Обмен железа в организме

 3337
obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Железо является одним 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 в организме и его функции:

  • до 2/3 железа находится в составе гемоглобина эритроцитов крови и их предшественниках в красном костном мозге, железо 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.

Все железо в организме делят на два вида:

функционирующее или «рабочее» — выполняет нужные организму функции, составляет 75% железа

депонированное – запасное или резервное для пополнения рабочего пула, представлено ферритином и гемосидерином, составляет до 25%

 Формы железа в организме человека

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+

Потребности организма в железе

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 железа быстро израсходуются на протяжении первых месяцев жизни, поскольку рост ребенка очень активен.

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

Дневная потребность в железе 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

Беременность27

Лактация: 10

Да, железо, безусловно нужный микроэлемент, но в то же время является токсическим веществом. Свободное железо Fe2+ приводит к возникновению свободных радикалов, при этом повреждаются печень, поджелудочная железа, миокард, эндокринные железы (щитовидная, яичники/яичник, гипофиз). Поэтому железо всегда связано с одним из переносчиков, а его всасывание и распределение строго регулируется. У мужчин железа в теле больше чем у женщин, что обусловлено не только большей мышечной массой, но и количеством эритропоэтина (подробнее читай в статье о эритропоэтине).

Основные органы в обмене железа

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

Метаболизм железа в организме

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

В процессе обмена железа выделяют следующие этапы:

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

Поступление железа

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:

гемовое (ионизированное, закисное) Fe2+  — способно легко всасываться, источник — продукты животного происхождения

негемовое (неионизированное, окисное) Fe3+ — самостоятельно не всасывается, требует превращения в Fe2+, источник – растительные продукты

Для человека основным источником железа является именно гемовое железо Fe2+, которого больше всего в красном мясе (до 2/3 потребляемого Fe). О источниках железа в продуктах питания написано здесь.

Всасывание железа

На поверхности слизистой оболочки 12-ти перстной и верхней части тощей кишки у здорового человека всасывается около 10% железа пищи, что составляет 1-2 мг за сутки, это количество отвечает объему физиологических потерь (1-2 мг/сутки). При повышенной потребности в железе, например, при кровотечениях, поглощение может вырасти 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 транспортера-переносчика DMT 1 (divalent metal transporter 1), кроме железа он способен переносить и другие двовалентные металлы.

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 переносится в кровь при помощи феропортина. Поступая в кровь, железо 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!

obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Транспорт железа в крови

Одна молекула трансферрина способна связать 2 молекулы трехвалентного железа.

96% железа рециркулирует в теле, т.е. снова используется «свое» железо, без привлечения железа из пищи.

Метаболизм железа довольно экономен, представляет собой закрытый цикл, в котором максимально используется железо уже находящееся в обороте. Основой этого цикла является железо из «погибших» эритроцитов. Таким образом, за день рециркулируется около 20 мг железа, что в 10 раз больше всасываемого.

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.

obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Использование железа клетками тела

Клетка, которая нуждается в железе, имеет на своей поверхности трансферриновые рецепторы, с коротыми 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 (divalent metal transporter 1, тот же что и на слизистой кишечника). Трансферриновый рецептор опять возвращается на поверхность клетки и отщепляет свободный трансферрин в кровь.

Внутри клетки Fe2+ может поступить в митохондрии, где ферментом ферохелатазой вкладывается в протопорфирин – так заканчивается синтез гемма для гемоглобина. Железо также может быть депонировано в форме ферритина – сложной молекулы из белков и железа (Fe3+). Оксидировать железо способен только ферритин.

При дефиците железа внутри клетки повышается количество трансферриновых рецепторов на ее поверхности, при избытке – уменьшается.

obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Выведение железа из организма

Потеря железа происходит при слущивании клеток эпителия кишечника и с кровью (в физиологических условиях только при менструациях). Дневные потери железа 1-2 милиграмма.

Организм не способен избыток железа удалить.

Складирование железа

Ферритин и гемосидерин являеются депо-формами железа. Но, железо из ферритина может быть повторно использовано, а из гемосидерина – нет.

obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Регуляция обмена железа

На уровне организма основным регулятором обмена железа является гепсидин.

Гепсидин – это белок из 25 аминокислот. Имеет особенную волосо-подобную структуру и содержит 4 цистиновые мостика, по строению аналогичен противомикробным белкам.

Гепсидин образуется в печени, а свое действие реализует в 12-ти перстной кишке, где снижает всасывание железа. При избытке железа в организме уровень гепсидина увеличивается, а всасывание в кишечнике – снизится. При недостатке железа – уровень гепсидина будет снижатся, а всасывание железа – увеличиватся.

Гепсидин влияет на рециркуляцию железа в макрофагах. Чем больше гепсидина – тем меньше выделяется железа из макрофагах и оно активнее в них депонируется, что приведет к быстрому снижению уровня плазменного железа, поскольку рециркуляция количественно больше.

obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Много или мало?

Как недостаток, так и избыток железа в теле приводит к патологии. 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 железа и комплекса анализов для диагностики.

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

obmen-zheleza-v-tele-cheloveka

Анализы для оценки обмена железа

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

Комментарии (6)
Беседа
30.07.2015

Читал, что при хронических заболеваниях снижается уровень эритропоэтина, поэтому и развивается анемия. Это правда?

Doctor
13.08.2015

Добрый день.
При хроническом воспалении есть незначительный дефици эритропоэтина, ноон не достаточен для развития анемии. Большую роль в снижении уровня гемоглобина играет гепсидин — гормон, регулирующий обмн железа в теле.

Ингрид
11.08.2015

В 2013 году мне сделали операцию по бандажированию желудка. Похудела на 34 кг, с 124 до 90 кг. Не смотря на то, что стало легче и пеестали болеть суставы, чувствую усталость. Это может быть последствием бандажа, что у меня железо не всасывается в кишечнике??

Doctor
14.08.2015

Добрый день, Ингрид.
Бандаж влияет на количество потребляемой пищи, но не на ее всасывание. Оцените свое ежедневное меню, возможно Вы потребляете мало железосодержащих продуктов.

Ольга
03.09.2015

Добрый день, спасибо за подробную статью.
У моего сына в 15 месяцев диагностировали анемию. прописали комплекс железа и фолиевой кислоты в течении 3 месяцев. после повторного теста через 4.5 месяца, ферритин — 4 (при норме: от 5 до 205), а уровень сыв.железа (sideremia) стал еще ниже с 25 до 20 (при норме 35-170). подскажите, пожалуйста, какие анализы необходимо провести, чтобы выявить причину. спасибо.

Doctor
04.09.2015

Добрый день, Ольга.
Если анемия возникает в раннем возрасте, необходимо полное комплексное обследование, включающее общий анализ крови (гемоглобин, эритроциты, эритроцитарные индексы, ретикулоциты), микроскопия окрашенного мазка крови, окраска ретикулоцитов, оценка уровня фолиевой кислоты и витамина В12, растворимые рецепторы к трансферрину, трансферрин и ОЖСС — для начала. Одновременно нужно искать причину потери железа — полное физикальное обследование (врач пощупает,послушает, постукает), анализ кала и мочи (обязательно) ребенку.
Если анемия не устраняется препаратом железа — значит или железо усиленно теряется, или есть нарушение обмена железа, или препарат — подделка (увы, такое не редкость).
Обследоваться нужно в ближайшие месяцы, недостаток железа — значит недостаток кислорода в тканях, что ведет к гипоксии и замедленному психическому и физическому развитию ребенка.

Написать комментарий