Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences68403210.31857/S0131164625030113TPWNQGОБЗОРЫResearch ArticleIron metabolism in human body on Earth and in spaceОбмен железа в организме человека на Земле и в космосеSerovaA. V.СероваА. В.
Russian Federation
aniuta.serova2010@yandex.ruZhuravlevaO. A.ЖуравлеваО. А.
Russian Federation
aniuta.serova2010@yandex.ruMarkinA. A.МаркинА. А.
Russian Federation
aniuta.serova2010@yandex.ruInstitute of Biomedical Problems, RASФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН040720255131101241206202512062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/684032

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.

В данном обзоре обобщены современные представления о метаболизме железа в организме человека в земных условиях и условиях космических полетов (КП). Рассмотрены процессы абсорбции, транспорта, депонирования и выведения железа из организма, влияние на метаболизм этого микроэлемента белков-регуляторов, белков-транспортеров и рецепторных белков. Особое внимание уделено обмену железа у участников наземных модельных экспериментов, имитирующих действие факторов КП, а также у членов экипажей экспедиций на орбитальную станцию «Мир» и Международную космическую станцию. В работе приводятся и анализируются с современной точки зрения экспериментальные данные об особенностях метаболизма железа у человека в экстремальных условиях жизнедеятельности.

iron metabolismspace medicineorbital expeditionsmodel ground experimentsметаболизм железакосмическая медицинаорбитальные экспедициимодельные наземные экспериментыПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian FederationPatel 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.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.Полякова О.А., Клепикова М.В., Литвинова С.Н. и др. Проблема дефицита железа и железодефицитной анемии в общемедицинской практике // Профилактическая медицина. 2022. Т. 25. № 12. С. 127.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.Кочнева Е.В., Кралевска М.В. Железодефицитные состояния и их экспресс-диагностика в повседневной клинической практике // Вопросы диетологии. 2017. Т. 7. № 2. С. 58.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.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.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.Yiannikourides A., Latunde-Dada G.O. A short review of iron metabolism and pathophysiology of iron disorders // Medicines. 2019. V. 6. № 3. P. 85.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.Zakharova I.N., Machneva E.B. [Correction of iron deficiency: Background and current aspects] // Vopr. Praktich. Pediatr. 2014. V. 9. № 4. P. 2.Захарова И.Н., Мачнева Е.Б. Коррекция дефицита железа: исторические и современные аспекты // Вопросы практической педиатрии. 2014. Т. 9. № 4. С. 2.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.Михельсон Ар.А., Лебеденко Е.Ю., Гайда О.В. и др. Железодефицитные состояния в практике акушера-гинеколога // РМЖ. Мать и дитя. 2022. Т. 5. № 2. С. 129.Lukina E.A., Dezhenkova A.V. [Iron Metabolism in Normal and Pathological Conditions] // Clin. Oncohematol. 2015. V. 8. № 4. P. 355.Лукина Е.А., Деженкова А.В. Метаболизм железа в норме и при патологии // Клиническая онкогематология. 2015. Т. 8. № 4. С. 355.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.Бородулина Е.А., Яковлева Е.В. Метаболизм железа в организме и показатели, отражающие его изменения при туберкулезе легких (обзор литературы) // Клиническая лабораторная диагностика. 2020. Т. 65. № 3. С. 149.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.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.Dutt S., Hamza I., Bartnikas T.B. Molecular mechanisms of iron and heme metabolism // Annu. Rev. Nutr. 2022. V. 42. P. 311.Orlov Yu.P., Govorova N.V., Lukach V.N. et al. Iron metabolismin conditions of infection. Review // Ann. Crit. Care. 2020. № 1. P. 90.Орлов Ю.П., Говорова Н.В., Лукач В.Н. и др. Метаболизм железа в условиях инфекции. Обзор литературы // Вестник интенсивной терапии имени А.И. Салтанова. 2020. № 1. С. 90.Camaschella C., Nai A., Silvestri L. Iron metabolism and iron disorders revisited in the hepsidin era // Haematologica. 2020. V. 105. № 2. P. 260.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.Алекберова С.А., Гафаров И.А. Гепсидин и его связь с интерлейкином 6 в развитии дефицита железа у больных с механической желтухой, обусловленной холедохолитиазом // ВСКМ. 2020. Т. 13. Вып. 2. С. 7.Kurchenkova V.I., Kapralov N.V., Shalamitskaya-Hulevich I.A. [Multi-directed iron exchange disorders] // Meditsinskii Zhurnal. 2020. № 3. P. 12.Курченкова В.И., Капралов Н.В., Шоломицкая-Гулевич И.А. Разнонаправленные нарушения обмена железа // Медицинский журнал. 2020. № 3. С. 12.Shikh E.V., Drozdov V.N., Shulyatyeva N.V., Osipyan E.E. [Latent iron deficiency: pathogenetic variants and treatment efficacy in patients infected by H. Pylori] // Poliklinika. 2021. № 2. P. 10.Ших Е.В., Дроздов В.Н., Шулятьева Н.В., Осипян Е.Э. Патогенетические варианты латентного дефицита железа и эффективность терапии у больных с инфекцией H. Pylori // Поликлиника. 2021. № 2. С. 10.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.Егорова Н.А., Канатникова Н.В. Железo, его метаболизм в организме человека и гигиеническое нормирование в питьевой воде. Обзор литературы. Часть 1 // Гигиена и санитария. 2020. Т. 99. № 4. С. 412.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.Гущин В.И., Виноходова А.Г., Комиссарова Д.В. и др. Эксперименты с изоляцией: прошлое, настоящее и будущее // Авиакосм. и экол. мед. 2018. Т. 52. № 4. С. 5.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.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.Иванова С.М. Гематологические исследования / Годичная антиортостатическая гипокинезия (АНОГ) – физиологическая модель межпланетного космического полета. Под ред. Григорьева А.И., Козловской И.Б. М.: Российская академия наук, 2018. С. 210.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.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.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.Branch J.D. 3rd, Pate R.R., Bodary P.F., Convertino V.A. Red Cell Volume and [Erythropoeitin] Responses During Exposure to Simulated Microgravity // Aviat. Space Environ. Med. 1998. V. 69. № 4. P. 347.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.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.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.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.Маркин А.А., Журавлева О.А., Моруков Б.В. и др. Метаболические эффекты физических средств профилактики дефицита опорной нагрузки в эксперименте с 7-суточной иммерсией // Авиакосм. и экол. мед. 2011. Т. 45. № 4. С. 28.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.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.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.Маркин А.А., Журавлева О.А., Моруков Б.В. и др. Гомеостатические реакции организма человека при воздействии условий 105-суточной изоляции // Авиакосм. и экол. мед. 2010. Т. 44. № 4. С. 31.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.Маркин А.А., Журавлева О.А., Кузичкин Д.С., Смирнова Т.А. Исследование метаболических реакций у испытателей в эксперименте с кратковременной изоляцией в гермообъеме // Технологии живых систем. 2019. Т. 16. № 2. С. 44.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.Григорьев А.И., Егоров А.Д. Длительные космические полеты / Космическая биология и медицина. Совместное российско-американское издание в 5 т. Т. III, кн. 2. Человек в космическом полете / Под ред. Антипова В.В., Григорьева А.И., Лич Хантун К. М.: Наука, 1997. Гл. 7. С. 368.Smith S.M. Red blood cell and iron metabolism during space flight // Nitrition. 2002. V. 18. № 10. P. 864.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.Иванова С.М., Ярлыкова Ю.В., Лабецкая О.И. и др. Влияние факторов космического полета на периферическую красную кровь человека // Авиакосм. и экол. мед. 1998. Т. 32. № 1. С. 35.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.Маркин А.А., Журавлева О.А., Моруков Б.В. и др. Особенности обмена веществ у космонавтов после длительных полетов на Международной космической станции // Авиакосм. и экол. мед. 2005. Т. 39. № 4. С. 36.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.Иванова С.М., Моруков Б.В., Лабецкая О.И. и др. Морфобиохимические исследования системы красной крови у членов экипажей основных экспедиций на Международную космическую станцию // Авиакосм. и экол. мед. 2006. Т. 40. № 3. С. 9.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.Иванова С.М., Моруков Б.В., Лабецкая О.И. и др. Состояние красной крови космонавтов в полетах на Международной космической станции // Авиакосм. и экол. мед. 2007. Т. 41. № 6. С. 28.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.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.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.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.