Metabolismul fierului în organism

În mod normal, corpul unui adult sănătos conține aproximativ 3-5 g de fier, prin urmare, fierul poate fi clasificat drept microelement. Fierul este distribuit neuniform în organism. Aproximativ 2/3 din fier se află în hemoglobina globulelor roșii - acesta este fondul (sau rezerva) circulantă de fier. La adulți, această rezervă este de 2-2,5 g, la nou-născuții la termen - 0,3-0,4 g, iar la nou-născuții prematuri - 0,1-0,2 g. Relativ mult fier este conținut în mioglobină: 0,1 g la bărbați și 0,05-0,07 g la femei. Corpul uman conține peste 70 de proteine și enzime, printre care se numără fierul (de exemplu, transferina, lactoferina), cantitatea totală de fier din acestea fiind de 0,05-0,07 g. Fierul transportat de proteina de transport transferina reprezintă aproximativ 1% (fondul de transport al fierului). Rezervele de fier (depozit, fond de rezervă), care reprezintă aproximativ 1/3 din totalul fierului din corpul uman, sunt extrem de importante pentru practica medicală. Următoarele organe îndeplinesc funcția de depozit:

• ficat;
• splină;
• măduvă osoasă;
• creier.

Fierul este conținut în depozit sub formă de feritină. Cantitatea de fier din depozit poate fi caracterizată prin determinarea concentrației de fier solid (SF). Astăzi, SF este singurul marker recunoscut la nivel internațional al rezervelor de fier. Produsul final al metabolismului fierului este hemosiderina, care se depune în țesuturi.

Fierul este cel mai important cofactor al enzimelor lanțului respirator mitocondrial, ciclului citratului, sintezei ADN-ului, joacă un rol important în legarea și transportul oxigenului de către hemoglobină și mioglobină; proteinele care conțin fier sunt necesare pentru metabolismul colagenului, catecolaminelor, tirozinei. Datorită acțiunii catalitice a fierului în reacția Fe2 ^* <-->Fe3 ^, fierul liber nechelat formează radicali hidroxil care pot provoca deteriorarea membranelor celulare și moartea celulară. În procesul de evoluție, protecția împotriva efectului nociv al fierului liber a fost rezolvată prin formarea de molecule specializate pentru absorbția fierului din alimente, absorbția, transportul și depunerea acestuia într-o formă solubilă netoxică. Transportul și depunerea fierului sunt realizate de proteine speciale: transferină, receptor de transferină, feritină. Sinteza acestor proteine este reglată printr-un mecanism special și depinde de nevoile organismului.

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

Metabolismul fierului la o persoană sănătoasă este închis într-un ciclu

În fiecare zi, o persoană pierde aproximativ 1 mg de fier prin fluidele biologice și epiteliul descuamat al tractului gastrointestinal. Exact aceeași cantitate poate fi absorbită în tractul gastrointestinal din alimente. Trebuie înțeles clar că fierul intră în organism doar prin alimente. Astfel, în fiecare zi se pierde 1 mg de fier și se absoarbe 1 mg. În procesul de distrugere a eritrocitelor vechi, se eliberează fier, care este utilizat de macrofage și reutilizat în construirea hemului. Organismul are un mecanism special pentru absorbția fierului, dar acesta este excretat pasiv, adică nu există un mecanism fiziologic pentru excreția fierului. Prin urmare, dacă absorbția fierului din alimente nu satisface nevoile organismului, deficitul de fier apare indiferent de cauză.

Distribuția fierului în organism

1. 70% din cantitatea totală de fier din organism face parte din hemoproteine; acestea sunt compuși în care fierul este legat de porfirină. Principalul reprezentant al acestui grup este hemoglobina (58% fier); în plus, acest grup include mioglobina (8% fier), citocromii, peroxidazele, catalazele (4% fier).
2. Un grup de enzime non-hemice - xantin oxidaza, NADH dehidrogenaza, aconitaza; aceste enzime care conțin fier sunt localizate în principal în mitocondrii, joacă un rol important în procesul de fosforilare oxidativă, transportul de electroni. Conțin foarte puțin metal și nu afectează echilibrul general al fierului; cu toate acestea, sinteza lor depinde de aportul de fier către țesuturi.
3. Forma de transport a fierului este transferina, lactoferina, un purtător de fier cu greutate moleculară mică. Principala feroproteină de transport a plasmei este transferina. Această proteină a fracției beta-globulinice cu o greutate moleculară de 86.000 are 2 situsuri active, fiecare dintre ele putând atașa un atom de Fe3 ⁺. Există mai multe situsuri de legare a fierului în plasmă decât atomi de fier și, prin urmare, nu există fier liber în ea. Transferina se poate lega și de alți ioni metalici - cupru, mangan, crom, dar cu selectivitate diferită, iar fierul este legat în principal și mai ferm. Locul principal al sintezei transferinei sunt celulele hepatice. Odată cu creșterea nivelului de fier depus în hepatocite, sinteza transferinei este redusă considerabil. Transferina, care transportă fierul, este avidă de normocite și reticulocite, iar cantitatea de absorbție a metalului depinde de prezența receptorilor liberi pe suprafața precursorilor eritroidieni. Membrana reticulocitară are semnificativ mai puține situsuri de legare pentru transferină decât pronormocitul, ceea ce înseamnă că absorbția fierului scade pe măsură ce celula eritroidă îmbătrânește. Transportorii de fier cu greutate moleculară mică asigură transportul intracelular al fierului.
4. Fierul depozitat, de rezervă sau de rezervă poate fi sub două forme - feritină și hemosiderină. Compusul fierului de rezervă este alcătuit din proteina apoferritină, ale cărei molecule înconjoară un număr mare de atomi de fier. Feritina este un compus maro, solubil în apă, care conține 20% fier. Odată cu acumularea excesivă de fier în organism, sinteza feritinei crește brusc. Moleculele de feritină sunt prezente în aproape toate celulele, dar sunt deosebit de numeroase în ficat, splină și măduvă osoasă. Hemosiderina este prezentă în țesuturi sub formă de pigment maro, granular, insolubil în apă. Conținutul de fier din hemosiderină este mai mare decât în feritină - 40%. Efectul nociv al hemosiderinei în țesuturi este asociat cu deteriorarea lizozomilor, acumularea de radicali liberi, ceea ce duce la moartea celulară. La o persoană sănătoasă, 70% din fierul de rezervă este sub formă de feritină, iar 30% sub formă de hemosiderină. Rata de utilizare a hemosiderinei este semnificativ mai mică decât cea a feritinei. Rezervele de fier din țesuturi pot fi evaluate pe baza studiilor histochimice folosind o metodă de evaluare semicantitativă. Se numără numărul de sideroblaste - celule eritroide nucleare care conțin diferite cantități de granule de fier non-hemic. Particularitatea distribuției fierului în organismul copiilor mici este că aceștia au un conținut mai mare de fier în celulele eritroide și mai puțin fier în țesutul muscular.

Reglarea echilibrului fierului se bazează pe principiile reutilizării aproape complete a fierului endogen și menținerii nivelului necesar datorită absorbției în tractul gastrointestinal. Timpul de înjumătățire al excreției de fier este de 4-6 ani.

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

Absorbția fierului

Absorbția are loc în principal în duoden și în secțiunea inițială a jejunulului. În caz de deficit de fier în organism, zona de absorbție se extinde în direcție distală. Dieta zilnică conține de obicei aproximativ 10-20 mg de fier, dar doar 1-2 mg sunt absorbiți în tractul gastrointestinal. Absorbția fierului hemic depășește semnificativ aportul de fier anorganic. Nu există o opinie clară cu privire la efectul valenței fierului asupra absorbției sale în tractul gastrointestinal. VI Nikulicheva (1993) consideră că Fe2 ⁺ practic nu este absorbit nici la concentrații normale, nici la concentrații excesive. Conform altor autori, absorbția fierului nu depinde de valența sa. S-a stabilit că factorul decisiv nu este valența fierului, ci solubilitatea sa în duoden la o reacție alcalină. Sucul gastric și acidul clorhidric participă la absorbția fierului, asigură restaurarea formei de oxid (Fe₂H₄ ⁾ la forma de oxid (Fe₂⁺ ⁾, ionizarea și formarea componentelor disponibile pentru absorbție, dar acest lucru se aplică numai fierului non-hemic și nu este principalul mecanism de reglare a absorbției.

Procesul de absorbție a fierului hemic nu depinde de secreția gastrică. Fierul hemic este absorbit sub formă de porfirină și numai în mucoasa intestinală se desprinde din hem și formează fier ionizat. Fierul este mai bine absorbit din produsele din carne (9-22%) care conțin fier hemic și mult mai rău din produsele vegetale (0,4-5%), care conțin fier non-hemic. Fierul este absorbit din produsele din carne în moduri diferite: fierul este absorbit mai prost din ficat decât din carne, deoarece fierul din ficat este conținut sub formă de hemosiderină și feritină. Fierberea legumelor într-o cantitate mare de apă poate reduce conținutul de fier cu 20 %.

Absorbția fierului din laptele matern este unică, deși conținutul său este scăzut - 1,5 mg/l. În plus, laptele matern crește absorbția fierului din alte produse consumate simultan cu acesta.

În timpul digestiei, fierul pătrunde în enterocit, de unde trece în plasma sanguină de-a lungul gradientului de concentrație. Atunci când există un deficit de fier în organism, transferul acestuia din lumenul tractului gastrointestinal în plasmă se accelerează. Atunci când există un exces de fier în organism, cea mai mare parte a fierului este reținută în celulele mucoasei intestinale. Enterocitul, încărcat cu fier, se deplasează de la baza spre vârful vilosității și se pierde odată cu epiteliul descuamat, ceea ce împiedică pătrunderea excesului de metal în organism.

Procesul de absorbție a fierului în tractul gastrointestinal este influențat de diverși factori. Prezența oxalaților, fitaților, fosfaților și taninurilor la păsările de curte reduce absorbția fierului, deoarece aceste substanțe formează complexe cu fierul și îl elimină din organism. Dimpotrivă, acizii ascorbic, succinic și piruvic, fructoza, sorbitolul și alcoolul sporesc absorbția fierului.

În plasmă, fierul se leagă de purtătorul său, transferina. Această proteină transportă fierul în principal către măduva osoasă, unde fierul pătrunde în eritrocite, iar transferina se întoarce în plasmă. Fierul intră în mitocondrii, unde are loc sinteza hemului.

Calea ulterioară a fierului din măduva osoasă poate fi descrisă după cum urmează: în timpul hemolizei fiziologice, din eritrocite se eliberează 15-20 mg de fier pe zi, care este utilizat de macrofagele fagocitare; apoi cea mai mare parte a acestuia merge din nou la sinteza hemoglobinei și doar o cantitate mică rămâne sub formă de fier de rezervă în macrofage.

30% din conținutul total de fier din organism nu este utilizat pentru eritropoieză, ci se depune în depozite. Fierul sub formă de feritină și hemosiderină este stocat în celulele parenchimatoase, în principal în ficat și splină. Spre deosebire de macrofage, celulele parenchimatoase consumă fier foarte lent. Aportul de fier de către celulele parenchimatoase crește odată cu excesul semnificativ de fier în organism, anemie hemolitică, anemie aplastică, insuficiență renală și scade în cazul deficitului sever de metale. Eliberarea de fier din aceste celule crește odată cu sângerările și scade odată cu transfuziile de sânge.

Imaginea de ansamblu a metabolismului fierului în organism va fi incompletă dacă nu luăm în considerare fierul tisular. Cantitatea de fier care face parte din feroenzime este mică - doar 125 mg, dar importanța enzimelor respiratorii tisulare este greu de supraestimat: fără ele, viața oricărei celule ar fi imposibilă. Rezerva de fier din celule ne permite să evităm dependența directă a sintezei enzimelor care conțin fier de fluctuațiile aportului și cheltuielilor sale în organism.

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

Pierderi fiziologice și caracteristici ale metabolismului fierului

Pierderile fiziologice de fier din organismul unui adult sunt de aproximativ 1 mg pe zi. Fierul se pierde prin epiteliul exfoliant al pielii, fanerele epidermice, transpirație, urină, fecale și epiteliul intestinal exfoliant. La femei, fierul se pierde și prin sânge în timpul menstruației, sarcinii, nașterii și alăptării, ceea ce reprezintă aproximativ 800-1000 mg. Metabolismul fierului în organism este prezentat în diagrama 3. Este interesant de observat că, în timpul zilei, conținutul de fier din ser și saturația transferinei se modifică. Concentrații mari de fier în ser se observă dimineața, iar valori scăzute seara. Privarea de somn la oameni duce la o scădere treptată a conținutului de fier din ser.

Metabolismul fierului în organism este influențat de oligoelemente: cupru, cobalt, mangan, nichel. Cuprul este necesar pentru absorbția și transportul fierului; efectul său se realizează prin intermediul citocrom oxidazei, ceruloplasminei. Efectul manganului asupra procesului de hematopoieză este nespecific și este asociat cu capacitatea sa oxidantă ridicată.

Pentru a înțelege de ce deficitul de fier este cel mai frecvent la copiii mici, fetele adolescente și femeile de vârstă fertilă, să analizăm caracteristicile metabolismului fierului la aceste grupuri.

Acumularea de fier la făt are loc pe tot parcursul sarcinii, dar cel mai intens (40%) în ultimul trimestru. Prin urmare, prematuritatea de 1-2 luni duce la o reducere a aportului de fier de 1,5-2 ori față de copiii născuți la termen. Se știe că fătul are un bilanț pozitiv al fierului, mergând împotriva gradientului de concentrație în favoarea fătului. Placenta captează fierul mai intens decât măduva osoasă a femeii însărcinate și are capacitatea de a absorbi fierul din hemoglobina mamei.

Există date contradictorii privind efectul deficitului de fier matern asupra rezervelor fetale de fier. Unii autori consideră că sideropenia în timpul sarcinii nu afectează rezervele fetale de fier; alții cred că există o relație directă. Se poate presupune că o scădere a conținutului de fier din organismul mamei duce la un deficit de fier la nou-născut. Cu toate acestea, dezvoltarea anemiei feriprive din cauza deficitului congenital de fier este puțin probabilă, deoarece incidența anemiei feriprive, nivelurile de hemoglobină și fierul seric în prima zi după naștere și în următoarele 3-6 luni nu diferă la copiii născuți din mame sănătoase și mame cu anemie feriprivă. Conținutul de fier din organismul unui nou-născut la termen și prematur este de 75 mg/kg.

La copii, spre deosebire de adulți, fierul alimentar nu trebuie doar să completeze pierderile fiziologice ale acestui microelement, ci și să satisfacă nevoile de creștere, care sunt în medie de 0,5 mg/kg pe zi.

Astfel, principalele condiții prealabile pentru dezvoltarea deficitului de fier la copiii prematuri, copiii proveniți din sarcini multiple și copiii sub 3 ani sunt:

• epuizarea rapidă a rezervelor din cauza aportului insuficient de fier exogen;
• nevoie crescută de fier.

Metabolismul fierului la adolescenți

O caracteristică a metabolismului fierului la adolescenți, în special la fete, este o discrepanță pronunțată între nevoia crescută de acest microelement și aportul său scăzut în organism. Motivele acestei discrepanțe sunt: creșterea rapidă, nutriția deficitară, activitățile sportive, menstruația abundentă și un nivel inițial scăzut de fier.

La femeile aflate la vârsta fertilă, principalii factori care duc la dezvoltarea deficitului de fier în organism sunt menstruațiile abundente și prelungite, sarcinile multiple. Necesarul zilnic de fier pentru femeile care pierd 30-40 ml de sânge în timpul menstruației este de 1,5-1,7 mg/zi. Cu pierderi mai mari de sânge, necesarul de fier crește la 2,5-3 mg/zi. De fapt, prin tractul gastrointestinal pot pătrunde doar 1,8-2 mg/zi, adică 0,5-1 mg/zi de fier nu pot fi reintegrate. Astfel, deficitul de microelemente va fi de 15-20 mg pe lună, 180-240 mg pe an, 1,8-2,4 g la 10 ani, adică acest deficit depășește conținutul de fier de rezervă din organism. În plus, numărul de sarcini, intervalul dintre ele și durata alăptării sunt importante pentru dezvoltarea deficitului de fier la o femeie.