Микроэлемент железо и адаптационные возможности организма спортсменов

Интенсивные физические и психические нагрузки, характерные для современного спорта, оказывают существенное влияние на метаболические процессы, протекающие в организме спортсменов, что находит свое отражение в увеличении расходования энергии, пластического материала и биологически активных веществ, по сравнению с соответствующими показателями лиц, не занимающихся спортом. Это сопровождается повышением потребностей организма спортсменов в энергии и пищевых веществах, которые должны быть восполнены за счет рационов питания. В этой связи количественный и качественный состав пищевых рационов во многом определяет энергетические ресурсы, метаболический статус и адаптационные возможности организма спортсменов, оказывает существенное влияние на уровень физической и умственной работоспособности, на время наступления утомления и скорость восстановления после физических нагрузок [1, 2, 3].

К числу важнейших веществ, необходимых для нормального функционирования всех систем организма человека, относятся минеральные вещества, которые в зависимости от концентрации в организме подразделяют на макроэлементы (кальций, фосфор, калий, натрий, хлор, магний, сера) и микроэлементы (железо, медь, цинк, марганец, кобальт, йод и другие). Содержание макроэлементов в организме превышает 0,01 %, а концентрация микроэлементов равна или меньше 0,01 % массы тела. Минеральные вещества участвуют в формировании костной ткани скелета (кальций, фосфор, магний), в возникновении и проведении возбуждения в нервной и мышечной тканях, в поддержании осмотического давления крови, в обеспечении водного, кислотно-щелочного баланса в организме (калий, натрий) и иммунных реакций, входят в состав жизненно важных гормонов (йод, цинк, медь), витаминов (кобальт) и ферментов (железо, цинк, медь, марганец, селен) [4]. Макро-и микроэлементы не синтезируются в организме и должны обязательно поступать с пищей и водой. Неадекватная обеспеченность организма спортсмена необходимыми ему минеральными веществами ведет к нарушениям обменных процессов, снижению приспособительных возможностей, физической и умственной работоспособности, ухудшению состояния здоровья и спортивных результатов.

Одним из микроэлементов, которым придается особое значение в питании спортсменов, является железо. Биологическая ценность железа обусловлена многообразием его функций. По современным представлениям, этот микроэлемент необходим для роста, деления, дифференцировки и функционирования всех живых клеток организма. Так, железо входит в состав ферментов и белков, участвующих в биосинтезе ДНК (рибонуклеотидредуктаза), в процессах энергетического метаболизма, окислительно-восстановительных реакциях при синтезе стероидов, детоксикации ксенобиотиков и продуктов эндогенного распада (цитохромы), в транспорте кислорода (гемоглобин), в депонировании кислорода в скелетных мышцах и миокарде (миоглобин), в формировании оксидантно-антиоксидантного статуса организма и защите от активных форм кислорода (каталаза, пероксидаза) [5, 6]. Имеются сведения о важной роли железа в обеспечении неспецифической резистентности организма и процессах иммунной защиты. В частности, этот микроэлемент необходим для активации нейтрофилов и реализации их функции – фагоцитоза патогенных микроорганизмов. Также железо вовлечено в регуляцию продукции иммунными клетками и некоторыми другими клетками организма белковых молекул – цитокинов [7], необходимых для взаимодействия между иммунокомпетентными клетками и полноценного иммунного ответа организма на чужеродные вещества различной природы (антигены).

В организме взрослого человека в норме содержится около 3-5 г железа. Большая часть от его количества (65-70 %) входит в состав гемоглобина, 20-25 % находится в костном мозге, печени и селезенке, составляя резерв железа в организме, оставшаяся часть железа находится в составе миоглобина и железосодержащих ферментов [4, 8].

В организм железо поступает с пищей. При этом в продуктах питания содержится два вида железа – гемовое (соединение пигмента протопорфирина с ионом двухвалентного железа) и негемовое (ионы двухвалентного или трехвалентного железа в свободной форме). Гемовое железо содержится в пищевых продуктах животного происхождения (телятина, говядина, говяжья печень, крольчатина, баранина, свинина, рыба) и является наиболее легко усвояемой формой этого микроэлемента. Абсорбция такого железа в пищеварительном тракте человека достигает 2235 %. Негемовое железо содержится в продуктах растительного происхождения (гречневая крупа, листовая зелень, бобовые, фрукты, овощи), а также в яйцах, молочных продуктах. Организм человека усваивает не более 3-5 % такого железа. Причем степень усвоения негемового железа зависит от многих факторов. В частности, всасывание железа ухудшают фитаты растительных продуктов (злаков, бобовых, орехов), образующие с железом нерастворимые комплексы; пищевые волокна; соевый белок; полифенольные соединения чая и кофе; кальций, входящий в состав молочных продуктов. Улучшению усвоения негемового железа способствуют соляная кислота желудочного сока, аскорбиновая кислота пищи (цитрусовые, шиповник, ягоды, яблоки), фермент ферроредуктаза, которые переводят трехвалентное железо в двухвалентное. Из пищи усваивается только двухвалентное железо. Трехвалентное железо пищи, не всосавшееся в кишечнике, выводится из организма в виде окисных соединений. Всасывание негемового железа улучшается в присутствии лимонной, яблочной кислот, белков животного происхождения, фруктозы, сорбита, аминокислот лизина, гистидина, цистеина [8, 9]. Также наблюдается улучшение всасывания железа из овощей и фруктов при потреблении этих продуктов в сочетании с мясом, печенью, рыбой [9].

Суточная потребность организма взрослого здорового человека в железе сос- тавляет 10 мг у мужчин и 18 мг у женщин. У спортсменов потребность в этом микроэлементе на 20-70 % выше, по сравнению с людьми, не занимающимися спортом [8, 10].

Примерно на 90 % потребность организма человека в железе удовлетворяется за счёт эндогенного железа, которое освобождается при распаде отживших, старых эритроцитов в селезёнке и печени. Это железо вновь поступает в костный мозг и используется для синтеза новых эритроцитов [5].

В физиологических условиях в организме поддерживается баланс между поступлением и потерями железа. Потери железа обычно составляют 1-2 мг в сутки. Они происходят через желудочно-кишечный тракт при слущивании эпителиальных клеток кишечника, при десквамации эпителия кожи, микрокровотечениях, с желчью, потом, мочой, волосами, ногтями. У женщин потери железа увеличиваются при менструациях (до 2-3 мг в сутки) и родах. Возмещение потерь железа происходит за счет железа поступающего с рационом питания, причем из пищи ежедневно в кишечнике всасывается не более 1-2 мг железа, что составляет около 10 % от всего количества этого биоэлемента, содержащегося в нормальном рационе (10-20 мг) [5]. При недостатке железа в организме процент всасываемого железа увеличивается, при избытке – уменьшается. В регуляции процесса всасывания железа в кишечнике ключевую роль играет пептид гепсидин, синтезируемый печенью. Повышение концентрации железа в организме ведет к усилению синтеза гепсидина, что уменьшает абсорбцию железа в кишечнике. В свою очередь, снижение количества железа в организме вызывает угнетение синтеза гепсидина в печени с увеличением абсорбции железа в кишечнике [5, 11].

Всосавшееся в тонком кишечнике двухвалентное железо может быть либо депонировано в эпителиальных клетках кишечника в форме белка ферритина, либо перенесено через базолатеральную мембрану энтероцита в кровь при помощи белка ферропортина. В крови двухвалентное железо под действием белка гефес-тина окисляется до трехвалентного железа и связывается с плазменным белком трансферрином. Трансферрин транспортирует железо в печень, в костный мозг, где оно используется для синтеза железосодержащих белков (гемоглобина, миоглобина, цитохромов и другие) или депонируется в составе белка ферритина [12].

В целом, в метаболизме железа задействовано более 20 белков. Почти все железо в организме человека находится в связанном с белками состоянии, что необходимо для предотвращения цитотоксических эффектов свободных ионов этого микроэлемента [5]. Цитотоксические эффекты железа, возможные при его избыточном накоплении в организме, обусловлены способностью железа как металла с переменной валентностью, запускать цепные свободнорадикальные реакции, приводящие к свободнорадикальному окислению липидов клеточных мембран, токсическому повреждению белков и нуклеиновых кислот [13], что приводит к нарушению функций жизненно важных органов и снижению адаптационных возможностей организма человека. Вместе с этим, по данным литературы, у спортсменов патологические состояния, связанные с избыточным содержанием железа в организме, встречаются значительно реже, чем железодефицитные состояния, включая анемию.

У активно тренирующихся спортсменов, систематически испытывающих боль- шие физические и психоэмоциональные нагрузки, нередко отмечаются железодефицитные состояния. Причем у спортсменок риск возникновения железодефицитных состояний и частота их выявления существенно выше, чем у спортсменов, что связано, в том числе, с более высокими потребностями женского организма в же-лезе. Так, в исследовании K. Koehler с соавторами [14] при обследовании 193 спортсменов высокого класса (96 мужчин и 97 женщин), представляющих различные виды спорта, дефицит железа выявлен у 57 % спортсменок и 31% спортсменов.

По данным литературы, наиболее часто железодефицитные состояния выявляются у спортсменов, тренирующихся на выносливость, систематически испытывающих длительные аэробные и аэробно-анаэробные нагрузки. Например, у бегунов на длинные и сверхдлинные дистанции [8].

Основными причинами недостаточности железа в организме атлетов являются:

• -    повышенная потребность в железе из-за активизации его обмена под влиянием интенсивных тренировочных и соревновательных нагрузок, что может быть следствием интенсификации выведения этого микроэлемента из организма через кожу с потом, а также через желудочно-кишечный тракт и почки;

• -    увеличение адаптивного синтеза железосодержащих белков (гемоглобина, миоглобина, цитохромов);

• -    микротравмы при спортивной деятельности [15];

• -    дефицит железа в пище; нарушение усвоения этого биоэлемента, в том числе, из-за заболеваний желудочно-кишечного тракта [16].

В течение некоторого времени у спортсменов может быть латентный дефицит железа, характеризующийся истощением запасов железа в организме при нормальном содержании гемоглобина в крови. Однако, уже в этот период у них могут наблюдаться мышечная слабость, быстрая утомляемость, сухость и шелушение кожи, ломкость, выпадение волос. Снижение уровня гемоглобина в крови менее 120 г/л у женщин и 130 г/л у мужчин расценивается как анемия. При этом у спортсменов часто регистрируют полидефицитную (спортивную) анемию, при которой дефицит железа, сочетается с недостаточностью цинка и меди [8, 16]. В большинстве случаев анемию у спортсменов выявляют в соревновательный период после максимальных тренировочных нагрузок в предсоревновательном периоде [16].

При железодефицитных состояниях у спортсменов уже на ранних стадиях отмечается угнетение процессов аэробного энергообеспечения тканей. По мере нарастания дефицита железа наблюдается снижение уровня гемоглобина, уменьшение кислородной емкости крови с развитием гемической гипоксии, снижение уровня миоглобина в мышцах. В результате этих сдвигов происходит снижение выносливости, физической работоспособности, замедление процессов восстановления после физической нагрузки. Также при дефиците железа имеют место:

• -    слабость, быстрая утомляемость, снижение толерантности к физическим нагрузкам; головные боли, головокружения;

• -    активизация процессов свободнорадикального окисления липидов, снижение антиоксидантного и иммунного статусов организма, повышение восприимчивости к инфекционным агентам;

• -    более тяжелое течение хронических заболеваний [8, 15].

Очевидно, что такие изменения в организме спортсмена, вызванные дефицитом железа, оказывают негативное влияние на процессы адаптации физиологических систем к большим нагрузкам и могут значительно лимитировать возможность достижения атлетом высоких спортивных результатов.

Для профилактики и лечения железодефицитных состояний у спортсменов первостепенное значение имеет устранение причин, лежащих в основе дефицита железа в организме. Необходима коррекция рационов питания с увеличением доли пищевых продуктов, богатых железом (телятина, говядина, крольчатина, говяжья печень, рыба и тому подобное). Для лучшего усвоения железа важно наличие в составе рационов питания адекватных количеств аскорбиновой кислоты, меди, кобальта, марганца. Одним из направлений предотвращения дефицита железа в организме спортсменов является использование витаминно-минеральных комплексов. Для терапии анемии у спортсменов необходим приём фармакологических препаратов железа, курс применения которых составляет несколько месяцев. Однако, учитывая опасность токсического действия больших доз железа, препараты железа могут быть использованы спортсменами только по назначению врача после лабораторного подтверждения наличия железодефицитной анемии.

Таким образом, железо играет важную роль в процессах транспорта кислорода, обеспечения кислородных резервов в мышцах, аэробного образования энергии в клетках, в формировании оксидантно-антиоксидантного и иммунного статусов организма и других метаболических процессах, необходимых для нормального функционирования организма спортсмена, поддержания и восстановления его физической работоспособности. Нарушения обмена железа приводят к снижению адаптационных возможностей организма спортсмена и служат фактором, резко ограничивающим возможность достижения атлетом высоких спортивных результатов. Железодефицитные состояния у спортсменок встречаются значительно чаще, чем у спортсменов, что связано, в том числе, с более высокими потребностями женского организма в железе. Для предотвращения железодефицитных состояний у спортсменов необходима коррекция рационов питания с увеличением доли пищевых продуктов, богатых железом, и применение витаминно-минеральных комплексов. Для лечения анемии у спортсменов необходим прием фармакологических препаратов железа. При этом препараты железа могут быть использованы спортсменами только по назначению врача после лабораторного подтверждения наличия железодефицитной анемии.