Обмен железа в теле человека

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 теле 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 тела 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 теле 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 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

Беременность: 27

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

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!

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.

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.

Выведение железа из тела

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.

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.

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.

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?».