Общее положения
В нашем теле присутствует важный элемент – железо (Fe). Содержание его начинается от 3, а заканчивается 5 мг. Всем известно, что оно входит в состав белка переносчика кислорода – гемоглобина, который находится внутри эритроцита, в нем содержится около 69% от всех запасов металла организма. Известно, что миоглобин, так называемый “красный” белок, входит в состав как поперечнополосатой, так и гладкомышечной мышечной ткани, в него также входит железо, что составляет около 9%. Остальные 22% распределены в таких белках как лактоферрин, трансферрин, гемосидерин и других. Стоит отметить, что Fe находящиеся внутри клетки, и само по себе не циркулирует по кровотоку. Доставить элемент до места, где он необходим, способны белки-транспортеры, такие как трансферрин и ферритин.
Безусловно, Fe бесценный металл для нас, так как он входит в состав большого количества белков и ферментов. Если железо находится в свободном состоянии, то оно достаточно токсично и губительно для нас. Так, к примеру, двухвалентное железо вступает в реакцию с перекисью водорода, вследствие чего образуется трехвалентное железо и гидроксильный анион радикал, который спокойно разрушает наши клетки. В связи с этим организм человека, научился достаточно четко регулировать процессы абсорбции, всасывания, транспорта, проникновения, депонирования и при необходимости мобилизации Fe.
Источники и механизм всасывания железа
Железо, которое имеется в нашем теле, выводиться наружу очень медленно. Стоит отметить, что при ежедневном слущивании кожных клеток эпидермиса и мукозального слоя желудка, дети и мужчины теряют приблизительно до 1 г Fe. А женщины во время менструального цикла ежемесячно теряют от 15 до 40 мг элемента, поэтому потребность в металле у них в два раза больше.
Всасывание происходит напрямую из желудочно-кишечного тракта, а именно в двенадцатиперстной кишке или в начальных отделах тощей кишки. В связи с этим существует следующий механизм поступления Fe в организм.
Железо при участии гемотранспортера, абсорбируется из ЖКТ в двух формах: закисное двухвалентное Fe, входящие в состав гема, и окисное трехвалентное Fe, входящие в состав гемина. Данные формы находятся исключительно в животных продуктах, а именно в мясе, печени, почках. Негемовое окисное Fe в составе комплекса, содержится в молоке, овощах, фруктах. Для успешного всасывания микроэлемента нужно его высвободить из связанного состояния, в этом помогает соляная кислота, входящая в состав желудочного сока, далее происходит процесс восстановления, под действие ферриредуктазы и водорастворимого витамина C.
Рассмотрим механизм всасывания более подробно. Реализация это процесса происходит при участии мембранного “транспортера двухвалентных металлов 1” (ТДМ 1) и “макрофагального протеина, связанного с естественной резистентностью 2”, они находиться на апикальной, т.е на наружной мембране энтероцитов. Сам ТДМ 1, переносит не только железо, но еще и цинк, медь, свинец, марганец, кадмий, никель. Попав в кишечную клетку, как гемовое, так и геминое Fe высвобождается из связанного состояния, при участии фермента – гемоксигеназы, после чего они мигрируют при помощи Fe-АТФазы к базальной части клетки или к везикулам, где двухвалентное железо под действием гефестина окисляется до трехвалентного. Дальше окисленный элемент при участии ферропортина 1, выводиться через базальную мембрану из клетки. Сразу же после выхода, Fe соединяется с трансферрином плазмы крови, после чего транспортируется кровью, в необходимое место.
Если у человека наблюдается дефицит микроэлемента, то происходит стимуляция и повышение активности ТДМ 1, а при избытке идет полностью противоположный процесс. Вся эта регуляция сложнейший процесс, сменяющий друг друга в зависимости и потребности железа в организме.
Стоит отметить, что после поступления с пищей всасывается от 10 до 15% железа, из мяса всасывается от 15 до 25%, из грудного молока при вскармливании 50%, из коровьего 8%. Клетчатка, фосфаты, оксалаты сильно снижают абсорбцию двухвалентного железа. Большая часть органических кислот, к примеру, аскорбиновая, восстанавливают трехвалентное железо из двухвалентного, что положительно сказывается на процессах всасывания. Алкоголь, простые углеводы, животные аминокислоты, в разы повышают адсорбцию элемента. Как отмечалось выше, гефестин принимает непосредственное участие в окислении железа, но в состав это фермента входит медь, т.е при ее недостатке будет полностью невозможно окисление железа, а следовательно и его успешное всасывание.
Потребность в железе для организма
Для обычной работы нашего организма, необходимо от 20 до 25 мг элемента в день и по большей части эта нужда покрывается в результате реутилизации гемоглобина. Мужской пол должен употреблять до 10 мг в день. У женщин потребность в два раза больше и составляет около 18 мг, а в момент беременности может, увеличивается до 60 мг. У детей нужда в Fe достаточно вариабельна и напрямую зависит от возраста, так до полугода нужно получать по 0,28 мг, до года 11мг, от года до трех лет 7 мг, от четырех до восьми 10 мг, от девяти до тринадцати 8 мг.
Процесс реутилизации железа
Цикл жизни эритроцитов достаточно большой и составляет порядка 120 суток, после чего они подвергаются физиологическому разрушению, т.е гемолизу макрофагальной системой в красной пульпе селезенки. Но при некоторых состояниях наступает патологическое разрушение, которое возникает напрямую внутри сосуда, такое состояние носит название внутрисосудистый гемолиз. В результате как физиологического, так и патологического разрушения, из красной клетки крови, выходит гемоглобин (Hb). Белок сразу поглощается макрофагами. В них он распадется на белок глобин и гем, второй под действием фермента гемоксигеназы, превращается в биливердин, а далее в несвязанный билирубин, в момент этой реакции и высвобождается двухвалентное железо. Микроэлемент захватывается белком-транспортером Fe-АТФазой, и переноситься в ЭПС макрофага, где под действием гефестина происходит образование трехвалентного Fe. После железу нужно покинуть клетку, происходит это через комплекс Гольджи. Попав в плазму элемент, соединяется с транспортером – трансферином, после чего доставляется в красный костный мозг, где данный комплекс поглощается псевдоподиями макрофагов, которые носят название “клетки – кормилки”. Они снабжают гемопоэтические клетки поступившим железом.
Процесс депонирования железа
Если в организме наблюдается избыток Fe, то происходит его депонирование. Места этого запаса различны и разбросаны по нашему телу. Больше всего железа находится в макрофагах и сидеробластах костного мозга, в печени и селезенке. В этих органах железо находиться в форме ферритина и гемосидерина. В каждой молекуле аппоферритина находится полость, где может располагаться до 4400 атомов трехвалентного железа, в своей кристаллической форме – ферригидрита. При нормальных содержаниях на один ферритин приходиться порядка 2100-2200 атомов микроэлемента. При избытке происходит переход ферритина из растворимого состояния в нерастворимое, в этом случае запускаются процессы агрегации, протеолиза и трансформации в молекулу гемосидерина, которая безвозвратно накапливается в органах и больше не рассасывается.
Обмен железа в обычных клетках
Как уже говорилось выше, пул Fe складывается как из эндогенного, так и экзогенного источника. Переноситься оно, как правило, в ККМ для формирования новых эритроцитов, но также существуют другие клетки, которым необходимо железо. Процесс поступления в них сложный и многоступенчатый. Начнем с момента подхода комплекса “трехвалентное железо +переносчик” к мембране нужной клетки. На ее наружной поверхности имеются высокоспецифичные трансферриновые рецепторы, к которым присоединяется этот комплекс, после чего происходит его поступление двойной липидный слой цитоплазматической мембраны в цитоплазму, где он с помощью внутриклеточного переносчика мигрирует в эндосомы. В них при условии кислой среды ” трехвалентное железо + трансферрин” распадется, после чего транспортер покидает клетку. А трехвалентное железо под действием фермента оксидоредуктазы, восстанавливается до двухвалентного и при помощи “транспортера двухвалентных металлов 1”(ТДМ 1), выходит в цитоплазму, где уже встраивается в железосодержащие протеины и ферментные системы. Если данный процесс идет в мышечных клетках – миоцитах, то железо включается в состав миоглобина, а если в эритроцитах, то в состав гемоглобина.
Регуляция обмена железа
Обмен Fe в организме напрямую регулируется двумя семействами протеинов “железо чувствительные белки (ЖЧБ)” и “ железо регулирующие элементы (ЖРЭ)”, которые непосредственно влияют на определенные структуры, отвечающие за всасывание, мобилизацию и депонирования необходимого нам элемента. Если в организме нехватка Fe, начинается взаимодействие ЖЧБ и ЖРЭ, после этого они усиливают синтез апикального мембранного транспортера двухвалентного железа, в результате чего повышается всасывание элемента энтероцитами тонкого кишечника. Кроме того, данное сложное взаимодействие, активирует захват трансферрина чувствительными к Fe клетками.
Дефицит железа
Недостаток железа у каждого человека проявляется по-разному и зависит от пола, возраста, характера питания, от острых и хронических заболеваний. Недостаток железа наблюдается у вегетарианцев, они недополучают микроэлемент с пищей. У мужчин недостаток Fe редкое явление, а вот у детей в связи с усиленным ростом и у беременных женщин, потребность в элементе крайне высока. Несбалансированное питание, заболевания ЖКТ и диарея приводят к выраженному дефициту металла. При генетических мутациях, которые приводят к нарушению нормального синтеза белка-транспортера, также будет недостаток железа. У половозрелых женщин, основной причиной дефицита это ежемесячные менструальные кровотечения. При заболеваниях крови и желудочно-кишечного тракта, которые сопровождаются активным внутренним кровотечением, наступает потеря форменных элементов, наступает железодефицитная анемия. При потерях микроэлемента сначала уменьшаются запасы ферритина и гемосидерина, а после и содержание железа в плазме, с последующим снижением уровня гемоглобина, с возникновением гипохромии и микроцитоза красных клеток крови. Происходит сильное снижение гемоглобина, в мышцах распадается миоглобин, все это приводит к вторичной гипоксии тканей и органов, в самой клетке происходит снижение митохондрильных железосодержащих цитохромов, ферментов цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), нарушение окислительного фосфорилирования, что приводит к первичной гипоксии тканей. Данные состояния проявляются такими симптомами, как чрезмерная утомляемость, головная боль, мышечная атония, может быть недержание мочи. Кроме того, страдают коллагеновые структуры, а именно кожа, волосы, ногти, слизистые оболочки, наблюдается трещины в уголках рта, межпальцевых промежутков, атрофия сосочкового слоя языка, что приводит к болям и нарушению вкусового восприятия. Может развиться стоматит, гингивит, фарингит, трахеит, осиплость и охриплость голоса, нарушение глотания, т.е дисфагия и продвижение пищи пищеводом. Недостаток железа напрямую нарушает проведение нервных импульсов, как в центральной, так и в периферической нервной системе, что может проявиться парестезиями и нарушениями чувствительности различных участков тела.
Избыток железа
По большей части избыток металла можно диагностировать у мужчин. Такое состояние носят название гемохроматоз, он бывает первичными и вторичными. В первом случае заболевание наследственное, а второе возникает в результате гемолиза эритроцитов и на фоне хронического алкоголизма. Кроме того, клетка может быть перегружена железом и впоследствии разрушена, возникает это в результате гипоксии, вследствие полного угнетения внутриклеточного переносчика Fe-АТФазы. Также отравление металлом может быть легко получено, если человек принял от 900 до 2000 мг двухвалентного железа в виде различных таблетированных форм. Такой переизбыток через небольшой промежуток времени приводит к необратимым структурным изменениям в виде некроза стенки желудка и тонкого кишечника, с последующим развитием тяжелейшего шокового состояния, приводящим к смерти.
Заключение
Безусловно, железо важнейший микроэлемент, который необходим нашему организму. Перед врачом ежедневно стоит важнейшая задача по своевременной диагностике жизненно угрожающих состояний, которые возникли либо в результате избытка, либо при недостатке Fe. Всегда нужно помнить, что залог хорошего здоровья и нормальной работы наших органов и систем напрямую зависит от правильной корректировки таких состояний.
