Presnova železa v telesu

Običajno telo zdravega odraslega vsebuje približno 3-5 g železa, zato ga lahko uvrstimo med mikroelemente. Železo je v telesu neenakomerno porazdeljeno. Približno 2/3 železa je v hemoglobinu rdečih krvničk – to je krožeči sklad (ali bazen) železa. Pri odraslih je ta bazen 2-2,5 g, pri donošenih novorojenčkih - 0,3-0,4 g, pri nedonošenčkih pa 0,1-0,2 g. Relativno veliko železa vsebuje mioglobin: 0,1 g pri moških in 0,05-0,07 g pri ženskah. Človeško telo vsebuje več kot 70 beljakovin in encimov, ki vključujejo železo (na primer transferin, laktoferin), skupna količina železa v njih pa je 0,05-0,07 g. Železo, ki ga prenaša transportna beljakovina transferin, predstavlja približno 1 % (transportni sklad železa). Zaloge železa (depo, rezervni sklad), ki predstavljajo približno 1/3 vsega železa v človeškem telesu, so izjemno pomembne za medicinsko prakso. Funkcijo depoja opravljajo naslednji organi:

• jetra;
• vranica;
• kostni mozeg;
• možgani.

Železo je v depoju v obliki feritina. Količino železa v depoju je mogoče opredeliti z določitvijo koncentracije SF. Danes je SF edini mednarodno priznani označevalec rezerv železa. Končni produkt presnove železa je hemosiderin, ki se odlaga v tkivih.

Železo je najpomembnejši kofaktor encimov mitohondrijske dihalne verige, citratnega cikla, sinteze DNK, igra pomembno vlogo pri vezavi in transportu kisika s hemoglobinom in mioglobinom; beljakovine, ki vsebujejo železo, so potrebne za presnovo kolagena, kateholaminov in tirozina. Zaradi katalitskega delovanja železa v reakciji Fe2 ^* <--> Fe3 ^prosto nekelatno železo tvori hidroksilne radikale, ki lahko povzročijo poškodbe celičnih membran in celično smrt. V procesu evolucije so zaščito pred škodljivim učinkom prostega železa rešili z oblikovanjem specializiranih molekul za absorpcijo železa iz hrane, njegovo absorpcijo, transport in odlaganje v netoksični topni obliki. Transport in odlaganje železa izvajajo posebne beljakovine: transferin, transferinski receptor, feritin. Sintezo teh beljakovin uravnava poseben mehanizem in je odvisna od potreb telesa.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Presnova železa pri zdravi osebi je zaprtega tipa.

Vsak dan človek izgubi približno 1 mg železa z biološkimi tekočinami in luščenim epitelijem prebavil. Natanko toliko se lahko v prebavilih absorbira iz hrane. Jasno je treba razumeti, da železo v telo vstopi le s hrano. Tako se vsak dan izgubi 1 mg železa in 1 mg se absorbira. Med uničenjem starih eritrocitov se sprosti železo, ki ga makrofagi izkoristijo in ponovno uporabijo pri gradnji hema. Telo ima poseben mehanizem za absorpcijo železa, vendar se izloča pasivno, torej ni fiziološkega mehanizma za izločanje železa. Če torej absorpcija železa iz hrane ne zadosti potrebam telesa, pride do pomanjkanja železa ne glede na vzrok.

Porazdelitev železa v telesu

1. 70 % celotne količine železa v telesu predstavljajo hemoproteini; to so spojine, v katerih je železo vezano na porfirin. Glavni predstavnik te skupine je hemoglobin (58 % železa); poleg tega v to skupino spadajo še mioglobin (8 % železa), citokromi, peroksidaze, katalaze (4 % železa).
2. Skupina nehemskih encimov - ksantin oksidaza, NADH dehidrogenaza, akonitaza; ti encimi, ki vsebujejo železo, so lokalizirani predvsem v mitohondrijih, igrajo pomembno vlogo v procesu oksidativne fosforilacije in transporta elektronov. Vsebujejo zelo malo kovine in ne vplivajo na celotno ravnovesje železa; vendar je njihova sinteza odvisna od oskrbe tkiv z železom.
3. Transportna oblika železa je transferin, laktoferin, nizkomolekularni nosilec železa. Glavni transportni feroprotein plazme je transferin. Ta beljakovina beta-globulinske frakcije z molekulsko maso 86.000 ima 2 aktivni mesti, od katerih se lahko na vsako veže en atom Fe3 ⁺. V plazmi je več vezavnih mest za železo kot atomov železa, zato v njej ni prostega železa. Transferin se lahko veže tudi na druge kovinske ione - baker, mangan, krom, vendar z različno selektivnostjo, železo pa se veže primarno in trdneje. Glavno mesto sinteze transferina so jetrne celice. Z zvišanjem ravni deponiranega železa v hepatocitih se sinteza transferina opazno zmanjša. Transferin, ki prenaša železo, je ambiciozen za normocite in retikulocite, količina absorpcije kovine pa je odvisna od prisotnosti prostih receptorjev na površini eritroidnih predhodnikov. Membrana retikulocitov ima bistveno manj vezavnih mest za transferin kot pronormocit, kar pomeni, da se privzem železa zmanjšuje s staranjem eritroidnih celic. Nizkomolekularni nosilci železa zagotavljajo znotrajcelični transport železa.
4. Deponirano, rezervno ali nadomestno železo je lahko v dveh oblikah - feritin in hemosiderin. Spojina rezervnega železa je sestavljena iz beljakovine apoferitin, katere molekule obdajajo veliko število atomov železa. Feritin je rjava spojina, topna v vodi, vsebuje 20 % železa. Pri prekomernem kopičenju železa v telesu se sinteza feritina močno poveča. Molekule feritina so prisotne v skoraj vseh celicah, še posebej pa jih je v jetrih, vranici in kostnem mozgu. Hemosiderin je v tkivih prisoten kot rjav, zrnat, v vodi netopen pigment. Vsebnost železa v hemosiderinu je višja kot v feritinu - 40 %. Škodljiv učinek hemosiderina v tkivih je povezan s poškodbo lizosomov, kopičenjem prostih radikalov, kar vodi v celično smrt. Pri zdravi osebi je 70 % rezervnega železa v obliki feritina in 30 % v obliki hemosiderina. Stopnja izkoriščanja hemosiderina je bistveno nižja kot pri feritinu. Zaloge železa v tkivih je mogoče oceniti na podlagi histokemijskih študij z uporabo semikvantitativne metode ocenjevanja. Šteje se število sideroblastov - jedrnih eritroidnih celic, ki vsebujejo različne količine nehemskih železovih granul. Posebnost porazdelitve železa v telesu majhnih otrok je, da imajo večjo vsebnost železa v eritroidnih celicah in manj železa v mišičnem tkivu.

Uravnavanje ravnovesja železa temelji na načelih skoraj popolne ponovne uporabe endogenega železa in vzdrževanja potrebne ravni zaradi absorpcije v prebavilih. Razpolovna doba izločanja železa je 4-6 let.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Absorpcija železa

Absorpcija poteka predvsem v dvanajstniku in začetnem delu jejunuma. V primeru pomanjkanja železa v telesu se absorpcijsko območje razteza v distalni smeri. Dnevna prehrana običajno vsebuje približno 10-20 mg železa, vendar se v prebavilih absorbira le 1-2 mg. Absorpcija hemskega železa znatno presega vnos anorganskega železa. Ni jasnega mnenja o vplivu valence železa na njegovo absorpcijo v prebavilih. V. I. Nikuličeva (1993) meni, da se Fe²⁺ ^praktično ne absorbira niti pri normalnih niti pri presežnih koncentracijah. Po mnenju drugih avtorjev absorpcija železa ni odvisna od njegove valence. Ugotovljeno je bilo, da odločilni dejavnik ni valenca železa, temveč njegova topnost v dvanajstniku pri alkalni reakciji. Želodčni sok in klorovodikova kislina sodelujeta pri absorpciji železa, zagotavljata obnovitev oksidne oblike (Fe²H⁻ ⁾ v oksidno obliko (Fe²⁺ ⁾, ionizacijo in nastanek komponent, ki so na voljo za absorpcijo, vendar to velja le za nehemsko železo in ni glavni mehanizem za uravnavanje absorpcije.

Proces absorpcije hemskega železa ni odvisen od želodčne sekrecije. Hemsko železo se absorbira v obliki porfirinske strukture in se šele v črevesni sluznici odcepi od hema in tvori ionizirano železo. Železo se bolje absorbira iz mesnih izdelkov (9–22 %), ki vsebujejo hemsko železo, in veliko slabše iz rastlinskih izdelkov (0,4–5 %), ki vsebujejo nehemsko železo. Železo se iz mesnih izdelkov absorbira na različne načine: železo se slabše absorbira iz jeter kot iz mesa, saj je železo v jetrih v obliki hemosiderina in feritina. Kuhanje zelenjave v veliki količini vode lahko zmanjša vsebnost železa za 20 %.

Absorpcija železa iz materinega mleka je edinstvena, čeprav je njegova vsebnost nizka - 1,5 mg/l. Poleg tega materino mleko poveča absorpcijo železa iz drugih izdelkov, ki se uživajo hkrati z njim.

Med prebavo železo vstopi v enterocit, od koder po koncentracijskem gradientu prehaja v krvno plazmo. Pri pomanjkanju železa v telesu se njegov prenos iz lumna prebavil v plazmo pospeši. Pri presežku železa v telesu se glavnina železa zadrži v celicah črevesne sluznice. Enterocit, naložen z železom, se premakne z dna na vrh resice in se izgubi z deskvamiranim epitelijem, kar preprečuje vstop odvečne kovine v telo.

Na proces absorpcije železa v prebavilih vplivajo različni dejavniki. Prisotnost oksalatov, fitatov, fosfatov in taninov v perutnini zmanjšuje absorpcijo železa, saj te snovi tvorijo komplekse z železom in ga odstranjujejo iz telesa. Nasprotno pa askorbinska, jantarna in piruvična kislina, fruktoza, sorbitol in alkohol absorpcijo železa povečajo.

V plazmi se železo veže na svoj prenašalec, transferin. Ta beljakovina prenaša železo predvsem v kostni mozeg, kjer železo prodre v eritrocite, transferin pa se vrne v plazmo. Železo vstopi v mitohondrije, kjer poteka sinteza hema.

Nadaljnjo pot železa iz kostnega mozga lahko opišemo takole: med fiziološko hemolizo se iz eritrocitov sprosti 15-20 mg železa na dan, ki ga izkoristijo fagocitni makrofagi; nato glavni del ponovno gre za sintezo hemoglobina in le majhna količina ostane v obliki rezervnega železa v makrofagih.

30 % celotne vsebnosti železa v telesu se ne porabi za eritropoezo, temveč se odlaga v depojih. Železo v obliki feritina in hemosiderina se shranjuje v parenhimskih celicah, predvsem v jetrih in vranici. Za razliko od makrofagov parenhimske celice železo porabljajo zelo počasi. Vnos železa v parenhimske celice se poveča pri znatnem presežku železa v telesu, hemolitični anemiji, aplastični anemiji, odpovedi ledvic in zmanjša pri hudem pomanjkanju kovin. Sproščanje železa iz teh celic se poveča pri krvavitvah in zmanjša pri transfuzijah krvi.

Celotna slika presnove železa v telesu bo nepopolna, če ne upoštevamo železa v tkivih. Količina železa, ki je del feroencimov, je majhna - le 125 mg, vendar je pomen encimov tkivnega dihanja težko preceniti: brez njih bi bilo življenje katere koli celice nemogoče. Rezerva železa v celicah nam omogoča, da se izognemo neposredni odvisnosti sinteze encimov, ki vsebujejo železo, od nihanj v njegovem vnosu in porabi v telesu.

[ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ]

Fiziološke izgube in značilnosti presnove železa

Fiziološke izgube železa iz telesa odrasle osebe znašajo približno 1 mg na dan. Železo se izgublja z luščečim se kožnim epitelijem, epidermalnimi izrastki, znojem, urinom, blatom in luščečim se črevesnim epitelijem. Pri ženskah se železo izgublja tudi s krvjo med menstruacijo, nosečnostjo, porodom in dojenjem, kar znaša približno 800–1000 mg. Presnova železa v telesu je prikazana na diagramu 3. Zanimivo je, da se vsebnost železa v serumu in nasičenost transferina spreminjata čez dan. Visoke koncentracije železa v serumu opazimo zjutraj, nizke pa zvečer. Pomanjkanje spanja pri ljudeh vodi do postopnega zmanjševanja vsebnosti železa v serumu.

Na presnovo železa v telesu vplivajo elementi v sledovih: baker, kobalt, mangan, nikelj. Baker je potreben za absorpcijo in transport železa; njegov učinek se uresničuje preko citokrom oksidaze, ceruloplazmina. Vpliv mangana na proces hematopoeze je nespecifičan in je povezan z njegovo visoko oksidativno sposobnostjo.

Da bi razumeli, zakaj je pomanjkanje železa najpogostejše pri majhnih otrocih, mladostnicah in ženskah v rodni dobi, si poglejmo značilnosti presnove železa v teh skupinah.

Kopičenje železa v plodu poteka skozi celotno nosečnost, vendar najintenzivneje (40 %) v zadnjem trimesečju. Zato prezgodnji porod v 1-2 mesecih povzroči 1,5-2-kratno zmanjšanje zaloge železa v primerjavi z donošenimi otroki. Znano je, da ima plod pozitivno ravnovesje železa, ki deluje proti koncentracijskemu gradientu v korist ploda. Placenta intenzivneje zajema železo kot kostni mozeg nosečnice in ima sposobnost absorpcije železa iz materinega hemoglobina.

Obstajajo nasprotujoči si podatki o vplivu pomanjkanja železa pri materi na zaloge železa pri plodu. Nekateri avtorji menijo, da sideropenija v nosečnosti ne vpliva na zaloge železa pri plodu; drugi menijo, da obstaja neposredna povezava. Lahko se domneva, da zmanjšanje vsebnosti železa v materinem telesu vodi do pomanjkanja zalog železa pri novorojenčku. Vendar pa je razvoj anemije zaradi pomanjkanja železa zaradi prirojenega pomanjkanja železa malo verjeten, saj se incidenca anemije zaradi pomanjkanja železa, raven hemoglobina in serumskega železa v prvem dnevu po rojstvu in v naslednjih 3–6 mesecih ne razlikujejo pri otrocih, rojenih zdravim materam, in materah z anemijo zaradi pomanjkanja železa. Vsebnost železa v telesu donošenega in nedonošenčka je 75 mg/kg.

Pri otrocih mora železo, za razliko od odraslih, ne le nadomestiti fizioloških izgub tega mikroelementa, temveč tudi zadovoljiti potrebe po rasti, ki v povprečju znašajo 0,5 mg/kg na dan.

Glavni predpogoji za razvoj pomanjkanja železa pri nedonošenčkih, otrocih iz večplodnih nosečnosti in otrocih, mlajših od 3 let, so torej:

• hitro izčrpavanje rezerv zaradi nezadostnega eksogenega vnosa železa;
• povečana potreba po železu.

Presnova železa pri mladostnikih

Značilnost presnove železa pri mladostnicah, zlasti pri deklicah, je izrazito neskladje med povečano potrebo po tem mikroelementu in njegovim nizkim vnosom v telo. Razlogi za to neskladje so: hitra rast, slaba prehrana, športne aktivnosti, močna menstruacija in začetna nizka raven železa.

Pri ženskah v rodni dobi so glavni dejavniki, ki vodijo do razvoja pomanjkanja železa v telesu, obilne in dolgotrajne menstruacije ter večplodne nosečnosti. Dnevna potreba po železu za ženske, ki med menstruacijo izgubijo 30–40 ml krvi, je 1,5–1,7 mg/dan. Pri večji izgubi krvi se potreba po železu poveča na 2,5–3 mg/dan. Pravzaprav lahko skozi prebavila vstopi le 1,8–2 mg/dan, kar pomeni, da 0,5–1 mg/dan železa ni mogoče nadomestiti. Pomanjkanje mikroelementov bo torej 15–20 mg na mesec, 180–240 mg na leto, 1,8–2,4 g na 10 let, kar pomeni, da to pomanjkanje presega vsebnost rezervnega železa v telesu. Poleg tega so za razvoj pomanjkanja železa pri ženski pomembni tudi število nosečnosti, presledki med njimi in trajanje dojenja.