Железо, его концентрация в сыворотке крови. Биологическая роль. Определение железа в сыворотке крови.

Железо входит в состав белков

Железо в организме находится в составе:

· примерно 25% всего железа в запасной форме (в комплексе с белком ферритином) в селезенке, костном мозге, печени,

· в составе гемоглобина – около 2/3 всего количества,

· в миоглобине и других внутриклеточных гемопротеинах (каталаза, цитохромы и др.),

· только 0,1% железа находится в плазме крови.

Железосодержащие белки

К железосодержащим белкам относятся:

1. Гемопротеины – гемоглобин, миоглобин, различные цитохромы, цитохромоксидаза, гомогентизатоксидаза, пероксидазы (миелопероксидаза, тиреопероксидаза, глутатионпероксидаза), каталаза.

2. Железофлавопротеины – сукцинатдегидрогеназа, НАДФH-оксидаза (в фагоцитах), ацил-S-КоА-дегидрогеназа, ксантиноксидаза, пролил-гидроксилаза и др.

3. Железосвязывающие белки – трансферрин, ферритин, гемосидерин, мобилферрин, лактоферрин и др.

В миоглобине и гемоглобине железо в геме находится в виде Fe²⁺, в пероксидазах - в виде Fe³⁺.

 

Железо входит в группу эссенциальных (жизненно важных) микроэлементов.
Ранее из-за относительно высокого содержания его в организме (4,0-4,5 грамма в теле взрослого человека) его относили к макроэлементам. Однако 75-80% железа сосредоточено в гемоглобине крови и еще примерно 20% железа запасается в печени и селезенке. В остальных же тканях его концентрация сопоставима с микроэлементами.

Биологическая роль железа

• обеспечивает транспорт кислорода (входит в состав гемоглобина)
• обеспечивает транспорт электронов в окислительно-восстановительных реакциях организма (входит в состав цитохромов и железосеропротеидов)
• участвует в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов

Железо в организме входит в состав порфириновых соединений, главным образом гемоглобина, миоглобина и порфирина, в небольших количествах оно включается в состав цитохромов и некоторых ферментов. В плазме крови большая часть железа находится в окисленном трехвалентном состоянии и связывается с белком трансферрином (сидерофилином), обнаруживается в составе геминового железа, ферритина и внутрисосудистого гемоглобина. Так называемое геминовое железо является компонентом продуктов неполного синтеза или распада гемоглобина и дыхательных ферментов, которые содержат по одной порфириновой группе и связаны с транспортным сывороточным белком гемопексином.

Трансферрин — гликопротеин β-глобулиновой фракции плазмы крови, имеет два центра связывания железа, присоединяет только трехвалентное железо вместе с анионом гидрокарбоната, синтезируется в печени и РЭС. Функции белка заключаются в связывании железа, превращении его в деионизированную форму и транспорте между тканями, в основном, между печенью и костным мозгом. В отсутствие железа белок может связывать также Cr²⁺, Mn³⁺, Co³⁺, Cu²⁺. Прочность связывания железа с трансферрином снижается при закислении среды, а также при восстановлении железа. В норме насыщено 1/3 общего количества трансферрина, при более чем половинном насыщении железо связывается с другими белками плазмы крови, и поэтому при определении общей железосвязывающей способности сыворотки содержание железа завышается на 15‑20%. При радиальной иммунодиффузии, электрофорезе выявляется полиморфизм трансферрина: у европейцев выявляется тип С, у африканцев и австралийцев — тип D, у канадцев — тип B.

Ферритин — самый богатый железом сывороточный белок (ММ=445 тыс Д), он образуется в клетках РЭС и содержит 24 протомера, образующих полую сферу с диаметром полости около 7,5 нм и содержащей до 4300 атомов окисленного железа (в виде окиси и фосфатов), в белковой оболочке имеется 6 каналов, ведущих в полость. Функция ферритина — депонирование железа, в наибольших количествах он содержится в печени, селезенке и костном мозге. Ферритин сыворотки, несмотря на малое его содержание, содержит 20‑25% железа (концентрация ферритина 1 мкг/л сыворотки эквивалентна 8 мг железа в организме).

Определение содержания железа в цельной крови не имеет практического значения, так как определять гемоглобин значительно проще. Состояние обмена железа лучше всего характеризует количество негеминового сывороточного железа, т.е. железо трансферрина и ферритина, являющееся основным резервом организма.

Общее количество трансферрина, связанного с железом и свободного, может быть определено иммунологическими методами, свободный трансферрин можно определить по его способности связывать радиоактивное железо. Содержание ферритина определяется с помощью радиоиммунного анализа. Эти методы весьма чувствительны, специфичны, но требуют специальной аппаратуры и реактивов, а также длительного времени выполнения исследований.

Для определения обеспеченности организма железом можно использовать десфераловую пробу: больному внутримышечно вводится 500 мг десферала (комплексон, избирательно выводящий железо), после чего собирается суточная моча, в которой определяется содержание железа. Снижение концентрации железа в моче свидетельствует о дефиците металла в организме.

Для практических лабораторий наибольшее значение имеет определение негеминового железа сыворотки, а также ее железосвязывающей способности, т.е. того максимального количества трехвалентного железа, которое может связаться с белками сыворотки. Наиболее часто употребимыми методами определения железа сыворотки крови являются:

1. Абсорбционная спектроскопия, при применении этого метода возникают такие трудности, как отсутствие катодной лампы, соответствующей длине волны поглощения атомов железа и наличие интерференции с другими веществами.

2. Колориметрический анализ предполагает проведение нескольких этапов:

· диссоциация железа из комплекса с трансферрином, что достигается снижением pH (оптимальное значение 4,8‑5,0) с помощью органических (обычно уксусной) или неорганических кислот,

· восстановление иона железа (с помощью гидразина, меркаптоацетата, сульфита, гидроксиламина, тиогликолевой и аскорбиновой кислот),

· взаимодействие с комплексоном и формирование железо‑хелатированного хромогенного комплекса.

Комплексон должен удовлетворять следующим требованиям: достаточная специфичность к двухвалентным ионам железа, высокий коэффициент молярного поглощения, максимум поглощения должен находиться в удобном для фотометрии диапазоне волн, хорошая растворимость и устойчивость в водной среде.

В качестве комплексонов предложены ферен‑В, феррозин, батофенантролин. Из множества реакций как на восстановленное, так и на окисленное железо лучшие результаты получаются с батофенантролином, который образует наиболее прочный и яркоокрашенный комплекс. Поскольку батофенантролин нерастворим в воде, то используют его спиртовый раствор, также получают водорастворимое сульфонированное производное батофенантролина путем обработки последнего хлорсульфоновой кислотой. Методы с использованием ферена‑B и феррозина не обладают достаточной специфичностью, так как способны образовывать комплексы с медью (для исключения ее влияния используется тиомочевина).

Определение концентрации железа в сыворотке крови
батофенантролиновым методом по набору фирмы Lachema

Принцип

Сывороточное железо восстанавливают тиогликолевой кислотой, белки осаждают трихлоруксусной кислотой, в надосадочной жидкости устанавливают нужную величину pH ацетатом натрия и проводят цветную реакцию с батофенантролином.

Нормальные величины

Сыворотка (с батофенантролином)
мужчины		14,3‑26,0 мкмоль/л
женщины		10,7‑21,5 мкмоль/л
Сыворотка (атомно-абсобционная спектрофотометрия)
Дети	новорожденные	17,9‑44,8 мкмоль/л
	до 2 лет	7,1‑17,9 мкмоль/л
	старше 2 лет	8,9‑21,4 мкмоль/л
Взрослые	мужчины	8,9‑28,6 мкмоль/л
	женщины	7,1‑26,8 мкмоль/л
Спинномозговая жидкость (тот же)		4,1‑9,3 мкмоль/л

Одновременно определяют общую железосвязывающую способность сыворотки (ОЖСС) — максимальное количество Fe³⁺, которое может связаться с белками сыворотки.