Метаболизам гвожђа у телу

Нормално, тело здраве одрасле особе садржи око 3-5 г гвожђа, стога се гвожђе може класификовати као микроелемент. Гвожђе је неравномерно распоређено у телу. Приближно 2/3 гвожђа се налази у хемоглобину црвених крвних зрнаца - то је циркулишући фонд (или пул) гвожђа. Код одраслих, овај пул је 2-2,5 г, код новорођенчади рођене у термину - 0,3-0,4 г, а код превремено рођене деце - 0,1-0,2 г. Релативно много гвожђа се налази у миоглобину: 0,1 г код мушкараца и 0,05-0,07 г код жена. Људско тело садржи више од 70 протеина и ензима, међу којима је и гвожђе (на пример, трансферин, лактоферин), а укупна количина гвожђа у њима је 0,05-0,07 г. Гвожђе које транспортује транспортни протеин трансферин чини око 1% (фонд транспорта гвожђа). Резерве гвожђа (депо, резервни фонд), које чине око 1/3 целокупног гвожђа у људском телу, изузетно су важне за медицинску праксу. Следећи органи обављају функцију депоа:

• јетра;
• слезина;
• коштана срж;
• мозак.

Гвожђе се у депоу налази у облику феритина. Количина гвожђа у депоу може се окарактерисати одређивањем концентрације SF. Данас је SF једини међународно признати маркер резерви гвожђа. Крајњи производ метаболизма гвожђа је хемосидерин, који се таложи у ткивима.

Гвожђе је најважнији кофактор ензима митохондријалног респираторног ланца, цитратног циклуса, синтезе ДНК, игра важну улогу у везивању и транспорту кисеоника хемоглобином и миоглобином; протеини који садрже гвожђе неопходни су за метаболизам колагена, катехоламина, тирозина. Због каталитичког дејства гвожђа у реакцији Fe2 ^* <--> Fe3 ^, слободно нехелирано гвожђе формира хидроксилне радикале који могу изазвати оштећење ћелијских мембрана и ћелијску смрт. У процесу еволуције, заштита од штетног дејства слободног гвожђа решена је формирањем специјализованих молекула за апсорпцију гвожђа из хране, његову апсорпцију, транспорт и таложење у нетоксичном растворљивом облику. Транспорт и таложење гвожђа врше посебни протеини: трансферин, трансферински рецептор, феритин. Синтеза ових протеина регулисана је посебним механизмом и зависи од потреба организма.

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

Метаболизам гвожђа код здраве особе је затворен у циклусу

Сваког дана, особа губи око 1 мг гвожђа са биолошким течностима и десквамираним епителом гастроинтестиналног тракта. Тачно иста количина може се апсорбовати у гастроинтестиналном тракту из хране. Треба јасно разумети да гвожђе улази у организам само са храном. Дакле, сваког дана се губи 1 мг гвожђа, а 1 мг се апсорбује. У процесу уништавања старих еритроцита, ослобађа се гвожђе које макрофаги користе и поново користе у изградњи хема. Тело има посебан механизам за апсорпцију гвожђа, али се оно пасивно излучује, односно не постоји физиолошки механизам за излучивање гвожђа. Стога, ако апсорпција гвожђа из хране не задовољава потребе организма, долази до недостатка гвожђа без обзира на узрок.

Дистрибуција гвожђа у телу

1. 70% укупне количине гвожђа у телу је део хемопротеина; то су једињења у којима је гвожђе везано за порфирин. Главни представник ове групе је хемоглобин (58% гвожђа); поред тога, ова група укључује миоглобин (8% гвожђа), цитохроме, пероксидазе, каталазе (4% гвожђа).
2. Група нехемских ензима - ксантин оксидаза, НАДХ дехидрогеназа, аконитаза; ови ензими који садрже гвожђе локализовани су углавном у митохондријама, играју важну улогу у процесу оксидативне фосфорилације, транспорту електрона. Садрже врло мало метала и не утичу на укупни биланс гвожђа; међутим, њихова синтеза зависи од снабдевања ткива гвожђем.
3. Транспортни облик гвожђа је трансферин, лактоферин, нискомолекуларни носач гвожђа. Главни транспортни феропротеин плазме је трансферин. Овај протеин бета-глобулинске фракције са молекулском тежином од 86.000 има 2 активна места, од којих свако може да веже један атом Fe3 ⁺. У плазми има више места за везивање гвожђа него атома гвожђа, и стога у њој нема слободног гвожђа. Трансферин такође може да веже друге металне јоне - бакар, манган, хром, али са различитом селективношћу, а гвожђе се везује првенствено и чвршће. Главно место синтезе трансферина су ћелије јетре. Са повећањем нивоа депонованог гвожђа у хепатоцитима, синтеза трансферина је приметно смањена. Трансферин, који носи гвожђе, жељан је нормоците и ретикулоците, а количина апсорпције метала зависи од присуства слободних рецептора на површини еритроидних прекурсора. Мембрана ретикулоцита има знатно мање места везивања за трансферин него пронормоцит, што значи да се апсорпција гвожђа смањује како еритроидна ћелија стари. Нискомолекуларни носачи гвожђа обезбеђују интрацелуларни транспорт гвожђа.
4. Депоновано, резервно или резервно гвожђе може бити у два облика - феритин и хемосидерин. Једињење резервног гвожђа састоји се од протеина апоферитина, чији молекули окружују велики број атома гвожђа. Феритин је смеђе једињење, растворљиво у води, садржи 20% гвожђа. При прекомерном нагомилавању гвожђа у организму, синтеза феритина нагло се повећава. Молекули феритина присутни су у скоро свим ћелијама, али их је посебно много у јетри, слезини, коштаној сржи. Хемосидерин је присутан у ткивима као смеђи, гранулирани, у води нерастворљиви пигмент. Садржај гвожђа у хемосидерину је већи него у феритину - 40%. Штетно дејство хемосидерина у ткивима повезано је са оштећењем лизозома, нагомилавањем слободних радикала, што доводи до ћелијске смрти. Код здраве особе, 70% резервног гвожђа је у облику феритина, а 30% у облику хемосидерина. Брзина искоришћавања хемосидерина је знатно нижа него код феритина. Резерве гвожђа у ткивима могу се проценити на основу хистохемијских студија коришћењем полуквантитативне методе процене. Броји се број сидеробласта - нуклеарних еритроидних ћелија које садрже различите количине нехемских гранула гвожђа. Посебност расподеле гвожђа у телу мале деце је да имају већи садржај гвожђа у еритроидним ћелијама, а мањи у мишићном ткиву.

Регулација равнотеже гвожђа заснива се на принципима готово потпуне реутилизације ендогеног гвожђа и одржавања потребног нивоа услед апсорпције у гастроинтестиналном тракту. Полуживот излучивања гвожђа је 4-6 година.

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

Апсорпција гвожђа

Апсорпција се одвија углавном у дванаестопалачном цреву и почетном делу јејунума. У случају недостатка гвожђа у организму, зона апсорпције се протеже у дисталном смеру. Дневна исхрана обично садржи око 10-20 мг гвожђа, али се само 1-2 мг апсорбује у гастроинтестиналном тракту. Апсорпција хемског гвожђа значајно премашује унос неорганског гвожђа. Не постоји јасно мишљење о утицају валенције гвожђа на његову апсорпцију у гастроинтестиналном тракту. В. И. Никуличева (1993) сматра да се Fe²⁺ ^{практично} не апсорбује ни при нормалним ни при прекомерним концентрацијама. Према другим ауторима, апсорпција гвожђа не зависи од његове валенције. Утврђено је да одлучујући фактор није валенца гвожђа, већ његова растворљивост у дванаестопалачном цреву при алкалној реакцији. Желудачни сок и хлороводонична киселина учествују у апсорпцији гвожђа, обезбеђују рестаурацију оксидног облика (Fe²H⁻ ⁾ у оксидни облик (Fe²⁺ ⁾, јонизацију и формирање компоненти доступних за апсорпцију, али се то односи само на нехемско гвожђе и није главни механизам за регулацију апсорпције.

Процес апсорпције хемског гвожђа не зависи од желудачне секреције. Хемско гвожђе се апсорбује у облику порфиринске структуре и тек у цревној слузокожи се одваја од хема и формира јонизовано гвожђе. Гвожђе се боље апсорбује из месних производа (9-22%) који садрже хемско гвожђе, а много горе из биљних производа (0,4-5%) који садрже нехемско гвожђе. Гвожђе се апсорбује из месних производа на различите начине: гвожђе се горе апсорбује из јетре него из меса, пошто се гвожђе у јетри налази у облику хемосидерина и феритина. Кување поврћа у великој количини воде може смањити садржај гвожђа за 20 %.

Апсорпција гвожђа из мајчиног млека је јединствена, иако је његов садржај низак - 1,5 мг/л. Поред тога, мајчино млеко повећава апсорпцију гвожђа из других производа који се конзумирају истовремено са њим.

Током варења, гвожђе улази у ентероцит, одакле прелази у крвну плазму дуж градијента концентрације. Када постоји недостатак гвожђа у организму, његов пренос из лумена гастроинтестиналног тракта у плазму се убрзава. Када постоји вишак гвожђа у организму, главнина гвожђа се задржава у ћелијама цревне слузокоже. Ентероцит, оптерећен гвожђем, креће се од базе ка врху ресице и губи се са десквамираним епителом, што спречава улазак вишка метала у организам.

На процес апсорпције гвожђа у гастроинтестиналном тракту утичу различити фактори. Присуство оксалата, фитата, фосфата и танина код живине смањује апсорпцију гвожђа, јер ове супстанце формирају комплексе са гвожђем и уклањају га из организма. Напротив, аскорбинска, ћилибарна и пирувинска киселина, фруктоза, сорбитол и алкохол појачавају апсорпцију гвожђа.

У плазми се гвожђе везује за свој носач, трансферин. Овај протеин транспортује гвожђе првенствено до коштане сржи, где гвожђе продире у еритроците, а трансферин се враћа у плазму. Гвожђе улази у митохондрије, где се одвија синтеза хема.

Даљи пут гвожђа из коштане сржи може се описати на следећи начин: током физиолошке хемолизе, из еритроцита се дневно ослобађа 15-20 мг гвожђа, које користе фагоцитни макрофаги; затим главни део поново иде на синтезу хемоглобина, а само мала количина остаје у облику резервног гвожђа у макрофагима.

30% укупног садржаја гвожђа у телу се не користи за еритропоезу, већ се таложи у депоима. Гвожђе у облику феритина и хемосидерина складишти се у паренхиматозним ћелијама, углавном у јетри и слезини. За разлику од макрофага, паренхиматозне ћелије веома споро троше гвожђе. Унос гвожђа од стране паренхиматозних ћелија повећава се са значајним вишком гвожђа у организму, хемолитичком анемијом, апластичном анемијом, бубрежном инсуфицијенцијом, а смањује се са тешким недостатком метала. Ослобађање гвожђа из ових ћелија повећава се крварењем, а смањује се трансфузијом крви.

Укупна слика метаболизма гвожђа у телу биће непотпуна ако не узмемо у обзир гвожђе у ткивима. Количина гвожђа која улази у састав фероензима је мала - само 125 мг, али је значај ензима ткивног дисања тешко преценити: без њих би живот било које ћелије био немогућ. Резерва гвожђа у ћелијама нам омогућава да избегнемо директну зависност синтезе ензима који садрже гвожђе од флуктуација у његовом уносу и трошењу у телу.

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

Физиолошки губици и карактеристике метаболизма гвожђа

Физиолошки губици гвожђа из организма одрасле особе износе око 1 мг дневно. Гвожђе се губи ексфолијативним епителом коже, епидермалним апендиксима, знојем, урином, фецесом и ексфолијативним цревним епителом. Код жена се гвожђе губи и крвљу током менструације, трудноће, порођаја и лактације, што је око 800-1000 мг. Метаболизам гвожђа у организму приказан је на дијаграму 3. Занимљиво је приметити да се садржај гвожђа у серуму и засићеност трансферина мењају током дана. Високе концентрације гвожђа у серуму се примећују ујутру, а ниске вредности увече. Недостатак сна код људи доводи до постепеног смањења садржаја гвожђа у серуму.

На метаболизам гвожђа у организму утичу елементи у траговима: бакар, кобалт, манган, никл. Бакар је неопходан за апсорпцију и транспорт гвожђа; његово дејство се остварује путем цитохром оксидазе, церулоплазмина. Дејство мангана на процес хематопоезе је неспецифично и повезано је са његовим високим оксидационим капацитетом.

Да бисмо разумели зашто је недостатак гвожђа најчешћи код мале деце, адолесценткиња и жена у репродуктивном добу, погледајмо карактеристике метаболизма гвожђа у овим групама.

Акумулација гвожђа код фетуса се одвија током целе трудноће, али најинтензивније (40%) у последњем тромесечју. Стога, превремено рођење од 1-2 месеца доводи до смањења залиха гвожђа за 1,5-2 пута у поређењу са децом рођеном у термину. Познато је да фетус има позитиван биланс гвожђа, који иде супротно градијенту концентрације у корист фетуса. Плацента интензивније хвата гвожђе него коштана срж труднице и има способност да апсорбује гвожђе из мајчиног хемоглобина.

Постоје супротстављени подаци о утицају недостатка гвожђа код мајке на резерве гвожђа код фетуса. Неки аутори сматрају да сидеропенија у трудноћи не утиче на резерве гвожђа код фетуса; други сматрају да постоји директна веза. Може се претпоставити да смањење садржаја гвожђа у мајчином организму доводи до недостатка резерви гвожђа код новорођенчета. Међутим, развој анемије услед недостатка гвожђа услед конгениталног недостатка гвожђа је мало вероватан, будући да се учесталост анемије услед недостатка гвожђа, нивои хемоглобина и серумско гвожђе првог дана након рођења и у наредних 3-6 месеци не разликују код деце рођене од здравих мајки и мајки са анемијом услед недостатка гвожђа. Садржај гвожђа у организму доношене и превремено рођене новорођенчади је 75 мг/кг.

Код деце, за разлику од одраслих, алиментарно гвожђе мора не само да надокнади физиолошке губитке овог микроелемента, већ и да задовољи потребе за растом, што је у просеку 0,5 мг/кг дневно.

Дакле, главни предуслови за развој недостатка гвожђа код превремено рођених беба, деце из вишеструких трудноћа и деце млађе од 3 године су:

• брзо исцрпљивање резерви због недовољног егзогеног уноса гвожђа;
• повећана потреба за гвожђем.

Метаболизам гвожђа код адолесцената

Карактеристика метаболизма гвожђа код адолесцената, посебно девојчица, јесте изражена нескладност између повећане потребе за овим микроелементом и његовог ниског уноса у организам. Разлози за ову нескладност су: брз раст, лоша исхрана, спортске активности, обилне менструације и почетни низак ниво гвожђа.

Код жена у репродуктивном добу, главни фактори који доводе до развоја недостатка гвожђа у организму су обилне и продужене менструације, вишеструке трудноће. Дневна потреба за гвожђем за жене које губе 30-40 мл крви током менструације је 1,5-1,7 мг/дан. Са већим губитком крви, потреба за гвожђем се повећава на 2,5-3 мг/дан. У ствари, кроз гастроинтестинални тракт може ући само 1,8-2 мг/дан, односно, 0,5-1 мг/дан гвожђа се не може надокнадити. Дакле, недостатак микроелемената ће бити 15-20 мг месечно, 180-240 мг годишње, 1,8-2,4 г на 10 година, односно овај недостатак прелази садржај резервног гвожђа у организму. Поред тога, број трудноћа, интервал између њих и трајање лактације су важни за развој недостатка гвожђа код жене.