Ингибиторы абсорбции железа в жкт. Биодоступность железа и влияние ионов кальция на ее эффективность. Взаимодействие с раковыми клетками

Гемное и негемное железо

Есть два типа железа в пище: гемное и негемное железо, и всасывание их происходит посредством разных механизмов. Гемное железо присутствует в гемоглобине и миоглобине в мясе (особенно в печени) и рыбе и всасывается лучше, чем негемное железо.

Средний показатель всасывания гемного железа из мяса составляет около 25%. В противоположность негемному железу, на всасывание гемного железа другие составные элементы питания и статус железа влияют очень мало. Тем не менее, большая часть пищевого железа присутствует в виде негемного железа. Пища для прикорма грудных детей может содержать мало мяса, поэтому большая часть пищевого железа находится в негемной форме. Всасывание негемного железа намного ниже, чем гемного, и зависит от статуса железа конкретного человека: больше негемного железа всасывается людьми, испытывающими недостаточность железа, меньше - людьми, чей организм насыщен железом. Кроме того, всасывание негемного железа зависит от его растворимости в кишечнике, а это, в свою очередь, определяется составом съеденной за один раз пищи. Витамин С является восстановителем и сильным средством активизации всасывания железа, повышающим его растворимость путем окисления элемента железа из трехвалентного (Fe3+) в двухвалентное (Fe2+) состояние и образования растворимого соединения. Активаторы и ингибиторы, присутствующие в пище, часто оказываются более сильными факторами, определяющими статус железа, чем его фактическое содержание.

Активаторы и ингибиторы

Количество всасываемого железа в пище зависит от соотношения между ингибиторами и промоторами (таблица 30). Поскольку взаимодействие происходит в желудочно-кишечном тракте, тормозящее или ускоряющее влияние пищевых компонентов на всасывание негемного железа сильнее всего при потреблении этих компонентов за один и тот же прием пищи.

Одним из наиболее сильных стимуляторов всасывания железа является витамин С, находящийся в свежих овощах и фруктах, и между потреблением витамина С и всасыванием железа существует четкая зависимость типа “доза-реакция” (10). Также ускоряют всасывание негемного железа ферментированные продукты, такие, как кефир и квашеная капуста. В присутствии кислоты образуются комплексы с железом, которые предотвращают образование менее усвояемого фитата железа. Кроме того, некоторые виды помола и термической обработки понижают содержание фитата в основных пищевых продуктах растительного происхождения и тем самым помогают повысить всасывание негемного железа. Считается, что легкая тепловая обработка снижает содержание фитата в клубнях, но не в зерновых и бобовых. Вымачивание и проращивание способствуют ферментативному гидролизу фитата в зерновых и бобовых (11).

Самыми сильными ингибиторами всасывания железа являются фитаты и полифенолы. Фитаты представляют собой форму хранения фосфатов и минералов, присутствующих в

зернах злаковых растений, овощах, семенах и орехах.

Они активно тормозят всасывание железа, действуя при этом в прямой зависимости от дозы, и даже небольшие количества могут тормозить всасывание железа. Существует целый ряд традиционных приемов приготовления пищи, которые снижают уровень фитатов в растительных продуктах питания. К ним относятся ферментация, проращивание, помол, вымачивание и обжаривание. Ферментация может почти полностью разложить фитаты и тем самым улучшить всасывание железа.

Феноловые соединения существуют почти во всех растениях и являются частью их системы защиты против насекомых и животных. Несколько феноловых соединений связывают железо и таким образом препятствуют его всасыванию. Такие соединения содержатся в чае, кофе и какао, а также во многих овощах и нескольких травах и специях. Тормозящее действие чая на всасывание железа вызывает полифенол таннин, содержащийся в чае. Установлено, что чай снижает всасывание железа из пищи на 62% по сравнению с водой (12). Более того, чай даже используется в лечебных целях для лечения перегрузки по железу (13). Во многих европейских странах и особенно в республиках Центральной Азии распространена практика введения чая в рацион питания грудного ребенка в раннем возрасте. Например, обследование детей в возрасте от 0 до 3 лет в Казахстане, Кыргызстане и Узбекистане показало, что чай получают соответственно 21%, 34% и 49% детей (14). Аналогичные привычки встречаются в Центральной и Западной Европе (15), особенно среди национальных меньшинств. Подобная практика способствует развитию недостаточности железа.

Прочие факторы

Запасы железа регулируются, главным образом, путем изменений во всасывании железа. К синдрому недостаточности всасывания, в том числе всасывания железа, может привести повреждение слизистой оболочки кишечника вследствие слишком раннего введения немодифицированных коровьего молока и молочных продуктов (см. ниже раздел “Потери железа”) (16). Это может быть особенно выражено при глютенчувствительной целиакии, которая, если ее не лечить, часто сопровождается железодефицитной анемией. Распространенной причиной недостаточности железа вследствие малабсорбции является также диспептическое заболевание. Во время системных инфекций происходит острое снижение всасывания железа, сопровождающееся перемещением железа из кровообращения в печень. Это естественный защитный механизм организма в периоды инфекции, направленный на снижение роста вредных бактерий, которым для размножения требуется железо.

Железо является одним из тех элементов питания, усвоение которого в огромной степени зависит от продуктов, съеденных в один прием пищи.
Можно съесть продукт, содержащий большое количество железа, но оно не усвоится, если в этот же прием пищи будет употреблено вещество, блокирующее всасывание. И наоборот, можно съесть относительно немного железа, но при употреблении стимуляторов всасывания организм получит вещество в полном объеме.

Другими словами, всасывание железа напрямую зависит от его растворимости в кишечнике, а это, в свою очередь, определяется составом съеденной за один прием пищи.

Приведем общую таблицу веществ, ускоряющих или тормозящих всасывание железа , а потом рассмотрим подробно, с чем связано такое влияние.

Витами С стимулирует всасывание железа

Как снизить блокирующее действие фитатов на всасывание железа

К счастью, есть ряд простых методов, которые снижают уровень фитатов:

• ферментация,
• проращивание,
• помол,
• вымачивание,
• обжаривание.

Полифенолы блокируют всасывание железа

• кофе,
• какао,
• во многих овощах, нескольких травах, специях.

К сожалению, можно часто видеть, как мамочки, не поимая действия чая, дают маленькому ребенку этот напиток к крайне раннем возрасте, и даже грудничкам. Это может в значительной степени способствовать развитию недостаточности железа.
При рождении запасов железа много, но они истощаются в первые 6 месяцев жизни, и далее ребеночек полностью зависит от получения этого элемента из пищи.

Величину запасов железа можно оценить путем измерения уровня ферритина в сыворотке.

Организм регулирует всасывание железа исходя из запасов

• инфекций,
• сердечно-сосудистых заболеваний,
• неинсулинзависимого диабета,
• рака.

Определить, сколько Вам нужно потреблять железа в сутки, можно в

Взаимодействие железа и кальция

Ших Е.В., д.м.н.,
профессор кафедры клинической фармакологии
и пропедевтики внутренних болезней MMA им. И.М. Сеченова.
Руководитель отдела мониторинга лекарственных средств
Института клинической фармакологии ФГУ НЦ ЭСМП РосЗдравНадзора

Резюме

Качество мультивитаминов определяется сбалансированностью состава и эффективностью усвоения из них биологически активных компонентов. Все витамины и большинство необходимых минералов играют важную роль в биохимических процессах, взаимодействуя с другими биологически активными веществами. Взаимодействуют они и между собой: во время хранения, в процессе высвобождения из лекарственной формы, при всасывании (конкурируют за переносчики), на метаболических путях в организме (проявляют синергизм или антагонизм).

Многочисленные исследования показали, что кальций существенно снижает всасывание железа в желудочно-кишечном тракте.

Предотвратить антагонистические взаимодействия кальция и железа позволяет раздельный прием кальцийсодержащих продуктов (молоко, зеленые овощи) и богатой железом пищи (мясо, печень). А при выборе витаминно-минеральных препаратов следует отдавать предпочтение тем, в которых кальций и железо разделены.

Дефицит минералов и способы его коррекции

По данным НИИ питания, дефицит витаминов и минералов выявлен более чем у 50% обследованного населения. Тому причиной не только то, что стандартный рацион взрослого человека содержит лишь около 70% необходимого количества микронурентов (54% железа, 40% витамина С, 65% витамина В 1 , но и ряд эколого-геохимических факторов, ухудшающих ситуацию. Так, к развитию дефицита ведут загрязнение среды и вредные привычки (повышенный расход антиоксидантов), а также некоторые геохимические особенности (низкое содержание йода в воде). Современные научные данные убедительно свидетельствуют о возможных негативных последствиях дефицита витаминов и минералов. В создавшихся условиях безальтернативным способом профилактики и лечения полигиповитаминоза и полигипомикроэлементоза становится регулярный прием комплексных витаминно-минеральных препаратов.

В продаже имеется большое количество препаратов, содержащих практически полный набор важнейших микронутриентов. Но порой трудно остановить выбор на каком-то определенном препарате, так как они имеют схожий состав (10-15 витаминов и витаминоподобных веществ, 5-15 минералов) и не отличаются по форме выпуска. Более того, субстанции (витамины, соли металлов) для производства витаминно-минеральных комплексов закупаются у одних и тех же поставщиков.

Качество мультивитаминов, на самом деле, определяется сбалансированностью состава и эффективностью усвоения из них биологически активных компонентов. Все витамины и большинство необходимых минералов поступают в организм в микродозах, но играют важную роль в биохимических процессах, проявляя свою фармакологическую активность, взаимодействуя с другими биологически активными веществами. Взаимодействуют они и между собой: во время хранения, в процессе высвобождения из лекарственной формы, при всасывании (конкурируют за переносчики), на метаболических путях (проявляют синергизм или антагонизм) .

Особенно часто конкурентный вид взаимодействия имеет место для минералов, поскольку применяемые в виде химически родственных производных они используют общие механизмы транспорта во внутреннюю среду. Так, многочисленные исследования показали, что кальций существенно снижает всасывание железа в желудочно-кишечном тракте.

Усвоение кальция и железа в организме

Краткие сведения по физиологической роли и всасыванию кальция и железа представлены в табл. 1.

Кальций является самым распространенным минералом в организме человека. Он играет важную роль как во внутри- так и во внеклеточных процессах: в сократительной функции сердечной и скелетных мышц, нервной проводимости, регуляции активности ферментов, действии многих гормонов. Является кофактором активации ряда ферментных комплексов в сложных многоэтапных процессах свертывания крови. Необходим для роста и формирования костей. Поэтому особенно велика потребность в кальции у детей и беременных женщин.

В организме взрослого мужчины содержится примерно 1200 г кальция. 99% этого количества сосредоточено в костях и зубах, остальной кальций распределен во внутриклеточной и внеклеточной жидкостях. С пищей человек ежедневно потребляет около 1 г кальция. В кислой среде желудка соли кальция диссоциируют, 20-40% макроэлемента - всасывается. Основным местом абсорбции являются 12-перстная и тощая кишки, но некоторое количество этого элемента всасывается в подвздошной и толстой кишках. Доступность кальция для абсорбции зависит от многих диетических факторов, включая присутствие фосфатов, жирных кислот и фитатов, которые связывают кальций и делают его недоступным для абсорбции. Всасывание в кишечнике осуществляется за счет активного транспорта против электрохимического градиента, а также за счет пассивной диффузии (когда содержание кальция в пище и, следовательно, его концентрация в просвете кишки чрезмерно возрастают). Через мембрану клетки реабсорбируемый кальций переносится при помощи зависимого от витамина D кальций-связывающего белка кальбиндина. Витамин D способствует синтезу кальбиндина в организме, а следовательно, и усвоению кальция. Именно поэтому препараты кальция обычно содержат и витамин D. Чаще всего в производстве пищевых добавок и витаминно-минеральных комплексов используются такие соли кальция, как карбонат, глюконат, цитрат и фосфат .

Железо - один из самых изученных и исследуемых микроэлементов. Дефицит железа - наиболее часто встречаемый пищевой дефицит во всём мире, затрагивающий в основном детей в активной фазе роста и женщин детородного возраста.

Потребности в железе определяются возрастом, полом и физиологическим статусом. Повышенные потребности в железе грудных детей и беременных женщин обусловлены необходимостью поддерживать рост и формирование новых тканей. Потребности в железе у небеременных женщин в значительной мере определяются кровопотерями во время менструации.

В теле здорового мужчины содержится в среднем 3,8 г железа, а в теле женщины - 2,3 г. В женском организме практически отсутствуют запасы железа. Железо в человеческом организме распределено между активным пулом и неактивным - депо. Активный пул содержит в гемоглобине в среднем около 2100-2500 мг железа, в миоглобине - 200-300 мг, в тканевых ферментах -150 мг и транспортируемая фракция - 3 мг.

Железо является составляющей гемоглобина эритроцитов, переносящих кислород от легких к тканям, и миоглобина в мышечной ткани, который накапливает кислород, необходимый для работы мышц. Железо обладает несколькими особыми свойствами, которые отличают его от большинства других пищевых веществ. Всасывается лишь малая часть общего количества железа, находящегося в пище (из 10-20 мг, поступающих ежедневно с пищей, всасывается не более 10%). Из слизистой оболочки кишечника в кровь железо транспортируется с помощью активных транспортных механизмов клеток. Этот процесс осуществляется только при нормальной структуре клеток слизистой, которую поддерживает фолиевая кислота . Транспорт через клетки слизистой оболочки кишечника осуществляется как путем простой диффузии, так и при участии специального белка-носителя (муцин-β3-интегрин, DMT1). Эти белки наиболее интенсивно синтезируются при анемии, что обеспечивает лучшее всасывание железа. Белок переносит железо только один раз, следующие молекулы железа несут новые молекулы белка-переносчика. На их синтез нужно 4-6 часов, поэтому более частый прием препаратов железа не увеличивает его всасывания, а увеличивает количество не всосавшегося железа в кишечнике и опасность возникновения побочных эффектов .

Железо в пищевых источниках существует в двух видах: гемовое (ГЖ) и негемовое железо (НЖ). Гемовое железо присутствует в гемоглобине и миоглобине мяса (особенно в печени) и рыбе. Средний показатель всасывания гемового железа из мяса составляет около 25%. Однако большая часть пищевого железа присутствует в негемовой форме. Негемовое железо представлено в основном в продуктах растительного и молочного происхождения и составляет свыше 85% получаемого организмом с пищей железа. Всасывание негемового железа намного ниже, чем гемового, и зависит от общего содержания железа в организме конкретного человека: больше негемового железа всасывается у людей, у которых его содержание снижено, меньше - у людей, чей организм насыщен железом. На усвоение НЖ сильное влияние оказывает его растворимость в верхней части тонкого кишечника. В свою очередь, эта растворимость зависит от того, как пища в целом влияет на растворимость железа . Активаторы и ингибиторы, присутствующие в пище, часто оказывают определяющее значение на количество всосавшегося железа .

Количество всасываемого железа в пище зависит от соотношения между ингибиторами и промоторами. Поскольку взаимодействие происходит в желудочно-кишечном тракте, тормозящее или ускоряющее влияние пищевых компонентов на всасывание железа сильнее всего при потреблении этих компонентов в одном приеме пищи. Одним из наиболее сильных стимуляторов всасывания железа является витамин С, находящийся в свежих овощах и фруктах. Также ускоряют всасывание негемового железа ферментированные продукты, например квашеная капуста. В присутствии кислоты образуются комплексы с железом, которые предотвращают образование плохо усвояемого фитата железа. Кроме того, некоторые виды помола и термической обработки понижают содержание фитата в основных пищевых продуктах растительного происхождения и тем самым помогают повысить всасывание негемового железа.

Самыми сильными ингибиторами всасывания железа являются кальций, фитаты и полифенолы. Фитаты представляют собой форму хранения фосфатов и минералов, присутствующих в зернах злаковых растений, овощах, семенах и орехах. Они активно тормозят всасывание железа, действуя при этом в прямой зависимости от дозы.

Феноловые соединения существуют почти во всех растениях и являются частью их системы защиты против насекомых и животных. Несколько феноловых соединений связывают железо и таким образом препятствуют его всасыванию. Такие соединения содержатся в чае, кофе и какао, а также во многих овощах и нескольких травах и специях.

Установлено, что чай снижает всасывание железа из пищи на 62% по сравнению с водой. Тормозящее действие чая вызывает содержащийся в нем полифенол танин.

Запасы железа регулируются, главным образом, путем изменений во всасывании. К синдрому недостаточности всасывания, в том числе железа, может привести повреждение слизистой оболочки кишечника. Это может быть особенно выражено при глютенчувствительной целиакии, которая, если ее не лечить, часто сопровождается железодефицитной анемией. Распространенной причиной недостаточности железа вследствие малабсорбции являются также гастрэктомия и резекция желудка, хронические воспалительные заболевания кишечника. Во время системных инфекций происходит острое снижение всасывания железа, сопровождающееся перемещением железа из кровообращения в печень. Это естественный защитный механизм организма в периоды инфекции, направленный на снижение роста вредных бактерий, которым для размножения требуется железо.

В норме соотношение поступления железа с пищей и его потерь таково, что даже очень небольшое снижение поступления или увеличение потерь может привести к его дефициту. При значительной хронической кровопотере, независимо от ее причины, количество теряемого железа всегда превосходит то, которое может всосаться из пищи. В результате неизбежно истощение запаса железа и его дефицит. Причинами железодефицитной анемии также могут быть внутрисосудистый гемолиз, анкилостомидозы, кровопускание по поводу эритремии, гемодиализ .

Не только патологические состояния ведут к развитию железодефицитной анемии. Достаточно часто причиной дефицита железа являются физиологические состояния - быстрый рост (особенно грудных детей и подростков), донорство, гиперменорея, беременность. Именно в этих случаях профилактический прием рационально составленных витаминно-минеральных комплексов может сыграть решающую роль в сохранении здоровья.

Экспериментальные данные по взаимному влиянию кальция и железа

Клинические исследования показали, что совместный прием кальция и железа ведет к уменьшению всасывания железа. Данные различных авторов свидетельствуют о том, что этот эффект зависит и от формы выпуска препаратов кальция, и от количества употребляемого кальция, и от общего состава пищи. Так, одним из ингибиторов всасывания железа является фосфат кальция .

В ходе эксперимента 34 человека получали физиологические количества солей кальция и фосфорной кислоты в виде монопрепаратов или в виде смеси . В то время как в первом случае достоверно детектировать изменения в поглощении негемового железа не удалось, во втором случае оказалось, что всасывание железа уменьшилось на 20%. По другим данным, рекомендуется разделять во времени прием молочных продуктов и железосодержащей пищи, поскольку всасывание железа при этом снижается на 50-60% . Особенно это важно для групп людей с физиологически повышенной потребностью в железе - детей, а также женщин детородного возраста.

Группа из 12 физически здоровых женщин получала препараты, содержащие либо кальций с железом, либо только железо в количестве, в два раза меньшем, чем в первом препарате . Исследования содержания железа в крови показало, что всасывание его из обоих препаратов было практически одинаковым. Авторы считают, что этот эффект связан с отсутствием во втором препарате кальция.

Ранее также было показано, что из монопрепарата, содержащего 65 мг железа, усваивалось 12% минерала, в то время как из полиминерального комплекса усваивалось только 3-5% . Снижение содержания в препарате карбоната кальция и оксида магния привело к возрастанию всасывания железа до 7%. Подобные данные были получены в экспериментах, где в группу наблюдения входили беременные женщины, принимавшие пищевые добавки с различным содержанием кальция .

С помощью метода двойных меченых изотопов сравнивали поглощение железа из коровьего и человеческого молока . Оказалось, что из коровьего молока усваивается только 19,5 ± 17,3% железа, в то время как для человеческого молока этот показатель составляет 48,0 ± 25,5%. Поскольку содержание кальция в человеческом молоке в несколько раз ниже, чем в коровьем, авторы предположили, что именно этим обусловлена столь значительная разница. И действительно, при добавлении хлорида кальция к человеческому молоку в таком количестве, что его содержание стало сравнимо с содержанием кальция в коровьем молоке, поглощение из него железа упало почти в два раза.

Предотвратить взаимное влияние кальция и железа позволяет раздельный по времени прием препаратов . Употребление молока и сыра на завтрак (около 340 мг кальция) не влияло на всасывание железа из гамбургера, съеденного через 2-4 часа после. Этот эффект наблюдался для группы из 21 человека с помощью метода двойных радиоизотопов. Таким образом, авторы рекомендуют разделять прием кальция и кальцийсодержащих продуктов и богатой железом пищи (мяса, рыбы, употребляемых обычно в обед). К подобным же выводам пришли в других работах .

Причины снижения кальцием абсорбции железа до конца неясны. Различные авторы высказывают на этот счет различные гипотезы. Так, по данным об ингибировании усвоения железа фосфатом кальция авторы предполагают, что возможно образование тройного нерастворимого комплекса между железом, кальцием и фосфат-анионом .

Ученые в США попытались разрешить проблему взаимного влияния кальция и железа путем создания двухслойной таблетки. Ядро такой таблетки состоит из железа, внешний слой - из кальция. Оболочка таблетки растворима в желудке, поэтому всасывание кальция происходит в первые два часа после приема. Железо высвобождается и всасывается в последующие 6 часов, причем ядро таблетки растворяется за два часа. Такое изобретение действительно позволяет разделить кальций и железо по времени и месту всасывания (в верхнем и нижнем участке ЖКТ). Но необходимо учитывать, что среднее время прохождения пищи через желудок - 1 час, а через тонкий кишечник - 4 часа. Затем пища попадает в толстый кишечник, в котором всасывания витаминов и минералов уже не происходит. Поскольку после растворения оболочки в течение двух часов будет растворяться ядро, железо из такой таблетки будет иметь всего два часа на всасывание.

Таким образом, не оставляет сомнений необходимость учитывать ингибирующее действие кальция на всасывание железа, как при совместном потреблении продуктов, содержащих кальций и железо, так и при выборе витаминно-минеральных комплексов, отдавая предпочтение тем, в которых эти минералы находятся в разных таблетках.

Список литературы

1. Коровина Н. А. Витамино-минеральная недостаточность// РМЖ, 2003. 11 № 25.
2. Гусев Н. Б. Внутриклеточные Са-связывающие белки. Часть 1. Классификация и структура // Соросовский образовательный журнал. 1998. 5, 10-16.
3. Лашутин С.В. Фосфорно-кальциевый обмен в норме. // Диализный альманах. Под ред.: Е. А.Сгецюка, С. В. Лашутина, В.Б. Чупрасова. СПб.: «ЭЛБИ-СПб». 2005. 244-271.
4. По материалам сайта Медицина-2000, http://www.med2000.ru/artik270/voz26.htm.
5. Мурашко А. В., Аль-Сейкал Т. С. Железодефицитные состояния при беременности.// Гинекология. 2004. 06 № 3.
6. Ziegler Е. Е., Filer L. J. (editors) ILSI Press, Washington DC, seventh edition. “Present knowledge in Nutrition”. 1996.
7. Monsen E. R., Cook J. D. Food iron absorption in human subjects. V. Effects of the major dietary constituents of semisynthetic meal.// Am J Clin Nutr. 1979. 32(4), 804-8.
8. Charlton R. W., Bothwell Т. H. Iron absorption // Annu Rev Med. 1983. 34, 55-68.
9. Hallberg L., Rossander-Hulten L., Brune М., Gleerup A. Calcium and iron absorption: mechanism of action and nutritional importance // Eur J Clin Nutr. 1992. 46(5), 317-27.
10. Ahn E., Kapur B., Koren G. Iron bioavailability in prenatal multivitamin supplements with separated and combined iron and calcium. // J Obstet Gynaecol Can. 2004. 26(9), 809-14.
11. Scligman P. A., Caskey J. H., Frazier J. L., Zuckcr R. М., Podell E. R., Allen R. H. Measurements of iron absorption from prenatal multivitamin-mineral supplements.// Obstet Gynecol. 1983. 61(3),356-62.
12. Babior В. М., Peters W. A., Briden P. М., Cctrulo C.L.. Pregnant women’s absorption of iron from prenatal supplements // J Reprod Med. 1985 30(4), 355-7.
13. Bonnar J., Goldberg A., Smith J.A.. Do pregnant women take their iron?//Lancet. 1969. 1(7592), 457-8.
14. Cook J. D., Dasscnko S. A., Whittaker P. Calcium supplementation: cffcct on iron absorption. / /Am J Clin Nutr. 1991. 53(1), 106-11.
15. NIH Consensus conference. Optimal calcium intake. NIH Consensus Development Panel on Optimal Calcium Intake. JAMA. 1994. 272(24), 1942-8.
16. Gleerup A., Rossander-Hulten L., Hallberg L. Duration of the inhibitory effect of calcium on non-haem iron absorption in man // Eur J Clin Nutr. 1993 47(12), 875-9.

В.В.Долгов, С.А.Луговская,
В.Т.Морозова, М.Е.Почтарь
Российская медицинская академия
последипломного образования

Железо является необходимым биохимическим компонентом в ключевых процессах метаболизма, роста и пролиферации клеток. Исключительная роль железа определяется важными биологическими функциями белков, в состав которых входит этот биометалл. К наиболее известным железосодержащим белкам относятся гемоглобин и миоглобин.

Помимо последних, железо находится в составе значительного количества ферментов, участвующих в процессах энергообразования (цитохромы), в биосинтезе ДНК и делении клеток, детоксикации продуктов эндогенного распада, нейтрализующих активные формы кислорода (пероксидазы, цитохромоксидазы, каталазы). В последние годы установлена роль железосодержащих белков (ферритин) в реализации клеточного иммунитета, регуляции кроветворения.

Вместе с тем железо может быть исключительно токсичным элементом, если присутствует в организме в повышенных концентрациях, превышающих емкость железосодержащих белков. Потенциальная токсичность свободного двухвалентного железа (Fе +2) объясняется его способностью запускать цепные свободнорадикальные реакции, приводящие к перекисному окислению липидов биологических мембран и токсическому повреждению белков и нуклеиновых кислот.

Общее количество железа в организме здорового человека составляет 3,5-5,0 г. Оно распределено следующим образом (табл. 3).

Обмен железа в организме человека достаточно экономичен. Постоянно происходит обмен железа между сохраняемым и активно метаболизируемым пулами (рис. 12).

Обмен железа в организме состоит из нескольких этапов: всасывание в желудочно-кишечном тракте, транспорт, внутриклеточный метаболизм и депонирование, утилизация и реутилизация, экскреция из организма.

Наиболее простая схема метаболизма железа представлена на рис. 13.

Всасывание железа

Основным местом всасывания железа является тонкий кишечник. Железо в пище содержится в основном в форме Fе +3 , но лучше всасывается в двухвалентной форме Fе +2 . Под воздействием соляной кислоты желудочного сока железо высвобождается из пищи и превращается из Fе +3 в Fе +2 . Этот процесс ускоряется аскорбиновой кислотой, ионами меди, которые способствуют всасыванию железа в организме. При нарушении нормальной функции желудка абсорбция железа в кишечнике ухудшается. До 90% железа всасывается в двенадцатиперстной кишке и начальных отделах тощей кишки. При дефиците железа зона всасывания расширяется дистально, захватывая слизистую верхнего отдела подвздошной кишки, что обеспечивает усиление его абсорбции.

Молекулярные механизмы всасывания железа изучены недостаточно. Определено несколько специфических белков, содержащихся в энтероците, способствующих всасыванию железа: мобилферрин, интегрин и ферроредуктаза. Свободное неорганическое железо или геминовое железо (Fе +2) поступает в энтероциты по градиенту концентрации. Основной барьер для железа, по-видимому, не участок щеточной каймы энтероцита, а мембрана между энтероцитом и капилляром, где присутствует специфический переносчик двухвалентных катионов (divalent cation transporter 1 - DCT1), связывающий Fе 2+ . Данный белок синтезируется только в криптах двенадцатиперстной кишки. При сидеропении синтез его увеличивается, что приводит к увеличению скорости всасывания алиментарного железа. Присутствие высоких концентраций кальция, являющегося конкурентным ингибитором DСТ1, снижает всасывание железа.

В энтероцитах содержатся трансферрин и ферритин, которые регулируют в них абсорбцию железа. Между трансферрином и ферритином существует динамическое равновесие по связыванию железа. Трансферрин связывает железо и переносит его к мембранному переносчику. Регуляция активности мембранного переносчика осуществляется апоферритином (белковая часть ферритина) (рис. 14). В случае, когда организму не требуется железо, происходит избыточный синтез апоферритина для связывания железа, которое задерживается в клетке в комплексе с ферритином и удаляется со слущивающимся кишечным эпителием. Наоборот, при дефиците железа в организме, синтез апоферритина снижен (нет необходимости запасать железо), одновременно увеличивается перенос железа DCT1 через мембрану энтероцит-капилляр.

Таким образом, транспортная система энтероцитов кишечника способна поддерживать оптимальный уровень абсорбции железа, поступающего с пищей.

Транспорт железа в крови

Железо в сосудистом русле соединяется с трансферрином - гликопротеид с Мм 88 кДа, синтезируется в печени. Трансферрин связывает 2 молекулы Fе +3 . В физиологических условиях и при дефиците железа только трансферрин важен как железотранспортирующий белок; с гаптоглобином и гемопексином транспортируется исключительно гем. Неспецифическое связывание железа с другими транспортными белками, в частности альбумином, наблюдается при перегрузке железом при высоком уровне насыщения трансферрина. Биологическая функция трансферрина заключается в его способности легко образовывать диссоциирующие комплексы с железом, что обеспечивает создание нетоксического пула железа в кровотоке, который доступен и позволяет распределять и депонировать железо в организме.Металлосвязывающий участок молекулы трансферрина не является строго специфичным для железа. Трансферрин может связывать также хром, медь, магний, цинк, кобальт, однако сродство этих металлов ниже, чем железа.

Основным источником сывороточного пула железа (трансферрин-связанного железа) является поступление его из ретикулоэндотелиальной системы (РЭС - печень, селезенка), где происходит распад старых эритроцитов и утилизация освобождающегося железа. Небольшое количество железа поступает в плазму при абсорбции его в тонком кишечнике.

В норме только треть трансферрина насыщена железом.

Внутриклеточный метаболизм железа

Большинство клеток, в том числе эритрокариоциты и гепатоциты, содержат на мембране рецепторы к трансферрину, необходимые для поступления железа в клетку. Трансферриновый рецептор - трансмембранный гликопротеин, состоящий из 2 идентичных полипептидных цепей, связанных дисульфидными мостиками.

Комплекс Fе 3+ - трансферрин попадает в клетки с помощью эндоцитоза (рис. 15). В клетке ионы железа освобождаются, а комплекс трансферрин-рецептор расщепляется, в результате чего рецепторы и трансферрин независимо возвращаются на поверхность клетки. Внутриклеточный свободный пул железа играет важную роль в регуляции пролиферации клетки, синтезе геминовых белков, экспрессии трансферриновых рецепторов, синтезе активных радикалов кислорода и др. Неиспользуемая часть Fе хранится внутриклеточно в молекуле ферритина в нетоксичной форме. Эритробласт может одновременно присоединить до 100 000 молекул трансферрина и получить 200 000 молекул железа.

Экспрессия трансферриновых рецепторов (СD71) зависит от потребности клетки в железе. Определенная часть рецепторов к трансферрину в виде мономеров сбрасывается клеткой в сосудистое русло, образуя растворимые трансферриновые рецепторы, способные связывать трансферрин. При перегрузке железом число клеточных и растворимых рецепторов к трансферрину снижается. При сидеропении лишенная железа клетка реагирует повышенной экспрессией трансферриновых рецепторов на своей мембране, увеличением растворимых трансферриновых рецепторов и снижением количества внутриклеточного ферритина. Установлено, что чем выше плотность экспрессии трансферриновых рецепторов, тем выраженнее пролиферативная активность клетки. Таким образом, экспрессия рецепторов трансферрина зависит от двух факторов - количества депонированного железа в составе ферритина и пролиферативной активности клетки.

Депонирование железа

Основными формами депонированного железа являются ферритин и гемосидерин, которые связывают "избыточное" железо и откладываются, практически, во всех тканях организма, но особенно интенсивно в печени, селезенке, мышцах, костном мозге.

Ферритин - комплекс, состоящий из гидрата закиси Fе +3 и белка апоферритина, представляет собой полукристаллическую структуру (рис. 16). Молекулярная масса апоферритина 441 кД, максимальная емкость молекулы около 4300 FеООН; в среднем одна молекула ферритина содержит около 2000 атомов Fе +3 .

Апоферритин покрывает в виде оболочки ядро из гидроксифосфата железа. Внутри молекулы (в ядре) содержится 1 или несколько кристаллов FеООН. Молекула ферритина по форме и виду в электронном микроскопе напоминает вирус. Она содержит 24 однотипных цилиндрических субъединицы, образующих сферическую структуру с внутренним пространством диаметром приблизительно 70 А, сфера имеет поры диаметром 10 А. Ионы Fе +2 диффундируют через поры, окисляются до Fе +3 , превращаются в FеООН и кристаллизируются. Железо может мобилизоваться из ферритина при участии супероксидрадикалов, образующихся в активированных лейкоцитах.

Ферритин содержит примерно 15-20% общего железа в организме. Молекулы ферритина растворимы в воде, каждая из них может аккумулировать до 4500 атомов железа. Железо высвобождается из ферритина в двухвалентной форме. Ферритин локализуется преимущественно внутриклеточно, где играет важную роль в кратковременном и длительном депонировании железа, регуляции клеточного метаболизма и детоксикации избытка железа. Предполагается, что основными источниками сывороточного ферритина являются моноциты крови, макрофаги печени (клетки Купфера) и селезенки.

Ферритин, циркулирующий в крови, практически не участвует в депонировании железа, однако концентрация ферритина в сыворотке в физиологических условиях прямо коррелирует с количеством депонированного железа в организме. При дефиците железа, которое не сопровождается другими заболеваниями, так же, как при первичной или вторичной перегрузке железом, показатели ферритина в сыворотке дают достаточно точное представление о количестве железа в организме. Поэтому в клинической диагностике ферритин должен использоваться в первую очередь как параметр, оценивающий депонированное железо.

Гемосидерин по структуре мало отличается от ферритина. Это ферритин в макрофаге в аморфном состоянии. После того как макрофаг поглощает молекулы железа, например, после фагоцитоза старых эритроцитов, немедленно начинается синтез апоферритина, который накапливается в цитоплазме, связывает железо, образуя ферритин. Макрофаг насыщается железом в течение 4 ч, после чего в условиях перегрузки железом в цитоплазме молекулы ферритина агрегируют в мембранно-связанные частицы, известные как сидеросомы. В сидеросомах молекулы ферритина кристаллизуются (рис. 17), формируется гемосидерин. Гемосидерин "упакован" в лизосомах и включает комплекс, состоящий из ферритина, окисленных остатков ли-пидов и других компонентов. Гранулы гемосидерина представляют собой внутриклеточные отложения железа, которые выявляются при окраске цитологических и гистологических препаратов по Перлсу. В отличие от ферритина гемосидерин не растворим в воде, поэтому железо гемосидерина с трудом подлежит мобилизации и практически не используется организмом.

Выведение железа

Физиологические потери железа организмом практически неизменны. За сутки из организма мужчины теряется около 1 мг железа с мочой, потом, при стрижке ногтей, волос, слущивающимся эпителием кожи. Кал содержит как невсосавшееся железо, так и железо, выделяющееся с желчью и в составе слущивающегося эпителия кишечника. У женщин наибольшая потеря железа происходит с менструацией. В среднем потеря крови за одну менструацию составляет около 30 мл, что соответствует 15 мг железа (за сутки женщина теряет от 0,8 до 1,5 мг железа). Исходя из этого, суточная потребность в железе у женщин детородного возраста увеличивается до 2-4 мг в зависимости от объема кровопотери.

Согласно современным представлениям, наиболее адекватными тестами для оценки метаболизма железа в организме являются определение уровня железа, трансферрина, насыщения трансферрина железом, ферритина, содержания растворимых трансферриновых рецепторов в сыворотке.

БИБЛИОГРАФИЯ [показать]

1. Беркоу Р. Руководство по медицине The Merck manual. - М.: Мир, 1997.
2. Руководство по гематологии / Под ред. А.И. Воробьева. - М.: Медицина, 1985.
3. Долгов В.В., Луговская С.А., Почтарь М.Е., Шевченко Н.Г. Лабораторная диагностика нарушений обмена железа: Учебное пособие. - М., 1996.
4. Козинец Г.И., Макаров В.А. Исследование системы крови в клинической практике. - М.: Триада-Х, 1997.
5. Козинец Г.И. Физиологические системы организма человека, основные показатели. - М., Триада-Х, 2000.
6. Козинец Г.И., Хакимова Я.Х., Быкова И.А. и др. Цитологические особенности эритрона при анемиях. - Ташкент: Медицина, 1988.
7. Маршалл В.Дж. Клиническая биохимия. - М.-СПб., 1999.
8. Мосягина Е.Н., Владимирская Е.Б., Торубарова Н.А., Мызина Н.В. Кинетика форменных элементов крови. - М.: Медицина, 1976.
9. Рябое С.И., Шостка Г.Д. Молекулярно-генетические аспекты эритропоэза. - М.: Медицина, 1973.
10. Наследственные анемии и гемоглобинопатии / Под ред. Ю.Н. Токарева, С.Р. Холлан, Ф. Корраля-Альмонте. - М.: Медицина, 1983.
11. Троицкая О.В., Юшкова Н.М., Волкова Н.В. Гемоглобинопатии. - М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1996.
12. Шиффман Ф.Дж. Патофизиология крови. - М.-СПб., 2000.
13. Baynes J., Dominiczak M.H. Medical Biochemistry. - L.: Mosby, 1999.

Источник : В.В.Долгов, С.А.Луговская, В.Т.Морозова, М.Е.Почтарь. Лабораторная диагностика анемий: Пособие для врачей. - Тверь: "Губернская медицина", 2001

Абсорбция происходит главным образом в двенадцатиперстной кишке и начальном отделе тощей кишки. При дефиците железа в организме зона всасывания распространяется в дистальном направлении. В суточном рационе обычно содержится около 10-20 мг железа, однако в желудочно-кишечном тракте абсорбируется лишь 1-2 мг. Всасывание гемового железа значительно превосходит поступление неорганического. По поводу влияния валентности железа на его всасывание в желудочно-кишечном тракте нет однозначного мнения. В. И. Никуличева (1993) считает, что Fен практически не всасывается ни при нормальных, ни при избыточных концентрациях. По данным других авторов, всасывание железа не зависит от его валентности [Калиничева В. И., 1983; Ноздрюхина Л. Р. и др., 1985]. Установлено, что решающее значение имеет не валентность железа, а его растворимость в двенадцатиперстной кишке при щелочной реакции. Желудочный сок и соляная кислота участвуют во всасывании железа, обеспечивают восстановление окисной формы (FеH) в закисную (Fе2+), ионизацию, образование доступных для всасывания компонентов, но это относится только к негемовому железу и не является главным механизмом регуляции абсорбции.

Процесс всасывания гемового железа не зависит от желудочной секреции. Гемовое железо всасывается в виде порфириновои структуры и только в слизистой оболочке кишки происходит его отщепление от гема и образование ионизированного железа. Железо лучше всасывается из мясных продуктов (9-22 %), содержащих гемовое железо, и значительно хуже - из растительных (0,4-5 %), где есть негемовое железо. Из мясных продуктов железо усваивается по-разному: из печени железо всасывается хуже, чем из мяса, так как в печени железо содержится в виде гемосидерина и ферритина. Кипячение овощей в большом количестве воды может снизить содержание железа на 20 %.

Уникальной является абсорбция железа из грудного молока, хотя содержание его низкое - 1,5 мг/л. Кроме того, грудное молоко повышает абсорбцию железа из других продуктов, употребляемых одновременно с ним.

В процессе пищеварения железо попадает в энтероцит, откуда по градиенту концентрации переходит в плазму крови. При дефиците железа в организме ускоряется его перенос из просвета желудочно-кишечного тракта в плазму. При избытке железа в организме основная часть железа задерживается в клетках слизистой кишки. Энтероцит, нагруженный железом, продвигается от основания к вершине ворсинки и теряется со слущенным эпителием, что предотвращает избыточное поступление металла в организм.

На процесс всасывания железа в желудочно-кишечном тракте оказывают влияние различные факторы. Присутствие в птице оксалатов, фитатов, фосфатов, танина снижает всасывание железа, так как эти вещества образуют с железом комплексы и выводят его из организма. Напротив, аскорбиновая, янтарная и пировиноградная кислоты, фруктоза, сорбит, алкоголь усиливают всасывание железа.

В плазме железо связывается со своим переносчиком - трансферрином. Этот белок транспортирует железо преимущественно в костный мозг, где железо проникает в эритрокариоциты, а трансферрин возвращается в плазму. Железо попадает в митохондрии, где и происходит синтез гема.

Дальнейший путь железа из костного мозга можно описать так: при физиологическом гемолизе из эритроцитов освобождается 15-20 мг железа в сутки, которое утилизируется фагоцитирующими макрофагами; затем основная его часть снова идет на синтез гемоглобина и лишь небольшое количество остается в виде запасного железа в макрофагах.

30 % от общего содержания железа в организме используется не для эритропоэза, а откладывается в депо. Железо в виде ферритина и гемосидерина хранится в паренхиматозных клетках, главным образом, в печени и селезенке. В отличие от макрофагов, паренхиматозные клетки очень медленно расходуют железо. Поступление железа в паренхиматозные клетки увеличивается при значительном избытке железа в организме, гемолитических анемиях, апластических анемиях, почечной недостаточности и уменьшается при выраженном дефиците металла. Освобождение железа из этих клеток повышается при кровотечении и снижается при гемотрансфузиях.

Общая картина обмена железа в организме будет неполной, если не учитывать тканевое железо. Количество железа, которое входит в состав ферроэнзимов, мало - всего 125 мг, но значение ферментов тканевого дыхания трудно переоценить: без них была бы невозможна жизнь любой клетки. Запас железа в клетках позволяет избежать прямой зависимости синтеза железосодержащих ферментов от колебаний его поступления и расходования в организме.

Еще по теме Всасывание железа:

1. Заболевания эндокринных желез. Болезни эндокринной части поджелудочной железы. Сахарный диабет. Болезни щитовидной железы. Опухоли щитовидной железы