Metabolizam željeza u tijelu

Normalno, tijelo zdrave odrasle osobe sadrži oko 3-5 g željeza, stoga se željezo može klasificirati kao mikroelement. Željezo je neravnomjerno raspoređeno u tijelu. Otprilike 2/3 željeza sadržano je u hemoglobinu crvenih krvnih stanica - to je cirkulirajući fond (ili bazen) željeza. Kod odraslih, taj bazen iznosi 2-2,5 g, kod donošene novorođenčadi - 0,3-0,4 g, a kod prijevremeno rođene novorođenčadi - 0,1-0,2 g. Relativno mnogo željeza sadržano je u mioglobinu: 0,1 g kod muškaraca i 0,05-0,07 g kod žena. Ljudsko tijelo sadrži više od 70 proteina i enzima, koji uključuju željezo (na primjer, transferin, laktoferin), ukupna količina željeza u njima je 0,05-0,07 g. Željezo koje prenosi transportni protein transferin čini oko 1% (fond transporta željeza). Rezerve željeza (depo, rezervni fond), koje čine oko 1/3 ukupnog željeza u ljudskom tijelu, izuzetno su važne za medicinsku praksu. Funkciju depoa obavljaju sljedeći organi:

• jetra;
• slezena;
• koštana srž;
• mozak.

Željezo se u depou nalazi u obliku feritina. Količina željeza u depou može se karakterizirati određivanjem koncentracije SF-a. Danas je SF jedini međunarodno priznati marker rezervi željeza. Krajnji produkt metabolizma željeza je hemosiderin, koji se taloži u tkivima.

Željezo je najvažniji kofaktor enzima mitohondrijskog respiratornog lanca, citratnog ciklusa, sinteze DNA, igra važnu ulogu u vezanju i transportu kisika hemoglobinom i mioglobinom; proteini koji sadrže željezo neophodni su za metabolizam kolagena, kateholamina, tirozina. Zbog katalitičkog djelovanja željeza u reakciji Fe2 ^* <--> Fe3 ^, slobodno nekelatirano željezo tvori hidroksilne radikale koji mogu uzrokovati oštećenje staničnih membrana i staničnu smrt. U procesu evolucije, zaštita od štetnog djelovanja slobodnog željeza riješena je stvaranjem specijaliziranih molekula za apsorpciju željeza iz hrane, njegovu apsorpciju, transport i taloženje u netoksičnom topljivom obliku. Transport i taloženje željeza provode posebni proteini: transferin, transferinski receptor, feritin. Sinteza ovih proteina regulirana je posebnim mehanizmom i ovisi o potrebama tijela.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Metabolizam željeza kod zdrave osobe je zatvoren u ciklusu

Svakodnevno osoba gubi oko 1 mg željeza biološkim tekućinama i deskvamiranim epitelom gastrointestinalnog trakta. Točno ista količina može se apsorbirati u gastrointestinalnom traktu iz hrane. Treba jasno razumjeti da željezo ulazi u tijelo samo hranom. Dakle, svaki dan se gubi 1 mg željeza, a apsorbira 1 mg. U procesu uništavanja starih eritrocita oslobađa se željezo koje makrofagi koriste i ponovno koriste u izgradnji hema. Tijelo ima poseban mehanizam za apsorpciju željeza, ali se ono pasivno izlučuje, odnosno ne postoji fiziološki mehanizam za izlučivanje željeza. Stoga, ako apsorpcija željeza iz hrane ne zadovoljava potrebe tijela, dolazi do nedostatka željeza bez obzira na uzrok.

Raspodjela željeza u tijelu

1. 70% ukupne količine željeza u tijelu dio je hemoproteina; to su spojevi u kojima je željezo vezano na porfirin. Glavni predstavnik ove skupine je hemoglobin (58% željeza); osim toga, ova skupina uključuje mioglobin (8% željeza), citokrome, peroksidaze, katalaze (4% željeza).
2. Skupina nehemskih enzima - ksantin oksidaza, NADH dehidrogenaza, akonitaza; ovi enzimi koji sadrže željezo lokalizirani su uglavnom u mitohondrijima, igraju važnu ulogu u procesu oksidativne fosforilacije, transportu elektrona. Sadrže vrlo malo metala i ne utječu na ukupnu ravnotežu željeza; međutim, njihova sinteza ovisi o opskrbi željezom tkiva.
3. Transportni oblik željeza je transferin, laktoferin, niskomolekularni nosač željeza. Glavni transportni feroprotein plazme je transferin. Ovaj protein beta-globulinske frakcije s molekularnom težinom od 86 000 ima 2 aktivna mjesta, od kojih svako može vezati jedan atom Fe3 ⁺. U plazmi postoji više mjesta za vezanje željeza nego atoma željeza, te stoga u njoj nema slobodnog željeza. Transferin se također može vezati za druge metalne ione - bakar, mangan, krom, ali s različitom selektivnošću, a željezo se veže prvenstveno i čvršće. Glavno mjesto sinteze transferina su stanice jetre. S povećanjem razine deponiranog željeza u hepatocitima, sinteza transferina se znatno smanjuje. Transferin, koji prenosi željezo, pohlepan je za normocite i retikulocite, a količina apsorpcije metala ovisi o prisutnosti slobodnih receptora na površini eritroidnih prekursora. Membrana retikulocita ima znatno manje mjesta za vezanje transferina nego pronormocit, što znači da se unos željeza smanjuje kako eritroidna stanica stari. Niskomolekularni nosači željeza osiguravaju unutarstanični transport željeza.
4. Deponirano, rezervno ili rezervno željezo može biti u dva oblika - feritin i hemosiderin. Spoj rezervnog željeza sastoji se od proteina apoferitina, čije molekule okružuju veliki broj atoma željeza. Feritin je smeđi spoj, topiv u vodi, sadrži 20% željeza. S prekomjernim nakupljanjem željeza u tijelu, sinteza feritina naglo se povećava. Molekule feritina prisutne su u gotovo svim stanicama, ali ih je posebno mnogo u jetri, slezeni, koštanoj srži. Hemosiderin je prisutan u tkivima kao smeđi, granularni, u vodi netopljivi pigment. Sadržaj željeza u hemosiderinu je veći nego u feritinu - 40%. Štetni učinak hemosiderina u tkivima povezan je s oštećenjem lizosoma, nakupljanjem slobodnih radikala, što dovodi do stanične smrti. U zdrave osobe 70% rezervnog željeza je u obliku feritina, a 30% u obliku hemosiderina. Brzina iskorištenja hemosiderina znatno je niža od one kod feritina. Rezerve željeza u tkivima mogu se procijeniti na temelju histokemijskih studija korištenjem semikvantitativne metode procjene. Broji se broj sideroblasta - nuklearnih eritroidnih stanica koje sadrže različite količine nehemskih željeznih granula. Posebnost raspodjele željeza u tijelu male djece je da imaju veći sadržaj željeza u eritroidnim stanicama, a manji u mišićnom tkivu.

Regulacija ravnoteže željeza temelji se na načelima gotovo potpune reutilizacije endogenog željeza i održavanja potrebne razine zbog apsorpcije u gastrointestinalnom traktu. Poluvrijeme izlučivanja željeza je 4-6 godina.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Apsorpcija željeza

Apsorpcija se odvija uglavnom u dvanaesniku i početnom dijelu jejunuma. U slučaju nedostatka željeza u tijelu, zona apsorpcije proteže se u distalnom smjeru. Dnevna prehrana obično sadrži oko 10-20 mg željeza, ali se u gastrointestinalnom traktu apsorbira samo 1-2 mg. Apsorpcija hemskog željeza značajno premašuje unos anorganskog željeza. Ne postoji jasno mišljenje o utjecaju valencije željeza na njegovu apsorpciju u gastrointestinalnom traktu. VI Nikulicheva (1993.) smatra da se Fe²⁺ ^praktički ne apsorbira ni pri normalnim ni pri prekomjernim koncentracijama. Prema drugim autorima, apsorpcija željeza ne ovisi o njegovoj valenciji. Utvrđeno je da odlučujući faktor nije valencija željeza, već njegova topljivost u dvanaesniku pri alkalnoj reakciji. Želučani sok i klorovodična kiselina sudjeluju u apsorpciji željeza, osiguravaju obnovu oksidnog oblika (Fe²H⁻ ⁾ u oksidni oblik (Fe²⁺ ⁾, ionizaciju i stvaranje komponenti dostupnih za apsorpciju, ali to se odnosi samo na nehemsko željezo i nije glavni mehanizam za regulaciju apsorpcije.

Proces apsorpcije hemskog željeza ne ovisi o želučanoj sekreciji. Hemsko željezo se apsorbira u obliku porfirinske strukture i tek se u crijevnoj sluznici odvaja od hema i tvori ionizirano željezo. Željezo se bolje apsorbira iz mesnih proizvoda (9-22%) koji sadrže hemsko željezo, a mnogo lošije iz biljnih proizvoda (0,4-5%) koji sadrže nehemsko željezo. Željezo se iz mesnih proizvoda apsorbira na različite načine: željezo se lošije apsorbira iz jetre nego iz mesa, budući da se željezo u jetri nalazi u obliku hemosiderina i feritina. Kuhanje povrća u velikoj količini vode može smanjiti sadržaj željeza za 20 %.

Apsorpcija željeza iz majčinog mlijeka je jedinstvena, iako je njegov sadržaj nizak - 1,5 mg/l. Osim toga, majčino mlijeko povećava apsorpciju željeza iz drugih proizvoda koji se konzumiraju istovremeno s njim.

Tijekom probave, željezo ulazi u enterocit, odakle prelazi u krvnu plazmu duž gradijenta koncentracije. Kada u tijelu postoji manjak željeza, njegov prijenos iz lumena gastrointestinalnog trakta u plazmu se ubrzava. Kada u tijelu postoji višak željeza, glavnina željeza zadržava se u stanicama crijevne sluznice. Enterocit, opterećen željezom, pomiče se od baze do vrha resice i gubi se s deskvamiranim epitelom, što sprječava ulazak viška metala u tijelo.

Na proces apsorpcije željeza u gastrointestinalnom traktu utječu različiti čimbenici. Prisutnost oksalata, fitata, fosfata i tanina u peradi smanjuje apsorpciju željeza, jer te tvari tvore komplekse sa željezom i uklanjaju ga iz tijela. Naprotiv, askorbinska, jantarna i piruvinska kiselina, fruktoza, sorbitol i alkohol pojačavaju apsorpciju željeza.

U plazmi se željezo veže za svoj nosač, transferin. Ovaj protein prenosi željezo prvenstveno u koštanu srž, gdje željezo prodire u eritrocite, a transferin se vraća u plazmu. Željezo ulazi u mitohondrije, gdje se odvija sinteza hema.

Daljnji put željeza iz koštane srži može se opisati na sljedeći način: tijekom fiziološke hemolize, iz eritrocita se oslobađa 15-20 mg željeza dnevno, koje koriste fagocitni makrofagi; zatim glavni dio ponovno ide na sintezu hemoglobina, a samo mala količina ostaje u obliku rezervnog željeza u makrofagima.

30% ukupnog sadržaja željeza u tijelu ne koristi se za eritropoezu, već se taloži u depoima. Željezo u obliku feritina i hemosiderina pohranjuje se u parenhimskim stanicama, uglavnom u jetri i slezeni. Za razliku od makrofaga, parenhimske stanice vrlo sporo troše željezo. Unos željeza parenhimskim stanicama povećava se sa značajnim viškom željeza u tijelu, hemolitičkom anemijom, aplastičnom anemijom, zatajenjem bubrega, a smanjuje se s teškim nedostatkom metala. Oslobađanje željeza iz ovih stanica povećava se s krvarenjem, a smanjuje se s transfuzijama krvi.

Ukupna slika metabolizma željeza u tijelu bit će nepotpuna ako ne uzmemo u obzir željezo u tkivu. Količina željeza koja ulazi u sastav feroenzima je mala - samo 125 mg, ali važnost enzima tkivnog disanja teško je precijeniti: bez njih bi život bilo koje stanice bio nemoguć. Rezerva željeza u stanicama omogućuje nam da izbjegnemo izravnu ovisnost sinteze enzima koji sadrže željezo o fluktuacijama u njegovom unosu i potrošnji u tijelu.

[ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ]

Fiziološki gubici i značajke metabolizma željeza

Fiziološki gubici željeza iz tijela odrasle osobe iznose oko 1 mg dnevno. Željezo se gubi ljuštenjem kožnog epitela, epidermalnih dodataka, znojem, urinom, stolicom i ljuštenjem crijevnog epitela. Kod žena se željezo gubi i krvlju tijekom menstruacije, trudnoće, poroda i dojenja, što iznosi oko 800-1000 mg. Metabolizam željeza u tijelu prikazan je na dijagramu 3. Zanimljivo je primijetiti da se sadržaj željeza u serumu i zasićenost transferina mijenjaju tijekom dana. Visoke koncentracije željeza u serumu opažaju se ujutro, a niske vrijednosti navečer. Nedostatak sna kod ljudi dovodi do postupnog smanjenja sadržaja željeza u serumu.

Na metabolizam željeza u tijelu utječu elementi u tragovima: bakar, kobalt, mangan, nikal. Bakar je neophodan za apsorpciju i transport željeza; njegov učinak ostvaruje se putem citokrom oksidaze, ceruloplazmina. Učinak mangana na proces hematopoeze nije specifičan i povezan je s njegovim visokim oksidacijskim kapacitetom.

Kako bismo razumjeli zašto je nedostatak željeza najčešći kod male djece, adolescentica i žena u reproduktivnoj dobi, pogledajmo karakteristike metabolizma željeza u tim skupinama.

Nakupljanje željeza u fetusu događa se tijekom cijele trudnoće, ali najintenzivnije (40%) u posljednjem tromjesečju. Stoga, prijevremeni porod od 1-2 mjeseca dovodi do smanjenja opskrbe željezom za 1,5-2 puta u usporedbi s donošenom djecom. Poznato je da fetus ima pozitivnu ravnotežu željeza, koja ide protiv gradijenta koncentracije u korist fetusa. Placenta intenzivnije hvata željezo od koštane srži trudnice i ima sposobnost apsorpcije željeza iz majčinog hemoglobina.

Postoje oprečni podaci o utjecaju nedostatka željeza u majke na zalihe željeza u fetusa. Neki autori smatraju da sideropenija u trudnoći ne utječe na zalihe željeza u fetusa; drugi smatraju da postoji izravna veza. Može se pretpostaviti da smanjenje sadržaja željeza u majčinom tijelu dovodi do nedostatka zaliha željeza u novorođenčeta. Međutim, razvoj anemije zbog nedostatka željeza zbog kongenitalnog nedostatka željeza nije vjerojatan, budući da se učestalost anemije zbog nedostatka željeza, razine hemoglobina i željeza u serumu prvog dana nakon rođenja i u sljedećih 3-6 mjeseci ne razlikuju kod djece rođene od zdravih majki i majki s anemijom zbog nedostatka željeza. Sadržaj željeza u tijelu donošenog i prijevremeno rođenog novorođenčeta iznosi 75 mg/kg.

Kod djece, za razliku od odraslih, alimentarno željezo ne mora samo nadoknaditi fiziološke gubitke ovog mikroelementa, već i zadovoljiti potrebe za rastom, što u prosjeku iznosi 0,5 mg/kg dnevno.

Dakle, glavni preduvjeti za razvoj nedostatka željeza kod nedonoščadi, djece iz višestrukih trudnoća i djece mlađe od 3 godine su:

• brzo iscrpljivanje rezervi zbog nedovoljnog unosa egzogenog željeza;
• povećana potreba za željezom.

Metabolizam željeza u adolescenata

Značajka metabolizma željeza kod adolescenata, posebno djevojčica, jest izražena neusklađenost između povećane potrebe za ovim mikroelementom i njegovog niskog unosa u organizam. Razlozi za tu neusklađenost su: brzi rast, loša prehrana, sportske aktivnosti, obilne menstruacije i početna niska razina željeza.

Kod žena u reproduktivnoj dobi, glavni čimbenici koji dovode do razvoja nedostatka željeza u tijelu su obilne i produljene menstruacije, višestruke trudnoće. Dnevna potreba za željezom za žene koje gube 30-40 ml krvi tijekom menstruacije iznosi 1,5-1,7 mg/dan. S većim gubitkom krvi, potreba za željezom raste na 2,5-3 mg/dan. Zapravo, kroz gastrointestinalni trakt može ući samo 1,8-2 mg/dan, odnosno 0,5-1 mg/dan željeza ne može se nadoknaditi. Dakle, nedostatak mikroelemenata bit će 15-20 mg mjesečno, 180-240 mg godišnje, 1,8-2,4 g na 10 godina, odnosno ovaj nedostatak premašuje sadržaj rezervnog željeza u tijelu. Osim toga, broj trudnoća, razmak između njih i trajanje dojenja važni su za razvoj nedostatka željeza u žene.