Demir

Giriş

Demir yeryüzünde en çok bulunan metallerden biridir ve çoğu yaşam formu ve normal insan fizyolojisi için elzemdir. Demir iyi sağlığın sürdürülebilmesinde görev alan protein ve enzimlerin tamamlayıcı bir parçasıdır. İnsanlarda demir, oksijen taşınmasında yer alan proteinlerin zorunlu bir bileşenidir. Aynı zamanda, hücre gelişiminin ve çeşitlenmesinin düzenlenmesinde zorunludur. Demirin yetersiz alımı oksijenin hücrelere ulaştırılmasını kısıtlar, böylece yorgunluk, düşük iş performansı ve bağışıklığın azalmasına sebep olur. Diğer bir yandan demirin fazla alımı zehirlenme hatta ölüme sebep olabilir.

Demirin vücutta yaklaşık üçte ikisi hemoglobinde bulunur ve kırmızı kan hücrelerindeki protein dokulara oksijen taşır. Küçük miktarlarda demir miyoglobinde bulunur, ve kaslara oksijen taşınmasını sağlar ve az miktarda da enzimlerde bulunur, bunlarda biyokimyasal reaksiyonlara yardım ederler. Aynı zamanda demir gelecek ihtiyaçlar için depo görevi gören proteinlerde bulunur ve bunlar demiri kana taşırlar.

Demirin en uzun ve iyi tanımı mikro besin elementleri arasındadır. Hemen hemen bütün yaşayan varlıkların metabolizması için anahtar elementtir.

 

Gıda Kaynakları

Gıdalardaki demirin, vücut tarafından absorplanan ve kullanılan miktarı bireylerdeki demirin besleyici durumu ve HEM formunda olup olmamasına göre değişkenlik gösterir. Çünkü HEM demir, HEM olmayan demire göre farklı bir mekanizma ile absorplanır. HEM demir daha kolay absorplanır ve HEM demirin emilimi beslenmeyle ilgili faktörler tarafından daha az etkilenir. Anemi hastaları veya demir eksikliği görülen bireyler yeterli demir depoları bulunan bireylere göre tükettikleri demirin (genelde HEM olmayan demir) büyük bir çoğunluğu absorplarlar.

HEM demir, HEM olmayan demire göre daha iyi absorplanır, fakat çoğu gıdalardaki demir HEM olmayan demir formundadır.

HEM demir – HEM demir, büyük çoğunlukla ette, kanatlı etinde ve balıktaki hemoglobin ve miyoglobinden gelmektedir. Diyette bulunan demirin sadece %10-15 kadarının HEM demir formunda olmasına rağmen, diyetteki absorplanan toplam demirin üçte birinden daha fazlası HEM demirden elde edilir. HEM demirin absorpsiyonu, HEM olmayan demirin absorpsiyonuna göre diğer beslenmeyle ilgili faktörler tarafından daha az etkilenir.

HEM olmayan demir – mercimek ve fasulye gibi bitkisel gıdalarda bulunan demirin özel bir formuna HEM olmayan demir denir. Bitkilerin yetiştiği topraklardaki mineral miktarları coğrafi olarak değişkenlik gösterdiğinden bitkilerdeki mineral miktarları da değişebilir.

Demirin bu formu demirce zenginleştirilmiş veya kuvvetlendirilmiş gıdalara ilave edilir.

Demirin bazı önemli gıda kaynakları (üst sıra HEM demir, alt sıra HEM olmayan demir) 

CiğerTavuk, Et, İstiridye, Sosis, Mercimek, Susam tohumu, Soya fasulyesi, Yulaf/buğday unu, Kuru kayısı

Tavsiye Edilen Günlük Alım Miktarı(RDA) 

Avrupa Birliği genel olarak 15 mg/gün değerini belirlemiştir.

Fakat bazı insanlar diğer insanlara göre daha fazla demire ihtiyaç duyarlar:

6 aylık ve 4 yaşları arasındaki bebek ve çocuklar 

Son 6 ay için bebeklerin demir depoları genelde yeterlidir. Bu dönemde bebeklerin hızlı büyüme oranlarından dolayı, yüksek miktarda demir ihtiyacı duyulmaktadır.

Ergenlik dönemi 

Erken ergenlik dönemi hızlı büyümenin diğer bir zamanıdır. Bayanlarda adetle birlikte kan kaybının oluşmasından dolayı, ergenlik çağında demir ihtiyacının artmasına neden olmaktadır.

Hamile bayanlar 

Gelişen plasenta ve ceninin demir kullanımının artması ile kan hacminde önemli bir artış olur ve bu da hamilelikle demir gereksinimini artırır.

Kronik kan kaybı yaşayan bireyler 

Kronik kanamalar ve akut kan kaybı demir eksikliğiyle sonuçlanır. 150 gram/litre'lik hemoglobin konsantrasyonu sahip 1 ml'lik kan 0.5 mg demir içerir. Bundan dolayı küçük miktarlarda bile kronik kan kaybı demir eksikliğiyle sonuçlanabilir. Gelişmekte olan ülkelerdeki kronik kan kaybının nedeni parazitsel bağırsak enfeksiyonudur. Düzenli olarak kan bağışlayan bireyler ile adet gören kadınların demir eksikliğini engellemek için demir alımlarını arttırmaları gerekmektedir. Çünkü kaybedilen her 500ml'lik kan 200 ile 250 mg arasında demir içermektedir.

Helicobacter pylori enfeksiyonu olan bireyler . 

H. pylori enfeksiyonu demir eksikliği anemisiyle ilgili bağlantılıdır ve çoğunlukla çocuklarda görülür.

Vejetaryenler 

Bitkisel kaynaklı gıdalardan alınan demir hayvansal kaynaklı gıdalardan alınan demire göre daha az absorplanır. Vejetaryen olarak beslenilen diyetlerdeki demirin biyoyararlılığı sadece %10 iken karma olarak beslenenlerin diyetlerindeki demirin biyoyararlılığı %18 olduğu tahmin edilmektedir.

Düzenli olarak şiddetli (ağır) egzersizlerle meşgul olan bireyler 

Şiddetli antrenman yapan atletlerin günlük demir kayıpları fazladır. Bunun sebebinin gastrointestinal bölgede artan mikroskobik kanama veya kırmızı kan hücrelerindeki hemolisisin artması olduğu düşünülmektedir. Bu tür düzenli egzersiz yapan bireylerin ortalama %30 daha fazla demir almalarının gerektiği tahmin edilmektedir.

İnhibitörler/uyarıcılar:

Aşağıdaki gıda bileşenleri demir emilimini arttırmaktadır :

A vitamini – A vitamini eksikliği demir eksikliğine bağlı anemiyi arttırmaktadır. A vitamini ve demirin birlikte kullanılması ile aneminin daha efektif olarak düzeldiği gözlenmiştir.

Bakır – Yeterli bakır alımı normal demir metabolizması ve kırmız kan hücrelerinin oluşması için gereklidir. Bakır eksikliğinde anemi gözlenmektedir.

Et proteinleri – Et proteinleri HEM olmayan demirin emilimini artırmaktadır.

C Vitamini – C vitamini HEM olmayan demirin emilimini artırmaktadır.

Aşağıdaki gıda bileşenleri demir emilimini engellemektedir:

Kalsiyum – Bir öğünde kalsiyum ve demir bir arada tüketildiklerinde demirin emilimi azalmaktadır. Buna rağmen ferritin (demir depoları) üzerine çok az etkisi olduğu gözlenmiştir.

Tannin (çayda), polifenol , ve fitat (baklagiller ve bütün tahılda) bunlar HEM olmayan demirin emilimini azaltmaktadır. Soyada bulunan bazı proteinler de HEM olmayan demirin absorpsiyonunu engellemektedir.

Vücuttaki görevleri

Oksijen taşınımı ve depolanması

HEM grubu, demir içeren bir bileşiktir ve vücutta önemli moleküllerin yapısında belirli sayılarda bulunur. Hemoglobin ve miyoglobin HEM grubu proteinleridir ve bu proteinler, vücuda oksijenin taşınması ve depolanmasında görev alırlar. Hemoglobin kırmızı kan hücrelerinde bulunan en önemli proteindir ve vücut demirinin üçte ikisini temsil eder.

Oksijenin akciğerlerden vücudun diğer kısımlarına taşınmasında hemoglobinin en önemli görevi kısa süre içerisinde elde edilen oksijenin akciğerlerle bağlantıya geçmesi ve dokularda sirkülasyonu esnasında gerektiğinde oksijeni serbest bırakmasıdır. Miyoglobinin oksijen taşıma ve kas hücrelerinde kısa dönem oksijen depolamadaki fonksiyonu, çalışan kaslara gerekli olan oksijeni tedarik etmeye yardımcı olmaktadır.

Elektron taşınması ve enerji metabolizması

Sitokromlar HEM grubu içerirler ve hücresel enerji üretimi için önemlidirler ve bundan dolayı mitokondrideki elektron taşınımındaki rollerinden dolayı gereklidirler. ATP sentezinde elektron taşıyıcı olarak görev alırlar. ATP hücrede en önemli enerji deposudur. Enzimler sınıfına ait sitokrom P450 toksik maddelerin uzaklaştırılması, ilaç ve kirlilik metabolizması gibi önemli biyolojik metabolizmalarda önemli bir fonksiyona sahiptir. NADH dehidrogenaz ve susinat dehidrogenaz gibi HEM grubu içermeyen demir içeren enzimler enerji metabolizmasında önemli bir fonksiyona sahiptirler.

Antioksidan ve faydalı prooksidan fonksiyonları

Katalaz ve peroksidaz HEM grubu içeren enzimlerdir ve hücreyi hidrojen peroksit birikmesine karşı korurlar. Bu enzimler reaktif oksijen türlerine zarar vererek hidrojen peroksidin su ve oksijene dönüşümünü katalizlerler. Bağışıklık sisteminin cevabı ile beyaz kan hücreleri, bakterileri içine çekerek onların ROS'a (reaktif oksijen türlerine) maruz kalarak ölmelerini sağlar. Bir tek ROS ve hipokloröz asidin sentezi HEM grubu içeren miyeloperoksidaz enzimi sayesinde katalizlenmektedir.

DNA sentezi

Ribonükleotid redüktaz enzimi DNA sentezi için gerekli demire bağlı bir enzimdir. Bundan dolayı büyüme, yenilenme, iyileşme ve bağışıklık sistemi fonksiyonları gibi bazı yaşamsal fonksiyonların gerçekleşmesi için demir gereklidir.

Eksikliği

Demir eksikliği, dünyada en çok eksikliği görülen besin öğesidir. Demir eksikliğinin üç temel aşaması vardır. Bunlar depo demirinin tükenmesi, erken fonksiyonel demir eksikliği ve demir eksikliği anemisidir.

Depo demirinin tükenmesi 

Demir depolarının tükenmesine rağmen fonksiyonel demir kaynağı tükenmemiştir.

Erken fonksiyonel demir eksikliği 

Kırmızı kan hücrelerini oluşturacak fonksiyonel demirin az olmasına rağmen anemiye neden olacak kadar az miktarda değildir.

Demir eksikliği anemisi 

Demirin kırmızı kan hücreleri oluşturamayacak kadar az olması durumunda anemi oluşmaktadır. Demir eksikliği anemisi mikrositik ve hipokromik olmak üzere sınıflandırılır. Burada kırmızı kan hücreleri normalden daha küçüktür ve hemoglobin miktarı azalmaktadır. Demir eksikliği bu aşamada anemiye bağlı olarak yetersiz oksijen dağıtımı ve/veya demire bağlı enzimlerin fonksiyonlarının yetersizliği semptomlarını ortaya çıkarır.

Aneminin tek nedeninin demir eksikliği olmadığının hatırlanmasında fayda vardır ve demir eksikliği teşhis ve tedavisinde sadece anemi üstünde durulursa yanlış teşhis ve yanlış tedaviye neden olur.

Toksisite

6 yaş ve altı çocuklarda, yanlışlıkla aşırı dozda alınmış demir içeren ürünler ölüme neden olmaktadır. Buna rağmen ağız yolu ile alınan elemental demirin öldürücü dozu yaklaşık olarak vücut ağırlığının 200-250 mg/kg kadardır. Akut zehirlenmenin semptonları vücut ağırlığının 20-60 mg/kg değerinde gözlenmektedir. Demirin aşırı dozda alınması acil ve ciddi bir durumdur çünkü demir zehirlenmesinin ciddiyeti absorblanan elemental demirin miktarına bağlıdır.

Akut demir zehirlenmelerinde dört aşamada semptomlar görülür:

1) Tüketimin ilk 1-6 saatinde semptomları: mide bulantısı, kusma, karın ağrısı, koyu renkli dışkı, yorgunluk, zayıflık, zayıf ve hızlı nabız, düşük kan basıncı, ateş, nefeste zorlanma ve koma.

2) Anında ölüm gerçekleşmezse, semptomlar 24 saat içinde kaybolur.

3) Demir tüketiminin 12-48 saat sonrasında semptomlar gözlenir ve kalp damar hastalıkları, böbrek, karaciğer, kan ve merkezi sinir sisteminde bozukluklar gibi önemli belirtiler gösterebilir.

4) Tüketimden 2-6 hafta sonra merkezi sinir sisteminde, karaciğerde (siroz) ve karında uzun dönemli hasarlar oluşabilir.

Düzenleme

Demir depolanması ve metabolizmasında yer alan demire cevap veren elementler kısa zincirli nükleotidlerden oluşmuştur ve haberci RNA'da bulunur. Demir düzenleyici proteinler (IRP), demire cevap veren elementlere bağlanıp bazı özel proteinlerin sentezini düzenlemek suretiyle haberci RNA çevrimini etkileyebilir. Demir ihtiyacı çok olduğunda, IRP'ye daha çok demir bağlanır ve demirin RNA'daki demire cevap veren elementlere bağlanmasına engel olur.

Demir ihtiyacı az olduğunda, IRP'ye daha az demir bağlanır ve demire cevap veren elementlere daha çok demir bağlanmasına izin verir. Bundan dolayı, az demir bulunduğunda demirin depo proteini (ferritin) depolanmasını şifreleyen mRNA çevrimi engellenmiş olur. Olgunlaşmamış kırmızı kan hücrelerinde, HEM grubu sentezi düzenleyici anahtar enzimini şifreleyen mRNA'nın çevrimi demiri korumak için azaltılmış olur.

Transferrin reseptörlerinin kodlanmasını sağlayan mRNA'daki demire cevap veren elementlere IRP'nin bağlanması olayı ile mRNA ayrışımı engellenerek, transferrin sentezi ve hücrelere demir taşınımı artmış olur.

Demir emilimi

Demir emilimi alınan ve vücut tarafından kullanılan demirin miktarıyla alakalıdır. Sağlıklı yetişkinler diyetteki demirin %10-15'ini absorplarlar ve bu absorpsiyonu birçok faktör etkiler.

Demir emilimi üzerine demirin depolanma miktarının çok büyük etkisi vardır. Vücuttaki demir depoları az olduğunda demir emilimi artmaktadır. Demir depoları çok olduğunda ise, fazla demirin toksik etkisine karşı vücudu korumak için demir emilimi azalır. Tüketilen demirin tipine göre de demir emilimi değişkenlik gösterir. Et proteinlerindeki HEM grubu demirin absorpsiyonu daha etkilidir. HEM grubu demirinin absorpsiyonu %15-35 arasındadır ve diyetle etkilenmemektedir. Ayrıca pirinç, mısır, soya fasulyesi, siyah fasulye ve buğday gibi bitkisel gıdalarda bulunan HEM grubu olmayan demirin %2-20'si absorplanabilir. HEM grubu olmayan demirin absorpsiyonu çeşitli gıda bileşenlerinin varlığıyla değişkenlik gösterir.

Et proteini ve C vitamini HEM grubu olmayan demirin emilimini artırır. Günlük demir alımı tavsiye edilenden az olduğunda, demir kaybı çok olduğunda (ağır adet dönemlerinde), demir ihtiyacı çok olduğunda (hamileliklerde) ve HEM grubu olmayan demir kaynakları çok tüketildiğinde, HEM grubu olmayan demirin emilimini artırıcı gıdaların tüketilmesi son derece önemlidir.