Обмін заліза в організмі

У нормі організм дорослої здорової людини містить близько 3-5 г заліза, таким чином, залізо може бути віднесено до мікроелементів. Залізо розподілено в організмі нерівномірно. Приблизно 2/3 заліза міститься в гемоглобіні еритроцитів - це циркулює фонд (або пул) заліза. У дорослих цей пул складає 2-2,5 г, у доношених новонароджених - 0,3-0,4 г, і у недоношених новонароджених - 0,1-0,2 м Відносно багато заліза міститься в миоглобине: 0,1 г - у чоловіків і 0,05-0,07 г - у жінок. В організмі людини міститься більше 70 білків і ферментів, до складу яких входить залізо (наприклад, трансферин, лактоферин), сумарна кількість заліза в них становить 0,05-0,07 м Залізо, переноситься транспортним білком трансферином, становить близько 1% ( транспортний фонд заліза). Для медичної практики надзвичайно важливі запаси заліза (депо, запасний фонд), які становлять близько 1/3 всього заліза в організмі людини. Функцію депо виконують такі органи:

• печінку;
• селезінка;
• кістковий мозок;
• головний мозок.

Залізо міститься в депо у вигляді феритину. Кількість заліза в депо може бути охарактеризоване за допомогою визначення концентрації СФ. На сьогоднішній день СФ - єдиний міжнародно-визнаний маркер запасів заліза. Кінцевий продукт обміну заліза - гемосидерин, що відкладається в тканинах.

Залізо - найважливіший кофактор ферментів мітохондріального дихального ланцюга, цитратного циклу, синтезу ДНК, воно відіграє важливу роль в зв'язуванні і транспорті кисню гемоглобіном і миоглобином; білки, що містять залізо, необхідні для метаболізму колагену, катехоламінів, тирозину. Внаслідок каталітичного дії заліза в реакції Fe ² * <-> Fe ³, вільне нехелатірованное залізо утворює гідроксильні радикали, здатні викликати пошкодження клітинних мембран і загибель клітин. В процесі еволюції захист від шкідливої дії вільного заліза була вирішена за допомогою утворення спеціалізованих молекул для абсорбції заліза з їжі, його всмоктування, транспорту і депонування в нетоксичного розчинній формі. Транспорт і депонування заліза здійснюються спеціальними білками: трансферрином, трансферрінових рецептором, ферритином. Синтез цих білків регулюється за допомогою спеціального механізму і залежить від потреб організму.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]

Метаболізм заліза у здорової людини замкнутий в цикл

Щодня людина втрачає близько 1 мг заліза з біологічними рідинами і слущенним епітелієм шлунково-кишкового тракту. Рівно стільки ж здатне всмоктуватися в шлунково-кишковому тракті з продуктів харчування. Слід чітко уявляти, що залізо надходить в організм тільки з продуктами харчування. Таким чином, щодня 1 мг заліза втрачається і 1 мг всмоктується. У процесі руйнування старих еритроцитів звільняється залізо, яке утилізується макрофагами і знову використовується при побудові гема. В організмі існує спеціальний механізм всмоктування заліза, проте виводиться воно пасивно, тобто фізіологічного механізму виведення заліза не існує. Отже, якщо всмоктування заліза з їжі не задовольняє потребам організму, дефіцит заліза виникає незалежно від причини.

Розподіл заліза в організмі

1. 70% загальної кількості заліза в організмі входить до складу гемопротеинов; це з'єднання, в яких залізо пов'язано з порфіринів. Основний представник цієї групи - гемоглобін (58% заліза); крім того, в цю групу входять міоглобін (8% заліза), цитохроми, пероксидази, каталази (4% заліза).
2. Група негемових ферментів - ксантиноксидаза, НАДН-дегидрогеназа, аконітаза; ці залізовмісні ферменти локалізуються в основному в мітохондріях, грають важливу роль в процесі окисного фосфорилювання, транспорті електронів. Вони містять дуже мало металу і не впливають на загальний баланс заліза; проте їх синтез залежить від забезпечення тканин залізом.
3. Транспортна форма заліза - трансферин, лактоферин, низькомолекулярний переносник заліза. Основним транспортним ферропротеіном плазми є трансферин. Цей білок бета-глобулінової фракції з молекулярною вагою 86 000 має 2 активних ділянки, кожен з яких може приєднати по одному атому Fe ³⁺. У плазмі присутні більше залізозв'язуючих сайтів, ніж атомів заліза і, таким чином, в ній немає вільного заліза. Трансферрин може пов'язувати і інші іони металів - мідь, марганець, хром, але з іншої селективність, а залізо зв'язується в першу чергу і більш міцно. Основне місце синтезу трансферину - клітини печінки. З підвищенням рівня депонованого заліза в гепатоцитах синтез трансферину помітно знижується. Трансферрин, що несе залізо, Авід до нормоцити і ретикулоцитів, причому величина поглинання металу залежить від наявності вільних рецепторів на поверхні еритроїдних попередників. На мембрані ретикулоцитів значно менше ділянок зв'язування для трансферину, ніж на пронормоціте, тобто в міру старіння еритроїдної клітини захоплення заліза зменшується. Низькомолекулярні переносники заліза забезпечують транспорт заліза всередині клітин.
4. Депонированное, резервне або запасне залізо може знаходитися в двох формах - феритин і гемосидерин. З'єднання резервного заліза складається з білка апоферитин, молекули якого оточують велику кількість атомів заліза. Ферритин - з'єднання коричневого кольору, розчинні у воді, містить 20% заліза. При надмірному накопиченні заліза в організмі різко зростає синтез феритину. Молекули феритину є практично у всіх клітинах, але особливо багато їх в печінці, селезінці, кістковому мозку. Гемосидерин присутній в тканинах у вигляді бурого, гранулярного, нерозчинного у воді пігменту. Вміст заліза в гемосидерині вище, ніж в ферритине - 40%. Шкідлива дія гемосидерина в тканинах пов'язане з пошкодженням лізосом, накопиченням вільних радикалів, що призводить до загибелі клітини. У здорової людини 70% резервного заліза знаходиться у вигляді феритину, а 30% - у вигляді гемосидерину. Швидкість використання гемосидерина значно нижче, ніж феритину. Про запаси заліза в тканинах можна судити на підставі гістохімічних досліджень, застосовуючи напівкількісний метод оцінки. Підраховують число сидеробластов - ядерних еритроїдних клітин, що містять різну кількість гранул негемового заліза. Особливість розподілу заліза в організмі дітей молодшого віку полягає в тому, що у них вищий вміст заліза в еритроїдних клітинах і менше заліза припадає на м'язову тканину.

Регуляція балансу заліза базується на принципах майже повної реутилізацію ендогенного заліза і підтримки необхідного рівня за рахунок всмоктування в шлунково-кишковому тракті. Напівперіод виведення заліза становить 4-6 років.

[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]

Всмоктування заліза

Абсорбція відбувається головним чином у дванадцятипалій кишці і початковому відділі тонкої кишки. При дефіциті заліза в організмі зона всмоктування поширюється в дистальному напрямку. У добовому раціоні зазвичай міститься близько 10-20 мг заліза, проте в шлунково-кишковому тракті абсорбується лише 1-2 мг. Всмоктування гемового заліза значно перевершує надходження неорганічного. З приводу впливу валентності заліза на його всмоктування в шлунково-кишковому тракті немає однозначної думки. В. І. Никуличева (1993) вважає, що Fe ²⁺ практично не всмоктується ні при нормальних, ні при надлишкових концентраціях. За даними інших авторів, всмоктування заліза не залежить від його валентності. Встановлено, що вирішальне значення має не валентність заліза, а його розчинність в дванадцятипалій кишці при лужної реакції. Шлунковий сік і соляна кислота беруть участь у всмоктуванні заліза, забезпечують відновлення окисної форми (Fe ^H ) в закнсную (Fe ²⁺ ), іонізацію, утворення доступних для всмоктування компонентів, але це стосується лише негемового заліза і не є головним механізмом регуляції абсорбції.

Процес всмоктування гемового заліза не залежить від шлункової секреції. Гемовое залізо всмоктується у вигляді порфіріновоі структури і тільки в слизовій оболонці кишки відбувається його відщеплення від гема і утворення іонізованого заліза. Залізо краще всмоктується з м'ясних продуктів (9-22%), що містять гемовое залізо, і значно гірше - з рослинних (0,4-5%), де є негемове залізо. З м'ясних продуктів залізо засвоюється по-різному: з печінки залізо всмоктується гірше, ніж з м'яса, так як в печінці залізо міститься у вигляді гемосидерину і феритину. Кип'ятіння овочів у великій кількості води може знизити вміст заліза на 20 %.

Унікальною є абсорбція заліза з грудного молока, хоча зміст його низька - 1,5 мг / л. Крім того, грудне молоко підвищує абсорбцію заліза з інших продуктів, що вживаються одночасно з ним.

В процесі травлення залізо потрапляє в ентероціт, звідки по градієнту концентрації переходить в плазму крові. При дефіциті заліза в організмі прискорюється його перенесення з просвіту шлунково-кишкового тракту в плазму. При надлишку заліза в організмі основна частина заліза затримується в клітинах слизової кишки. Ентероціт, навантажений залізом, просувається від основи до вершини ворсинки і втрачається зі слущенним епітелієм, що запобігає надмірному надходження металу в організм.

На процес всмоктування заліза в шлунково-кишковому тракті впливають різні чинники. Присутність в птахові оксалатів, фитатов, фосфатів, таніну знижує всмоктування заліза, так як ці речовини утворюють з залізом комплекси і виводять його з організму. Навпаки, аскорбінова, бурштинова і піровиноградна кислоти, фруктоза, сорбіт, алкоголь посилюють всмоктування заліза.

У плазмі залізо зв'язується зі своїм переносником - трансферрином. Цей білок транспортує залізо переважно в кістковий мозок, де залізо проникає в ерітрокаріоціти, а трансферин повертається в плазму. Залізо потрапляє в мітохондрії, де і відбувається синтез гема.

Подальший шлях заліза з кісткового мозку можна описати так: при фізіологічному гемолізі з еритроцитів звільняється 15-20 мг заліза в добу, яке утилізується фагоцитуючими макрофагами; потім основна його частина знову йде на синтез гемоглобіну і лише невелика кількість залишається у вигляді запасного заліза в макрофагах.

30% від загального вмісту заліза в організмі використовується не для еритропоезу, а відкладається в депо. Залізо у вигляді феритину і гемосидерину зберігається в паренхіматозних клітинах, головним чином, в печінці і селезінці. На відміну від макрофагів, паренхіматозні клітини дуже повільно витрачають залізо. Надходження заліза в паренхіматозні клітини збільшується при значному надлишку заліза в організмі, гемолітичних анеміях, апластична анемія, ниркової недостатності і зменшується при вираженому дефіциті металу. Звільнення заліза з цих клітин підвищується при кровотечі і знижується при гемотрансфузіях.

Загальна картина обміну заліза в організмі буде неповною, якщо не враховувати тканевое.железо. Кількість заліза, яке входить до складу ферроензімов, мало - всього 125 мг, але значення ферментів тканинного дихання важко переоцінити: без них було б неможливе життя будь-якої клітини. Запас заліза в клітинах дозволяє уникнути прямої залежності синтезу залізовмісних ферментів від коливань його надходження і витрачання в організмі.

[20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28]

Фізіологічні втрати і особливості обміну заліза

Фізіологічні втрати заліза з організму у дорослої людини становлять близько 1 мг на добу. Залізо втрачається разом з отшелушивающим епітелієм шкіри, епідермальними придатками, потім, з сечею, калом, з слущивающимся кишковим епітелієм. У жінок, крім того, приєднується втрата заліза з кров'ю під час менструації, в період вагітності, пологів, лактації, що становить близько 800-1000 мг. Обмін заліза в організмі представлений на схемі 3. Цікаво відзначити, що вміст заліза в сироватці і насичення трансферину змінюються протягом доби. Спостерігають високі концентрації заліза в сироватці в ранкові години і низькі значення у вечірній час. Позбавлення людей сну призводить до поступового зменшення вмісту заліза в сироватці.

На метаболізм заліза в організмі впливають мікроелементи: мідь, кобальт, марганець, нікель. Мідь необхідна для засвоєння і транспорту заліза; її вплив здійснюється через цитохромоксидазу, церулоплазмін. Дія марганцю на процес кровотворення неспецифічне і пов'язане з його високою окисної здатністю.

Щоб зрозуміти, чому дефіцит заліза найбільш часто зустрічається у дітей молодшого віку, дівчат-підлітків і жінок дітородного віку, розглянемо особливості обміну заліза в цих групах.

Накопичення заліза у плода відбувається протягом всієї вагітності, проте найінтенсивніше (40%) в останній триместр. Тому недоношеність в 1-2 міс призводить до скорочення забезпеченості залізом в 1,5-2 рази в порівнянні з доношеними дітьми. Відомо, що у плода є позитивний баланс заліза, що йде проти градієнта концентрації на користь плоду. Плацента більш інтенсивно захоплює залізо, ніж кістковий мозок вагітної, і має здатність засвоювати залізо з гемоглобіну матері.

Про вплив дефіциту заліза у матері на запаси цього мікроелемента у плода є суперечливі відомості. Одні автори вважають, що сидеропенії вагітної не впливає на запаси заліза у плода; інші вважають, що є пряма залежність. Можна припустити, що при зниженні вмісту заліза в організмі матері розвивається дефіцит запасів заліза у новонародженого. Однак розвиток залізодефіцитної анемії внаслідок вродженого дефіциту заліза малоймовірно, тому що частота розвитку залізодефіцитної анемії, рівень гемоглобіну і сироваткового заліза в першу добу після народження і в наступні 3-6 місяців не відрізняються у дітей, що народилися від здорових матерів, і матерів з залізодефіцитною анемією. Вміст заліза в організмі новонародженого доношенного і недоношеної дитини становить 75 мг / кг.

У дітей, на відміну від дорослих, аліментарне залізо має не тільки заповнити фізіологічні втрати цього мікроелемента, а й забезпечити потреби зростання, що становить в середньому 0,5 мг / кг на добу.

Таким чином, основними передумовами до розвитку дефіциту заліза у недоношених, дітей від багатоплідної вагітності, дітей до 3 років є:

• швидке виснаження запасів при недостатньому екзогенному надходженні заліза;
• підвищена потреба в залозі.

Обмін заліза у підлітків

Особливістю обміну заліза у підлітків, особливо у дівчат, є виражена невідповідність між підвищеною потребою в цьому мікроелементі і низьким його надходженням в організм. Причини такої невідповідності: швидке зростання, погане харчування, заняття спортом, рясні менструації, вихідний низький рівень заліза.

У жінок дітородного віку основними факторами, що приводять до розвитку дефіциту заліза в організмі, є рясні і тривалі менструації, багаторазові вагітності. Добова потреба в залізі у жінок, які втрачають 30-40 мл крові за менструацію, становить 1,5-1,7 мг / сут. При більшої втрати крові потреба в залозі зростає до 2,5-3 мг / сут. Фактично ж через шлунково-кишкового тракту може вступити лише 1,8-2 мг / сут, тобто 0,5-1 мг / сут залоза не вдається заповнити. Таким чином, за місяць дефіцит мікроелемента складе 15-20 мг, за рік - 180-240 мг, за 10 років - 1,8-2,4 г, тобто цей дефіцит перевищує вміст запасного заліза в організмі. Крім того, для розвитку дефіциту заліза у жінки мають значення кількість вагітностей, перерва між ними, тривалість лактації.