Обмен железа. Железо является необходимым
элементом многих
белков и ферментов, участвующих в ключевых процессах метаболизма,
роста, пролиферации и регенерации клеток, транспорте кислорода к тканям,
тканевом дыхании. Дефицит железа приводит к нарушению синтеза
гемоглобина и развитию гипоксии. Вместе с тем железо может быть
исключительно токсичным элементом, если присутствует в организме в
повышенных концентрациях, превышающих емкость железосодержащих
188
белков. Потенциальная токсичность свободного двухвалентного железа (Fe
2+
)
объясняется его способностью запускать цепные свободнорадикальные
реакции, приводящие к перекисному окислению липидов биологических
мембран, образованию высоко реактивных кислородных радикалов,
способных повреждать мембраны клеток, белки, нуклеиновые кислоты и в
целом вызывать гибель клетки. Двойственная сущность функций железа
диктует необходимость формирования жесткой регуляции концентрации
железа в организме человека.
Системный гомеостаз железа регулируется на уровне всасывания
железа в тонком кишечнике, процесс выведения (экскреции) железа
пассивный, нерегулируемый. В норме баланс железа остается стабильным, и
потери железа уравновешиваются повышением доставки его во время
абсорбции.
Транспорт
и
депонирование
железа
осуществляется
специальными белками – трансферрином, трансферриновым рецептором 1 и
ферритином. Показатели нормального обмена железа представлены в
табл. 3.1.
Таблица 3.1
Лабораторные показатели нормального обмена железа
Сывороточное железо
Мужчины: 0,5 – 1,7 г/л (11,6 – 31,3 мкмоль/л)
Женщины: 0,4 – 1,6 г/л (9 –30,4 мкмоль/л)
Дети: до 2 лет 0,4 – 1,0 г/л (7 – 18 мкмоль/л)
7 – 16 лет 0,5 – 1,2 г/л (9 – 21,5 мкмоль/л)
Общая железосвязывающая
способность (ОЖСС)
2,6 – 5,0 г/л (46 – 90 мкмоль/л)
Трансферрин
Дети (3 мес – 10 лет) 2,0 – 3,6 г/л
Взрослые 2 – 4 г/л (23 – 45 мкмоль/л)
Пожилые (> 60 лет) 1,8 – 3,8 г/л
Насыщение трансферрина
железом (НТЖ)
15 – 45 %
Ферритин сыворотки крови
Мужчины: 15 – 200 мкг/л
Женщины: 12 – 150 мкг/л
Дети: 2 – 5 месяцев 50 – 200 мкг/л
0,5 – 16 лет 7 – 140 мкг/л
В норме из пищи всасывается в тонком кишечнике 1-2 мг железа.
Обязательные суточные потери также составляют около 1-2 мг. Повышенные
189
потери железа во время менструации (0,5-1 мг в день) или повышенные
потребности в железе во время беременности (около 500 мг) компенсируются
увеличением всасывания алиментарного железа (максимальная способность
всасывания – 3 мг в день). Ежедневная потребность в железе превышает его
поступление с пищей и составляет около 20 мг, которые в основном
расходуются на синтез гемоглобина. Она удовлетворяется за счет
реутилизированного железа, образующегося в макрофагах селезенки и
других органах системы мононуклеарных фагоцитов (СМФ) при фагоцитозе
старых или поврежденных эритроцитов.
Железо в сосудистом русле находится в связи с трансферрином.
Который синтезируется гепатоцитами в соответствии с наличием железа в
организме. В ответ на дефицит железа повышается транскрипция
трансферриновой мРНК и уровень трансферрина в крови увеличивается, при
исчезновении недостатка железа синтез трансферрина снижается. В норме
насыщение трансферрина железом составляет около 30%, но может
достигать 100% при выраженной перегрузке железом. В физиологических
условиях и при дефиците железа только трансферрин осуществляет
железотранспортную функцию. Неспецифическое связывание железа с
другими транспортными белками, в частности альбумином, наблюдается при
перегрузке железом. Биологическая функция трансферрина заключается в его
способности легко образовывать диссоциирующие комплексы с железом, что
обеспечивает создание нетоксического пула железа в кровотоке, который
доступен и позволяет распределять и депонировать железо в организме.
Связывая железо, трансферрин предохраняет клетки от токсического
воздействия супероксидных и гидроксильных радикалов, перекиси, и от
инфекции, лишая некоторые микроорганизмы возможности использовать
железо для поддержания своего метаболизма. Нормальная концентрация
трансферина в крови составляет 2-4 г/л.
Железо, связанное с трансферрином, необходимо всем соматическим
клеткам организма человека. Поступление в клетку комплекса Fe3+ –
190
трансферрин происходит через специфические рецепторы к трансферрину
путем эндоцитоза. В сформированной везикуле при низких значениях рН
ионы железа освобождаются от трансферрина и транспортируются во
внутриклеточный лабильный пул железа, а комплекс апотрансферрин-
рецептор возвращается на наружную поверхность клетки, апотрансферрин
поступает в плазму крови, а рецептор остается на мембране. В
эритрокариоцитах часть Fe
3+
превращается в Fe
2+
, которое используется на
синтез гемоглобина. Эритробласт может одновременно присоединить до
100.000 молекул трансферрина и получить 200.000 молекул железа. Судьба
Fe
3+
в клетке неоднозначна: либо используется на синтез железосодержащих
ферментов, либо откладывается в виде ферритина. Внутриклеточный
свободный пул железа участвует в регуляции пролиферации клетки,
экспрессии трансферриновых рецепторов. Неиспользуемая часть железа
хранится внутриклеточно в молекуле ферритина в нетоксичной форме (Fe
3+
)
и его агрегированной форме гемосидерине. Они депонируют железо
особенно интенсивно в печени, селезенке, мышцах, костном мозге.
Увеличение внутриклеточного лабильного пула железа приводит к
стимуляции синтеза ферритина и снижению экспрессии трансферриновых
рецепторов.
Определенная часть рецепторов к трансферрину в виде мономеров
сбрасывается клеткой в сосудистое русло, образуя растворимые
трансферриновые рецепторы, способные связывать трансферрин. Количество
мембранных рецепторов находится в прямой пропорции с рецепторами,
обнаруженными в плазме крови. При перегрузке железом число клеточных и
растворимых рецепторов к трансферрину снижается. При сидеропении,
лишенная
железа,
клетка
реагирует
повышенной
экспрессией
трансферриновых рецепторов на своей мембране, увеличением растворимых
трансферриновых рецепторов в плазме крови и снижением количества
внутриклеточного
ферритина.
Чем
выше
плотность
экспрессии
трансферриновых рецепторов, тем выраженнее пролиферативная активность
191
клетки. Таким образом, экспрессия рецепторов трансферрина зависит от двух
факторов – количества депонированного железа в составе ферритина и
пролиферативной активности клетки. Растворимые трансферриновые
рецепторы являются чувствительным индикатором, как активности
эритропоэза, так и дефицита железа.
Ферритин, циркулирующий в крови, практически не участвует в
депонировании железа, однако концентрация ферритина в сыворотке в
физиологических
условиях
прямо
коррелирует
с
количеством
депонированного железа в организме. При дефиците железа, которое не
сопровождается другими заболеваниями, также как при первичной или
вторичной перегрузке железом показатели ферритина в сыворотке дают
достаточно точное представление о количестве железа в организме. Поэтому
в клинической диагностике концентрация ферритина должна использоваться
в первую очередь как параметр, оценивающий депонированное железо. В
отличие от ферритина гемосидерин не растворим в воде, поэтому железо
гемосидерина с трудом подлежит мобилизации и практически не
используется организмом.
В регуляции обмена железа большое значение имеет белок гепсидин.
Этот гормон, синтезируется преимущественно в печени. Гепсидин
ингибирует всасывание железа в кишечнике, блокирует транспорт железа
через плаценту, блокирует выход железа из макрофагов, обладает как
антибактериальной активностью, так и противогрибковой активностью.
Когда запасы железа адекватны или высокие, синтезирующийся в печени
гепсидин циркулирует в тонком кишечнике и приводит к блокаде
единственного пути транспорта железа из энтероцита в плазму. При
снижении запасов железа продукция гепсидина подавляется повышается
выход железа из макрофагов в плазму и связывание его с трансферрином.
При воспалительных заболеваниях, сопровождающихся высокой продукцией
гепсидина, блокируется выход железа из макрофагов, что объясняет
присутствие макрофагов, перегруженных железом. Сниженная секреция
192
гепсидина имеет место при железо-дефицитной анемии (ЖДА), гипоксии,
неэффективном эритропоэзе.
Анемии, характеризующиеся перегрузкой железа, сопровождаются
неэффективным эритропоэзом и повышением всасывания железа в тонком
кишечнике. Наиболее часто такая анемия регистрируется при талласемиях.
Парадоксальная ситуация возникает с синтезом гепсидина при талласемии. У
этих больных концентрация гепсидина в моче низкая, несмотря на высокое
содержание ферритина в сыворотке крови. Ингибицию гепсидина
рассматривают как нецелесообразный физиологический ответ, который
приводит к ухудшению перегрузки железом в тканях. Данный факт
интерпретируется влиянием анемии на синтез гепсидина, ассоциированной с
повышенным или неэффективным эритропоэзом. Низкий уровень гепсидина
при наследственных анемиях может быть одним из факторов, приводящих к
гиперабсорбции железа, перегрузке и повреждению тканей, развитию
фиброза.
Согласно современным представлениям наиболее адекватными тестами
для оценки метаболизма железа в организме является определение
концентрации железа, трансферрина, ферритина в сыворотке крови,
насыщения трансферрина железом, гепсидина, содержания растворимых
трансферриновых рецепторов в сыворотке крови.
Достарыңызбен бөлісу: |