Обмен железа в организме

Железо - биометалл, очень важный для нормального функционирования биологических систем организма на всех ступенях эволюционной лестницы. Оно участвует в митозе клеток, а также в реакциях синтеза ДНК, окислительно-восстановительных реакциях и т.п.

Источником железа в организме являются пищевое железо, всосавшееся в кишечнике, и железо разрушенных эритроцитов. Различают гемовое (содержащее протопорфирин) и негемовое железо. Обе формы усваиваются на уровне эпителиоцитов двенадцатиперстной кишки и проксимального отдела тощей. В желудке возможна абсорбция только негемового железа, на долю которого приходится не более 20%. В эпителиоцитах гемовое железо распадается на ионизированное железо, окись углерода и билирубин, причем усвоение его не связано с кислотно-пептической активностью желудочного сока. Негемовое железо, получаемое из пищи, первоначально образует легко растворимые соединения с компонентами пищи и желудочного сока, что благоприятствует его усвоению. Ускоренное усвоение железа происходит под влиянием янтарной, аскорбиновой, пировиноградной, лимонной кислот, а также фруктозы, сорбита, метионина и цистеина. Напротив, фосфаты, фитаты, а также сок поджелудочной железы, содержащий ингибиторы всасывания железа, ухудшают его абсорбцию.

Хлористоводородная (соляная) кислота желудочного сока играет ограниченную роль в утилизации железа. Более того, при дефиците соляной кислоты всасывание железа даже усиливается. В тонкой кишке железо захватывается щеточной каймой эпителиоцитов (энтероцитов); часть его поступает в депо слизистой оболочки тонкой кишки, а другая - всасывается в кровь, где соединяется с трансферрином, представляющим собой ß-глобулин, синтезируемый печенью. На уровне костного мозга трансферрин как бы «отгружает» железо на мембрану эритрокариоцитов, а проникновение железа внутрь клетки происходит при участии трансферриновых рецепторов, расположенных на мембране клеток. В клетке железо освобождается от трансферрина, поступает в митохондрии и используется в синтезе гема, цитохромов и других железосодержащих соединений. Хранение и запас железа после вхождения его в клетку регулируют железорегуляторные белки. Они связываются с трансферриновыми рецепторами и ферритином; на этот процесс влияют содержание эритропоэтина, уровень запасов тканевого железа, оксид азота, окислительный стресс, гипоксия и реоксигенация. Железорегуляторные белки служат модуляторами метаболизма железа в клетке. В клетках - предшественницах эритропоэза эритропоэтин повышает способность регуляторных белков связываться с трансферриновыми рецепторами, благодаря чему повышается захват железа клетками. При железодефицитной анемии этот процесс активируется в связи с уменьшением запасов железа в депо, гипоксией и повышенным синтезом эритропоэтина.

Железо, не использованное для синтеза гема, откладывается в лизосомах эритрокариоцитов и макрофагов в виде соединения с апоферритином, образуя запас железа, который расходуется по мере необходимости. Свободное железо - это токсический субстрат; трансферрин в этом случае играет не только транспортную роль, но и выполняет защитную, детоксицирующую функцию.

Диагностическое значение имеет определение уровня трансферриновых рецепторов в крови: при анемии, осложняющей течение хронических заболеваний, несмотря на низкое содержание сывороточного железа, уровень трансферриновых рецепторов понижен, а при железодефицитной анемии, напротив, повышен. При гемолитической анемии уровень трансферриновых рецепторов зависит от стадии процесса (ремиссия или гемолитический криз). Концентрация трансферриновых рецепторов в крови отражает уровень железа в эритрокариоцитах. Поэтому при железодефицитной анемии, сопровождающейся истощением содержания железа, уровень трансферриновых рецепторов повышен, а когда истощения железа на уровне костного мозга нет (например, при анемии хронических заболеваний) уровень трансферриновых рецепторов понижен. Следовательно, трансферриновые рецепторы - это самый чувствительный показатель ограниченного снабжения костного мозга железом.

В течение суток в плазму крови поступает до 35 мг железа, в т.ч. 21 мг - из разрушенных эритроцитов, 11 мг - из лабильного пула костного мозга, 1 мг - из депо и 1 мг - из пищи. В сутки от 17 до 40 мг железа расходуется на синтез гемоглобина. Потери железа у мужчин и неменструирующих женщин составляют не более 0,8-1,0 мг/сут, а у женщин в период менструаций, особенно обильных, - до 50 мг/сут; у матерей за период беременности и грудного кормления расходуется около 1 г железа (при общем запасе железа в организме 4-7 г).

Общий пул железа в организме можно условно разделить на клеточное и внеклеточное.

Клеточное железо ассоциировано с металлопротеидами в макрофагах, а также с порфиринами в эритроцитах и миоцитах, в митохондриальных ферментах (сукцинатдегидрогеназа, ксантиноксидаза), в ферментах, использующих железо в качестве кофермента (аконитаза, рибонуклеотидредуктаза).

Внеклеточное железо содержится в основном в сыворотке крови и связано с белками - трансферрином, лактоферрином, гемопексином, ферритином - или находится в виде свободных ионов. Небольшое количество внеклеточного железа можно обнаружить в лимфе и других биологических жидкостях. Клеточное железо находится главным образом в гепатоцитах, в макрофагах селезенки, легких, мышц и костного мозга в форме ферритина, представляющего собой водорастворимый комплекс апоферритина и гидроокиси трехвалентного железа, и гемосидерина - частично денатурированного и депротеинизированного ферритина. Несмотря на то что больше железа содержится в гемосидерине, оно усваивается хуже, чем из ферритина.