Metabolismus železa v těle

Tělo zdravého dospělého člověka obvykle obsahuje asi 3–5 g železa, takže železo lze zařadit mezi mikroelementy. Železo je v těle rozloženo nerovnoměrně. Přibližně 2/3 železa je obsaženo v hemoglobinu červených krvinek – jedná se o cirkulující fond (neboli pool) železa. U dospělých je tento fond 2–2,5 g, u donošených novorozenců 0,3–0,4 g a u předčasně narozených novorozenců 0,1–0,2 g. Relativně mnoho železa je obsaženo v myoglobinu: 0,1 g u mužů a 0,05–0,07 g u žen. Lidské tělo obsahuje více než 70 proteinů a enzymů, mezi které patří i železo (například transferin, laktoferin), celkové množství železa v nich je 0,05–0,07 g. Železo transportované transportním proteinem transferinem tvoří asi 1 % (transportní fond železa). Zásoby železa (depot, rezervní fond), které tvoří asi 1/3 veškerého železa v lidském těle, jsou pro lékařskou praxi nesmírně důležité. Funkci depotu plní následující orgány:

• játra;
• slezina;
• kostní dřeň;
• mozek.

Železo je v depu obsaženo ve formě feritinu. Množství železa v depu lze charakterizovat stanovením koncentrace SF. SF je dnes jediným mezinárodně uznávaným markerem zásob železa. Konečným produktem metabolismu železa je hemosiderin, který se ukládá v tkáních.

Železo je nejdůležitějším kofaktorem enzymů mitochondriálního dýchacího řetězce, citrátového cyklu, syntézy DNA, hraje důležitou roli ve vazbě a transportu kyslíku hemoglobinem a myoglobinem; proteiny obsahující železo jsou nezbytné pro metabolismus kolagenu, katecholaminů a tyrosinu. Díky katalytickému působení železa v reakci Fe2 ^* Fe3 ^tvoří volné nechelatované železo hydroxylové radikály, které mohou způsobit poškození buněčných membrán a buněčnou smrt. V procesu evoluce byla ochrana před škodlivým účinkem volného železa řešena tvorbou specializovaných molekul pro vstřebávání železa z potravy, jeho vstřebávání, transport a ukládání v netoxické rozpustné formě. Transport a ukládání železa zajišťují speciální proteiny: transferin, transferinový receptor, feritin. Syntéza těchto proteinů je regulována speciálním mechanismem a závisí na potřebách organismu.

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

Metabolismus železa u zdravého člověka je uzavřený

Každý den člověk ztrácí asi 1 mg železa s biologickými tekutinami a deskvamovaným epitelem gastrointestinálního traktu. Přesně stejné množství se může vstřebat v gastrointestinálním traktu z potravy. Je třeba si jasně uvědomit, že železo se do těla dostává pouze s potravou. Každý den se tedy ztratí 1 mg železa a 1 mg se vstřebá. V procesu destrukce starých erytrocytů se uvolňuje železo, které makrofágy využívají a znovu používají při stavbě hemu. Tělo má speciální mechanismus pro vstřebávání železa, ale vylučuje se pasivně, tj. neexistuje žádný fyziologický mechanismus pro vylučování železa. Pokud tedy vstřebávání železa z potravy neodpovídá potřebám těla, dochází k nedostatku železa bez ohledu na příčinu.

Distribuce železa v těle

1. 70 % celkového množství železa v těle je součástí hemoproteinů; jedná se o sloučeniny, ve kterých je železo vázáno na porfyrin. Hlavním zástupcem této skupiny je hemoglobin (58 % železa); dále do této skupiny patří myoglobin (8 % železa), cytochromy, peroxidázy, katalázy (4 % železa).
2. Skupina nehemových enzymů - xanthinoxidáza, NADH-dehydrogenáza, akonitáza; tyto enzymy obsahující železo jsou lokalizovány převážně v mitochondriích, hrají důležitou roli v procesu oxidativní fosforylace, transportu elektronů. Obsahují velmi málo kovu a neovlivňují celkovou bilanci železa; jejich syntéza je však závislá na přísunu železa do tkání.
3. Transportní formou železa je transferin, laktoferin, nízkomolekulární nosič železa. Hlavním transportním feroproteinem plazmy je transferin. Tento protein beta-globulinové frakce s molekulovou hmotností 86 000 má 2 aktivní místa, z nichž každé může vázat jeden atom Fe3 ⁺. V plazmě je více vazebných míst pro železo než atomů železa, a proto v ní není žádné volné železo. Transferin se může vázat i na jiné kovové ionty - měď, mangan, chrom, ale s různou selektivitou a železo se váže primárně a pevněji. Hlavním místem syntézy transferinu jsou jaterní buňky. Se zvýšením hladiny deponovaného železa v hepatocytech se syntéza transferinu znatelně snižuje. Transferin, který přenáší železo, je chtivý normocytů a retikulocytů a množství absorpce kovu závisí na přítomnosti volných receptorů na povrchu erytroidních prekurzorů. Membrána retikulocytů má výrazně méně vazebných míst pro transferin než pronormocyt, což znamená, že příjem železa se s věkem erytroidní buňky snižuje. Nízkomolekulární nosiče železa zajišťují intracelulární transport železa.
4. Uložené, rezervní neboli náhradní železo může být ve dvou formách - feritin a hemosiderin. Sloučenina rezervního železa se skládá z proteinu apoferitinu, jehož molekuly obklopují velké množství atomů železa. Feritin je hnědá sloučenina, rozpustná ve vodě, obsahuje 20 % železa. Při nadměrné akumulaci železa v těle se syntéza feritinu prudce zvyšuje. Molekuly feritinu jsou přítomny téměř ve všech buňkách, ale obzvláště mnoho jich je v játrech, slezině a kostní dřeni. Hemosiderin je v tkáních přítomen jako hnědý, granulovaný, ve vodě nerozpustný pigment. Obsah železa v hemosiderinu je vyšší než ve feritinu - 40 %. Škodlivý účinek hemosiderinu v tkáních je spojen s poškozením lysozomů, akumulací volných radikálů, což vede k buněčné smrti. U zdravého člověka je 70 % rezervního železa ve formě feritinu a 30 % ve formě hemosiderinu. Rychlost využití hemosiderinu je výrazně nižší než u feritinu. Zásoby železa v tkáních lze posoudit na základě histochemických studií pomocí semikvantitativní metody hodnocení. Počítá se počet sideroblastů - jaderných erytroidních buněk obsahujících různé množství nehemových železných granulí. Zvláštností distribuce železa v těle malých dětí je, že mají vyšší obsah železa v erytroidních buňkách a menší obsah železa ve svalové tkáni.

Regulace bilance železa je založena na principech téměř úplné reutilizace endogenního železa a udržení požadované hladiny díky absorpci v gastrointestinálním traktu. Poločas vylučování železa je 4-6 let.

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

Absorpce železa

K absorpci dochází hlavně v dvanáctníku a počáteční části jejuna. V případě nedostatku železa v těle se absorpční zóna rozšiřuje distálním směrem. Denní strava obvykle obsahuje asi 10-20 mg železa, ale v gastrointestinálním traktu se vstřebává pouze 1-2 mg. Absorpce hemového železa výrazně převyšuje příjem anorganického železa. Neexistuje jasný názor na vliv valence železa na jeho absorpci v gastrointestinálním traktu. V. I. Nikuličeva (1993) se domnívá, že Fe²⁺ ^se prakticky neabsorbuje ani při normálních, ani při nadměrných koncentracích. Podle jiných autorů absorpce železa nezávisí na jeho valenci. Bylo zjištěno, že rozhodujícím faktorem není valence železa, ale jeho rozpustnost v dvanáctníku při alkalické reakci. Žaludeční šťáva a kyselina chlorovodíková se podílejí na absorpci železa, zajišťují obnovu oxidové formy (Fe²H⁻ ⁾ na oxidovou formu (Fe²⁺ ⁾, ionizaci a tvorbu složek dostupných pro absorpci, ale to platí pouze pro nehemové železo a není to hlavní mechanismus regulace absorpce.

Proces absorpce hemového železa nezávisí na žaludeční sekreci. Hemové železo se vstřebává ve formě porfyrinové struktury a teprve ve střevní sliznici se od hemu odštěpuje a tvoří ionizované železo. Železo se lépe vstřebává z masných výrobků (9-22 %) obsahujících hemové železo a mnohem hůře z rostlinných produktů (0,4-5 %), které obsahují nehemové železo. Železo se z masných výrobků vstřebává různými způsoby: z jater se železo vstřebává hůře než z masa, protože železo v játrech je obsaženo ve formě hemosiderinu a feritinu. Vaření zeleniny ve velkém množství vody může snížit obsah železa o 20 %.

Absorpce železa z mateřského mléka je jedinečná, i když jeho obsah je nízký - 1,5 mg/l. Mateřské mléko navíc zvyšuje vstřebávání železa z dalších produktů konzumovaných současně s ním.

Během trávení se železo dostává do enterocytů, odkud přechází do krevní plazmy po koncentračním gradientu. Při nedostatku železa v těle se jeho přenos z lumen gastrointestinálního traktu do plazmy zrychluje. Při nadbytku železa v těle se převážná část železa zadržuje v buňkách střevní sliznice. Enterocyt, zatížený železem, se přesouvá od báze k vrcholu klku a ztrácí se s deskvamovaným epitelem, což brání vstupu přebytečného kovu do těla.

Proces absorpce železa v gastrointestinálním traktu je ovlivněn různými faktory. Přítomnost oxalátů, fytátů, fosfátů a taninů v drůbežím mase snižuje absorpci železa, protože tyto látky tvoří komplexy s železem a odstraňují ho z těla. Naopak kyselina askorbová, jantarová a pyrohroznová, fruktóza, sorbitol a alkohol absorpci železa zvyšují.

V plazmě se železo váže na svůj nosič, transferin. Tento protein transportuje železo primárně do kostní dřeně, kde železo proniká do erytrocytů a transferin se vrací do plazmy. Železo vstupuje do mitochondrií, kde dochází k syntéze hemu.

Další cestu železa z kostní dřeně lze popsat následovně: během fyziologické hemolýzy se z erytrocytů uvolní 15–20 mg železa denně, které je využito fagocytujícími makrofágy; poté hlavní část opět jde na syntézu hemoglobinu a jen malé množství zůstává ve formě rezervního železa v makrofágech.

30 % celkového obsahu železa v těle se nevyužívá k erytropoéze, ale ukládá se do depotů. Železo ve formě feritinu a hemosiderinu je uloženo v parenchymatózních buňkách, zejména v játrech a slezině. Na rozdíl od makrofágů parenchymatózní buňky spotřebovávají železo velmi pomalu. Příjem železa parenchymatózními buňkami se zvyšuje při významném nadbytku železa v těle, hemolytické anémii, aplastické anémii, selhání ledvin a snižuje se při těžkém nedostatku kovů. Uvolňování železa z těchto buněk se zvyšuje při krvácení a snižuje se při krevních transfuzích.

Celkový obraz metabolismu železa v těle bude neúplný, pokud nebudeme brát v úvahu železo v tkáních. Množství železa, které je součástí feroenzymů, je malé - pouze 125 mg, ale význam enzymů tkáňového dýchání je těžké přecenit: bez nich by život jakékoli buňky byl nemožný. Zásoba železa v buňkách nám umožňuje vyhnout se přímé závislosti syntézy enzymů obsahujících železo na kolísání jeho příjmu a výdeje v těle.

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

Fyziologické ztráty a rysy metabolismu železa

Fyziologické ztráty železa z těla dospělého člověka jsou asi 1 mg za den. Železo se ztrácí exfoliačním kožním epitelem, epidermálními výrůstky, potem, močí, stolicí a exfoliačním střevním epitelem. U žen se železo ztrácí také krví během menstruace, těhotenství, porodu a kojení, což je asi 800-1000 mg. Metabolismus železa v těle je znázorněn na diagramu 3. Je zajímavé poznamenat, že obsah železa v séru a saturace transferinu se během dne mění. Vysoké koncentrace železa v séru jsou pozorovány ráno a nízké hodnoty večer. Nedostatek spánku u lidí vede k postupnému snižování obsahu železa v séru.

Metabolismus železa v těle je ovlivněn stopovými prvky: mědí, kobaltem, manganem, niklem. Měď je nezbytná pro vstřebávání a transport železa; její účinek se realizuje prostřednictvím cytochrom oxidázy a ceruloplazminu. Vliv manganu na proces krvetvorby je nespecifický a je spojen s jeho vysokou oxidační kapacitou.

Abychom pochopili, proč je nedostatek železa nejčastější u malých dětí, dospívajících dívek a žen v plodném věku, podívejme se na charakteristiky metabolismu železa v těchto skupinách.

K akumulaci železa v plodu dochází po celou dobu těhotenství, ale nejintenzivněji (40 %) v posledním trimestru. Proto předčasný porod o 1–2 měsíce vede ke snížení přísunu železa 1,5–2krát ve srovnání s donošenými dětmi. Je známo, že plod má pozitivní bilanci železa, která působí proti koncentračnímu gradientu ve prospěch plodu. Placenta intenzivněji zachycuje železo než kostní dřeň těhotné ženy a má schopnost absorbovat železo z hemoglobinu matky.

Existují protichůdné údaje o vlivu nedostatku železa u matky na zásoby železa ve plodu. Někteří autoři se domnívají, že sideropenie v těhotenství neovlivňuje zásoby železa ve plodu; jiní se domnívají, že existuje přímý vztah. Lze předpokládat, že snížení obsahu železa v těle matky vede k nedostatku zásob železa u novorozence. Vývoj anémie z nedostatku železa v důsledku vrozeného nedostatku železa je však nepravděpodobný, protože výskyt anémie z nedostatku železa, hladiny hemoglobinu a sérového železa v první den po narození a v následujících 3-6 měsících se neliší u dětí narozených zdravým matkám a matkám s anémií z nedostatku železa. Obsah železa v těle donošeného a předčasně narozeného novorozence je 75 mg/kg.

U dětí, na rozdíl od dospělých, musí alimentární železo nejen doplňovat fyziologické ztráty tohoto mikroelementu, ale také uspokojovat růstové potřeby, které jsou v průměru 0,5 mg/kg denně.

Hlavními předpoklady pro rozvoj nedostatku železa u předčasně narozených dětí, dětí z vícečetných těhotenství a dětí mladších 3 let jsou tedy:

• rychlé vyčerpání rezerv v důsledku nedostatečného exogenního příjmu železa;
• zvýšená potřeba železa.

Metabolismus železa u dospívajících

Charakteristickým rysem metabolismu železa u dospívajících, zejména dívek, je výrazný rozdíl mezi zvýšenou potřebou tohoto mikroelementu a jeho nízkým příjmem do těla. Důvody tohoto rozdílu jsou: rychlý růst, špatná výživa, sportovní aktivity, silná menstruace a počáteční nízká hladina železa.

U žen v plodném věku jsou hlavními faktory vedoucími k rozvoji nedostatku železa v těle silná a prodloužená menstruace a vícečetná těhotenství. Denní potřeba železa u žen, které během menstruace ztratí 30–40 ml krve, je 1,5–1,7 mg/den. Při větší ztrátě krve se potřeba železa zvyšuje na 2,5–3 mg/den. Ve skutečnosti se přes gastrointestinální trakt dostane pouze 1,8–2 mg/den, tj. 0,5–1 mg/den železa nelze doplnit. Nedostatek mikroprvků tedy bude 15–20 mg za měsíc, 180–240 mg za rok, 1,8–2,4 g za 10 let, tj. tento nedostatek převyšuje obsah rezervního železa v těle. Kromě toho je pro rozvoj nedostatku železa u ženy důležitý počet těhotenství, interval mezi nimi a délka laktace.