Физиология обмена железа и его эффекты
Назначение железа как доношенным, так и недоношенным детям является одним из наиболее противоречивых вопросов. Дефицит железа широко распространен, он оказывает долгосрочное влияние на развитие нервной системы и поведенческие функции, нарушение которых может быть необратимым процессом. В то же время известно, что избыток железа токсичен.
Видео: #04. Кардиотренировки и жиросжигание. Типичные заблуждения и физиология процесса. Пульсовые зоны
Граница между терапевтической и токсической дозами железа весьма условна. Вопросы, которые вызывают противоречивые мнения, касаются адекватных лабораторных методов для оценки содержания железа в организме- времени начала дополнительного введения железа и безопасности такого вмешательства у недоношенных детей с учетом возможного побочного действия избыточного количества железа- времени начала дополнительного введения железа детям, находящимся исключительно на грудном вскармливании.
Железо — важнейший нутриент, участвующий в биологических процессах, включающих репликацию ДНК, экспрессию генов, клеточное дыхание (в т.ч. образование АТФ), а также в транспорте и усвоении кислорода. Железо нужно для эритропоэза (образования гемоглобина). Кроме того, оно является неотъемлемым компонентом многих ферментов, необходимых для развития головного мозга и чрезвычайно важных для работы мышц сердца и скелетных мышц (в частности, миоглобина).
Подобно кальцию и многим другим минералам, 80% железа, имеющегося в организме доношенного ребенка, накапливается плодом на сроке гестации между 24 и 40 нед со скоростью 1,6—2 мг/кг/сут. Общее содержание железа к моменту рождения составляет 75 мг/кг независимо от размеров ребенка- 75% железа находится в эритроцитах, 15% — в печени.
Железо может усваиваться организмом как в органической, так и в неорганической форме. Органическая форма в виде ферритина или гемопротеинов отличается высокой биодоступностью и содержится в печени и «красных» мышцах. Для новорожденных детей, диета которых не содержит мяса, эти продукты не могут служить источником железа. Неорганическую форму железа (или двухвалентное железо) часто используют в виде добавки к пище.
Она может быть подвержена хелированию и преципитации при взаимодействии с другими компонентами пищи, что снижает ее биодоступность. В частности, так действуют фитаты, фосфаты, таннаты, оксалаты и карбонаты. Как показали исследования с применением стабильных изотопов железа, количество неорганического железа, которое всасывается у недоношенных детей, составляет 34—42%. Это превышает количество железа (7-12%), поступающего в организм доношенного ребенка.
К факторам, усиливающим абсорбцию у недоношенных детей, относят постнатальный возраст, дефицит железа, введение железа (в т.ч. в составе сертифицированных смесей) между приемами пищи, нормальное содержание витамина С в организме. К факторам, уменьшающим абсорбцию железа, относят искусственное вскармливание (такие дети чаще имеют дефицит железа по сравнению с получающими грудное молоко) и гемотрансфузии. Гестационный возраст, постконцептуальный возраст и терапия эритропоэтином оказывают минимальный эффект на усвоение организмом железа.
Всасывание железа у взрослых происходит на апикальной поверхности энтероцитов двенадцатиперстной кишки. Органическое (или гемовое) железо транспортируется в энтероцит через недавно открытый белок-переносчик гема 1. Дальнейший путь железа после проникновения его в энтероцит до конца не изучен, хотя известно, что фермент гемоксигеназа, который высвобождает железо из протопорфиринового кольца, находится в микросомальной части энтероцита.
Гораздо больше известно о всасывании негемового железа. Один из путей заключается в превращении трехвалентного железа в двухвалентное на щеточной кайме энтероцитов при участии фермента дуоденальной редуктазы трехвалентного железа. Затем транспортер бивалентных металлов 1 переносит редуцированную форму железа через апикальную мембрану.
Когда железо попадает в энтероцит, оно может накапливаться в виде ферритина для дальнейшего использования или утрачивается при «слущивании» стареющего энтероцита. Внутриклеточное негемовое железо может быть транспортировано в кровь через базолатеральную мембрану с помощью транспортера негемового железа ферропор-тина, который является важнейшим экспортером внутриклеточного железа. Ферропортин расположен на базолатеральной поверхности энтероцитов, гепатоцитов и макрофагов.
После попадания в кровь железо соединяется с трансферрином и переносится к месту использования или накопления. Предшественники эритроцитов имеют большое количество рецепторов трансферрина 1 (TfR1), что позволяет им иметь преимущества в захвате циркулирующего железа. Стареющие эритроциты поглощаются макрофагами. Макрофаги экспортируют восстановленное железо с помощью ферропортина (того же переносчика, который содержится в дуоденальных энтероцитах). Железо накапливается в печени, которая захватывает его из портальной системы с помощью TfR1.
Организм человека обладает способностью распределять доступное железо между органами, исходя из приоритетной потребности в нем. При дефиците железа в первую очередь расходуются его запасы в печени, затем — в скелетных мышцах и кишечнике. При выраженном дефиците железа сначала истощаются его запасы в сердечной мышце, затем — в головном мозге и, наконец, в эритроцитах. Железодефицитная анемия является тяжелой формой дефицита железа.
Видео: Свойства железа
Эритроциты имеют большую потребность в железе даже по сравнению с головным мозгом, несмотря на возможные отрицательные неврологические последствия для ребенка, обусловленные дефицитом железа в мозговой ткани. Железо играет важную роль в процессах пролиферации нейронов, миелинизации, метаболизма энергии, нейротрансмиссии и работе различных ферментов в ЦНС. Существует система приоритетов по распределению и расходованию железа в пределах одного органа, что было показано в экспериментах на головном мозге новорожденных детенышей крысы. Наиболее чувствительными к дефициту железа в перинатальном периоде оказались гиппокамп и зона коры головного мозга.
Эритроциты являются приоритетным местом использования железа в организме, очевидна их исключительная функция в транспортировке кислорода в организме. Кислород обратимо присоединяется к гемоглобину в условиях высокого парциального давления кислорода в легких и высвобождается из этой связи при относительно низком парциальном давлении кислорода в тканях. На аффинность кислорода влияет ряд факторов, в т.ч. концентрация 2,3-дифосфоглицерата и рН.
Для осуществления обратимой связи кислорода с гемоглобином железо гемовой части должно находиться в двухвалентной форме. В эритроцитах существует специальный механизм для поддержания железа в редуцированной двухвалентной форме, однако в условиях действия лекарств, обладающих окислительной активностью, или токсинов, а также при генетических нарушениях в эритроцитах или аномалиях самого гемоглобина данные защитные механизмы не работают и гемоглобин не выполняет свою функцию. Высвобождение кислорода в мышцах частично зависит от концентрации миоглобина в тканях. Так же, как и в случае с гемоглобином, дефицит железа тормозит синтез миоглобина.
Низкое содержание миоглобина в мышцах, подобно низкой концентрации гемоглобина в крови, ухудшает высвобождение кислорода.
Обмен железа. Физиология микроэлементов
Потребность в железе у новорожденных детей
Дефицит железа у беременных — удар по щитовидной железе
Регуляция всасывания железа