Усвоение железа в организме человека: Обмен железа в организме

Правильное питание при железодефицитной анемии

Железодефицитная анемия представляет собой патологическое состояние, обусловленное уменьшением в крови белка гемоглобина, основной задачей которого является транспортировка кислорода к тканям и внутренним органам.

Кто страдает анемией?

В большинстве случаев анемия встречается у женщин, ожидающих рождения ребенка, кормящих матерей, людей с ослабленным иммунитетом и часто болеющих, пациентов, которые перенесли операции или потеряли много крови.

Причиной развития данной патологии могут стать также некоторые заболевания тонкого кишечника и невосприимчивость витамина В12, без которого усвоение железа организмом невозможно.

Как распознать анемию?

Основными клиническими проявлениями железодефицитной анемии являются:

  • Быстрая утомляемость;
  • Головокружения;
  • Апатия и отсутствие аппетита;
  • Бледность кожи;
  • Ломкость волос и ногтей;
  • Мелькание «мушек» перед глазами; изменение вкусовых пристрастий – например, больные отмечают желание съесть мел или землю;
  • Одышка и учащенное сердцебиение.

Анемия представляет опасность для организма человека, поэтому данное заболевание нельзя пускать на самотек. Вследствие недостаточного получения тканями и органами кислорода начинает страдать головной мозг и сердце, в результате чего у человека развиваются сопутствующие заболевания и патологии.

Особенно опасна железодефицитная анемия для будущих мам, так как при этом ребенок в утробе не получает достаточное количество кислорода и питательных веществ. В результате этого плод начинает отставать в развитии, возникает риск преждевременных родов, слабости родовой деятельности и рождения ребенка с маленьким весом.

Лечение анемии

В современной фармакологии существует огромное количество препаратов, которые увеличивают уровень железа в организме, только принимать их нужно длительно и по определенной схеме. При выявлении анемии не стоит сразу хвататься за лекарства, да и врачи сами чаще рекомендуют корректировать уровень гемоглобина в крови при помощи продуктов питания.

Что можно есть при анемии?

Уровень железа в организме на начальных этапах развития анемии можно повысить при помощи продуктов питания:

  • Зеленые яблоки;
  • Гречневая каша;
  • Печень – преимущество отдается говяжьей, так как содержание железа в этом продукте максимально;
  • Гранат;
  • Петрушка;
  • Говядина;
  • Индейка;
  • Яблочный сок;
  • Овсяная каша.

От чего лучше отказаться?

Важно знать, что усвоению железа из пищи препятствуют такие продукты, как:

  • Молоко;
  • Черный кофе и чай;
  • Свежие хлебобулочные изделия;
  • Шоколад и различные пирожные;
  • Жирные, копченые, пряные, соленые и острые блюда.

Из рациона лучше временно исключить свинину. Молочную продукцию не стоит исключать, но важно не сочетать ее с продуктами, богатыми железом, так как его всасывание организмом будет минимальным.

Например, если вы очень любите молочные каши, то на какой-то период от них придется оказаться. Съедайте кашу в чистом виде, а молоко можно будет выпить через 1,5-2 часа после приема пищи. За этот период времени организм успевает полностью извлечь из пищи железо и усвоить его.

Многие будущие мамы страдают пониженным артериальным давлением, от чего спасаются чашечкой кофе по утрам. Важно помнить о том, что кофеин содержащие напитки полностью блокируют всасывание железа тонким кишечником, поэтому на время лечения анемии от них лучше оказаться, тем более что и пользы в них никакой нет. Замените кофе и черный чай компотами или морсами из свежих ягод, которые богаты не только железом, но и другими важными микроэлементами и витаминами.

Если врач назначил вам железосодержащие препараты, то следует учитывать некоторые нюансы их приема:

  • Принимать препараты железа лучше за 1,5 часа до еды или через 2 часа после, тогда всасыванию микроэлемента ничего не будет препятствовать;
  • Таблетки следует запивать подкисленной жидкостью, например, компотом, соком или просто водой с добавлением дольки лимона. Железо быстро усваивается организмом при взаимодействии с витамином С;
  • В течение 40-60 минут с момента приема таблетки железа не рекомендуется пить чай, кофе или принимать пищу.

Примерный рацион питания при железодефицитной анемии

Завтрак: овсяная каша с бананом, сладкий сухарик и зеленый чай;

Обед: свекольник, хлеб с отрубями, гречневая каша и котлета из индейки, компот из сухофруктов;

Полдник: смузи из спелых ягод или запеченные яблоки;

Ужин: салат из свежих овощей и зелени, суфле из говяжьей печени;

Перед сном – стакан кефира.

При планировании рациона питания и соблюдении рекомендаций врача пациентам с легкими формами анемии удается без использования лекарственных препаратов восстановить нормальный уровень железа в крови.

Помните, что самолечение анемии совершенно недопустимо, так как недостаток гемоглобина в крови может быть вызван тяжелыми заболеваниями тонкого кишечника и одной диеты тут будет недостаточно!

Врач-рентгенолог Блажевич А.О.

ЖЕЛЕЗА НУЖНО СТОЛЬКО, СКОЛЬКО НУЖНО

Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц (на рисунке окрашены в разные цвета). Каждая из субъединиц имеет железосодержащую группу — гем (выделена красным цветом).

Состав воздуха в дыхательных путях (в объемных процентах).

Количество железа в основных пищевых железосодержащих продуктах

Кругооборот кислорода и углекислоты в большом и малом кругах кровообращения .

Обмен железа в организме.

Как говорил Мефистофель, «кровь — это сок особого рода». Из всех жидкостей организма именно кровь обеспечивает человека кислородом (О2), жизненно необходимым для выработки энергии всех видов, и удаляет основной ядовитый продукт обмена веществ — углекислый газ (СО2). Транспортировка этих газов происходит при непосредственном участии атомов железа.


В теле здорового человека постоянно присутствует 4-5 граммов железа. Примерно 70% этого количества требуется для насыщения гемоглобина, запакованного в эритроцитах, 5-10% железа приходится на миоглобин, который участвует в передаче кислорода и углекислого газа в мышцах, 20-25% находятся в резерве, преимущественно в печени. Около 0,1% всего железа связано с белком трансферрином в плазме крови.

Наше тело сплошь пронизано мельчайшими сосудами — капиллярами. Многие из них так тонки, что эритроцитам приходится превращаться из шарика в тонкую палочку, чтобы протиснуться внутрь. Несмотря на длинный и трудный путь, некоторые из эритроцитов тратят на пробег по большому кругу кровообращения, от левого желудочка до правого предсердия, менее 30 секунд и за это время должны успеть отдать кислород тканям. По капиллярам легких эритроциты проходят всего за 10 секунд, успевая отдать захваченный ими в тканях тела СО2 и заместить его новой порцией О2.


Такой оборотистости эритроцит не мог бы обрести, если бы не гемоглобин. Образующий его основу белок глобин имеет вид шарика, состоящего из четырех субъединиц — полипептидных цепочек, свернутых в виде карманов. В каждый из карманов «вложен» железосодержащий комплекс — гем. Стоит одной молекуле О2 проникнуть в карман и соединиться с железом, как остальные цепочки глобина начинают последовательно выворачиваться таким образом, что второй, третий и четвертый атомы железа «высовываются» наружу. Тут железо мгновенно связывается с кислородом, которого в легких почти столько же, сколько и в окружающем воздухе, то есть относительно много. Благодаря перестройке молекулы глобина возникает так называемый кооперативный эффект: связывание первой субъединицы глобина с кислородом повышает сродство к нему другой субъединицы, связывание второй — повышает сродство третьей и так далее. С каждым шагом присоединение О2 к железу гемоглобина облегчается. Четвертый атом железа приобретает, таким образом, в 500 раз большее сродство к кислороду, чем первый. Этот механизм был установлен британским биохимиком лауреатом Нобелевской премии Максом Перуцем в 60-х годах прошлого века.

Итак, гемоглобин насыщается кислородом, не вступая с ним в прочную химическую связь, и на 100% превращается в оксигемоглобин ярко-алого цвета, что типично для артериальной крови. В капиллярах, где концентрация О2 ниже, чем в артериях, устойчивость оксигемоглобина снижается. Датский физиолог Христиан Бор, отец знаменитого Нильса Бора, установил, что не только более высокая концентрация углекислого газа вытесняет кислород из гемоглобина, но и связывание каждой молекулы СО2 с атомом железа снижает сродство соседних атомов к О2, то есть идет борьба двух кооперативных систем. В результате гемоглобин очень быстро отдает тканям весь кислород и насыщается углекислым газом, меняя цвет на более темный — цвет венозной крови.


*

Гемоглобин синтезируется там же, где рождаются молодые эритроциты, — в костном мозге. В одном эритроците насчитывается 400 млн молекул гемоглобина, и ежесекундно костный мозг рождает 2,5 млн эритроцитов! Тем не менее 70% общего железа организма, то есть примерно 3 грамма, хватает, чтобы насытить кровь гемоглобином из расчета 160 г/л.


Жизнь эритроцита невелика — всего 125 дней. На «кладбище» эритроцитов, в селезенке, гемоглобин распадается, и его нужно строить заново. А железо? Если бы оно безвозвратно терялось, то организм должен был бы только для строительства новых эритроцитов каждые 125 дней возобновлять все запасы железа в крови. Каждый день требовалось бы около 25 мг, а с учетом того, что железо всасывается не полностью, — еще больше. По счастью, железо из разрушенных эритроцитов в значительной мере возвращается к месту синтеза, а потому суточная потребность здорового человека в железе не превышает 15 мг. Это количество целиком покрывается за счет пищи. «Поджелезивать» пищу, подобно тому, как мы ее подсаливаем, здоровому человеку не требуется. Несмотря на столь благоприятные условия, иногда железа все-таки не хватает. Развивается железонедостаточное малокровие, по-врачебному — железодефицитная анемия, которая составляет 80% всех анемий.


Изучением этого заболевания занялись давно. С VI до XVI века, то есть почти все Средневековье, анемия считалась особенно свойственной молодым девушкам и называлась «бледная немочь». С развитием медицинской химии была установлена и ее причина — недостаток железа в крови, и болезнь получила название «хлороз», от греческого слова, означающего бледно-зеленый цвет. Оба названия хорошо подчеркивают внешне заметный симптом болезни.


В настоящее время заболевание называется железодефицитной или гипохромной анемией. Не самая главная, но самая простая причина этого заболевания — недостаток железа в пище. Такое бывает, например, при вегетарианском питании (намеренном или вынужденном), поскольку из общего количества железа, содержащегося в мясе, усваивается 20%, в рыбе — 10%, а в растительных продуктах — не более 2-6%. В молоке и твороге железа практически нет.

Почему-то все на первое место по содержанию железа ставят яблоки. Видимо, потому, что мякоть разрезанного яблока на воздухе, окисляясь, буреет, приобретая цвет ржавчины. Достоинства яблок не следует умалять, но на первое место они претендовать не могут, тем более что содержание в них железа зависит от сорта. Более значимые источники железа — говяжья печень и говядина, бобовые, гречка, ржаной хлеб.


Для успешного усвоения железа требуются аскорбиновая кислота и витамины группы В — В3, В6, В12, Вс (фолиевая кислота). Недостаток белка в рационе, а также избыток жира и молока снижают усвояемость железа.


Из внутренних (эндогенных) причин железодефицитной анемии следует назвать такое вполне обычное состояние, как усиленный рост. У доношенных младенцев она возникает в возрасте двух-трех месяцев, а у недоношенных еще раньше. Детская анемия в возрасте четырех-шести месяцев связана с быстрым ростом при одновременном истощении запасов железа в печени и костном мозге. У детей в первый год жизни она усугубляется дефицитом железа в молоке матери и затянувшимся молочным кормлением. Повышенная потребность в железе появляется у молодых девушек в связи с усиленным ростом, начинающимися физиологическими потерями крови, угнетающим действием эстрогенов на потребление железа, да еще если они ограничивают себя в питании, чтобы похудеть. У женщин зрелого возраста анемия может проявиться в период беременности и кормления ребенка грудью.


Другая распространенная причина железодефицитной анемии — болезни. Хронические воспаления кишечника, особенно 12-перстной кишки, препятствуют эффективному всасыванию железа. Плохо усваивается оно и при низкой кислотности желудочного сока. Медленную, но верную потерю железа вызывают кровоточащие язвы желудка и кишечника, а также обильные менструации (чаще всего связанные с заболеваниями матки).


Нехватка железа приводит к снижению уровня гемоглобина в крови. А что окрашивает щеки ярким румянцем? Что дает силу сердцу и мышцам? Что обеспечивает напряженную работу мысли? Алая артериальная, насыщенная кислородом кровь. Железодефицитная анемия — болезнь довольно распространенная. Ею страдают, учитывая бессимптомные формы, более 30% населения, преимущественно женщины зрелого возраста. Когда возникает недостаток железа, человек его поначалу не ощущает. Симптоматика заболевания не слишком типична. При анемии больные бледны, вялы, ко всему безразличны. Отмечаются извращение вкуса и обоняния, нарушение роста ногтей.


Хроническая недостаточность снабжения кислородом внутренних органов вызывает нарушения функции печени, сердечной мышцы, атрофию слизистой оболочки кишечника, изменения электроэнцефалограммы. Атрофия слизистой пищевода может приводить к нарушению глотания сухой пищи. Эти симптомы нередко возникают раньше проявления явной анемии, в так называемый латентный период.


Вы, может быть, замечали, что некоторые люди с удовольствием едят мел или известь? Вообще-то, это не совсем нормально. Но не надо думать, что тяга к мелу обязательно вызвана недостатком кальция, хотя чаще всего так и бывает. Подобное пристрастие обнаруживается и у тех, кто страдает от недостатка железа. У этих же людей бывает любовь к запаху керосина или выхлопных газов автомобилей.


*


Рассмотрим конкретный пример лечения препаратами железа после кровопотери. Допустим, в результате ранения человек потерял литр крови, а с ней почти грамм железа. Какое-то количество его пополнилось из запасов, которые хранятся в печени. Однако все равно остался дефицит — примерно 0,5 г. Новые порции эритроцитов выйдут из костного мозга в кровь недогруженными. Поскольку железо содержится не только в гемоглобине, но и в других белках, в частности в некоторых ферментах, то фактически для восполнения недостачи и создания запасов требуется ориентировочно в два раза больше железа, для ровного счета — 1 г. А грамм железа — это примерно один гвоздь! Да, но как его «вогнать» в костный мозг?


Глотать железные опилки бесполезно, они проскакивают по кишечнику транзитом и не всасываются. Можно получить очень тонкий порошок железа, восстанавливая его окись в токе водорода. Но такого порошка всасывается лишь 0,8% от введенного количества, то есть для того, чтобы в кровь поступил необходимый грамм, нужно съесть 125 г порошкообразного железа! Расстройство желудка обеспечено. А будет расстройство, и 1 г не всосется.

Поэтому железо используют в виде солей или комплексов, которые лучше всасываются. Сейчас применяют лактат, сульфат, фумарат, хлорид железа, а также комплексы солей железа с аскорбиновой кислотой, фолиевой кислотой и другими витаминами. В последние годы появились данные, свидетельствующие о том, что при лечении гипохромной анемии препаратами железа необходимо назначение витамина Е (альфа-токоферола) для повышения эффективности терапии и для снижения прооксидантного действия, свойственного ионам железа. Поступление в организм железа можно растянуть во времени, принимая препараты с замедленным действием.


Если нужно повысить содержание железа в организме в экстренном порядке или если по какой-либо причине невозможно принимать его через рот, используют препараты для внутривенного введения, но это уже забота врачей. Критерием эффективности лечения считается повышение гемоглобина на 0,15-0,3 г/л в сутки. В первые дни эффект выше, но постепенно снижается. Поскольку суточное увеличение можно и не заметить, а лечение требуется долгое, то анализы повторяют не чаще одного раза в две недели. Увеличение содержания гемоглобина за этот срок на 2% считается удовлетворительным. К сожалению, встречаются такие формы болезни, при которых железо, введенное в желудок и попавшее далее в кровь, не усваивается. Таким больным при необходимости переливают эритроцитарную массу.


Лечить хлороз препаратами железа начали очень давно, в XVII веке, но причину действия лекарства не понимали. Даже в учебнике по фармакологии издания 1917 года отмечается: «Чем объясняется действие железа при хлорозе, это с точностью пока не выяснено. Казалось бы, что вообще нет надобности в особой доставке железа, ибо, насколько известно, ежедневная пища содержит обыкновенно железо в избытке». Как видите, с тех пор медицина сделала колоссальные успехи.


*

Мы разобрались, и то частично, с тем заболеванием, при котором железа в организме мало. Но его может быть и слишком много!


Обычно в организме имеется относительно постоянный запас железа в виде растворимого в воде ферритина и нерастворимого гемосидерина. Первый служит временным хранилищем запасов железа, второй — формой отложения избытка в тканях. Постоянный уровень железа поддерживается за счет регуляции всасывания, но не выделения. Поступающее с пищей железо вначале откладывается в слизистой оболочке кишечника. По мере надобности оно переносится транспортным белком трансферрином в костный мозг и печень. Если депо железа заполнено и в крови его хватает, то железо остается в клетках кишечника, которые каждые три-четыре дня замещаются новыми, и избыток железа удаляется вместе со слущенным эпителием. В сутки из организма выводится 1-2 мг железа (если нет потерь крови).

Существует наследственное заболевание — гемохроматоз (пигментный цирроз, бронзовый диабет), причина которого заключается в утрате кишечником способности регулировать поступление железа по мере необходимости. В результате все доступное из пищи железо поступает в кровь. Проявляется болезнь не только в окраске кожи, но и в массовом отложении железа в органах, особенно в печени. Известный генетик И. В. Давыдовский назвал эту болезнь «дегенеративным ржавением». Болеют гемохроматозом преимущественно мужчины. Первыми симптомами служат боли в правом подреберье, повышение гемоглобина до 130-170 г/л, снижение количества эритроцитов. В организме некоторых больных успевает накопиться 100-кратное количество железа.


Гемохроматоз — болезнь тяжелая, но не безнадежная. Сейчас имеются препараты, которые захватывают железо и переводят его в растворимое состояние, тем самым способствуя выведению с мочой.


Другая болезнь, связанная с избытком железа в крови, — гемосидероз. Она довольно редка и возникает при массовом разрушении эритроцитов. Причиной гемосидероза могут стать частые переливания крови, отравление (в частности, грибами), укусы змей, некоторые инфекционные заболевания, например малярия.


Кроме того, повышенное содержание железа в организме способно привести к активизации болезнетворных микробов и ослаблению иммунитета. Словом, недостаток железа — плохо, избыток — тоже плохо. В человеческом организме всего должно быть в меру.


Иллюстрация: «Состав воздуха в дыхательных путях (в объемных процентах)».
Состав воздуха в дыхательных путях (в объемных процентах). Примечание. Выдыхаемый воздух отличается от альвеолярного потому, что смешивается с остаточным воздухом, остающимся в трахее и бронхах.



Иллюстрация: «Кругооборот кислорода и углекислоты в большом и малом кругах кровообращения».


Кругооборот кислорода и углекислоты в большом и малом кругах кровообращения. В малом круге кровообращения углекислый газ вытесняется из гемоглобина и заменяется кислородом. При этом кровь приобретает алый цвет. Через большой круг кровообращения артериальная кровь, в которой каждая молекула гемоглобина несет четыре молекулы кислорода, поступает в капилляры тканей. В тканях содержится много углекислого газа и умеренное количество кислорода. Поэтому в результате замены в гемоглобине четырех молекул О2 на четыре молекулы СО2 кровь приобретает темный цвет с вишневым оттенком (венозная кровь).



Иллюстрация: «Обмен железа в организме».


Обмен железа в организме. Сбалансированный рацион содержит достаточно железа, чтобы обеспечить суточную потребность, составляющую в среднем 10-20 мг. В кишечнике обычно всасывается 1-2 мг. Всасывание железа возрастает, если требуется восполнить возникший дефицит, например при физиологических потерях крови у женщин.

Недостаток железа в организме — Аптека «Больше чем меньше»

Железо (Fe) является одним из самых важных микроэлементов для поддержания комфортной жизнедеятельности организма и протекания в нем различных химических процессов. В организме взрослого среднестатистического человека находится примерно 3-4 г железа. В плазме крови Fe больше всего – около 3,5 мг. Кроме того, в процентном соотношении, феррум в организме присутствует в следующих видах — гемоглобин (68%), ферритин (27%), миоглобин (4%), трансферрин (1%).

Сложно переоценить роль данного элемента для человеческого организма. Он является многофункциональным и выполняет весьма важные задачи. В первую очередь он участвует в образовании красных кровяных телец, входит в структуру гемоглобина и участвует в транспортировке кислорода от легких по всей кровеносной системе к органам и тканям.

Помимо этого, железо:


  • участвует в иммунобиологических процессах,

  • повышает сопротивляемость к болезнетворным бактериям,

  • участвует в процессе кроветворения, образовании гемоглобина,

  • насыщает клетки и органы кислородом, ферментами и органическими молекулами,

  • предотвращает развитие анемии,

  • выводит углекислоту из организма,

  • обеспечивает формирование здорового плода будущего малыша,

  • помогает обеспечить полноценную работу щитовидной железы,

  • обезвреживает токсины в печени,

  • поддерживает здоровый и красивый вид кожи, волос и ногтей.

Суточная норма железа

Количество ежедневно потребляемого железа индивидуально для каждого человека. На него влияет возраст, здоровье и активность человека. Так при регулярных тяжелых физических нагрузках норма железа значительно увеличивается. Больше этого важного микроэлемента требуется и беременным женщинам, им необходимо употреблять продукты, содержащие железо.

Ежедневно человек теряет некоторое количество необходимого микроэлемента вследствие физиологических причин – шелушение кожи, менструация, всевозможные царапины и ссадины.

Заболевания желудка и кишечника способны вызывать нехватку феррума. Пониженная или повышенная кислотность желудка уменьшает всасывание, что мешает усвоению железа. По этим причинам необходимо постоянно пополнять запасы организма и потреблять продукты, содержащие железо.

Усвоение железа происходит в маленьких количествах. Много микроэлемента содержится в мясе, особенно в печени, рыбе, бобовых, гречке, гранате, бузине и др. Для того, чтобы железо усваивалось лучше, ежедневно в меню необходимо включать мясо домашней птицы и говядину. Регулярное употребление аскорбиновой кислоты в больших дозировках также оказывает положительное действие. Параллельный прием фолиевой кислоты с препаратами железа или же продуктами питания, богатыми этим микроэлементом, значительно увеличит его усвояемость. Витамин В12 улучшает всасывание в тонком кишечнике.

Одной из причин развития нехватки является неправильное сочетание продуктов. Слишком кислая или щелочная среда нарушает всасываемость. К примеру, после мясного блюда сразу пить чай или кофе. В чае содержится много танина, который нарушает усвоение железа. Не рекомендуется сочетать питание богатое феррумом и кальцием. Кальций вымывает железо из организма, он содержится в молочной пище. Рис выводит феррум и вызывает его нехватку.


Симптомы нехватки железа в организме

Дефицит железа может проявляться в двух стадиях – латентной и анемии.

Латентная стадия железодефицита характеризуется истощением запасов микроэлемента в организме, снижением активности ферментов, в состав которых входит железо. Также нередко у взрослых наблюдается увеличение всасывания железа толстым кишечником. Уровень гемоглобина при латентной стадии остается в норме.

Железодефицитная анемия сопровождается такими симптомами:


  • повышенной усталостью — не проходящей даже после длительного отдыха – один из самых распространенных признаков дефицита железа;

  • синдромом беспокойных ног – сильное желание постоянно двигать ногами в состоянии покоя и во время сна;

  • затрудненным дыханием, одышкой — гемоглобин доставляет тканям кислород. При недостатке железа концентрация гемоглобина падает. В результате мышцы не получают достаточного количества кислорода для нормальной работы. В качестве компенсаторного механизма происходит активация дыхательного центра в головном мозге, что приводит к учащению дыхания даже при минимальных физических нагрузках, например, ходьбе;

  • частыми головными болями — в условиях недостатка кислорода в головном мозге нарушается кровообращение. В первую очередь страдает венозный кровоток, что приводит к повышению внутричерепного давления и возникновению головных болей;

  • сниженным иммунитетом;

  • боли в сердце, тахикардия;

  • увеличивается выпадение волос, ногти становятся ломкими — стремясь компенсировать недостаток кислорода, организм ограничивает периферический кровоток. Основной поток крови поступает к жизненно важным органам. Поэтому кожа и волосы получают меньше не только кислорода, но и питательных веществ, что значительно ухудшает их состояние.

  • часто возникает озноб;

  • бледный цвет кожи и внутренней части нижнего века – признак анемии средней и тяжелой степени. Кожа становится сухой и шершавой, на губах возникают трещинки.

Лечение

При наличии симптомов железодефицитной анемии необходимо сделать общий анализ крови. Обратите внимание на следующие показатели:


  • Количество эритроцитов (RBC).

  • Уровень гемоглобина (Hb).

  • Среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCH).

Чтобы выяснить, есть ли у вас латентный дефицит железа сдайте анализ крови для определения:


  • Ферритин. Депо железа в организме. При латентном дефиците его концентрация снижается.

  • Железо сыворотки. Показывает количество железа в сыворотке крови. При его недостатке – ниже нормы.

  • Трансферрин. Транспортный белок. Анализ определяет степень насыщения трансферрина железом. Падение ее ниже 30% говорит о дефиците железа.

  • Общая железосвязывающая способность сыворотки. Этот параметр возрастает при дефиците железа.

Нельзя лечить анемию только изменениями в режиме питания без назначения препаратов железа, точно так же, как и фармакотерапия не может быть эффективной без соответствующей диеты.
Курс лечения анемии должен состоять из двух этапов: первый — ее купирование с применением лекарственных препаратов сроком 1–1,5 месяца, поскольку рост гемоглобина начинается только с третьей недели, второй — восполнение запасов железа в течение 2 месяцев.
Повышение уровня гемоглобина до нормы не означает, что лечение закончено. Максимальные результаты в лечении железодефицитной анемии могут быть достигнуты только при комплексном подходе в сочетании с последующей профилактикой.

Ознакомиться с ассортиментом препаратов и биологически активных добавок, содержащих железо, можно на нашем сайте в разделе Витамины — Моновитамины и минералы

https://aptekabm.ru/catalog/monovitaminy_i_mineraly/filter/vid-is-940b3a16-5525-11e9-ab58-901b0ec43e…

Как повысить железо в организме — Советы врача / НВ

Витамин С — самый сильный фактор улучшения всасывания железа

Почему не всасывается железо? К предыдущему тексту про избыток железа было много вопросов про дефицит. Кратко и тезисно: более-менее минимум ферритина — 40. Помним, что повышенный и нормальный ферритин при воспалении и не только может маскировать даже анемию, поэтому важно добавить к анализам % насыщения железом трансферрина или, еще лучше, уровень растворимых рецепторов трансферрина (sTfR, soluble transferrin receptor). Часто препятствия к оптимальному накоплению железа нужно искать на уровне его всасывания.

Пищевой контекст

Ухудшают всасывание танины чая, какао, кофе и так далее, фитаты (каши, хлебцы и тому подобное), фосфаты и кальций (все молочные продукты), оксалаты и прочее. Так, дополнительный прием в течение 10 дней молока и сыра на 30−50% снизил усвоение железа. А чай на 62% снижает усвоение железа по сравнению с водой.

Чай на 62% снижает усвоение железа

Заболевания

На усвоение железа влияют болезни желудка (чаще всего сниженная кислотность при гастритах) и кишечника. Часто хронические воспалительные заболевания (гепсидиновый механизм) блокируют всасывание железа: ожирение, аутоиммунные заболевания, опухоли, инфекции.

Добавки и препараты

Кальций, цинк, витамин Е, антациды, ингибиторы протонной помпы (омепразол и тому подобное), тетрациклины, магний ухудшают усвоение железа. Также снижает всасывание дефицит витаминов и минералов: В6, В9, В12, меди и марганца. Медь и марганец можно принимать одновременно с железом (для лучшей переносимости препараты железа лучше принимать с едой, но еще лучше — перед). Менее значимо влияют молибден, цинк, кобальт.

Улучшает всасывание: витамин С и другие органические кислоты, включая лимонную, янтарную и прочие, а также фруктоза, сорбит, аминокислоты (метионин, цистеин), «фактор животного белка» (миоглобин+гемоглобин). Витамин С — самый сильный фактор улучшения всасывания железа.

Поэтому мясо в уксусе, с добавление киви без гарнира и запитое водой с лимоном (без молочных продуктов, каш и шпината) будет простым способом улучшить усвоение принимаемых одновременно с этим препаратов железа.

Текст публикуется с разрешения автора

Оригинал

Присоединяйтесь к нашему телеграм-каналу Мнения НВ

Больше блогов здесь

функции и роль, нормы содержания и признаки недостатка

Железа, которое содержится в теле человека, хватит на крупный гвоздь. Это приблизительно 2,5–4,5 грамм. Казалось бы, совсем немного. Тем не менее влияние железа на многие жизненно важные процессы огромно, и его недостаток (как и избыток) моментально сказывается на нашем самочувствии и может привести к серьезным последствиям.

Роль железа в организме: микроэлемент с важной миссией

У железа очень много функций. Вот основные из них:

  • Транспортировка кислорода к тканям. Железо входит в состав гемоглобина — белка, из которого состоят красные кровяные тельца (эритроциты). Именно железо отвечает за захват кислорода, после чего эритроциты переносят его ко всем органам и системам организма. Эти же кровяные тельца (и снова при помощи железа!) подбирают отработанный углекислый газ и транспортируют его в легкие для утилизации. Без железа дыхательные процессы на клеточном уровне были бы просто невозможны.
  • Метаболизм. Железо в организме человека является составной частью многих ферментов и белков, которые необходимы для обменных процессов — разрушения и утилизации токсинов, холестеринового обмена, превращения калорий в энергию. Оно также помогает иммунной системе организма справляться с агрессорами.

Нет ничего удивительного в том, что недостаток железа отражается на внешности, здоровье и самочувствии.

При дефиците этого элемента кожа становится бледной и сухой, волосы — тусклыми и слабыми, а ногти — ломкими. В уголках губ возникают незаживающие язвочки, а на кистях рук и ступнях — очень болезненные трещины.

По мере снижения количества железа в организме самочувствие ухудшается — пропадает аппетит, многие замечают дискомфорт при глотании. Иногда вкусы меняются самым странным образом, например, человеку очень хочется погрызть мел или пожевать бумагу.

Люди с нехваткой железа испытывают постоянный упадок сил — они даже просыпаются уставшими. Малейшие физические нагрузки вызывают сильную одышку — так сказывается недостаток кислорода. Другие типичные симптомы дефицита железа — головокружения и даже обмороки, сонливость, раздражительность, ухудшение памяти.

Для людей, страдающих нехваткой железа, типичны постоянные простуды и кишечные инфекции. Как мы уже говорили, железо принимает непосредственное участие в работе защитной системы организма, и при его дефиците иммунитет не может вовремя отражать атаки болезнетворных бактерий.

Наверняка многим эти симптомы покажутся очень знакомыми. Ничего удивительного: по статистике ВОЗ, примерно у 60% населения планеты отмечается недостаток железа в организме, а у 30% дефицит этого элемента так велик, что речь идет уже о железодефицитной анемии — состоянии, при котором значительно понижается уровень гемоглобина.

Интересный факт
Железодефицитная анемия — самый распространенный тип анемии, на нее приходится более 90% всех случаев.

Норма содержания, или Сколько железа мы «носим»?

Как уже было сказано, в нашем организме содержится 2,5–4,5 г железа, и его запас необходимо постоянно пополнять.

Женщинам требуется больше железа, чем мужчинам — это объясняется ежемесячными кровопотерями во время менструаций, а также некоторыми особенностями гормональной системы. В среднем женщина должна ежедневно получать 15 мг железа, а во время беременности и лактации — 20 мг и даже больше.

Мужчинам необходимо 10 мг железа ежедневно.

Детям и подросткам до 18 лет необходимо получать 5–15 мг железа в сутки — потребность в этом элементе повышается с возрастом.

Важно!
Рацион питания современного человека практически не позволяет получать достаточное количество железа с пищей. В среднем мы потребляем около 10–20% от ежедневной нормы железа. Остальное можно восполнить при помощи биодобавок и витаминных комплексов.

Ничто не дает такого точного представления об уровне железа в организме, как обычный биохимический анализ крови, который можно сделать в любой лаборатории.

Нормальный уровень железа для мужчин — от 11,64 до 30,43 мкмоль/л, у женщин — от 8,95 до 30,43 мкмоль/л. У новорожденных детей норма содержания железа в крови гораздо выше — от 17,9 до 44,8 мкмоль/л. Но уже к концу первого года жизни она понижается до 7,16–17,9 мкмоль/л, а к пубертатному периоду достигает взрослых показателей.

Недостаток и переизбыток железа в организме человека: причины и последствия

Избыток железа встречается гораздо реже, чем недостаток. Такая ситуация часто складывается при очень высоком содержании железа в питьевой воде, при болезнях печени и селезенки, а также при метаболических нарушениях. Избыток железа включает такие симптомы, как непрекращающиеся расстройства пищеварения (метеоризм, диареи и запоры, тошнота и рвота, изжога), упадок сил и головокружения, появление пигментации на коже. Если не предпринимать никаких мер, возможно развитие осложнений — артритов, диабета, заболеваний печени. Некоторые специалисты также полагают, что переизбыток железа — один из факторов риска при развитии онкологических заболеваний.

Недостаток железа диагностируется гораздо чаще. И, как правило, он вызван несбалансированной диетой, бедной этим элементом. Другие типичные причины недостатка железа в организме — его активный расход (во время роста, беременности и кормления грудью), кровопотери из-за травм, операций, внутренних кровотечений или обильных менструаций, гастриты, глистные инвазии и дисбактериозы (из-за этих болезней нарушается процесс всасывания железа), нехватка витаминов С и В12, без которых железо не усваивается, нарушения в работе щитовидной железы и отравление свинцом.

Снижение иммунитета, вызванное нехваткой железа, рано или поздно приводит к тому, что инфекционные заболевания приобретают хронический характер, и это одна из главных опасностей дефицита железа. Железодефицитная анемия — значительный фактор риска при развитии сердечной недостаточности и заболеваний печени. Особенно опасна анемия для беременных — у матерей, страдавших ею во время вынашивания ребенка, часто рождаются дети с врожденной анемией.

Как поднять уровень железа?

Даже если анализ крови показал дефицит железа в организме, не стоит немедленно бежать в аптеку за минеральным комплексом и считать, что вопрос закрыт. Необходима консультация врача, так как недостаток железа в организме может говорить о наличии серьезных заболеваний, при которых всасывание железа нарушено.

Если дефицит железа в организме вызван неправильным питанием, это легко поправить.

Диета. Необходимо есть как можно больше продуктов с высоким содержанием железа. Самые ценные его источники — красное мясо, субпродукты (особенно печень), устрицы, яйца, орехи, бобовые, яблоки, гранаты, изюм, инжир. Нужно также пополнить рацион продуктами, которые содержат витамин С (облепиха, шиповник, брюссельская капуста, цитрусовые) и витамин В12 (рыба и морепродукты), они нужны для того, чтобы поступающее железо усваивалось. Употребление чая, кофе и газировки лучше ограничить, а от алкоголя следует отказаться совсем.

Витаминные комплексы. Дополнительный прием витаминов — эффективный способ профилактики дефицита железа в организме. Помимо этого элемента, в комплекс должны входить витамины А, С, Е и D, все витамины группы В, а также медь, марганец и цинк — это оптимальный состав «спасательной команды» при железодефиците.

БАДы. Существует немало биологически активных добавок для людей, страдающих нехваткой железа. Самым известным БАДом для улучшения состояния при анемии является, пожалуй, знакомый всем с детства гематоген. Это сладкая плитка, напоминающая ирис и содержащая большое количество альбумина — природного источника железа.

Если у дефицита железа в организме нет других причин, кроме неправильного питания, уже через месяц-другой при помощи диеты, БАДов и витаминов можно добиться улучшения. А чтобы ускорить процесс, рекомендуем больше двигаться — физическая активность способствует насыщению тканей кислородом и помогает справиться с усталостью и сонливостью — первыми признаками нехватки железа.

все, что нужно знать о важном микроэлементе – СПб ГБУЗ КДЦД

Дефициту железа внимание уделяла ещё советская детская медицина. Многих в детстве мамы упрашивали есть печенку и другие продукты, богатые железом. А железосодержащий препарат гематоген, по счастью напоминавший внешне и на вкус кондитерский батончик, в обязательном порядке выдавался в детских оздоровительных учреждениях СССР. И делалось это совсем не зря. А потому как железо нашему организму необходимо для железного здоровья в прямом смысле слова. Но как действительно распознать дефицит железа и как избежать неблагоприятных последствий этого состояния? В нашем материале мы узнаем ответы.

Дефицит железа – причина снижения умственного развития

Одно из первых мест в структуре паталогий детского возраста неизменно принадлежит дефициту железа. По данным отчета американских экспертов Micronutrient Initiative, недостаток этого вещества приводит к снижению умственного развития почти у 40% младенцев в мире, нарушению здоровья и снижению работоспособности приблизительно у 500 млн женщин. А железодефицитная анемия (ЖДА) ответственна более чем за 60 тыс. смертей новорожденных в мире ежегодно. К сожалению, удручающая статистика остается неизменной в течение последних лет: нарушениями, связанными с дефицитом железа, страдает 1/5–1/6 часть населения Земли. И преимущественно это дети. Но, прежде чем говорить о правильной оценке этого явления, необходимо рассказать кое-что об интересующем нас микроэлементе.

Дефициту железа подвержены недоношенные дети. Но не только

Дефицит железа возникает уже у плода. Накопление запасов микроэлемента происходит в основном в течение двух последних месяцев внутриутробной жизни. Это значит, что все недоношенные дети, равно как и дети, рожденные в срок, но с дефицитом массы тела, имеют недостаточно сформированное депо железа или практически не имеют его. Запаса железа у здорового младенца хватает на первые несколько месяцев, и к концу первого полугодия он истощается. Иногда даже, как указывал еще в середине прошлого века профессор А.Ф. Тур, до полного опустошения. Именно в этот период потребности детского организма в железе особенно велики, поскольку оно содержится в белке миоглобине, схожем по структуре с гемоглобином. Без этих веществ невозможен нормальный рост мышечной массы и костной ткани.

Грудное молоко и смеси не спасают от анемии

Таким образом, потребности в железе весьма велики именно тогда, когда запасы истощены, а поступление извне, с пищей, ограничено. Ведь основной его внешний источник — мясная пища — начинает употребляться не раньше 6 месяцев. Но до этого момента основной продукт питания ребенка — грудное молоко, а оно содержит сравнительно небольшое количество железа. Даже при популярном сейчас искусственном вскармливании смесями его всасывание ограничено.

До 3-х месяцев потребность в железе низкая

К этому следует добавить еще некоторые особенности. Так, с рождения и до 2,5–3 месяцев костный мозг пребывает в состоянии низкой функциональной активности, а в крови ребенка поначалу циркулируют эритроциты, образовавшиеся еще до рождения и имеющие ряд отличий. Это явление именуется физиологическим минимумом. Такое состояние пока еще не связано с дефицитом железа и, соответственно, не требует обращения к специальным препаратам.

Заблуждения вокруг дефицита железа

Как раз одно из распространенных заблуждений — попытка «лечить» физиологический минимум — происходит из-за неправильного понимания этих процессов и, соответственно, является безуспешной. Естественно, что потребности костного мозга в железе в этот период невелики. Но по мере роста ребенка к концу первого полугодия жизни красный росток костного мозга функционирует уже более активно, и потребности его в железе возрастают. Одновременно увеличиваются и прочие затраты этого микроэлемента, как было представлено выше, при ограниченных возможностях поступления. Эти своего рода «ножницы» приводят к тому, что ребенок живет практически на нулевом балансе железа. Тот запас вещества, который он получает с пищей, сразу же включается в обменные процессы, и лишь постепенно, к 1,5–2 годам, жизни формируется депо железа. В основном в печени в виде соединения — ферритина. Все эти особенности создают условия и предпосылки к тому, что именно в раннем детском возрасте и возникает железодефицитное состояние (ЖДС). В частности, это состояние возникает при рахите, пре- и интранатальных кровопотерях, любых видах дистрофии, белково-энергетической недостаточности, острых нарушениях пищеварения, повторных острых воспалительных состояниях и др.

Когда не хватает всего

Есть такое понятие «полидефицитные состояния», среди которых ведущее место принадлежит дефициту железа. Нередко ЖДС проявляется поначалу не железодефицитной анемией, а ее предстадией, именуемой латентным дефицитом железа (ЛДЖ), на долю которого приходится до 70% такой недостаточности. И задачей педиатра является диагностика именно этой стадии абсолютного железодефицита. По данным отечественных авторов, каждый третий ребенок в России страдает латентным дефицитом железа. Если ЛДЖ своевременно не диагностирован и не пролечен, то рано или поздно, иногда по прошествии нескольких лет, в растущем организме разовьется ЖДА. В таких случаях может возникнуть ложное объяснение ее причины как следствия частых респираторных или прочих острых заболеваний, нарушений режима и питания и т.п., что приведет к неадекватной тактике лечения.

Круговорот железа в организме

Каковы же особенности обмена железа у детей более старших возрастных групп? К двум годам жизни и далее депо железа уже имеется. Оно циркулирует в организме по принципу «замкнутой системы». По мере старения и естественного разрушения клеток, прежде всего эритроцитов, освобождается железо, которое, рециркулируя, поступает на синтез новых соединений, прежде всего гемоглобина. Частично железо поступает в депо, обмениваясь на эквивалентное его количество, что тоже соответствует принципу «замкнутого круга». Объем этого микроэлемента, составляющий в совокупности у взрослых и детей старшей возрастной группы до 5–6 граммов, выводится из организма. Столько же, соответственно, всасывается в кишечнике из продуктов питания. Учитывая такую стабильность циркуляции железа, можно представить, что только одни нарушения питания в качестве единственной причины редко приводят к развитию дефицита.

Причин нарушений обмена железа может быть больше одной

Чаще недостаток питания, как весьма актуальный фактор, сочетается с патологией желудочно-кишечного тракта, кровопотерями, нарушениями эндокринной системы, а также с не вылеченным ранее ЛДЖ . Последний фактор все чаще становится весьма значимой причиной анемии у подростков, а также у беременных, когда потребности в железе существенно возрастают. Отсюда следует важный вывод о необходимости более разностороннего обследования детей старшего возраста, страдающих дефицитными состояниями, для выяснения причины этого явления. Только сочетание лечения и устранения сопутствующих причинных факторов является необходимой надежной основой устранения этой патологии.

Железодефицит: как его избежать?

Обилие железосодержащих препаратов и средств профилактики делает подчас затруднительным их оптимальный выбор в каждом конкретном случае. Кроме того, существует и проблема дефицита информированности родителей об особенностях железодефицита в растущем организме ребенка. Лечение детей препаратами железа, безусловно, должно быть назначено врачом, который точно осуществляет все необходимые предварительные исследования, подбор оптимального лечебного средства, дозировки, продолжительности лечения и методов контроля его эффективности. Если лечение ЖДС необходимо проводить по назначению и под контролем врача, то профилактику этой патологии могут проводить и родители ребенка, для чего необходимо соблюдать ряд несложных правил и принципов. Первое необходимое условие — это адекватное возрасту полноценное питание, включающее достаточное количество животного белка — мясной пищи, — а также свежих фруктов, овощей. А для детей раннего возраста, получающих питательные смеси, таковые должны быть обогащены железом, т.е. содержать в литре более 7 мг железа. Также к профилактике железодефицита следует отнести использование препаратов железа, для чего должны использоваться препараты (мальтофер, феррумлек, ферлатум) курсом два месяца, в период отсутствия обострения других заболеваний в дозе вдвое меньшей по сравнению с лечебной.

«Сидерал»-капли

Использование любого железосодержащего средства должно начинаться с уменьшенных доз: с 1/3–1/2 от необходимой дозы в течение первых 3–4 дней. В последнее время как в лечении нетяжелых форм дефицита, так и особенно в лечении и профилактике латентной его формы нашел применение лечебно-пищевой комплекс «Сидерал»-капли. Он имеет уникальное преимущество, поскольку не просто содержит трехвалентное железо, но благодаря нахождению молекулы железа в липосомах всасывается в кишечнике не в кровь, а в лимфу. Таким образом, это средство является наиболее щадящим по отношению к слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта и может быть использовано в том числе у детей раннего возраста. Своевременное выявление детей, склонных к железодефициту, целенаправленная профилактика этого состояния, по устоявшемуся во всем мире мнению педиатров, дает возможность избежать железодефицитной анемии. Также это позитивно влияет на состояние иммунной системы ребенка, уменьшает число часто и длительно болеющих детей, способствует оптимальному функционированию желудочно-кишечного тракта и нервной системы, формированию когнитивных функций и интеллекта.

Взаимодействие железа и кальция | Ших Е.В.

Качество мультивитаминов определяется сбалансированностью состава и эффективностью усвоения из них биологически активных компонентов. Все витамины и большинство необходимых минералов играют важную роль в биохимических процессах, взаимодействуя с другими биологически активными веществами. Взаимодействуют они и между собой: во время хранения, в процессе высвобождения из лекарственной формы, при всасывании (конкурируют за переносчики), на метаболических путях в организме (проявляют синергизм или антагонизм).

Многочисленные исследования показали, что кальций существенно снижает всасывание железа в желудочно-кишечном тракте.
Предотвратить антагонистические взаимодействия кальция и железа позволяет раздельный прием кальцийсодержащих продуктов (молоко, зеленые овощи) и богатой железом пищи (мясо, печень). А при выборе витаминно-минеральных препаратов следует отдавать предпочтение тем, в которых кальций и железо разделены.
Дефицит минералов и способы его коррекции. По данным НИИ питания, дефицит витаминов и минералов выявлен более чем у 50% обследованного населения. Тому причиной не только то, что стандартный рацион взрослого человека содержит лишь около 70% необходимого количества микронутриентов (54% железа, 40% витамина С, 65% витамина В1), но и ряд эколого-геохимических факторов, ухудшающих ситуацию. Так, к развитию дефицита ведут загрязнение среды и вредные привычки (повышенный расход антиоксидантов), а также некоторые геохимические особенности (низкое содержание йода в воде). Современные научные данные убедительно свидетельствуют о возможных негативных последствиях дефицита витаминов и минералов. В создавшихся условиях безальтернативным способом профилактики и лечения полигиповитаминоза и полигипомикроэлементоза становится регулярный прием комплексных витаминно-минеральных препаратов.
В продаже имеется большое количество препаратов, содержащих практически полный набор важнейших микронутриентов. Но порой трудно остановить выбор на каком-то определенном препарате, так как они имеют сходный состав (10-15 витаминов и витаминоподобных веществ, 5-15 минералов) и не отличаются по форме выпуска. Более того, субстанции (витамины, соли металлов) для производства витаминно-минеральных комплексов закупаются у одних и тех же поставщиков.
Все витамины и большинство необходимых минералов поступают в организм в микродозах, но играют важную роль в биохимических процессах, проявляя свою фармакологическую активность, взаимодействуя с другими биологически активными веществами.
Особенно часто конкурентный вид взаимодействия имеет место для минералов, поскольку применяемые в виде химически родственных производных они используют общие механизмы транспорта во внутреннюю среду.
Усвоение кальция и железа в организме
Краткие сведения по физиологической роли и всасыванию кальция и железа представлены в таблице 1.
Кальций является самым распространенным минералом в организме человека. Он играет важную роль как во внутри- так и во внеклеточных процессах: в сократительной функции сердечной и скелетных мышц, нервной проводимости, регуляции активности ферментов, действии многих гормонов. Является кофактором активации ряда ферментных комплексов в сложных многоэтапных процессах свертывания крови. Необходим для роста и формирования костей. Поэтому особенно велика потребность в кальции у детей и беременных женщин.
В организме взрослого мужчины содержится примерно 1200 г кальция. 99% этого количества сосредоточено в костях и зубах, остальной кальций распределен во внутриклеточной и внеклеточной жидкостях. С пищей человек ежедневно потребляет около 1 г кальция. В кислой среде желудка соли кальция диссоциируют, 20-40% макроэлемента всасывается. Основным местом абсорбции являются 12-перстная и тощая кишки, но некоторое количество этого элемента всасывается в подвздошной и толстой кишках. Доступность кальция для абсорбции зависит от многих диетических факторов, включая присутствие фосфатов, жирных кислот и фитатов, которые связывают кальций и делают его недоступным для абсорбции. Всасывание в кишечнике осуществляется за счет активного транспорта против электрохимического градиента, а также за счет пассивной диффузии (когда содержание кальция в пище и, следовательно, его концентрация в просвете кишки чрезмерно возрастают). Через мембрану клетки реабсорбируемый кальций переносится при помощи зависимого от витамина D кальций-связывающего белка кальбиндина. Витамин D способствует синтезу кальбиндина в организме, а следовательно, и усвоению кальция. Именно поэтому препараты кальция обычно содержат и витамин D. Чаще всего в производстве пищевых добавок и витаминно-минеральных комплексов используются такие соли кальция, как карбонат, глюконат, цитрат и фосфат [2, 3].
Железо – один из самых изученных и исследуемых микроэлементов. Дефицит железа – наиболее часто встречаемый пищевой дефицит в мире, затрагивающий в основном детей в активной фазе роста и женщин детородного возраста.
Потребности в железе определяются возрастом, полом и физиологическим статусом. Повышенные потребности в железе грудных детей и беременных женщин обусловлены необходимостью поддерживать рост и формирование новых тканей. Потребности в железе у небеременных женщин в значительной мере определяются кровопотерями во время менструации.
В теле здорового мужчины содержится в среднем 3,8 г железа, а в теле женщины – 2,3 г. В женском организме практически отсутствуют запасы железа. Железо в человеческом организме распределено между активным пулом и неактивным – депо. Активный пул содержит в гемоглобине в среднем около 2100-2500 мг железа, в миоглобине – 200-300 мг, в тканевых ферментах – 150 мг и транспортируемая фракция – 3 мг.
Железо является составляющей гемоглобина эритроцитов, переносящих кислород от легких к тканям, и миоглобина в мышечной ткани, который накапливает кислород, необходимый для работы мышц. Железо обладает несколькими особыми свойствами, которые отличают его от большинства других пищевых веществ. Всасывается лишь малая часть общего количества железа, находящегося в пище (из 10-20 мг, поступающих ежедневно с пищей, всасывается не более 10%). Из слизистой оболочки кишечника железо транспортируется в кровь с помощью активных транспортных механизмов клеток. Этот процесс осуществляется только при нормальной структуре клеток слизистой, которую поддерживает фолиевая кислота [4]. Транспорт через клетки слизистой оболочки кишечника осуществляется как путем простой диффузии, так и при участии специального белка-носителя (муцин-b3-интегрин, DMT1). Эти белки наиболее интенсивно синтезируются при анемии, что обеспечивает лучшее всасывание железа. Белок переносит железо только один раз, следующие молекулы железа несут новые молекулы белка-переносчика. На их синтез нужно 4–6 часов, поэтому более частый прием препаратов железа не увеличивает его всасывания, а увеличивает количество невсосавшегося железа в кишечнике и опасность возникновения побочных эффектов [5].
Железо в пищевых источниках существует в двух видах: гемовое (ГЖ) и негемовое железо (НЖ). Гемовое железо присутствует в гемоглобине и миоглобине мяса (особенно в печени) и рыбе. Средний показатель всасывания гемового железа из мяса составляет около 25%. Однако большая часть пищевого железа присутствует в негемовой форме. Негемовое железо представлено в основном в продуктах растительного и молочного происхождения и составляет свыше 85% получаемого организмом с пищей железа. Всасывание негемового железа намного ниже, чем гемового, и зависит от общего содержания железа в организме конкретного человека: больше негемового железа всасывается у людей, у которых его содержание снижено, меньше – у людей, чей организм насыщен железом. На усвоение НЖ сильное влияние оказывает его растворимость в верхней части тонкого кишечника. В свою очередь, эта растворимость зависит от того, как пища в целом влияет на растворимость железа [6]. Активаторы и ингибиторы, присутствующие в пище, часто оказывают определяющее значение на количество всосавшегося железа [6,4].
Количество всасываемого железа в пище зависит от соотношения между ингибиторами и промоторами. Поскольку взаимодействие происходит в желудочно-кишечном тракте, тормозящее или ускоряющее влияние пищевых компонентов на всасывание железа сильнее всего при потреблении этих компонентов в одном приеме пищи. Одним из наиболее сильных стимуляторов всасывания железа является витамин С, находящийся в свежих овощах и фруктах. Также ускоряют всасывание негемового железа ферментированные продукты (например, квашеная капуста). В присутствии кислоты образуются комплексы с железом, которые предотвращают образование плохо усвояемого фитата железа. Кроме того, некоторые виды помола и термической обработки понижают содержание фитата в основных пищевых продуктах растительного происхождения и тем самым помогают повысить всасывание негемового железа.
Самыми сильными ингибиторами всасывания железа являются кальций, фитаты и полифенолы. Фитаты представляют собой форму хранения фосфатов и минералов, присутствующих в зернах злаковых растений, овощах, семенах и орехах. Они активно тормозят всасывание железа, действуя при этом в прямой зависимости от дозы.
Феноловые соединения существуют почти во всех растениях и являются частью их системы защиты против насекомых и животных. Несколько феноловых соединений связывают железо и таким образом препятствуют его всасыванию. Такие соединения содержатся в чае, кофе и какао, а также во многих овощах и нескольких травах и специях.
Установлено, что чай снижает всасывание железа из пищи на 62% по сравнению с водой. Тормозящее действие чая вызывает содержащийся в нем полифенол таннин.
Запасы железа регулируются главным образом путем изменений во всасывании. К синдрому недостаточности всасывания, в том числе железа, может привести повреждение слизистой оболочки кишечника. Это может быть особенно выражено при глютенчувствительной целиакии, которая, если ее не лечить, часто сопровождается железодефицитной анемией. Распространенной причиной недостаточности железа вследствие мальабсорбции являются также гастрэктомия и резекция желудка, хронические воспалительные заболевания кишечника. Во время системных инфекций происходит острое снижение всасывания железа, сопровождающееся перемещением железа из кровообращения в печень. Это естественный защитный механизм организма в периоды инфекции, направленный на снижение роста вредных бактерий, которым для размножения требуется железо.
В норме соотношение поступления железа с пищей и его потерь таково, что даже очень небольшое снижение поступления или увеличение потерь может привести к его дефициту. При значительной хронической кровопотере (независимо от ее причины) количество теряемого железа всегда превосходит то, которое попадает в организм из пищи. В результате неизбежно истощение запаса железа и его дефицит. Причинами железодефицитной анемии также могут быть внутрисосудистый гемолиз, анкилостомидозы, кровопускание по поводу эритремии, гемодиализ [4].
Не только патологические состояния ведут к развитию железодефицитной анемии. Достаточно часто причиной дефицита железа являются физиологические состояния – быстрый рост (особенно грудных детей и подростков), донорство, гиперменорея, беременность. Именно в этих случаях профилактический прием рационально составленных витаминно-минеральных комплексов может сыграть решающую роль в сохранении здоровья.
Экспериментальные данные
по взаимному влиянию кальция и железа
Клинические исследования показали, что совместный прием кальция и железа ведет к уменьшению всасывания железа. Данные различных авторов свидетельствуют о том, что этот эффект зависит и от формы выпуска препаратов кальция, и от количества употребляемого кальция, и от общего состава пищи. Так, одним из ингибиторов всасывания железа является фосфат кальция [7,8].
В ходе эксперимента 34 человека получали физиологические количества солей кальция и фосфорной кислоты в виде монопрепаратов или в виде смеси [7]. В то время как в первом случае достоверно детектировать изменения в поглощении негемового железа не удалось, во втором случае оказалось, что всасывание железа уменьшилось на 20%. По другим данным, рекомендуется разделять во времени прием молочных продуктов и железосодержащей пищи, поскольку всасывание железа при этом снижается на 50-60% [9]. Особенно это важно для групп людей с физиологически повышенной потребностью в железе – детей и женщин детородного возраста.
Группа из 12 физически здоровых женщин получала препараты, содержащие либо кальций с железом, либо только железо в количестве, в два раза меньшем, чем в первом препарате [10]. Исследования содержания железа в крови показало, что всасывание его из обоих препаратов было практически одинаковым. Авторы считают, что этот эффект связан с отсутствием во втором препарате кальция.
Ранее также было показано, что из монопрепарата, содержащего 65 мг железа, усваивалось 12% минерала, в то время как из полиминерального комплекса усваивалось только 3-5% [11]. Снижение содержания в препарате карбоната кальция и оксида магния привело к возрастанию всасывания железа до 7%. Подобные данные были получены в экспериментах, где в группу наблюдения входили беременные женщины, принимавшие пищевые добавки с различным содержанием кальция [12].
С помощью метода двойных меченых изотопов сравнивали поглощение железа из коровьего и человеческого молока [13]. Оказалось, что из коровьего молока усваивается только 19,5±17,3% железа, в то время как для человеческого молока этот показатель составляет 48,0 ± 25,5%. Поскольку содержание кальция в человеческом молоке в несколько раз ниже, чем в коровьем, авторы предположили, что именно этим обусловлена столь значительная разница. И действительно, при добавлении хлорида кальция к человеческому молоку в таком количестве, что его содержание стало сравнимо с содержанием кальция в коровьем молоке, поглощение из него железа упало почти в два раза.
Предотвратить взаимное влияние кальция и железа позволяет раздельный по времени прием препаратов [16]. Употребление молока и сыра на завтрак (около 340 мг кальция) не влияло на всасывание железа из гамбургера, съеденного спустя 2-4 часа. Этот эффект наблюдался для группы из 21 человека с помощью метода двойных радиоизотопов. Таким образом, авторы рекомендуют разделять прием кальция и кальцийсодержащих продуктов и богатой железом пищи (мяса, рыбы, употребляемых обычно в обед). Подобные же выводы приводятся и в других работах [14,15].
Причины снижения кальцием абсорбции железа до конца не ясны. Различные авторы высказывают на этот счет различные гипотезы. Так, по данным об ингибировании усвоения железа фосфатом кальция авторы предполагают, что возможно образование тройного нерастворимого комплекса между железом, кальцием и фосфат-анионом [7].
Ученые США попытались разрешить проблему взаимного влияния кальция и железа путем создания двухслойной таблетки. Ядро такой таблетки состоит из железа, внешний слой – из кальция. Оболочка таблетки растворима в желудке, поэтому всасывание кальция происходит в первые два часа после приема. Железо высвобождается и всасывается в последующие 6 часов, причем ядро таблетки растворяется за два часа. Такое изобретение действительно позволяет разделить кальций и железо по времени и месту всасывания (в верхнем и нижнем участке ЖКТ). Но необходимо учитывать, что среднее время прохождения пищи через желудок – 1 час, а через тонкий кишечник – 4 часа. Затем пища попадает в толстый кишечник, в котором всасывания витаминов и минералов уже не происходит. Поскольку после растворения оболочки в течение двух часов будет растворяться ядро, железо из такой таблетки будет иметь всего два часа на всасывание.
Таким образом, не оставляет сомнений необходимость учитывать ингибирующее действие кальция на всасывание железа как при совместном потреблении продуктов, содержащих кальций и железо, так и при выборе витаминно-минеральных комплексов, отдавая предпочтение тем, в которых эти минералы находятся в разных таблетках.

Литература
1. Н.А. Коровина. Витамино-минеральная недостаточность// РМЖ, 2003. 11 № 25.
2. Гусев Н.Б. Внутриклеточные Ca-связывающие белки. Часть1. Классификация и структура // Соросовский образовательный журнал. 1998. 5, 10-16.
3. Лашутин С.В. Фосфорно-кальциевый обмен в норме. // Диализный альманах. Под ред.: Е.А.Стецюка, С.В. Лашутина, В.Б. Чупрасова. СПб.: «ЭЛБИ-СПб». 2005. 244-271.
4. По материалам сайта Медицина-2000. http://www.med2000.ru/ artik270/ voz26.htm.
5. А.В.Мурашко, Т.С.Аль-Сейкал. Железодефицитные состояния при беременности. // Гинекология. 2004. 06 № 3.
6. Ziegler E.E., Filer L.J. (editors) ILSI Press, Washington DC, seventh edition. «Present knowledge in Nutrition». 1996.
7. Monsen E.R., Cook J.D. Food iron absorption in human subjects. V. Effects of the major dietary constituents of semisynthetic meal. // Am J Clin Nutr. 1979. 32(4), 804-8.
8. Charlton R.W., Bothwell T.H. Iron absorption. // Annu Rev Med. 1983. 34, 55-68.
9. Hallberg L., Rossander-Hulten L., Brune M., Gleerup A. Calcium and iron absorption: mechanism of action and nutritional importance. // Eur J Clin Nutr. 1992. 46(5), 317-27.
10. Ahn E., Kapur B., Koren G. Iron bioavailability in prenatal multivitamin supplements with separated and combined iron and calcium. // J Obstet Gynaecol Can. 2004. 26(9), 809-14.
11. Seligman P.A., Caskey J.H., Frazier J.L., Zucker R.M., Podell E.R., Allen R.H. Measurements of iron absorption from prenatal multivitamin—mineral supplements.// Obstet Gynecol. 1983. 61(3),356-62.
12. Babior B.M., Peters W.A., Briden P.M., Cetrulo C.L.. Pregnant women’s absorption of iron from prenatal supplements // J Reprod Med. 1985 30(4), 355-7.
13. Bonnar J., Goldberg A., Smith J.A.. Do pregnant women take their iron? // Lancet. 1969. 1(7592), 457-8.
14. Cook J.D., Dassenko S.A., Whittaker P. Calcium supplementation: effect on iron absorption. // Am J Clin Nutr. 1991. 53(1), 106-11.
15. NIH Consensus conference. Optimal calcium intake. NIH Consensus Development Panel on Optimal Calcium Intake. JAMA. 1994. 272(24), 1942-8.
16. Gleerup A., Rossander-Hulten L., Hallberg L. Duration of the inhibitory effect of calcium on non-haem iron absorption in man // Eur J Clin Nutr. 1993 47(12), 875-9.

.

Поглощение железа — обзор

Гемохроматоз

Функция железа контролируется необходимостью синтеза гемоглобина. Большая часть железа в организме повторно перерабатывается, поскольку связанное с трансферрином железо транспортируется к предшественникам костного мозга, которые становятся эритроцитами, которые затем поглощаются макрофагами в ретикулоэндотелиальной системе после продолжительности жизни около 120 дней. Железо удаляется из гемоглобина гемоксигеназой, и большая часть возвращается в плазму, где снова связывается с трансферрином.Лишь небольшое количество железа выходит из этого цикла и попадает в печень и другие ткани, где участвует в синтезе других гемопротеинов, таких как цитохромы и миоглобин.

Перегрузка железом происходит по двум основным механизмам: слишком много абсорбируется или слишком много эритроцитов разрушается. В первом случае железо, превышающее железосвязывающую способность трансферрина, откладывается в паренхиматозных клетках печени, сердца и некоторых эндокринных тканях. Во втором случае железо накапливается в ретикулоэндотелиальных макрофагах.Если эта емкость превышена, железо откладывается в паренхиме. Должно быть очевидно, что первая ситуация гораздо серьезнее и может привести к повреждению тканей и фиброзу, если ее не исправить. Оба типа перегрузки могут быть опасными и привести к повреждению, но макрофаги действуют, чтобы как можно дольше защищать органы.

Несколько генов играют важную роль в регуляции абсорбции железа (Таблица 10-5). Мутации в HFE связаны с наиболее распространенной формой расстройства, вызванного перегрузкой железом, известной как гемохроматоз.Мутации в гене рецептора трансферрина 2 (TFR2) встречаются гораздо реже, чем мутации HFE, но имеют клиническую картину, очень похожую на гемохроматоз, связанный с HFE. Третий ген — гемоювелин (HJV) — мутирует в большинстве случаев ювенильного гемохроматоза. Ювенильный гемохроматоз встречается редко, но связан с более тяжелой перегрузкой железом, чем с мутациями в генах HFE или TFR2. Каждый из этих генов экспрессируется в печени, и теперь ясно, что печень играет критическую роль в регуляции абсорбции железа через регуляторный гормон железа, известный как гепсидин.В частности, гепсидин играет центральную роль в определении количества железа, которое должно быть мобилизовано из макрофагов, энтероцитов и гепатоцитов.

На абсорбцию железа влияет множество факторов, которые влияют на экспрессию молекул транспорта железа в энтероцитах (таблица 10-6). Железоредуктаза щеточной каймы, DCYTB, восстанавливает пищевое железо до состояния двухвалентного железа (Fe ++ ). Транспортер железа с щеточной каймой, транспортер двухвалентного металла 1 (DMT1) опосредует фактическое поглощение железа из просвета кишечника через апикальную мембрану в энтероцит.Железо, в котором организм не нуждается, хранится в энтероцитах в виде ферритина и в конечном итоге теряется в результате окончательного обновления клеток. Железо переносится через базолатеральную мембрану и в кровоток с помощью белка транспорта железа ферропортина 1, SLCA401 (также известного как IREG1) и гефестина, ферроксидазы, гомологичной церулоплазмину. Экспрессия гепсидина регулирует эту активность.

Биохимия

Ферритин

Концентрация ферритина в крови связана с количеством железа, хранящегося в тканях, и поэтому используется в качестве маркера нагрузки железом.Ферритин — это железосодержащий белковый комплекс, который в основном находится в слизистой оболочке кишечника, селезенке, костном мозге и печени.

Трансляция регулируется белком-регулятором железа (IRP). При низких концентрациях железа IRP связывается с элементом ответа на железо (IRE), расположенным в 5′-нетранслируемой области мРНК ферритина, и таким образом ингибирует трансляцию. Напротив, при высоких концентрациях железа железо связывается с IRP и меняет свою конформацию, высвобождая его из IRE; Затем транслируется мРНК ферритина.

Экспрессия гепсидина в печени повышается, когда запасы железа увеличиваются, и подавляется, когда запасы железа уменьшаются. После экспрессии гепсидин взаимодействует непосредственно с ферропортином 1 на базальной мембране кишечника, что приводит к интернализации и деградации этого трансмембранного белка; следовательно, железо, связанное с ферропортином, затем высвобождается обратно в клетку. Таким образом, по мере того, как гепсидин увеличивается, чтобы уменьшить ферропортин на базальной мембране, железо увеличивается в клетке и перенос железа в организм уменьшается.Поскольку известно, что на экспрессию DMT1 и DCYTB влияют концентрации клеточного железа, это предполагает, что сигналы избытка железа из организма влияют на белок ферропортин 1 до того, как будет затронута экспрессия DMT1 и DCYTB. Другими словами, если железо не транспортируется через базолатеральную мембрану, концентрация железа в энтероците увеличивается, что приводит к снижению восстановления железа на апикальной поверхности и снижению транспорта железа в энтероцит (рис. 10-7).Это взаимодействие заменяет ранее высказанную гипотезу о том, что клетки крипт двенадцатиперстной кишки регулируют абсорбцию железа.

Железо транспортируется в организме с помощью трансферрина, который связывает две молекулы железа. Трансферрин и HFE конкурируют за сайты связывания на рецепторе трансферрина TFR1, обнаруженном на гепатоцитах и ​​других клетках. Предполагается, что трансферрин имеет более высокое сродство связывания с TFR1, чем HFE, и что более высокие уровни трансферрина приводят к увеличению свободного HFE на поверхности клетки. Кроме того, предполагается, что повышенный уровень свободного HFE стимулирует повышенный уровень гепсидина.Итак, как только железо всасывается через ферропортин, оно связывается с трансферрином, который транспортирует его в печень. На гепатоцитах есть рецепторы трансферрина, которые могут связывать HFE и белки трансферрина, но трансферрин является предпочтительным белком. Поскольку HFE вытесняется или не может найти сайты связывания TFR1, экспрессия гепсидина активируется с помощью механизма, который не совсем понятен. Таким образом, гепсидин вызывает интернализацию ферропортина и снижение абсорбции железа.

Физиология и биохимия

Абсорбция железа

Пищевое железо всасывается в двенадцатиперстной кишке из гемовых и негемовых источников, но по разным механизмам.Негемовое железо обычно находится в форме трехвалентного железа (Fe +++ ), которое легко образует комплекс с анионами, тем самым снижая его растворимость и абсорбцию. Всасывание увеличивается за счет глюкозы, фруктозы, некоторых аминокислот и витамина С. Комплекс витамина С с железом восстанавливает его до формы железа (Fe ++ ), тем самым улучшая его усвоение.

Гемовое железо, полученное из миоглобина и гемоглобина, усваивается легче, чем негемовое железо. Всасывание железа снижается в присутствии PO 4 , HCO 3 и желчных кислот.

Физиология и патология

Трансферрин

Трансферрин вырабатывается преимущественно в печени, но также в семенниках и центральной нервной системе; он переносит железо из кишечника, ретикулоэндотелиальной системы и паренхиматозных клеток печени ко всем пролиферирующим клеткам организма. Благодаря умеренно щелочному pH внеклеточной жидкости комплекс железо-трансферрин связывается с мембранно-связанными рецепторами трансферрина с высоким сродством. Во время эндоцитоза железо высвобождается из трансферрина из-за снижения pH в эндосоме.Апотрансферрин (трансферрин без железа) и рецептор трансферрина затем возвращаются на поверхность клеточной мембраны, где изменение pH (более щелочное) вызывает диссоциацию апотрансферрина от рецептора.

Во время перегрузки железом экспрессируется другой рецептор, TFR2, и его экспрессия выше, чем рецепторов TFR1. Рецепторы TFR2 связывают больше трансферрина, чем TFR1, и это повышенное несвязывание TFR2 также увеличивает экспрессию гепсидина. Таким образом, повышенная доступность HFE и экспрессия TFR2 могут приводить к снижению абсорбции на базолатеральной поверхности энтероцита за счет увеличения экспрессии гепсидина.

Мутации в HFE или TFR2 вызывают перегрузку железом, поскольку эти белки регулируют экспрессию гепсидина. Уровни гепсидина ниже, но обнаруживаются с помощью этих мутаций, и поэтому абсорбция железа все еще может регулироваться минимально; однако регулирования недостаточно, чтобы снизить высокую скорость абсорбции или уменьшить запасы железа. С другой стороны, мутации в геможувелине более серьезны, и гепсидин отсутствует. Как и следовало ожидать, двойная мутация в HFE и TFR2 дает тяжелый фенотип.

Наследственный гемохроматоз (ГГ) — аутосомно-рецессивное заболевание с поздним началом, характеризующееся измененным метаболизмом железа. В частности, повышенное всасывание железа в желудочно-кишечном тракте приводит к чрезмерным отложениям железа в основных хранилищах, а именно в печени, поджелудочной железе, сердце и эндокринных органах (рис. 10-8), что приводит к токсической ситуации для органа. Не существует основного механизма выведения железа из организма. Наследственная форма заболевания отличается от вторичного гемохроматоза приобретенным избытком железа, что можно увидеть при повторных переливаниях.

Клинически симптомы классической наследственной формы гемохроматоза обычно не проявляются до пятого или шестого десятилетия жизни. Ранние симптомы обычно неспецифичны и могут включать усталость, артралгию, эректильную дисфункцию и повышенную пигментацию кожи. По мере прогрессирования возникают гепатоспленомегалия и болезненность, которые приводят к фиброзу и циррозу печени. Заболеваемость гепатоцеллюлярной карциномой увеличивается после повреждения печени. Отложение железа в сердце вызывает кардиомиопатию.Накопление железа также вызывает эндокринопатии, включая сахарный диабет, гипопитуитаризм, гипогонадизм и гипопаратиреоз. Кроме того, у пораженных людей увеличивается количество инфекций из-за снижения гепсидина, который обладает противомикробными свойствами.

Выражение гемохроматоза у женщин происходит позже, чем у мужчин, предположительно из-за потери железа во время менструации и беременности. В результате начало полного фенотипического клинического проявления гемохроматоза обычно происходит после менопаузы.В отличие от мужчин, изначально страдающих циррозом или диабетом, у женщин вначале проявляются нечеткие симптомы усталости, артралгии и пигментации. Различия в этих представлениях могут способствовать большему количеству диагностированных мужчин, чем женщин, до тех пор, пока прогрессирующее поражение печени не станет значительным у женщин.

Почти 90% всех пациентов с HH гомозиготны по миссенс-мутации HFE, которая изменяет цистеин в аминокислотном остатке 282 на тирозин (C282Y). Второй вариант HFE, который заменяет гистидин на аспартат по аминокислоте 63 (H63D), также связан с HH и обычно встречается в гомозиготном состоянии или в виде сложной гетерозиготы с C282Y.Гетерозиготы HFE могут также накапливать железо, но редко, если вообще демонстрируют клинические признаки.

Частота гомозигот C282Y у лиц североевропейского происхождения достигает 1 из 250, что указывает на высокую частоту аллелей и характерно для очень распространенного заболевания. Однако гемохроматоз, связанный с HFE, служит классическим примером неполной пенетрантности: примерно половина гомозигот C282Y демонстрирует некоторую степень перегрузки железом и только у 10% развиваются патологические индикаторы перегрузки железом.Для большинства клинически идентифицированных пациентов с HH очевидно, что мутации HFE служат предрасполагающими факторами и могут быть необходимыми, но недостаточными для проявления заболевания.

Среди множества изученных популяций мутации C282Y не были обнаружены у людей из Африки, Азии, Юго-Восточной Азии или Микронезии. Несколько аллелей были идентифицированы у австралийских аборигенов, меланезийцев и полинезийцев, но они связаны с гаплотипами HLA, обычно наблюдаемыми у европейцев, что предполагает примесь.Гемохроматоз иногда распознается у чернокожих с аллелями C282Y с частотой 1 из 6000, что значительно меньше, чем у лиц европейского происхождения. Гемохроматоз, не связанный с HFE, у чернокожих, по-видимому, является следствием неидентифицированного гена.

Биохимия

Ионы металлов

Более 25% всех ферментов содержат ионы металлов или требуют их для активности. Наиболее часто в ферментативных реакциях требуются железо и магний. Также требуются кобальт (в коферменте B 12 ) и марганец.

Большинство из них — двухвалентные ионы. Железо и марганец изменяют степень окисления во время реакций.

Патология

Перегрузка железом у африканцев

Перегрузка железом у африканцев возникает в результате предрасположенности к нагрузке железом. Это состояние раньше называлось сидерозом банту. Это происходит среди африканцев, которые пьют пиво из негальванизированных стальных бочек, и отличается от гемохроматоза, связанного с HFE. Нагрузка железом происходит как в клетках Купфера, так и в гепатоцитах. Однако кардиомиопатия и диабет встречаются реже.Уровни ферритина в сыворотке повышены, но уровни трансферрина могут не отражать степень перегрузки.

Есть опасения, что больные люди могут быть более восприимчивы к инфекциям и туберкулезу, чем люди с гемохроматозом, связанным с HFE.

Почему железо так важно для вашего тела

Почему железо важно для организма?

Человеческому организму требуется железо для выполнения многих жизненно важных физиологических функций. Например, железо является ключевым компонентом гемоглобина, который позволяет эритроцитам транспортировать кислород по всему телу, и играет ключевую роль в росте и дифференцировке клеток.По данным Всемирной организации здравоохранения, до 80% людей в мире могут иметь дефицит железа. Женщины в пременопаузе, особенно те, кто регулярно занимается спортом, сталкиваются с большим риском дефицита железа или даже анемии. Спортивные, активные мужчины также подвержены высокому риску дефицита железа. Низкий уровень железа может вызвать физическую усталость и слабость, нарушить умственную функцию и ослабить иммунную систему. С другой стороны, наличие слишком большого количества железа в организме может отравить определенные органы и даже привести к смерти.Поэтому поддержание оптимального баланса железа в организме имеет важное значение для здоровья.

Планы фитнеса и производительности

InsideTracker измеряют два маркера, связанных с железом, гемоглобин и ферритин. Наш новый Ultimate Plan добавляет еще четыре маркера, связанных с железом, чтобы дать пользователям системное представление об этом важном питательном веществе, позволяя лучше понять любой дисбаланс железа.

Как организм усваивает и изгоняет железо?

Тело не может производить железо; вы должны получить его через свой рацион.Пищевое железо перерабатывается и всасывается клетками слизистой оболочки тонкого кишечника. Однако только около 10% железа, которое мы потребляем каждый день, усваивается организмом. Процесс абсорбции железа жестко регулируется, поскольку в организме нет биохимических механизмов для удаления железа. Вместо этого железо теряется в результате таких процессов, как кровотечение, менструация и кормление грудью. Кроме того, железо в организме постоянно перерабатывается и повторно используется (например, в обмене эритроцитов).

Что происходит, когда железо попадает в организм?

После всасывания клетками слизистой оболочки тонкого кишечника часть железа откладывается в белке ферритине. Каждая молекула ферритина способна связываться примерно с 4500 молекулами железа одновременно. Ферритин связывает и высвобождает железо в ответ на колебания количества железа в крови, тем самым поддерживая относительно постоянный уровень железа в сыворотке (крови). Ферритин содержится во всех клетках, но наиболее часто встречается в костном мозге, печени и селезенке.Печень, сердце и поджелудочная железа обычно имеют высокий уровень ферритина и поэтому подвержены заболеваниям или повреждению от перегрузки железом.

Железо, не хранящееся в ферритине, выводится из клеток кишечника и попадает в кровоток. Как только железо попадает в кровь, оно связывается с белком трансферрином. Белки, такие как трансферрин, предотвращают образование соединений железа, повреждающих клетки, таких как свободные радикалы, и помогают транспортировать железо к различным тканям по всему телу.

Некоторое количество железа также доставляется в костный мозг, где оно играет ключевую роль в образовании новых красных кровяных телец. Связанный с железом трансферрин связывается с рецептором трансферрина на поверхности вновь образующихся красных кровяных телец, а затем перемещается в клетку, где железо отделяется от трансферрина. Белок трансферрина возвращается в кровоток, а железо доступно в клетке для использования. Поскольку у эритроцитов такая короткая продолжительность жизни (около 120 дней), организму требуется постоянный запас железа для восстановления гемоглобина.В результате умирающие эритроциты перерабатываются лейкоцитами, известными как макрофаги. Старый гемоглобин расщепляется, чтобы восполнить запасы железа в крови.

Почему у меня может быть низкий уровень железа?

Одна из причин, по которой у вас может быть мало железа, заключается в том, что потребность вашего организма в железе, возможно, увеличилась. Это часто происходит у быстро растущих детей раннего возраста, беременных женщин и людей, которые теряют кровь из-за сдачи крови, кишечных заболеваний, менструации или очень интенсивных нагрузок на выносливость.Еще одна причина низкого уровня железа — снижение потребления или усвоения железа. Институт медицины Национальной академии наук рекомендует мужчинам в возрасте 19-50 лет потреблять 8 мг железа в день, а женщинам в пременопаузе — 18 мг железа в день. После менопаузы потребность женщин в железе упадет до того же уровня, что и у мужчин: 8 мг в день.

Как я могу повысить уровень железа в моем организме?

Диетическое железо имеет две формы: гем (мясо, птица и рыба) и негем (бобы, шпинат и обогащенные продукты).Хотя негемовое железо является более распространенной формой, организм легче усваивает гемовое железо. Следовательно, вы можете увеличить абсорбцию железа, потребляя больше гемового железа. Кроме того, витамин С помогает увеличить количество усваиваемого организмом железа; Употребление продуктов или напитков, богатых витамином С, одновременно с продуктами с высоким содержанием железа повысит усвоение железа. Другие соединения препятствуют усвоению железа, поэтому вам следует избегать употребления продуктов или напитков, содержащих эти вещества, в то же время, когда вы едите продукты, богатые железом.Например, для улучшения усвоения железа не пейте кофе или чай во время еды или в течение часа после еды. Точно так же бобовые и цельнозерновые содержат соединения, снижающие абсорбцию железа, поэтому избегайте употребления бобов или цельного зерна с богатой железом едой.

Основные параметры железа в InsideTracker

План фитнеса и производительности InsideTracker измеряет ферритин и гемоглобин, два основных маркера железа. Ферритин — это белок, который связывает железо для хранения.Основная функция ферритина — поддерживать относительно постоянный уровень активного железа в организме за счет высвобождения или связывания железа. Если в организме мало железа, он может получить доступ к железу, содержащемуся в ферритине. Если в организме много железа, он может накапливать потенциально опасный избыток железа в ферритине. Если у вас низкий уровень ферритина, вам следует внимательно следить за уровнем железа. Гемоглобин — железосодержащий переносчик кислорода в красных кровяных тельцах. Его основная функция — переносить кислород из легких в мышцы, мозг и пищеварительную систему, где он высвобождает кислород для использования клетками.Оптимальный уровень гемоглобина улучшает силу, увеличивает выносливость и улучшает общую аэробную производительность.

Новый план Ultimate InsideTracker

Четыре новых маркера, связанных с железом, включенные в панель Ultimate, дают подробную картину железа в вашем теле: Сывороточное железо — количество железа в крови. Общая железосвязывающая способность (TIBC) — измеряет максимальное количество железа, которое может быть в крови. переносят, и является косвенным показателем трансферрина, который транспортирует железо к различным тканям и предотвращает повреждение железа в организме.Ненасыщенная железосвязывающая способность (UIBC) — это TIBC минус сывороточная насыщенность трансферрина железом (также называемая насыщением железом) — это сывороточное железо, деленное на TIBC, а затем умноженное на 100. Это показывает, сколько железа в крови связывается трансферрином.

Почему вы должны знать больше об уровне железа?

InsideTracker добавил эти четыре маркера железа на панель Ultimate, потому что ферритин и гемоглобин сами по себе не могут дать вам исчерпывающего представления о состоянии вашего железа. Железо в сыворотке, насыщение трансферрина, TIBC и UIBC раскрывают информацию о содержании железа в крови.Изменения этих маркеров могут указывать на ранние признаки дефицита или избытка железа, даже если уровень ферритина оптимален. С шестью маркерами, связанными с железом, Ultimate Plan дает вам возможность глубоко погрузиться в ваш статус железа, что может помочь вам оптимизировать уровень железа и, таким образом, повысить вашу энергию и концентрацию, улучшить аэробную производительность и укрепить вашу иммунную систему. Чтобы узнать больше о статусе вашего железа, подпишитесь на Ultimate Plan сегодня.

Дополнительную информацию о ферритине можно найти в нашем блоге: https: // www.insidetracker.com/blog/post/56962740603/got-fatigue-increase-your-ferritin

Для получения дополнительной информации о геме и негемовом железе посетите наш блог: https://www.insidetracker.com/blog/post/38863886706/pump-some-iron-do-you-know-the-difference-between- heme Попробуйте нашу бесплатную демонстрацию

Железо — лучший канал здоровья

Железо — важный минерал, который участвует в различных функциях организма, включая перенос кислорода в кровь. Это важно для обеспечения энергией повседневной жизни.Хорошие источники железа включают красное мясо, субпродукты и обогащенные железом хлопья для завтрака.

Железо выводится из организма с потом, выделением кишечных клеток и кровопотерей. Около одной трети населения мира страдает дефицитом железа. Менструирующие женщины подвержены большему риску дефицита железа, чем мужчины и женщины в постменопаузе. Считается, что до пяти процентов населения Австралии страдает железодефицитной анемией.

Роли железа в организме

Некоторые из многих ролей железа в организме включают:

  • транспорт кислорода — красные кровяные тельца содержат гемоглобин, сложный белок, который переносит кислород из легких в остальную часть тела.Гемоглобин частично состоит из железа, и на его долю приходится около двух третей железа в организме
  • миоглобина — особого белка, который помогает накапливать кислород в мышечных клетках. Миоглобин содержит железо и отвечает за красный цвет мышечных ферментов
  • — многие ферменты по всему телу содержат железо, в том числе те, которые участвуют в производстве энергии. Ферменты — это катализаторы (увеличивающие скорость химической реакции), которые управляют многими клеточными функциями
  • иммунная система — правильное функционирование иммунной системы частично зависит от достаточного количества железа.Иммунная система помогает нам бороться с инфекцией.

Рекомендуемое потребление железа с пищей

Среднестатистическому человеку необходимо ежедневно поглощать небольшое количество железа, чтобы оставаться здоровым (около 1 мг для взрослых мужчин и 1,5 мг для женщин в период менструации). Однако для этого нам нужно потреблять в несколько раз больше. Это потому, что наш организм поглощает только часть железа, содержащегося в продуктах, которые мы едим.

Рекомендуемая в Австралии норма потребления железа — это количество железа, необходимое для удовлетворения потребностей большей части населения.Эта сумма разная для разных возрастных групп и этапов жизни.

Рекомендуемая диета (в день)

Возраст и стадия жизни Рекомендуемое диетическое потребление железа (мг / день)
Младенцы в возрасте 0–6 месяцев на грудном вскармливании 0,2
Младенцы –6 месяцев — кормление смесью Железо в смеси усваивается хуже (примерно на 10–20%), чем железо в грудном молоке. Вот почему детские смеси, доступные в Австралии, обогащены железом.Следуя инструкциям на упаковке смеси, ваш ребенок будет получать необходимое количество железа для удовлетворения его ежедневных потребностей. Это потребление будет значительно выше, чем у младенцев, находящихся на грудном вскармливании.
Младенцы 7–12 месяцев 11
Девочки и мальчики 1–3 года 9
Девочки и мальчики 4–8 лет 10
Девочки и мальчики 9–13 лет 8
Мальчики 14–18 лет 11
Девочки 14–18 лет 15
Женщины 19–50 лет 18
Беременные 27
Кормящие женщины старше 18 лет 9
Кормящие женщины 14-18 лет 10
Женщины от 51 года и старше 8 8 8

Мужчины в возрасте 19 лет и старше 8

Типы железа в нашем рационе

В нашем рационе встречаются два типа железа:

  • гемовое железо — найдено в тканях животных, таких как говядина, баранина, кенгуру, курица и рыба.Такие продукты, как печень и почки, особенно богаты гемовым железом (однако беременным женщинам следует избегать употребления слишком большого количества субпродуктов, поскольку они содержат большое количество витамина А, который может вызвать врожденные дефекты). Эта форма железа наиболее легко усваивается организмом.
  • негемное железо — содержится в тканях животных, продуктах животного происхождения и растительных продуктах, таких как сушеные бобы и чечевица. Хорошие вегетарианские источники негемного железа включают обогащенные железом хлопья для завтрака, цельнозерновые и бобовые (фасоль и чечевица).

Сколько железа мы усваиваем с пищей?

Сколько железа вы усваиваете из своего рациона, зависит от того, сколько железа накапливает ваш организм.

Здоровый организм поглощает около 18 процентов доступного железа из типичной западной диеты (которая включает продукты животного происхождения) и примерно десять процентов из вегетарианской диеты. Однако вы можете потреблять гораздо меньше, даже если в ваш рацион входят продукты, богатые железом.

Наиболее существенное влияние на усвоение железа оказывает количество железа, уже хранящегося в вашем организме.Организм хранит железо в различных местах, включая печень. Если ваши запасы высоки, ваше тело усваивает меньше железа из продуктов, которые вы едите. И наоборот, низкие запасы железа увеличивают вашу способность усваивать железо.

Факторы питания, влияющие на всасывание железа

Определенные продукты и напитки влияют на количество усваиваемого вашим организмом железа.

Для увеличения усвоения железа:

  • Употребляйте витамин С (содержится во фруктах и ​​овощах).
  • Включите животный белок (гем) с растительными (негемными) источниками железа, например мясо с фасолью — например, говядину и фасоль в чили кон карне.
  • Готовьте растительные источники железа (например, овощи). В большинстве случаев приготовление пищи увеличивает количество доступного негемного железа в овощах. Например, организм усваивает шесть процентов железа из сырой брокколи по сравнению с 30 процентами из вареной брокколи.

Еда и напитки, снижающие способность вашего организма усваивать железо:

  • Соевые белки могут снижать усвоение из растительных источников.
  • Чай, кофе и вино содержат дубильные вещества, которые уменьшают абсорбцию железа, связываясь с железом и выводя его из организма.
  • Фитаты и волокна, содержащиеся в цельнозерновых продуктах, таких как отруби, могут снижать усвоение железа и других минералов.
  • Недостаток витамина А в вашем рационе может привести к дефициту железа, потому что витамин А помогает высвобождать накопленное железо.
  • Кальций и фосфор снижают усвоение железа растительного (негемного) происхождения.

Группы высокого риска по дефициту железа

Каждый восьмой человек в возрасте двух лет и старше не потребляет в среднем достаточно железа для удовлетворения своих потребностей.Если в вашем организме недостаточно железа, это называется «железодефицитным».

К людям с повышенным риском дефицита железа относятся:

  • младенцы, получающие коровье или другое молоко вместо грудного молока или детской смеси
  • малышей, особенно если они пьют слишком много коровьего молока
  • девочек-подростков
  • менструирующих женщин , особенно те, у кого обильные месячные
  • женщин, использующих ВМС (потому что у них обычно более тяжелые периоды)
  • беременных женщин
  • кормящих женщин
  • людей с плохим питанием, таких как люди с алкогольной зависимостью, люди, соблюдающие « модные диеты » , или люди с расстройствами пищевого поведения
  • люди, соблюдающие вегетарианскую или веганскую диету
  • австралийские аборигены
  • спортсменов на тренировках
  • человек с кишечными глистами
  • регулярные доноры крови
  • люди с состояниями, предрасполагающими их к кровотечению, такими как десна болезнь или язва желудка, полипы или рак кишечника
  • человек с хроническим заболеванием такие заболевания, как рак, аутоиммунные заболевания, сердечная недостаточность или заболевание почек (почек)
  • человек, принимающих аспирин в качестве обычного лекарства
  • человек, у которых способность усваивать или использовать железо ниже нормы, например, люди с глютеновой болезнью.

Узнайте больше о дефиците железа у взрослых и дефиците железа у детей.

Добавки железа

Уровень железа легко проверить с помощью анализа крови. В зависимости от вашего уровня железа врач может посоветовать вам принимать добавки железа.

Если вам посоветовали принимать добавки железа, имейте в виду, что:

  • Наиболее частым побочным эффектом добавок железа является темный или черный стул (фекалии), поэтому не беспокойтесь об этом изменении вашего привычки кишечника.
  • Другие общие побочные эффекты включают тошноту, рвоту, запор и диарею. Обратитесь к врачу за советом, но, как правило, лечение включает в себя снижение рекомендуемой дозы на короткое время, чтобы дать организму время приспособиться.
  • Добавки железа следует по возможности принимать натощак.
  • Добавки следует принимать точно в соответствии с рекомендациями врача. Человеческий организм не очень хорошо выводит железо, и вы можете отравиться, если примете больше рекомендованной дозы.

Слишком много железа может быть вредным

Организм очень эффективно накапливает железо, а слишком много железа может быть токсичным. Избыточные запасы железа могут привести к повреждению органов, особенно печени, сердца и поджелудочной железы. В некоторых случаях употребление железа в больших количествах может даже привести к летальному исходу. Некоторые симптомы отравления железом включают усталость и слабость, боль в суставах, потерю веса и потерю волос на теле.

Гемохроматоз — это состояние, характеризующееся избыточными запасами железа. Некоторые исследования показывают, что гемохроматоз увеличивает риск сердечных заболеваний и некоторых видов рака, таких как колоректальный рак.Лечение включает ограничение количества железа в рационе и регулярное удаление крови до нормализации уровня железа, однако важно обратиться к врачу за индивидуальной консультацией.

Если вы подозреваете передозировку железа, немедленно позвоните своему врачу или в Информационный центр по ядам штата Виктория по телефону 13 11 26 (круглосуточно 7 дней) или обратитесь в отделение неотложной помощи местной больницы.

Куда обратиться за помощью

Современные представления о гомеостазе железа | Американский журнал клинического питания

РЕФЕРАТ

Железо является важным микроэлементом, но оно также токсично в избытке, и, таким образом, млекопитающие разработали элегантные механизмы для поддержания концентрации железа как в клетках, так и во всем организме в оптимальном физиологическом диапазоне.В рационе железо содержится либо в геме, либо в различных негемовых формах. Хотя абсорбция гемового железа изучена плохо, негемовое железо транспортируется через апикальную мембрану кишечного энтероцита с помощью транспортера двухвалентных ионов металла (DMT1) и выводится в кровоток через ферропортин 1 (FPN1). Вновь абсорбированное железо связывается с трансферрином плазмы и распределяется по телу в местах утилизации, причем костный мозг эритроида особенно нуждается в железе.Нагруженный железом трансферрин связывается с рецептором трансферрина 1 на поверхности большинства клеток организма, и после эндоцитоза комплекса железо попадает в цитоплазму через DMT1 в эндосомальной мембране. Это железо может использоваться для метаболических функций, храниться в цитозольном ферритине или выводиться из клетки через FPN1. Концентрации клеточного железа модулируются регуляторными белками железа (IRP) IRP1 и IRP2. На уровне всего организма абсорбция пищевого железа и экспорт железа из тканей в плазму регулируются пептидом гепсидином, полученным из печени.Когда потребность тканей в железе высока, концентрация гепсидина низкая, и наоборот. Слишком мало или слишком много железа может иметь важные клинические последствия. В большинстве случаев дефицит железа отражает недостаточное поступление железа в рацион, тогда как избыток железа обычно связан с наследственными заболеваниями. Эти расстройства включают различные формы гемохроматоза, которые характеризуются неадекватной выработкой гепсидина и, следовательно, повышенным потреблением железа с пищей, а также анемии, вызывающие железо-нагруженную анемию, при которых как повышенное всасывание железа, так и трансфузионная терапия способствуют перегрузке железом.Несмотря на значительные недавние достижения, еще многое предстоит узнать о физиологии и патофизиологии железа.

ВВЕДЕНИЕ

Область гомеостаза железа очень активна, и каждый год в этой области публикуются тысячи статей. Цель этой статьи — не дать всесторонний обзор метаболизма железа, а предложить некоторую базовую информацию о физиологии и патофизиологии клеточного железа и железа в организме, подвести итоги этой области в настоящее время и выделить некоторые из оставшихся без ответа вопросов. которые требуют дальнейшего расследования.

Хотя некоторые белки, участвующие в гомеостазе железа, такие как ферритин и трансферрин, были известны уже много десятилетий, большая часть нашего понимания молекулярных основ метаболизма железа пришла к нам за последние 15–20 лет. Особенно плодотворный 5-летний период с 1996 по 2001 год привел к идентификации многих ключевых белков в этой области, в том числе импортирующего железо белка двухвалентного переносчика ионов металла 1 (DMT1), белка экспорта железа ферропортина 1 (FPN1). и «главный» регулятор гомеостаза железа, пептид гепсидин, полученный из печени (1).Хотя с того времени был сделан ряд важных открытий, многое из того, что мы узнали за последние 15 лет, усложнило базовые процессы переноса и регулирования, которые были установлены ранее. Раскрытие регуляции гепсидина было особенно доминирующим в этой области. Эти молекулярные достижения лежат в основе нашего понимания физиологии и патофизиологии всего тела, но, в свою очередь, анализ заболеваний, связанных с железом, стал главной движущей силой в определении молекулярных механизмов.

ОСНОВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЖЕЛЕЗА

Утюг диетический

После рождения, за исключением экзогенных терапевтических источников, все железо попадает в организм с пищей. Пищевое железо обычно считается гемовым или негемовым (2). Негемовое железо содержится в пищевых продуктах как животного, так и растительного происхождения и является доминирующей формой железа в растениях. Негемовое железо находится в самых разных формах и включает растворимое железо, железо в низкомолекулярных комплексах, запасное железо в ферритине и железо в каталитических центрах широкого ряда других белков.Большая часть этого железа не изолирована плотно, и, следовательно, его биодоступность может зависеть от ряда диетических компонентов и люминальных факторов. Низкий pH желудка и проксимального отдела тонкой кишки помогает удерживать железо в растворимой форме, тем самым делая его доступным для всасывания. Небольшие органические кислоты, такие как лимонная кислота и аскорбиновая кислота, также помогают поддерживать негемовое железо в восстановленной и растворимой форме и могут значительно улучшить его абсорбцию. Другие пищевые компоненты, особенно фитаты, дубильные вещества и полифенолы растительного происхождения, могут связывать негемовое железо и препятствовать его усвоению.Напротив, гемовое железо плотно изолировано в протопорфириновом кольце и недоступно для факторов, влияющих на негемовое железо. Как следствие, гемовое железо усваивается более эффективно, и его усвоение в меньшей степени зависит от состава рациона. Большая часть гемового железа в рационе поступает из миоглобина и гемоглобина животного происхождения.

Абсорбция железа в кишечнике

Железо всасывается зрелыми энтероцитами средней верхней ворсинки и, в основном, тонкой кишкой (3) (рис. 1).Хотя небольшие количества железа могут абсорбироваться более дистальными частями желудочно-кишечного тракта, проксимальные части тонкой кишки (двенадцатиперстная кишка и первая часть тощей кишки) особенно подходят для этой роли.

РИСУНОК 1

Гомеостаз железа в организме. Железо присутствует в пище как в гемовой, так и в негемовой формах. Хотя механизмы, лежащие в основе абсорбции гема, плохо изучены, негемовое железо попадает в кровоток после прохождения через апикальную мембрану энтероцитов через DMT1 и базолатеральную мембрану через FPN1.Железо связывается с ТФ плазмы и распределяется по тканям по всему телу. В количественном отношении большая часть железа используется незрелыми эритроцитами костного мозга для производства гемоглобина. Стареющие эритроциты фагоцитируются макрофагами, а железо высвобождается из катаболизированного гемоглобина и повторно поступает в кровоток. Полученный из печени пептид гепсидин играет решающую роль в регуляции потребления и распределения железа в организме, связываясь с FPN1 плазматической мембраны на энтероцитах, макрофагах и большинстве клеток организма и облегчая его интернализацию и деградацию.Гепсидин, в свою очередь, регулируется потребностью организма в железе. Таким образом, когда организм испытывает дефицит железа, концентрации гепсидина низкие, что способствует всасыванию и доставке железа в плазму из мест хранения; но когда организм насыщен железом, более высокая концентрация гепсидина снижает абсорбцию железа и ухудшает высвобождение железа из запасов. DCYTB, дуоденальный цитохром b; DMT1, переносчик ионов двухвалентного металла 1; ФПН, ферропортин; HP, гефестин; ТФ, трансферрин.

РИСУНОК 1

Гомеостаз железа в организме.Железо присутствует в пище как в гемовой, так и в негемовой формах. Хотя механизмы, лежащие в основе абсорбции гема, плохо изучены, негемовое железо попадает в кровоток после прохождения через апикальную мембрану энтероцитов через DMT1 и базолатеральную мембрану через FPN1. Железо связывается с ТФ плазмы и распределяется по тканям по всему телу. В количественном отношении большая часть железа используется незрелыми эритроцитами костного мозга для производства гемоглобина. Стареющие эритроциты фагоцитируются макрофагами, а железо высвобождается из катаболизированного гемоглобина и повторно поступает в кровоток.Полученный из печени пептид гепсидин играет решающую роль в регуляции потребления и распределения железа в организме, связываясь с FPN1 плазматической мембраны на энтероцитах, макрофагах и большинстве клеток организма и облегчая его интернализацию и деградацию. Гепсидин, в свою очередь, регулируется потребностью организма в железе. Таким образом, когда организм испытывает дефицит железа, концентрации гепсидина низкие, что способствует всасыванию и доставке железа в плазму из мест хранения; но когда организм насыщен железом, более высокая концентрация гепсидина снижает абсорбцию железа и ухудшает высвобождение железа из запасов.DCYTB, дуоденальный цитохром b; DMT1, переносчик ионов двухвалентного металла 1; ФПН, ферропортин; HP, гефестин; ТФ, трансферрин.

Чтобы перейти из просвета кишечника в кровоток, железо должно пересечь как апикальную мембрану щеточной каймы, так и базолатеральную мембрану энтероцитов (рис. 1). Негемовое железо проникает через мембрану щеточной каймы через DMT1 (4). Для этого транспортера требуется двухвалентное железо (Fe 2+ ) в качестве субстрата, но большая часть пищевого железа находится в трехвалентной форме (Fe 3+ ).Таким образом, железо необходимо восстановить, прежде чем оно сможет усвоиться. Цитохром B двенадцатиперстной кишки является одной из потенциальных редуктаз щеточной каймы (5), но, вероятно, будут и другие. Если железо в энтероците сразу не требуется организму, оно блокируется в клетке внутри ферритина, запасающего железо, и выводится из организма только после того, как энтероцит откладывается в конце своей многодневной жизни. Если железо требуется, оно может быстро экспортироваться через базолатеральную мембрану энтероцитов через FPN1 (6).Эффективность базолатерального экспорта железа значительно усиливается медьзависимым железооксидазой гефестином, который превращает недавно перенесенный Fe 2+ в форму Fe 3+ (7).

Об абсорбции гемового железа известно очень мало (3). Предполагается, что он связывается с щеточной каймой энтероцитов неповрежденной, а затем, вероятно, подвергается эндоцитозу, но молекулярные детали этого процесса нам неизвестны. Считается, что, попав в энтероцит, железо высвобождается из гема под действием гемоксигеназ и что это железо впоследствии выводится из клеток через FPN1 (т.е.е., тот же путь, что и негемовое железо). Железо может также проходить через тонкий кишечник в других формах [например, в виде ферритина (8)], но, опять же, задействованные механизмы нам неизвестны.

Системный транспорт железа и его доставка в ткани

Недавно абсорбированное железо (или железо, которое высвобождается из мест хранения) связывается с трансферрином плазмы, который распределяет его по телу в места использования (9) (рис. 1). Каждая молекула трансферрина может связывать ≤2 атома железа.В нормальных условиях только ~ 30% сайтов связывания железа в пуле трансферрина плазмы заняты в любой момент времени [т.е. насыщение трансферрина (TSAT) 30%], тем самым обеспечивая значительную буферную способность против появления потенциально токсичных железо, не связанное с трансферрином (NTBI). Однако при заболеваниях, связанных с нагрузкой железом, трансферрин часто становится насыщенным, и концентрация NTBI может быть опасно высокой (10). TSAT может обеспечить полезный показатель поступления железа в костный мозг, а TSAT менее 16% коррелирует со сниженным образованием новых красных кровяных телец (эритроцитов) (11).Однако задействованный механизм является более сложным, чем простое ограничение поступления железа для производства гема (и, следовательно, гемоглобина), а также включает влияние низкого содержания железа (среди других сигналов) на различные сигнальные пути в развивающихся эритроидных клетках (12).

Diferric трансферрин доставляет железо в клетки путем связывания с рецептором трансферрина (TfR) 1 на плазматической мембране (9) (рис. 2). Комплекс трансферрин-TfR1 интернализуется через клатрин-опосредованный эндоцитоз. Эндосома подкисляется, и сочетание низкого pH, изменение конформации трансферрина, связанное с его связыванием с его рецептором, и снижение уровня Fe 3+ , связанного с трансферрином, с помощью фермента 6-трансмембранного эпителиального антигена Семейство редуктаз простаты (6-трансмембранный эпителиальный антиген простаты 3 в случае незрелых эритроидных клеток) высвобождает железо из трансферрина (13).Это железо перемещается в цитоплазму через эндосомальную мембрану через DMT1 (14). Судьба этого железа зависит от потребностей клетки в железе. Если железо необходимо для метаболических функций, оно может напрямую попадать в места утилизации, такие как митохондрии. Если железо не требуется немедленно, оно может быть изолировано в ферритине, запасающем железо, для дальнейшего использования. Клетка также может избавляться от железа за счет экспорта через FPN1. Этот путь экспорта можно использовать как предохранительный клапан, если внутри клетки накапливается очень большое количество железа.В энтероцитах эффективность экспорта клеточного железа повышается за счет оксидазы железа-гефестина, но в большинстве клеток организма эту роль выполняет циркулирующий гомолог гефестина церулоплазмин (15).

РИСУНОК 2

Гомеостаз клеточного железа. Клетки могут поглощать железо в различных формах, но все ядерные клетки обладают способностью использовать связанное с ТФ железо. Diferric TF связывается с TFR1 на плазматической мембране, и комплекс интернализуется в эндосомах. Подкисление эндосомы, которое сопровождается восстановлением железа членом семейства белков STEAP, высвобождает железо из TF, которое впоследствии перемещается через эндосомальную мембрану через DMT1 в цитоплазму.Точная форма этого цитозольного пула железа неясна, но по крайней мере некоторое количество железа связывается белками PCBP, которые действуют как шапероны железа. Эти комплексы могут доставлять железо к вновь синтезированным железосодержащим белкам (хотя неясно, могут ли они доставлять железо в митохондрии) и ферритину, запасающему железо. Железо, превышающее потребности клеток, может экспортироваться через FPN1, при этом CP железооксидазы увеличивает эффективность этого процесса. Некоторые типы клеток могут поглощать железо в других формах, включая NTBI, или железо, содержащееся в ферритине, геме или гемоглобине.Потребление и хранение клеточного железа регулируется железо-чувствительным элементом и системой IRP, так что низкие концентрации железа способствуют синтезу большего количества TFR1 и подавляют экспрессию ферритина, тогда как высокие концентрации клеточного железа приводят к увеличению концентраций ферритина и снижению TFR1. ЦП, церулоплазмин; DMT1, переносчик ионов двухвалентного металла 1; FPN1, ферропортин 1; IRP, белок, регулирующий железо; LRP, белок, связанный с рецептором ЛПНП; мРНК, информационная РНК; NTBI, железо, не связанное с трансферрином; PCBP, поли (rC) -связывающий белок; STEAP, 6-трансмембранный эпителиальный антиген простаты; ТФ, трансферрин; TFR1, рецептор трансферрина 1; ZIP14, Zrt / Irt-подобный белок 14.

РИСУНОК 2

Гомеостаз клеточного железа. Клетки могут поглощать железо в различных формах, но все ядерные клетки обладают способностью использовать связанное с ТФ железо. Diferric TF связывается с TFR1 на плазматической мембране, и комплекс интернализуется в эндосомах. Подкисление эндосомы, которое сопровождается восстановлением железа членом семейства белков STEAP, высвобождает железо из TF, которое впоследствии перемещается через эндосомальную мембрану через DMT1 в цитоплазму. Точная форма этого цитозольного пула железа неясна, но по крайней мере некоторое количество железа связывается белками PCBP, которые действуют как шапероны железа.Эти комплексы могут доставлять железо к вновь синтезированным железосодержащим белкам (хотя неясно, могут ли они доставлять железо в митохондрии) и ферритину, запасающему железо. Железо, превышающее потребности клеток, может экспортироваться через FPN1, при этом CP железооксидазы увеличивает эффективность этого процесса. Некоторые типы клеток могут поглощать железо в других формах, включая NTBI, или железо, содержащееся в ферритине, геме или гемоглобине. Потребление и хранение клеточного железа регулируется железо-чувствительным элементом и системой IRP, так что низкие концентрации железа способствуют синтезу большего количества TFR1 и подавляют экспрессию ферритина, тогда как высокие концентрации клеточного железа приводят к увеличению концентраций ферритина и снижению TFR1.ЦП, церулоплазмин; DMT1, переносчик ионов двухвалентного металла 1; FPN1, ферропортин 1; IRP, белок, регулирующий железо; LRP, белок, связанный с рецептором ЛПНП; мРНК, информационная РНК; NTBI, железо, не связанное с трансферрином; PCBP, поли (rC) -связывающий белок; STEAP, 6-трансмембранный эпителиальный антиген простаты; ТФ, трансферрин; TFR1, рецептор трансферрина 1; ZIP14, Zrt / Irt-подобный белок 14.

Хотя диферрический трансферрин является источником железа, который может использоваться большинством, а возможно, и всеми клетками организма, это не единственный источник клеточного железа (рис. 2).NTBI может очень эффективно поглощаться многими типами клеток, и недавно было показано, что Zrt / Irt-подобный белок 14 является важным переносчиком NTBI (16). Есть некоторые свидетельства того, что ферритин также может доставлять свое железо в клетки (17). В патологических ситуациях, которые характеризуются гемолизом, высвободившийся гем и гемоглобин могут связываться с циркулирующими гемопексином и гаптоглобином, соответственно, и эти комплексы также могут поглощаться некоторыми типами клеток (18). Эти пути важны для утилизации и повторного использования железа.Относительная важность различных путей захвата железа варьируется в зависимости от типа клеток. Например, незрелые эритроидные клетки почти полностью зависят от TfR1-опосредованного эндоцитоза диферрического трансферрина, но печень также использует ряд других путей (9).

Внутриклеточная торговля и хранение железа

Свободное железо в растворе довольно токсично, и в биологических ситуациях оно почти всегда плотно блокируется белками (9). Можно было бы ожидать, что цитоплазма будет содержать железосвязывающие белки или шапероны для перемещения железа по клетке.Однако только относительно недавно поли (rC) -связывающие белки были идентифицированы как внутриклеточные шапероны железа (19) (рис. 2). Было показано, что поли (rC)-связывающие белки доставляют железо к ферритину и некоторым ферментам, но вполне вероятно, что другие, еще не обнаруженные шапероны также существуют внутри клеток.

Хранение железа — критический компонент гомеостаза клеточного железа, который позволяет изолировать железо в нетоксичной форме, но также обеспечивает резервуар, из которого железо может быть использовано для будущих метаболических потребностей.Ферритин является основным внутриклеточным белком-хранилищем железа (20) (рис. 2). Ферритин — это большой белок, состоящий из 24 субъединиц, которые расположены так, что образуют сферическую оболочку с большой центральной полостью. Поры в белковой оболочке обеспечивают вход и выход железа, а одна молекула ферритина может содержать до 4500 атомов железа. Эта высокая емкость в сочетании с тем фактом, что экспрессия ферритина значительно увеличивается при повышении концентрации клеточного железа, дает клетке огромную способность связывать железо.Когда в клетке накапливаются высокие концентрации железосодержащего ферритина, молекулы ферритина агрегируются, и в конечном итоге эти агрегаты сливаются с лизосомами. Этот процесс приводит к деградации ферритина, и полученная смесь ядер Fe 3+ и пептидов известна как гемосидерин (20). Эта форма запасного железа особенно заметна в клетках пациентов с железо-нагруженными заболеваниями. Железо можно эффективно мобилизовать как из ферритина, так и из гемосидерина, когда оно требуется в других частях тела.Другой важной особенностью ферритина является то, что небольшие количества секретируются из клетки, и количество, которое секретируется, сильно коррелирует с концентрацией внутриклеточного железа. Эта связь делает концентрацию ферритина в сыворотке легко измеряемым и точным индикатором запасов железа в организме (20).

Регуляция гомеостаза клеточного железа

Гомеостаз клеточного железа жестко регулируется, чтобы максимизировать поступление железа в клетку, когда клетка испытывает дефицит железа, и чтобы ограничить поступление железа и способствовать хранению, когда клетка насыщена железом.Эта регуляция может происходить на разных уровнях, но наиболее понятной системой является железозависимое связывание регуляторных белков железа (IRP) IRP1 и IRP2 со структурами «стержень-петля» [железо-чувствительные элементы (IRE)] в нетранслируемых областях (UTRs). ) информационных РНК (мРНК), кодирующих различные белки, связанные с железом (21) (Рисунок 2). Когда концентрации клеточного железа низки, IRP находятся в их мРНК-связывающих конформациях. Связывание IRP с 5′-UTR мРНК ферритина блокирует трансляцию, таким образом гарантируя, что ферритин продуцируется в небольшом количестве, когда хранение железа не требуется.Одновременно IRP связываются с IRE в 3′-UTR мРНК TfR1, тем самым защищая сообщение от деградации и позволяя большему количеству TfR1 экспрессироваться на клеточной мембране. Этот эффект, в свою очередь, позволяет клетке максимально увеличить потребление железа. Когда концентрации клеточного железа высоки, IRP не связываются с IRE, тем самым позволяя трансляции мРНК ферритина происходить и подвергая мРНК TfR1 деградации. Эти условия ограничивают поглощение клеточного железа и способствуют его хранению. Ряд других мРНК содержит IRE, включая DMT1, FPN1, синтазу 2 5-аминолевулиновой кислоты и индуцируемый гипоксией фактор 2α (21).Чистый эффект этих изменений состоит в том, чтобы гарантировать, что клетки вырабатывают соответствующий физиологический ответ на изменения внутриклеточных концентраций железа.

Тот факт, что концентрации ферритина и TfR1 меняются в зависимости от статуса железа, имеет важное диагностическое значение. Ранее было отмечено, что небольшие количества ферритина секретируются из мест накопления, и, таким образом, концентрация ферритина в сыворотке отражает это количество накопленного железа. Небольшие количества TfR1 также могут присутствовать в сыворотке, поскольку внеклеточный домен белка может протеолитически расщепляться на плазматической мембране.Результирующий растворимый TfR пропорционален комплексу TfR1 на клеточной поверхности в организме и является полезным показателем дефицита железа (ID), поскольку концентрации TfR1 повышаются при низких концентрациях железа (22, 23).

Другие способы регулирования менее изучены, но заслуживают дальнейшего внимания. Известно, что на уровне транскрипции такие факторы, как гипоксия (24), цитокины и гормоны (25, 26), регулируют различные гены, связанные с железом. Даже само железо в некоторой степени регулирует различные гены, связанные с железом (27).

Системный гомеостаз железа

Тонкая регуляция гомеостаза железа на клеточном уровне воспроизводится на уровне всего тела. Если человеку требуется больше железа, больше железа будет мобилизовано из запасов железа в организме, и будет увеличиваться всасывание железа в кишечнике. Однако, если организм насыщен железом, эти процессы будут подавляться. Обширная работа за последние 15 лет показала, что эта регуляция опосредуется небольшим печеночным пептидом гепсидином (1) (рис. 1).Изменения потребности организма в железе передаются в печень, и это, в свою очередь, модулирует экспрессию гепсидина, который кодируется геном антимикробного пептида гепсидина. Гепсидин распределяется по кровотоку к своим целевым сайтам, где он связывается с экспортирующим железо белком FPN1. Таким образом, FPN1 действует как рецептор гепсидина. Этот комплекс убиквитинируется, интернализуется и разлагается, что приводит к нарушению способности железа высвобождаться в кровоток. Таким образом, когда организм изобилует железом, концентрация гепсидина высока, и поступление железа в плазму снижается; однако, когда потребность в железе высока, концентрация гепсидина снижается, и в кровоток поступает больше железа.Основные клетки, экспортирующие железо, включают макрофаги, которые рециркулируют железо, полученное из гема, из стареющих эритроцитов; гепатоциты, которые являются основным местом хранения железа; и кишечные энтероциты, которые способствуют поступлению железа с пищей. Однако большинство клеток способны экспортировать железо через FPN1 и, таким образом, являются потенциальными мишенями для гепсидина.

Регуляция гепсидина широко изучена, но, тем не менее, остается не полностью изученной. Путь регуляции костного морфогенетического белка-SMAD является центральным для регуляции гепсидина, и, вероятно, это путь, через который происходит железозависимая регуляция гепсидина (1), но воспалительные цитокины (28), гипоксия (24) и ряд других факторов. (25, 26) также могут активировать сигнальные пути, которые приводят к изменениям транскрипции гепсидина.Увеличение запасов железа и воспаление усиливают экспрессию гепсидина, тогда как уменьшение запасов железа и гипоксия снижают экспрессию.

Органоспецифический метаболизм железа

У разных органов разные потребности в железе, и многие детали этих различий только сейчас стали понятны на молекулярном уровне. Например, в последнее время был достигнут значительный прогресс в понимании гомеостаза железа в сердце (29). Даже в пределах отдельных тканей разные типы клеток различаются по своей способности усваивать различные формы железа и различаются по своей способности накапливать железо.Эритроидный костный мозг имеет самую высокую потребность в железе из всех тканей организма, потому что для синтеза гемоглобина в новых эритроцитах требуется очень большое количество железа (30). Ткани с высокой пролиферативной способностью (например, быстро делящиеся клетки кишечных крипт) также требуют относительно больших количеств железа и, как незрелые эритроидные клетки, в большом количестве экспрессируют TfR1 на своей плазматической мембране (31). Таким образом, когда поступление железа становится ограниченным, распределение железа по тканям становится приоритетным, а эритропоэз особенно хорошо защищается (32).Эта ситуация также наблюдается во время беременности, когда снабжение плода железом является приоритетным за счет матери (33).

Железо и микробиом

Современный обзор гомеостаза железа был бы неполным без некоторого рассмотрения влияния железа на микробиом. Микробиом кишечника влияет на широкий спектр метаболических и физиологических процессов (34). Большинству бактерий требуется железо для роста и выживания, а некоторым бактериям для выживания необходимо железо.Следовательно, многочисленные исследования показали, что обогащение железом может изменить микробный профиль в кишечнике, тем самым способствуя росту потенциально патогенных видов энтеробактерий за счет защитных видов лактобацилл и бифидобактерий (35, 36). При любом рассмотрении добавок или обогащения железа необходимо учитывать их влияние на микробиом и возможные последующие последствия.

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ЖЕЛЕЗА

В нормальных физиологических условиях количество железа в организме колеблется от ~ 3 до 5 г.Отклонения от этого диапазона могут привести либо к ИД, либо к перегрузке железом и могут иметь патологические последствия (10, 37). Недостаточное поступление железа может нарушить синтез основных железосодержащих белков, необходимых для нормальной клеточной физиологии, и привести к ряду неблагоприятных последствий (38). Напротив, избыток железа может катализировать реакции, которые производят активные формы кислорода (10) и, следовательно, вызывать окислительное повреждение клеток и тканей, которое может привести к фиброзу тканей и дисфункции органов в долгосрочной перспективе.

ID

ID является одним из наиболее распространенных дефицитов питания в мире, которым страдают более 2 миллиардов человек (37). Многие из этих людей настолько страдают от дефицита железа, что нарушается выработка эритроцитов, что приводит к анемии. Недостаточное потребление с пищей является основной причиной ID (37), а низкая биодоступность железа в растительной диете увеличивает восприимчивость. В редких случаях ID может быть результатом генетических нарушений гомеостаза железа. В частности, мутации в гене TMPRSS6, который кодирует вышестоящий регулятор гепсидина, приводят к железорезистентной анемии ID (39).

Лечение легкой формы ID может быть достигнуто простым увеличением количества биодоступного железа в рационе (например, за счет увеличения потребления железа из красного мяса) или путем приема добавок (37, 40). Обычно используемые добавки железа, в том числе сульфат железа, глюконат железа и фумарат железа (41), могут эффективно восполнить запасы истощенного железа, но в высоких дозах могут привести к значительным побочным эффектам со стороны желудочно-кишечного тракта (42). Также доступны эффективные парентеральные добавки железа (41), а в случаях тяжелой ID может потребоваться внутривенная инфузия железа для быстрой доставки большого количества железа.

Перегрузка железа

Большая часть первичной перегрузки железом имеет генетическую основу (43). Первичные синдромы перегрузки железом, часто называемые гемохроматозом, возникают в результате мутаций в генах, которые участвуют в транспорте железа или его регуляции. Напротив, вторичная перегрузка железом обычно возникает в результате переливаний, которые используются для лечения определенных наследственных заболеваний, таких как железосодержащие анемии (например, β-талассемия). Выделяются пять основных типов гемохроматоза, которые возникают в результате мутаций в генах, кодирующих белок гемохроматоза (тип 1), гемоювелин (тип 2A), гепсидин (тип 2B), TfR2 (тип 3) и FPN1 (тип 4) (43). .Большинство из них являются редкими или редкими состояниями, но гемохроматоз, связанный с белками гемохроматоза, относительно часто встречается в популяциях североевропейского происхождения (частота от 1:80 до 1: 200) (44). Общей чертой этих расстройств является пониженная или незначительная экспрессия гепсидина, что приводит к неспособности ограничить абсорбцию пищевого железа по мере увеличения нагрузки железом в организме. Железо накапливается во многих органах, особенно в печени, сердце и поджелудочной железе (10). Клинические последствия этого накопления включают фиброз и цирроз печени, повышенный риск гепатоцеллюлярной карциномы, кардиомиопатию, артрит и диабет.

Перегрузка железом также была связана с другими генетическими дефектами (например, атрансферринемией, ацерулоплазминемией и атаксией Фридрейха), хроническими заболеваниями (например, хроническим заболеванием печени и поздней кожной порфирией), хирургическим вмешательством (например, портокавальным шунтированием) или лечением заболеваний ( например, трансфузионная терапия миелодиспластических синдромов) (45). Кроме того, избыток железа может влиять на тяжесть ряда других заболеваний, таких как жировая болезнь печени (46), муковисцидоз (47) и широкий спектр неврологических расстройств (48).

Лечение перегрузки железом зависит от основного заболевания. Гемохроматоз обычно лечат с помощью высокоэффективной и относительно недорогой флеботомии (10) с удалением ~ 0,5 г Fe / л крови. Впоследствии железо извлекается из хранилища для эритропоэза, чтобы заменить удаленные эритроциты. При железосодержащих анемиях, таких как талассемия, флеботомия нецелесообразна, поэтому железо удаляется с помощью железосвязывающих препаратов, известных как хелаторы железа (49). После связывания железа хелаторами железа комплекс хелатора железа выводится с мочой или калом.

Поскольку ось гепсидин-ФПН играет такую ​​важную роль в регулировании потребления и распределения железа в организме, терапевтические подходы, нацеленные на эту систему, продемонстрировали значительный потенциал (50, 51). Миметики гепсидина или агенты, которые увеличивают экспрессию гена антимикробного пептида гепсидина, оказались многообещающими при лечении гемохроматоза и β-талассемии, тогда как антагонисты гепсидина или агенты, блокирующие синтез гена, находят применение при лечении анемии, вызванной воспалением.Ряд этих агентов сейчас проходит клинические испытания.

Анемия хронического заболевания

Анемия хронического заболевания или анемия воспаления является второй по распространенности формой анемии после анемии, вызванной ID (52). В ответ на воспалительные ситуации, такие как инфекция, рак и различные хронические воспалительные состояния, концентрация железа в плазме снижается, а макрофаги и другие типы клеток секвестрируют железо. Если это состояние сохраняется, поступление железа в костный мозг может нарушиться, что может привести к анемии.На молекулярном уровне большая часть снижения содержания железа в плазме, которое сопровождает анемию при хроническом заболевании, может быть объяснена стимуляцией выработки гепсидина провоспалительными цитокинами. Более высокие концентрации гепсидина уменьшают FPN1 на клеточной поверхности и приводят к секвестрации железа внутри клеток. Однако экспрессия FPN1 также может снижаться независимо от гепсидина (53) во время воспаления.

ВЫВОДЫ И НАПРАВЛЕНИЯ БУДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Наше понимание роли железа в биологических системах значительно расширилось за последние два десятилетия и продолжает занимать большое количество исследователей во всем мире.Несмотря на эти достижения, еще предстоит изучить много информации. Краткое изложение некоторых областей, в которых требуется дополнительная работа, представлено в таблице 1. Эти области варьируются от лучшего понимания молекулярных механизмов, лежащих в основе функции известных белков метаболизма железа и выявления новых участников, до того, как роли эти белки интегрированы на уровне всего тела. Даже относительно хорошо изученные нормальные физиологические процессы, такие как абсорбция железа в кишечнике, эритропоэз и поступление железа во время беременности и младенчества, остаются не полностью изученными.Определение интеграции метаболизма железа в нормальных физиологических условиях является важным предвестником для понимания того, как эти процессы нарушаются при патологических условиях. Хотя основные заболевания, связанные с железом, были известны и широко поняты в течение некоторого времени, потенциальная неблагоприятная роль железа может играть в ряде других заболеваний (например, неврологических, сердечных, почечных и печеночных заболеваниях) все чаще признается, и наши более сложное понимание гомеостаза железа, теперь мы гораздо лучше подготовлены для разработки рациональных методов лечения этих состояний.

ТАБЛИЦА 1

Некоторые важные области для будущих исследований гомеостаза железа 1

Площадь
.
Комментарий
.
Молекулы и клеточные процессы
Идентификация новых белков, связанных с железом Несомненно, существуют неоткрытые молекулы, включая новые переносчики и регуляторы (например, белки, участвующие в абсорбции гемового железа с пищей).
Определение структуры и функциональных отношений белков метаболизма железа у млекопитающих Структурная информация о многих связанных с железом белках и особенно о мембранных переносчиках совершенно неадекватна.
Внутриклеточная транспортировка железа и гомеостаз Важными областями являются идентификация и изучение роли внутриклеточных шаперонов железа и доставки железа в ключевые органеллы (например, митохондрии).
Отношения между железом и другими металлами Некоторые связи широко признаны (например,g., медьзависимые оксидазы железа), но другие требуют дальнейшего изучения (например, ключевые белки, транспортирующие железо, также переносят другие металлы).
Регуляция генов, кодирующих связанные с железом белки Важные регуляторные механизмы хорошо известны (например, система IRE-IRP), но наше понимание регуляторов транскрипции и их механизмов действия остается ограниченным.
Факторы, регулирующие гепсидин Некоторые пути хорошо определены, но другие, такие как роли, которые играют HFE и TfR2, требуют разграничения.
Физиология
Эффекты тонких изменений в статусе железа Большая часть нашего нынешнего понимания гомеостаза железа основана на изучении крайностей (например, ID по сравнению с нагрузкой железом).
Последствия супрафизиологического приема железа Определение эффектов приема добавок для людей с высоким содержанием железа имеет важное практическое значение.
Органоспецифический гомеостаз железа Различные органы и разные типы клеток внутри органов по-разному обрабатывают железо, и наше понимание в этой области остается ограниченным.
Приоритезация поступления железа в разные органы Некоторые ткани относительно защищены от ID или относительно восприимчивы к нагрузке железом. Важно понимать механизмы, лежащие в основе этого явления.
Связи между железом и микробиомом То, как железо изменяет микробиом кишечника (и, возможно, микробиом других участков), является важным фактором при любых исследованиях добавок, и состав микробного сообщества может влиять на физиологию железа в организме.
Оценка статуса железа
Измерение незначительных изменений статуса железа и их эффектов Лучшие методы измерения небольших изменений статуса железа плохо изучены, как и физиологическая значимость этих изменений.
Новые индикаторы и комбинации индикаторов Недавние молекулярные достижения могут быть полезны для определения новых индикаторов статуса железа или новых комбинаций индикаторов.
Воспаление Воспаление остается основным фактором, влияющим на ключевые показатели статуса железа, и то, как его учитывать, является важным вопросом. Это становится все более серьезной проблемой по мере роста уровня ожирения в обществе.
Генетический профиль Продолжается выявление генетических влияний на статус железа и новых генетических модификаторов. Рассмотрение генетического профиля может быть полезным для оценки риска заболеваний, связанных с железом, и ответа на лечение.
Лечебные процедуры
Добавки железа для перорального приема Несмотря на недавние достижения, все еще необходимы более эффективные добавки железа для приема внутрь с меньшим количеством побочных эффектов.
Удаление железа Набор клинически одобренных хелаторов железа остается очень ограниченным, поэтому необходимы более совершенные соединения и более эффективные методы доставки.
Персонализированная медицина и питание Современные генетические и физиологические знания могут быть использованы для адаптации лечения, связанного с железом (будь то добавление железа, перераспределение железа или удаление железа), с учетом индивидуумов, конкретных этапов жизни или конкретных клинических состояний. эффективно.
Площадь
.
Комментарий
.
Молекулы и клеточные процессы
Идентификация новых белков, связанных с железом Несомненно, существуют неоткрытые молекулы, включая новые переносчики и регуляторы (например, белки, участвующие в абсорбции гемового железа с пищей).
Определение структуры и функциональных отношений белков метаболизма железа у млекопитающих Структурная информация о многих связанных с железом белках и особенно о мембранных переносчиках совершенно неадекватна.
Внутриклеточная транспортировка железа и гомеостаз Важными областями являются идентификация и изучение роли внутриклеточных шаперонов железа и доставки железа в ключевые органеллы (например, митохондрии).
Отношения между железом и другими металлами Некоторые связи широко признаны (например, медьзависимые оксидазы железа), но другие требуют дальнейшего изучения (например, ключевые белки, транспортирующие железо, также переносят другие металлы).
Регуляция генов, кодирующих связанные с железом белки Важные регуляторные механизмы хорошо известны (например, система IRE-IRP), но наше понимание регуляторов транскрипции и их механизмов действия остается ограниченным.
Факторы, регулирующие гепсидин Некоторые пути хорошо определены, но другие, такие как роли, которые играют HFE и TfR2, требуют разграничения.
Физиология
Эффекты тонких изменений статуса железа Большая часть нашего нынешнего понимания гомеостаза железа основана на изучении крайностей (например,g., ID по сравнению с загрузкой железа).
Последствия супрафизиологического приема железа Определение эффектов приема добавок для людей с высоким содержанием железа имеет важное практическое значение.
Органоспецифический гомеостаз железа Различные органы и разные типы клеток внутри органов по-разному обрабатывают железо, и наше понимание в этой области остается ограниченным.
Приоритезация поступления железа в разные органы Некоторые ткани относительно защищены от ID или относительно восприимчивы к нагрузке железом.Важно понимать механизмы, лежащие в основе этого явления.
Связи между железом и микробиомом То, как железо изменяет микробиом кишечника (и, возможно, микробиом других участков), является важным фактором при любых исследованиях добавок, и состав микробного сообщества может влиять на физиологию железа в организме.
Оценка статуса железа
Измерение незначительных изменений статуса железа и их эффектов Лучшие методы измерения небольших изменений статуса железа плохо изучены, как и физиологическая значимость этих изменений.
Новые индикаторы и комбинации индикаторов Недавние молекулярные достижения могут быть полезны для определения новых индикаторов статуса железа или новых комбинаций индикаторов.
Воспаление Воспаление остается основным фактором, влияющим на ключевые показатели статуса железа, и то, как его учитывать, является важным вопросом. Это становится все более серьезной проблемой по мере роста уровня ожирения в обществе.
Генетический профиль Продолжается выявление генетических влияний на статус железа и новых генетических модификаторов.Рассмотрение генетического профиля может быть полезным для оценки риска заболеваний, связанных с железом, и ответа на лечение.
Лечебные процедуры
Добавки железа для перорального приема Несмотря на недавние достижения, все еще необходимы более эффективные добавки железа для приема внутрь с меньшим количеством побочных эффектов.
Удаление железа Набор клинически одобренных хелаторов железа остается очень ограниченным, поэтому необходимы более совершенные соединения и более эффективные методы доставки.
Персонализированная медицина и питание Современные генетические и физиологические знания могут быть использованы для адаптации лечения, связанного с железом (будь то добавление железа, перераспределение железа или удаление железа), с учетом индивидуумов, конкретных этапов жизни или конкретных клинических состояний. эффективно.

ТАБЛИЦА 1

Некоторые важные области будущих исследований гомеостаза железа 1

Площадь
.
Комментарий
.
Молекулы и клеточные процессы
Идентификация новых белков, связанных с железом Несомненно, существуют неоткрытые молекулы, включая новые переносчики и регуляторы (например, белки, участвующие в абсорбции гемового железа с пищей).
Определение структуры и функциональных отношений белков метаболизма железа у млекопитающих Структурная информация о многих связанных с железом белках и особенно о мембранных переносчиках совершенно неадекватна.
Внутриклеточная транспортировка железа и гомеостаз Важными областями являются идентификация и изучение роли внутриклеточных шаперонов железа и доставки железа в ключевые органеллы (например, митохондрии).
Отношения между железом и другими металлами Некоторые связи широко признаны (например, медьзависимые оксидазы железа), но другие требуют дальнейшего изучения (например, ключевые белки, транспортирующие железо, также переносят другие металлы).
Регуляция генов, кодирующих связанные с железом белки Важные регуляторные механизмы хорошо известны (например, система IRE-IRP), но наше понимание регуляторов транскрипции и их механизмов действия остается ограниченным.
Факторы, регулирующие гепсидин Некоторые пути хорошо определены, но другие, такие как роли, которые играют HFE и TfR2, требуют разграничения.
Физиология
Эффекты тонких изменений статуса железа Большая часть нашего нынешнего понимания гомеостаза железа основана на изучении крайностей (например,g., ID по сравнению с загрузкой железа).
Последствия супрафизиологического приема железа Определение эффектов приема добавок для людей с высоким содержанием железа имеет важное практическое значение.
Органоспецифический гомеостаз железа Различные органы и разные типы клеток внутри органов по-разному обрабатывают железо, и наше понимание в этой области остается ограниченным.
Приоритезация поступления железа в разные органы Некоторые ткани относительно защищены от ID или относительно восприимчивы к нагрузке железом.Важно понимать механизмы, лежащие в основе этого явления.
Связи между железом и микробиомом То, как железо изменяет микробиом кишечника (и, возможно, микробиом других участков), является важным фактором при любых исследованиях добавок, и состав микробного сообщества может влиять на физиологию железа в организме.
Оценка статуса железа
Измерение незначительных изменений статуса железа и их эффектов Лучшие методы измерения небольших изменений статуса железа плохо изучены, как и физиологическая значимость этих изменений.
Новые индикаторы и комбинации индикаторов Недавние молекулярные достижения могут быть полезны для определения новых индикаторов статуса железа или новых комбинаций индикаторов.
Воспаление Воспаление остается основным фактором, влияющим на ключевые показатели статуса железа, и то, как его учитывать, является важным вопросом. Это становится все более серьезной проблемой по мере роста уровня ожирения в обществе.
Генетический профиль Продолжается выявление генетических влияний на статус железа и новых генетических модификаторов.Рассмотрение генетического профиля может быть полезным для оценки риска заболеваний, связанных с железом, и ответа на лечение.
Лечебные процедуры
Добавки железа для перорального приема Несмотря на недавние достижения, все еще необходимы более эффективные добавки железа для приема внутрь с меньшим количеством побочных эффектов.
Удаление железа Набор клинически одобренных хелаторов железа остается очень ограниченным, поэтому необходимы более совершенные соединения и более эффективные методы доставки.
Персонализированная медицина и питание Современные генетические и физиологические знания могут быть использованы для адаптации лечения, связанного с железом (будь то добавление железа, перераспределение железа или удаление железа), с учетом индивидуумов, конкретных этапов жизни или конкретных клинических состояний. эффективно.
Площадь
.
Комментарий
.
Молекулы и клеточные процессы
Идентификация новых белков, связанных с железом Несомненно, существуют неоткрытые молекулы, включая новые переносчики и регуляторы (например,g., белки, участвующие в абсорбции гемового железа с пищей).
Определение структуры и функциональных отношений белков метаболизма железа у млекопитающих Структурная информация о многих связанных с железом белках и особенно о мембранных переносчиках совершенно неадекватна.
Внутриклеточная транспортировка железа и гомеостаз Выявление и изучение роли внутриклеточных шаперонов железа и доставки железа к ключевым органеллам (например,g., митохондрии) являются важными участками.
Отношения между железом и другими металлами Некоторые связи широко признаны (например, медьзависимые оксидазы железа), но другие требуют дальнейшего изучения (например, ключевые белки, транспортирующие железо, также переносят другие металлы).
Регуляция генов, кодирующих связанные с железом белки Важные регуляторные механизмы хорошо известны (например, система IRE-IRP), но наше понимание регуляторов транскрипции и их механизмов действия остается ограниченным.
Факторы, регулирующие гепсидин Некоторые пути хорошо определены, но другие, такие как роли, которые играют HFE и TfR2, требуют разграничения.
Физиология
Эффекты тонких изменений в статусе железа Большая часть нашего нынешнего понимания гомеостаза железа основана на изучении крайностей (например, ID по сравнению с нагрузкой железом).
Последствия супрафизиологического приема железа Определение эффектов приема добавок для людей с высоким содержанием железа имеет важное практическое значение.
Органоспецифический гомеостаз железа Различные органы и разные типы клеток внутри органов по-разному обрабатывают железо, и наше понимание в этой области остается ограниченным.
Приоритезация поступления железа в разные органы Некоторые ткани относительно защищены от ID или относительно восприимчивы к нагрузке железом. Важно понимать механизмы, лежащие в основе этого явления.
Связи между железом и микробиомом То, как железо изменяет микробиом кишечника (и, возможно, микробиом других участков), является важным фактором при любых исследованиях добавок, и состав микробного сообщества может влиять на физиологию железа в организме.
Оценка статуса железа
Измерение незначительных изменений статуса железа и их эффектов Лучшие методы измерения небольших изменений статуса железа плохо изучены, как и физиологическая значимость этих изменений.
Новые индикаторы и комбинации индикаторов Недавние молекулярные достижения могут быть полезны для определения новых индикаторов статуса железа или новых комбинаций индикаторов.
Воспаление Воспаление остается основным фактором, влияющим на ключевые показатели статуса железа, и то, как его учитывать, является важным вопросом. Это становится все более серьезной проблемой по мере роста уровня ожирения в обществе.
Генетический профиль Продолжается выявление генетических влияний на статус железа и новых генетических модификаторов. Рассмотрение генетического профиля может быть полезным для оценки риска заболеваний, связанных с железом, и ответа на лечение.
Лечебные процедуры
Добавки железа для перорального приема Несмотря на недавние достижения, все еще необходимы более эффективные добавки железа для приема внутрь с меньшим количеством побочных эффектов.
Удаление железа Набор клинически одобренных хелаторов железа остается очень ограниченным, поэтому необходимы более совершенные соединения и более эффективные методы доставки.
Персонализированная медицина и питание Современные генетические и физиологические знания могут быть использованы для адаптации лечения, связанного с железом (будь то добавление железа, перераспределение железа или удаление железа), с учетом индивидуумов, конкретных этапов жизни или конкретных клинических состояний. эффективно.

Обязанности авторов были следующими — GJA: задумал, написал и отредактировал рукопись и несут основную ответственность за ее окончательное содержание; DMF: написал и отредактировал рукопись и подготовил рисунки; и оба автора: прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи. Ни один из авторов не сообщил о конфликте интересов, связанном с исследованием.

ССЫЛКИ

1

Ganz

T

.

Системный гомеостаз железа

.

Physiol Rev.

2013

;

93

:

1721

41

,2

Карпентер

CE

,

Махони

AW

.

Вклад гемового и негемового железа в питание человека

.

Crit Rev Food Sci Nutr.

1992

;

31

:

333

67

.3

Fuqua

BK

,

Vulpe

CD

,

Anderson

GJ

.

Абсорбция железа в кишечнике

.

J Trace Elem Med Biol.

2012

;

26

:

115

9

,4

Gunshin

H

,

Fujiwara

Y

,

Custodio

AO

,

Direnzo

000

C

Эндрюс

NC

.

Slc11a2 ​​необходим для абсорбции железа в кишечнике и эритропоэза, но не применяется в плаценте и печени

.

J Clin Invest.

2005

;

115

:

1258

66

.5

McKie

AT

,

Barrow

D

,

Latunde-Dada

GO

,

Rolfs

000

0004 A4 ,

Mudaly

E

,

Mudaly

M

,

Richardson

C

,

Barlow

D

,

Bomford

A

и др.

Железо-регулируемая редуктаза железа, связанная с абсорбцией пищевого железа

.

Наука.

2001

;

291

:

1755

9

,6

Донован

A

,

Лима

CA

,

Пинкус

JL

,

Пинкус

GS 9000on

,

GS

,

Робин

S

,

Эндрюс

NC

.

Экспортер железа ферропортин / Slc40a1 необходим для гомеостаза железа

.

Cell Metab.

2005

;

1

:

191

200

,7

Vulpe

CD

,

Kuo

YM

,

Murphy

TL

,

Cowley

L

,

L 9000with4,

Cowley Либина

N

,

Gitschier

J

,

Anderson

GJ

.

Гефестин, гомолог церулоплазмина, участвующий в транспорте железа в кишечнике, является дефектным у мышей sla

.

Nat Genet.

1999

;

21

:

195

9

.8

Theil

EC

,

Chen

H

,

Miranda

C

,

Janser

H

000 B

000

000

Nunez

MT

,

Pizarro

F

,

Schumann

K

.

Всасывание железа из ферритина не зависит от гемового железа и солей двухвалентного железа у женщин и сегментов кишечника крыс

.

J Nutr.

2012

;

142

:

478

83

,9

Frazer

DM

,

Андерсон

GJ

.

Регулирование перевозки железа

.

Биофакторы.

2014

;

40

:

206

14

.10

Fleming

RE

,

Ponka

P

.

Избыток железа при заболеваниях человека

.

N Engl J Med.

2012

;

366

:

348

59

.11

Bainton

DF

,

Finch

CA

.

Диагностика железодефицитной анемии

.

Am J Med.

1964

;

37

:

62

70

.12

Bullock

GC

,

Delehanty

LL

,

Talbot

AL

,

Gonias

SL

, WH4

SL

, WH Rouault

TA

,

Dewar

B

,

Macdonald

JM

,

Chruma

JJ

,

Goldfarb

AN

.

Железный контроль развития эритроидов с помощью нового связанного с аконитазой регуляторного пути

.

Кровь.

2010

;

116

:

97

108

.13

Ohgami

RS

,

Campagna

DR

,

Greer

EL

,

Antiochos

B 9000Donald,

Mc Chen

J

,

Sharp

JJ

,

Fujiwara

Y

,

Barker

JE

,

Fleming

MD

.

Идентификация ферриредуктазы, необходимой для эффективного трансферрин-зависимого захвата железа эритроидными клетками

.

Nat Genet.

2005

;

37

:

1264

9

.14

Флеминг

MD

,

Romano

MA

,

Su

MA

,

Garrick

LM

, Garrick

, Garrick

, Garrick

Эндрюс

NC

.

Nramp2 мутирован у анемичных крыс Belgrade (b): доказательство роли Nramp2 в эндосомном транспорте железа

.

Proc Natl Acad Sci USA.

1998

;

95

:

1148

53

.15

Sharp

P

.

Молекулярные основы взаимодействий меди и железа

.

Proc Nutr Soc.

2004

;

63

:

563

9

.16

Jenkitkasemwong

S

,

Wang

CY

,

Coffey

R

,

Whang

Zhang

Биль

T

,

Kim

JS

,

Hojyo

S

,

Fukada

T

,

Knutson

MD

.

SLC39A14 необходим для развития перегрузки гепатоцеллюлярным железом в мышиных моделях наследственного гемохроматоза

.

Cell Metab.

2015

;

22

:

138

50

.17

Gelvan

D

,

Fibach

E

,

Meyron-Holtz

EG

,

Konijn

AM

Поглощение ферритина предшественниками эритроидов человека является регулируемым путем захвата железа

.

Кровь.

1996

;

88

:

3200

7

,18

Андерсон

GJ

,

Frazer

DM

.

Метаболизм железа в печени

.

Semin Liver Dis.

2005

;

25

:

420

32

,19

Leidgens

S

,

Bullough

KZ

,

Shi

H

,

Li

F

,

El Elite ,

Yabe

T

,

Subramanian

P

,

Hsu

E

,

Natarajan

N

,

Nandal

A

и др.

Каждый член семейства поли-r (C)-связывающего белка 1 (PCBP) проявляет активность шаперона железа в отношении ферритина

.

J Biol Chem.

2013

;

288

:

17791

802

.20

Тейл

EC

.

Ферритин: белковая наноклетка и биоминерал железа в здоровье и при болезнях

.

Inorg Chem.

2013

;

52

:

12223

33

,21

Wilkinson

N

,

Pantopoulos

K

.

Система IRP / IRE in vivo: анализ моделей мышей

.

Front Pharmacol.

2014

;

5

:

176

.22

Хармс

K

,

Kaiser

T

.

За пределами растворимого рецептора трансферрина: старые вызовы и новые горизонты

.

Best Practices Clin Endocrinol Metab.

2015

;

29

:

799

810

.23

Speeckaert

MM

,

Speeckaert

R

,

Delanghe

JR

.

Биологические и клинические аспекты рецептора растворимого трансферрина

.

Crit Rev Clin Lab Sci.

2010

;

47

:

213

28

.24

Peyssonnaux

C

,

Nizet

V

,

Johnson

RS

.

Роль факторов, индуцируемых гипоксией, HIF в метаболизме железа

.

клеточного цикла.

2008

;

7

:

28

32

.25

Guo

W

,

Bachman

E

,

Li

M

,

Roy

CN

,

Blusztajn

J

,

9000 SY5 9000 9000 S0004

,

Serra

C

,

Jasuja

R

,

Travison

TG

и др.

Введение тестостерона подавляет транскрипцию гепсидина и связано с повышенным включением железа в эритроциты

.

Ячейка старения.

2013

;

12

:

280

91

.26

Hou

Y

,

Zhang

S

,

Wang

L

,

Li

J

,

Qu He

J

,

Rong

H

,

Ji

H

,

Liu

S

.

Эстроген регулирует гомеостаз железа, регулируя экспрессию гепсидина в печени через элемент ответа на эстроген

.

Gene.

2012

;

511

:

398

403

.27

Андерсон

GJ

,

Vulpe

CD

.

Транспортировка железа млекопитающих

.

Cell Mol Life Sci.

2009

;

66

:

3241

61

,28

Ganz

T

,

Nemeth

E

.

Гомеостаз железа при защите и воспалении хозяина

.

Nat Rev Immunol.

2015

;

15

:

500

10

,29

Лакхал-Литтлтон

S

,

Wolna

M

,

Carr

CA

,

Miller

9000 HC4 9000 J4 Christian ,

Ball

V

,

Santos

A

,

Diaz

R

,

Biggs

D

,

Stillion

R

и др.

Сердечный ферропортин регулирует гомеостаз клеточного железа и важен для сердечной функции

.

Proc Natl Acad Sci USA.

2015

;

112

:

3164

9

.30

Финч

C

.

Регуляторы баланса железа у человека

.

Кровь.

1994

;

84

:

1697

702

.31

Андерсон

GJ

,

Пауэлл

LW

,

Холлидей

JW

.

Распределение и регуляция рецепторов трансферрина в тонком кишечнике крыс.Влияние запасов железа и эритропоэза

.

Гастроэнтерология.

1990

;

98

:

576

85

.32

Guiang

SF

III,

Georgieff

MK

,

Lambert

DJ

,

Schmidt

RL4

RL4

RL4

Влияние внутривенных добавок железа на железо и гемопротеины в тканях ягнят с хронической флеботомией

.

Am J Physiol.

1997

;

273

:

R2124

31

.33

Milman

N

.

Профилактика железом при беременности — общая или индивидуальная и в какой дозе?

Ann Hematol.

2006

;

85

:

821

8

.34

Schroeder

BO

,

Backhed

F

.

Сигналы от микробиоты кишечника к отдаленным органам в физиологии и болезнях

.

Nat Med.

2016

;

22

:

1079

89

0,35

Zimmermann

MB

,

Chassard

C

,

Rohner

F

,

N’Goran

000

EKoran

EK ,

Dostal

A

,

Utzinger

J

,

Ghattas

H

,

Lacroix

C

,

Hurrell

RF

.

Влияние обогащения железа на микробиоту кишечника у африканских детей: рандомизированное контролируемое исследование в Кот-д’Ивуаре

.

Am J Clin Nutr.

2010

;

92

:

1406

15

,36

Jaeggi

T

,

Kortman

GA

,

Moretti

D

,

Chassard

000,

C

0004, холдинг Dostal

A

,

Boekhorst

J

,

Timmerman

HM

,

Swinkels

DW

,

Tjalsma

H

и др.

Обогащение железом отрицательно влияет на микробиом кишечника, увеличивает количество патогенов и вызывает воспаление кишечника у кенийских младенцев

.

Gut.

2015

;

64

:

731

42

.37

Zimmermann

MB

,

Hurrell

RF

.

Дефицит пищевого железа

.

Ланцет.

2007

;

370

:

511

20

0,38

Борода

JL

,

Durward

C

.

Обязательства дефицита железа

Андерсон

GJ

,

McLaren

GD

редакторы.

Физиология и патофизиология железа у человека ..

Нью-Йорк

:

Springer

;

2012

. п.

283

302

.39

Finberg

KE

,

Heeney

MM

,

Campagna

DR

,

Aydinok

Y

,

000 Hartman

000

000 Hartman

,

Mayo

MM

,

Samuel

SM

,

Strouse

JJ

,

Markianos

K

и др.

Мутации в TMPRSS6 вызывают железо-рефрактерную железодефицитную анемию (IRIDA)

.

Nat Genet.

2008

;

40

:

569

71

.40

Pasricha

SR

,

Flecknoe-Brown

SC

,

Allen

KJ

,

Gibson

PR4 ,

Олинык

JK

,

Roger

SD

,

Savoia

HF

,

Tampi

R

,

Thomson

AR

и др.

Диагностика и лечение железодефицитной анемии: обновленная клиническая информация

.

Med J Aust.

2010

;

193

:

525

32

.41

Лопес

A

,

Cacoub

P

,

Macdougall

IC

,

Peyrin5

Liroulet 9000

Железодефицитная анемия

.

Ланцет.

2016

;

387

:

907

16

.42

Канчело-Идальго

MJ

,

Каштелу-Бранко

C

,

Palacios

S

,

Haya-Palazuelos

J

,

Ciria-Recasens

000 MJ

,

Перес-Эдо

L

.

Переносимость различных пероральных добавок железа: систематический обзор

.

Curr Med Res Opin.

2013

;

29

:

291

303

.43

Андерсон

GJ

.

Механизмы нагрузки и токсичности железа

.

Am J Hematol.

2007

;

82

:

1128

31

.44

Barton

JC

,

Edwards

CQ

,

Acton

RT

.

Ген HFE: структура, функция, мутации и связанные с ним аномалии железа

.

Gene.

2015

;

574

:

179

92

.45

Deugnier

Y

,

Turlin

B

.

Патология перегрузки печени железом

В:

Андерсон

GJ

,

McLaren

GD

редакторы.

Физиология и патофизиология железа у человека.

Нью-Йорк

:

Springer

;

2012

. п.

345

83

.46

Aigner

E

,

Theurl

I

,

Theurl

M

,

Lederer

D

,

Haufe4000 Haufe4000

,

Strasser

M

,

Datz

C

,

Weiss

G

.

Пути, лежащие в основе накопления железа при неалкогольной жировой болезни печени у человека

.

Am J Clin Nutr.

2008

;

87

:

1374

83

.47

Рейд

DW

,

Андерсон

GJ

,

Ламонт

IL

.

Муковисцидоз: решение проблемы инфекции?

Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol.

2008

;

295

:

L23

4

.48

Farina

M

,

Avila

DS

,

da Rocha

JB

,

Aschner

M

.

Металлы, окислительный стресс и нейродегенерация: основное внимание уделяется железу, марганцу и ртути

.

Neurochem Int.

2013

;

62

:

575

94

.49

Olivieri

NF

,

Brittenham

GM

.

Лечение талассемии

.

Cold Spring Harb Perspect Med.

2013

;

3

:

a011601

.50

Chua

K

,

Fung

E

,

Micewicz

ED

,

Ganz

T

000 Emeth

,

Nemeth

.

Малые циклические агонисты регуляторного гормона железа гепсидина

.

Bioorg Med Chem Lett.

2015

;

25

:

4961

9

.51

Арезес

J

,

Немет

E

.

Заболевания, связанные с гепсидином и железом: новая биология и клинические подходы

.

Int J Lab Hematol.

2015

;

37

Suppl 1

:

92

8

.52

Weiss

G

,

Goodnough

LT

.

Анемия хронического заболевания

.

N Engl J Med.

2005

;

352

:

1011

23

.53

Guida

C

,

Altamura

S

,

Klein

FA

,

Galy

B

,

Boutros

M

,

000

0004 Ulmer

0004 Ulmer

0004 ,

Muckenthaler

MU

.

Новый воспалительный путь, опосредующий быструю гепсидин-независимую гипоферремию

.

Кровь.

2015

;

125

:

2265

75

.

СОКРАЩЕНИЯ

  • DMT1

    двухвалентный переносчик ионов металлов 1

  • FPN1

  • ID

  • IRE

  • IRP

  • IRP

  • IRP

  • несвязанное железо

  • RBC

  • TfR

  • TSAT

  • UTR

© Американское общество питания, 2017 г.

Молекулярная биология метаболизма железа человека | Лаборатория медицины

Аннотация

Железо — одно из важнейших неорганических веществ, делающих жизнь возможной.Железо играет важную роль в транспорте кислорода (например, гемоглобин; ~ 67% от общего количества железа в организме [TBI]), кратковременном хранении кислорода (например, миоглобин; ~ 3,5% TBI) и генерации энергии (например, цитохромы; ~ 3% TBI). 1 Железо также играет жизненно важную роль в различных негемсодержащих ферментах (~ 2% TBI). На рис. 1 перечислены гем-содержащие и негемовые железосодержащие белки. TBI контролируется скоростью абсорбции железа; нет никаких физиологических механизмов для вывода избыточного железа.

Дефицит железа имеет множество неблагоприятных последствий, включая анемию, а также нарушения поведения и обучения у детей. 2–4 Избыток железа токсичен для организма, нанося вред сердцу, печени, коже, бета-клеткам островков поджелудочной железы, костям, суставам и гипофизу. Поддержание правильного баланса железа необходимо для поддержания гомеостаза и здоровья.

ЧМТ у взрослых обычно составляет от 3,5 до 5,0 г. 5 В общей сложности 75% TBI является функциональным, а 25% хранится в клетках в виде ферритина или гемосидерина. Ферритин содержит 24 субъединицы легких цепей (L-цепи; 19,7 кДа) и тяжелых цепей (H-цепи; 21.1 кДа). L-цепи кодируются на хромосоме 19q13.33 и состоят из 175 аминокислот. H-цепи кодируются на хромосоме 11q1 и состоят из 183 аминокислот. Каждая молекула ферритина может содержать до 4500 ионов трехвалентного железа. Поскольку основная роль железа заключается в синтезе гемоглобина, в этом обзоре основное внимание будет уделено железу, транспорту железа и гематопоэзу.

костный морфогенетический белок, церулоплазмин, переносчик ионов двухвалентного металла-1, ферритин, ферропортин, гемохроматоз, гемоювелин, гепсидин, гефестин, HFE, железо, трансферрин, рецептор трансферрина, общее железо в организме

The Iron Circuit

Нормальный контур железа включает захват железа из трансферрина за счет развития эритробластов, включение железа в гем, производство эритроцитов (RBC), выживание RBC и старение RBC в селезенке с возвращением железа в костный мозг через трансферрин. (Фигура 2). 6 Потребление железа из рациона необходимо для восполнения небольшого количества железа, которое обычно ежедневно теряется в результате отшелушивания клеток слизистой оболочки кишечника и менструальной кровопотери у женщин репродуктивного возраста.

Рисунок 1

Гем и негемсодержащие белки.

Рисунок 1

Гем и негемсодержащие белки.

Рисунок 2

Нормальная биология железа. Этот процесс включает транспортировку железа из костного мозга в виде эритроцитов (эритроцитов) в селезенку для удаления макрофагами, а железо возвращается в костный мозг через трансферрин.Кишечник абсорбирует железо, чтобы сбалансировать ежедневную потерю железа.

Рисунок 2

Нормальная биология железа. Этот процесс включает транспортировку железа из костного мозга в виде эритроцитов (эритроцитов) в селезенку для удаления макрофагами, а железо возвращается в костный мозг через трансферрин. Кишечник абсорбирует железо, чтобы сбалансировать ежедневную потерю железа.

Присутствие фитатов, оксалатов, фосфатов, карбонатов и таннатов снижает абсорбцию негемового железа, в то время как абсорбция негемового железа увеличивается за счет аскорбиновой кислоты, белка в рационе и низкого pH желудочного сока, что способствует более эффективному перевариванию пищи.Гипо- или ахлоргидрия, которая приводит к повышению pH желудочного сока, снижает высвобождение железа из пищи. Причины гипо- или ахлоргидрии включают атрофический гастрит, инфекцию Helicobacter pylori, гастрэктомию и ваготомию. 7–9 Нарушение всасывания железа может быть результатом целиакии или резекции тонкой кишки. Пищевое железо может быть связано с крахмалом или глиной, препятствуя всасыванию.

У здоровых взрослых: от 20 до 25 мг железа ежедневно. Абсорбция от 1 до 2 мг железа в день из рациона уравновешивает потерю железа при отшелушивании клеток слизистой оболочки кишечника.Обычная диета для взрослых содержит от 10 до 15 мг элементарного железа; таким образом, ежедневно может всасываться от 7% (1 из 15 мг) до 20% (2 из 10 мг) пищевого железа. Менструирующие женщины могут усваивать до 3 мг железа в день из-за повышенной потери железа у них по сравнению с мужчинами. Железо, связанное с трансферрином, составляет примерно 3 мг. Следовательно, пул циркулирующего железа обновляется примерно от 7 до 8 раз за 24 часа (т.е. 3 мг трансферрина в обращении по сравнению с пулом рециркуляции 20-25 мг). Кроме того, из этих чисел можно заметить, что только от 4% (1 из 25 мг) до 10% (2 из 20 мг) циркулирующего железа поступает из пищевых источников.Большая часть циркулирующего железа поступает из селезенки, где эритроциты разрушаются макрофагами селезенки; железо возвращается в костный мозг через трансферрин. Распределение железа по организму следующее: костный мозг — 300 мг; циркулирующие эритроциты — 1800 мг; макрофаги селезенки — 600 мг; мышца, 300 мг; и печень — 1000 мг.

Ячейки железного контура

Четыре ключевых типа клеток, участвующих в круговороте железа, — это кишечные энтероциты, эритробласты, макрофаги селезенки и гепатоциты. 10 Энтероциты являются местом абсорбции железа и регулируют ЧМТ (за исключением железа, полученного при переливании крови, парентеральных инъекциях или инфузиях железа). Эритробласты используют железо, что в конечном итоге приводит к образованию безъядерных эритроцитов. Макрофаги селезенки разрушают старые эритроциты и высвобождают железо обратно в костный мозг через трансферрин. Печень играет ключевую роль в мониторинге насыщения трансферрина, мониторинге содержания железа в гепатоцеллюлярных (тканях), регулировании абсорбции железа из кишечника и регулировании высвобождения железа из селезенки.Гормон печени гепсидин регулирует всасывание железа из кишечника и высвобождение железа из селезенки. 11–13 Теперь мы рассмотрим функции этих 4 ключевых типов ячеек.

Энтероциты

Через свою апикальную мембрану энтероциты поглощают двухвалентное железо или гем, содержащий двухвалентное железо (рис. 3). Трехвалентное железо в пище восстанавливается до двухвалентного железа через дуоденальный цитохром b, который экспрессируется на просветной (апикальной) поверхности энтероцита. Дуоденальный цитохром b также известен как цитохром b редуктаза 1 (расположение гена: хромосома 2q31; 286 аминокислот, 31.6 кДа). Затем двухвалентное железо попадает в цитоплазму энтероцита через переносчик ионов двухвалентного металла – 1 (DMT1). Официальное название DMT1 — это семейство носителей растворенного вещества 11 (переносчик ионов двухвалентных металлов с протонной связью), член 2 или SLC11A2. DMT1 (568 аминокислот; 62,3 кДа) также переносит кобальт, кадмий, свинец, марганец, никель и ванадий. Ген DMT1 расположен на хромосоме 12q13. Гемовое железо усваивается легче, чем элементарное железо. Поглощение гема происходит через белок-носитель гема – 1 (HCP-1).Официальное название HCP-1 (459 аминокислот, 49,8 кДа) — SLC46A1: семейство 46 переносчиков растворенных веществ (переносчик фолиевой кислоты), член 1. Ген HCP-1 расположен на хромосоме 17q11.2.

Рисунок 3

Изображение клиренса ферропортина из клеточной мембраны гепсидином, экспорта двухвалентного железа ферропортином, окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа с помощью гепестина и последующей загрузки трехвалентного железа на трансферрин. Энтероциты регулируют общее количество железа в организме за счет абсорбции железа.Гемовое железо из мяса усваивается лучше, чем элементарное железо. Гепсидин — главный регулятор этого процесса.

Рисунок 3

Изображение клиренса ферропортина из клеточной мембраны гепсидином, экспорта двухвалентного железа ферропортином, окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа с помощью гепестина и последующей загрузки трехвалентного железа на трансферрин. Энтероциты регулируют общее количество железа в организме за счет абсорбции железа. Гемовое железо из мяса усваивается лучше, чем элементарное железо.Гепсидин — главный регулятор этого процесса.

Внутри энтероцита гемоксигеназа (288 аминокислот, 32,8 кДа; расположение гена: хромосома 22q1) высвобождает двухвалентное железо, превращая протопорфирин IX в биливердин. Внутри энтероцита двухвалентное железо может экспортироваться из клетки в интерстиций через ферропортин. 14 Альтернативно, ферриоксидазная активность H-цепи ферритина окисляет двухвалентное железо до трехвалентного железа, которое затем включается в ферритин. Поглощение агрегированных молекул ферритина лизосомами производит гемосидерин.Гемосидерин выявляется гистологически с помощью окрашивания тканей на железо (т. Е. Для выявления сидероза). Например, гемосидерин окрашивает в синий цвет краситель Perls Prussian Blue. В нагруженных гемосидерином лизосомах ферритин частично разлагается. Гемосидерин можно удалить с помощью хелатирующей терапии. Гемосидероз определяется как накопление окрашиваемого железа (гемосидерина) в тканях, особенно в печени и селезенке. Гемосидероз — это описательный гистологический термин, а не клинический диагноз.

Ферритин попадает в кровоток; Концентрация ферритина в плазме (или сыворотке) обычно отражает запасы железа.Однако уровень ферритина может быть повышен в условиях, отличных от перегрузки железом, включая заболевание печени (с высвобождением ферритина из гепатоцитов), метаболический синдром, воспалительные состояния, хроническое заболевание и гемофагоцитарный синдром. Ферритин плазмы ниже у женщин в пременопаузе по сравнению с мужчинами. Поглощение железа энтероцитами регулируется 3 факторами, а именно напряжением кислорода в тканях, внутриклеточными запасами железа и системными потребностями в железе, которые опосредуются гепсидином.

Механизм 1

Снижение напряжения кислорода в энтероцитах делает возможным фактор транскрипции, индуцируемый гипоксией фактор-2 альфа (HIF-2A; также известный как эндотелиальный белок 1 домена p-аминосалициловой кислоты [PAS]; 870 аминокислот; 96.5 кДа; хромосома 2p21) для увеличения транскрипции DMT1 и матричной РНК (мРНК) ферропортина. В энтероците роль ферропортина заключается в транспортировке двухвалентного железа через базальную поверхность клетки в интерстиций (рис. 4). 15

Рисунок 4

Изображение внутриклеточного процесса окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа для включения в ферритин или двухвалентного железа, экспортированного за пределы клетки ферропортином.

Рисунок 4

Изображение внутриклеточного процесса окисления двухвалентного железа до трехвалентного железа с целью включения в ферритин или двухвалентного железа, экспортируемого ферропортином за пределы клетки.

Механизм 2

Низкое содержание внутриклеточного железа модулирует регуляторные белки железа (IRP) типов 1 и 2. 16 Когда клеточное железо восстанавливается, IRP не связываются с 5′-железо-чувствительными элементами (IRE) мРНК, что позволяет увеличить скорость ферропортина. и трансляция мРНК альфа HIF-2. Однако мРНК для DMT1 стабилизируется IRP, связанным с 3’IRE мРНК DMT1, что приводит к увеличению продукции DMT1 за счет увеличения трансляции мРНК. Высокий уровень железа подавляет эти изменения.Обратите внимание, что большая часть регуляции метаболизма железа происходит через регуляцию трансляции, а не транскрипции (рис. 5). Это позволяет быстро и точно изменять усвоение железа из рациона. Трансферрин также регулируется транскрипционно.

Рисунок 5

Регуляторные белки железа (IRP), которые связываются с 5′-чувствительными к железу элементами (IRE) в матричной РНК (мРНК), нарушают трансляцию таких цепей. IRP, которые связываются с 3′-чувствительными к железу элементами (IRE) внутри мРНК, стабилизируют мРНК, что приводит к усилению трансляции.

Рисунок 5

Регуляторные белки железа (IRP), которые связываются с 5′-чувствительными к железу элементами (IRE) в матричной РНК (мРНК), нарушают трансляцию таких цепей. IRP, которые связываются с 3′-чувствительными к железу элементами (IRE) внутри мРНК, стабилизируют мРНК, что приводит к усилению трансляции.

Механизм 3

Печень ощущает низкое насыщение трансферрина и реагирует снижением секреции гепсидина, что позволяет повысить активность ферропортина, способствуя транспорту двухвалентного железа из энтероцитов в интерстиций. 17 Ферропортин является членом семейства белков-переносчиков растворенных веществ (семейство 40 растворенных переносчиков [транспортер, регулируемый железом], член 1; 571 аминокислота; 62,5 кДа; расположение хромосомы, 2q32). Ферропортин экспрессируется в энтероцитах, фиксированных фагоцитах (например, клетках Купфера и макрофагах селезенки) и гепатоцитах. Гепсидин связывается с ферропортином, вызывая его интернализацию и деградацию, что приводит к снижению экспорта железа. При низком уровне клеточного железа IRP связывается с 5’IRE мРНК ферропортина и увеличивает трансляцию, что приводит к высвобождению двухвалентного железа клетками, экспрессирующими ферропортин.Это логично, потому что больше железа будет поглощаться, добавляя железа к пулу TBI, а также высвобождая больше двухвалентного железа из макрофагов селезенки. В этом случае для кроветворения доступно больше железа (через транспорт трансферрина). В отличие от регуляции трансляции, гепсидин регулирует ферропортин посттрансляционно.

Чтобы железо переносилось трансферрином, двухвалентное железо должно быть окислено до трехвалентного железа. Окисление происходит на базальной мембране энтероцита ферментом гефестином (1158 аминокислот; 130.4 кДа; расположение хромосомы, Xq1). Каждая молекула трансферрина (698 аминокислот; 77,0 кДа; расположение хромосомы, 3q2) может связывать 2 иона трехвалентного железа. 18 Трансферрин — это бета-глобулин, который имеет очень высокое сродство к железу (Kd ~ 10 −22 M). Трансферрин без связанного железа называется апотрансферрином; когда железо связано с трансферрином, комплекс можно назвать ферротрансферрином, диферротрансферрином или голотрансферрином. Трансферрин состоит из 2 гомологичных долей (N- и C-долей), соединенных коротким пептидом (рис. 6).C1 и C2 — это домены внутри C-доли, а N1 и N2 — домены внутри N-доли. Лепестки гомологичны на 48%. В клинической лаборатории трансферрин обычно измеряют с помощью турбидиметрии или нефелометрии.

Рисунок 6

Изображение гликопротеина трансферрина. Трансферрин состоит из 2 долей, а именно С-доли и N-доли. Каждая доля связывает 1 атом железа. Существует шарнир между доменами C1 и C2 C-лепестка, а также шарнир между доменами N1 и N2 N-лепестка.

Рисунок 6

Изображение гликопротеина трансферрина. Трансферрин состоит из 2 долей, а именно С-доли и N-доли. Каждая доля связывает 1 атом железа. Существует шарнир между доменами C1 и C2 C-лепестка, а также шарнир между доменами N1 и N2 N-лепестка.

Эритробласты

Эритробласты костного мозга поглощают связанное с трансферрином железо для синтеза гемоглобина (рис. 7). Самый ранний бласт, посвященный эритропоэзу, — это проэритробласт, который можно распознать по наличию ядрышек, в которых продолжается синтез рибосомной РНК (рис. 8).Следующим этапом развития эритроидов является развитие базофильных эритробластов, обычно лишенных ядрышек; их базофильная цитоплазма указывает на активный синтез белка. Далее следует полихроматофильный эритробласт, ведущий к ортохромному эритробласту. На этой стадии эритропоэза ядро ​​становится плотным из-за конденсации хроматина, и ядро ​​располагается эксцентрично. Когда ядро ​​теряется в результате экструзии или кариолиза, образуется ретикулоцит. Ретикулоциты крупнее зрелых эритроцитов.Ретикулоциты и эритроциты имеют розовую цитоплазму. При суправитальном окрашивании ретикулоциты демонстрируют ретикулярный узор, который указывает на продолжающееся присутствие полирибосом. Когда полирибосомы больше нет, клетка представляет собой зрелые эритроциты.

Рисунок 7

Изображение эритробластов, которые поглощают трансферрин путем связывания трансферрина с рецептором трансферрина 1 (TfR1). Для простоты на чертеже показано связывание 1 молекулы трансферрина с TfR1.Однако согласно правильной стехиометрической информации, TfR1 может связывать 2 молекулы трансферрина. Переносчик ионов двухвалентного металла 1 (DMT1) интернализуется с интернализацией комплекса трансферрин-TfR1. При подкислении этой везикулы трансферрин высвобождает трехвалентное железо. За счет восстановления до двухвалентного железа через 6-трансмембранный эпителиальный антиген простаты-3 (STAEP-3) железо попадает в цитоплазму клетки через DMT1. Затем трансферрин высвобождается из клетки по мере того, как TfR1 возвращается в плазматическую мембрану эритробласта.Этот процесс называется циклом трансферрина.

Рисунок 7

Изображение эритробластов, которые поглощают трансферрин путем связывания трансферрина с рецептором трансферрина 1 (TfR1). Для простоты на чертеже показано связывание 1 молекулы трансферрина с TfR1. Однако согласно правильной стехиометрической информации, TfR1 может связывать 2 молекулы трансферрина. Переносчик ионов двухвалентного металла 1 (DMT1) интернализуется с интернализацией комплекса трансферрин-TfR1. При подкислении этой везикулы трансферрин высвобождает трехвалентное железо.За счет восстановления до двухвалентного железа через 6-трансмембранный эпителиальный антиген простаты-3 (STAEP-3) железо попадает в цитоплазму клетки через DMT1. Затем трансферрин высвобождается из клетки по мере того, как TfR1 возвращается в плазматическую мембрану эритробласта. Этот процесс называется циклом трансферрина.

Рисунок 8

Очертание стадий развития красных кровяных телец (эритроцитов). Hb относится к гемоглобину; nRBC, ядросодержащие эритроциты.

Рисунок 8

Схема этапов развития красных кровяных телец (эритроцитов).Hb относится к гемоглобину; nRBC, ядросодержащие эритроциты.

Важно отметить, что несвязанное (свободное) железо обычно не присутствует в циркуляции, кроме кратковременного момента, когда железо передается от ферропортина к трансферрину. 20,21 Эритробласты экспрессируют рецептор трансферрина 1 (TfR1), каждый из которых связывает 2 белка трансферрина. TfR1 представляет собой гомодимер, каждая цепь которого состоит из 760 аминокислот (84,9 кДа; расположение гена, хромосома 3q29). Когда трансферрин связывается с TfR1, комплекс лиганд-рецептор интернализуется.Трехвалентное железо высвобождается из трансферрина при низком pH в везикуле. STEAP-3 (6-трансмембранный эпителиальный антиген простаты-3) представляет собой ферриредуктазу, которая восстанавливает трехвалентное железо до двухвалентного железа, которое впоследствии попадает в цитоплазму эритроцитов через DMT1. 22 DMT1 экспрессируется на поверхности эритробластов и интернализуется комплексом лиганд-рецептор. Низкий pH везикулы не разрушает трансферрин или TfR1; оба возвращаются на поверхность эритробласта. TfR1 остается на поверхности (как трансмембранный рецептор), тогда как апотрансферрин (т.е. трансферрин, в котором отсутствует трехвалентное железо) проникает во внеклеточное пространство.Этот процесс называется циклом трансферрина.

Внутри эритробласта железо попадает в митохондрию, где двухвалентное железо добавляется к протопорфирину IX через феррохелатазу (423 аминокислоты; 47,9 кДа; расположение гена, хромосома 18q21.3), образуя гем. 23 Гем покидает митохондрию и присоединяется к цепям глобина, образуя гемоглобин. Доступность железа в эритробластах регулирует экспрессию TfR1 через 3 ‘IRE (низкое содержание железа заставляет IRP связываться с 3’ IRE мРНК TfR1, стабилизируя мРНК TfR1 и приводя к увеличению экспрессии TfR1) и эритроид-специфической 5-аминолевулинатсинтазы (регулируется через трансляцию мРНК).Повышенное содержание железа способствует трансляции мРНК 5-аминолевулинатсинтазы. Эритроид-специфическая 5-аминолевулинатсинтаза является первым ферментом метаболического пути синтеза протопорфирина IX.

Макрофаги селезенки

эритроцитов, которые теряют свою гибкость, предположительно из-за кумулятивного повреждения мембран, захватываются селезенкой и фагоцитируются фиксированными макрофагами (рис. 9). 24 Во время фагоцитоза DMT1 также усваивается макрофагами.Когда стареющие эритроциты перевариваются, гем высвобождается из глобулина, и цепи глобина расщепляются до аминокислот. Как и в энтероцитах, гемоксигеназа макрофагов удаляет двухвалентное железо из гема, и двухвалентное железо входит в цитоплазму из фаголизосомы через DMT1. HRG1 (семейство 48 носителей растворенного вещества [переносчик гема], член 1; 146 аминокислот; 16,4 кДа; расположение гена, хромосома 12q13.11), по-видимому, способен транспортировать гем непосредственно из фаголизосомы макрофагов в цитоплазму клетки.HRG1 может также функционировать в энтероцитах.

Рисунок 9

Иллюстрация макрофагов селезенки, фагоцитирующих поврежденные эритроциты (эритроциты). Подобно эритроцитам, переносчик ионов двухвалентного металла – 1 (DMT1) интернализуется одновременно с этим процессом. При переваривании эритроцитов выделяется гем. Затем гемоксигеназа (HO) удаляет двухвалентное железо из гема, который попадает в цитоплазму клетки через DMT1. Двухвалентное железо, выходящее из клетки через ферропортин, окисляется до трехвалентного железа и загружается на трансферрин под действием церулоплазмина.

Рисунок 9

Иллюстрация макрофагов селезенки, фагоцитирующих поврежденные эритроциты (эритроциты). Подобно эритроцитам, переносчик ионов двухвалентного металла – 1 (DMT1) интернализуется одновременно с этим процессом. При переваривании эритроцитов выделяется гем. Затем гемоксигеназа (HO) удаляет двухвалентное железо из гема, который попадает в цитоплазму клетки через DMT1. Двухвалентное железо, выходящее из клетки через ферропортин, окисляется до трехвалентного железа и загружается на трансферрин под действием церулоплазмина.

Как и в энтероцитах, двухвалентное железо может храниться в виде трехвалентного железа в составе ферритина или гемосидерина, или двухвалентное железо может выводиться за пределы макрофагов с помощью ферропортина. Также, подобно энтероцитам, гепсидин регулирует экспрессию ферропортина в макрофагах; Повышенный уровень гепсидина приводит к усилению интернализации и деградации ферропортина с уменьшением экспорта железа из макрофагов в трансферрин.

Одно различие между транспортом железа в энтероцитах и ​​макрофагах заключается в том, что в селезенке окисление двухвалентного железа до трехвалентного железа для загрузки железа из макрофагов на трансферрин осуществляется с помощью белка плазмы церулоплазмин, который является ферриоксидазой.Церулоплазмин (1065 аминокислот; 122,2 кДа; расположение гена, хромосома 3q2) представляет собой альфа-2-глобулин, который включает от 6 до 7 атомов меди. Примерно 90% циркулирующей меди связано с церулоплазмином; однако церулоплазмин не является белком, транспортирующим медь. Медь транспортируется в плазме с помощью альбумина и транскупреина. 25 Транскупреин представляет собой альфа-1-глобулин с молекулярной массой 270 кДа и состоит из 2 субъединиц (~ 60 кДа и ~ 200 кДа). В целом, трехвалентное железо, связанное с трансферрином, из макрофагов селезенки доставляется обратно в костный мозг для эритропоэза.

Гепатоциты

Печеночные клетки контролируют несколько аспектов ЧМТ. Гепатоциты регулируют абсорбцию и рециркуляцию железа путем выработки и секреции гепсидина. 26 Гепсидин является продуктом гена HAMP [гепсидин (печеночный) антимикробный пептид], который расположен на хромосоме 19q13.1. Когда гепсидин связывается с ферропортином, высвобождение железа из клеток, экспрессирующих ферропортин в качестве белка транспорта железа (например, энтероциты двенадцатиперстной кишки [основной сайт абсорбции железа] и макрофаги селезенки), нарушается, поскольку ферропортин усваивается и разлагается (рис. 10).Образующийся белок из 84 аминокислот (9,4 кДа) включает потенциальный сигнальный пептид (аминокислоты 1-24), пропептидную область (аминокислоты 25-54), 25-аминокислотную область, охватывающую остатки 60-84, и 20 –Аминокислотная область, охватывающая остатки от 65 до 84. В 20– и 25 – аминокислотных последовательностях имеется 4 дисульфидных связи (66–82; 69–72; 70–78 и 73–81). Сообщалось также о 22-аминокислотной последовательности. 27 Таким образом, гепсидин может иметь длину 20, 22 или 25 аминокислот. Только 25-аминокислотная форма является биологически активной; он присутствует в плазме в пикомолярных концентрациях.Измерение гепсидина было сложной задачей; клинически надежных тестов пока нет. 27

Рисунок 10

Линейный рисунок известной в настоящее время третичной структуры гепсидина. Гепсидин связывается с ферропортином, чтобы инициировать интернализацию и метаболизм ферропортина. Следовательно, клеточное высвобождение железа снижается.

Рисунок 10

Линейный рисунок известной в настоящее время третичной структуры гепсидина. Гепсидин связывается с ферропортином, чтобы инициировать интернализацию и метаболизм ферропортина.Следовательно, клеточное высвобождение железа снижается.

Существует 4 основных механизма, регулирующих секрецию гепсидина: воспаление, содержание железа в гепатоцитах и ​​насыщение трансферрина, эритропоэтическая активность и напряжение кислорода в гепатоцитах.

Воспаление и гепсидин

При стерильном или нестерильном повреждении макрофаги действуют как сигнальные клетки и выявляют молекулярные паттерны, связанные с патогенами (PAMP), и молекулярные паттерны, связанные с опасностью (или повреждением) (DAMP) через рецепторы распознавания паттернов (PRR), такие как толл-подобные рецепторы (TLR), хемокиновых рецепторов, интегринов, инфламмасомы и различных других рецепторов.В свою очередь, активация ядерного фактора транскрипционного фактора каппа-бета (NF-κβ) вызывает продукцию и секрецию огромного количества цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-α, интерлейкин-1β (IL-1β), хемокиновый лиганд CXC 8. (CXCL8), хемокиновый лиганд CC 2 (CCL2) и интерлейкин 6 (IL-6).

Связывание ИЛ-6 с печеночным рецептором ИЛ-6 (ИЛ-6R) увеличивает высвобождение гепсидина и снижает концентрацию трехвалентного железа в плазме, которое обычно транспортируется трансферрином. 28 Это происходит в результате снижения экспрессии ферропортина и снижения транспорта двухвалентного железа за пределы энтероцитов и макрофагов селезенки по мере того, как ферропортин интернализуется и распадается.Передача сигналов дистальнее IL-6R включает в себя сигнальный преобразователь киназы Janus и активатор пути транскрипции (JAK-STAT). Снижение гепсидином уровней железа в плазме может иметь эволюционную основу, обеспечивая преимущество в выживании, поскольку определенные бактерии (например, виды Clostridium) имеют высокие потребности в железе.

Содержание железа в гепатоцитах и ​​насыщение трансферрина

Поглощение железа печенью и восприятие железа обеспечивается TfR1 и рецептором трансферрина 2 (TfR2; рис. 11). 29 В этом процессе насыщение трансферрина ощущается гепатоцитами. Если имеется более высокий уровень насыщения трансферрина трехвалентным железом, это определяется TfR1 и HFE, которые соответственно увеличивают концентрацию гепсидина; это снижает всасывание железа из кишечника и его рециркуляцию из макрофагов селезенки.

Рисунок 11

Изображение того, как гепатоциты контролируют насыщение трансферрина через рецептор трансферрина 1 (TfR1) и рецептор трансферрина 2 (TfR2).HFE участвует в этом процессе. мРНК относится к информационной РНК; HAMP, антимикробный пептид гепсидин (печеночный).

Рисунок 11

Изображение того, как гепатоциты контролируют насыщение трансферрина через рецептор трансферрина 1 (TfR1) и рецептор трансферрина 2 (TfR2). HFE участвует в этом процессе. мРНК относится к информационной РНК; HAMP, гепсидин (печеночный) антимикробный пептид.

HFE представляет собой белок, подобный основному комплексу гистосовместимости (MHC) класса I, который необходим для чувствительного к железу сигнала TfR1, который регулирует концентрации гепсидина в плазме посредством экспрессии гена HAMP. 30 Ген HFE (348 аминокислот; 40,1 кДа) кодируется на хромосоме 6p2. Мутации в HFE вызывают классический гемохроматоз 1 типа; Отсутствие восприятия насыщения трансферрина вызывает дефицит гепсидина и избыточное всасывание железа с пищей, что приводит к перегрузке ЧМТ. 31 Связывание TfR2 с трансферрином также регулирует гепсидин. Мутации в TfR2 (гемохроматоз 3 типа) вызывают перегрузку железом, клинически подобную гемохроматозу 1 типа.

По мере увеличения клеточного железа секретируется костный морфогенетический белок 6 (BMP-6) (фиг. 12). 32 Точно так же, как TfR1 использует HFE для восприятия железа и передачи сигнала для контроля гена HAMP и гепсидина, рецептору BMP-6 гепатоцитов требуется гемоювелин (HJV) для передачи сигналов, чтобы контролировать секрецию гепсидина. HJV представляет собой белок из 426 аминокислот (45,1 кДа), кодируемый его геном на хромосоме 1q21.

Рисунок 12

Изображение мониторинга гепатоцитов содержания железа в тканях. Этот процесс обеспечивается секрецией костного морфогенетического белка 6 (BMP-6).BMP-6 связывается со своим рецептором BMP-6R. Гемоджувелин (HJV) участвует в этом сигнальном процессе.

Рисунок 12

Изображение мониторинга гепатоцитов содержания железа в тканях. Этот процесс обеспечивается секрецией костного морфогенетического белка 6 (BMP-6). BMP-6 связывается со своим рецептором BMP-6R. Гемоджувелин (HJV) участвует в этом сигнальном процессе.

Цепь рецептора BMP-6 / BMP-6 / геможувелина действует на аутокринной основе. Рецептор BMP-6 / гемоювелин посылает сигналы через SMAD.(SMAD представляет собой гомологичный белок, состоящий из белка SMA Caenorhabditis elegans и белка Drosophila, в просторечии известного как «мать против декапентаплегии», потому что мутация в гене MAD у матери репрессирует ген decapentaplegic в эмбрионе.) BMP-6 / В цепи рецептор BMP-6 / гемодювелин также может использоваться MAPK (митоген-активируемая протеинкиназа). Сходная передача сигналов задействована для TfR1 / HFE. Мутации в гемоювелине и гепсидине вызывают гемохроматоз у детей (например, [ювенильный] гемохроматоз 2 типа). 33

Эритропоэтическая активность костного мозга

Эритропоэтическая активность костного мозга влияет на печень и регулирует высвобождение гепсидина. Этот процесс начинается с перитубулярных клеток в почках, где гипоксия и / или анемия, обнаруженные с помощью фактора, индуцируемого гипоксией (HIF), высвобождают эритропоэтин. 34 Повышенный эритропоэтический драйв, стимулируемый повышенными уровнями эритропоэтина, по-видимому, вызывает высвобождение последующих сигналов из костного мозга, которые снижают секрецию гепсидина. 35 Это способствует увеличению всасывания железа с пищей и увеличению высвобождения железа макрофагами селезенки. В конечном итоге эритробластам становится доступно больше трехвалентного железа, связанного с трансферрином.

Сигналы, которые могут подавлять высвобождение гепсидина в печени, включают фактор дифференцировки роста – 15 (GDF-15) и гомолог 1 белка скрученной гаструляции (TWSG1), оба из которых секретируются костным мозгом с повышенным эритропоэзом. Этот механизм объясняет случаи приобретенной перегрузки железом при различных типах анемии в отсутствие хронической трансфузионной терапии.Примеры нетрансфузионных анемий с перегрузкой железом включают талассемию, Х-сцепленную сидеробластную анемию, серповидно-клеточную анемию, недостаточность пируваткиназы, наследственный сфероцитоз и врожденную дизеритропоэтическую анемию. Эритропоэтические сигналы костного мозга, по-видимому, доминируют (также называемые «козырем») над повышенными запасами железа в печени, что приводит к подавлению уровней гепсидина в плазме.

Напряжение кислорода в гепатоцитах

Подобно тому, как энтероциты и почечные перитубулярные клетки контролируют свое клеточное давление кислорода, гепатоциты также контролируют внутриклеточное давление кислорода гепатоцитов.Гипоксия позволяет HIF увеличивать экспрессию мембранной протеазы (а именно, матриптазы-2), которая расщепляет гемоювелин, снижая передачу сигналов BMP-6R. 36 В свою очередь, экспрессия гена HAMP снижена, что снижает продукцию гепсидина. HIF также увеличивают фурин, пропротеинконвертазу, которая расщепляет гемоювелин, высвобождая рецептор-ловушку гемоджувелина для BMP-6. 37 Это снижает передачу сигналов BMP-6 и согласуется с ранее описанным механизмом ингибирования высвобождения гепсидина.

Мальтриптаза-2 (трансмембранная протеаза, серин 6) кодируется на хромосоме 22q1, состоит из 811 аминокислот и имеет молекулярную массу 90 кДа.В секреторном пути внутри клеток протеолитическое созревание пропротеиновых субстратов катализируется фурином. 38 Фурин (он же парный фермент, расщепляющий основные аминокислоты) кодируется на хромосоме 15q26.1, состоит из 794 аминокислот и имеет молекулярную массу 86,7 кДа.

Обсуждение

Низкое насыщение трансферрина, кислородное напряжение гепатоцитов и содержание железа в тканях гепатоцитов, наряду с повышенной эритропоэтической активностью, снижают концентрацию гепсидина в плазме, позволяя увеличить абсорбцию железа из кишечника и увеличить рециркуляцию железа макрофагами селезенки (Таблица 1, Рисунок 13).При перегрузке железом, не вызванной переливанием крови, дефицит гепсидина вызывает патологическую перегрузку железом из-за гиперабсорбции железа. Противоположные события (а именно, повышенное насыщение трансферрина, повышенное давление кислорода в гепатоцитах, повышенное содержание железа в тканях гепатоцитов и снижение эритропоэтической активности) увеличивают уровни гепсидина, что приводит к снижению абсорбции железа из кишечника и уменьшению рециркуляции железа макрофагами селезенки (Таблица 1, Рисунок 14). Патологический избыток гепсидина вызывает недостаточное всасывание железа из кишечника, нарушение высвобождения железа из макрофагов селезенки и железо-ограниченную анемию.Дефицит гепсидина способствует избыточному всасыванию железа; поэтому природа предпочла избыток железа дефициту железа, скорее всего, потому, что железа в рационе человека мало. Во всем мире широко распространен дефицит железа в питании.

Таблица 1 Регулирование уровня гепсидина

Таблица 1 Регулирование уровня гепсидина

Рисунок 13

Изображение цикла железа и дефицита гепсидина с пониженными концентрациями гепсидина в плазме.A, нормальное состояние цикла железа. B, дефицит гепсидина. Снижение концентрации гепсидина в плазме способствует гиперабсорбции железа и перегрузке железом.

Рисунок 13

Изображение цикла железа и дефицита гепсидина с пониженными концентрациями гепсидина в плазме. A, нормальное состояние цикла железа. B, дефицит гепсидина. Снижение концентрации гепсидина в плазме способствует гиперабсорбции железа и перегрузке железом.

Рисунок 14

Изображение цикла железа и дефицита гепсидина с повышенными концентрациями гепсидина в плазме.A, нормальное состояние цикла железа. B, избыток гепсидина. Повышенные концентрации гепсидина в плазме ухудшают доступность железа для костного мозга, вызывая железо-ограниченную анемию.

Рисунок 14

Изображение цикла железа и дефицита гепсидина с повышенными концентрациями гепсидина в плазме. A, нормальное состояние цикла железа. B, избыток гепсидина. Повышенные концентрации гепсидина в плазме ухудшают доступность железа для костного мозга, вызывая железо-ограниченную анемию.

Хотя патофизиологическая природа перегрузки железом выходит за рамки этого обзора, 39,40 гомеостаз железа важен для понимания диапазона нарушений, которые включают дефицит железа или избыток железа.Факторы, снижающие уровень гепсидина, включая практически любую форму хронического заболевания печени, могут привести к гиперабсорбции железа и перегрузке железом. 41–43 И наоборот, избыток гепсидина, как при состояниях хронического заболевания или хронического воспаления, нарушает рециркуляцию железа, вызывая железо-ограниченную анемию.

Сокращения

  • BMP

    костный морфогенетический белок

  • CCL2

    хемокин (мотив CC) лиганд 2

  • CXCL8

  • DAMP

    45

  • молекулярный паттерн повреждения, связанный с GAMP

    45

    — 15

    фактор дифференциации роста-15

  • HAMP

    гепсидин (печеночный) антимикробный пептид

  • HCP-1

  • HFE

  • 44 HIFia

    -индуцибельный фактор-2 альфа

  • HJV

  • HRG1

    Семейство носителей растворенных веществ 48 (переносчик гема), член 1

  • IL-6

  • IL-614RE

  • IRP

  • JAK

  • MAPK

    митоген-активированная протеинкиназа

    9 0146

  • PAMP

    патоген-ассоциированный молекулярный образец

  • PRR

    Рецептор распознавания образов

  • RBC

  • SLC11A2

    растворенный член семейства переносчиков 11 (протон-ион-2-переносчик)

  • SLC40A1

    Семейство 40 носителей растворенных веществ (транспортер с регулируемым железом), член 1

  • SLC46A1

    Семейство носителей растворенных веществ 46 (транспортер фолиевой кислоты), член 1

  • SMAD

    decaplegic гомолог

  • STAT

    преобразователь сигнала и активатор транскрипции

  • STEAP-3

    шестистрансмембранный эпителиальный антиген простаты 3

  • TBI

  • TBI

  • TWSG1

    гомол белка скрученной гаструляции og 1

Список литературы

1

.

Метаболизм железа: современные факты и направления на будущее

.

Биохим Мед (Загреб)

.

2012

;

22

(

3

):

311

328

,2

.

Ранний дефицит железа оказывает влияние на мозг и поведение, соответствующее дофаминергической дисфункции

.

J Nutr

.

2011

;

141

(

4

):

740S

746S

.3

и другие.
.

Сон и нейрофункции на протяжении всего развития ребенка: длительные последствия раннего дефицита железа

.

J Педиатр Гастроэнтерол Нутр

.

2009

;

48

Доп.1

:

S8

S15

.4

.

Долговременные нервные и поведенческие эффекты дефицита железа в младенчестве

.

Nutr Ред.

.

2006

;

64

(

5, пт 2

):

S34

S43

,5

.

Нарушения обмена железа

.

N Engl J Med

.

1999

;

341

:

1986

1995

,6

.

Функция и регуляция трансферрина и ферритина

.

Семин Гематол

.

1998

;

35

(

1

):

35

54

,7

.

Повторное посещение анемии ахилии желудка

.

клеток крови Mol Dis

.

2007

;

39

(

2

):

178

183

,8

.

Инфекция Helicobacter pylori и запасы железа: систематический обзор и метаанализ

.

Хеликобактер

.

2008

;

13

(

5

):

323

340

.9

.

Патогенез и лечение железодефицитной анемии: новая роль целиакии, Helicobacter pylori и аутоиммунного гастрита

.

Семин Гематол

.

2009

;

46

(

4

):

339

350

.10

.

Регуляция метаболизма клеточного железа

.

Biochem J

.

2011

;

434

(

3

):

365

381

.11

.

Гепсидин и нарушения обмена железа

.

Анну Рев Мед

.

2011

;

62

:

347

360

.12

.

Система гепсидин-ферропортин как терапевтическая мишень при анемиях и нарушениях, связанных с перегрузкой железом

.

Образовательная программа по гематологии и соц. Гематол

.

2011

;

2011

:

538

542

,13

.

Гепцидин и гомеостаз железа

.

Biochim Biophys Acta

.

2012

;

1823

:

1434

1443

.14

.

Гепсидин и ферропортин: новые игроки в метаболизме железа

.

Semin Liver Dis

.

2011

;

31

(

3

):

272

279

.15

.

Ферропортин-опосредованный транспорт железа: экспрессия и регуляция

.

Biochim Biophys Acta

.

2012

;

1823

(

9

):

1426

1433

.16

.

Метаболизм железа у млекопитающих и его контроль с помощью регуляторных белков железа

.

Biochim Biophys Acta

.

2012

;

1823

(

9

):

1468

1483

,17

.

Регуляторные механизмы всасывания железа в кишечнике: раскрытие механизма быстрого ответа, основанного на эндоцитозе ДМТ1 и ферропортина

.

Биофакторы

.

2010

;

36

(

2

):

88

97

.18

.

Структурное сравнение трансферрина сыворотки человека и лактоферрина человека

.

Биометаллы

.

2007

;

20

:

249

262

,19

.

Обзор структуры / функций белков, участвующих в хранении и транспортировке железа

.

Curr Med Chem

.

2005

;

12

:

2683

2693

.20

.

LPI-лабильное плазменное железо в перегрузке железом

.

Передовая практика Clin Haematol

.

2005

;

18

(

2

):

277

287

,21

.

Перегрузка железом: последствия, оценка и мониторинг

.

Гемоглобин

.

2009

;

33

Доп.1

:

S46

S57

.22

.

Стеап-белки: влияние на метаболизм железа и меди

.

Nutr Ред.

.

2007

;

65

(

7

):

335

340

,23

и другие.
.

Роль митохондрий в биогенезе клеточного железо-серного белка и метаболизме железа

.

Biochim Biophys Acta

.

2012

;

1823

(

9

):

1491

1508

,24

.

Системные и клеточные последствия макрофагального контроля метаболизма железа

.

Семин Иммунол

.

2012

;

24

(

6

):

393

398

0,25

, ред.

Транспорт меди и его нарушения: молекулярные и клеточные аспекты

.

Филадельфия

:

Springer

;

1999

0,26

.

Всасывание и метаболизм железа

.

Curr Opin Gastroenterol

.

2009

;

25

(

2

):

129

135

,27

.

Гепсидин как биомаркер для диагностики нарушений обмена железа: обзор

.

Acta Clin Belg

.

2012

;

67

(

3

):

190

197

,28

.

IL-6 — STAT-3 — гепсидин: связывает воспаление с метаболизмом железа

.

Rom J Intern Med

.

2007

;

45

(

3

):

305

309

.29

.

Рецептор трансферрина, часть I: Биология и нацеливание с помощью цитотоксических антител для лечения рака

.

Клин Иммунол

.

2006

;

121

(

2

):

144

158

.30

.

Ген HFE в первичной и вторичной перегрузке железом в печени

.

Мир Дж. Гастроэнтерол

.

2007

;

13

(

35

):

4673

4689

.31

.

Наследственные нарушения обмена железа

.

Curr Opin Pediatr

.

2011

;

23

(

1

):

14

20

.32

.

Потенциальная роль передачи сигналов костного морфогенетического белка (BMP) как потенциальной терапевтической мишени для модификации баланса железа

.

Циферблат нефрола

.

2009

;

24

(

1

):

28

30

0,33

.

Редкие причины наследственной перегрузки железом

.

Семин Гематол

.

2002

;

39

(

4

):

249

262

. 34

.

Гипоксия-индуцируемый фактор 1 представляет собой гетеродимер базисной спирали-петли-спирали-PAS, регулируемый клеточным натяжением O 2

.

Proc Natl Acad Sci U S A

.

1995

;

92

(

12

):

5510

5514

,35

.

Метаболизм железа: взаимодействие с нормальным и нарушенным эритропоэзом

.

Колд Спринг Харб Перспект Мед

.

2012

;

2

(

5

):

a011668

,36

.

Матриптаза-2 (TMPRSS6): протеолитический регулятор гомеостаза железа

.

Haematologica

.

2009

;

94

(

6

):

840

849

.37

.

Фурин-опосредованное высвобождение растворимого гемоювелина: новая связь между гипоксией и гомеостазом железа

.

Кровь

.

200815

;

111

(

2

):

924

931

.38

.

Фурин на переднем крае: от трафика белков к эмбриогенезу и болезням

.

Nat Rev Mol Cell Biol

.

2002

;

3

:

753

766

.39

.

Нарушения обмена железа. Часть 1. Молекулярные основы гомеостаза железа

.

Дж. Клин Патол

.

2011

;

64

(

4

):

281

286

.40

.

Нарушения обмена железа. Часть II: дефицит железа и перегрузка железом

.

Дж. Клин Патол

.

2011

;

64

(

4

):

287

296

.41

и другие.
.

Пути, лежащие в основе накопления железа при неалкогольной жировой болезни печени у человека

.

Ам Дж. Клин Нутр

.

2008

;

87

(

5

):

1374

1383

.42

и другие.
.

Экспрессия гепсидина в печени: относительно низкий уровень у пациентов с хроническим гепатитом С

.

Мол Мед

.

2007

;

13

(

1-2

):

97

104

.43

и другие.
.

Гепсидин снижается при загрузке алкоголя

.

Алкоголь Clin Exp Res

.

2007

января

;

31

(

1 доп.

):

S2

S8

.

© Американское общество клинических патологов

Физиология | eClinpath

Железо — это микроэлемент, необходимый для жизни, необходимый для важных клеточных процессов, таких как синтез ДНК, выработка энергии и защита.Многие различные структурные и ферментативные белки содержат железо, необходимое для их функционирования. В некоторых из этих белков железо (в форме железа или Fe 2+ ) находится в центре порфиринового кольца, образуя простетическую группу гема. Известными гемсодержащими белками являются гемоглобин и миоглобин, которые служат переносчиками кислорода в крови и мышцах, соответственно, а также суперсемейство цитохрома P450 и каталаза, которые метаболизируют лекарства и разлагают перекись водорода соответственно.

Железо измеряется в сыворотке или плазме, где оно чаще всего используется в качестве маркера статуса железа (дефицит или избыток) и воспаления. Железо в сыворотке или плазме не является «свободным» (железо является сильным свободным радикалом и очень токсично), но связано с транспортным белком железа, апотрансферрином (комбинация железо + апотрансферрин называется трансферрином) в форме трехвалентного железа (Fe 3). + ). Клетки получают железо из трансферрина, которое связывается с рецепторами трансферрина и попадает в клетку посредством клатрин-опосредованного эндоцитоза.Попадая в клетку, железо высвобождается из трансферрина в кислой части лизосомы. Освободившееся железо затем может быть включено в белки или сохранено в виде ферритина (железо + белок апоферритин) или, в случае избытка, гемосидерина (железа в комплексе с фосфатом или гидроксидом). Эти запасы затем могут использоваться клеткой для ее основных функций, если уровень железа в сыворотке снижается (ферритин может быть мобилизован быстрее, чем гемосидерин, который считается «менее доступным» для немедленного высвобождения трансферрина).Быстро делящиеся клетки и предшественники эритроцитов имеют высокую потребность в железе (для деления клеток и синтеза гемоглобина, соответственно) и экспрессируют высокие концентрации рецептора трансферрина. Действительно, иммунологическое обнаружение рецептора трансферрина используется для идентификации предшественников эритроидов в аспиратах костного мозга людей и грызунов.

Железо сохраняется в организме. Типичный организм взрослого человека содержит около 3000-4000 мг железа. Очень небольшое количество железа теряется из организма в день (1-2 мг, обычно через кишечник из отшелушившихся эпителиальных клеток слизистой оболочки) и должно восполняться с пищей (в среднем 1-2 мг железа всасывается с пищей). .Если пищевого железа недостаточно для восполнения этих потерь (например, вегетарианская диета), может возникнуть дефицит железа, но только после того, как запасы в организме истощатся.

Поглощение железа

Распределение железа у взрослых

Пищевое железо получают либо из неорганических источников (трехвалентное железо), либо из животных источников (в результате разложения гемовой группы на гемоглобин или миоглобин, т. Е. Из крови или мышц). Железо из этих двух источников поглощается различными переносчиками или рецепторами на просветной поверхности энтероцитов.Попадая в клетки кишечника, он используется для клеточных процессов, хранится в виде ферритина (что приводит к потере железа, когда клетки оседают с калом) или транспортируется из клетки через белок транспорта железа, ферропортин-1, в плазму, где он связывается с трансферрин. Затем трансферрин доставляет железо к другим клеткам организма. Внутриклеточное железо обычно находится в двухвалентной (восстановленной, Fe 2+ ) форме и должно быть преобразовано в трехвалентную (окисленную, Fe 3+ ) форму, прежде чем оно сможет связываться с трансферрином.Это достигается с помощью медьзависимого фермента, называемого гефестином, который расположен на базолатеральной поверхности энтероцита.

Железный транспорт

Железо циркулирует в плазме, связанное с трансферрином (который может связывать одну или две молекулы трехвалентного железа). Любая клетка может поглощать железо из трансферрина, но, безусловно, предшественники эритроидов больше всего нуждаются в железе, которое требуется для производства гемоглобина. Фактически, эритроциты содержат большую часть железа в организме (1800 мг), за ними следуют печень (в виде ферритина), макрофаги (которые перерабатывают железо гемоглобина и накапливают его в виде ферритина или гемосидерина) и мышц (в виде миоглобина) (см. изображение выше).

Переработка чугуна

Метаболизм гема в макрофагах

Железо в красных кровяных тельцах постоянно обновляется. Большая часть железа, используемого для производства гемоглобина эритроцитов, получается в результате разложения гемоглобином стареющих или старых эритроцитов (так называемая переработка). Старые эритроциты фагоцитируются макрофагами (прежде всего в селезенке, печени и костном мозге). Попадая в макрофаг, гемоглобин расщепляется гидролитическими ферментами в фаголизосоме, высвобождая гемовую группу (порфириновое кольцо + железо) и глобиновые (белковые) цепи (см. Изображение справа).Цепи глобина разбиваются на составляющие их аминокислоты, которые затем используются для синтеза белка. Гемоксигеназа в эндоплазматическом ретикулуме превращает порфириновое кольцо внутри гемовой группы в неконъюгированный билирубин (который выделяется из клетки в плазму, где он связывается с альбумином и в конечном итоге поглощается печенью) и высвобождает железо. Подобно энтероциту, железо затем транспортируется через ферропортин-1 в трансферрин или хранится внутри клетки (в виде ферритина или гемосидерина).Вместо гефестина медьзависимый церулоплазмин окисляет железо макрофагов, так что оно может связываться с трансферрином. Поскольку медь важна для окисления железа, поэтому ее можно переносить на апотрансферрин из клеток (энтероцитов или макрофагов), дефицит меди может привести к дефициту железа (поскольку железо не будет абсорбироваться или высвобождаться из запасов в макрофагах).

Поглощение железа

Метаболизм железа

Эритробластический остров

В костном мозге и селезенке предшественники эритроидов обычно группируются вокруг макрофагов в так называемых эритробластных островках, так что они могут немедленно связать трансферрин, который поглотил железо, высвобожденное макрофагами, и использовать железо для синтеза гемоглобина в митохондриях.Это поглощение железа посредством эритрофагоцитоза с последующим высвобождением железа в клетки-предшественники эритроида приводит к быстрому обмену железа в организме.

Регламент по железу

Поскольку свободное или избыточное железо вредно (железо является свободным радикалом, способствующим окислительному повреждению), железо регулируется в организме. Эта регуляция происходит в первую очередь на уровне энтероцитов, которые блокируют всасывание железа при его избытке (так называемая блокада слизистой оболочки). Не существует регулируемого пути активного выведения железа (может происходить только при кровотечении или отшелушивании железосодержащих энтероцитов).Этот блок опосредуется белком гепсидином, который вырабатывается печенью. Гепсидин снижает всасывание железа в кишечнике и его высвобождение из запасов организма, вызывая интернализацию и деградацию переносчика железа, ферропортина-1, в энтероцитах, макрофагах и гепатоцитах (железо «изолировано» внутри этих клеток). Недостаток ферропортина снижает передачу железа из пищи или запасов организма в трансферрин и приводит к быстрому снижению концентрации железа в сыворотке или плазме.

Гепцидин и железо

Гепсидин регулируется следующим:

  • Доступные запасы железа: Запасы железа косвенно (через другие белки, такие как рецептор трансферрина 2) регулируют концентрацию гепсидина, влияя на синтез гена гепсидина.Увеличенные запасы железа в организме могут вызвать синтез гена гепсидина, который затем снизит всасывание железа в кишечнике. Обратите внимание, что временное повышение уровня железа в плазме (например, после пероральной абсорбции таблеток сульфата железа) приведет к высвобождению гепсидина, который затем ограничивает всасывание железа из кишечника на 48 часов (тем самым сводя на нет пользу от ежедневного перорального приема добавок железа) (Moretti et al 2015 ).
  • Эритропоэтическая активность: эритробласты секретируют гормон, регулирующий гепсидин, называемый эритроферроном, под влиянием эритропоэтина (Kautz et al 2014).Эритропоэтическая активность преобладает над любым влиянием запасов железа на синтез этого белка. Повышенная эритропоэтическая активность подавляет синтез гепсидина, что имеет смысл, поскольку предшественникам эритроидов необходимо получать железо из кишечника или накапливаться в макрофагах для синтеза гемоглобина. Однако это все еще происходит в состояниях избытка железа.
  • Воспалительные цитокины: они, по-видимому, подавляют как регуляторы запаса железа, так и регуляторы эритропоэза гепсидина. Воспалительные цитокины, особенно интерлейкин (IL) -6 и фактор некроза опухоли (TNF) -α, стимулируют синтез гепсидина, что приводит к снижению всасывания железа из кишечника и высвобождения из макрофагов.Таким образом, концентрация железа в сыворотке или плазме крови быстро (в течение нескольких часов) падает в ответ на воспаление, поэтому железо может быть маркером воспаления в сыворотке крови. Железо и воспалительные цитокины регулируют передачу сигналов через костный морфогенный белок / SMAD. Последний сигнальный путь ингибируется шапероном или иммунофилином, называемым FKB12, который является недавно обнаруженным внутриклеточным ингибитором гепсидина (Colucci et al 2017).

Секвестрация железа ограничивает количество железа, доступного для эритропоэза, что снижает выработку красных кровяных телец, что приводит к анемии воспалительного заболевания, нерегенеративной нормоцитарной нормохромной анемии легкой или средней степени, которая возникает при воспалительных или «хронических» болезненных состояниях. (обратите внимание, что даже несмотря на то, что сейчас считается, что гепсидин является ключевым медиатором анемии воспалительного заболевания, повышенный уровень гепсидина с секвестрацией железа — не единственный механизм для этого типа анемии; другие факторы, такие как подавление высвобождения эритропоэтина, также вносят свой вклад) .Связанное изображение показывает регуляцию уровней гепсидина с последующим последующим воздействием на железо в вышеупомянутых сценариях.

Железо в рационе: Медицинская энциклопедия MedlinePlus

НИЗКИЙ УРОВЕНЬ ЖЕЛЕЗА

Человеческое тело запасает железо, чтобы восполнить утраченное. Однако низкий уровень железа в течение длительного периода времени может привести к железодефицитной анемии. Симптомы включают недостаток энергии, одышку, головную боль, раздражительность, головокружение или потерю веса.Физические признаки недостатка железа — бледный язык и ногти в форме ложки.

К группе риска по низкому уровню железа относятся:

  • Женщины с менструацией, особенно с обильными периодами
  • Беременные или только что родившие женщины
  • Бегуны на длинные дистанции
  • Люди любого типа кровотечения в кишечнике (например, кровоточащая язва)
  • Люди, которые часто сдают кровь
  • Люди с желудочно-кишечными заболеваниями, затрудняющими усвоение питательных веществ из пищи

Младенцы и маленькие дети подвержены риску низкого уровня железа, если они не получают правильную пищу.Младенцы, переходящие на твердую пищу, должны есть продукты, богатые железом. Младенцы рождаются с достаточным количеством железа, чтобы прожить около шести месяцев.