Взаимодействие железа и кальция. Биодоступность железа и влияние ионов кальция на ее эффективность Безопасность и токсикология
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
| Таблица 30. Содержащиеся в пище соединения, тормозящие (-) или ускоряющие (+) всасывание негемного железа | ||
| Продукты | Степень | Активное вещество |
| влияния | ||
| Тормозящие Цельные зернопродукты | ||
| и кукуруза | - | Фитат |
| Чай, зеленые листовые овощи | - | Полифенолы |
| Молоко, сыр | - | Кальций плюс фосфат |
| Шпинат | - | Полифенолы, |
| оксалиновая кислота | ||
| Яйцо | - | Фосфопротеин, |
| альбумин | ||
| Зернопродукты | - | Пищевые волокна |
| Ускоряющие Печень/мясо/рыба | +++ | “Мясной фактор” |
| Апельсины, груши, яблоки | +++ | Витамин С |
| Сливы, бананы | ++ | Витамин С |
| Цветная капуста Салат, помидоры, зеленый | ++ | Витамин С |
| перец, огурцы Морковь, картофель, свекла, | + | Витамин С |
| тыква, брокколи, помидоры, | Лимонная, яблочная, | |
| капуста | ++/+ | винная кислоты |
| Кефир, квашеная капуста | ++ | Кислоты |
| Источник: адаптировано из British Nutrition Foundation (9). |
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.
Эритроциты -2300 мг
Функциональные ткани - 500 мг
Запасы - 1000 мг
Экскреция (потери) - 1 мг
Всасывание - 1 мг
Функции железа в организме:
- Транспорт и хранение кислорода
- Окислительный метаболизм (окислительное фосчфорилированиен, цикл Кребса, цитохром Р450)
- Рост и пролиферация клеток
- Нейрорецепторная функция
Токсичность железа в организме
- Образование свободных радикалов, в частности ОН (часть окислительного стресса)
- Усиление вирулентности патогенов (усиление восприимчивости к инфекциям).
- Железо может привести к повреждению тканей
- Катализирует превращение перекиси водорода в свободно-радикальные ионы, которые могут атаковать:
- клеточные мембраны
- Белки
С избытком железа связаны гемахроматоз, возможно, рак, поражение сердца и других органов.
- 35 - 45 мг / кг массы тела у мужчин
- Всего около 4 г
- гемоглобин эритроцитов - 50%
- -миоглобин мышечной ткани - 7%
- -Запасы в ферритине - 30%
- Костный мозг (7%)
- Клетки ретикуло-эндотелиальной системы (7%)
- Печень (25%)
- -Другие гемсодержащие белки - 5%
- Цитохромы, миоглобин, другие
- -В сыворотке - 0,1%
Эритроциты - железо в составе гемоглобина, с плазмой не обменивается.
Связанное с трансферрином, который осуществляет транспорт железа от органов поставщиков железа (кишечник, печень, костный мозг, макрофаги) через плазму в клетки. В клетки железо переносится с помощью рецептора для трансферрина.
Железо в организме, регуляция. Ферропортин (рис.2).
Ферропортин - трансмембранный транспортер железа из тканей доноров железа.
Ферропортин экспортирует железо в плазму из двенадцатиперстной кишки (контроль поглощения), из макрофагов и гепатоцитов (контроль освобождения железа - продукта катаболизма эритроцитов и запаса железа в ферритине); в плазме железо связывается с трансферрином.
Ферропортин регулирует концентрацию железа в плазме таким образом, что насыщенность железом трансферрина составляет ~ 35% (среднее утреннее значение).
Железо в организме, регуляция. Гепсидин (рис.2)
Гепсидин - пептид из 25 аминокислот, синтезируется преимущественно в печени, в гепатоцитах. Гепсидин - ключевой регулятор гомеостаза железа.
Гепсидин - ингибирует, тормозит освобождения железа из макрофагов (железо из старых эритроци тов и из ферритина),гепатоцитов (железо ферритина) и из энтероцитов двенадцатиперстной (всасывание) (рис.3). 
Механизм блокирующего действия гепсидина: связывается на поверхности клеточной мембраны с ферропортином, связывание активирует поглощение комплекса гепсидин-ферропортин и расщепление ферропортина в составе лизосомы, ггепсидин возвращается в плазму (рис.3). В отсутствие ферропортина выход железа из энтероцитов, гепатоцитов и макрофагов блокирован. Таким образом, гепсидин, регулируя трансмембранный транспорт железа, снижает уровень всасывания железа в кишечнике, снижает уровень освобождаемого железа из гепатоцитов и макрофагов, определяет низкий уровень железа в плазме: в тканях железа много, в плазме - дефицит (рис.3). Говорят о функциональном дефиците железа.
Синтез гепсидина индуцирует интерлейкин воспаления - ИЛ-6. Синтез гепсидина подавлен при дефиците железа, анемии, гипоксии, неэффективном гемопоэзе.
Как клетки поглощают железо из плазмы? Железо в организме, регуляция.
Связанное с трансферрином железо с током крови поступает ко всем клеткам организма. Клетки организма имеют на поверхности мембраны специфический рецептор - рецептор трансферрина. Трансферрин связывается со специфическим рецепторам и транспортирует железо в клетку; рецептор и трансферрин (апотрансферрин) возвращаются к клеточной мембране, рецептор встраивается в мембрану, а апотрансферрин освобождается в плазму и используется повторно.
Скорость поглощения железа на клеточном уровне регулируется. Количество рецепторов трансферрина на поверхности клеток определяется потребностью отдельной клетки в железе. Самая высокая плотность рецепторов на поверхности созревающих эритроцитов. Зрелые эритроциты не имеют рецептора к трансферрину.
Препятствует ли кальций всасыванию железа?
Leif Hallberg
Institute of Internal Medicine , Department of Clinical Nutrition,
University of Göteborg, Annedalsklinikerna, Sahlgrenska University
Hospital, Göteborg, Sweden.
Am J Clin Nutr 1998;68:3–4.
Ряд исследований на животных прямо указывают на то, что кальций препятствует всасыванию железа пищи; и что увеличение количества кальция в пище может привести даже к дефициту железа (1, 2). Данные эпидемиологов также указывают на негативное влияние кальция на усвояемость железа. Крупное исследование во Франции (n= 1108) показало, что концентрация сывороточного ферритина и гемоглобина отрицательно коррелировала с поступлением кальция, причем существенно (3). Подобные выводы были сделаны и по результатам исследования на французских студентах (n=4При длительном исследовании было установлено, что у девушек усиленное поступление кальция коррелирует с низкой концентрацией сывороточного ферритина (5). Однако, при использовании тех же методов были получены и обратные данные. Более того, одна и та же группа исследователей могла публиковать противоречивые результаты. Например, одна группа ученых показала ингибирующий эффект кальция на всасывание железа в одних экспериментах (6, 7) и отсутствие эффекта в других (8). Таким образом, мы сообщили о получении противоречивых результатах в двух исследованиях (2, 9). Так, в выпуске The American Journal of Clinical Nutrition (10), были представлены два исследования по влиянию кальция на всасывание железа, содержавшие противоречивые результаты. Возникает вопрос: «Существует ли специфическое влияние кальция на всасывание железа или это ошибки экспериментов?».
Большинство факторов, определяющих усвояемость железа, изменяют его биодоступность в просвете кишечника. Эффект кальция, при этом неоднозначен. Показано ингибирование кальцием всасывания железа как в гемовой, так и в негемовой формах (2, 11). Всасывание гемового и негемового железа опосредовано разными рецепторами в слизистой оболочке кишечника, следовательно, ингибирование кальцием всасывания железа происходит внутри клетки кишечника на этапах транспорта, общих для обеих форм железа. Эти различия между действием кальция и других факторов, влияющих на усвоение железа, сами по себе не вызывают методологических проблем.
Количественное соотношение между поступлением кальция и степенью ингибирования всасывания железа (2) зависит от прочих факторов, влияющих на всасывание железа. Снижения усвояемости железа не наблюдается, если пища содержит менее 40 мг кальция. Также не наблюдается дальнейшего увеличения степени ингибирования при достижении дозы кальция в 300мг. Эта обратная S-образная зависимость между количеством кальция в пище и степенью ингибирования всасывания железа хорошо описывается моделью одностороннего конкурентного связывания. На практике это означает, что добавление 200 мг кальция к пище, содержащей, скажем, 100 мг кальция, приведет к снижению абсорбции железа на 40%; в то время как добавление 200 мг к пище, уже содержащей 300 мг, не вызовет эффекта. Эта особенность была проиллюстрирована в двух работах. В предыдущем исследовании мы обнаружили, что употребление 250 мл молока с гамбургером (уже содержащем 220 мг кальция) не приводит к существенному снижению уровня абсорбции железа (9). Но тогда эта количественная зависимость еще не была известна. В другом исследовании не было выявлено эффекта при употреблении 150 мл молока или 125г йогурта с «типичной французской пищей», уже содержащей 320 мг кальция (12). Данные два исследования отличаются от остальных (в том числе и от этого (10)), в которых эффект кальция на всасывание железа был изучен с помощью измерений направленных на определение абсорбции железа(2, 6, 7, 13-15).
Тем не менее, есть одно исключение (8). В этом исследовании измерялась усвояемость железа во время двух основных приемов пищи в течение 2, 5-дневных периодов у 14-ти человек, не испытывавших дефицита железа, добровольцы уменьшали или увеличивали содержание кальция в пище в течение 2 данных периодов. При сравнении уровня абсорбции железа не было выявлено статистически достоверных различий. Но если бы сравнивались средние значения для всех реципиентов, а не индивидуально для каждого, то, возможно, различия бы были выявлены.
В двух исследованиях эффект кальциевых добавок на усвояемость железа планировалось оценить по сокращению запасов железа, определяемому по уменьшению концентрации сывороточного ферритина. В первом рандомизированном исследовании (16) с участием 57 здоровых женщин уменьшение концентрации ферритина наблюдалось при употреблении 500 мг кальция с каждым из двух приемов пищи в сутки. После 12 недель лечения концентрация ферритина уменьшилась по сравнению с исходной (34,9 мкг/л) на 2,2 мкг/л, а у контрольной группы увеличилась на 2,6 мкг/л. Различия были не значимы. Подобный метод был использован и во втором исследовании, опубликованном в этом же выпуске Am J Clin Nutr (10). Кальциевые добавки по 400 мг употреблялись при каждом приеме пищи три раза в день в течение 6-ти месяцев у 11-ти взрослых пациентов (7женщин, 4 мужчины), которые не испытывали дефицит железа. Суточное поступление кальция среди пациентов тест-группы оценивалось в мг (метод не указан). В течении эксперимента концентрация сывороточного ферритина существенно не отклонялась от начального значения (46+ 7 мкг/л).
Правомерность используемого параметра для непрямого метода оценки усвояемости железа не была доказана для взрослых пациентов с достаточным содержанием железа в организме. В некоторых работах было показано, что запас железа у здоровых взрослых людей постоянен и существенно не меняется (17). Эта же картина наблюдалась при долговременном приеме добавок железа лицами, не испытывающими его дефицит. Последние исследования показали линейную зависимость между логарифмом величины усвояемости железа и его запасом (рассчитано по концентрации ферритина) (17). Параллельные регрессионные прямые также были получены для диет с разной биологической доступностью. Данные, полученные с помощью регрессионного анализа, позволили рассчитать зависимость между поступлением/потерями железа и темпами изменения его запасов в организме. Стало ясно, что формирование устойчивых запасов железа у взрослых происходит в течение 2-3 лет. Следовательно, при умеренном изменении темпов поступления/потерь железа в организм, изменения в запасах железа произойдут спустя много времени (через годы). Таким образом, не следует ожидать значительных изменений в концентрации сывороточного ферритина при дополнительном потреблении кальция с пищей у взрослых людей с нормальным запасом железа в течение принятого интервала времени.
В общем и целом, ингибирующее влияние кальция на усвояемость железа подтверждается исследованиями, основанными на непосредственном измерении всасываемости железа. Противоречащие этому данные могут быть объяснены. Например, отсутствие эффекта при оценке его по концентрации сывороточного ферритина объясняется тем, что для достижения существенных изменений в концентрации ферритина требуется проведение более длительного эксперимента с более контрастными условиями. Обобщая все результаты, можно уверенно сказать, что кальций в тех количествах, в которых он присутствует в пище, ингибирует всасывание железа как в гемовой, так и в негемовой формах. Практическим выводом из этого может служить следующая рекомендация: лица с повышенной потребностью в железе (подростки, женщины во время беременности и менструаций) должны сократить потребление кальция с блюдами, содержащими много железа. Пищевые добавки с кальцием, при необходимости их использования, желательно принимать перед сном.
Список литературы:
Barton JC, Conrad ME, Parmley RT. Calcium inhibition of inor-ganic iron absorption in rats. Gastroenterology 1983;84:90–101. Hallberg L, Brune M, Erlandsson M, Sandberg AS, Rossander-Hul-ten L. Calcium: effect of different amounts on nonheme - and heme-iron absorption in humans. Am J Clin Nutr 1991;53:112–9. Preziosi P, Hercberg S, Galan P, Devanlay M, Cherouvrier FHD. Iron status of a healthy French population: factors determining bio-chemical markers. Ann Nutr Metab 1994;38:192–202. Galan P, Hercberg S, Soustre Y, Dop MC, Dupin H. Factors affect-ing iron stores in French female students. Hum Nutr Clin Nutr 1985;39C:279–87. Kenney MA. Factors related to iron nutrition of adolescent females. Nutr Res 1985;5:157–66. Monsen ER, Cook JD. Food iron absorption in human subjects. IV. The effects of calcium and phosphorus salts on the absorption of nonheme iron. Am J Clin Nutr 1976;29:1142–8. Cook JD, Dassenko SA, Whittaker P. Calcium supplementation: effect on iron absorption. Am J Clin Nutr 1991;53:106–11. Reddy MB, Cook JD. Effect of calcium intake on nonheme-iron absorption from a complete diet. Am J Clin Nutr 1997;65:1820–5. Hallberg L, Rossander L. Effect of different drinks on the absorp-tion of non-heme iron from composite meals. Hum Nutr Appl Nutr 1982;36A:116–23. Minihane AM, Fairweather-Tait SJ. Effect of calcium supplementa-tion on daily nonheme-iron absorption and long-term iron status. Am J Clin Nutr 1998;68:96–102. Hallberg L, Rossander-Hulthén L, Brune M, Gleerup A. Inhibition of haem-iron absorption in man by calcium. Br J Nutr 1992;69:533–40. Galan P, Cherouvrier F, Preziosi P, Hercberg S. Effect of the increasing consumption of dairy products upon iron absorption. Eur J Clin Nutr 1991;45:553–9. Dawson-Hughes B, Seligson FH, Hughes VA. Effects of calcium carbonate and hydroxyapatite on zinc and iron retention in post-menopausal women. Am J Clin Nutr 1986;44:83–8. Hallberg L, Rossander-Hulthén L, Brune M, Gleerup A. Calcium and iron absorption: mechanism of action and nutritional impor-tance. Eur J Clin Nutr 1992;46:317–27. Gleerup A, Rossander-Hulthen L, Gramatkowski E, Hallberg L. Iron absorption from the whole diet: comparison of the effect of two dif-ferent distributions of daily calcium intake. Am J Clin Nutr 1995;61:97–104. Sokoll LJ, Dawson-Hughes B. Calcium supplementation and plasma ferritin concentrations in premenopausal women. Am J Clin Nutr 1992;56:1045–8. Hallberg L, Hulten L, Gramatkovski E. Iron absorption from the whole diet in men: how effective is the regulation of iron absorp-tion? Am J Clin Nutr 1997;66:347–56. Sayers MH, English G, Finch CA. Capacity of the store-regulator in maintaining iron balance. Am J Hematol 1994;47:194–7.
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.
| Продукты и вещества, ТОРМОЗЯЩИЕ всасывание железа |
Продукты и вещества, УСКОРЯЮЩИЕ всасывание железа |
||||
| Продукты | Степень влияния | Активное вещество | Продукты | Степень влияния | Активное вещество |
| цельные зернопродукты, кукуруза | --- | фитат | печень/мясо/рыба | +++ | "мясной фактор" |
| чай, зеленые листовые овощи | --- | полифенолы | апельсин, груши, яблоки | +++ | витамин С |
| молоко, сыр | -- | кальций плюс фосфат | сливы, бананы | ++ | витамин С |
| шпинат | - | полифенолы, оксалиновая кислота | цветная капуста | ++ | витамин С |
| яйцо | - | фосфопротеин, альбумин | помидоры, зеленый перец, огурцы | + | витамин С |
| морковь, картофель, свекла, тыква, брокколи, помидоры, капуста | ++ | лимонная, яблочная, винная кислоты | |||
| кефир, квашеная капуста | ++ | кислоты | |||
Источник:
British Nutrition Foundation. Iron: nutritional and physiological significance. Report of the British Nutrition Foundation Task Force. London, Chapman & Hall.
Витами С стимулирует всасывание железа
Витамин С является сильнейшим активатором всасывания железа. Это связано со способностью аскорбиновой кислоты повышать его растворимость и образовывать растворимые соединения.Как снизить блокирующее действие фитатов на всасывание железа
Фитаты – это форма хранения фосфатов и минералов, присутствующие в злаках, овощах, семенах, орехах. Они являются одним из самых сильных веществ, которые блокируют всасывание железа и даже небольшое количество может сделать недоступным все железо, съеденное в данный прием пищи.К счастью, есть ряд простых методов, которые снижают уровень фитатов:
- ферментация,
- проращивание,
- помол,
- вымачивание,
- обжаривание.
Вымачивание и проращивание способствует разрушению фитата в зерновых и бобовых.
Полифенолы блокируют 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. Эти соединения содержатся в- кофе,
- какао,
- во многих овощах, нескольких травах, специях.
Такое сильное воздействие позволяет даже использовать чай в виде лекарства для лечения перегрузки по железу.
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
Железо относится к таким жизненно важным элементам питания, которые организм умеет накапливать.Это очень важно помнить и если в какие-то периоды Вы потребляете много железа (хороший урожай яблок, яблочные разгрузочные дни и т.п.), то потом нужно на какой-то период потребление железа снижать.
Наш организм природа создала очень умным, он способен регулировать всасывание при большом количестве запасов. Крайне опасно считать какой-то минерал, витамин «полезным» и стараться есть его как можно больше. Все организму нужно ровно в том количестве, в каком нужно. Если уже НЕ нужно, а Вы продолжаете насыщать организм НЕ нужным уже элементом, то это неизбежно приводит к проблемам со здоровьем.
При избыточном потреблении железа повышается риск:
- инфекций,
- сердечно-сосудистых заболеваний,
- неинсулинзависимого диабета,
- рака.
Кроме того, высокий уровень потребления железа может мешать всасыванию меди и цинка, т.к. эти 3 минерала имеют один и тот же механизм всасывания.
Определить, сколько Вам нужно потреблять железа в сутки, можно в
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.
| Таблица 4. Лабораторные показатели нормального обмена железа | |
| Сывороточное железо | |
| Мужчины: | 0,5-1,7 мг/л (11,6-31,3 мкмоль/л) |
| Женщины: | 0,4-1,6 мг/л (9-30,4 мкмоль/л) |
| Дети: до 2 лет | 0,4-1,0 мг/л (7-18 мкмоль/л) |
| Дети: 7-16 лет | 0,5-1,2 мг/л (9-21,5 мкмоль/л) |
| Общая железосвязывающая способность (ОЖСС) | 2,6-5,0 г/л (46-90 мкмоль/л) |
| Трансферрин | |
| Дети (3 мес. - 10 лет) | 2,0-3,6 мг/л |
| Взрослые | 2-4 мг/л (23-45 мкмоль/л) |
| Пожилые (старше 60 лет) | 1,8-3,8 мг/л |
| Насыщение трансферрина железом (НТЖ) | 15-45% |
| Ферритин сыворотки крови | |
| Мужчины: | 15-200 мкг/л |
| Женщины: | 12-150 мкг/л |
| Дети: 2-5 месяцев | 50-200 мкг/л 0,5-1 |
| Дети: 6 лет | 7-140 мкг/л |
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]
- Беркоу Р. Руководство по медицине The Merck manual. - М.: Мир, 1997.
- Руководство по гематологии / Под ред. А.И. Воробьева. - М.: Медицина, 1985.
- Долгов В.В., Луговская С.А., Почтарь М.Е., Шевченко Н.Г. Лабораторная диагностика нарушений обмена железа: Учебное пособие. - М., 1996.
- Козинец Г.И., Макаров В.А. Исследование системы крови в клинической практике. - М.: Триада-Х, 1997.
- Козинец Г.И. Физиологические системы организма человека, основные показатели. - М., Триада-Х, 2000.
- Козинец Г.И., Хакимова Я.Х., Быкова И.А. и др. Цитологические особенности эритрона при анемиях. - Ташкент: Медицина, 1988.
- Маршалл В.Дж. Клиническая биохимия. - М.-СПб., 1999.
- Мосягина Е.Н., Владимирская Е.Б., Торубарова Н.А., Мызина Н.В. Кинетика форменных элементов крови. - М.: Медицина, 1976.
- Рябое С.И., Шостка Г.Д. Молекулярно-генетические аспекты эритропоэза. - М.: Медицина, 1973.
- Наследственные анемии и гемоглобинопатии / Под ред. Ю.Н. Токарева, С.Р. Холлан, Ф. Корраля-Альмонте. - М.: Медицина, 1983.
- Троицкая О.В., Юшкова Н.М., Волкова Н.В. Гемоглобинопатии. - М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1996.
- Шиффман Ф.Дж. Патофизиология крови. - М.-СПб., 2000.
- 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