Demir emilimi

Demir, diyette iki ana formda bulunan temel bir mineraldir: heme demir ve non-heme demir. Her iki formun da farklı kaynakları, emilim mekanizmaları ve emilim oranları vardır.

Absorptio ferri haem et non-haem: Hem ve hem olmayan demirin emilimi

Ferrum haem (Hem demi̇r)

• Kaynak: Hem demir hayvansal kaynaklardan, özellikle et, kümes hayvanları ve balıktan gelir. Bu gıdaların hemoglobin ve miyoglobin yapısına gömülüdür.
• Emilim mekanizması: Hem demir, bağırsakta bozulmamış bir hem kompleksi olarak emilir. Özel taşıma proteinleri tarafından bağırsak hücrelerine alınır ve daha sonra kan dolaşımına salınır.
• Emilim oranı: Hem demirin emilim oranı %15-35 arasındadır, bu da onu daha verimli bir demir kaynağı haline getirir. Bu oran diğer gıda bileşenlerinden daha az etkilenir.

Ferrum non-haem (Hem olmayan demir)

• Kaynak: Hem olmayan demir sebze, tahıl, fındık ve baklagiller gibi bitkisel gıdalarda bulunur. Daha az miktarlarda da olsa süt ürünlerinde ve yumurtada da bulunur.
• Emilim mekanizması: Hem olmayan demir, serbest demir iyonları olarak emilir. İlk olarak gastrointestinal sistemde, genellikle gastrik asidin etkisiyle çözünür bir forma dönüştürülmelidir. Daha sonra DMT1 taşıyıcısı (Divalent Metal Transporter 1) tarafından enterositlere (bağırsak hücreleri) emilir.
• Emilim oranı: Hem olmayan demirin emilim oranı %2-20 arasındadır. Bu oran çeşitli gıda bileşenleri tarafından hem desteklenebilir hem de engellenebilir.

Solubilisatio ferri in intestino tenui

Demirin yutulduğunda ince bağırsakta (intestinum tenue) çözünür hale getirilmesi (çözündürülmesi) gerekir. Bu süreç, demirin bağırsak hücreleri tarafından emilebilecek çözünür bir forma dönüştürülmesini içerir. Midedeki asidik ortam ve bazı sindirim enzimlerinin varlığı bu çözündürme işlemine yardımcı olur.

Enzimler ve Asidik Ortam

• Hidroklorik Asit (HCl): Rolü, Midenin parietal hücreleri tarafından üretilen HCl, ferrik demiri (Fe3+) daha kolay emilen ferröz demire (Fe2+) dönüştürerek demirin çözünmesine yardımcı olan asidik bir ortam (düşük pH) oluşturur.
• Pepsin: rolü, Asidik ortam tarafından aktive edilen bu enzim, midedeki proteinleri parçalar. Pepsin, gıda matrislerini parçalayarak demirin gıda partiküllerinden salınmasına yardımcı olur, böylece çözündürme ve emilim için kullanılabilir hale gelir.
• Gastrik Lipaz: rolü, öncelikle yağ sindiriminde rol almasına rağmen, gastrik lipaz da genel sindirim sürecine katkıda bulunarak gıdaların parçalanmasına ve demirin serbest kalmasına yardımcı olur.

İnce Bağırsak

• Pankreatik Enzimler: Rolü, bu enzimler (tripsin, kimotripsin ve pankreatik lipaz dahil) ince bağırsakta proteinleri, yağları ve karbonhidratları daha fazla sindirir. Bu devam eden sindirim, demirin emilime uygun çözünebilir bir formda kalmasına yardımcı olur.
• Fırça Sınırı Enzimleri: Rolü ince bağırsağın mikrovilluslarında bulunan enzimler (aminopeptidazlar ve maltaz gibi) sindirimin son aşamalarına yardımcı olarak demir de dahil olmak üzere besinlerin enterositler tarafından emilebilecek formda olmasını sağlar.

Transportatio ferri per enterocytos

Demir çözündükten sonra ince bağırsağı kaplayan emici hücreler olan enterositler aracılığıyla taşınır. Bu taşıma, demirin Divalent Metal Taşıyıcı 1 (DMT1) gibi spesifik taşıma proteinleri aracılığıyla enterositlerin hücre zarından geçmesini içerir. Enterositlerin içinde demir ya depolanır, ya hücresel işlevler için kullanılır ya da kan dolaşımına salınır.

Demirin askorbik asit (C Vitamini) ile kombinasyonu.

Combinatio ferri cum acidum ascorbicum: Askorbik asit, hem olmayan demir emiliminin güçlü bir arttırıcısıdır. Ferrik demiri (Fe3+), daha çözünür ve vücudun emmesi daha kolay olan demirli demire (Fe2+) indirger. Bu kombinasyon, diyet kaynaklarından demir alımının verimliliğini önemli ölçüde artırabilir.

Emilimi etkileyen faktörler

Effectus promotoris et inhibitoris in absorptionem ferri: Demir emiliminde promotör ve inhibitörlerin etkisi.

Hem olmayan demirin emilimini teşvik eder:

• C Vitamini: Askorbik asit (C vitamini), demiri daha çözünür ve emilebilir bir forma dönüştürerek hem olmayan demirin emilimini büyük ölçüde artırabilir.
• Et faktörü: Ette bulunan bazı amino asitler ve peptitler, hem olmayan demirin emilimini artırabilir.
• Organik asitler: Sitrik asit ve diğer organik asitler hem olmayan demirin çözünürlüğünü ve emilimini artırabilir.
• Hem olmayan demirin emilimini engeller:
• Fitatlar: Tahıllarda, bakliyatlarda ve bazı sebzelerde bulunur. Demiri bağlarlar ve emilimi engelleyen çözünmez kompleksler oluştururlar.
• Polifenoller: Çay, kahve, kırmızı şarap ve bazı bitki bazlı gıdalarda bulunur. Bunlar da demiri bağlayabilir ve emilimi engelleyebilir.
• Kalsiyum: Süt ürünlerinde bulunur. Bağırsaktaki emilim bölgeleri için demir ile rekabet eder ve demir emilimini engelleyebilir.
• Tanenler: Çay ve kahvede bulunur. Demir ile çözünmeyen kompleksler oluştururlar.

Klinik çıkarımlar

• Demir eksikliği anemisi: Demir gereksinimi artmış veya demir eksikliği olan bireylerde, hem demiri ve destekleyici faktörlerin alımını en üst düzeye çıkarmak ve engelleyici faktörleri en aza indirmek önemlidir.
• Diyet tavsiyesi: Demir alımına yönelik tavsiyeler, optimum demir emilimini sağlamak için hem demir kaynağını hem de öğünlerin bileşimini dikkate almalıdır.

Tarih

İlk Gözlemler ve Teoriler

Yunanlılar ve Mısırlılar gibi eski uygarlıklar demirin sağlık için öneminin farkındaydı, ancak anlayışları ilkeldi ve deneysel gözlemlere dayanıyordu.

1830’lar : Öncü bir Alman fizyolog olan Johannes Müller, sindirim enzimlerinin besin emiliminde çok önemli bir rol oynadığını öne sürdü. Bu, sindirim fizyolojisinde gelecekteki keşifler için zemin hazırladı.
1800’lerin sonu: William Beaumont’un kalıcı mide fistülü olan Alexis St. Martin ile yaptığı deneyler sırasında midede hidroklorik asit (HCl) keşfetmesi, sindirim için gerekli asidik ortamı ortaya koydu.

1920’ler-1930’lar:

Max von Pettenkofer ve Ernst von Mering gibi doktorlar ve biyokimyacılar tarafından yapılan araştırmalar, mide asidinin besin emilimindeki rolünü ortaya çıkarmaya başladı. Bu çalışmalar, asidik bir ortamın demir de dahil olmak üzere çeşitli minerallerin çözünürleştirilmesi için çok önemli olduğunu gösterdi.

1938: McCance ve Widdowson demir emilimi üzerine öncü çalışmalar yaparak mide asidinin ferrik demiri (Fe3+) bağırsakta daha kolay emilen ve daha çözünür olan ferröz demire (Fe2+) dönüştürmedeki önemini ortaya koydu.

1950’ler-1960’lar:

• Belirli sindirim enzimlerinin mide ve ince bağırsaktaki rolü netleşti. Araştırmacılar, midede üretilen pepsinin protein sindirimi ve gıda matrislerinden bağlı demirin serbest bırakılması için gerekli olduğunu belirledi.
• Pankreatik enzimlerin ve fırça sınırı enzimlerinin keşfi ve karakterizasyonu, besin sindirimi ve emiliminde yer alan karmaşık süreçleri daha da aydınlattı.

1970’ler: Askorbik asidin (C vitamini) hem olmayan demir emilimini artırmadaki rolü John D. Cook ve Eric Monsen gibi araştırmacılar tarafından keşfedildi. C vitamininin ferrik demiri ferröz demire indirgeyerek çözünürlüğünü ve emilimini önemli ölçüde artırdığını gösterdiler.

1980’ler-1990’lar:

• Hallberg ve Rossander tarafından yapılan çalışmalar, fitatlar ve polifenoller gibi maddelerin demir emilimi üzerindeki inhibitör etkilerini vurgulayarak besin biyoyararlanımında diyet kompozisyonunun önemini ortaya koymuştur.
• Moleküler biyoloji ve biyokimyadaki gelişmeler, ince bağırsağın enterositlerinde demirin emilimi için kritik öneme sahip olan Divalent Metal Transporter 1 (DMT1) gibi taşıma proteinlerinin tanımlanmasına yol açmıştır.

2000’ler-Günümüz:

• Demir emiliminin altında yatan genetik ve moleküler mekanizmalar üzerine devam eden araştırmalar daha derin bilgiler sağlamıştır. Demir homeostazını düzenleyen hepsidin gibi düzenleyici proteinlerin ve yolakların keşfi çok önemli olmuştur.
• Görüntüleme ve moleküler biyolojideki modern teknikler, demir metabolizmasının hücresel düzeyde ayrıntılı olarak görüntülenmesine ve anlaşılmasına olanak sağlamıştır.

İleri Okuma

1. McCance, R. A., & Widdowson, E. M. (1938). “The absorption and excretion of iron following oral and intravenous administration.” Biochemical Journal, 32(1), 131-142.
2. Borgström, B., Dahlqvist, A., Lundh, G., & Sjövall, J. (1957). “Studies of intestinal digestion and absorption in the human.” Journal of Clinical Investigation, 36(10), 1521-1536.
3. Cook, J. D., & Monsen, E. R. (1977). “Vitamin C, the common cold, and iron absorption.” The American Journal of Clinical Nutrition, 30(2), 235-241.
4. Hallberg, L., & Rossander, L. (1984). “Improvement of iron nutrition in developing countries: Comparison of adding meat, soy protein, ascorbic acid, citric acid, and ferrous sulfate on iron absorption from a simple Latin American-type of meal.” The American Journal of Clinical Nutrition, 39(4), 577-583.
5. Brune, M., Rossander, L., & Hallberg, L. (1989). “Iron absorption: No intestinal adaptation to a high-phytate diet.” The American Journal of Clinical Nutrition, 49(2), 542-545.
6. Armand, M., Borel, P., Ythier, P., Dutot, G., Melin, C., Senft, M., … & Lairon, D. (1996). “Effects of droplet size, triacylglycerol composition, and calcium on the hydrolysis of complex emulsions by gastric lipase in vitro.” Journal of Biological Chemistry, 271(4), 1996-2002.
7. Lairon, D., Play, B., & Jourdheuil-Rahmani, D. (2007). “Digestible and indigestible fractions of proteins in human diets.” Die Nahrung, 51(4), 311-319.
8. Reboul, E., & Borel, P. (2011). “Lipoproteins and lipid absorption: The role of pancreatic enzymes.” Current Opinion in Lipidology, 22(3), 192-197.

Brush Border Enzymes:

• Nichols, B. L., Quezada-Calvillo, R., Robayo-Torres, C. C., & Ao, Z. (2012). “Disaccharide digestion: Physiology and molecular biology.” Journal of Gastroenterology and Hepatology, 27(8), 1458-1474.
• Semenza, G. (1986). “Brush border membrane hydrolases.” Physiological Reviews, 66(2), 436-452.