Iron metabolism in human body on earth and in space

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The review summarizes modern concepts about iron metabolism in the human body under terrestrial conditions and during space flights. The processes of absorption, transport, deposition and excretion of iron from the body, the effect of regulatory proteins, transporter proteins and receptor proteins on the metabolism of this trace element are considered. Special attention is paid to iron metabolism among participants in ground-based model experiments simulating the effects of space flight factors, as well as among crew members of expeditions to the Mir space station and the International Space Station. The paper presents and analyzes, from a modern point of view, experimental data on the peculiarities of iron metabolism in humans under extreme conditions of vital activity.

About the authors

A. V. Serova

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: aniuta.serova2010@yandex.ru
Moscow, Russia

O. A. Zhuravleva

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: aniuta.serova2010@yandex.ru
Moscow, Russia

A. A. Markin

Institute of Biomedical Problems, RAS

Author for correspondence.
Email: aniuta.serova2010@yandex.ru
Moscow, Russia

References

  1. Patel M., Ramavataram D.V.S.S. Non transferrin bound iron: Nature, manifestations and analytical approaches for estimation // Indian J. Clin. Biochem. 2012. V. 27. № 4. P. 322.
  2. Polyakova O.A., Klepikova M.V., Litvinova S.N. et al. [Iron deficiency and iron deficiency anemia in general medical practice] // Profilakticheskaya Meditsina. 2022. V. 25. № 12. P. 127.
  3. Kochneva E.V., Kralevska M.V. [Iron-deficiency conditions and their express diagnostics in everyday clinical practice] // Voprosy Dietologii. 2017. V. 7. № 2. P. 58.
  4. Heath A.L., Fairweather-Tait S.J. Clinical implications of changes in the modern diet: iron intake, absorbtion and status // Best Pract. Res. Clin. Haematol. 2002. V. 15. № 2. P. 225.
  5. Dixon S.J., Lemberg K.M., Lamprecht M.R. et al. Ferroptosis: An iron-dependent form of nonapoptotic cell death // Cell. 2012. V. 149. № 5. P. 1060.
  6. Grange C., Lux F., Brichart T. et al. Iron as an emerging therapeutic target in critically ill patients // Crit. Care. 2023. V. 27. P. 475.
  7. Yiannikourides A., Latunde-Dada G.O. A short review of iron metabolism and pathophysiology of iron disorders // Medicines. 2019. V. 6. № 3. P. 85.
  8. Vogt A.-C.S., Arsiwala T., Mohsen M. et al. On Iron Metabolism and Its Regulation // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 4591.
  9. Zakharova I.N., Machneva E.B. [Correction of iron deficiency: Background and current aspects] // Vopr. Praktich. Pediatr. 2014. V. 9. № 4. P. 2.
  10. Mikhelson Ar.A., Lebedenko E.Yu., Gayda O.V. et al. Iron deficiencies in obstetric-gynecologic practice // Russian Journal of Woman and Child Health. 2022. V. 5. № 2. P. 129.
  11. Lukina E.A., Dezhenkova A.V. [Iron Metabolism in Normal and Pathological Conditions] // Clin. Oncohematol. 2015. V. 8. № 4. P. 355.
  12. Borodulina E.A., Yakovleva E.V. Iron metabolism and indicators reflecting its changes in pulmonary tuberculosis (literature review) // Klin. Lab. Diagn. 2020. V. 65. № 3. P. 149.
  13. Candelaria P.V., Leoh L.S., Penichet M.L., Daniels-Wells T.R. Antibodies targeting the Transferrin Receptor 1 (TfR1) as direct anti-cancer agents // Front. Immunol. 2021. V. 12. P. e607692.
  14. Liu Q., Barker S., Knutson M.D. Iron and manganese transport in mammalian systems // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Cell Res. 2021. V. 1868. № 1. P. 118890.
  15. Dutt S., Hamza I., Bartnikas T.B. Molecular mechanisms of iron and heme metabolism // Annu. Rev. Nutr. 2022. V. 42. P. 311.
  16. Orlov Yu.P., Govorova N.V., Lukach V.N. et al. Iron metabolismin conditions of infection. Review // Ann. Crit. Care. 2020. № 1. P. 90.
  17. Camaschella C., Nai A., Silvestri L. Iron metabolism and iron disorders revisited in the hepsidin era // Haematologica. 2020. V. 105. № 2. P. 260.
  18. Alekberova S.A., Gafarov I.A. [Hepcidin and its association with interleukin 6 in the development of iron deficiency of patients with mechanical jaundice due to choledocholithiasis] // The Bulletin of Contemporary Clinical Medicine. 2020. V. 13. Issue 2. P. 7.
  19. Kurchenkova V.I., Kapralov N.V., Shalamitskaya-Hulevich I.A. [Multi-directed iron exchange disorders] // Meditsinskii Zhurnal. 2020. № 3. P. 12.
  20. Shikh E.V., Drozdov V.N., Shulyatyeva N.V., Osi- pyan E.E. [Latent iron deficiency: pathogenetic variants and treatment efficacy in patients infected by H. Pylori] // Poliklinika. 2021. № 2. P. 10.
  21. Egorova N.A., Kanatnikova N.V. [Iron metabolism in the human body and its hygienic limits for drinking water. Review. Part 1] // Gigiena i Sanitaria. 2020. V. 99. № 4. P. 412.
  22. Gushchin V.I., Vinokhodova A.G., Komissarova D.V. et al. [Experiments with isolation: the past, present and future] // Aviakosm. Ekol. Med. 2018. V. 52. № 4. P. 5.
  23. Pave-Le Traon A., Heer M., Narici M.V. et al. From Space to Earth: Advances in human physiology from 20 years of bed rest studies (1986–2006) // Eur. J. Appl. Physiol. 2007. V. 101. № 2. P. 143.
  24. Ivanova S.M. [Hematological studies / Annual antiorthostatic hypokinesia (AOH) – a physiological model of interplanetary space flight]. Eds. Grigoriev A.I., Kozlovskaya I.B. M.: Russian Academy of Sciences, 2018. P. 210.
  25. Zwart S.R., Oliver S.A.M., Fesperman J.V. et al. Nutritional status assessment before, during, and after long-duration head-down bed rest // Aviat. Space Environ. Med. 2009. V. 80. № 5. Suppl. 1. P. A1.
  26. Culliton K., Louati H., Laneuville O. et al. Six degrees head-down tilt bed rest caused low-grade hemolysis: a prospective randomized clinical trial // NPJ Microgravity. 2021. V. 7. № 1. P. 4.
  27. Gunga H.-C., Kirsch K., Baartz F. et al. Erythropoietin under real and simulated microgravity conditions in humans // Eur. J. Appl. Physiol. 1996. V. 81. № 2. P. 761.
  28. Branch J.D. 3rd, Pate R.R., Bodary P.F., Converti- no V.A. Red Cell Volume and [Erythropoeitin] Responses During Exposure to Simulated Microgravity // Aviat. Space Environ. Med. 1998. V. 69. № 4. P. 347.
  29. Dunn C.D.R., Lange R.D., Kimzey S.L. et al. Serum Erythropoietin titers diring bedrest; relevance to the “anaemia” of space flight // Eur. J. Appl. Ocupp. Physiol. 1984. V. 52. № 2. P. 178.
  30. Horeau M., Ropert M., Mulder E. et al. Iron metabolism regulation in females and males exposed to simulated microgravity: Results from the randomized trial Artificial Gravity Bed Rest — European Space Agency (AGBRESA) // Am. J. Clin. Nutr. 2022. V. 116. № 5. P. 1430.
  31. Navasiolava N.M., Custaud M.-A., Tomilovskaya E.S. et al. Long-term dry immersion: review and prospect // Eur. J. Appl. Physiol. 2010. V. 111. № 7. P. 1235.
  32. Markin A.A., Zhuravleva O.A., Morukov B.V. et al. [Metabolic effects of physical countermeasures against deficient weight-bearing in an experiment with a 7-day immersion] // Aviakosm. Ekol. Med. 2011. V. 45. № 4. P. 28.
  33. Nay K., Koechlin-Ramonatxo C., Rochdi S. et al. Simulated microgravity disturbs iron metabolism and distribution in humans: Lessons from dry immersion, an innovative ground-based human model // FASEB J. 2020. V. 34. № 11. P. 14920.
  34. Horeau M., Navasiolava N., Van Ombergen A. et al. Dry immersion rapidly disturbs iron metabolism in men and women: results from the VIVALDI studies // NPJ Microgravity. 2024. V. 10. № 1. P. 68.
  35. Markin A.A., Zhuravleva O.A., Morukov B.V. et al. [Homeostatic reactions of human organism during exposure to 105-day isolation] // Aviakosm. Ekol. Med. 2010. V. 44. № 4. P. 31.
  36. Markin A.A., Zhuravleva O.A., Kuzichkin D.S., Smirnova T.A. [The study of metabolic reactions in the volunteers in experiment with short-term isolation in the hermetic chamber] // Tekhnologii Zhivykh Sistem. 2019. V. 16. № 2. P. 44.
  37. Grigoriev A.I., Egorov A.D. [Long-term space flights / Space biology and medicine. Joint Russian-American edition in 5 volumes. V. III, book 2. Man in space flight] / Eds. Antipov V.V., Grigoriev A.I., Leach Huntoon K. M.: Nauka, 1997. Ch. 7. P. 368.
  38. Smith S.M. Red blood cell and iron metabolism during space flight // Nitrition. 2002. V. 18. № 10. P. 864.
  39. Ivanova S.M., Yarlykova Yu.V., Labetskaya O.I. et al. [The effect of spaceflight factors on human peripheral red blood] // Aviakosm. Ekol. Med. 1998. V. 32. № 1. P. 35.
  40. Markin A.A., Zhuravleva O.A., Morukov B.V. et al. [Characteristics of cosmonauts’ metabolism after extended missions on the international space station] // Aviakosm. Ekol. Med. 2005. V. 39. № 4. P. 36.
  41. Ivanova S.M., Morukov B.V., Labetskaya O.I. et al. [Morphobio-chemical assay of the red blood system in members of the prime crews of the international space station] // Aviakosm. Ekol. Med. 2006. V. 40. № 3. P. 9.
  42. Ivanova S.M., Morukov B.V., Labetskaya O.I. et al. [Red blood of cosmonauts on missions aboard the international space station (ISS)] // Aviakosm. Ekol. Med. 2007. V. 41. № 6. P. 28.
  43. Smith S.M., Zwart S.R., Block G. et al. The nutritional status of astronauts is altered after long-term space flight aboard the International Space Station // Nutrition. 2005. V. 135. № 3. P. 437.
  44. Zwart S.R., Morgan J.L.L., Smith S.M. Iron status and its relations with oxidative damage and bone loss during long-duration space flight on the International Space Station // Am. J. Clin. Nutr. 2013. V. 98. № 1. P. 217.
  45. Trudel G., Shahin N., Ramsey T. et al. Hemolysis contributes to anemia during long-duration space flight // Nat. Med. 2022. V. 28. № 1. P. 59.
  46. Lansiaux E., Jain N., Chodnekar S.Y. et al. Understanding the complexities of space anaemia in extended space missions: Revelations from microgravitational odyssey // Front. Physiol. 2024. V. 15. P. 1321468.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».