你的身體為什麼離不開鐵？

鐵是地球內核和外核的主要組成成分，在地殼中是丰度僅次於氧、硅和鋁的元素，約佔地殼質量的百分之五。

雖然純的金屬鐵在通常狀況下是穩定的，但是在自然狀態下，經過漫長的地質年代，地殼中絕大多數的鐵已經和其他元素化學反應形成了各種鐵礦物質。出土文物表明，人類最早的時候只能在一些隕石中找到金屬鐵。當時鐵是稀有而珍貴的金屬，甚至比黃金還要貴重。又因為其較高的熔點，相對複雜的冶煉工藝，人類在公元前十四世紀才發明了冶鐵技術。因為鐵器相對高的硬度，以及鐵礦石相對比銅礦石豐富，鐵器最終替代青銅器得到了普及。冶鐵技術的發明和推廣，大大改進了生產工具，提高了生產效率，推進了人類的文明進程。

生活在現代都市的人很難想像如果沒有鐵我們的生活會變成什麼樣子。可以知道的是，沒有了鐵質工具和鋼鐵混凝土的高樓，我們仍可以像我們的祖先一樣生存下來。

但是，如果食物中完全缺乏鐵元素，人類將無法生存。Thomas Sydenham（1624-1689）曾經採用口服鐵劑治療萎黃病（Chlorosis），也就是我們現在說的缺鐵性貧血；而Nicholas Lemery（1645-1715）第一次發現血液灰化後有鐵存在。俗話說：「你就是渾身是鐵，能捻幾顆釘？」某種意義上說，這句話是有道理的：我們的確渾身是鐵，但確實是捻不了幾顆釘。有研究計算出正常成年人身上的鐵元素全部還原成金屬鐵，只有約3克，大概就是一顆普通釘子的重量。

機體因為細胞死亡脫落排出體外而損失鐵，生育期的女性更因為月經血損失大量的鐵，因此我們必須從膳食中補充鐵元素。健康成年人每天需要攝取的鐵以毫克計，因此鐵被稱為微量營養元素。不同年齡和性別的人每天需要攝取鐵的量不同，成年男性每天需要攝入8毫克，生育年齡的女性平均每天需要攝入18毫克。但是我們對膳食中鐵的利用率很低，根據膳食種類的不同，我們大概只能吸收膳食中5%到35%的鐵。

膳食中的鐵分為結合在血紅素中的血紅素鐵和非血紅素鐵。血紅素（heme），又稱為血基質，是一類大雜環化合物。通常情況下，亞鐵離子通過化學鍵結合在一些血紅素的中心。諸如血和肉類等動物製品中含有大量的血紅素，植物細胞中的線粒體內也含有少量的血紅素。綠色蔬菜中含的鐵主要是非血紅素鐵，以高鐵離子（Fe3+）形式存在。針對不同種類的鐵，人類進化出了兩個主要的吸收鐵的途徑。

肉類以及動物內臟中的血紅素鐵易於被十二指腸上皮細胞上的血紅素攜帶蛋白（Heme carrier protein 1）結合轉入細胞內。因此肉類等動物製品是防止缺鐵性貧血的重要食品。蔬菜中或者膳食補充劑中的高鐵離子必須首先經鐵離子還原酶（ferric reductase），如十二指腸細胞色素b，還原成亞鐵離子（Fe2+）才能被吸收。亞鐵離子可以被位於十二指腸上皮細胞上的二價金屬離子轉運蛋白（Divalent Cation/Metal Transporter-1）轉入細胞內。與血紅素鐵相比，植物中的高鐵離子不易被吸收。這是因為在十二指腸的中性環境里，高鐵離子溶解度低，亞鐵離子則不穩定,易被氧化為高鐵離子。因此，素食主義者尤其需要特別防範缺鐵性貧血。

一些特殊的人群需要攝入較多的鐵，比如青春期的孩子，孕期女性，以及一些患有諸如消化道潰瘍、血尿等特殊疾病而導致鐵流失比較多的病人。如果膳食中含有的鐵不充足，可以適當補充鐵劑，配合維生素C可以增強鐵的吸收。需要注意的是，作為鐵補充劑的硫酸亞鐵可能會導致腸胃不適。

在哺乳動物中，鐵的一個重要功能是參與構成血紅素。血紅素作為血紅蛋白（hemoglobin）的輔因子（cofactor），可以協助血紅蛋白把氧分子從呼吸器官攜帶到身體其他部位，並把代謝產生的二氧化碳帶到呼吸器官排出體外。人體內約有65%的鐵是被用來生產血紅蛋白的。人體每天需要大約20毫克鐵來製造血紅蛋白。但是我們每天攝入的鐵並沒有這麼多。那麼機體怎麼獲得這麼多鐵呢？原來我們體內有存儲的鐵。衰老的紅細胞可以被巨噬細胞吞噬，其中的鐵可以被回收利用或者儲存起來再次利用。有意思的是，血紅蛋白對一氧化碳和氰離子的親和能力比對氧分子的親和能力高。因此當吸入一氧化碳時，血紅蛋白就會優先結合一氧化碳，造成包括大腦在內的身體各器官缺氧，這就是一氧化碳中毒。因為一氧化碳可以在煤不完全燃燒時產生，又稱為煤氣，所以一氧化碳中毒又稱為煤氣中毒。氰化物中毒的機理相似，也是競爭性結合了血紅蛋白，使人體缺乏氧而窒息。

在生物體內，鐵的另一個重要作用是作為一些酶的輔因子參與生化反應。作為輔因子的鐵離子存在亞鐵離子（Fe2+）和高鐵離子（Fe3+）兩種狀態，並且這兩種狀態可以在特定環境中通過失去或者獲得電子進行轉化，這樣就可以傳遞電子以輔助酶催化反應。

鐵元素雖然是生命必須的，但卻不是多多益善的。在生物體內，自由的鐵離子和亞鐵離子可以和過氧化氫反應生成毒性更大的氧自由基，氧自由基可破壞DNA、蛋白質、不飽和脂肪酸以及一些酶的輔因子。

實際上，高等動物對體內的自由鐵離子的含量是嚴格控制的。當人體細胞內有多餘的鐵的時候，亞鐵離子會被氧化成高鐵離子以礦物質的形式儲存在儲鐵蛋白（ferritin）中。儲鐵蛋白是由多個蛋白亞基組成的球狀蛋白，鐵礦物質存儲在蛋白亞基構成的空心球內，每個儲鐵蛋白可以存儲4500多個鐵離子。當細胞需要鐵時，存儲的鐵又可以經還原變成亞鐵離子釋放出來。血漿中則存在運鐵蛋白（transferrin），可以結合血漿中的鐵離子，並可以把它們轉運到細胞內利用或者儲存起來。

（作者：稜子）

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