Dzelzs vielmaiņa organismā

Parasti vesela pieaugušā organismā ir aptuveni 3–5 g dzelzs, tāpēc dzelzi var klasificēt kā mikroelementu. Dzelzs organismā ir sadalīts nevienmērīgi. Apmēram 2/3 dzelzs atrodas sarkano asinsķermenīšu hemoglobīnā – tas ir dzelzs cirkulējošais fonds (jeb rezerve). Pieaugušajiem šis rezerve ir 2–2,5 g, pilnlaika jaundzimušajiem – 0,3–0,4 g, bet priekšlaicīgi dzimušiem jaundzimušajiem – 0,1–0,2 g. Relatīvi daudz dzelzs ir mioglobīnā: vīriešiem 0,1 g un sievietēm 0,05–0,07 g. Cilvēka organismā ir vairāk nekā 70 olbaltumvielu un enzīmu, tostarp dzelzs (piemēram, transferīns, laktoferīns), kopējais dzelzs daudzums tajos ir 0,05–0,07 g. Dzelzs, ko transportē transporta proteīns transferīns, veido aptuveni 1% (dzelzs transporta fonds). Dzelzs rezerves (depo, rezerves fonds), kas veido aptuveni 1/3 no visa dzelzs cilvēka organismā, ir ārkārtīgi svarīgas medicīnas praksē. Depo funkciju veic šādi orgāni:

• aknas;
• liesa;
• kaulu smadzenes;
• smadzenes.

Dzelzs depo atrodas feritīna veidā. Dzelzs daudzumu depo var raksturot, nosakot SF koncentrāciju. Mūsdienās SF ir vienīgais starptautiski atzītais dzelzs rezervju marķieris. Dzelzs metabolisma gala produkts ir hemosiderīns, kas nogulsnējas audos.

Dzelzs ir vissvarīgākais mitohondriju elpošanas ķēdes, citrāta cikla, DNS sintēzes enzīmu kofaktors, tam ir svarīga loma skābekļa saistīšanā un transportēšanā ar hemoglobīnu un mioglobīnu; dzelzi saturoši proteīni ir nepieciešami kolagēna, kateholamīnu, tirozīna metabolismam. Pateicoties dzelzs katalītiskajai iedarbībai reakcijā Fe2 ^* <-->Fe3 ^, brīvais nehelatētais dzelzs veido hidroksilradikāļus, kas var izraisīt šūnu membrānu bojājumus un šūnu nāvi. Evolūcijas procesā aizsardzība pret brīvā dzelzs kaitīgo iedarbību tika atrisināta, veidojot specializētas molekulas dzelzs absorbcijai no pārtikas, tā absorbcijai, transportēšanai un nogulsnēšanai netoksiskā šķīstošā formā. Dzelzs transportēšanu un nogulsnēšanos veic speciāli proteīni: transferīns, transferīna receptors, feritīns. Šo proteīnu sintēzi regulē īpašs mehānisms, un tā ir atkarīga no organisma vajadzībām.

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

Dzelzs metabolisms veselam cilvēkam ir noslēgts ciklā.

Katru dienu cilvēks zaudē aptuveni 1 mg dzelzs ar bioloģiskajiem šķidrumiem un kuņģa-zarnu trakta lobīto epitēliju. Tieši tāds pats daudzums kuņģa-zarnu traktā var uzsūkties no pārtikas. Jāsaprot, ka dzelzs organismā nonāk tikai ar pārtiku. Tādējādi katru dienu tiek zaudēts 1 mg dzelzs un absorbēts 1 mg. Veco eritrocītu sabrukšanas procesā atbrīvojas dzelzs, ko izmanto makrofāgi un atkārtoti izmanto hēma veidošanā. Organismam ir īpašs dzelzs uzsūkšanās mehānisms, bet tas tiek izvadīts pasīvi, tas ir, nav fizioloģiska mehānisma dzelzs izvadīšanai. Tāpēc, ja dzelzs uzsūkšanās no pārtikas neapmierina organisma vajadzības, dzelzs deficīts rodas neatkarīgi no cēloņa.

Dzelzs sadalījums organismā

1. 70% no kopējā dzelzs daudzuma organismā ir daļa no hemoproteīniem; tie ir savienojumi, kuros dzelzs ir saistīts ar porfirīnu. Šīs grupas galvenais pārstāvis ir hemoglobīns (58% dzelzs); turklāt šajā grupā ietilpst mioglobīns (8% dzelzs), citohromi, peroksidāzes, katalāzes (4% dzelzs).
2. Nehēmisku enzīmu grupa - ksantīna oksidāze, NADH dehidrogenāze, akonitāze; šie dzelzi saturošie enzīmi galvenokārt lokalizējas mitohondrijos, tiem ir svarīga loma oksidatīvās fosforilēšanās procesā, elektronu transportā. Tie satur ļoti maz metāla un neietekmē kopējo dzelzs līdzsvaru; tomēr to sintēze ir atkarīga no dzelzs piegādes audiem.
3. Dzelzs transporta forma ir transferīns jeb laktoferīns, kas ir mazmolekulārs dzelzs nesējs. Galvenais plazmas transporta feroproteīns ir transferīns. Šim beta-globulīna frakcijas proteīnam ar molekulmasu 86 000 ir 2 aktīvās vietas, no kurām katra var piesaistīt vienu Fe3 ⁺ atomu. Plazmā ir vairāk dzelzs saistīšanās vietu nekā dzelzs atomu, un tādējādi tajā nav brīva dzelzs. Transferīns var saistīties arī ar citiem metālu joniem - varu, mangānu, hromu, bet ar atšķirīgu selektivitāti, un dzelzs saistās primāri un stingrāk. Galvenā transferīna sintēzes vieta ir aknu šūnas. Palielinoties nogulsnētā dzelzs līmenim hepatocītos, transferīna sintēze ievērojami samazinās. Transferīns, kas pārnēsā dzelzi, ir avids normocītiem un retikulocītiem, un metālu absorbcijas apjoms ir atkarīgs no brīvo receptoru klātbūtnes uz eritroīdo prekursoru virsmas. Retikulocītu membrānai ir ievērojami mazāk transferīna saistīšanās vietu nekā pronormocītiem, kas nozīmē, ka dzelzs uzņemšana samazinās, eritroīdām šūnām novecojot. Mazmolekulārie dzelzs nesēji nodrošina intracelulāru dzelzs transportu.
4. Nogulsnētais, rezerves vai liekā dzelzs var būt divās formās - feritīns un hemosiderīns. Rezerves dzelzs savienojumu veido proteīns apoferitīns, kura molekulas ieskauj lielu skaitu dzelzs atomu. Feritīns ir brūns savienojums, šķīst ūdenī, satur 20% dzelzs. Pārmērīgas dzelzs uzkrāšanās gadījumā organismā feritīna sintēze strauji palielinās. Feritīna molekulas ir gandrīz visās šūnās, bet īpaši daudz to ir aknās, liesā, kaulu smadzenēs. Hemosiderīns audos ir sastopams kā brūns, granulēts, ūdenī nešķīstošs pigments. Dzelzs saturs hemosiderīnā ir augstāks nekā feritīnā - 40%. Hemosiderīna kaitīgā ietekme uz audiem ir saistīta ar lizosomu bojājumiem, brīvo radikāļu uzkrāšanos, kas noved pie šūnu nāves. Veselam cilvēkam 70% no rezerves dzelzs ir feritīna veidā, bet 30% - hemosiderīna veidā. Hemosiderīna izmantošanas ātrums ir ievērojami zemāks nekā feritīnam. Dzelzs rezerves audos var novērtēt, pamatojoties uz histoķīmiskiem pētījumiem, izmantojot daļēji kvantitatīvu novērtēšanas metodi. Tiek skaitīts sideroblastu skaits - kodola eritroidās šūnas, kas satur dažādu daudzumu nehēma dzelzs granulu. Dzelzs sadalījuma īpatnība mazu bērnu organismā ir tāda, ka viņiem ir lielāks dzelzs saturs eritroidās šūnās un mazāk dzelzs muskuļu audos.

Dzelzs līdzsvara regulēšana balstās uz gandrīz pilnīgas endogēnā dzelzs atkārtotas izmantošanas un nepieciešamā līmeņa uzturēšanas principiem, pateicoties absorbcijai kuņģa-zarnu traktā. Dzelzs izdalīšanās pusperiods ir 4–6 gadi.

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

Dzelzs absorbcija

Absorbcija galvenokārt notiek divpadsmitpirkstu zarnā un tukšās zarnas sākuma daļā. Dzelzs deficīta gadījumā organismā absorbcijas zona stiepjas distālā virzienā. Dienas uzturā parasti ir aptuveni 10–20 mg dzelzs, bet kuņģa-zarnu traktā tiek absorbēti tikai 1–2 mg. Hēma dzelzs absorbcija ievērojami pārsniedz neorganiskā dzelzs uzņemšanu. Nav skaidra viedokļa par dzelzs valences ietekmi uz tā uzsūkšanos kuņģa-zarnu traktā. V. I. Ņikuļičeva (1993) uzskata, ka Fe2 ⁺ praktiski netiek absorbēts ne normālā, ne pārmērīgā koncentrācijā. Pēc citu autoru domām, dzelzs absorbcija nav atkarīga no tā valences. Ir konstatēts, ka izšķirošais faktors nav dzelzs valence, bet gan tā šķīdība divpadsmitpirkstu zarnā sārmainā reakcijā. Dzelzs absorbcijā piedalās kuņģa sula un sālsskābe, nodrošina oksīda formas (Fe3H2) atjaunošanos ^oksīda formā (Fe2 ⁺ ), jonizāciju un absorbcijai pieejamo komponentu veidošanos, taču tas attiecas tikai uz nehēma dzelzi un nav galvenais absorbcijas regulēšanas mehānisms.

Hēma dzelzs uzsūkšanās process nav atkarīgs no kuņģa sekrēcijas. Hēma dzelzs tiek absorbēts porfirīna struktūras veidā, un tikai zarnu gļotādā tas atdalās no hēma un veido jonizētu dzelzi. Dzelzs labāk uzsūcas no gaļas produktiem (9–22%), kas satur hēma dzelzi, un daudz sliktāk no augu valsts produktiem (0,4–5%), kas satur nehēma dzelzi. Dzelzs no gaļas produktiem uzsūcas dažādos veidos: dzelzs no aknām uzsūcas sliktāk nekā no gaļas, jo dzelzs aknās atrodas hemosiderīna un feritīna veidā. Dārzeņu vārīšana lielā ūdens daudzumā var samazināt dzelzs saturu par 20 %.

Dzelzs uzsūkšanās no mātes piena ir unikāla, lai gan tā saturs ir zems - 1,5 mg/l. Turklāt mātes piens palielina dzelzs uzsūkšanos no citiem produktiem, kas tiek patērēti vienlaikus ar to.

Gremošanas laikā dzelzs nonāk enterocītā, no kurienes tas pa koncentrācijas gradientu nonāk asins plazmā. Ja organismā ir dzelzs deficīts, tā pārnešana no kuņģa-zarnu trakta lūmena uz plazmu paātrinās. Ja organismā ir dzelzs pārpalikums, lielākā daļa dzelzs tiek saglabāta zarnu gļotādas šūnās. Enterocīts, kas ir piesātināts ar dzelzi, pārvietojas no bārkstiņas pamatnes uz augšpusi un tiek zaudēts kopā ar lobīto epitēliju, kas neļauj liekajam metālam iekļūt organismā.

Dzelzs uzsūkšanās procesu kuņģa-zarnu traktā ietekmē dažādi faktori. Oksalātu, fitātu, fosfātu un tanīna klātbūtne mājputnu gaļā samazina dzelzs uzsūkšanos, jo šīs vielas veido kompleksus ar dzelzi un izvada to no organisma. Turpretī askorbīnskābe, dzintarskābe un piruvīnskābe, fruktoze, sorbīts un alkohols veicina dzelzs uzsūkšanos.

Plazmā dzelzs saistās ar savu nesēju – transferīnu. Šis proteīns transportē dzelzi galvenokārt uz kaulu smadzenēm, kur dzelzs iekļūst eritrocītos, un transferīns atgriežas plazmā. Dzelzs nonāk mitohondrijos, kur notiek hēma sintēze.

Tālāko dzelzs ceļu no kaulu smadzenēm var raksturot šādi: fizioloģiskās hemolīzes laikā no eritrocītiem dienā izdalās 15–20 mg dzelzs, ko izmanto fagocītiskie makrofāgi; pēc tam galvenā tā daļa atkal nonāk hemoglobīna sintēzē un tikai neliels daudzums paliek rezerves dzelzs veidā makrofāgos.

30% no kopējā dzelzs satura organismā netiek izmantoti eritropoēzei, bet gan tiek nogulsnēti depo. Dzelzs feritīna un hemosiderīna veidā tiek uzkrāts parenhimatozās šūnās, galvenokārt aknās un liesā. Atšķirībā no makrofāgiem, parenhimatozās šūnas dzelzi patērē ļoti lēni. Dzelzs uzņemšana parenhimatozajās šūnās palielinās līdz ar ievērojamu dzelzs pārpalikumu organismā, hemolītisko anēmiju, aplastisko anēmiju, nieru mazspēju un samazinās līdz ar smagu metālu deficītu. Dzelzs izdalīšanās no šīm šūnām palielinās asiņošanas laikā un samazinās asins pārliešanas laikā.

Kopējais dzelzs metabolisma priekšstats organismā būs nepilnīgs, ja neņemsim vērā audu dzelzi. Dzelzs daudzums, kas ir daļa no feroenzīmiem, ir neliels - tikai 125 mg, taču audu elpošanas enzīmu nozīmi ir grūti pārvērtēt: bez tiem jebkuras šūnas dzīvība nebūtu iespējama. Dzelzs rezerves šūnās ļauj izvairīties no tiešas dzelzi saturošu enzīmu sintēzes atkarības no tā uzņemšanas un patēriņa svārstībām organismā.

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

Fizioloģiskie zudumi un dzelzs metabolisma iezīmes

Fizioloģiskie dzelzs zudumi no pieauguša cilvēka organisma ir aptuveni 1 mg dienā. Dzelzs tiek zaudēts ar ādas epitēlija lobīšanos, epidermas piedēkļiem, sviedriem, urīnu, fekālijām un zarnu epitēlija lobīšanos. Sievietēm dzelzs tiek zaudēts arī ar asinīm menstruāciju, grūtniecības, dzemdību un laktācijas laikā, kas ir aptuveni 800–1000 mg. Dzelzs metabolisms organismā ir parādīts 3. diagrammā. Interesanti atzīmēt, ka dzelzs saturs serumā un transferīna piesātinājums mainās dienas laikā. Augsta dzelzs koncentrācija serumā novērojama no rīta, bet zema – vakarā. Miega trūkums cilvēkiem noved pie pakāpeniskas dzelzs satura samazināšanās serumā.

Dzelzs metabolismu organismā ietekmē mikroelementi: varš, kobalts, mangāns, niķelis. Varš ir nepieciešams dzelzs absorbcijai un transportēšanai; tā iedarbība tiek realizēta ar citohroma oksidāzes, ceruloplazmīna, starpniecību. Mangāna ietekme uz hematopoēzes procesu ir nespecifiska un saistīta ar tā augsto oksidēšanas spēju.

Lai saprastu, kāpēc dzelzs deficīts visbiežāk rodas maziem bērniem, pusaudžu meitenēm un sievietēm reproduktīvā vecumā, aplūkosim dzelzs metabolisma īpatnības šajās grupās.

Dzelzs uzkrāšanās auglim notiek visas grūtniecības laikā, bet visintensīvāk (40%) pēdējā trimestrī. Tāpēc priekšlaicīgas dzemdības 1-2 mēnešu vecumā noved pie dzelzs piegādes samazināšanās 1,5-2 reizes salīdzinājumā ar pilnlaika bērniem. Ir zināms, ka auglim ir pozitīvs dzelzs līdzsvars, kas darbojas pretēji koncentrācijas gradientam par labu auglim. Placenta intensīvāk uztver dzelzi nekā grūtnieces kaulu smadzenes un tai piemīt spēja absorbēt dzelzi no mātes hemoglobīna.

Pastāv pretrunīgi dati par mātes dzelzs deficīta ietekmi uz augļa dzelzs krājumiem. Daži autori uzskata, ka sideropēnija grūtniecības laikā neietekmē augļa dzelzs krājumus; citi uzskata, ka pastāv tieša saistība. Var pieņemt, ka dzelzs satura samazināšanās mātes organismā noved pie dzelzs krājumu deficīta jaundzimušajam. Tomēr dzelzs deficīta anēmijas attīstība iedzimta dzelzs deficīta dēļ ir maz ticama, jo dzelzs deficīta anēmijas sastopamība, hemoglobīna līmenis un dzelzs līmenis serumā pirmajā dienā pēc dzimšanas un turpmākajos 3-6 mēnešos neatšķiras bērniem, kas dzimuši veselām mātēm un mātēm ar dzelzs deficīta anēmiju. Dzelzs saturs pilnlaika un priekšlaicīgi dzimuša jaundzimušā organismā ir 75 mg/kg.

Bērniem, atšķirībā no pieaugušajiem, ar uzturu uzņemtajam dzelzs ne tikai jāpapildina šī mikroelementa fizioloģiskie zudumi, bet arī jāapmierina augšanas vajadzības, kas vidēji ir 0,5 mg/kg dienā.

Tādējādi galvenie priekšnoteikumi dzelzs deficīta attīstībai priekšlaicīgi dzimušiem zīdaiņiem, bērniem no daudzaugļu grūtniecībām un bērniem līdz 3 gadu vecumam ir:

• strauja rezervju izsīkšana nepietiekamas eksogēna dzelzs uzņemšanas dēļ;
• paaugstināta nepieciešamība pēc dzelzs.

Dzelzs metabolisms pusaudžiem

Pusaudžu, īpaši meiteņu, dzelzs metabolisma īpatnība ir izteikta neatbilstība starp paaugstinātu nepieciešamību pēc šī mikroelementa un tā zemo uzņemšanu organismā. Šīs neatbilstības iemesli ir: strauja augšana, nepietiekams uzturs, sporta aktivitātes, stipras menstruācijas un sākotnējs zems dzelzs līmenis.

Sievietēm reproduktīvā vecumā galvenie faktori, kas izraisa dzelzs deficīta attīstību organismā, ir stipras un ilgstošas menstruācijas, daudzaugļu grūtniecība. Sievietēm, kuras menstruāciju laikā zaudē 30–40 ml asiņu, ikdienas dzelzs nepieciešamība ir 1,5–1,7 mg/dienā. Ar lielāku asins zudumu dzelzs nepieciešamība palielinās līdz 2,5–3 mg/dienā. Faktiski caur kuņģa-zarnu traktu var iekļūt tikai 1,8–2 mg/dienā, tas ir, 0,5–1 mg dzelzs/dienā nevar tikt papildināts. Tādējādi mikroelementu deficīts būs 15–20 mg mēnesī, 180–240 mg gadā, 1,8–2,4 g 10 gadu laikā, tas ir, šis deficīts pārsniedz rezerves dzelzs saturu organismā. Turklāt dzelzs deficīta attīstībai sievietei svarīgs ir grūtniecību skaits, intervāls starp tām un laktācijas ilgums.