Поступление железа с питьевой водой в организм человека: биодоступность, кинетика, метаболизм (литературный обзор)

Введение. Проблема железодефицитной анемии остается актуальной и приоритетной. В настоящее время желе­зодефицитная анемия диагностируется у 30 % мирового населения. Анализ причин анемии зачастую не учитывает ряд факторов, оказывающих влияние на биодоступность элемента.

Цель исследования: обзор литературных данных по вопросам питьевого поступления железа, его биологической доступности, кинетики и метаболизма в организме человека.

Материалы и методы. В обзор входили российские и зарубежные источники по библиотекам Google, Google Scholar, Scopus, Springer, PubMed, Wiley, eLIBRARY, КиберЛенинка, StudMed. Глубина поиска охватывала период 1973-2024 гг., с преимущественным выбором источников не старше 10 лет. Ключевые слова: содержание и формы железа в воде, химические реакции, биодоступность и метаболизм железа, синергизм и антагонизм элементов. Из 250 первоначальных источников было отобрано 46 работ. Критерии исключения: обзорные статьи и материалы, не соответствующие цели исследований.

Результаты. С питьевой водой поступает до 44 % железа. Одним из факторов развития железодефицитной анемии выступает низкое содержание железа в питьевой воде и продуктах питания. Биодоступность элемента зависит от его формы, валентности, присутствия хелатирующих соединений и других микроэлементов. Количество железа в организме регулируется посредством кишечной абсорбции, транспорта, хранения, мобилизации и выве­дения. Некоторые микроэлементы могут конкурировать за пути всасывания железа. В присутствии большого числа микроэлементов могут нарушаться молекулярные механизмы, ответственные за абсорбцию, транспорт и включение железа в структуру гема.

Заключение. По результатам проведенного обзора был установлен ряд факторов, способствующих развитию дефицита железа у человека. Выявлен недостаток эпидемиологических данных о причинах возникновения железоде­фицитных состояний в связи с экспозицией воды различного состава на определенные группы людей, недостаточно расшифрованы биохимические и кинетические механизмы процессов усвоения организмом железоорганических соединений и совместного влияния металлов на метаболизм этого элемента.

1. Kumar A, Sharma E, Marley A, Samaan MA, Brookes MJ. Iron deficiency anaemia: Pathophysiology, assessment, practical management. BMJ Open Gastroenterol. 2022;9(1):000759. doi: 10.1136/bmjgast-2021-000759

2. Stein J, Connor S, Virgin G, Ong DE, Pereyra L. Anemia and iron deficiency in gastrointestinal and liver conditions. World J Gastroenterol. 2016;22(35):7908-7925. doi: 10.3748/wjg.v22.i35.7908

3. Shokrgozar N, Golafshan HA. Molecular perspective of iron uptake, related diseases, and treatments. Blood Res. 2019;54(1):10-16. doi: 10.5045/br.2019.54.1.10

4. Ataide R, Fielding K, Pasricha SR, Bennett C. Iron deficiency, pregnancy, and neonatal development. Int J Gynaecol Obstet. 2023;162(Suppl 2):14-22. doi: 10.1002/ijgo.14944

5. Gafter-Gvili A, Schechter A, Rozen-Zvi B. Iron deficiency anemia in chronic kidney disease. Acta Haematol. 2019;142(1):44-50. doi: 10.1159/000496492

6. National Research Council. Drinking Water and Health: Volume 3. Washington, DC: The National Academies Press; 1980. doi: 10.17226/324

7. World Health Organization. Trace Elements in Human Nutrition and Health. Geneva: WHO; 1996. Accessed November 15, 2024. https://www.who.int/publications/i/item/9241561734

8. Choudhury N, Siddiqua TJ, Ahmed SMT, et al. Iron content of drinking water is associated with anaemia status among children in high groundwater iron areas in Bangladesh. Trop Med Int Health. 2022;27(2):149-157. doi: 10.1111/tmi.13710

9. Ковальчук В.К. Оценка фактического потребления железа подростковым населением в регионе с повышенным содержанием железа в питьевой воде // Экология человека. 2015. Т.5. С. 8-13.

10. Rigas AS, Ejsing BH, Sørensen E, et al. Calcium in drinking water: Effect on iron stores in Danish blood donors – Results from the Danish Blood Donor Study. Transfusion. 2018;58(6):1473. doi: 10.1111/trf.14600

11. Conrad ME, Umbreit JN. Iron absorption and transport – An update. Am J Hematol. 2020;64(4):287-298. doi: 10.1002/1096-8652(200008)64

12. Piskin E, Cianciosi D, Gulec S, Tomas M, Capanoglu E. Iron absorption: Factors, limitations, and improvement methods. ACS Omega. 2022;7(24):20441-20456. doi: 10.1021/acsomega.2c01833

13. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2004. 216 с.

14. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. М.: Энергоиздат, 1982. 200 с.

15. Кутергин А.С., Недобух Т.А. Применение алюмосиликатного сорбента для очистки природных вод от тяжелых металлов // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 3. С. 19–23. doi: 10.18412/1816-0395-2020-3-19-23

16. Ковшов А.А., Новикова Ю.А., Федоров В.Н., Тихонова Н.А. Оценка рисков нарушений здоровья, связанных с качеством питьевой воды, в городских округах арктической зоны Российской Федерации // Вестник уральской медицинской академической науки. 2019. T. 16(2). C. 215–222. doi: 10.22138/2500-0918-2019-16-2-215-222

17. Kontoghiorghes GJ, Kontoghiorghe CN. Iron and chelation in biochemistry and medicine: New approaches to controlling iron metabolism and treating related diseases. Cells. 2020;9(6):1456. doi: 10.3390/cells9061456

18. Abe C, Miyazawa T, Miyazawa T. Current use of Fenton reaction in drugs and food. Molecules. 2022;27(17):5451. doi: 10.3390/molecules27175451

19. Barbusiński K. Fenton reaction – Controversy concerning the chemistry. Ecol Chem Eng. 2009;16(3):347-358.

20. Исаев А.Б., Магомедова А.Г. Новые технологии очистки сточных вод от красителей на основе окислительных процессов // Вecтн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2022. T. 63(4). C. 247–268.

21. Li H, Ding S, Song W, Wang X, Ding J, Lu J. The degradation of dissolved organic matter in black and odorous water by humic substance-mediated Fe(II)/ Fe(III) cycle under redox fluctuation. J Environ Manage. 2022;321:115942. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115942

22. Miranda LS, Wijesiri B, Ayoko GA, Egodawatta P, Goonetilleke A. Water-sediment interactions and mobility of heavy metals in aquatic environments. Water Res. 2021;202:117386. doi: 10.1016/j.watres.2021.117386

23. Kungolos A, Samaras P, Tsiridis V, Petala M, Sakellaropoulos G. Bioavailability and toxicity of heavy metals in the presence of natural organic matter. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng. 2006;41(8):1509–1517. doi: 10.1080/10934520600754706

24. Nowack B, VanBriesen JM. Chelating agents in the environment. In: Biogeochemistry of Chelating Agents. ACS Symposium Series. 2005;910:1-18. doi: 10.1021/bk-2005-0910.ch001

25. Hathcock JN, Griffiths JC. Vitamin and Mineral Safety. 3rd ed. MacKay D, Wong A, Nguyen H, eds. Council for Responsible Nutrition, Washington, D.C.; 2013. Accessed November 15, 2024. https://www.crnusa.org/sites/default/files/files/resources/CRN-SafetyBook-3rdEdition-2014-fullbook.pdf

26. Колосова Н.Г., Баяндина Г.Н., Машукова Н.Г., Геппе Н.А. Обмен железа в организме и пути коррекции его нарушений // Трудный пациент. 2011. T. 9. № 8-9. C. 54–58.

27. Espina A, Cañamares MV, Jurašeková Z, Sanchez-Cortes S. Analysis of iron complexes of tannic acid and other related polyphenols as revealed by spectroscopic techniques: Implications in the identification and characterization of iron gall inks in historical manuscripts. ACS Omega. 2022;7(32):27937-27949. doi: 10.1021/acsomega.2c01679

28. Xu T, Zhang X, Liu Y, et al. Effects of dietary polyphenol supplementation on iron status and erythropoiesis: A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Am J Clin Nutr. 2021;114(2):780-793. doi: 10.1093/ajcn/nqab068

29. Ashmead HD. The absorption and metabolism of iron amino acid chelate. Arch Latinoam Nutr. 2001;51(1 Suppl 1):13-21.

30. Olivares M, Pizarro F. Bioavailability of iron bis-glycinate chelate in water. Arch Latinoam Nutr. 2001;51(1 Suppl 1):22-25.

31. Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины, макро- и микроэлементы. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 960 с.

32. Milman NT. A review of nutrients and compounds, which promote or inhibit intestinal iron absorption: Making a platform for dietary measures that can reduce iron uptake in patients with genetic haemochromatosis. J Nutr Metab. 2020;2020(1):7373498. doi: 10.1155/2020/7373498

33. Шамов И.А., Гасанова П.О. Железо, абсорбция, транспорт // Вестник гематологии. 2016. Т. 12. № 1. С. 31–38.

34. Roth MP, Meynard D, Coppin H. Regulators of hepcidin expression. Vitam Horm. 2019;110:101-129. doi: 10.1016/bs.vh.2019.01.005

35. Мильто И.В., Суходоло И.В., Прокопьева В.Д., Климентьева Т.К. Молекулярные и клеточные основы метаболизма железа у человека // Биохимия. 2016. T. 81. № 6. C. 725–742.

36. Лапенко В.В., Бикбулатова Л.Н., Миняйло Л.А., Харьков В.В. Гигиеническая оценка содержания железа в водопроводной воде административных центров севера Тюменской области // Здоровье населения и среда обитания. 2022. № 3. C. 53–58. doi: 10.35627/2219-5238/2022-30-3-53-58

37. Han G, Yang K, Zeng J, Zhao Y. Dissolved iron and isotopic geochemical characteristics in a typical tropical river across the floodplain: The potential environmental implication. Environ Res. 2021;200:111452. doi: 10.1016/j.envres.2021.111452

38. Levi S, Ripamonti M, Moro AS, Cozzi A. Iron imbalance in neurodegeneration. Mol Psychiatry. 2024;29(4):1139–1152. doi: 10.1038/s41380-023-02399-z

39. Chen WJ, Kung GP, Gnana-Prakasam JP. Role of iron in aging related diseases. Antioxidants (Basel). 2022;11(5):865. doi: 10.3390/antiox11050865

40. Baudry J, Kopp JF, Boeing H, Kipp AP, Schwerdtle T, Schulze MB. Changes of trace element status during aging: Results of the EPIC–Potsdam cohort study. Eur J Nutr. 2020;59(7):3045–3058. doi: 10.1007/s00394-019-02143-w

41. Wang X, Zhao Y, Wu X, Cui L, Mao S. Editorial: Trace element chemistry and health. Front Nutr. 2022;9:1034577. doi: 10.3389/fnut.2022.1034577

42. Słota M, Wąsik M, Stołtny T, et al. Relationship between lead absorption and iron status and its association with oxidative stress markers in lead-exposed workers. J Trace Elem Med Biol. 2021;68:126841. doi: 10.1016/j.jtemb.2021.126841

43. Abbaspour N, Hurrell R, Kelishadi R. Review on iron and its importance for human health. J Res Med Sci. 2014;19(2):164–174.

44. Angelova MG, Petkova-Marinova TV, Pogorielov MV, Loboda AN, Nedkova-Kolarova VN, Bozhinova AN. Trace element status (iron, zinc, copper, chromium, cobalt, and nickel) in iron-deficiency anaemia of children under 3 years. Anemia. 2014;2014:718089. doi: 10.1155/2014/718089

45. Permyakov EA. Metal binding proteins. Encyclopedia. 2021;1(1):261-292. doi: 10.3390/encyclopedia1010024

46. Yuan G, Curtolo F, Deng Y, et al. Highly dynamic polynuclear metal cluster revealed in a single metallothionein molecule. Research (Wash D C). 2021;2021:9756945. doi: 10.34133/2021/9756945