与原卟啉IX合成血红素。

　　超过需要量的铁主要以铁蛋白和含铁血黄素的形式储存于肝实质细胞、骨髓、肝和脾的网状内皮细胞中。铁蛋白的组成为周围有一个由24个化学上一样的蛋白质亚基组成的外壳，中心为一个三价铁羧基磷酸盐的胶态分子团。其中所含的铁量不等，完全为铁所充满的铁蛋白分子的分子量为900000，每分子约含有50000个三价铁原子，足以生成1250个血细蛋白分子。

　　在正常情况下，储存铁和血循环的铁交换量不多。当需要铁时，铁蛋白和含铁血黄素中的铁都可动员出来合成血红蛋白。

　　测定人体正常的铁储存量是困难的，从目前的资料估计，成年男子约为500～1500mg，成年妇女约为300～1000mg。

　　体内铁不足或过多可从血清铁、总铁结合力、血清铁蛋白和骨髓抽出物中的可染铁等的量估计出来。

　　动物实验显示，含铁酶对储存铁的缺乏是敏感的。从人体白细胞和颊粘膜的研究看出，甚至在较轻的贫血中，细胞色素氧化酶也近于耗竭。

　　身体排出铁的能力有限，估计成年男妇平均每天铁的排出量约为0.90～1.05mg。各种途径的排出量粗略分布如下：从胃肠道外渗红细胞0.35mg，从胃肠道粘膜0.10mg，从胆汁0.20mg，从尿0.08mg，从皮肤0.20mg，总共0.93mg。

　　铁储备增加的人，其铁丢失超过正常的量。有蛋白尿、血尿、血红蛋白和含铁血黄素尿的病人，尿铁排出量显著增加。

　　7．3．5　需要量和来源

　　成人铁的排出量已如上述约为1mg·d^-1，考虑到膳食中铁的吸收率只有10%，而在膳食中植物性比率较大时，铁的吸收率甚至不足10%，因此成人膳食的供应量应当为10mg或高于10mg。

　　在生长期内，除维持铁的正常代谢外，还要满足身体的增长和循环中血红蛋白量的增加所需的铁。因此，此时铁需要量显著较高，对用于生长的每天所需的铁按我国男女体重增长可粗略估计如表7-2。

　　因月经失血而引起的失铁量，95%的妇女平均每天低于1.4mg，在瑞典一次广泛的研究，结果为平均每天0.6～0.7mg。在我国何志谦等对38名妇女的调查结果为平均每天0.7mg。

　　妊娠的授乳也使铁的需要量增加。在整个正常妊娠的授服过程中，铁的消耗量大体为：母体给胎儿的铁为200～370mg，胎盘和脐带中的铁为30～170mg，分娩出血所失去的铁为90～310mg，授乳6个月所消耗的铁为100～180mg，总共420～1030mg。所以，在妊娠9个月和授服6个月中，母体平均每天消耗铁1～2.5mg。

表7-2　用于生长的每天所需的铁

　　因此，在拟订营养素供给量标准时，应当考虑到生长、月经和妊娠所增加的铁需要量。