6. Диагностическое и лечебное применение железа
Железо-связывающую способность сыворотки крови определяют по
але ( A . Shade ) в модификации P ата C . R ath ) и Финча ( C . F inch ).
Метод основан на том, что при взаимодействии р-глобулинов и двухвалентного железа образуется комплекс
оранжево-красного цвета. Поэтому при
добавлении ферросолей (обычно соли мора) к сыворотке крови нарастает
интенсивность этой окраски, которая резко стабилизируется в очке насыщения
белка. Содержание железа в плазме крови подвержено суточным колебаниям — оно снижается ко
второй половине дня. При гемосидерозе , гемохроматозе , гемолитической, n -, дн е- и
гипопластической анемиях, железодефицитной анемии, острых и хронических
инфекциях, циррозе печени, уремии, злокачественных новообразованиях , гемолитических и
паренхиматозных (но не застойных) желтухах наблюдаются гиперсидеремии и одновременное уменьшение НЖСС.
Гипосидеремия и одновременное повышение НЖСС определяются при недостаточном поступлении
железа с пищей и при состояниях , сопровождающихся повышенной в нем потребностью:
при беременности, острых и хронических кровопотерях , т.е. при так называемых
гипохромных анемиях, а также при острых инфекционных
заболеваниях.
Обмен железа в организме во многом зависит от нормального функционирования
печени, поэтому определение содержания железа в сыворотке крови может
быть использовано в качестве функциональной печеночной пробы. При паренхиматозных
поражениях печени нарушается ее функция по депонированию железа, т.к. пораженный или
погибающий гепатоцит отдает железо в кровь. Вместе с тем из-за утраты
гепатоцитами способности ассимилировать железо разрушающихся эритроцитов
происходит его накопление в сыворотке крови
Оба эти процесса вызывают при
острых паренхиматозных заболеваниях печени
гиперсидеремию , которую особенно важно учитывать при пидемическом гепатите,
т.к. при вирусных инфекциях содержание
железа в сыворотке крови снижается
В отличие от паренхиматозной желтухи
механическая желтуха
всегда протекает при нормальном или несколько пониженном
содержании железа в сыворотки крови.
Радиоактивное железо применяют в радиоизотопной диагностике, для изучения
эритропоэза , обмена и всасывания железа, главным образом, в виде цитрата или
хлорида. Наиболее широкое клиническое
применение находят препараты, меченные Fe . Препараты, меченные
Fe , в клинической практике применяются редко из-за длительного периода
выведения из организма и неудобства детектирования его излучения. В ряде случаев (сканирование
головного мозга и др.)
Предпочтительнее использовать короткоживущий изотоп Fe , который создает
значительно меньшую дозу облучения организма. При определении
усвояемости железа эритроцитами радиоактивное железо
Fe ) вводят в кров o ток. В последующие 15-20 дней с промежутками в 2-3
дня берут пробы крови и путем измерения Fe -активности эритроцитов
определяют степень поглощения железа эритроцитами.
Список литературы 22
Введение
Железо
– важнейший металл современной индустрии . Это химический элемент, имеющий
26-й атомный номер в периодической таблице
Дмитрия Ивановича Менделеева и расположенный
в 4 периоде в побочной подгруппе VIII группы
периодической системы элементов.
Железо
– один из самых распространенных металлов
в земной коре. Люди научились извлекать
его из руды и обрабатывать около 4 тыс.
лет назад. Этот металл является одним
из важнейших химических элементов, который
в чистом виде практически не используется,
но его сплавы плотно вошли в жизнь человечества.
Более
90% производимых в наше время металлов
приходится на железо и его сплавы с углеродом.
1. История железа
Железо – один из семи металлов древности. Самородное железо в природе практически
не встречается. Первым железом, которое
попало в руки человека, было железо метеоритного
происхождения. Хотя человек использует
железо с древних времен, изделия из него
встречаются крайне редко из-за свойства
железа окисляться, т.е. ржаветь. Первое
упоминание об использовании железа датируются
5-м тысячелетием до н.э. Железо в те времена
было очень дорогим, ценилось оно дороже
золота. Изделия из железа помещались
в оправу из золота.
С самородными металлами народы, населяющие
все континенты, познакомились почти в
одно и то же время. С железом же происходило
знакомство иначе и оно растянулось на
более длинные исторические промежутки
времени . В Египте железо получали
еще во втором тысячелетии до н.э., в Древней
Греции — в конце II тысячелетия, в Китае
— в середине первого тысячелетия до н.э.
А на американском континенте лишь с приходом
европейцев. Объясняется это тем, что в
государствах, где запасы самородных металлов,
в первую очередь меди и олова, были невелики,
у людей возникала необходимость поиска
новых металлов, чтобы заменить самородные.
В Америке находились крупнейшие месторождения
меди, поэтому потребности в других металлах
не было. А вот африканские племена перешагнули
через медный век, к железному веку. С увеличением
численности населения, с занятием людьми
новых территорий. Выработка железа неуклонно
росла, и оно перешло из ранга драгоценных
металлов в обычные .
Из
известных тогда металлов железо было
самым прочным. Из него изготавливали
различные орудия труда, оружие, инструменты.
В начале нашей эпохи железо уже производили
в Европе и в Азии. Лучшими металлургами
были индийцы .
Как
же развивались способы получения железа?
Первоначально человек использовал метеоритное
железо, но оно было очень редким и очень
дорогим. Затем стали получать нагреванием
руд с углем, делая это на хорошо продуваемых
ветром местах. Но, полученное таким способом
железо было губчатым, с большим содержанием
шлаков и хрупким. Важнейшим шагом в технологии
получения железа стало появление горна,
который был открыт сверху и обложен изнутри
огнеупорными материалами (рис.1). Используя
данный способ, получалось относительно
качественное железо, о чем говорят раскопки,
произведенные археологами в Сирии на
месте древних городов.
Первые плавильные печи появились к концу
пятнадцатого века. В них получали только
чугун. В 1885 году был предложен способ
производства стали, который называется
конверторным. Примерно в это же время
был внедрен и мартеновский способ получения
стали. При выплавке стали в мартеновских
печах, получалась очень высококачественная
сталь, практически свободная от шлаков .
Происхождение названия химического элемента
происходит по предположению одних ученых
слова джальджа (санскритский язык), что
означало металл, руда. По предположению
других от санскритского корня -жель, что
означало «блестеть, пылать»
Химический символ Fe железо получило от
латинского слова ferrum, что собственно
и обозначает в переводе железо .
Рисунок 1. Выплавка железа в горне
( фрагмент древнегреческой вазы)
2. Нахождение в природе
Железо – самый распространенный после
алюминия металл на земном шаре: на его
долю приходится около 4% массы земной
коры. Среди всех элементов оно занимает
4-е место, среди металлов- 2-е, уступая лишь
алюминию. Встречается железо в виде различных
соединений: оксидов, сульфидов, силикатов.
В свободном виде железо находят в метеоритах,
изредка встречается самородное железо
(феррит) в земной коре как продукт застывания
магмы. Железо входит в состав многих минералов,
из которых слагаются месторождения железных
руд .
История[]
Железо известно с древнейших времён.
Древнейшие изделия из железа найденные при археологических раскопках датируются примерно IV тыс. до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Изделия из железа того времени это наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, точнее, сплав железа и никеля, из которого состоят метеориты. Реминисценции о небесном происхождении железа остались во многих языках.
Между вторым и третьим тысячелетиями до н. э. в Месопотамии, Анатолии и Египте появляются первые предметы изготовленные из переплавленного железа (определяется по отсутствию никеля в составе). Тем не менее, железо использовалось в основном в культовых предметах. Вероятно, железо в те времена было очень дорогим — более дорогим, чем золото.
Во времена «Илиады» оружие было в основном бронзовым, тем не менее Гомер (в 23-й песне «Илиады») рассказывает, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска. Между и годами до н. э. производство железа развивалось на Ближнем Востоке, однако по распространённости железо всё ещё значительно уступало бронзе.
В период между XII и X веками до н. э. на Ближнем Востоке произошёл резкий скачок в производстве инструментов и оружия — переход от использования бронзы к использованию железа. Вероятно, столь быстрый переход был вызван не столько прогрессом в производстве железа, сколько перебоями в доставке олова — одного из компонентов бронзы. Период времени после начала массовой обработки железа принято называть Железным веком.
Основным методом получения железа в древние времена был сыродутный процесс, в котором перемежающиеся слои железной руды и древесного угля прокаливались в специальных горнах. После прокаливания руды получалось тестообразное кричное или губчатое железо, от шлака его освобождали ковкой. Первые горны имели сравнительно низкую температуру — заметно меньшую температуры плавления чугуна, в результате чего железо получалось сравнительно малоуглеродистым. Поэтому иногда приходилось еще раз прокаливать изделия из железа в присутствии угля, при этом поверхностный слой металла дополнительно насыщался углеродом и упрочнялся. Изделия, полученные таким способом, были заметно более надёжны, чем бронзовые.
В дальнейшем строились всё более эффективные горны (по-русски: домна, домница) для производства железа, вскоре температура в них стала достаточной для образования чугуна. Первоначально его считали вредным побочным продуктом (англ. pig iron, по-русски свинское железо, чушки, откуда, собственно, и происходит слово чугун). Потом обнаружилось, что при повторном прожигании в горне в условиях сильного дутья чугун превращается в железо хорошего качества. При этом двухстадийный процесс производства железа оказался более выгодным. Этот способ просуществовал без особых изменений многие века.
Первые сведения об использовании метеоритного железа в Китае относятся примерно к тому же времени, что и в Европе. Железоделательное производство, вероятно, начало развиваться там с VIII века до н. э. Производство чугуна там началось в I веке до н. э.
Есть мнение, что способы производства стали и чугуна были занесены в Европу монголами через Россию.
Подробнее смотрите: История железа.
Получение[]
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).
Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.
В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха:
В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды:
Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких, как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы.
Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашёная известь)
Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак.
Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.
Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.
Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.
Лечебное применение железа
При анемических состояниях лечебное применение железа
обусловлено его участием в процессе гемоглобинообразования , совершающемся в
эритробластах костного мозга.
Показаниями к применению железа являются железодефицитные анемии различной этиологии (анемии от кровопотерь, алиментарные анемии,
хлороз, анемии беременных и др.), Протекающие с пониженным
содержанием железа в крови и истощением тканевых резервов железа, а латентного (бессимптомного) дефицита железа, встречающегося у 20-30%
практически здоровых женщин. Назначение елеза показано и при других состояниях
гипосидероза (недостаточности железа), сочетающихся с анемией или проявляющихся
самостоятельно: при сидеропенической дисфагии Россолимо-Бехтерева,
коилонихии , извращенности вкуса и обоняния, зловонном насморке ( онезе ).
При назначении препаратов железа внутрь следует учитывать
анатомно-функциональное состояние желудочно-кишечного тракта, особенно его верхних
отделов желудка, двенадцатиперстной кишки и начального отдела тощей кишки, являющихся наиболее
активными участками всасывания железа. После кровопусканий, активирующих эритропоэз ,
абсорбция железа возрастает и осуществляется на протяжении всего кишечника, включая слепую кишку.
Лечебное применение железа обусловлено необходимостью восстановления нормальной
концентрации не только гемоглобина, но и железа в тканях.
Недостаточное лечение, в результате которого резервы тканевого железа не восполняются, способствует сохранению латентного дефицита
железа и быстрому рецидиву анемии.
Критериями эффективности лечения препаратами железа
считаются:
- повышение цветного показателя крови;
- повышение числа эритроцитов показателя гематокрита (в меньшей степени);
- нормализация величины концентрации сывороточного железа;
- снижение общей и латентной железо-связывающей способности
сыворотки крови; - повышение насыщенности трансферрина железа;
- пополнение тканевых резервов железа, определяемых при помощи
десфераловой пробы.
Показателем
эффективности лечения препаратами железа является также обратное развитие трофических нарушений эпителия и эндотелия, связанных
с дефицитом железа.
Библиография:
- Большая Медицинская Энциклопедия,
под редакцией Б.В. Петровского , М., 1978. - Ленинджер А. «Основы биохимии»,
М., 1985. - Петров В.Н. «Физиология и патология обмена железа », Л., 1982.
- Кассирский И.А. «Клиническая гематология », М., 1970.
- Верболович П.А., Утешев А.Б. «Железо в животном организме », А-Ата , 1967.
Применение
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
- Железо является основным компонентом сталей и чугунов— важнейших конструкционных материалов.
- Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
- Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
- Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих черно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
- Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
- Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
- Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
- Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
- Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
Биологическое значение железа
В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). В организме взрослого человека содержится около 3,5 грамма железа (около 0,02 %), из которых 78 % являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания в клетках. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз у растений и анемия у животных). Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет
Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК. Неорганические соединения железа встречаются в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха
В организм животных и человека железо поступает с пищей (наиболее богаты им печень, мясо, яйца, бобовые, хлеб, крупы, свёкла). Интересно, что некогда шпинатошибочно был внесён в этот список (из-за опечатки в результатах анализа — был потерян «лишний» ноль после запятой). Суточная потребность человека в железе следующая: дети — от 4 до 18 мг, взрослые мужчины — 10 мг, взрослые женщины — 18 мг, беременные женщины во второй половине беременности — 33 мг. У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген,ферроплекс). Суточная потребность в железе мала и её легко удовлетворить. В то время, как некоторые исследователи считают, что кормление грудью приводит к дефициту железа, есть множество исследований, показывающих, что это не так и дети, которых кормят грудью, усваивают железо намного лучше. В организме легко восстанавливается равновесие между поступлением и выведением железа, и временный дефицит его легко восполняется за счет имеющихся запасов. Потребность в железе значительно возрастает при анемии, вызванной, например, такими паразитарными инвазиями, как малярия и анкилостомоз, которые очень широко распространены в тропических странах. Содержание железа в воде больше 1—2 мг/л значительно ухудшает её органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования, вызывает у человека аллергические реакции, может стать причиной болезни крови и печени (гемохроматоз). ПДК железа в воде 0,3 мг/л. Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидантную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.
Этиология дефицита железа
В общем виде дефицит железа развивается при нарушении
баланса между поступлением и потерями железа из организма. Его гомеостаз в организме
поддерживается главным образом за счет механизма абсорбции в желудочно-кишечном тракте, так
как выделение железа лимитировано.
Многочисленными исследованиями показано компенсаторное
повышение абсорбции меченого железа при обеднении м организма, поэтому уместно говорить только о
неадекватном потребностям организма усвоении железа в том случае.
Общее содержание железа в пище и его усвоение, зависящее
преимущественно от соотношения продуктов животного и растительного
происхождения, веществ, усиливающих или тормозящих абсорбцию, определяет его поступление в организм.
Потребности в железе определяются его эндогенными затратами в связи с беременностью,
ростом, и расходованием железа с кровопотерями различного
происхождения, а также с отшелушивающимися клетками кожи и десквамацией
кишечного эпителия.
Итак, основными причинами дефицита железа могут быть:
разнообразные кровопотери;
недостаточное поступление и усвоение железа из пищи;
повышенные его затраты при интенсивном росте, беременности и
занятиями физической культурой.
Нередко сочетание перечисленных факторов приводит к развитию этого состояния.
Определенную, но не основную роль в происхождении обеднения организма
железом могут играть нарушения пищеварения в связи с
заболеваниями желудка и кишечника. Некоторые инфекционно-воспалительные заболевания могут привести к
перераспределению железа в организме и тем самым вызвать сидеропению . Однако истинного
дефицита железа в этих случаях не наблюдается. То е самое можно сказать и об
опухолях различных организмов и систем.
|
Категория |
Возраст , годы |
Вес , кг . |
Рост , см . |
Fe , мг. |
|
Новорожденные |
0.0-0.5 |
6 |
60 |
10 |
|
0.5-1.0 |
9 |
71 |
15 |
|
|
Дети |
1-3 |
13 |
90 |
15 |
|
4-6 |
20 |
112 |
10 |
|
|
7-10 |
28 |
132 |
10 |
|
|
Мужчины |
11-14 |
45 |
157 |
18 |
|
15-18 |
66 |
176 |
18 |
|
|
19-22 |
70 |
177 |
10 |
|
|
23-50 |
70 |
178 |
10 |
|
|
51+ |
70 |
178 |
10 |
|
|
Женщины |
11-14 |
46 |
157 |
18 |
|
15-18 |
55 |
163 |
18 |
|
|
19-22 |
55 |
163 |
18 |
|
|
23-50 |
55 |
163 |
18 |
|
|
51+ |
55 |
163 |
10 |
|
|
Беременные |
30-60 |
|||
|
Кормящие матери |
30-60 |
Роль питания
Общая масса железа у взрослого мужчины составляет около 4,5
г , у женщины около 3- 4 г .
Основная масса (около 75%) железа, составляющая 2,25-
3 г , сосредоточена в гемоглобине.
Вне гемоглобина в эритроцитах содержится ничтожное, не читываемое количество
железа, входящее в состав клеточных энзимов
( цитохромы , каталаза, оксидаза). Кроме того, при некоторых состояниях,
частности, после спленэктомии , в некоторых эритроцитах, так называемых
сидероцитах , обнаруживаются гранулы трехвалентного железа ( Fe ( III )), дающего при
окраске по Перльсу положительную реакцию на берлинскую лазурь, что указывает на близость к гемосидерину
.
При нормальном содержании гемоглобина, составляемом 15г%, в 100 мл крови
содержится 53,4 мг железа. Вся масса крови содержит около 3 г железа.
Остальную часть железа составляет железо Миоглобина (мышечного гемоглобина) от 300 до 600 мг и железо
дыхательных ферментов — всего около 1 г . Железо, депонированное в органах,
главным образом в печени, составляет около 0,5 г .
Суточная потребность взрослого человека в железе определяется масштабами физиологических
процессов кроветворения и кроверазрушения.
Распространенность дефицита железа свидетельствует о том, что оличества железа, абсорбированного из пищи, часто недостаточно для покрытия
потребности в нем практически здорового населения. Однако довольно трудно установить
истинную роль диет в различных районах
земного шара в происхождении этой патологии.
Железодефицитные состояния могут развиваться при длительном употреблении
питания с недостаточным общим содержанием железа, несмотря на нормальную
калорийность, с достаточным или высоким его содержанием, но преобладанием продуктов
растительного происхождения, содержащих тормозящие усвоение железа вещества.
Длительное вынужденное применение однообразного по составу питания при некоторых
внутренних заболеваниях или соблюдение больничных диет в ряде случаев может способствовать
обеднению организма железом.
|
|
(в |
|
Хлеб ржаной |
|
|
пшеничный |
0.9-2.8 |
|
Крупа гречневая |
8.0 |
|
|
|
|
Рис |
|
|
Горох |
|
|
Фасоль |
|
|
Мясо (говядина) |
|
|
Печень (говяжья) |
|
|
Язык (говяжий) |
|
|
Судак |
|
|
Молоко коровье |
|
|
Масло сливочное |
|
|
Картофель |
|
|
Творог |
|
|
Соль поваренная |
|
|
Шоколад |
|
|
Лимоны |
|
|
Апельсины |
|
|
Яблоки |
|
|
Земляника |
|
|
Редис |
|
|
Помидоры |
|
|
Морковь |
|
В последнее время для оценки усвоения железа из комплексной
ищи используется новый метод внешняя радиоактивная метка железом. Абсорбция
его биологически меченых растительных продуктов не отличалась от усвоения при добавлении меченого
железа в процессе приготовления пищи из этих продуктов. Получены
доказательства, что даже при высоком содержании железа в пищевых рационах, превышающем официальные
рекомендации для соответствующих групп
населения, абсорбция его может быть незначительной и не удовлетворять
потребности организма.
У жителей Северной Америки дефицит железа в организме – одно из наиболее
распространенных последствий неправильного питания. Особенно характерен он для детей,
девочек подростков и женщин детородного возраста.
Железо может всасываться только в виде ионов Fe ; его
всасывание и выведение протекают очень медленно и зависят от многих сложных факторов.
Усваивается лишь незначительная часть присутствующего в пищевых продуктах железа. Более того,
способность железа усваиваться сильно варьирует для разных пищевых продуктов. Лучше всего
железо усваивается из мяса, значительно хуже из зерновых злаков. Молоко содержит очень мало
железа.
Железо необходимо для синтеза железопорфириновых белков гемоглобина,
миоглобина, цитохромов и цитохромоксидазы . В крови железо переносится в
форме комплекса с плазменным белком трансферрином , а в тканях оно накапливается в виде
ферритина белкового комплекса, содержащего гидроксид и фосфат железа. Ферритин в больших
количествах содержится в печени, селезенке и костном мозгу. Железо не выводится из организма
с мочой, оно выделяется с желчью и калом, а также при кровотечениях. Из-за удвоенных или
утроенных потерь, железа во время менструаций женщинам необходимы большие количества железа,
чем мужчинам. В хлеб и другие злаковые продукты специально добавляют дополнительное
количество железа, однако это далеко не всегда является решением проблемы недостаточности железа,
так как многие девушки и женщины,
следя за своим весом, исключают хлеб из рациона. Недостаток железа приводит к
железодефицитной анемии, при которой число эритроцитов в крови остается
нормальным, а содержание гемоглобина в них
уменьшается.
Биологическая роль железа
Для нормального роста и выполнения биологических функций
человеку и животным кроме витаминов необходим целый ряд неорганических
элементов. Эти элементы можно разделить на
класса макроэлементы и микроэлементы. Макроэлементы, к которым относятся
кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в
относительно больших количествах ( порядка нескольких
граммов в сутки ). Часто они выполняют более чем одну
функцию. Более непосредственное отношение к действию ферментов имеют
незаменимые микроэлементы, суточная потребность в которых не превышает
нескольких миллиграммов, т.е.
сопоставима с потребностью в витаминах. Известно, что в пище животных
обязательно должно содержаться около 15 микроэлементов. Большинство незаменимых
микроэлементов служит в
качестве кофакторов или простетических
групп ферментов. При этом они выполняют какую-нибудь одну функцию из трех (по
меньшей мере ) возможных функций. Во-первых, незаменимый
микроэлемент сам по себе может обладать каталитической активностью по отношению
к той иди иной химической реакции, скорость которой в значительной степени
возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов
железа и меди. Во-вторых, ионметалла может образовывать комплекс одновременно и
с субстратом
и с активным центром фермента, в результате оба они сближаются друг с другом и
переходят в активную форму. Наконец, в-третьих, ион металла может играть роль
мощного акцептора электронов на определенной стадии каталитического цикла.
Железо относится к тем микроэлементам, биологические функции
которых изучены наиболее полно.
Значение железа для организма человека, как и в целом для
живой природы, трудно переоценить.
Подтверждением этому может быть не только большая
распространенность его в природе, но и важная роль в сложных метаболических
процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа
определяется многогранностью его функций, незаменимостью другими металлами в
сложных биохимических процессах , активным участием в клеточном
дыхании, обеспечивающем нормальное
функционирование тканей и организма человека.
Железо принадлежит к восьмой группе элементов периодической
системы Д. И. Менделеева (атомный номер 26, атомный вес 55,847 ,
плотность 7,86 г/ см). Ценным его свойством
является способность легко окисляться и восстанавливаться, образовывать сложные
соединения со значительно отличающимися биохимическими свойствами,
непосредственно участвовать в
реакциях электронного транспорта.
Происхождение названия[]
Имеется несколько версий происхождения славянского слова «железо» (бел. жалеза,болг. желязо, укр. залізо, польск. Żelazo, словенск. Železo).
Одна из версий связывает это слово с санскритским «жальжа», что означает «металл, руда».
Другая версия усматривает в слове славянский корень «лез», тот же, что и в слове «лезвие» (т. к. железо в основном употреблялось на изготовление оружия), третье связывает с греческим словом χαλχοσ, что означало железо и медь.
Праславянское *žel-zo, скорее всего, родственно старо-славянскому «желы» — «черепаха», и греческому χέλυς — «черепаха». Как и русские слова — «желва́к», «голова́», польское «gɫaz» — «камень» с общим исходным значением «камень». (Трубачёв)
Европейские iron (англ.), Eisen (нем.) происходят от санскритского «исира» — крепкий, сильный.
Латинское ferrum происходит от fars — быть твёрдым.
Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно. В частности древнегреческое слово сидерос для железа и латинское sidus, означающее «звезда», вероятно, имеют общее происхождение. Есть мнение, что английское и немецкое название железа (iron и Eisen) соответственно происходят от этрусского «айзари» — боги, небо.
Геохимия железа[]
Файл:IronInRocksMakeRiverRed.jpg
Гидротермальный источник с железистой водой. Окислы железа окрашивают воду в бурый цвет.
Изотоп железа-56 считается наиболее стабильным ядром: все следующие элементы могут уменьшить энергию связи на нуклон путём распада, а все предыдущие элементы, в принципе, могли бы уменьшить энергию связи на нуклон за счёт синтеза. Железом оканчивается ряд синтеза элементов в ядрах нормальных звёзд, все последующие элементы образуются только в результате взрывов сверхновых.
Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86 % всего железа, а в мантии 14 %.
Геохимические свойства
Важнейшая геохимическая особенность железа — наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме — металлическое — слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO — основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.
По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Са2+ — другим главными элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, Ca во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.
Минералы железа
В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах. При этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало в кислых и средних породах.
В качестве руд железа в основном используются окислы и гидроокислы: магнетит, гематит и гётит . Кроме того, промышленное значение имеет карбонат железа — сидерит и сульфиды — пирит и пиротин.