Джеймс Фрийл

1 Департамент по храните и човешките хранителни науки, Университет в Манитоба, Уинипег, MB R3T 2N2, Канада; ac.abotinamuym@3ciac

желязото

Wafaa Qasem

2 Администрация по храните и храненето, Министерство на здравеопазването, P.O. Box 4078, Safat 13041, Кувейт; ac.abotinamuym@wmesaq

Ченси Кай

1 Департамент по храните и човешките хранителни науки, Университет в Манитоба, Уинипег, MB R3T 2N2, Канада; ac.abotinamuym@3ciac

Резюме

Първите 6 месеца от живота са решаващо време за задоволяване на нуждите от желязо. Целта на този преглед е да изследва желязото в майчиното мляко и дали то отговаря на физиологичните нужди на растящото бебе. Ключовите въпроси включват съдържанието на желязо и транспорта на желязо от млечната жлеза, както и кога и какви храни трябва да се добавят към кърмачето. Ние изследваме тези теми в светлината на новите открития за молекулярната биология в млечната жлеза.

1. Въведение

Желязото (Fe) е основно хранително вещество, което съществува в малко количество в кърмата. Дали желязото в кърмата ще отговори на нуждите за развитие на кърменото бебе през първите 6 месеца от живота е противоречиво [1,2]. Някои страни препоръчват добавянето на желязо като капки на 4 месеца, други не [1,3,4]. Това се отразява на най-доброто време за въвеждане на твърди вещества, тъй като обогатяването с храни с желязо помага за задоволяване на нуждите от желязо през втората половина на детството. Последните доказателства сочат, че желязото не се секретира в майчиното мляко и че наличното желязо присъства в малки количества. По отношение на снабдяването с твърди храни, богати на желязо, има нови препоръки, но няма консенсус. Преглеждаме доказателствата в подкрепа на ранното въвеждане на обогатена с желязо твърда храна или железни капки до 4-месечна възраст. Ние обсъждаме тези въпроси в светлината на неотдавнашната молекулярно-биологична информация, получена от нашите изследвания на транспортерите на желязо в човешките епителни клетки на млечната жлеза.

2. Желязо

2.1. Биологични функции на Fe

В човешкото тяло желязото е най-разпространеният микроелемент и действа като център за широк спектър от функции [4]. Неговото значение се дължи на неговата редокс активност, тъй като желязото съществува главно в състоянията на окисление на железен (Fe 2+) и железен (Fe 3+), които са взаимозаменяеми. Превръщането на едното състояние в другото е част от електронната транспортна верига, от съществено значение за генерирането на енергия (АТФ) по време на метаболизма и за редукциите, необходими за синтеза [5]. Има малко свободно желязо in vivo. Желязото се хелатира до протеини или други молекули; това поддържа разтворимост, ограничава участието в окислително-редукционната химия и ограничава достъпността на микробите [6].

Протеините, които свързват желязото, действат функционално като антиоксиданти [5,7]. Антиоксидантът е вещество, което, когато се намира в ниска концентрация в сравнение с тази на окисляем субстрат, инхибира окисляването на субстрата, процесът, известен като оксидативен стрес [5,7]. Желязото е по-известно като оксидант, вид, който причинява или насърчава окисляването, докато молекулите, които свързват желязото, функционират като антиоксиданти. За разлика от това, витамин С действа като хранителен редуктор на желязото [5,7].

Хемоглобин (Hb) желязо (60%), миоглобин желязо (5%), както хем, така и не-ензим ензими (5%) и трансферин (по-малко от 1%), са определени като функционално желязо. Останалото желязо се намира в белтъците за съхранение феритин (около 20%) и в хемосидерин (около 10%) [8]. Основната роля на желязото е за транспортирането на кислород, за да подпомогне дишането на клетките. Миоглобинът използва желязо за съхранение на кислород в мускулната тъкан. Ензимното желязо функционира в имунната функция и други метаболитни действия [8]. Недооценената роля на желязото е неговото значение за невротрансмитерната функция и миелинизацията [9].

2.2. Поглъщане и транспортиране на Fe

Поглъщането на Fe от ентероцитите зависи от формите на Fe. Източниците на Fe включват нехем Fe, хем Fe и феритин. Предполага се, че хем Fe се транспортира чрез чревен транспортер на хем, протеин хем носител 1 (HCP1) [10] или друг транспортер [11]. Този процес все още не е напълно изяснен. Феритинът навлиза в ентероцитите по неизвестен механизъм и вероятно след това се разгражда в лизозомите [12]. Fe-феримът, който не е хем, първо трябва да бъде редуциран до железен Fe чрез дуоденален цитохром b (DCYTB) [13] или други фериредуктази на клетъчната повърхност [14] и след това да бъде транспортиран в ентероцитите чрез двувалентен метален транспортер 1 (DMT1) [15]. След като попадне в клетката, клетъчният Fe се съхранява като феритин, използва се от вътреклетъчните отделения или се изнася в кръвта за използване от други тъкани в тялото [12]. Вътреклетъчният железен Fe се пренася през базолатералната мембрана чрез феропортин FPN [12] и след това се окислява до железен Fe чрез хефестин (HEPH), мембранно закотвена, многомедна фероксидаза [16]. След това железният Fe се свързва с трансферин (TF) в интерстициалните течности и циркулира в тялото.

2.3. Fe Изисквания на кърмачетата

При раждането доносените здрави бебета имат съдържание на желязо около 75 mg/kg, с голям обем на кръвта и концентрация на Hb пропорционално на телесното им тегло [17]. През първите няколко месеца от живота те изпитват физиологичен спад в обема на кръвта и концентрацията на Hb и активно преминаване от фетален Hb към възрастен тип Hb [18]. Има противоречиви мисли относно изискването за Fe при бебета. За новородените бебета по-голямата част от Fe в тялото се намира в Hb и някои по-малки магазини. Когато новороденото се прехвърли от маточната среда в богата на кислород атмосфера, нивото на Hb спада от 170 g/L на 120 g/L през първите 6 седмици от живота [18]. За изключително кърмените бебета основният източник на Fe идва от магазините на тялото, тъй като съдържанието на Fe в кърмата е изключително ниско [18,19]. Някои изследователи заключават, че нормално здраво доносено бебе има достатъчно количество Fe до около 4 до 6 месечна възраст [20]. Въз основа на средната концентрация на Fe в човешкото мляко, Институтът по медицина Диетични референтни дози (DRI) за Fe за кърмачета преди 6-месечна възраст е 0,27 mg/ден [21]. За разлика от това, Американската академия по педиатрия препоръчва доносените бебета с изключително кърмене да получават 1 mg/kg на ден Fe добавка, започвайки на възраст от 4 месеца [1].

2.4. Съдържание на желязо в човешкото мляко

Тъй като настоящите препоръки за кърмачета се основават на съдържанието на желязо в човешкото мляко, трябва да изследваме по-внимателно млякото. Човешкото кърма има много малко желязо (0,4 mg/L) [19]. Тъй като кърмата е предназначена за хора от хора, може да се заключи, че това, което е в майчиното мляко, е оптимално за новородени. Въпреки че няма противоречие, че желязото в човешкото мляко е ниско, сегашната мисъл е, че наличното малко количество по някакъв начин трябва да е достатъчно. Всъщност се смята, че майчиното мляко има „специална форма“ на желязо, за която често се твърди, че е „силно бионалична“ [22,23]. За да подкрепи тази концепция, Lonnerdal показа наличието на рецептор в червата на бебето, специално за лактоферин-желязо [24]. Концепцията, че „кърмата е перфектната храна“, се оспорва от недостига на няколко хранителни вещества, включително желязо [25]. Това не е популярно понятие, тъй като може да се отвори врата за добавяне на всякакви и всички хранителни вещества, както се прави за недоносеното бебе [26]. Независимо от това, витамин D се дава на кърмачета, въпреки че има противоречия и около това [27].

Съдържанието на Fe в кърмата при хора се счита за ниско в сравнение със серумния Fe на майката. Концентрацията на Fe в човешката коластра е приблизително 0,8 μg/mL; в зрялото кърма е 0,2-0,4 μg/mL [28]. За разлика от това, концентрациите на Fe в млякото на други видове са много по-високи [28,29]. Концентрацията на Fe в зряло мляко при плъхове е 5–10 μg/mL, което е около 25 пъти по-висока от концентрацията на Fe в човешкото мляко [29]. Въпреки че концентрацията на Fe е ниска в човешкото мляко, смята се, че тя е независима от Fe статуса на майката и не може да бъде повишена чрез майчина диета или добавки с Fe [30,31,32]. Неотдавнашно проучване предполага възможността състоянието на желязо при майката по време на бременност да повлияе на количеството желязо по време на лактация [33].

Епителните клетки на човешката млечна жлеза не отделят желязо в кърмата. Това изненадващо откритие се основава на факта, че първичният мембранен износител на желязо не се намира в човешки лактиращи епителни клетки [34]. Това е в съответствие с преобладаващата гледна точка, че съдържанието на желязо в организма не се контролира чрез екскреция, а се контролира чрез абсорбция [35]. Съдържанието на желязо в човешкото мляко може да се отчете в голямо количество от това, което присъства в млечните епителни клетки [19,36], които са преобладаващите клетки при здрава майка [37]. Възможно е бебето да получава цялото необходимо желязо от външни източници, тъй като желязото е повсеместно, тъй като е най-често срещаният елемент на земята и е било лесно достъпно като замърсяване доскоро [38,39].

2.5. Добавка с капки от желязо

Статусът на Fe при изключително кърмените бебета и как се поддържа, остава спорна тема в неонаталното хранене [40]. Някои гласове подкрепят добавката с Fe, докато други я смятат за вредна поради потенциално претоварване с Fe. Изказани са опасения относно добавките с Fe, тъй като Fe е мощен прооксидант и той не може да се екскретира активно от хората [41]. Някои проучвания предполагат, че добавките с Fe могат да имат неблагоприятни ефекти върху бебетата, пълни с желязо, включително повишен риск от инфекции и нарушен растеж [42]. Повишеният риск от тежки инфекции изглежда е ограничен до регионите с малария [43]. Настоящите доказателства обаче не са окончателни, нито отрицателните последици от краткосрочния нарушен растеж върху дългосрочния резултат.

Установихме, че добавянето на желязо в ранна детска възраст подобрява когнитивното развитие [44]. Здравите кърмачета, които са получавали капки желязо на възраст между 1 и 6 месеца, са имали подобрения както в уменията за психомоторно развитие, така и в зрителната острота, в сравнение с контролните бебета. От тези констатации Американската академия по педиатрия препоръчва всички кърмени бебета да получават капки желязо от 1 mg/kg/ден на 4-месечна възраст [22], за да увеличат ниските нива на желязо в майчиното мляко.

Резултати от мета-анализ, който включва четири рандомизирани контролни проучвания (RCT), включващи 511 бебета, подкрепят ранното добавяне на желязо [45]. Съвременните данни сочат, че въпреки че добавянето на желязо при здрави бебета с изключително кърмене може да подобри състоянието им на желязо и когнитивно развитие, може да има забавяне във физическия им растеж. Няма данни, които да предполагат, че добавките с желязо могат да причинят други неблагоприятни ефекти [45].

2.6. Желязодефицитна анемия и ефекти върху невроразвитието

Тъй като добавките с желязо могат да бъдат от полза, поддържането на адекватно ниво на Fe е от решаващо значение за физическото и неврологичното развитие на бебето. Обикновено се счита, че дефицитът на желязо (ID) се развива в три етапа: изчерпване на желязото, дефицит на желязо еритропоеза и желязодефицитна анемия (IDA) [46].

Fe е критичен за бързото развитие на централната нервна система по време на ранна детска възраст. Проучванията върху животни показват, че Fe е от решаващо значение за много аспекти на мозъчното развитие, включително миелинизация, функция на моноаминовия невротрансмитер и метаболизма на невроналната и глиалната енергия [41]. Някои проучвания при хора предполагат, че ранната идентификация е свързана с по-късни нарушения на невроразвитието. Едно надлъжно проучване в Коста Рика оценява промените в когнитивното функциониране след ИД в ранна детска възраст чрез оценка на четири последващи проследявания на възраст 5, 11-14, 15-18 и 19 години [47,48,49]. Резултатите показват, че участниците, които са имали ИД в ранна детска възраст, са имали по-ниски когнитивни резултати с течение на времето в сравнение с участниците в групата с добро състояние на Fe. Резултатите от тези проучвания увеличават опасенията, че ранната идентификация може необратимо да повлияе на дългосрочното невроразвитие. Мета-анализ на 17 рандомизирани клинични проучвания при деца показва, че добавките Fe имат положителни когнитивни ефекти при деца с дефицит на желязо [50]. Следователно ранната превенция на ИД изглежда изключително важна. Все пак дали Fe има положителни невроразвитие върху изключително кърмените бебета все още трябва да се изясни.

2.7. Твърди вещества и тяхното въвеждане

2.8. Възможни неблагоприятни ефекти на Fe в стомашно-чревния тракт

Има доказателства, че неабсорбираното желязо в стомашно-чревния тракт ще доведе до генериране на реактивни кислородни видове [56,57]. Това може да е особено вярно за бебета, консумиращи обогатени с желязо зърнени храни с ниска бионаличност [58]. Известно е, че антиоксидантните храни, включително плодовете, могат да облекчат последиците от генерирането на реактивни кислородни видове (ROS) [59]. Проведохме проучване при възрастни, които получават голяма доза желязо едновременно с антиоксидантна добавка [60]. Субектите, получаващи антиоксидантната добавка, са имали значително по-малко генериране на ROS. Кърмачетата, получаващи обогатени с желязо зърнени храни, консумират сходни нива на желязо, което може да ги подложи на възпаление [61].

2.9. Желязо и микробиота

Стомашно-чревният тракт е дом на хиляди видове бактерии, известни като микробиом [62], който играе роля в метаболизма. Дисбиозата на бебешкия микробиом може да има нежелани последици в дългосрочен план [63]. Доказано е, че чревният микробиом се променя при животни, получаващи добавки с желязо, но при кърмачетата е свършена малко работа [64,65,66]. Завършихме проучване, оценяващо ефекта от диетите на базата на месо и зърнени храни при бебета върху микробиома на бебето в червата [67]. Изборът на първи безплатни храни може да повлияе на възпалението на червата и микробиотата, потенциално поради вариации в усвояването на желязо от различни храни. Нашите открития подкрепят използването на месо като първа храна, както се предлага от група Krebs [66].

3. Допълнително хранене (CF)

Малко са големите проучвания, изследващи допълнителното хранене на бебета в развитите страни. Голямо проучване при канадски кърмачета показва, че бебетата започват да имат твърдо вещество още на 4 месеца, консумира се малко месо, а основните източници на желязо са от обогатени с желязо бебешки зърнени храни [53]. Тези открития не показват подкрепата на майката за настоящите препоръки за започване на твърдо вещество на 6 месеца с месо като първи избор [3]. Средният прием на желязо от твърди вещества никога не е отговарял на препоръките за количества от CF от 7 до 12 месеца [53].

Тъй като в майчиното мляко има малко желязо [19], ниският прием на желязо от допълнителни храни се превръща в проблем. Желязото в твърдите храни се съдържа предимно в месото и обогатените зърнени храни, като много малко се съдържа в плодовете и зеленчуците [68]. Значителни източници на желязо, включително месо, птици, риба и яйца, не се консумират рутинно до 8–9-месечна възраст [53]. В голямо американско проучване зърнените храни за бебета са основният източник на повечето минерали за кърмачета [69]. Въпреки това, формата на желязо, използвана от производителите, е с ниска бионаличност [70]. Не е изненадващо, че 24% от канадските бебета имат ниски запаси на желязо [53]. Ще трябва да се обмислят нови начини за задоволяване на нуждите от желязо.

Допълнителни прегледи на съдържанието на желязо в майчиното мляко [18,19,23,28,29,30,32,33], метаболизма на желязото [8,20,35,41] и времето за въвеждане на твърда храна [52,54, 55], разгледайте и тези проблеми.

4. Заключения

Има ли достатъчно желязо в кърмата, за да задоволи нуждите на бебето през първите 6 месеца от живота?

Не е достатъчно, за да отговори на очакваните нужди.

Ще бъде ли вредно желязото, давано като капки или подсилена храна преди 6-месечна възраст?

Нарушеният растеж не е последователен, нито е доказателство за вреда.

Кога е най-доброто време за въвеждане на обогатени с желязо твърди храни?

Не по-рано от 4 месеца, не по-късно от 7 месеца, в зависимост от бебето.

Коя е най-добрата твърда храна, която да се дава на бебето първо?

Месо, без остатъчно желязо, за да предизвика потенциално генериране на ROS в червата.

Кой е най-добрият подход към общественото здраве?

Проверете всички кърмачета на 4 месеца: в противен случай сигнализирайте за аномалии на бебето или майката. Може да има полза от създаването на композитна система, включваща феритин, хемоглобин, среден корпускуларен обем, хранителен прием и рискови фактори за майката. Това би трябвало да бъде разгледано внимателно в проспективно кохортно проучване.

Благодарности

Тази работа е извършена с подкрепата на канадските институти за здравни изследвания.

Принос на автора

Джеймс Фрил, Уафаа Касем и Ченси Кай участваха в подготовката на тази статия.

Конфликт на интереси

Авторите не декларират конфликт на интереси.