Kemičar u kući (#45): paradoks željeza

Popaj je bio junak moga djetinjstva. Sjećam ga se kad smo s vrtićem išli u kino (jer tada još nije bilo televizije, a kamoli nečeg drugog) da gledamo crtiće. I, evo, Popaj stoji u kotlu s (vrućom) vodom do pupka, pod kotlom gori vatra, a oko njega plešu ljudožderi (s kostima u kosi) čekajući da ručak bude gotov. Ali nikad ne treba gubiti nadu, čovjek nikada ne smije dozvoliti da ga preuzme očaj (dobra pouka za ratno i poratno vrijeme).

No sama dobra volja nije dovoljna. Osim dobre volje treba imati i tehnička sredstva (opet pouka iz rata) da bi se polučio uspjeh. „Tehničko sredstvo“ kojim se služi Popaj je temeljeno na znanosti – ne na čaroliji – a sastoji se od limenke špinata koje se u zadnji tren Popaj nekako dočepa i od nje dobije snagu da raskine sve lance i konopce kojima je vezan. Znanstveno objašnjenje je jednostavno: u špinatu ima željeza, a željezo daje snagu!

Objašnjenje nije, dakako, znanstveno nego pseudoznanstveno. To znači da u njemu ima istine, ali ne cijele istine. Istina je da o željezu ovisi snaga, jer se za željezo veže kisik, a bez kisika nema aerobnog metabolizma, pa stoga ni života za čovjeka. (Pri tome treba uzeti u obzir da željezo ne gradi samo hemoglobin, za koji se veže kisik u krvi, nego i mioglobin, za koji se kisik veže kisik u mišićima.) To dobro znaju sportaši kad vježbaju na velikim nadmorskim visinama kako bi povisili razinu hemoglobina u krvi, a time stekli snagu za buduća sportska natjecanja.

Anemija ili slabokrvnost nastaje uslijed nedostaka željeza u hrani (i zbog mnogo drugih uzroka, jer anemija je prije simptom nego bolest), pa je česta kod djece. Treba jesti hranu bogatu željezom, a to znači da treba jesti špinat (kao Popaj). No ako pogledate popis hrane koja se u tom smislu danas preporuča u njemu ga nećete naći. U 100 g špinata ima samo 3 mg željeza, a od tog željeza može se iskoristiti samo 1,4 %. Čovjeku dnevno treba 10 – 20 mg željeza (ovisno o spolu i životnoj dobi) – pa sad računajte!

Zbog čega su onda majke u mojoj mladosti tjerale djecu da jedu mrski im špinat? (Meni, za divno čudo, špinat nikad nije bila mrska hrana. U kombinaciji s restanim krumpirom i pečenim jajima je odličan!) Riječ je o tome da je netko objavio krivu analizu, pa je ispalo da špinat ima deset puta više željeza nego što ga stvarno ima, a nitko se dugo, dugo vremena nije potrudio da analizu ponovi. No bit će tu još nešto. Njegova zelena boja upućuje na željezo.

Željezo je paradoksalan metal. Ono što zovemo željezom nije željezo nego željezna legura s ugljikom ili drugim metalima. Željezo u čistom elementarnom stanju je srebrnasto bijeli metal koji se tali tek na 1535 oC. Nasuprot tome, sivo ljevano željezo (gus) je, naravno, sivo, a usto se tali na 1200 oC. No tu je riječ o elementarnom željezu, željezu Fe0, kako bi rekli kemičari.

Željezo se može pojaviti u više oksidacijskih stanja. Soli dvovalentnog željeza, Fe2+, su zelene, baš poput špinata, a soli trovalentnog željeza, Fe3+, su crvene. Željezo lako prelazi iz jednog u drugo oksidacijsko stanje, iz stanja Fe2+ u stanje Fe3+ i obratno. U tome leži tajna metabolizma željeza i dobrim dijelom objašnjenje nastanka anemije.

Željezo u hrani dolazi u trovalentnom obliku, kao Fe3+. No u tom obliku ne ulazi u krv. Prije toga treba se reducirati u dvovalentni oblik, u Fe2+. Da bi se to dogodilo, potrebna je kiselina (H+) i to jaka kiselina, u obliku želučane, solne kiseline: FeCl3 + H+ + e → FeCl2 + HCl.  Stoga ako u želucu nema dovoljno kiseline, željezo se ne može prevesti u dvovalentni oblik, pa se ne može potom vezati za protein apoferitin, koji se nalazi u stanicama tankog i dvaneastpalčanog crijeva (duodenuma) kako bi se potom u obliku feritina prenijelo na transferin koji će ga dalje krvlju raznositi po tijelu. Metabolizam željeza je kompleksan, pa je su i uzroci anemije komlpleksni, tj. mnogobrojni.

No apsorpcija željeza ne ovisi samo o njegovoj koncentraciji u hrani i snazi solne kiseline u želucu da ga reducira. Neki sastojci hrane pojačavaju apsorpciju željeza poput vitamina C, fruktoze i alkohola, drugi je – poput kave, čaja, mlijeka i soje – smanjuju. Uzme li organizam iz hrane više željeza nego što mu treba, ono postaje toksično. Kod Francuza je uočeno oštećenje jetre željezom zato što piju crna slatka vina – i to mnogo.

Što dakle treba jesti da nam željeza u krvi (a ni drugdje) ne bi uzmanjkalo? Željeza ima najviše u mesu i jajima (žumanjku). Pola kilograma govedine ili samo 160 grama goveđih jetara može pokriti sve dnevne potrebe za željezom.

Nasuprot tome, biljna hrana je siromašna željezom, s iznimkom cjelovitih žitarica, kelja i graha. U kelju i grahu ima željeza koliko i u govedini.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu te, naravno, Bug online. Autor je više stručnih i 13 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima treba izdvojiti knjigu „Metali života – metali smrti“ u kojoj piše o metalima korisnim i metalima štetnim za zdravllje (željezo, bakar, živa, olovo, arsen…). Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.