Потребность в железе и его кинетика

У взрослых мужчин ежедневная потребность в железе составляет около 1 мг, у женщин -1,4 мг. В последнем триместре беременности и у детей потребность в железе повышается до 5-6 мг.

При нормальном сбалансированном питании в пище содержится 6 мг железа на 1000 ккал. Большое количество железа (>5 мг/100 г) находится в мясе, печени, яичных желтках, устрицах, пивных дрожжах, зародышах пшеницы, фасоли, орехах, сушеных фруктах. Меньше 1 мг железа в 100 г содержится в молоке и корнеплодах. Источником небольшого количества железа может быть стальная посуда.

Железо всасывается в двенадцатиперстной кишке (90%) и верхних отделах тонкого кишечника: у мужчин - 1 мг/сут, у женщин - 1,4 мг/сут. При дефиците железа в пище, истощении его депо, усилении эритропоэза всасывание железа возрастает до 3-4 мг/сут.

Механизмы всасывания гемового и негемового железа различаются. Гем, содержащий Fe²+, всасывается в неизмененном виде с биодоступностью 40-50%. Всасывание увеличивают компоненты мясной пищи - пептиды, аминокислоты, витамин В₁₂. В энтероцитах железо высвобождается из гема.

Негемовое железо характеризуется более сложным механизмом всасывания. Его биодоступность составляет 3-5%. При вегетарианском питании всасывание железа ухудшают фосфаты, фитины, танин. Всасывание негемового Fe²+ втрое выше, чем Fe⁰ и Fe³+. Неионизированное железо окисляется в Fe²+ под влиянием соляной кислоты желудочного сока, Fe³⁺ восстанавливается в Fe²⁺ при участии транспортера с феррооксидазной активностью апикальной мембраны энтероцитов - цитохрома В. Восстановлению способствует аскорбиновая кислота.

Всасывание негемового железа связано с жизненным циклом энтероцитов - начинается в многопрофильных клетках-предшественниках крипт и завершается в зрелых энтероцитах верхней части ворсинок. В транспорте Fe²+ через апикальную мембрану участвуют поливалентный металлотранспортер и мобилферрин. В энтероцитах Fe²+ окисляется в Fe³+ белком гефестином. В транспорте Fe³+ через базолатеральную мембрану участвует ферропортин.

Энтероциты получают сигналы о потребности в железе от различных тканей. Основной сигнальной молекулой является гепсидин - полипептид печени из 25 аминокислот, содержащий дисульфидные связи. При высоком содержании железа в организме гепсидин, ингибируя металлотранспортер и ферропортин, тормозит всасывание железа. При дефиците железа синтез гепсидина в печени снижается, что по принципу отрицательной обратной связи стимулирует поступление железа в кровь. Синтез гепсидина тормозится при инфекции и воспалении, что создает дефицит железа.

Часть Fe³+ задерживается в энтероцитах в форме ферритина. Если железо ферритина не используется в течение 2-3 сут, то оно теряется при десквамации эпителия.

В крови железо транспортируется апотрансферрином - β₁-гликопротеином с молекулярной массой 76 кДа. Два атома Fe³⁺ связываются с двумя активными центрами апотрансферрина с образованием трансферрина (сидерофиллина). Две трети молекул апотрансферрина не участвуют в транспорте железа и составляют латентную связывающую емкость.

Трансферрин доставляет Fe³⁺ в костный мозг, ретикулоэндотелиальную систему, скелетные мышцы. В клетках трансферрин взаимодействует с трансферриновыми рецепторами, пиноцитозом погружается в цитоплазму и в кислой среде эндосом отщепляет железо. Кислую среду создает протонная АТФаза. Экспрессию рецепторов трансферрина повышают Fe-регуляторные белки, снижает - трансмембранный белок семейства белков основного комплекса гистосовместимости. Известны 15 генетических вариантов апотрансферрина, приводящих к наследственной гипо- и атрансферринемии.

Общее количество железа в организме составляет 2-6 г (у мужчин - 50 мг/кг, у женщин - 37 мг/кг). Оно находится в гемоглобине (Fe²⁺), миоглобине (Fe²⁺), геминовых и негеминовых ферментах (Fe²⁺, Fe³+), депонировано в составе ферритина (Fe³+), у кормящих женщин содержится в лактоферрине молока (табл. 45-1).

Таблица 45-1.Распределение железа в организме человека

Молекула гема включает четыре атома Fe²⁺, в 1 мл эритроцитов содержится 1,1 мг (20 мМ) Fe²⁺. К геминовым ферментам относят цитохромы, каталазу, пероксидазу, к негеминовым - сукцинатдегидрогеназу, ацетил-КоА-дегидрогеназу, НАДН-дегидрогеназу.

Ферритин - комплекс Fe³⁺ и белка апоферритина (24 субъединицы), присутствует в виде отдельных молекул или образует агрегаты. Внутри апоферритина помещается полость для полинуклеарного фосфата гидроокиси железа. Одна молекула ферритина депонирует 4000 атомов Fe³⁺. Агрегаты ферритина, видимые в световом микроскопе, получили название «гемосидерин». Он накапливается в ретикулоэндотелиальной системе, гепатоцитах, поджелудочной железе, скелетных мышцах, суставах при избытке железа в организме.

Ежедневно из стареющих эритроцитов в фагосомах макрофагов высвобождается 30-40 мг железа. Из этого количества 80% переносится трансферрином в костный мозг для включения в гемоглобин новых эритроцитов, остальное железо депонируется в составе ферритина и переходит в эритроциты по мере необходимости. Ферритин может полностью обеспечивать железом мужчин в течение 1,5-2, женщин - 1-1,5 лет. При нарушении созревания эритроцитов у больных макроцитарной и апластической анемией большая часть железа оказывается в ферритине.

Две трети железа экскретируется кишечником (с желчью, эпителием), одна треть - почками. Мужчины теряют 1 мг железа в сутки (при дефиците железа в пище - 0,5 мг/сут, при избытке - 1,5-2,0 мг/сут). У женщин потери железа увеличиваются до 1,5-2 мг/сут вследствие менструаций. На построение тканей плода расходуется около 600 мг железа, с грудным молоком выделяется 20-30 мг/мес.

Причины анемии: кровопотеря вследствие хронических желудочных, кишечных, легочных, почечных, маточных кровотечений, лечения гемодиализом или постоянного донорства; нарушение всасывания железа при резекции желудка, кишечника и синдроме мальабсорбции; дефицит апотрансферрина. Реже к анемии у взрослых людей приводит недостаток железа в пище. Железодефицитная анемия возникает у недоношенных детей и при вскармливании новорожденных коровьим молоком. Отрицательный баланс железа в организме сопровождается:

• уменьшением содержания железа в эритроцитах и ферритине;

• снижением количества трансферрина;

• нарушением функций железозависимых ферментов;

• накоплением протопорфирина в эритроцитах.