Обмен железа

Железо входит в состав гемоглобина (включено в состав молекулы гема), где выполняет важнейшую функцию связывания и доставки кислорода клеткам организма человека. Поэтому железо необходимо для синтеза и функционирования гемоглобина. Общее содержание железа в организме «стандартного» человека составляет около 4,2 г. Примерно 75–80% его общего количества входит в состав гемоглобина, 20–25% железа является резервным, 5–10% входит в состав миоглобина, около 1% содержится в дыхательных ферментах, катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях. Резервное железо запасается, главным образом, в печени, селезенке и костном мозге, где хранится в белках ферритине и гемосидерине. Часть ферритина присутствует в плазме, а его концентрация служит надежным индикатором состояния запасов железа в организме. Общее содержание железа в организме человека, входящее в состав гемоглобина, составляет 3000 мг, в составе миоглобина содержится около 125 мг железа, печень содержит около 700 мг железа, представленного преимущественно ферритином. От 3 до 4 мг (0,1% от общего количества железа) циркулирует в плазме крови в связи с транспортным белком – трансферрином. Железо осуществляет свою биологическую функцию, главным образом, в составе других биологически активных соединений (гемоглобин, миоглобин, железосодержащие ферменты), которые выполняют четыре основные функции:

• транспортирование электронов (цитохромы, железосеропротеиды);
• транспортирование и депонирование кислорода (гемоглобин, миоглобин);
• участие в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов (оксидазы, гидроксилазы и др.);
• транспортирование и депонирование железа (трансферрин, гемосидерин, ферритин).

Гомеостаз железа в организме обеспечивается в первую очередь регуляцией его всасывания в желудочно-кишечном тракте в связи с ограниченной способностью организма к выделению этого элемента. Существует выраженная обратная зависимость между обеспеченностью организма человека железом и его всасыванием в пищеварительном тракте. Всасывание железа зависит от:

• возраста и обеспеченности организма железом;
• состояния желудочно-кишечного тракта;
• количества и химических форм железа поступающего, с пищей;
• количества и форм прочих компонентов пищи

Для оптимального всасывания железа необходима нормальная секреция желудочного сока. Прием соляной кислоты способствует усвоению железа. Аскорбиновая кислота, восстанавливающая железо и образующая с ним хелатные комплексы, повышает доступность этого элемента, так же как и прочие органические кислоты. Другим компонентом пищи, улучшающим всасывание железа, является «фактор животного белка». Улучшают всасывание железа простые углеводы: лактоза, фруктоза, сорбит, а также такие аминокислоты, как гистидин, лизин, цистеин, образующие с железом легко всасываемые хелаты. Всасывание железа снижают такие напитки, как кофе и чай, полифенольные соединения которых прочно связывают этот элемент.

Поэтому чай применяется для профилактики повышенного усвоения железа у больных талассемией. Большое влияние на усвоение железа оказывают различные заболевания. Оно усиливается при недостаточности железа, при анемиях (гемолитической, апластической, мегалобластной), гиповитаминозе В6 и гемохроматозе, что объясняется усилением эритропоэза, истощением запасов железа и гипоксией. Современные представления о всасывании железа в кишечнике отводят центральную роль двум видам трансферрина – мукозному и плазменному. Мукозный трансферрин секретируется клетками слизистой оболочки кишечника – энтероцитами в просвет кишечника, где он загружается железом, после чего проникает в энтероцит. В этой клетке трансферрин освобождается от железа, после чего вступает в новый цикл. Источником мукозного трансферрина является не сам энтероцит, а печень, из которой этот белок поступает в кишечник с желчью. Из энтероцита мукозный трансферрин отдает железо своему плазменному аналогу. Количество железа, поступающего в клетку, прямо пропорционально числу мембранных рецепторов. Наибольшее количество рецепторов содержат клетки костного мозга, клетки ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) печени и селезенки. В клетках этих органов происходит высвобождение железа из трансферрина. Затем плазменный трансферрин возвращается в циркуляцию. Повышение потребности клеток в железе при их быстром росте или синтезе гемоглобина ведет к индукции (усилению) биосинтеза рецепторов трансферрина, и, напротив, при повышении запасов железа в клетке число рецепторов на ее поверхности снижается. У взрослого человека в костном мозге железо трансферрина с помощью специфических рецепторов включается в нормоциты и ретикулоциты, использующие его для синтеза гемоглобина. В прочие ткани трансферрин доставляет в 4 раза меньшее количество железа, чем в костный мозг. Организм человека хорошо сохраняет железо. После того как эритроциты прожив, 120 суток, погибают, железо возвращается в резерв костного мозга для образования новых эритроцитов. За счет распада гемоглобина в сутки высвобождается около 21–24 мг железа, что во много раз превышает поступление железа из пищеварительного тракта (1–1,5 мг/ сутки). Гемоглобин, поступающий в плазму крови при распаде эритроцитов, специфически связывается с гаптоглобином, что предупреждает его фильтрацию через почки. Железо выделяется из организма в основном путем слущивания слизистой оболочки кишечника и с желчью. Оно теряется также с волосами, ногтями, мочой и потом. Общее количество выделяемого таким образом железа составляет у здорового мужчины 0,6-1 мг в сутки, а у женщин репродуктивного возраста – более 1,5 мг. Нормальная сбалансированная диета обеспечивает поступление в желудочнокишечный тракт около 10-15 мг железа ежедневно. Основными источниками железа служат мясо, рыба, овощи и крупы. Железо из животной пищи усваивается в несколько раз лучше, чем из растительной. В норме из пищи всасывается около 10% содержащегося в ней железа (1-1,5 мг в день), что вполне достаточно для возмещения дневных потерь. Таким образом, концентрация железа в сыворотке зависит от резорбции в желудочнокишечном тракте, накопления в кишечнике, селезенке и костном мозге, от синтеза и распада гемоглобина и его потери организмом. Оптимальным для хорошего здоровья человека является состояние, при котором запасы железа в организме достаточны, но не избыточны. Оценка содержания железа в сыворотке крови может потребоваться тогда, когда подозревается наличие дефицита или избытка железа в организме пациента. Железодефицитные состояния (железодефицитная анемия) – одно из наиболее распространенных заболеваний человека. Избыток железа в организме встречается значительно реже. Для подтверждения дефицита или избытка железа необходимо проведение комплекса биохимических тестов, характеризующих метаболизм железа. К таким тестам относятся определение концентрации железа в сыворотке, общей железосвязывающей способности сыворотки (ОЖСС), трансферрина и ферритина в сыворотке крови. Каждый из этих тестов имеет свою цель. Выполненные каждый в отдельности, они не всегда являются надежными показателями метаболизма железа в организме. При комплексном исследовании этих показателей их ценность существенно возрастает.

Железо

Концентрация железа в крови у людей значительно варьирует. Она имеет суточный ритм, и колебания ее уровня в сыворотке крови у здорового человека в течение суток могут составлять 100%. У женщин существует связь концентрации железа в крови с менструальным циклом. При беременности содержание железа в организме уменьшается, особенно в ее второй половине. В норме, уровень железа у детей колеблется от 6,4 до 33 мкмоль/л, у взрослых - 10,7–33 мкмоль/л.

При некоторых патологических состояниях и заболеваниях содержание железа в сыворотке изменяется.

Снижение уровня железа наблюдается при:

• Гипохромная анемия
• Миоглобиндефицитная миокардиопатия
• Атрофический ринит
• Атрофический глосит
• Дизгевзия и анорексия
• Гингивит и хейлит
• Атрофический гастрит

Повышенный уровень железа наблюдается при:

• Наследственный гемохроматоз
• Гепатоз с пигментным циррозом
• Сидероз и фиброз поджелудочной железы
• Бронзовый диабет
• Спленомегалия
• Гипогенитализм
• Вторичный сидероз
• Профессиональный сидероз легких
• Ятрогенный трансфузионный сидероз
• Аллергическая пурпура

Определение концентрации железа в сыворотке крови дает представление об уровне транспортируемого железа в плазме крови, связанного с трансферрином. При недостатке железа в организме концентрация железа в сыворотке крови снижается. Однако его уровень в крови не всегда позволяет надежно оценить выраженность дефицита железа. Большие вариации содержания железа в сыворотке крови, возможность его увеличения при некротических процессах в тканях (например, при некрозе печеночных клеток), его снижение при воспалительных процессах (инфекции, травме, хронических воспалительных заболеваниях) вследствие перемещения из крови в депо ограничивают диагностическое значение определения железа сыворотки. Измеряя только содержание железа в сыворотке крови, мы не получим информации о причинах нарушенного обмена железа. Для этого необходимо определять в крови общую железосвязывающую способность сыворотки или содержание трансферрина и ферритина.

Общая железосвязывающая способность сыворотки (ОЖСС)

Общая железосвязывающая способность сыворотки (ОЖСС) является показателем концентрации в сыворотке трансферрина. Однако следует учитывать, что при оценке содержания трансферрина по результатам определения ОЖСС данный метод исследования завышает значения трансферрина на 16–20%, поскольку при более чем половинном насыщении трансферрина железо связывается с другими белками. Под ОЖСС понимается не абсолютное количество трансферрина, а количество железа, которое может связаться с трансферрином. Содержание ОЖСС в норме составляет от 50 до 85 мкмоль/л. Несмотря на то что содержание ОЖСС увеличивается при дефиците железа, на ее уровень могут влиять многие другие факторы. К ним относятся острые заболевания печени (острые гепатиты), беременность и прием оральных контрацептивов.

Трансферрин.

Трансферрин относится к b-глобулинам. Главная функция трансферрина – это транспортирование всосавшегося в кишечнике железа в его депо (печень, селезенка), в ретикулоциты и их предшественники в костном мозге. Трансферрин способен также связывать ионы других металлов (цинка, кобальта и др.). Из общего количества трансферрина в организме человека только 25–40% содержит железо. Основное место синтеза трансферрина – печень. В сопоставлении с содержанием железа в сыворотке крови уровень трансферрина является более стабильной величиной с менее выраженными различиями по полу и возрасту. Определение концентрации трансферрина в сыворотке является наиболее достоверным тестом оценки железодефицитных состояний. Референтные величины трансферрина составляют от 2 до 3.5 г/л. При дефиците железа в организме и снижении уровня железа в сыворотке крови содержание трансферрина повышается. Такое разнонаправленное изменение этих показателей является одним из наиболее важных признаков железодефицитной анемии. Подобные же изменения могут наблюдаться при беременности и в детском возрасте, однако они менее выражены. Увеличение содержания трансферрина в этих случаях связано с усилением его синтеза для обеспечения повышенных потребностей организма в железе при беременности и росте организма у детей. В то же время необходимо отметить, что трансферрин является одним из «отрицательных» белков «острой фазы», и при различных воспалительных заболеваниях его концентрация снижается, что может приводить к ошибкам в диагностике дефицита железа. Основными причинами сниженного содержания трансферрина в сыворотке крови являются торможение синтетических процессов в гепатоцитах при хроническом гепатите, циррозе печени, хронической нефропатии, голодании, неопластических процессах, а также значительная потеря белка при нефротическом синдроме или заболеваниях тонкой кишки. Снижение содержания трансферрина и повышение концентрации железа в сыворотке обнаруживают при состояниях, характеризующихся накоплением железа в организме (идиопатический гемохроматоз), или в случаях гипопластических, гемолитических и мегалобластических анемий, что является следствием угнетения синтеза белка под влиянием высоких концентраций железа.

Ферритин

Ферритин – растворимый в воде комплекс гидроокиси железа с белком апоферритином – основной белок в организме человека, обеспечивающий депонирование железа. Он находится в клетках печени, селезенки, костного мозга и ретикулоцитах. В небольших количествах ферритин присутствует в сыворотке крови, где он выполняет функцию транспортирования железа. Хотя в крови ферритин присутствует в небольших количествах, его концентрация в сыворотке отражает запасы железа в организме.

Референтные величины содержания ферритина в сыворотке

Низкие значения ферритина – это первый показатель уменьшения запасов железа в организме. Определение ферритина в сыворотке крови используется для диагностики и мониторинга дефицита или избытка железа, дифференциальной диагностики анемий. Наибольшее значение определение уровня ферритина в сыворотке крови имеет для диагностики нарушений метаболизма железа. Снижение содержания ферритина выявляется при железодефицитной и гемолитической анемии с внутрисосудистым гемолизом. При железодефицитной анемии концентрация ферритина в сыворотке снижается, указывая на истощение запасов железа в организме. Ранних клинических симптомов дефицита железа не существует, а симптомы анемии появляются только после истощения запасов железа в организме. Клинические проявления анемии разнообразны и варьируют от невыраженных проявлений (общая слабость, недомогание, снижение работоспособности, извращение вкуса, сухость и пощипывание языка, нарушение глотания с ощущением инородного тела в горле, сердцебиение, одышка) до тяжелых прогрессирующих состояний, способных привести к типичным органным и тканевым повреждениям и даже к летальному исходу. Диагноз железодефицитных состояний необходимо установить до развития полной картины заболевания – железодефицитной анемии. Лабораторные исследования позволяют практически решить эту задачу. При латентном дефиците железа у пациентов отсутствуют какие-либо симптомы, уровень гемоглобина находится в пределах нормы. Уровень ферритина в сыворотке крови снижен, а содержание железа снижено или может находиться на нижней границе нормы. Железодефицитная анемия отражает истощение запасов железа в организме больного. Больные с железодефицитной анемией могут иметь специфические клинические симптомы, включающие глоссит (воспаление языка), стоматит (изъязвление губ в углах рта) и изменения ногтей (необычайно легкая ломкость). Содержание ферритина в сыворотке и насыщение трансферрина находятся на очень низком уровне. К другим лабораторным признакам относятся: низкий уровень железа в сыворотке, повышение ОЖСС и низкая концентрация гемоглобина в крови. Однако ферритин относится к белкам «острой фазы», и его нормальная или повышенная концентрация необязательно отражает запасы депонированного железа при воспалительных процессах или злокачественных опухолях в организме. Ферритин высвобождается из печени в кровь при всех заболеваниях печени, опухолях или метастазах в печень, при длительном злоупотреблении алкоголем или при приеме оральных контрацептивов. В этих случаях диагностическая ценность определения только одного ферритина для диагностики железодефицитной анемии невелика. Повышение содержания ферритина в сыворотке крови может быть выявлено при следующих заболеваниях: при избыточном содержании железа (например, при гемохроматозе уровень ферритина выше 500 мкг/л; при некоторых заболеваниях печени), при воспалительных процессах (легочные инфекции, остеомиелит, артрит, системная красная волчанка, ожоги), при некоторых острых и хронических заболеваниях с поражением печеночных клеток (алкогольное поражение печени, гепатит), при раке молочной железы, остром миелобластном и лимфобластном лейкозе, лимфогранулематозе. Определение ферритина может давать ложноположительные или ложноотрицательные результаты при воспалениях (ферритин является белком «острой фазы»), опухолях, патологии печени, когда содержание ферритина может быть увеличено. В ряде случаев у пациентов, находящихся на гемодиализе, отмечают парадоксально повышенный уровень ферритина при аккумуляции железа в клетках РЭС. При этом в костном мозге может быть одновременно дефицит железа. Использование определения ферритина для диагностики и мониторирования онкологических заболеваний основано на том, что в отдельных органах и тканях с наличием новообразований (острый миелобластный и лимфобластный лейкоз, лимфогранулематоз, опухоли печени) происходит нарушение депонирования железа, и это приводит к увеличению ферритина в сыворотке, а также усиленному выходу его из клеток при их гибели.