В сутки с пищей человек должен получать 10-30 мг железа, примерно 5-7 мг на 1000 калорий. При этом из пищи всасывается не более 1-3 мг Fe. Для того, чтобы не развивались железодефицитные состояния, организм утилизирует эндогенное железо (преимущественно из разрушенных в селезенке эритроцитов). Фибробласты селезенки расщепляют гемоглобин на гемм и белковую часть (несвязанный билирубин), гемм разрушается с высвобождением железа, которое связывается с трансферрином и транспортируется в плазму крови.
Fe^2+ абсорбируется гораздо лучше, чем Fe^3+. Под влиянием агрессивных факторов желудочно-кишечного тракта может происходить окисление железа из двухвалентного в трехвалентное. Наиболее активным окислителем Fe является соляная кислота, поэтому в последние годы медицинская промышленность стала выпускать препараты железа в энтерорастворимых капсулах, что предотвращает его окисление в желудке. Однако при нормальном функционировании слизистых клеток желудка они синтезируют стабилизаторы железа (хелаторы), предотвращающие окисление. Поэтому повышенная трансформация Fe^2+ в Fe^3+ может наблюдаться только у больных с желудочными заболеваниями. С другой стороны, под влиянием щелочной среды кишечника может происходить частичное восстановление. Абсорбция неорганических соединений железа и его солей осуществляется в тонкой кишке, наиболее интенсивный процесс всасывания наблюдается в двенадцатиперстной кишке. Считается, что лучше абсорбируется Fe из коллоидных соединений, солее железа, и органических кислот . Слизь тонкой кишки обладает железосвязывающими свойствами. На апикальной поверхности клеток эпителиальной выстилки тонкой кишки был обнаружен железосвязывающий блок, осуществляющий транспорт железа из слизи в клетки. Активность этого белка возрастает в присутствии аскорбиновой кислоты, а также под влиянием эритропоэтинов. Транспортный белок не является селективным транспортером для железа, он также может переносить и другие МЭ может наблюдаться их конкуренция с железом за транспортные системы, что приводит к дефициту Fe при его нормальном поступлении.
Апотраснферрин, находящийся в цитоплазме клеток, способен усиливать абсорбацию железа. Fe реагирует с апотрансферрином, при этом образуется трансферрин, накапливающийся в эпителиальных клетках. При слущивании клеток в просвет кишечника происходит потеря железа, одна при его дефиците комплекс трансферрина с железом диссоциирует с высвобождением Fe. При поступлении в плазму крови железо окисляется белком церуплазмином, который представляет собой ферроксидазу.
Fe^3+ транспортируется в плазме крови в виде комплекса с трнаспортными белками, из которых основным является трансферрин. При поступлении в ткани железо диссоциирует из комплекса с трансферрином, восстанавливаясь до степени окисления +2. Нарушение обмена меди или заболевания печени, сопровождающийся нарушением синтеза церуплазмина, приводят к развитию железодефицитной анемии.
Иной механизм транспорта существует для железа, поступающего в организм человека в виде гема (гемовое железо). Наблюдается пристеночное разрушение гемма ферментами, вырабатываемыми клетками тонкой кишки. Одновременно происходит захват Fe ферментом гемоксидазой. Комплекс железа с ферментом поступает в эпителиальные клетки тонкой кишки, транспортируется к их базальной мембране, где диссоциирует с высвобождение Fe. Отметим, что интенсивность захвата железа по данному механизму выше, чем для рассмотренного ранее, при этом он не потенцируется аскорбиновой кислотой. Активность процесса захвата гемового железа зависит только от количества поступающего гема.
Основным транспортным белком в плазме крови для железа является трансферрин, а основным депонирующим белком- ферритин. Обсуждается роль различных аллельных вариантов генов ферритина в развитии железодефицитиных состояний.
Одна молекула трансферрина связывает две молекулы Fe. В норме трансферрин на 30-50% насыщен железом. При стопроцентом насыщении наблюдается ингибирование всех механизмов транспорта Fe из просвета кишечника в плазму крови. Железо запасается в печени. При нарушении синтеза трансферрина печенью (в случае ее поражения) концентрация железа в плазме крови резко снижается, при это Fe может накапливаться в тканях (что приводит к гемосидерозу). Развитие гемосидероза также может быть связано с наследственными дефектами в ферментных системах, утилизирующих железо, при которых организм не способен синтезировать полноценный гемм. Наблюдаются нарушения процессов тканевого дыхания, анемия и отложение желез в различных органах и тканях.
Тканевые клетки содержат трансферриновые рецепторы, связывающие этот белок. При повышении потребности клеток в железе число рецепторов на их поверхности увеличивается. Копмлекс трансферрина с рецептором поступает в эти клетки путем эндоцитоза, из него высвобождается железо, которое используется для включения во внутриклеточные ферменты и гем. Самым известными гемосодержащим белком является гемоглобин, синтезируемый в костном мозге. Гемоглобин состоит из белка глобина и четырех молекул гема.
Существует около 200 наследственных вариантов неправильного строения гемоглобина, называеых гемоглобинопатиями (гемоглобинонозами), которые приводят к повышенному разрушению (гемолизу) эритроцитов в сосудистом русле и селезенке. Наиболее распостраненными являются талассемии и S- гемоглобинопатии. Гомозиготы в этом случае, как правило, нежизненноспобны, тогда как у гетерозигот заболевание может протекать бессимптомно. При S-гемглобинопатии наблюдается замена глутаминовой кислоты на валин, в результате нарушается взаимодействие между субъединицамиглобина при образовании четвертичной структуры гемоглобина, что приводит к ее изменению. Считается, что гемоглобинопатия по сути представляют собой приспособительные реакции организма. Существует строго соответствие между распостраненностю гемоглобинопатии и ареалом обитания малярийного плазмодия. В эритроцитах с мутантными формами гемоглобина маляринйный плазмодий не способен к размножению.
Существует несколько патологических производных гемоглобина:
- Метглобин- содержит окисленное железо. Переносить кислород данная форма гемоглобина не способна. В норм в эритроцитах крови постоянно образуется небольшое количество метгемоглобина, который с помощью фермента редуктазы восстанавливается в гемоглобин. Встречаются случаи наследственной недостаточности этого фермента. Кроме того, редуктаза может быть ингибирована большими дозами сульфаниламидных препаратов и некотых других лекарственных средств.
- сульфгемоглобин- образуется при окислении железа серой. Переносить кислород сульфгемоглобин не способен.
- Карбоксигемоглобин- образуется из гемоглобина под действием окиси углерода, сродство которой к гемоглобину в 200 раз выше такового у кислорода, поэтому карбоксигемоглобин не может осуществлять транспорт кислорода. В крови гроордских жителей содержится до 2% карбоксигемоглобина, в крови курильщиков – до 10%
- Гематин- предсталяетс собок окисленный гемм, образующийся при внутрисосудитсом гемолизе эритроцитов. В крови гематин связывается с альбумином, образую метгемальбумин, что приводит к нарушению транспортной функции альбумина.
Биосинтез гемма включает в себя продукцию ряда порфиринов, при этом в нескольких стадиях данный процесс может быть заблокирвоан свинцом.
Встречаются редкие наследственные заболевания, связанные с нарушением синтеза гемма из порфиринов, - порфирии. При порфириях обнаруживается избыточное накопление порфиринов, что, в первую очередь, приводит к развитию неврологической симптоматики. В зависимости от локализации дефектного фермента различают печеночные и эритроцитые порфирии.
В норме из организма выводится не более 1мг железа в день, в основном с мочой. Гораздо меньшее количество жеоеза удаляется со слущивающимися клетками эпителия кожи и силизстых оболочек. Однако при паталогии экскреция Fe может существенно возрастать. Повышенное выведение железа наблюдается при хронических кровотечениях, обильных менструациях. Плод со II тремистра внутриутробного развития интеснивно накапливает Fe, поэтому беременность часто сопровождается дефицитов железа в организме матери.