Дефицит железа (Fe)

05 Августа в 0:16 2442 0


Функции и механизмы действия

Железо Fe (8 группа) в организме человека примерно на 70% находится в виде гемоглобина, остальное — в железопротеинах, цитохромах и ферментах. Fe является крайне необходимым элементом, играющим ключевую роль в процессах переноса кислорода от легких к тканям и удаления СO2 из организма, а также обеспечивающем энергетические процессы при окислительном фосфорилировании. Первую функцию выполняет гемоглобин, гем которого содержит Fe2+. Основной механизм действия гема в гемоглобине — перенос лигандов (О2 и СO2), причем ион Fe2+ не меняет валентности. В составе гема 4 лигандные группы порфирина образуют с Fe2+ комплекс плоского строения. Оставшиеся пятая и шестая координационные связи металла расположены перпендикулярно плоскости порфирииового кольца. В случае замещения в 5 и 6 положениях Fe2+ возникает структура гемохрома, причем 5 положение в гемо- и миоглобинах занято имидазольной группой гистидинового остатка. Шестое положение Fe2+ в этих гемах или остается незамещенным, или замещается каким-либо лигандом, например, кислородом, окисью углерода, цианидом и пр. Этими особенностями структуры гема объясняются биологические функции переноса лигандов этими белками.

Гем цитохромов b5 и Р450, участвующих в цепи переноса электронов, содержит металл в виде Fe3+, поэтому его называют гемином, или гематином. Он участвует в энергетических процессах. В ходе окислительно-восстановительных процессов степень окисления иона металла изменяется, что и позволяет ему переносить электроны. По-видимому, процессу переноса электронов способствует уменьшение радиуса иона железа при изменении валентности от +II до +IV. Радиус Fe2+ составляет 82 пм, Fe3+— 67 пм, a Fe4+ — около 55 пм. Особенностью структуры геминов в цитохромах является связывание 5 и б положений Fe3+ в комплексе с порфирином аминокислотными остатками белка, что обеспечивает недоступность этих положений для обычных лигандов.

В организме взрослого человека содержится 3-5 г железа, две трети которого входят в состав гемоглобина, а остальное находится в железосодержащих белках, в основном в ферритине в виде феррифосфата. В отличие от других металлопротеинов, в ферритине содержание Fe очень высокое (23%). Некоторая часть Fe находится в составе гемосидерина. Гемосидерин нерастворим, и содержится в основном в макрофагах (в костном мозге, селезенке и печени); из субклеточных компонентов преобладают гемсодержащие белки и ферменты (гемоглобин, миоглобин, цитохромы).

Fe2+ всасывается в двенадцатиперстной и в верхнем отделе тощей кишок. Для всасывания Fe требуется Си. В отсутствие адекватного количества меди Fe не может перейти в свою наиболее широко используемую форму. В крови Fe связывается с трансферрином — транспортным белком, переносящим его в костный мозг для образования эритроцитов.

Обмен Fe в организме отличается от обмена других металлов, поскольку организм практически не выделяет Fe: суточное выделение составляет всего 1-2 мг. То есть обмен регулируется не равновесием между выделением и поступлением, как в случае других элементов, а тем, что всасывание всегда соответствует потребностям. Если потребности нет, излишек Fe выделяется с калом. Потеря крови, естественно, сопровождается потерей Fe. Потребность в нем выше также в растущем организме. То есть Fe, освобождаемый в результате постоянного распада гемо- и миоглобинов и цитохромов, сохраняется в организме и неоднократно снова используется для синтеза Fe-содержащих белков. В целом его роль в метаболических процессах организма универсальна. В терапевтическом отношении актуальны не только состояния дефицита различной этиологии, но и гиперхроматозы.

Как и у других элементов, в свободном состоянии ионы Fe2+ и Fe3+ токсичны, поскольку в их присутствии легко образуются свободные радикалы, повреждающие клетку, вплоть до ее гибели. Поэтому в организме выработались жесткие механизмы защиты клеток от избытка ионов Fe, например, снижение всасываемости, хранение в виде комплексов с белками. Эти механизмы обеспечивают получение организмом оптимального количества Fe и его рациональное использование. Однако они же частично способствуют развитию дефицита элемента в организме.

Суточная потребность

В среднем в сутки в организм человека поступает с пищей около 15 мг железа, из них всасывается всего 5-10%. Больше всего Fe поступает с мясом (до 20% от гема, содержащегося в мясе). Хотя в некоторых продуктах растительного происхождения (в овощах и фруктах) содержится довольно много металла, он усваивается не более чем на 2-3%. Существенное влияние на усвоение Fe оказывают вещества, содержащиеся в пище. Например, в отсутствие F усвоение Fe значительно замедляется, поэтому железодефицитная анемия (ЖДА, сидеропения) часто сочетается с кариесом. Аминокислоты, белки, витамин С и фруктоза способствуют усвоению, а соевые белки, танины в составе чая, кофе, кальций и вещества, содержащиеся в орехах и бобовых, а также богатые фосфатами, оксалатами и фитатами — препятствуют ему.

Проявления дефицита

Хотя по распространенности в природе Fe уступает только Аl, его дефицит во всем мире остается наиболее частой причиной анемии. По данным ВОЗ, на Земле около 1,8 млрд. человек страдают ЖДА, а дефицит железа испытывают 3,6 млрд. человек. Чаще всего дефицит Fe обнаруживают при обычном клиническом анализе крови. Количественные показатели нормы и дефицита имеются практически во всех руководствах по анализу. Часть из них приведены в табл. 1.

Таблица 1. Некоторые показатели анализа крови, связанные с ЖДА (Хиггинс, 2010)

Показатель

Что измеряется

Единицы измерения, норма

Количество эритроцитов

Концентрация эритроцитов

n× 1012. У муж. 4,5-6,5; у жен. 3,9-5,6

Гематокрит

Процентная доля эритроцитов

%. У муж. 40-52, у жен. 36-48

Гемоглобин

Концентрация гемоглобина

г/дл. У муж. 13,5-17,5, у жен. 11,5-15,5.

При <11 признак анемии,

<9-легкая,

<9-7 - средняя,

<7 - тяжёлая форма

Fe в сыворотке

Концентрация Fe

мкмоль/л. 12-30.

<12-ЖДА

Общая Fe-связывающая способность сыворотки (ОЖСС)

Концентрация трансферрина

мкмоль/л. 40-75.

>75 - ЖДА

Ферритин сыворотки

Концентрация ферритина (состояние общих запасов Fe)

мкмоль/л. 10-300.

Насыщенность трансферрина Fe (НТЖ)

Относительная оценка (Fe в сыворотке / ОЖСС)

%. 25-35. <25 - ЖДА

Анемия обусловлена нарушением синтеза гемоглобина. Поэтому эритроциты при ЖДА характеризуются меньшими размерами («микроцитоз») и сниженным содержанием гемоглобина («гипохромия»). При этом количество эритроцитов, как правило, остается в пределах нормы, хотя цветовой показатель снижается. Клетки организма получают меньше кислорода и начинают страдать от гипоксии, которая отражается на состоянии всех органов и систем организма, в первую очередь — головного мозга, сердца, почек.

У детей, особенно у девочек-подростков, дефицит Fe может быть обусловлен неадекватным питанием, сочетающимся с повышенными потребностями в железе вследствие роста организма и с потерями крови после начала менструаций. Например, в США дефицит Fe выявлен у 9% подростков, причем среди девочек-подростков — у 11%. Симптомы дефицита — утомляемость, снижение аппетита, задержка психического развития, снижение сопротивляемости инфекциям. У детей, в младенческом возрасте страдавших дефицитом железа, снижен коэффициент интеллектуальности (IQ), особенно при проведении математических тестов. Предполагают, что познавательные функции человеческого мозга у таких детей повреждаются необратимо.

ЖДА может быть обусловлена несколькими причинами, вызывающими нарушение синтеза гемоглобина и потерю эритроцитов: недостатком в пище Fe, или витамина В12, или фолиевой кислоты. Эти причины могут быть физиологическими, например, активный рост в детском возрасте, преклонный возраст, беременность. Другая группа причин — особенности пищевых пристрастий, такие как вегетарианство, а также любые кровопотери и ряд заболеваний, чаще всего — ЖКТ (Frewin et al., 1997).

Известно, что основным источником витамина В12 являются бактерии микрофлоры кишечника. Чаще всего среди заболеваний ЖКТ, сопровождающихся ЖДА, отмечают воспалительные заболевания кишечника, эзофагит, варикозное расширение вен пищевода, геморрой, септические язвы, грыжу пищеводного отверстия диафрагмы, рак любых отделов ЖКТ, геморрагическую наследственную ангиодисплазию, гемолиз эритроцитов. Нередко дефицит Fe развивается при мальабсорбции (целиакия, атрофический гастрит), сопровождающейся дефицитом фолата. У детей 3-15 лет дефицит Fe отмечается при хроническом и рецидивирующем бронхите.

В ряде случаев дефицит Fe может быть связан с генетическими факторами, например, с нарушениями синтеза полипептидов, участвующих в структурировании комплексов переноса электронов в процессе окислительного фосфорилирования, поскольку при этом нарушается функция ряда белков-переносчиков.

Надежными методами диагностики ЖДА считают определение содержания сывороточного Fe и общей железосвязывающей способности сыворотки. Реже для диагностики используют определение содержания Fe в костном мозге. Диагностировать анемию по содержанию ферритина неверно, поскольку при воспалительных или злокачественных заболеваниях, а также при болезнях печени, когда он высвобождается при цитолизе печеночных клеток, содержание ферритина, несмотря на дефицит Fe, может быть нормальным или даже повышенным.

Лечение ЖДА

Имеющиеся рекомендации предусматривают устранение основных причин дефицита и проведение заместительной терапии препаратами Fe. Сформулированы 4 принципа лечения ЖДА:

1) Невозможно ликвидировать дефицит без назначения железосодержащих лекарственных средств,

2) Препараты следует назначать преимущественно внутрь,

3) Лечение необходимо продолжать и после нормализации уровня гемоглобина,

4) Переливание крови для лечения ЖДА следует применять только в экстренных случаях, например, при продолжающемся кровотечении или при декомпенсации сердечной деятельности вследствие резкого снижения уровня гемоглобина.

Внутрь назначают соли Fe2+ (фумарат, глюконат, сульфат и др.). Эти соли могут вызывать побочные явления — тошноту, запоры, диарею, особенно если препараты принимают до еды. Сульфат токсичен: развиваются рвота, понос, морфологически выявляют повреждение стенки кишечника. Показателем эффективности терапии является увеличение содержания гемоглобина примерно на 1 г/л в день. Прием препарата рекомендуют продолжать в течение 3 месяцев, даже после достижения нормальной концентрации гемоглобина.

В ряде случаев, например, при плохой переносимости пероральных препаратов или при выраженных потерях металла, препараты вводят парентерально. Обычно требуется провести 20-30 внутримышечных инъекций; они болезненны, вызывают окрашивание кожи в месте введения, артралгии. Скорость восстановления уровня гемоглобина в этом случае примерно такая же, как при пероральном приеме.

Обязателен контроль эффективности терапии препаратом железа на 9-12 день лечения с помощью подсчета числа ретикулоцитов и сопоставления их с исходным уровнем. Ретикулоцитоз будет подтверждать правильность диагноза ЖДА и прогнозировать положительный эффект лечения препаратом железа. Средняя продолжительность курса лечения ЖДА составляет от 8 до 12 недель.

Как и в случаях борьбы с дефицитом других элементов, благоприятнее применять препараты, содержащие металл в органической форме, например, в мясных продуктах, в составе гематогена, в виде солей Fe2+ с глюкуроновой (биглюконат) или аспарагиновой (аспарагинат) кислотами. Недостаточную эффективность пероральных препаратов отмечают при кровотечениях, при комбинированных дефицитах (например, Fe, фолатов и витамина В12), при воспалении, при злокачественных опухолях. Богаты этим металлом свиная и говяжья печень, курица, яичный желток, тунец, черный чай, кунжутное семя, пророщенная пшеница, подсолнечные семечки, овес, шпинат, зеленый горошек, цветная капуста, малина, черника, кабачки.

Необходимо учитывать, что передозировка солей Fe, особенно для мужчин, не менее опасна. Ионы Fe токсичны, вызывают рвоту, понос и повреждение стенки кишечника. При избытке железа могут развиваться артрит, импотенция, бесплодие, гипотиреоз, хроническая утомляемость.

Не исключено, что бесконтрольный прием -содержащих препаратов может даже привести к ухудшению здоровья больного ЖДА. Надо учитывать физиологическую особенность этого элемента — насытить им организм невозможно, если по какой-либо причине заблокировано его нормальное всасывание. В этом случае избыток свободного Fe может привести к гемохроматозу или, в соответствии с законом замещения, к полимикроэлемеитозу. Чтобы этого избежать, при лечении ЖДА препаратами железа следует регулярно анализировать состав и соотношение микроэлементов в крови больных.

Профилактика ЖДА

В определенных ситуациях повышенного риска развития ЖДА можно принять профилактические меры. К таким ситуациям относятся, например, беременность и состояние после гастрэктомии, а также нерациональное кормление детей, например, ранний переход на искусственное вскармливание, использование неадаптированных молочных смесей, позже — диета с недостаточным содержанием мясных продуктов. В первый год жизни ребенка нужно поощрять грудное вскармливание или использование адаптированных смесей с Fe.

Риск развития ЖДА повышается при:

  • наличии вредных привычек (курение, алкоголизм, токсикомания, наркомания),
  • наличии профессиональных вредностей (работа с солями тяжелых металлов, лаками, красками, нефтепродуктами и пр.),
  • проживании в экологически неблагоприятных регионах (радиация, загрязнение почвы и воды солями тяжелых металлов),
  • ряде заболеваний кишечника, длительных маточных кровотечениях у девочек-подростков в период становления менструальной функции и у женщин в период гормональных дисбалансов.

Выделяют несколько стадий развития ЖДА. Вначале снижаются запасы Fe в тканях, однако клинических проявлений не развивается. Затем дефицит железа в тканях и в транспортных системах приводит к снижению активности железосодержащих ферментов, которое можно выявить лабораторно. На третьей стадии, при выраженном снижении уровня гемоглобина и появлении признаков кислородного голодания тканей, развиваются симптомы ЖДА: слабость, повышенная утомляемость, головные боли, одышка, сердцебиение, головокружение, обмороки.

Поскольку ЖДА в раннем детском возрасте может осложняться стойкими нарушениями психомоторного развития и снижением способности к обучению, необходимо проводить профилактику дефицита Fe. Она достаточно простая: прием органических препаратов железа во второй половине беременности в профилактических дозах, ввод мясного прикорма с 6-7 месяцев, использование адаптированных смесей и профилактическое назначение препаратов Fe недоношенным, быстро растущим и имеющим высокую массу тела детям.

Мнение о том, что в легких случаях дефицит Fe можно устранить с помощью диеты, в настоящее время подвергается сомнению. Исследования показали, что даже полноценная и сбалансированная диета в лучшем случае лишь восполняет физиологическую потребность организма в Fe, но не устраняет его дефицит.

Взаимодействие с другими МЭ

Из вышесказанного следует, что для нормального обмена Fe необходимо присутствие других элементов, содержание которых лабораторно обычно не определяют и, следовательно, не учитывают. К таким элементам относятся Сu, I, F, Со, Se, Са, Zn.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74222 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19372 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17181 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы