Обмен железа

Содержание и функция железа. В организме содержится 4—5 г железа: в виде резервного (1/4) и функционально-активного (3/4). 62—70 % железа находится в гемоглобине эритроцитов, 5—10 % — в миоглобине, остальное — в тканях, где оно участвует во многих метаболических процессах: в составе энзимов—цитохромов, которые обеспечивают митохондриальный транспорт электронов, синтез ДНК и деление клеток, метаболизм гормонов мозгового вещества надпочечников, детоксикационные механизмы, с участием цитохрома Р₄₅₀. Резервное железо постоянно переходит в функциональное и обратно. Так, за счет повторного использования костный мозг получает ежесуточно 20—25 мг железа.

Потребность. Ежедневная потребность в железе, абсорбируемом из пищи в организме человека, составляет: у детей от 0 до 4 месяцев жизни — 0,5 мг/день, от 1 года до 12 лет— 1,0 мг/день, женщины детородного периода — 2,8 мг/день (во время менструации потери железа составляют от 5 до 45 мг), молодые мужчины — 1 мг/день, старики — 0,9 мг/день, беременные женщины — 3-3,5 мг/день. В организм последних за время беременности должно поступать до 1 г железа (500 мг железа используется для синтеза дополнительного количества гемоглобина в организме беременной, 300 мг Fe²⁺ необходимо формирующемуся плоду и 200 мг Fe²⁺ компенсируют естественные потери металла организмом беременной женщины).

Всасывание железа. В пище железо в основном находится в окисленном состоянии (Fe³⁺) в виде солей или в составе белков. Его освобождение происходит в кислой среде желудка, а в 12-перстной кишке восстанавливается до Fe²⁺ аскорбиновой кислотой и всасывается в кишечнике из пищи. Fe²⁺ в кишечном содержимом вначале связывается с белком-рецептором на поверхности эпителия слизистой оболочки кишки (b3-интегрином), что необходимо для перехода его через мембрану клетки слизистой в цитозоль. Далее, образовав комплекс с цитозольным транспортным белком-мобилферрином, Fe²⁺ пересекает клетку эпителия слизистой кишечника, оставаясь в этом комплексе вплоть до поступления Fe²⁺ в капиллярную сеть кишечника. Апоферритин улавливает избыточное железо в клетках слизистой оболочки кишечника. Трансляция этого белка также зависит от IRE элемента на м-РНК, к которому присоединяется избыток железа и инициирует синтез апофферитина. Образуется ферритин, который слущивается с эпителия кишечника при превышении потребности железа в организме.

Факторы, влияющие на абсорбцию железа. Абсорбции железа эпителиальными клетками желудочно-кишечного тракта способствуют сниженное насыщение трансферрина железом и повышенная эритропоэтическая активность крови. Абсорбция снижается при увеличении концентрации железа в клетках слизистой оболочки кишечника. В кишечнике более эффективна абсорбция Fe²⁺, чем Fe³⁺.

Поэтому аскорбиновая кислота, фруктоза, аминокислоты (цистеин, метионин) поддерживают двухвалентную форму железа и ускоряют его абсорбцию. В кишечнике лучше абсорбируется биодоступное железо, входящее в состав гема (мясные продукты, кровяная колбаса), чем железо из пищи растительного происхождения. Абсорбция Fe²⁺ в желудочно-кишечном тракте зависит от возраста человека, функционального состояния его организма. Она наиболее высокая у детей первых месяцев жизни и достигает 57 %, у 7— 10-летних —7,75-17,75 %, у взрослых мужчин и женщин — 1,1-11,2 % и у беременных женщин — 20 % от поступившего в желудочно-кишечный тракт железа.

Транспорт железа. С выходом в кровоток двухвалентное железо окисляется до трехвалентного белком плазмы крови церрулоплазмином (ферроксидазой) и присоединяется к трансферрину, гликопротеину плазмы крови. Трансферрином Fe³⁺ доставляется к тканям и используется в митохондриях эритробластов для синтеза гема, депонируется в макрофагах в виде резерва. Скорость поступления железа в неэритроидные клетки зависит от количества белков – рецепторов трансферрина в их мембране. Синтез рецепторов как и апоферритина регулируется на уровне трансляции этих белков и зависит от содержания железа в клетке. Однако, в отличие от апоферритина, железочувствительные элементы IRE м-РНК рецепторов находятся на 3′ конце. При низких концентрациях железа IRE железочувствительный белок защищает м-РНК рецепторов от разрушения и количество рецепторов увеличивается. При повышении содержания железа в клетке, как указывалось ранее, трансляция апоферритина ускоряется, а скорость синтеза рецепторов трансферрина снижается. Таким образом, эти механизмы регулируют содержание и использование железа для синтеза железосодержащих белков.

Плазма содержит от 1,8 до 2,6 мг/л трансферрина, 1 мг которого связывает 1,25 мкг Fe. В общем объеме плазмы содержится около 3 мг Fe²⁺. В норме лишь 1/3 трансферрина плазмы насыщена железом. Количество железа, которое может быть связано трансферрином, называется общей железосвязывающей способностью крови и в норме составляет 250—400 мкг % (45— 72 мкмоль/л). Концентрация железа в сыворотке крови колеблется от 50 до 160 мкг % (9—29 мкмоль/л). С мочой выводится за сутки 60—100 мкг железа.

Резервирование. Освобождение железа из комплекса трансферрин — железо обеспечивается энергией молекул АТФ, образуемых в эритробластах. Молекула трансферрина, отдавшая железо, смещается с мембранного участка молекулами трансферрина, связанными с железом, поскольку их сродство к рецепторам более сильное. Железо, поступившее в эритробласт, используется в митохондриях для синтеза гема и депонируется в эритробласте в виде резерва. В макрофагах печени и костного мозга резервное железо депонируется в молекуле ферритина. Внутри лизосом молекулы ферритина образуют большие аморфные нерастворимые агрегаты — гемосидерин. Его накопление в клетках печени и селезенке может привести к повреждению функций этих органов. Таким образом, ферритин и гемосидерин — это формы резервного железа в клетках. Из клеточного резерва железо освобождается в двухвалентном состоянии (благодаря энзиму ксантиноксидазе, аскорбиновой кислоте и др.), затем церулоплазмин окисляет Fe²⁺ до трехвалентного состояния, Fe³⁺ соединяется с трансферрином и транспортируется с плазмой крови к эритробластам. Печень может депонировать до 700 мг железа. Гемосидерин плохо растворим в воде и содержит 37% железа. Накопление гранул гемосидерина в печени, селезенке, поджелудочной железе приводит кповреждению этих органов – гемохроматозу (отложение пигмента ржавого цвета). Накопление гемосидерина в β-клетках панкреса приводит к их разрушению и как следствие, к сахарному диабету; в печени гемосидерин вызывает цирроз; в миокардиоцитах – сердечную недостаточность. К гемохроматозу могут привести частые переливания крови, в этих случаях больных лечат препаратами, связывающими железо.

Анемии. Дефицит железа в организме человека приводит к развитию гипохромной анемии и к гипоксии. Содержание гемоглобина в отдельном эритроците составляет 27,5—33,2 пикограмма. Снижение этой величины свидетельствует о гипохромном, увеличение — о гиперхромном содержании гемоглобина в эритроцитах. Этот показатель имеет диагностическое значение. Например, гиперхромия эритроцитов характерна для В₂-дефицитной анемии, гипохромия — для железодефицитной анемии.

Анемия может развиться и при недостатке меди, входящей в состав трансферина, кобальта - составной части эритропоэтина, витамина В₁₂, фолиевой кислоты, ионов натрия и хлора, участвующих в образовании соляной кислоты, необходимой для всасывания в кровь витамина В₁₂; нарушении синтеза гема; мутации в генах гемоглобина (гемоглобинозы); при обширном гемолизе эритроцитов; кровопотерях; при заболеваниях печени; почечной недостаточности; при инфекционных заболеваниях и т.д.