Geležies apykaita organizme

Normaliomis sąlygomis sveiko suaugusiojo organizme yra apie 3–5 g geležies, todėl ją galima priskirti mikroelementams. Geležis organizme pasiskirsto netolygiai. Maždaug 2/3 geležies yra raudonųjų kraujo kūnelių hemoglobine – tai cirkuliuojantis geležies fondas (arba telkinys). Suaugusiesiems šis telkinys yra 2–2,5 g, išnešiotiems naujagimiams – 0,3–0,4 g, o neišnešiotiems naujagimiams – 0,1–0,2 g. Santykinai daug geležies yra mioglobine: vyrams – 0,1 g, moterims – 0,05–0,07 g. Žmogaus organizme yra daugiau nei 70 baltymų ir fermentų, tarp kurių yra ir geležis (pavyzdžiui, transferinas, laktoferinas), bendras geležies kiekis juose yra 0,05–0,07 g. Transportinio baltymo transferino pernešama geležis sudaro apie 1 % (geležies pernašos fondas). Geležies atsargos (depas, rezervinis fondas), kurios sudaro apie 1/3 visos geležies žmogaus organizme, yra labai svarbios medicinos praktikai. Depo funkciją atlieka šie organai:

• kepenys;
• blužnis;
• kaulų čiulpai;
• smegenys.

Geležis depo sudėtyje yra feritino pavidalu. Geležies kiekį depo sudėtyje galima apibūdinti nustatant SF koncentraciją. Šiandien SF yra vienintelis tarptautiniu mastu pripažintas geležies atsargų žymuo. Galutinis geležies metabolizmo produktas yra hemosiderinas, kuris nusėda audiniuose.

Geležis yra svarbiausias mitochondrijų kvėpavimo grandinės, citrato ciklo, DNR sintezės fermentų kofaktorius, ji atlieka svarbų vaidmenį deguonies prisijungime ir pernešime hemoglobinui ir mioglobinui; baltymai, kuriuose yra geležies, yra būtini kolageno, katecholaminų, tirozino metabolizmui. Dėl katalizinio geležies poveikio reakcijoje Fe2 ^* <-->Fe3 ^, laisva nechelatinė geležis sudaro hidroksilo radikalus, kurie gali pažeisti ląstelių membranas ir sukelti ląstelių žūtį. Evoliucijos procese apsauga nuo žalingo laisvos geležies poveikio buvo išspręsta formuojant specializuotas molekules geležiai įsisavinti iš maisto, ją įsisavinti, pernešti ir nusodinti netoksiška tirpia forma. Geležies pernešimą ir nusodinimą atlieka specialūs baltymai: transferinas, transferino receptorius, feritinas. Šių baltymų sintezę reguliuoja specialus mechanizmas ir ji priklauso nuo organizmo poreikių.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Sveiko žmogaus geležies apykaita yra uždarame cikle.

Kasdien žmogus netenka apie 1 mg geležies su biologiniais skysčiais ir deskvamuotu virškinamojo trakto epiteliu. Lygiai toks pat kiekis gali būti absorbuojamas virškinamajame trakte iš maisto. Reikėtų aiškiai suprasti, kad geležis į organizmą patenka tik su maistu. Taigi, kasdien netenkama 1 mg geležies ir absorbuojama 1 mg. Senų eritrocitų irimo procese išsiskiria geležis, kurią panaudoja makrofagai ir pakartotinai panaudoja hemo statybai. Organizmas turi specialų geležies absorbcijos mechanizmą, tačiau ji pašalinama pasyviai, t. y. nėra fiziologinio geležies išsiskyrimo mechanizmo. Todėl, jei geležies absorbcija iš maisto netenkina organizmo poreikių, geležies trūkumas atsiranda nepriklausomai nuo priežasties.

Geležies pasiskirstymas organizme

1. 70 % viso organizme esančio geležies kiekio sudaro hemoproteinai – tai junginiai, kuriuose geležis susijungusi su porfirinu. Pagrindinis šios grupės atstovas yra hemoglobinas (58 % geležies); be to, šiai grupei priklauso mioglobinas (8 % geležies), citochromai, peroksidazės, katalazės (4 % geležies).
2. Neheminių fermentų grupė – ksantino oksidazė, NADH dehidrogenazė, akonitazė; šie geležį turintys fermentai daugiausia lokalizuojasi mitochondrijose, vaidina svarbų vaidmenį oksidacinio fosforilinimo procese, elektronų pernašoje. Juose yra labai mažai metalo ir jie neturi įtakos bendram geležies balansui; tačiau jų sintezė priklauso nuo audinių aprūpinimo geležimi.
3. Geležies pernašos forma yra transferinas, laktoferinas, mažos molekulinės masės geležies nešiklis. Pagrindinis plazmos pernašos feroproteinas yra transferinas. Šis beta globulino frakcijos baltymas, kurio molekulinė masė yra 86 000, turi 2 aktyvias vietas, kurių kiekviena gali prijungti po vieną Fe3 ⁺ atomą. Plazmoje yra daugiau geležies surišimo vietų nei geležies atomų, todėl joje nėra laisvos geležies. Transferinas taip pat gali jungtis prie kitų metalų jonų – vario, mangano, chromo, tačiau skirtingu selektyvumu, o geležis jungiasi pirmiausia ir tvirčiau. Pagrindinė transferino sintezės vieta yra kepenų ląstelės. Padidėjus nusėdusios geležies kiekiui hepatocituose, transferino sintezė pastebimai sumažėja. Transferinas, kuris perneša geležį, yra aistringas normocitams ir retikulocitams, o metalų absorbcijos kiekis priklauso nuo laisvų receptorių buvimo eritroidinių pirmtakų paviršiuje. Retikulocitų membranoje yra žymiai mažiau transferino surišimo vietų nei pronormocituose, o tai reiškia, kad geležies įsisavinimas mažėja eritroidinėms ląstelėms senstant. Mažos molekulinės masės geležies nešikliai užtikrina geležies pernašą ląstelės viduje.
4. Nusodinta, rezervinė arba atsarginė geležis gali būti dviejų formų – feritino ir hemosiderino. Rezervinės geležies junginį sudaro baltymas apoferitinas, kurio molekulės supa daug geležies atomų. Feritinas yra rudas junginys, tirpsta vandenyje, jame yra 20 % geležies. Esant per dideliam geležies kaupimuisi organizme, feritino sintezė smarkiai padidėja. Feritino molekulių yra beveik visose ląstelėse, tačiau ypač daug jų yra kepenyse, blužnyje, kaulų čiulpuose. Hemosiderinas audiniuose yra rudo, granuliuoto, vandenyje netirpaus pigmento pavidalu. Geležies kiekis hemosiderine yra didesnis nei feritine – 40 %. Žalingas hemosiderino poveikis audiniams yra susijęs su lizosomų pažeidimu, laisvųjų radikalų kaupimusi, dėl kurio ląstelės žūsta. Sveiko žmogaus organizme 70 % atsarginės geležies yra feritino, o 30 % – hemosiderino pavidalu. Hemosiderino panaudojimo greitis yra žymiai mažesnis nei feritino. Geležies atsargos audiniuose gali būti įvertintos remiantis histocheminiais tyrimais, naudojant pusiau kiekybinį vertinimo metodą. Skaičiuojamas sideroblastų – branduolinių eritroidinių ląstelių, turinčių skirtingą kiekį neheminių geležies granulių, – skaičius. Geležies pasiskirstymo mažų vaikų organizme ypatumas yra tas, kad jų eritroidinėse ląstelėse yra didesnis geležies kiekis, o raumeniniame audinyje – mažiau.

Geležies balanso reguliavimas grindžiamas beveik visiško endogeninės geležies pakartotinio panaudojimo ir reikiamo lygio palaikymo dėl absorbcijos virškinimo trakte principais. Geležies pusinės eliminacijos laikas yra 4–6 metai.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Geležies absorbcija

Absorbcija daugiausia vyksta dvylikapirštėje žarnoje ir pradinėje tuščiosios žarnos dalyje. Esant geležies trūkumui organizme, absorbcijos zona tęsiasi distaline kryptimi. Dienos racione paprastai yra apie 10–20 mg geležies, tačiau virškinimo trakte absorbuojama tik 1–2 mg. Hemo geležies absorbcija žymiai viršija neorganinės geležies suvartojimą. Nėra aiškios nuomonės apie geležies valentingumo įtaką jos absorbcijai virškinimo trakte. V. I. Nikuličeva (1993) mano, kad Fe2 ⁺ praktiškai neabsorbuojamas nei esant normaliai, nei per didelei koncentracijai. Pasak kitų autorių, geležies absorbcija nepriklauso nuo jos valentingumo. Nustatyta, kad lemiamas veiksnys yra ne geležies valentingumas, o jos tirpumas dvylikapirštėje žarnoje šarminės reakcijos metu. Skrandžio sultys ir druskos rūgštis dalyvauja geležies absorbcijoje, užtikrina oksido formos (Fe3H4) atstatymą ^į oksido formą (Fe2 ⁺ ), jonizaciją ir absorbcijai prieinamų komponentų susidarymą, tačiau tai taikoma tik nehemo geležiai ir nėra pagrindinis absorbcijos reguliavimo mechanizmas.

Hemo geležies absorbcijos procesas nepriklauso nuo skrandžio sekrecijos. Hemo geležis absorbuojama porfirino struktūros pavidalu ir tik žarnyno gleivinėje ji atsiskiria nuo hemo bei sudaro jonizuotą geležį. Geležis geriau absorbuojama iš mėsos produktų (9–22 %), kuriuose yra hemo geležies, ir daug blogiau iš augalinių produktų (0,4–5 %), kuriuose yra nehemo geležies. Geležis iš mėsos produktų absorbuojama skirtingai: iš kepenų geležis absorbuojama blogiau nei iš mėsos, nes kepenyse geležis yra hemosiderino ir feritino pavidalu. Daržovių virimas dideliame kiekyje vandens gali sumažinti geležies kiekį 20 %.

Geležies absorbcija iš motinos pieno yra unikali, nors jos kiekis yra mažas – 1,5 mg/l. Be to, motinos pienas padidina geležies absorbciją iš kitų kartu su juo vartojamų produktų.

Virškinimo metu geležis patenka į enterocitą, iš kur pagal koncentracijos gradientą patenka į kraujo plazmą. Kai organizme trūksta geležies, jos pernaša iš virškinamojo trakto spindžio į plazmą pagreitėja. Kai organizme yra geležies perteklius, didžioji dalis geležies išlieka žarnyno gleivinės ląstelėse. Enterocitas, pripildytas geležies, juda nuo gaurelio pagrindo į viršų ir prarandamas kartu su deskvamaciniu epiteliu, kuris neleidžia metalo pertekliui patekti į organizmą.

Geležies absorbcijos procesą virškinamajame trakte įtakoja įvairūs veiksniai. Paukštienoje esantys oksalatai, fitatai, fosfatai ir taninai mažina geležies absorbciją, nes šios medžiagos sudaro kompleksus su geležimi ir pašalina ją iš organizmo. Priešingai, askorbo, gintaro ir piruvino rūgštys, fruktozė, sorbitolis ir alkoholis didina geležies absorbciją.

Plazmoje geležis jungiasi prie savo nešiklio – transferino. Šis baltymas geležį daugiausia perneša į kaulų čiulpus, kur geležis prasiskverbia į eritrocitus, o transferinas grįžta į plazmą. Geležis patenka į mitochondrijas, kur vyksta hemo sintezė.

Tolesnį geležies kelią iš kaulų čiulpų galima apibūdinti taip: fiziologinės hemolizės metu iš eritrocitų per parą išsiskiria 15–20 mg geležies, kurią panaudoja fagocitiniai makrofagai; vėliau pagrindinė jos dalis vėl atitenka hemoglobino sintezei ir tik nedidelė dalis lieka atsarginės geležies pavidalu makrofaguose.

30 % viso organizme esančio geležies kiekio nepanaudojama eritropoezei, o nusėda saugyklose. Geležis feritino ir hemosiderino pavidalu kaupiama parenchiminėse ląstelėse, daugiausia kepenyse ir blužnyje. Skirtingai nuo makrofagų, parenchiminės ląstelės geležį vartoja labai lėtai. Parenchiminių ląstelių geležies pasisavinimas didėja esant dideliam geležies pertekliui organizme, hemolizinei anemijai, aplazinei anemijai, inkstų nepakankamumui ir mažėja esant sunkiam metalų trūkumui. Geležies išsiskyrimas iš šių ląstelių didėja kraujavimo metu ir mažėja perpylus kraujo.

Bendras geležies apykaitos organizme vaizdas bus nepilnas, jei neatsižvelgsime į audinių geležį. Geležies, kuri yra ferofermentų dalis, kiekis yra nedidelis – tik 125 mg, tačiau audinių kvėpavimo fermentų svarbą sunku pervertinti: be jų bet kurios ląstelės gyvybė būtų neįmanoma. Geležies atsargos ląstelėse leidžia išvengti tiesioginės geležies turinčių fermentų sintezės priklausomybės nuo jos suvartojimo ir sunaudojimo organizme svyravimų.

[ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ]

Fiziologiniai nuostoliai ir geležies apykaitos ypatybės

Suaugusio žmogaus fiziologinis geležies netekimas yra apie 1 mg per parą. Geležis netenkama su besilupančiu odos epiteliu, epidermio ataugomis, prakaitu, šlapimu, išmatomis ir besilupančiu žarnyno epiteliu. Moterys taip pat netenka geležies su krauju menstruacijų, nėštumo, gimdymo ir žindymo laikotarpiu – apie 800–1000 mg. Geležies metabolizmas organizme parodyta 3 diagramoje. Įdomu pastebėti, kad geležies kiekis serume ir transferino įsotinimas kinta per dieną. Didelė geležies koncentracija serume stebima ryte, o maža – vakare. Miego trūkumas žmonėms lemia laipsnišką geležies kiekio serume mažėjimą.

Geležies apykaitą organizme įtakoja mikroelementai: varis, kobaltas, manganas, nikelis. Varis būtinas geležies absorbcijai ir transportavimui; jo poveikis realizuojamas per citochromo oksidazę, ceruloplazminą. Mangano poveikis kraujodaros procesui yra nespecifinis ir susijęs su dideliu oksidaciniu pajėgumu.

Norėdami suprasti, kodėl geležies trūkumas dažniausiai pasireiškia mažiems vaikams, paauglėms mergaitėms ir vaisingo amžiaus moterims, panagrinėkime geležies apykaitos ypatybes šiose grupėse.

Geležis vaisiuje kaupiasi viso nėštumo metu, tačiau intensyviausiai (40 %) paskutinį trimestrą. Todėl 1–2 mėnesių neišnešiotumas lemia 1,5–2 kartus mažesnį geležies tiekimą, palyginti su išnešiotais kūdikiais. Yra žinoma, kad vaisius turi teigiamą geležies balansą, kuris yra priešingas koncentracijos gradientui vaisiaus naudai. Placenta intensyviau pasisavina geležį nei nėščios moters kaulų čiulpai ir turi gebėjimą absorbuoti geležį iš motinos hemoglobino.

Yra prieštaringų duomenų apie motinos geležies trūkumo poveikį vaisiaus geležies atsargoms. Kai kurie autoriai mano, kad nėštumo metu pasireiškianti sideropenija neturi įtakos vaisiaus geležies atsargoms; kiti mano, kad yra tiesioginis ryšys. Galima manyti, kad sumažėjęs geležies kiekis motinos organizme lemia geležies atsargų trūkumą naujagimyje. Tačiau geležies stokos anemijos dėl įgimto geležies trūkumo išsivystymas mažai tikėtinas, nes geležies stokos anemijos dažnis, hemoglobino kiekis ir geležies kiekis serume pirmąją dieną po gimimo ir per kitus 3–6 mėnesius vaikams, gimusiems sveikoms motinoms ir motinoms, sergančioms geležies stokos anemija, nesiskiria. Išnešioto ir neišnešioto naujagimio organizme geležies kiekis yra 75 mg/kg.

Vaikams, skirtingai nei suaugusiesiems, su maistu gaunama geležis turi ne tik papildyti fiziologinius šio mikroelemento nuostolius, bet ir patenkinti augimo poreikius, kurie vidutiniškai siekia 0,5 mg/kg per parą.

Taigi, pagrindinės geležies trūkumo atsiradimo prielaidos neišnešiotiems kūdikiams, vaikams iš daugiavaisio nėštumo ir vaikams iki 3 metų yra šios:

• greitas atsargų išeikvojimas dėl nepakankamo egzogeninio geležies suvartojimo;
• padidėjęs geležies poreikis.

Geležies metabolizmas paaugliams

Geležies apykaitos ypatybė paaugliams, ypač mergaitėms, yra ryškus neatitikimas tarp padidėjusio šio mikroelemento poreikio ir mažo jo patekimo į organizmą. Šio neatitikimo priežastys: spartus augimas, prasta mityba, sportinė veikla, gausios menstruacijos ir pradinis mažas geležies kiekis.

Vaisingo amžiaus moterims pagrindiniai veiksniai, lemiantys geležies trūkumo organizme atsiradimą, yra gausios ir užsitęsusios menstruacijos, daugiavaisiai nėštumai. Moterims, kurios menstruacijų metu netenka 30–40 ml kraujo, paros geležies poreikis yra 1,5–1,7 mg/parą. Esant didesniam kraujo netekimui, geležies poreikis padidėja iki 2,5–3 mg/parą. Iš tikrųjų per virškinamąjį traktą gali patekti tik 1,8–2 mg/parą, tai yra, 0,5–1 mg/parą geležies negali būti papildyta. Taigi, mikroelementų trūkumas bus 15–20 mg per mėnesį, 180–240 mg per metus, 1,8–2,4 g per 10 metų, tai yra, šis trūkumas viršija rezervinės geležies kiekį organizme. Be to, geležies trūkumo atsiradimui moteriai svarbus nėštumų skaičius, intervalas tarp jų ir laktacijos trukmė.