Потребность в железе и его кинетика
В окружающей среде железо находится в форме окиси, гидроокиси или полимеров. Бактерии и растения продуцируют хелатирующие вещества, способные экстрагировать железо в большом количестве. У животных и человека хелатирующим фактором служит соляная кислота желудочного сока.
У взрослых мужчин ежедневная потребность в железе составляет около 1 мг, у женщин — 1,4 мг. В последнем триместре беременности и у детей потребность в железе повышается до 5 — 6 мг (табл. 87).
При нормальном сбалансированном питании в пище содержится 6 мг железа на 1000 ккал. Большое количество железа (>5 мг/100 г) находится в мясе, печени, яичных желтках, устрицах, пивных дрожжах, зародышах пшеницы, фасоли, сушеных фруктах. Меньше 1 мг железа/100г содержится в молоке и корнеплодах. Источником небольшого количества железа может быть стальная посуда.
Всасывание железа происходит в двенадцатиперстной кишке и верхних отделах тонкого кишечника (у мужчин — 1 мг/сут., у женщин — 1,4 мг/сут.). При дефиците железа в пище, истощении его депо, усилении эритропоэза всасывание железа возрастает до 3 — 4 мг/сут.
Ежедневная потребность в железе и его усвоение
| Субъект | Потребность в железе, мкг/кг | Усвоение железа, мкг/кг | Фактор безопасности (усвоенное железо/ потребность в железе) | |
| при дефиците в пище | при нормальном содержании в пище | |||
| Новорожденные | 0,5 — 1 | |||
| Дети | 2 — 4 | |||
| Подростки | 1,5 — 3 | |||
| Взрослые мужчины | 2 — 4 | |||
| Взрослые женщины | 1 — 2 | |||
| Беременные женщины | 0,22 — 0,45 |
Распределение железа в организме человека
| Фракции железа | Количество железа, мг/кг массы тела | |
| мужчины | женщины | |
| Гемоглобин (Fe2+) | ||
| Миоглобин (Fe2+) и железосодержащие ферменты (Fe2+, Fe3+) | ||
| Ферритин (Fe2+) |
Биодоступность Fe2+ в три раза выше, чем Fe0 и Fe3+. Неионизированное железо окисляется в Fe2+ под влиянием соляной кислоты желудочного сока, Fe3+ восстанавливается в Fe2+ при участии аскорбиновой кислоты. Всасывание Fe2+ стимулируют компоненты мясной пищи — гем, пептиды, аминокислоты, витамин В12, а также фруктоза. Биодоступность железа гема составляет 40 — 50 %, биодоступность железа растительной пищи — 3 — 5 %. При вегетарианском питании всасывание железа ухудшают фосфаты.
Сначала происходит активный захват водорастворимых комплексов Fe2+ щеточной каемкой энтероцитов (ее функцию поддерживает фолиевая кислота). В энтероцитах Fe2+ транспортируется по направлению к серозной поверхности либо простой диффузией по градиенту концентрации, либо в комплексе с белком-переносчиком. Этот белок переносит Fe2+ только один раз, для транспорта следующего иона необходима новая молекула белка. Переносчик синтезируется в течение 4 — 6 ч, поэтому препараты железа рационально назначать с интервалом в 6 ч.
Железо сразу же поступает в плазму крови или задерживается в энтероцитах в форме ферритина. В крови Fe2+ окисляется в Fe3+ и связывается с транспортным β-глобулином — апотрансферрином (молекулярная масса 76 кДа). Комплекс апотрансферрина с Fe3+ называется трансферрин (сидерофиллин).
Трансферрин взаимодействует с трансферриновыми рецепторами клеток, погружаетсяв цитоплазмуи в кислой среде эндосом отщепляетжелезо. Клетки регулируют экспрессию рецепторов трансферрина и содержание ферритина в зависимости от доставки железа в организм — при избытке железа синтез трансферриновых рецепторов снижается, а продукция ферритина возрастает. Трансферрин избирательно доставляет Fe3+ в костный мозг, ретикулоэндотелиальную систему, скелетные мышцы. Известен наследственный дефицит трансферрина — гипо- и атрансферринемия.
Общее количество железа в организме составляет 2 — 6 г (у мужчин — 50 мг/кг, у женщин — 37 мг/кг). Оно находится в гемоглобине (Fe2+), миоглобине (Fe2+), геминовых и негеминовых ферментах (Fe2+, Fe3+), депонировано в составе ферритина (Fe3+) (табл. 88). Молекула гема включает четыре атома Fe2+, в 1 мл эритроцитов содержится 1,1 мг (20 мМ) Fe2+. К геминовым ферментам относят цитохромы, каталазу, пероксидазу, к негеминовым — сукцинатдегидрогеназу, ацетил-КоА-дегидрогеназу, НАД•Н-дегидрогеназу.
Ферритин — комплекс Fe3+ и белка апоферритина (24 субъединицы), присутствует в виде отдельных молекул или образует агрегаты. Внутри апоферритина помещается полость для полинуклеарного фосфата гидроокиси железа. Молекулярная масса ферритина — 450 кДа, 30% приходится на железо. 1 молекула ферритина депонирует 4000 атомов Fe3+.
Агрегаты ферритина, видимые в световом микроскопе, получили название гемосидерин. Он накапливается в ретикулоэндотелиальной системе, гепатоцитах и скелетных мышцах при избытке железа в организме.
Ежедневно в плазму крови поступает 30 — 40 мг железа. Из этого количества 80 % сразу же возвращается в костный мозг для включения в гемоглобин новых эритроцитов, остальное железо депонируется в составе ферритина и переходит в эритроциты по мере необходимости. При нарушении созревания эритроцитов у больных макроцитарной и апластической анемией большая часть железа оказывается в ферритине.
Мужчины теряют 1 мг железа за сутки (при дефиците железа в пище — 0,5 мг/сут., при избытке — 1,5 — 2 мг/сут.). Две трети экскретируется кишечником, 1/3— почками. У женщин потери железа увеличиваются до 1,5 — 2 мг/сут. вследствие менструаций (при беременности — 3 — 4 мг/сут). На построение тканей плода расходуется около 600 мг железа, с грудным молоком выделяется 20 — 30 мг железа/мес.
По данным ВОЗ дефицит железа определяется примерно у каждого четвертого жителя планеты. В США железодефицитной анемией страдают 0,2 % мужчин, 2,6 % женщин детородного возраста и 1,9 % женщин в менопаузе. В России недостаток железа в организме диагностируется у 30 % детей до двух лет и женщин детородного возраста, у 60 % беременных женщин.
Причины анемии — кровопотеря вследствие хронических желудочных, кишечных, почечных, маточных кровотечений или постоянного донорства, нарушение всасывания железа при резекции желудка, кишечника и синдроме мальабсорбции. Реже к анемии у взрослых людей приводит недостаток железа в пище. Железодефицитная анемия возникает у недоношенных детей и при вскармливании новорожденных коровьим молоком.
Отрицательный баланс железа в организме сопровождается уменьшением содержания железа в эритроцитах и ферритине, снижением количества трансферрина, нарушением функций железозависимых ферментов, появлением протопорфирина в эритроцитах.