Книжкова полиця

Книжкова полиця NCBI. Служба Національної медичної бібліотеки, Національних інститутів охорони здоров’я.

StatPearls [Інтернет]. Острів скарбів (Флорида): видавництво StatPearls; Січень 2020 р-.

StatPearls [Інтернет].

Томас Емс; Кайла Сент-Люсія; Мартін Р. Хюкер .

Автори

Приналежності

Останнє оновлення: 30 квітня 2020 р .

Вступ

Залізо є важливим елементом різних обмінних процесів у людини, включаючи синтез ДНК, транспорт електронів та транспорт кисню. На відміну від інших мінералів, рівень заліза в організмі людини контролюється лише всмоктуванням. Механізм виведення заліза - це нерегульований процес, досягнутий через втрату поту, менструацій, випадіння клітин волосся і шкіри, а також через швидкий обмін та виведення ентероцитів. В організмі людини залізо існує головним чином в еритроцитах як гемосполука гемоглобіну (приблизно 2 г заліза у чоловіків та 1,5 г у жінок), меншою мірою в сполуках, що зберігаються (феритин та гемосидерин) та в клітинах м’язів як міоглобін. Залізо також міститься зв’язаним з білками (гемопротеїн) та неферментними ферментами, що беруть участь у реакціях відновлення окиснення та переносі електронів (цитохроми та каталаза). [1] [2] [3]

Крім того, приблизно 2,2% від загальної кількості заліза в організмі міститься в т.зв. лабільний басейн, погано визначений і реактивний пул заліза, який утворює активні форми кисню за допомогою реакції Фентона, що утворює комплекси з класом лікарських засобів, відомим як хелатори. Хелатори заліза лікують перевантаження залізом - стан, часто спричинений трансфузійною терапією, яка використовується для лікування таласемії та інших анемій. [4] [5]

Основи

Існує два типи засвоюваного харчового заліза: гемове та негемове залізо.

Незважаючи на відносну достатність у навколишньому середовищі та відносно низьку добову потребу в залізі (10 мг поглиненого/1 мг поглиненого) у людей, залізо часто є поживною речовиною, що обмежує ріст у раціоні людини. Низьке споживання заліза призводить до більшості анемій у розвинених країнах, що спричиняє майже половину анемій у непромислово розвинутих країнах. Однією з причин відсутності належного засвоєння заліза є те, що при впливі кисню залізо утворює сильно нерозчинні оксиди, які недоступні для всмоктування в шлунково-кишковому тракті людини. Людські ентероцити містять апікально пов'язані з мембраною ферменти, активність яких можна регулювати і які функціонують для зменшення нерозчинного заліза (Fe3 +) до іонів заліза (Fe2 +), що поглинаються.

Хоча дефіцит заліза є відносно поширеною проблемою, слід уникати не єдиної крайності спектра балансу заліза. Перевантаження залізом може особливо пошкодити серце, печінку та ендокринні органи. Надлишок заліза заліза утворює вільні гідроксильні радикали через реакцію Фентона, які спричиняють пошкодження тканин через окислювальні реакції з ліпідами, білками та нуклеїновими кислотами. Таким чином, поглинання заліза та фактори, що впливають на біодоступність в організмі, жорстко регулюються, де це можливо.

Стільниковий

Поглинання більшості харчового заліза відбувається в дванадцятипалій кишці та проксимальній частині тонкої кишки і сильно залежить від фізичного стану атома заліза. При фізіологічному рН залізо існує в окисленому, ферильному (Fe3 +) стані. Для засвоєння залізо повинно знаходитися в заліза (Fe2 +) або зв’язане білком, таким як гем. Низький рН шлункової кислоти в проксимальній частині дванадцятипалої кишки дозволяє а залізна редуктаза фермент, дуоденальний цитохром B (Dcytb), на щітковій межі ентероцитів для перетворення нерозчинного заліза (Fe3 +) в іони заліза (Fe2 +), що поглинаються. Вироблення шлункової кислоти відіграє ключову роль у гомеостазі заліза в плазмі крові. При застосуванні препаратів, що інгібують протонний насос, таких як омепразол, абсорбція заліза значно зменшується. Як тільки залізне залізо відновлюється до заліза у просвіті кишечника, білок на апікальній мембрані ентероцитів, який називається транспортер катіону двовалентного металу 1 (DMT1) транспортує залізо через верхівкову мембрану і в клітину. Рівні DMT1 та Dcytb регулюються в гіпоксичному середовищі слизової оболонки кишечника індукованим гіпоксією фактором-2 (HIF-2α).

Дуоденальний рН-залежний процес поглинання заліза гальмується або посилюється деякими дієтичними сполуками.

Молекулярна

Потрапляючи всередину ентероциту, залізо може зберігатися як феритин або транспортується через базолатеральну мембрану і в циркуляцію зв’язується з ферропортин. (Називається феритин, який не зв’язаний із залізом апоферритин, який має внутрішню каталітичну активність, яка окислює двовалентне залізо до феритного заліза, щоб його можна було зв’язувати та зберігати як феритин.)

Феритин являє собою порожнистий сферичний білок, що складається з 24 субодиниць, які підсилюють накопичення та регулювання рівня заліза в організмі. Залізо зберігається у стані Fe3 + на внутрішній стороні феритинової сфери шляхом включення у твердий кристалічний мінерал, який називається феригідрит [FeO (OH)] 8 [FeO (H2PO4)].

Мономери феритин молекули мають ферроксидаза активність (Fe3 + ↔ Fe2 +), що дозволяє мобілізувати іони Fe2 + із структури мінеральної решітки ферригідриту, дозволяючи подальший витік з ентероциту через ферропортин, і потрапляє в циркуляцію через базолатеральну мембрану ентероциту. Трансмембранний білок ферропортин - єдиний шлях витоку клітинного заліза і регулюється майже виключно гепсидин рівнів. Високий рівень заліза, запальних цитокінів та кисню призводить до підвищення рівня пептидного гормону гепсидину. Гепсидин пов'язує ферропортин, що призводить до його інтерналізації та деградації та ефективно шунтує клітинне залізо у запаси феритину та запобігає його всмоктуванню в кров. Таким чином, гепсидин також посилює виведення заліза через вилучення ентероцитів (та їх запасів феритину) у фекалії та з організму.

Якщо рівень гепсидину низький, а ферропортин не регульований, залізо із заліза (Fe2 +) може виділятися з ентероциту, де воно знову окислюється до заліза із заліза (Fe3 +) для зв’язування з трансферину, це білок-носій, який присутній у плазмі. Два містять мідь ферменти, церулоплазмін у плазмі та гефестин на базолатеральній мембрані ентероциту каталізують окислення і подальше зв'язування заліза із заліза до трансферину в плазмі. Основна роль трансферину полягає у хелатуванні заліза, щоб його можна було зробити розчинним, запобігти утворенню активних форм кисню та полегшити його транспорт у клітини.

Клінічне значення

Рівні ентероцитів DMT1 і Dcytb підвищуються у випадках залізодефіцитної анемії, а також було показано, що мутації DMT1 спричиняють мікроцитарні анемії та перевантаження заліза в печінці. [6] [7]

Умови, що погіршують слизову оболонку дванадцятипалої кишки, зменшать всмоктування заліза і включають:

Анемія хронічного захворювання - це нормохромна, нормоцитарна анемія, яка демонструє характерно підвищений запас феритину, але знижує загальний вміст заліза в організмі. Запальні стани збільшують вивільнення цитокінів (IL-6), що стимулює експресію гепсидину в печінці. Гепсидин спричиняє зменшення поглинання заліза через розкладання ферропортину та зменшує вивільнення заліза з макрофагів. Залізо, яке накопичується в клітинах при анемії хронічного захворювання, зберігається у вигляді феритину.

Залізодефіцитна анемія - це гіпохромна, мікроцитарна анемія, спричинена крововиливами (найчастіше через травми або ураження шлунково-кишкового тракту), зменшенням вмісту заліза в їжі або зменшенням всмоктування заліза. Менструація жінкам репродуктивного віку вимагає вдвічі більшої кількості заліза, ніж чоловіків того ж віку. Вагітність та годування груддю також суттєво збільшують потреби жінок у залізі, допомагаючи зробити дефіцит заліза найпоширенішим дефіцитом їжі у світі. [8] [9]