ธาตุเหล็ก (Iron, Fe)

สัญญลักษณ์ของธาตุเหล็กคือ Fe มาจากภาษาลาตินว่า "Ferrum" ส่วนชื่อ Iron เป็นคำที่ชาวแองโกล-แซกซอนเรียกสิ่งที่เป็นโลหะในสมัยก่อน เหล็กเป็นธาตุโลหะที่มีมากที่สุดในโลก มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดี เหนียว สามารถตีเป็นแผ่นหรือดัดเป็นรูปต่าง ๆ ได้ แต่เมื่อรวมตัวกับออกซิเจนในอากาศจะเกิดสนิม มนุษย์รู้จักใช้ทำอุปกรณ์ต่าง ๆ มากว่า 8,000 ปี

สารประกอบของธาตุเหล็กมีวาเลนซีตั้งแต่ -2 ถึง +7 แต่ส่วนใหญ่อยู่ในรูป Fe2+ (iron(II), ferrous) และ Fe3+ (iron(III), ferric) ferrous เท่านั้นที่ดูดซึมได้ สารประกอบของธาตุเหล็กในอาหารมี 2 ชนิด คือ Heme iron และ Non-heme iron

Heme iron หรือ Heme (protoporphyrin IX) เป็นสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุเหล็กกับโปรตีนพอร์ไฟริน อยู่ในเม็ดเลือดแดง เป็นตัวรับออกซิเจนจากปอดไปส่งให้เซลล์ทั่วร่างกาย Heme iron พบในอาหารที่มีเลือดสัตว์เป็นองค์ประกอบ เช่น เลือด เนื้อ ตับ (ยกเว้นไข่)

Non-heme iron เป็นสารประกอบของธาตุเหล็กกับธาตุอื่น พบในอาหารจากพืช ไข่ และร้อยละ 60 ของธาตุเหล็กในเนื้อสัตว์

หากเราไม่ใช่มังสวิรัติ ธาตุเหล็กจากอาหารที่เรารับประทานเข้าไปร้อยละ 10-15 จะเป็น Heme iron ซึ่งดูดซึมเข้าทางตัวพา HCP-1 (heme carrier protein 1) ได้ประมาณ 25% เหล็กจากอาหารอีกร้อยละ 85-90 จะเป็น Non-heme iron ซึ่งดูดซึมเข้าทางตัวพา DMT-1 (divalent mineral transporter 1) ในรูปของ ferrous ได้ประมาณ 17% หากเป็นสารประกอบ ferric ต้องถูก duodenal cytochrome b (Dcytb) รีดิวส์ให้เป็น ferrous ก่อนจึงจะดูดซึมได้ ขบวนการรีดิวส์นี้ต้องอาศัยวิตามินซีเป็นปัจจัยร่วม โดยเฉลี่ยธาตุเหล็กจากอาหารจึงเข้าร่างกายได้เพียง 17.8-18.2% ตัวเลขนี้ยังปรับขึ้นลงได้ตามฮอร์โมน Hepcidin จากตับที่คอยควบคุมการดูดซึมธาตุเหล็กไม่ให้เข้าสู่ร่างกายมากเกินไป

เมื่อเข้าไปในเซลล์ลำไส้เล็กแล้ว ferrous จาก Heme และจากพืชส่วนหนึ่งจะถูกใช้ภายในเซลล์ ส่วนหนึ่งจะถูกเก็บไว้ในลำไส้โดยจับกับโปรตีน ferritin และส่วนหนึ่งจะถูกดูดซึมเข้ากระแสเลือดทางตัวพา Ferroportin

ธาตุเหล็กในกระแสเลือด (ทั้งจากอาหารและจากเม็ดเลือดแดงที่แตกแล้ว) ส่วนใหญ่จะถูกนำไปสร้างเป็น Heme ใหม่ ร่างกายคนเรายังไม่มีขบวนการกำจัดเหล็กส่วนเกินออกอย่างดีพอ นี่จึงเป็นคำตอบว่าทำไมเราถึงดูดซึมธาตุเหล็กได้น้อยมาก เหล็กส่วนเกินจะจับกับโปรตีน ferritin หรือ hemosiderin ในกระแสเลือดแล้วสะสมที่ตับ ม้าม ไขกระดูก หรือจับกับโปรตีน myoglobin แล้วสะสมตามกล้ามเนื้อ เหล็กส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปเมื่อเราเสียเลือด นี่จึงเป็นคำตอบว่าทำไมเพศหญิงถึงต้องการธาตุเหล็กมากกว่าเพศชาย

บทบาทของธาตุเหล็กในร่างกาย

ธาตุเหล็กมีบทบาทสำคัญ 4 ด้าน คือ

  1. นำพาออกซิเจนไปให้เซลล์ในรูปของ hemoglobin และ myoglobin
  2. เป็นองค์ประกอบของกลุ่มฮีมเอนไซม์ในลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็คตรอน (electron transport chain) ในไมโตคอนเดรีย เพื่อให้ได้พลังงาน
  3. เป็นปัจจัยร่วมของเอนไซม์กว่า 50 ตัว ในขบวนการเผาผลาญอาหารให้เป็นพลังงาน การซ่อมและสร้าง DNA การสร้างคอลลาเจน การสลายกรดอะมิโน การรับสัญญาณของภาวะขาดออกซิเจน (oxygen sensing) การสลายยาและกำจัดสารพิษที่เข้ามาในร่างกาย
  4. เป็นปัจจัยร่วมในเครือข่ายของการต้านอนุมูลอิสระ (เช่นเดียวกับธาตุทองแดง สังกะสี แมงกานีส ซีลีเนียม วิตามินบี 3 วิตามินซี และวิตามินอี)

นอกจากนั้นธาตุเหล็กยังบทบาทสำคัญในระบบภูมิคุ้มกัน การเจริญเติบโต และการพัฒนาของสมอง

พบว่าในร่างกายของผู้ใหญ่เพศหญิงมีธาตุเหล็กอยู่ประมาณ 2.3 กรัม ในเพศชายมีประมาณ 3.8 กรัม ร่างกายกำจัดออกได้วันละเล็กน้อยทางปัสสาวะ เหงื่อ และน้ำคัดหลั่งในทางเดินอาหาร ในเพศหญิงจะออกมากทางระดูทุกเดือน พบว่าธาตุเหล็กที่สะสมอยู่ในร่างกายมีพิษ หากมีมากเกินไปจะทำให้อวัยวะเหล่านั้นค่อย ๆ เสื่อม นี่จึงเป็นหนึ่งในสาเหตุของการเกิดโรคเสื่อม (ตับแข็ง หัวใจขาดเลือด อัมพาต ไตเสื่อม สมองเสื่อม) ในเพศชายเร็วกว่าในเพศหญิง

การบริจาคเลือดจึงเป็นการเปลี่ยนถ่ายธาตุเหล็กในร่างกายออกไปบ้าง เพื่อให้มีที่เก็บส่วนที่จะเข้ามาใหม่จากอาหารทุกวัน

แหล่งอาหารที่มีธาตุเหล็กสูง

อาหารที่มีธาตุเหล็กสูงได้แก่ เลือดต้มสุก เนื้อสัตว์ เครื่องในสัตว์ หอย เต้าหู้ ถั่ว และผักบางชนิด ในเพศชายต้องการวันละ 8 mg ในเพศหญิงต้องการวันละ 18 mg (ซึ่งจะดูดซึมเข้าไปใช้ได้เพียง 1.4 และ 3.2 mg ตามลำดับ)

แม้ธาตุเหล็กจากสัตว์หรือ Heme iron จะดูดซึมได้ดีกว่าเล็กน้อย แต่จากการศึกษาพบว่ามันสัมพันธ์กับการเกิดโรคเบาหวาน หัวใจ หลอดเลือด อัมพาต อัลไซเมอร์ พาร์กินสัน ข้อเสื่อม และมะเร็ง จึงไม่แนะนำให้เน้นบริโภคเนื้อสัตว์เพื่อป้องกันการขาดธาตุเหล็ก สาเหตุที่ธาตุเหล็กจากพืชดูดซึมได้น้อยกว่าเพราะในพืชมีสาร phytate คอยยังยั้งการดูดซึม แต่การดูดซึมจะดีขึ้นเมื่อเรารับประทานวิตามินซีและวิตามินเอในผักผลไม้เข้าไปด้วย

ปัจจัยที่ลดการดูดซึมธาตุเหล็กที่สำคัญอีก 2 ตัว คือ แคลเซียมในนมและอาหารเสริม และสาร polyphenols ในชาและกาแฟ

ภาวะขาดธาตุเหล็ก

ภาวะขาดธาตุเหล็กเป็นภาวะที่พบค่อนข้างบ่อยในทางคลินิก ส่วนใหญ่จะทำให้เกิดภาวะโลหิตจางเล็กน้อยโดยผู้ป่วยไม่มีอาการ แต่ตรวจพบจากการเช็คสุขภาพ

ภาวะขาดธาตุเหล็กเริ่มแรกจะมีการลดปริมาณของธาตุเหล็กที่เก็บสะสมในไขกระดูกก่อน จากนั้นจะลดปริมาณของธาตุเหล็กที่เก็บสะสมตามอวัยวะต่าง ๆ (ferritin) ทำให้ร่างกายสร้าง transferrin เพิ่มขึ้นเพื่อรับธาตุเหล็กที่จะดูดซึมเพิ่มขึ้น แต่หากเรายังรับประทานเข้าไปชดเชยไม่พอก็จะมีทรานส์เฟอร์รินที่ว่าง ไม่มีธาตุเหล็กมาจับมากขึ้น (TIBC) สุดท้ายระดับธาตุเหล็กที่ทำงาน (transferrin saturation และ serum iron) ก็จะลดลง ถึงตอนนี้ก็จะมีภาวะโลหิตจางให้เห็น

ภาวะโลหิตจางจากการขาดธาตุเหล็กวินิจฉัยจาก

  • CBC มีภาวะโลหิตจางแบบเม็ดเลือดแดงมีขนาดเล็กหรือขนาดปกติ (ร้อยละ 40 ของผู้ป่วยที่ขาดธาตุเหล็กจริงมีขนาดเม็ดเลือดแดงปกติ [16]) และส่วนใหญ่เกล็ดเลือดจะ > 450,000/cumm
  • Reticulocyte count ต่ำ
  • Serum iron < 50 mcg/dL
  • Transferrin saturation < 15%
  • Total iron-binding capacity (TIBC, Transferrin iron-binding capacity) > 400 mcg/dL
  • Serum ferritin < 20 ng/mL (บอกถึงปริมาณธาตุเหล็กที่สะสมในร่างกาย โดยทุก 1 ng/mL = ธาตุเหล็กสะสม 8 mg แต่ค่า ferritin อาจปกติในภาวะซีดเฉียบพลัน และอาจสูงในภาวะที่มีการอักเสบ)

ในภาวะที่มีการติดเชื้อหรือการอักเสบแล้วค่า ferritin ไม่สามารถวินิจฉัยได้ อาจส่งตรวจ reticulocyte hemoglobin content ซึ่งแสดงถึงปริมาณธาตุเหล็กที่ยังเหลืออยู่ในไขกระดูก เพราะ reticulocyte เป็นตัวอ่อนของเม็ดเลือดแดงที่ถูกไขกระดูกสร้างขึ้นมาใหม่ทุกวัน

กลุ่มเสี่ยงของภาวะขาดธาตุเหล็กได้แก่

  • ทารกที่ดื่มนมมารดาที่มีธาตุเหล็กในร่างกายไม่เพียงพอ โดยเฉพาะเมื่อทารกอายุเกิน 6 เดือนแล้วยังไม่ได้รับอาหารอื่น ช่วงนั้นน้ำนมมารดาจะมีธาตุเหล็กน้อยลง และธาตุเหล็กที่สะสมในตัวของทารกตั้งแต่อยู่ในครรภ์ก็เริ่มหมดไป ขณะที่เด็กกำลังเจริญวัยขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ขาดธาตุเหล็กได้ง่ายถ้าไม่ได้กินอาหารตามปกติ
  • วัยรุ่นที่เริ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะเด็กหญิงที่เริ่มมีระดูทุกเดือน
  • หญิงตั้งครรภ์ที่ไม่ได้รับอาหารหรือยาบำรุงเลือด (หญิงตั้งครรภ์ต้องการธาตุเหล็กถึง 27 mg/วัน)
  • ผู้ที่มีเลือดออกเรื้อรัง เช่น มีพยาธิในลำไส้ มีแผลในกระเพาะจนมีเลือดออก มีมะเร็งลำไส้ใหญ่ สตรีที่มีรอบเดือนออกกะปริดกะปรอยไม่หยุด
  • ผู้ที่เป็นโรคทางเดินอาหารที่ทำให้การดูดซึมอาหารเสียไป เช่น Celiac disease, Atrophic gastritis, Ulcerative colitis, Crohn's disease, ผู้ที่ได้รับการตัดกระเพาะหรือลำไส้ทิ้ง
  • ผู้ป่วยไตวายที่ได้รับการฟอกเลือดเป็นประจำ
  • ผู้ถือมังสวิรัติอย่างเคร่งครัด
  • นักวิ่งมาราธอนที่ฝึกซ้อมวันละหลายชั่วโมง

อาการของภาวะขาดธาตุเหล็กคือ อ่อนเพลีย ซีด วิงเวียนเวลาลุกขึ้นเร็ว หัวใจเต้นเร็ว หายใจเร็ว เหนื่อยง่าย เล็บบาง เปราะ และยุบลงคล้ายช้อน (spoon-shaped nails, koilonychia) มุมปากอักเสบ ลิ้นเลี่ยน เจ็บลิ้น การเรียนรู้ช้าลง การทำงานของต่อมไทรอยด์เสียไป เม็ดเลือดขาวไม่ตอบสนองต่อการติดเชื้อ

การรักษาอาจให้เลือดชดเชยไปก่อนถ้าซีดมาก ถ้าซีดไม่มากก็ให้แค่ธาตุเหล็กเสริมอาหารไปรับประทาน ซึ่งมีหลายชนิด เช่น
- Ferrous gluconate มีสัดส่วนของธาตุเหล็ก 12%
- Ferrous sulfate มีสัดส่วนของธาตุเหล็ก 20%
- Ferrous fumarate มีสัดส่วนของธาตุเหล็ก 33%

ธาตุเหล็กแบบเป็นเม็ดเหล่านี้ส่วนใหญ่จะทำให้ท้องผูกและลดการดูดซึมของธาตุสังกะสี หากรับประทานมากเกินไปจะทำให้คลื่นไส้ อาเจียน ปวดท้อง ท้องเสียได้

พิษของธาตุเหล็ก

ภาวะธาตุเหล็กเกินไม่เคยพบจากการรับประทานอาหาร แต่พบในโรคทางพันธุกรรม เช่น hemochromatosis, aceruloplasminemia, hypotransferrinemia, Friedreich’s ataxia, และ porphyria cutanea tarda นอกจากนั้นยังพบในผู้ป่วยโรคเลือดที่ต้องรับเลือดเป็นประจำ และผู้ที่รับประทานธาตุเหล็กแบบเม็ดในขนาด > 60 mg/kg ครั้งเดียว

พิษเฉียบพลันจะทำให้อวัยวะต่าง ๆ ล้มเหลวฉับพลัน โคม่า ชัก และอาจเสียชีวิต พิษสะสมเรื้อรังจะทำให้อวัยวะนั้น ๆ ไม่ทำงาน เกิดโรคตับแข็ง มะเร็งตับ ไตวาย โรคหัวใจ เบาหวาน อัลไซเมอร์ พาร์กินสัน เอแอลเอส ฯลฯ

การวินิจฉัยอาศัยประวัติและการตรวจเลือด พิษเฉียบพลันระดับธาตุเหล็กในเลือด > 350 mcg/dL พิษเรื้อรัง Serum ferritin > 400 ng/mL

การรักษาทำได้โดยการให้ยาขับโลหะหนักออกเป็นพัก ๆ หรือการถ่ายเลือดออกบ้างเป็นบางคราว

บรรณานุกรม

  1. "Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา British Nutrition Foundation. (11 เมษายน 2563).
  2. "Nutrition Requirements." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา British Nutrition Foundation. (30 มกราคม 2563).
  3. "Thai RDI." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา กระทรวงสาธารณสุข. (1 กุมภาพันธ์ 2563).
  4. "Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Oregon State University. (11 เมษายน 2563).
  5. "Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา NIH. (11 เมษายน 2563).
  6. "iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา whfoods.org. (11 เมษายน 2563).
  7. "Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา HARVARD T.H. CHAN. (11 เมษายน 2563).
  8. "12.7 Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Nutrition Flexbook. (11 เมษายน 2563).
  9. "- Elements - 29: IRON." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา apjcn.nhri.org.tw. (11 เมษายน 2563).
  10. "Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Wikipedia. (11 เมษายน 2563).
  11. "Human iron metabolism." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Wikipedia. (11 เมษายน 2563).
  12. Larry E. Johnson. 2018. "Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา MSD Manual. (11 เมษายน 2563).
  13. Daisy Whitbread. 2019. "Top 10 Foods Highest in Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา MYFOODDATA. (11 เมษายน 2563).
  14. "Heme Iron vs. Non Heme Iron in Food." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Hemochromatosis Help. (11 เมษายน 2563).
  15. "Heme Iron." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Nutrition Facts. (11 เมษายน 2563).
  16. Terri D. Johnson-Wimbley, et al. 2011. "Diagnosis and management of iron deficiency anemia in the 21st century." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Therap Adv Gastroenterol. 2011;4(3):177–184. (12 เมษายน 2563).
  17. Evan M. Braunstein. 2020. "Iron Deficiency Anemia." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Merck Manual. (12 เมษายน 2563).