Транспорт железа в организме

После всасывания большая часть железа поступает в кровоток и соединяется там с транспортным белком – трансферрином, который осуществляет транспорт железа, всосавшегося в кишечнике и поступившего из других источников в кровь. Трансферрин (сидерофиллин) – это особый белок, вырабатываемый клетками печени и относящийся к классу β-глобулинов. В норме концентрация трансферрина в плазме составляет около 250 мг/дл, что позволяет плазме связывать 250-400 мкг железа на 100 мл плазмы. Эта так называемая общая железосвязывающая способность сыворотки может существенно возрастать при повышении потребности организма в железе, например, у женщин во время беременности, а также при железодефицитной анемии. При повышенной потребности в железе уровень трансферрина увеличивается, однако весь трансферрин может связать лишь до 10 мг железа.

В норме примерно лишь 20-25% трансферрина насыщено железом, остальной хранится в виде апотрансферрина. Железо трансферрина очень прочно связано и не входит в клетку пассивно.

Депонирование железа и его утилизация

Большая часть железа, утилизируемого организмом, потребляется в костном мозге, где используется для биосинтеза гемоглобина вновь образуемых эритроцитов. Ежесуточно в организме обновляется 0,8% эритроцитарной массы, на что расходуется 15-30 мг железа. Это значительно превосходит количество железа, поступающего с пищей. Основная часть железа, используемого для синтеза гемоглобина вновь образуемых эритроцитов, извлекается из тканевых депо. Помимо этого используется также железо, освободившееся при распаде гемоглобина разрушившихся эритроцитов.

Железо, доставленное трансферрином в костный мозг связывается с поверхностными рецепторами эритрокариоцитов, после чего начинается эндоцитоз: железо остается связанным с митохондриями нормобластов. Там происходит взаимодействие железа с протопорфирином и образование гема. Соединение гема с полипептидными цепями глобина приводит к синтезу гемоглобина в нормобластах. В то же время трансферрин без железа, уже в форме апотрансферрина, возвращается в сосудистое русло. Помимо непосредственной транспортной функции трансферрин, связывая железо, предохраняет клетки от токсического действия дериватов кислорода (Н₂О₂, супероксидных и гидроксильных радикалов) и от развития инфекционных процессов, лишая некоторые микроорганизмы возможности использовать железо для метаболических целей. Трансферрин синтезируется в гепатоцитах в количествах, соответствующих потребностям организма в железе. В ответ на недостаток уровня железа образование трансферрина повышается, напротив, при нормализации уровня железа синтез его снижается.

В случае необходимости железо может быстро высвобождаться из ферритина и гемосидерина и использоваться для эритропоэза (при возникновении дефицита железа наблюдается исчезновение железосодержащих гранул из макрофагов). При этом скорость утилизации железа из гемосидерина значительно ниже. Уровень ферритина является показателем содержания железа в организме: уменьшение его уровня свидетельствует о снижении запасов железа.

Экскреция и потери

В естественных условиях железо выделяется с калом, мочой, потом, а также теряется с волосами и ногтями. Количество выводимого из организма железа ограничено, и в норме соответствует его количес­тву, всасываемому в кишечнике. Выше упоминалось, что в случае достаточных запасов железа в организме ферритиновая фракция железа энтероцитов утрачивается при слущивании эпителия слизистой оболочки кишечника. Выделение железа у мужчин составляет в среднем 0,6-1 мг в сутки; у женщин – в два раза больше, что связано с кровопотерями во время менструаций и родов, выделением железа с молоком в период лактации. Так, потери железа в период менструации составляют 16-32 мг, ежедневная дополнительная потеря в период лактации – 0,5 мг в сутки. Физиологические потери железа у детей составляют 0,1-0,3 мг в сутки.

Регуляция обмена железа

Баланс железа в организме человека определяется тремя факторами:
• его количеством, поступающим с пищей и усваивающимся из желудочно-кишечного тракта;
• потребностью обеспечения синтеза железосодержащих соединений и их деятельности (прежде всего гемоглобина);
• потерями гемоглобина, обусловленными физиологическими или патологическими процессами.

Важно помнить, что постоянный уровень железа поддерживается за счет регуляции всасывания, а не выделения. Доказано, что степень абсорбции железа зависит как от его количества в употребляемой пище, так и от биодоступности. Этот процесс регулируется специфичными рецепторами слизистой оболочки пищеварительного тракта, которые ответственны за накопление железа в организме. Когда потребность в нем увеличивается в результате истощения запасов при быстром росте, беременности, менструальных или патологических кровопотерях, эффективность абсорбции увеличивается на 10-20%. И наоборот, при перегрузке депо железа его абсорбция в кишечнике существенно снижается. Факторами развития дефицита железа (при условии достаточного его количества в пище) являются ахилия, атрофические изменения слизистой пищеварительного тракта, агастральные и анэнтеральные состояния, энтериты, сопровождающиеся ускоренным прохождением химуса в полости кишечника. Абсорбция железа в пищеварительном тракте является обратно пропорциональной его запасам и повышается при дефиците. При беременности абсорбция железа повышается до 4 мг/сутки.

Механизм регуляции процесса всасывания железа в организме осуществляется также посредством сигнальной системы костный мозг (эритроидный росток) – энтероциты двенадцатиперстной кишки. Эта связь осуществляется с помощью белков – регуляторов эритропоэза, находящихся в плазме крови. Сигналы в эритроидный росток костного мозга поступают от тканей, находящихся в условиях гипоксии, или непосредственно от самих эритроцитов, в результате чего абсорбция железа в кишечнике усиливается. Роль молекулярного посредника между клетками – потребителями кислорода и клетками костного мозга – продуцентами гемоглобинсодержащих клеток эритрона, играет эритропоэтин, вырабатывающийся в почках. Однако при анемии около 10-15% эритропоэтина синтезируется дополнительно в печени. Именно эритропоэтин обеспечивает гуморальную регуляцию эритропоэза. Эритропоэтин поддерживает пул эритроидных предшественников, способствует их дифференцировке, ускоряет освобождение ретикулоцитов из костного мозга. Имеются сведения о стимулирующем влиянии эритропоэтина на процессы синтеза гемоглобина.

Регуляторные механизмы, поддерживающие гомео­стаз железа, действуют в каждой клетке. Впервые D. Haile, M. Hentze, T. Rouault (1997) и другие исследователи идентифицировали IRE (iron response element) – железочувствительные элементы, которым отводится ведущая роль в регуляции метаболизма железа как в норме, так и при патологии. Особое значение имеет открытие IRE-опосредованного механизма в понимании патогенеза целого ряда железодефицитных состояний, при которых имеется адекватный или даже повышенный внеклеточный уровень железа, но сниженное его содержание внутри клетки. Согласно последним данным, на участке инициации трансляции мРНК фермента ALA-синтетазы имеется шпилечная петля – IRE. При низком уровне железа в эритроците IRE-связывающий белок присоединяется к IRE и предотвращает трансляцию. Нарушения гомеостаза железа проявляются в преобладающем большинстве случаев в форме дефицита железа.

Доказано, что на уровень железа в организме оказывают влияние такие процессы, как:
воспаление (гипоферремия за счет накопления железа в клетках ретикулоэндотелиальной системы; ее биологический смысл – торможение железо-зависимого деления бактерий);
• рахит, при котором имеет место перераспределение железа из всех депо в кости (компенсация недостатка солей Са);
• паренхиматозные поражения печени, при которых развитие гиперсидеремии обусловлено нарушением депонирующей функции печени (пораженный или погибающий гепатоцит отдает железо в кровь).