營養學/鐵
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由於鐵是血紅素（heme）分子的組分，在氧和電子的輸送中起著核心作用。因此，它對高級形式的生命是必需的，也是人體最重要的營養素之一。和其它微最元素相比，它對人的生命和健康具有更直接更敏感的影響。
由於缺鐵性貧血對人類健康（特別是對於女青年和妊娠婦女）造成危害，所以很早就通過這種病的觀察研究而認識到鐵對健康的重要。我國古代勞動人民早就發現中藥皂礬可以治療『血虛萎黃』，而皂礬的主要成分就是硫酸鐵。1831年Blaud也已開始用二價鐵治療單純性貧血。隨著科學的發展，現在對鐵在體內的代謝和功能已有較全面的了解。
7.3.1 人體內鐵含量、分布和功用
體內含鐵總隨體重、血紅蛋白濃度、性別而異。成年男子每公斤體重平均約含50mg，成年女子則為35mg。
體內的鐵按其功能可分為必需與非必需兩部分。必需部分佔體內鐵總量的70%，存在於血紅蛋白、肌紅蛋白、血紅素酶類（細胞色素、細胞色素氧化酶、過氧化物酶）、輔助因子和運輸鐵中。非必需部分則作為體內的儲備鐵，主要以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式存在於肝、脾和骨髓中。鐵的必需部分大體有85%分布在血紅蛋白中，5%在肌紅蛋白中，10%在全身各處細胞內血紅酶類中，或天其它酶系統中起輔助因子的作用。有4mg作為運輸鐵而與血漿中的運鐵蛋白相結合。
鐵在體內的生理功用主要作為血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素等的組成部分而參與體內氧的運送和組織呼吸過程。血紅蛋白能與氧可逆地結合，當血液流經氧分壓較高的肺泡時，血紅蛋白能與氧結合成氧合血紅蛋白；而當血液經氧分壓較低的組織時，氧合血紅蛋白又離解而成血紅蛋白和氧，從而完成把從肺泡關至組織的任務。肌紅蛋白能在組織內儲存氧，細胞色素能在細胞呼吸過程中起轉運電子的作用。
7.3.2 鐵的吸收
食物中的鐵主要是三價鐵，須在胃中經過胃酸的作用使之游離，並還原成二價鐵後才能為腸粘膜所吸收。吸收部位主要在十二指腸和空腸。而胃、小腸下段和結腸只能吸收微量的鐵。
膳食中鐵的吸收率平均約為10%。但各種食物間有很大的差異，動物性食品鐵的吸收率一般高於植物性食品，例如牛肉為22%、牛肝為14～16%、魚肉為11%，而玉米、大米、大豆、小麥中的鐵吸收率只有1～5%。所以，如果膳食中植物性食品較大時，鐵的吸收率就可能不到10%。雞蛋的鐵的吸收率低於其它動物性食品，在10%以下。
食物中的鐵可分為血紅素鐵和非血紅素鐵兩類，它們以不同的機理被吸收。血紅素鐵主要存在於動物性食物，是與血紅蛋白及肌紅蛋白的原卟啉結合的鐵。此種類型的鐵不受植酸、磷酸等的影響而以原卟啉鐵的形式直接被腸粘膜上皮細胞吸收，然後在粘膜細胞內分離出鐵，並和脫鐵運鐵蛋白結合。其吸收率較非血紅素鐵高。其吸收過程不受其它膳食因素的干擾，吸收率一般是25%。另一類則為非血紅素鐵，主要存在於植物性食物中，其吸收常可受到膳食因素（如食物中所含的植酸鹽，草酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽的干擾。吸收率很低。約為3%。
食物中有些成分，如維生素C、胱氨酸、半胱氨酸、賴氨酸、組氨酸、葡萄糖、果糖、檸檬酸、琥珀酸、脂肪酸、肌苷、山梨酸等能與鐵螯合成小分子可溶性單體，阻止鐵的沉澱，因而有利於鐵的吸收。
維生素C除了能與鐵螯合以促進鐵的吸收外，它作為還原性物質，在腸道內將三價鐵還原為二價鐵而促進鐵的吸收。必須指出，維生素C應與含鐵的膳食同時攝入，才能促進膳食中的鐵的吸收。鐵劑和燕麥粥共食時，同時攝入25mg維生素C，可使鐵的吸收率增加2倍。
肉、禽、魚類食物中有一種叫「內因子」的物質，能顯著地促進非血紅素鐵的吸收。據試驗攝入含硫酸亞鐵的烤麵包卷的同時，攝入肉類可使麵包中的硫酸亞鐵的吸收率提高2倍以上，但迄今並未確知內因子的化學構造。
食物中另有一些成分可妨礙鐵吸收，如茶葉所含的鞣酸在腸內與鐵形成難溶性的複合物，以致妨礙鐵吸收。
鐵的吸收也受體內鐵的需要程度的影響，如缺鐵時，患血色病時，妊娠的後半期和紅細胞生成作用受刺激時，鐵的吸收增加；而鐵負荷過量和紅細胞生成抑制時則吸收減少。
關於小腸粘膜如何根據體內鐵的需要來調節其吸收的機理，幾十年來「粘膜阻塞論」一直在文獻中佔優勢。現已發現這種把鐵蛋白看成是在吸收中起決定性介導作用的理論與某些事實有矛盾，不能完全說明問題。最近已提出，決定是否吸收鐵的信號是在粘膜細胞內產生的，其機理包括如下的假說：①在絨毛基底部腺窩中生成的柱狀細胞含有不同量的由運鐵蛋白轉來的鐵；②這種細胞內鐵儲備的多少，在一定範圍內可調節從腸道進入細胞內的鐵；③細胞內的鐵可根據需要進入體內或留在細胞內來限制的吸收。相反，有鐵負荷的人，生成的粘膜細胞有豐富的鐵，於是吸收受到限制。而當細胞脫落時，細胞的鐵就被排出。
7.3.3 鐵在體內的運輸
血漿中，鐵是被結合在運鐵蛋白上運輸的。
運鐵蛋白是一種在肝內生成的β1-球蛋白，分子量為86000，生物半衰期為8～10，在血流里有運載鐵的作用。正常人體內約有運鐵蛋白7～15g，它大體等量地分布於血管內和血管外，在未和鐵結合時，為脫鐵運鐵蛋白，在和鐵結合後成為鐵飽和運鐵蛋白。然後把鐵運送至骨髓用於血紅蛋白合成，或運至網狀內皮細胞儲存起來，或運送至各種供含鐵酶合成所需。如在孕婦，並運送至各種細胞供含鐵酶合成所需。如在孕婦，並運送至胎盤供胎兒所需。
運鐵蛋白有兩個結合鐵的部位，每個部位能結合1個價鐵原子。
人體正常血漿中的運鐵蛋白的平均含量為215～350mg.100ml-1。但對血漿中運鐵蛋白的情況，通常以總鐵結合力來表示，其量大約為300～450μg.100ml-1。血漿鐵的含量（男性為90～180μg.100ml-1，女性為70～100μg.100ml-1）只足以飽和運鐵蛋白的鐵結合部位的三分，其餘的三分代表潛在的或不飽和的總鐵結合力。
雖然只有3～4mg和運鐵蛋白結合的鐵在循環中。但鐵的轉換是迅速的，每天運送的鐵約70～90%運至骨髓。在那裡轉移至發育中的紅細胞，供合成血色素之用。其餘的鐵除小部分供肌紅蛋白和細胞內含鐵酶合成所需外，多半的運至肝脾等器官的網狀內皮細胞和肝實質細胞進行交換和儲存。
血漿鐵每天轉換的量叫做血漿鐵的轉換率，可相當準確地測定出來。其方法是在靜脈內注射微量放射性鐵（檸檬酸59鐵或氯化59鐵），對放射性的消失追蹤2～3h，找出放射性消減至開始時的一半所需的時間（即T1/2）。正常人為60～120min，缺鐵的或紅細胞生成加速的病人放射性的消失加速，而有血紅素合成不全的病人放射性消失減慢，用T1/2和血漿鐵含量可從下式算出血漿鐵轉換率（PITR）。
PITR（mg.d-1）=0.693*血漿鐵（μg.ml-1）*血漿量（ml）*24、59鐵T1/2
正常的PITR值範圍為25～40gm.d-1。當紅細胞生成受到刺激時，PITR增加，而當紅細胞生成受到抑制時PITR減少。而在缺鐵時，T1/2縮短，血漿鐵值降低，PITR通常正常。
血清總鐵結合力的改變和血漿鐵含量是各種疾病的診斷指標。在缺換時，在妊娠最後的三個月中，血清總鐵結合力增加。而在感染、蛋白營養不良、各種類型的鐵過度負荷9如血色病、含鐵血黃素沉積症等），各種丟失蛋白質的疾病（如腎病等）時，血清總鐵結合力降低。血漿鐵的含量代表利用或儲存鐵的臟器從血液取得的鐵與通過吸收、紅細胞溶解和從儲存部位移出而進入血液的鐵之間的平衡。因此，在缺鐵的病人、在紅細胞生成加速、或在網狀內皮細胞鐵的釋放受損的炎症時，血漿鐵降低；而在鐵負荷過度，紅細胞溶解和紅細胞生成速率降低等情況時，血漿鐵增高。
7.3.4 鐵的利用、儲存和排出
人體內的鐵約有30%以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式的存在於肝、脾和骨髓中，約有70%摻入血紅蛋白、肌紅蛋白等的合成而發揮各自的生理功用。在正常情況下，儲存鐵的量變動不大，每天吸收的鐵主要用於血紅素的合成，以補償每天體內因紅細胞破壞而降解的血紅素。
正常人每天大概要用20～25mg的鐵來合成血紅蛋白。這可根據紅細胞更新時間進行計算。一個血量為5000ml而每100ml血含血紅蛋白15g的人有750g循環的血紅蛋白，或750*0.34=2.55g循環的血紅蛋白鐵（血紅蛋白的含鐵量為0.34%）。由於紅細胞的正常生存期為120天，為更新分解代謝的血紅素，每天將需要2.55g/120=0.21g，即21mg的鐵。這也可通過靜脈內注射示蹤劑量的放射性鐵來測定。即每24h血漿鐵轉換率的毫克數乘以循環中血紅蛋白放射活性達到注射量最大值的百分數，就可得出每天用於生成血紅蛋白的鐵量。例如，血漿鐵轉換率為35mg.d-1，所注射的性鐵摻入血紅蛋白的最大值為80%。則每天有24mg鐵（35mg*80%）用於血紅蛋白的合成。
鐵用以合成血紅素的部位主要在骨髓。血漿鐵進入骨髓幼稚紅細胞的粒線體，經過鐵結合酶的作用與原卟啉IX合成血紅素。
超過需要量的鐵主要以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式儲存於肝實質細胞、骨髓、肝和脾的網狀內皮細胞中。鐵蛋白的組成為周圍有一個由24個化學上一樣的蛋白質亞基組成的外殼，中心為一個價鐵羧基磷酸鹽的膠態分子團。其中所含的鐵量不等，完全為鐵所充滿的鐵蛋白分子的分子量為900000，每分子約含有50000個價鐵原子，足以生成1250個血細蛋白分子。
在正常情況下，儲存鐵和血循環的鐵交換量不多。當需要鐵時，鐵蛋白和含鐵血黃素中的鐵都可動員出來合成血紅蛋白。
測定人體正常的鐵儲存量是困難的，從目前的資料估計，成年男子約為500～1500mg，成年婦女約為300～1000mg。
體內鐵不足或過多可從血清鐵、總鐵結合力、血清鐵蛋白和骨髓抽出物中的可染鐵等的量估計出來。
動物實驗顯示，含鐵酶對儲存鐵的缺乏是敏感的。從人體白細胞和頰粘膜的研究看出，甚至在較輕的貧血中，細胞色素氧化酶也近於耗竭。
身體排出鐵的能力有限，估計成年男婦平均每天鐵的排出量約為0.90～1.05mg。各種途徑的排出量粗略分布如下：從胃腸道外滲紅細胞0.35mg，從胃腸道粘膜0.10mg，從膽汁0.20mg，從尿0.08mg，從皮膚0.20mg，總共0.93mg。
鐵儲備增加的人，其鐵丟失超過正常的量。有蛋白尿、血尿、血紅蛋白和含鐵血黃素尿的病人，尿鐵排出量顯著增加。
7.3.5 需要量和來源
成人鐵的排出量已如上述約為1mg.d-1，考慮到膳食中鐵的吸收率只有10%，而在膳食中植物性比率較大時，鐵的吸收率甚至不足10%，因此成人膳食的供應量應當為10mg或高於10mg。
在生長期內，除維持鐵的正常代謝外，還要滿足身體的增長和循環中血紅蛋白量的增加所需的鐵。因此，此時鐵需要量顯著較高，對用於生長的每天所需的鐵按我國男女體重增長可粗略估計如表7-2。
因月經失血而引起的失鐵量，95%的婦女平均每天低於1.4mg，在瑞典一次廣泛的研究，結果為平均每天0.6～0.7mg。在我國何志謙等對38名婦女的調查結果為平均每天0.7mg。
妊娠的授乳也使鐵的需要量增加。在整個正常妊娠的授服過程中，鐵的消耗量大體為：母體給胎兒的鐵為200～370mg，胎盤和臍帶中的鐵為30～170mg，分娩出血所失去的鐵為90～310mg，授乳6個月所消耗的鐵為100～180mg，總共420～1030mg。所以，在妊娠9個月和授服6個月中，母體平均每天消耗鐵1～2.5mg。
表7-2 用於生長的每天所需的鐵
| 男性 | 女性 | |
| 出生後體重增加數（成年體重-出生體重）（kg） | 55 | 50 |
| 每公斤體重正常含鐵量（mg） | 50 | 35 |
| 所增加的全部體重中所含的鐵（mg） | 2750 | 1750 |
| 生長年數 | 20 | 15 |
| 估計生長所需的鐵量（mg）平均每年 | 137.5 | 116.7 |
| 平均每天 | 0.38 | 0.32 |
因此，在擬訂營養素供給量標準時，應當考慮到生長、月經和妊娠所增加的鐵需要量。
我國營養學會1988年修訂的標準中，每日膳食中鐵的供應量為：初生～12個月嬰兒10mg，1歲以上不足10歲的兒童為10mg，10歲以上不足13歲的兒童為12mg，13歲以上至不足18歲的少年男子為15mg，少年女子為18mg，18～40歲成年男子為12mg、成年女子為18mg、孕婦和乳母為20mg。
關於鐵的來源，動物性食品如肝臟、瘦豬網、牛羊肉不僅含鐵豐富而且吸收率很高，但雞蛋和牛乳的鐵吸收率低。植物性食物中則以黃豆和小油菜、太古菜（塔棵菜）、芹菜、水芹菜、雞毛菜、蘿卜纓、薺菜、毛豆等鐵的含量較高，其中黃豆的鐵不僅含量較高且吸收率也較高，是鐵的良好來源。
用鐵質烹調用具烹調食物可顯著增加膳食中鐵含量，用鋁和不鏽鋼取代鐵的烹調用具就會使膳食中鐵的含量減少。
（1）鐵缺乏 鐵缺乏常見於4個月以上的嬰兒和兒童，據1980年我國部分省市普查，7歲以下兒童貧血患病率高達57.6%，尤其1～3歲的幼兒最高，其主要原因就是缺鐵。嬰幼兒和兒童生長迅速，對鐵的需要量很大，而乳中所含的鐵往往不能滿足需要，尤其是用牛乳和米粉等人工餵養的嬰兒，因牛乳和米粉中鐵的吸收率顯著低於母乳，更容易發生鐵找缺乏。通常在妊娠的最後三個月，母體每天約向胎兒運送3～～4mg的鐵，一方面供生長所需，一方面增加胎兒體內鐵的儲備。由於早產嬰兒體內的鐵儲備明顯少於足月嬰兒，因此，比足月嬰兒更容易發生鐵的缺乏。
鐵缺乏還常見於青年婦女和妊娠婦女，月經失血和妊娠引起鐵的需要量增加而攝入量未及相應提高，是導致缺鐵的主要原因。
各種顯性和隱性出血，如創傷、痔瘡、消化性潰瘍、腸道寄生蟲（特別是鉤蟲病）等疾病中的出血，也是引起缺鐵的重要原因。成年男子和停經婦女發生鐵缺乏症，除非證明有其它原因，一般應考慮到由於這些疾病引起。
鐵缺乏還發生於鐵吸收不良。一是膳食因素的吸收不良，當膳食中穀類食品所佔比率很大而肉類食品很少時，鐵的吸收率很低。二是腸道的吸收良，如吸收不良症候群和慢性腹瀉等。
鐵的生理功能主要為用於血紅蛋白的合成，因此，缺鐵時主要表現為血中血紅蛋白減少。
關於缺鐵性貧血的臨床表現等將在十七章中，專題闡述，此處不作敘述。
血紅蛋白合成減少，引起缺鐵性貧血，僅僅是缺鐵對身體的影響之一。缺鐵還可對人體的其它系統產生影響。如神經系統缺鐵，可能通過損害參加神經傳導找單胺的代謝而使兒童出現智力降低和行為障礙。肌肉缺鐵，可能使肌肉代謝特別是α-甘油磷酸脫氫酶活力異常，從而使肌肉活動能力降低，已觀察到非貧血的慢性疲勞的婦女給予鐵劑後有良好的反應。由此可見，鐵缺乏可能對一系列組織代謝產生影響，從而引起某些組織的機能失調。現在，對缺鐵和 傳染病免疫之間可能的關係已予以更多的注意。
對於鐵缺乏的預防可採取下述措施：
① 在發展生產的基礎上，改進膳食組成，增加含鐵豐富及其吸收較高的食品，如肉類和大豆類食品。
②增加膳食中的維生素C，並使與含鐵食物同時攝入，以提高膳食中鐵的吸收與利用。
③在有關部門的統一安排下，合理地有計劃地發展鐵強化食品，尤其是嬰兒食品。如鐵強化的乳粉和代乳糕等。使用鐵質烹調用具對膳食起著一定程度強化鐵的作用。
④針對鐵的丟失原因，積極防治各種引起顯性和隱性出血的疾病（如鉤蟲病的防治）。
（2）鐵中毒 鐵中毒可分為急性和慢性，急性中毒常見於過量誤服鐵劑，尤其常見於兒童。主要症状為消化血道出血，死亡率很高。慢性鐵中毒或稱負荷過多，可發生於消化道吸收的鐵過多和腸外輸入過多的鐵。這裡所說的消化道鐵吸收過多隻發生於：①長期過量服用鐵劑；②長期大量攝入含鐵量異常高的特殊食品（如非洲斑圖人用鐵 質器血製備的灑含鐵量高達4mg.100ml-1）；③慢性酒精中毒和六脈性肝硬化，因其均可使鐵的吸收增加；④原發性血色病，因遺傳缺陷而使小腸吸收過多的鐵。在正常情況下，即使膳食鐵含量很豐富，亦不致達到引起慢性中毒的水平。腸外輸入過多的鐵，通常由多次大量輸血引起。
吸收的過量的鐵，多半以含鐵血黃素沉著於網狀內皮細胞或某些組織的實質細胞。通常將鐵儲備增加而不伴有組織損害時，稱為含鐵血黃素沉積症；而將出現組織損害，特別在肝臟中有鐵的大量增加時，稱為血色病。血色病的主要症状有肝硬化、糖尿、皮膚高度色素沉著、以房性心律不齊為前導的心力衰竭等。
鐵中毒的預防：急性中毒主要發生於兒童，或出於自己誤服，將包裝美觀的糖衣或糖漿鐵劑當糖吃，或出於家長缺乏醫學常識，認為鐵劑是「補藥」而超過規定劑量服用。因此對於鐵劑的使用，藥瓶標籤上應有明確交待，醫生也要加強醫藥常識宣傳，說明亂吃鐵劑的危險性。家庭中的鐵劑應放好以好免誤服。對於慢性鐵中毒的預防主要為：①防止長期過量服用鐵劑；②防止慢性酒精中毒。至於因肝硬化引起的慢性鐵中毒，或因某疾病而必須反覆大量輸血而引起的慢性鐵中毒，則應著眼於原發疾病的防治。
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