综述：极度缺乏体力活动改变铁代谢：对宇航员和卧床患者的机制与健康问题

《Journal of Physiology》：Extreme physical inactivity alters iron metabolism: mechanisms and health issues for astronauts and bedridden patients

本文系统回顾了极度缺乏体力活动（如微重力或长期卧床）对铁代谢的影响及其机制。作者指出，在微重力或卧床状态下，男性和绝经前女性早期均出现血浆铁可用性增加，这主要与脾脏加速红细胞吞噬（erythrophagocytosis）及衰老红细胞降解导致的铁释放有关。尽管骨骼肌迅速萎缩，但其倾向于蓄积铁而非释放。铁调素（hepcidin）在早期升高，促进了组织铁 sequestration。长期暴露后，男性持续存在血浆铁升高和组织铁蓄积风险，而女性因月经失铁可能恢复基线。文章强调，长期太空任务中组织铁蓄积叠加宇宙辐射可能加剧器官损伤，对宇航员和卧床患者健康构成威胁。

　　

引言

火星，作为未来几十年太空探索的核心目标，其富含铁的表面赋予了这颗行星独特的红色。在地球上，铁通过其在氧化还原反应以及氧气运输和储存（尤其是在红细胞和骨骼肌中）的作用，对生命至关重要。微重力是导致宇航员身体处于极度缺乏体力活动状态的最主要环境因素，严重影响肌肉骨骼和心血管系统。随着欧洲空间局实现宇航员性别的平等，研究女性身体对微重力的特异性生理反应变得至关重要。此外，重症监护患者、行动不便的老年人以及卧床孕妇同样经历着极度的体力活动缺乏，这影响着他们的健康和康复进程。

探索极度缺乏体力活动的影响

极度缺乏体力活动可定义为机体所有肢体的肌肉活动极低甚至为零的状态，结合了运动减少和机械负荷降低。这与两类人群尤为相关：太空飞行中暴露于微重力的宇航员和地球上的卧床患者。在宇航员中，体力活动缺乏与重力缺失相关，促进血液向胸部和头部重新分布。这些变化导致肌肉萎缩、骨质疏松和贫血，损害健康和体能。为模拟微重力，地面研究模型如头低位卧床、干浸浴和后肢卸载被广泛应用，它们可靠地再现了极度缺乏体力活动下的主要生理适应。

铁代谢的系统性和细胞调控

铁是一种过渡金属，对人体生理至关重要，但过量则可能导致器官损伤。铁代谢在近乎封闭的系统中运行，没有主动排泄机制，主要依靠衰老红细胞的铁回收。成人体内总铁量约为3-4克，主要分布在红细胞、骨骼肌和肝脏。铁调素是铁代谢的主要调节因子，由肝脏产生，通过诱导铁输出蛋白降解来减少肠道铁吸收并促进铁在组织中的储存。

在细胞水平，铁通过转铁蛋白受体或非转铁蛋白结合铁途径被细胞摄取。胞质中的不稳定铁池需要被严密调控以避免毒性。铁可被储存于铁蛋白，或在线粒体中用于合成血红素和铁硫簇。

暴露于极度缺乏体力活动损害两性的铁代谢

短期暴露于极度缺乏体力活动（如5-6天的干浸浴或头低位卧床）会导致男性和绝经前女性血浆铁可用性增加。在男性中，这种增加在暴露数月后仍然持续，而女性则似乎能恢复到基线水平。循环铁调素水平在早期 paradoxical 地升高，这可能由炎症状态和个体基础铁储存（如血清铁蛋白水平）共同驱动。在啮齿类动物模型中，也观察到了类似的铁调素上调和组织铁蓄积。

铁错误分布的发生

与血浆铁可用性增加并行，影像学分析显示在短期暴露后，男性志愿者脾脏出现铁蓄积，而肝脏相对不受影响。长期暴露则可能导致肝脏和骨骼等组织的铁积累。过量的细胞铁以Fe²⁺形式存在，可通过芬顿反应促进活性氧产生，造成氧化损伤。对于长期执行任务的宇航员，组织铁蓄积叠加宇宙辐射暴露可能加剧器官功能障碍和癌症风险。

极度缺乏体力活动下系统性铁重新分布的潜在机制

由于其在携氧能力中的作用，铁主要存在于红细胞的血红蛋白和骨骼肌的肌红蛋白中。这两个部分在极度缺乏体力活动下迅速受到影响。

萎缩的骨骼肌似乎不会向血液中释放大量铁

尽管骨骼肌（尤其是富含铁的姿势肌）在暴露后早期即发生萎缩，但研究表明，萎缩肌肉中的铁浓度反而增加，并伴有铁蛋白和肌红蛋白水平升高，同时转铁蛋白受体表达下降。这表明肌肉倾向于隔离铁，而不是将其释放到循环中，因此可能不直接参与系统性铁的重新分布。

红细胞吞噬可能是极度缺乏体力活动下系统性铁重新分布的主要候选机制

有充分证据表明，暴露于真实或模拟微重力会促进贫血，其特征是血浆容量、红细胞计数和总血红蛋白质量的下降。在暴露初期，循环促红细胞生成素水平和网织红细胞计数的快速下降是主要原因。此外，血红蛋白降解标志物的增加表明，在极度缺乏体力活动下，血管外溶血加速。红细胞吞噬，即脾脏红髓巨噬细胞对衰老红细胞的吞噬作用，是控制红细胞清除的主要机制。动物实验显示，暴露后脾脏铁浓度增加，并伴有血红素加氧酶1等红细胞吞噬过程标志物的上调，强烈提示该过程在极度缺乏体力活动下被加速，从而导致脾脏铁积累和系统性铁错误分布。

结论

极度缺乏体力活动，无论是微重力还是长期卧床所致，都会破坏铁稳态。证据一致表明，暴露初期男女均出现血浆铁可用性增加，这很可能与脾脏加速红细胞吞噬和降解红细胞释放铁有关。尽管肌肉迅速萎缩，但其似乎隔离铁而非贡献于重新分布。早期观察到的铁调素水平升高 likely 促进了铁的重新分布和组织滞留。长期暴露后，男性持续存在血浆铁升高和组织铁蓄积风险，而绝经前女性可能因月经失血而恢复基线。对于执行未来长期火星任务的宇航员，慢性组织铁蓄积与宇宙辐射暴露相结合可能加剧器官功能障碍风险。同样，对长期卧床患者而言，理解铁代谢失调的影响也至关重要。未来研究应致力于阐明这些机制并制定有效对策。