Обмен железа в организме

Железо — один из жизненно важных микроэлементов человеческого тела, участвует в транспорте кислорода, тканевом дыхании, процессах детоксикации, деления клеток, передаче генетической информации, защите от инфекций. Анализ железа в крови проводится в лаборатории.

В теле человека находится 3-4 грамма железа или 50 мг/кг у мужчины и 35 мг/кг у женщины в репродуктивном возрасте (13-50 лет).

Распределение железа

• до 2/3 железа находится в составе гемоглобина эритроцитов крови и их предшественниках в красном костном мозге, переносит кислород к тканям
• 10% в миоглобине – белке скелетных мышц
• 15% в ферментах печени обеспечивающих обезвреживание
• 10% в макрофагах
• 0,1% железа связано с трансферрином в крови, т.е. находится «в пути» по кровеносным сосудам, за день это количество обновляется 5 раз

Уровень железа в сыворотке крови у взрослого 8-10 мг/л.

Виды железа

1. функционирующее или «рабочее» — выполняет нужные организму функции, составляет 75% железа
2. депонированное – запасное или резервное железо для пополнения рабочего пула, представлено ферритином и гемосидерином, до 25%

 Формы

Биомолекула	Количество железа	Форма железа
гемоглобин	2600 мг или 65%	Fe2+
миоглобин	130 мг или 6%	Fe2+
трансферрин	3 мг или 0,1%	Fe3+
ферритин	520 мг или 13%	Fe3+
гемосидерин	480 мг или 12%	Fe3+
каталазы, пероксидазы		Fe2+
цитохромы		Fe2+/Fe3+

А сколько нужно?

Потребности человеческого организма в железе меняются на протяжении жизни.

Количество железа у доношенного новорожденного ребенка составляет около 75 мг/кг массы тела, большая часть его была получена плодом в третьем триместре беременности. Данные объемы быстро израсходуются на протяжении первых месяцев жизни из-за активного роста ребенка.

Только с достижением половой зрелости нормы потребления железа уравновешиваются с расходами.

Дневная потребность, мг/день

Дети

• 0-6 месяцев – 0,27
• 7-12 месяцев – 11
• 1-3 года – 7
• 4-8 лет – 10
• 9-13 лет – 8

Мужчины

• 14-18 лет – 11
• 19-90 лет – 8

Женщины

• 14-18 лет – 15
• 19-50 лет – 18
• 51-90 лет – 8

Беременность — 27

Кормление грудью — 10

Да, железо, безусловно нужный микроэлемент, но в то же время — токсичный.

Свободное железо Fe²⁺ стимулирует образование свободных радикалов, при этом повреждает печень, поджелудочную железу, сердечную мышцу, эндокринные железы (щитовидная, яичники/яичник, гипофиз). Поэтому железо всегда связано с одним из переносчиков, а его всасывание и распределение находятся под строгим контролем. У мужчин железа в теле больше чем у женщин, что вызвано не только большей мышечной массой, но и количеством эритропоэтина (подробнее читай в статье о эритропоэтине).

Обмен железа

Метаболизм железа направлен на регуляцию процессов его поглощения и выведения с целью поддержания оптимального баланса.

Основные органы в обмене железа:

• кишечник
• печень
• красный костный мозг
• макрофаги в ретикуло-эндотелиальной системе (РЭС) – селезенка, лимфатические узлы, костный мозг

Этапы обмена железа:

1. всасывание
2. транспорт
3. использование
4. выделение

Поступление

При рождении ребенок имеет 250 мг железа, при грудном кормлении получает его с грудным молоком, при искусственном – из молочных смесей.

Железо пищевых продуктов находится в в 2-х формах:

1. гемовое (ионизированное, закисное) Fe²⁺  — легко всасывается, источник — продукты животного происхождения
2. негемовое (неионизированное, окисное) Fe³⁺ — самостоятельно не всасывается, требует превращения в Fe²⁺, источник – растительные продукты

Для человека основной источник железа — гемовое железо Fe²⁺, его больше всего в красном мясе (до 2/3 потребляемого Fe). О источниках железа в продуктах питания написано здесь.

Всасывание

На поверхности слизистой 12-ти перстной и верхней части тощей кишки у здорового человека всасывается около 10% железа пищи — 1-2 мг за сутки, это количество отвечает объему физиологических потерь (1-2 мг/сутки). При повышенной потребности, например, при кровотечениях, поглощение вырасает в 10 раз.

В зависимости от валентности всасывание железа проходит разными путями:

1. негемовое железо Fe³⁺ переходит в Fe²⁺ под влиянием фермента на поверхности каймы энтероцита – дуоденального цитохромома содержащего витамин С (аскорбиновую кислоту).
2. Fe²⁺ поступает в клетку эпителия кишечника при помощи специального переносчика DMT 1

Гемм в энтероците освобождается от переносчика ферментом гемоксигеназой на свободное железо. Точные механизмы транспорта железа внутри кишечных клеток не установлены.

Внутри энтероцита железо хранится в форме ферритина или переносится в кровь.

С базальной мембраны энтероцита, обращенной к сосудам, железо попадает в кровь при помощи феропортина и связывается со своим специфическим переносчиком – трансферрином. При выходе из клетки железо переходит в техвалентную форму Fe³⁺ с помощью гефестина, а процесс контролируется белком гепсидином (читай далее).

Процесс всасывания железа контролируется, но выведение – нет!

Транспорт в крови

Одна молекула трансферрина связывает 2 молекулы трехвалентного железа.

Метаболизм железа экономен, это закрытый цикл, где максимально используется железо уже находящееся в обороте. Основой этого круговорота служат молекулы из «погибших» эритроцитов. Таким образом, за день рециркулируется около 20 мг железа, что в 10 раз больше поступлений.

На втором месте по значению в рециркуляции находятся макрофаги, захватывающие старые эритроциты. Внутри макрофага эритроцит распадается, а гемоксигеназа высвобождает железо из гемоглобина. Железо из макрофага после окисления церулоплазмином через феропортин попадает снова в кровь к трансферрину.

Использование клетками тела

Клетка, которой нужно железо, располагает на своей поверхности трансферриновые рецепторы, с которыми связывается трансферрин.

Рецептор-опосредованным эндоцитозом внутрь клетки попадают комплекс «трансферриновый рецептор-трансферрин-железо».

Fe³⁺ высвобождается из этой связи и превращается в Fe²⁺, выходит из эндосомы через специальный транспортер-переносчика DMT 1 (тот же что и на слизистой кишечника). Трансферриновый рецептор возвращается на поверхность клетки и отщепляет свободный трансферрин в кровь.

Внутри клетки Fe²⁺ или поступает в митохондрии (где фермент ферохелатаза вкладывает его в протопорфирин – так заканчивается синтез гемма для гемоглобина) или депонируется в форме ферритина – сложной молекулы из белков и железа (Fe³⁺).

При железодефиците повышается количество трансферриновых рецепторов, при избытке – уменьшается.

Выведение

Потеря железа постоянна — при слущивании эпителия кишечника (выходит с калом) и с кровью (в физиологических условиях только при менструациях). За сутки 1-2 милиграмма.

Организм не способен избыток железа удалить.

Складирование

Ферритин и гемосидерин — депо-формы железа. Но, из ферритина его можно использовать повторно, из гемосидерина – нет.

Регуляция обмена

На уровне организма основной регулятор — гепсидин.

Гепсидин образуется в печени, действие реализует в 12-ти перстной кишке, где снижает всасывание железа. При избытке железа — гепсидина больше, а всасывание в кишечнике – меньше. При недостатке железа – меньше гепсидина, больше железа будет всасываться.

Много или мало?

Как недостаток, так и избыток железа приводит к заболеванию. Железодефицитная анемия развивается в следствии недостатка железа в пище или усиленных его потерь. Анемия при хронических заболеваниях проявляется повышением количества депонированного железа и недостатком его в эритроцитах. Отличить эти два очень похожие состояния помогает знание механизмов обмена и комплекса анализов для диагностики.

Избыток металла удалить из тела невозможно, поэтому все болезни накопления — гемохроматозы — лечатся периодическими кровоизлияниями и ограничением потребления.

Анализы для оценки обмена железа

• железо сыворотки крови
• общий анализ крови
• трансферрин
• ферритин
• ОЖСС – общая железосвязывающая способность сыворотки
• растворимые рецепторы трансферрина
• церулоплазмин
• эритропоэтин
• гаптоглобин

Читайте о диагностике анемии в статье «Диагностика анемии. Какие анализы стоит сдавать?».