Механизмом, регулирующим обмен железа в организме человека, является всасывание железа в желудочно-кишечном тракте. Выделение его из организма кишечником, с кожей, потом с мочой, являющееся пассивным процессом, лимитировано. В последние 30 лет большое количество исследований в нашей стране и за рубежом посвящено изучению различных этапов всасывания железа. Однако этот механизм и особая роль слизистой оболочки кишечника в регуляции запасов железа и его превращений неизвестно.
При среднем поступлении с пищей 10-20 мг железа в сутки у здорового человека не более 1-2 мг всасывается в желудочно-кишечный тракт. Наиболее интенсивно этот процесс происходит в двенадцатиперстной кишке и начальных отделах тощей кишки. Желудок играет лишь незначительную роль в усвоении: из него поступает в организм не более 1-2% от общего количества поступающего в желудочно-кишечный тракт. Соотношение в пище продуктов животного и растительного происхождения, веществ, усиливающих и тормозящих усвоение, состояние эпителия желудочно-кишечного тракта – всё это оказывает влияние на величину усвоения железа.
Этапы обмена железа в организме
Процесс усвоения железа состоит из ряда последовательных этапов:
1) начальный захват железа щеточной каймой клеток слизистой оболочки кишечника.
2) внутриклеточный транспорт, образование запасов железа в клетке.
3) освобождение железа из слизистой оболочки кишечника в кровь.
В экспериментальных исследованиях выяснилось, что клетки эпителия слизистой оболочки кишечника чрезвычайно быстро забирают железо из его полости. А ультразвуковые исследования показали, что первый этап обеспечивает достаточную концентрацию железа на поверхности слизистой оболочки клеток для последующего его усвоения организмом. При этом железо концентрируется щёточной кайме, превращения происходят на мембране микроворсинок.
|
|
Второй этап – это поступление железа в богатую рибосомами цитоплазму и межклеточное пространство. И, наконец, третий этап – перенос железа в кровеносные сосуды.
Комплекс трансферрин-железо, образовавшийся в результате захвата железа из клетки слизистой оболочкой кишечника, поступает главным образом в костный мозг, небольшая его часть – в запасный фонд, преимущественно в печень, и ещё меньшее количество железа забирается тканями для образования миоглобина, некоторых ферментов тканевого дыхания и нестойких комплексов железа с аминокислотами и белками.
Костный мозг, печень и тонкий кишечник являются тремя основными органами обмена железа. Клетки костного мозга, так же как и клетки эпителия слизистой оболочки кишечника, имеют повышенную способностьзахватывать железо из насыщенного трансферрина. Таким образом ненасыщенный трансферрин лучше связывает, а насыщенный – лучше отдаёт железо.
Основным источником плазменного железа являются его поступления из внутренних органов, таких как печень, селезёнка, костный мозг, где происходит разрушение гемоглобина эритроцитов. Небольшое количество железа поступает в плазму из запасного фонда и при взятии его из пищи в желудочно-кишечном тракте. Преобладающим циклом в обмене железа в организме человека является образование и разрушение гемоглобина эритроцитов, что составляет 25 мг железа в сутки. Фермент сыворотки крови, вероятно, осуществляет транспортировку железа к клеткам печени, однако его роль в общем обмене железа в организме человека представляется минимальной.
|
|
Обмен железа между транспортным и тканевым его фондами изучен недостаточно, так как пути и движения железа из тканей в плазму крови и наоборот изучены мало. Расчётные данные, однако, свидетельствуют о том, что величина плазменно-тканевого обмена железа составляет приблизительно 6 мг в сутки.
Содержание железа в организме человека
Железо, находящееся в организме человека, можно разделить на 2 большие группы: клеточное и внеклеточное. Соединения железа в клетке отличаются различным строением и обладают характерной только для них функциональной активностью и биологической ролью для организма. Ко второй группе внеклеточных соединений железа относятся железо-связывающие белки, содержащиеся во внеклеточных жидкостях.
Клеточное железо
Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, выполняет важную газотранспортную функцию – переносит кислород и углекислый газ. Эритроцит по отношению к гемоглобину играет роль системы, способной регулировать общую величину газотранспортной функции. В гемоглобине одного здорового эритроцита содержится приблизительно 0,34% железа.
Миоглобин – дыхательный белок сердечной и скелетной мускулатуры. Основной функцией миоглобина является транспортировка кислорода и регуляция его содержания в мышце для осуществления сложных биохимических процессов, лежащих в основе клеточного дыхания. Он содержит 0,34% железа.
|
|
Некоторым ферментам железо необходимо только для реакций переноса.
Существуют так же запасные соединения железа, находящиеся главным образом в печени, селезёнке и костном мозге. Приблизительно одна треть резервного железа организма человека, преимущественно в виде белка, попадает на долю печени. Запасы железа могут быть при необходимости мобилизованы для нужд организма, и предохранять его от токсичного действия свободно циркулирующего железа.
Известно, что клетки печени участвуют в создании резервного железа, причём большая часть его обнаружена в виде белка ферритина, который в конце жизнедеятельности эритроцитов, освобождаясь, оседает в печени или возвращается в плазму крови и захватывается в клетках печени и мышц, а также в селезёнке и костном мозге.
Гемосидерин является вторым запасным соединением железа в клетке и содержит значительно больше, чем белок, в отличие от которого гемосидерин не растворим в воде.
Не вызывает сомнений точно установленный факт, что концентрация сывороточного ферритина отражает состояние запасного фонда железа в организме человека. Хорошая зависимость отмечена между уровнем сывороточного белка и мобилизуемыми запасами железа в организме, изученных методом количественных кровопусканий, а также между белком и концентрацией железа в клетках печени. Средняя концентрация его в сыворотке крови у мужчин выше, чем у женщин, с колебаниями от 12 до 300 мкг/ л.
Внеклеточное железо
Во внеклеточных жидкостях железо находится в связанном состоянии – в виде железо - белковых комплексов. Концентрация его в плазме широко варьирует у здорового человека, составляет 10,8 – 28,8 мкмоль/л, с достаточно большими суточными колебаниями, достигающими 7,2 мкмоль/л.
Общее содержание железа во всём объёме циркулирующей плазмы у взрослого человека составляет 3 – 4 мг. Уровень железа в плазме крови зависит от ряда факторов: взаимоотношения процессов разрушения и образования эритроцитов, состояния запасного фонда железа в желудочно-кишечном тракте. Однако наиболее важной причиной, определяющей уровень железа, является взаимодействие процессов синтеза и распада эритроцитов.
Железо-связывающий белок трансферрин, открытый шведским учёным, содержится в небольшом количестве в плазме крови. В плазме здорового человека этот белок может находиться в четырёх различных формах, а синтезируется преимущественно в клетках печени.
Функции трансферрина в организме представляют значительный интерес. Он не только переносит железо в различные ткани и органы, но и «узнаёт» нуждающиеся в железе клетки. Белок отдаёт железо им только в том случае, если имеют специальные рецепторы, связывающие железо. Таким образом, этот железо-связывающий белок трансферрин функционирует как транспортное средство для железа, обмен которого в организме человека зависит как от общего поступления железа в плазму крови, так и от его количества, захваченного различными тканями, соответственно количеству в них рецепторов для железа. Кроме того, трансферрин предохраняет ткани организма от токсичного действия железа, выполняя тем самым ещё и защитную функцию.
Этот белок способен регулировать транспорт железа из его запасов в эпителии клеток желудочно-кишечного тракта в плазму крови. Из плазмы железо захватывается преимущественно костным мозгом для синтеза гемоглобина и эритроцитов, в меньшей степени – клетками одной из систем и откладывается там в виде запасного железа, некоторое количество которого используется для образования миоглобина и ферментов тканевого дыхания. Все эти процессы являются сложными и до конца не изучены, но некоторые этапы наиболее важного процесса передачи железа клеткам головного мозга можно представить следующим образом:
1) нахождение трансферрина рецепторными участками клеток.
2) образование прочного соединения между трансферрином и клеткой, возможно проникновение белка в клетку.
3) перенос железа от железо-связывающего белка к синтезирующему гемоглобин – аппарату клетки.
4) освобождение трансферрина в кровь.
Железо-связывающий белок лактоферрин обнаружен во многих биологических жидкостях: молоке, слезах, желчи, и др. Подобно трансферрину, лактоферрин способен связывать 2 атома железа специфическими пространствами. В физиологических условиях лактоферрин насыщен железом до 20%, в ничтожных количествах он содержится в плазме, освобождаясь в неё из лейкоцитов.
Железосодержащие ферменты – это ещё один важный класс элементов, участвующих в переносе электронов в клетках животных, растений и бактерий. Железосерные ферменты не содержат гемогрупп, они характеризуются тем, что в их молекулах присутствует равное число атомов железа и серы, которые находятся в особой форме, расщепляющейся под действием кислот. К железосерным ферментам относится, например, вещество, осуществляющее перенос электронов от возбуждённого светом хлорофилла на разнообразные точки электронов.