Железо (Ferrum)
Потребление железа
Железо в питании делится на два типа. Гемовое железо имеет двухвалентную форму Fe2+ и усваивается сразу. А негемовое находится как в Fe2+, так и в недоступной Fe3+ форме, которую нужно восстановить ферментом Ферриредуктазой.
В мясе животных гемовая и негемовая формы присутствуют поровну, а в растительной пище содержится только негемовое железо. Поэтому у людей, имеющих низкую кислотность и потребляющих мало животных продуктов, дефицит железа выявляется намного чаще.
Кроме того, в растениях встречаются антипитательные вещества (оксалаты, танины). Для примера - усвоение железа из бобовых составляет менее 1%, а из мяса доходит до 30%. При составлении рациона учитываем, что молочные продукты, кофе и чай - снижают усвоение железа, а аскорбиновая кислота (цитрусовые) - повышает.
В мясе животных гемовая и негемовая формы присутствуют поровну, а в растительной пище содержится только негемовое железо. Поэтому у людей, имеющих низкую кислотность и потребляющих мало животных продуктов, дефицит железа выявляется намного чаще.
Кроме того, в растениях встречаются антипитательные вещества (оксалаты, танины). Для примера - усвоение железа из бобовых составляет менее 1%, а из мяса доходит до 30%. При составлении рациона учитываем, что молочные продукты, кофе и чай - снижают усвоение железа, а аскорбиновая кислота (цитрусовые) - повышает.
Значение и функции
Железо - это важный, но весьма токсичный микроэлемент. В теле человека оно не встречается в свободном виде, а встроено в различные белки и ферменты:
- входит в состав Гемоглобина (транспортирует кислород к органам)
- входит в состав Миоглобина (запасает кислород в мышцах)
- входит в состав Рибонуклеотид-редуктазы (участвует в синтезе ДНК)
- кофактор Тиреопероксидазы (участвует в образовании гормонов щитовидной железы)
- поддерживает работу митохондрий, где вырабатывается энергия
- участвует в работе ферментов печени, которые нейтрализуют токсины
Эритроциты - клетки крови, которые переносят кислород из лёгких к органам и углекислый газ в обратном направлении. Эту функцию они осуществляют благодаря входящему в их состав Гемоглобину.
Гемоглобин - это белок, содержащий 4 атома железа. Именно он связывает кислород. При дефиците железа нарушается синтез гемоглобина, что приводит к снижению транспорта кислорода. Такое состояние называют анемией.
Наши эритроциты живут 3-4 месяца и разрушаются. Железо, высвобождающееся при их разрушении, идёт на синтез нового гемоглобина, либо хранится в депо. Поэтому, потери железа в организме очень низкие и препятствуют развитию анемии.
Ферритин - это белок, играющий роль внутриклеточного депо железа. Он присутствует практически во всех органах и тканях. Свободные атомы железа токсичны для организма, а благодаря ферритину они хранятся в растворимой и нетоксичной форме. Часть ферритина присутствует в крови и служит индикатором запасов железа в организме.
Плазменный трансферрин - это белок, осуществляющий транспорт железа в крови. Он забирает железо из депо и доставляет его ко всем органам. В норме ионами железа занята 1/3 связывающих участков трансферрина, остальные же остаются в резерве.
Всасывание железа из пищи обеспечивает другой тип трансферрина - мукозный. Он секретируется в просвет кишечника, загружается железом и возвращается обратно. Организм регулирует усвоение через синтез мукозного трансферрина. Его концентрация возрастает при дефиците железа и снижается, когда дефицит закрыт.
Гепсидин — это белок, регулирующий усвоение железа и его поступление в кровоток по принципу обратной связи. Например, при повышенной продукции эритроцитов Гепсидин снижается, чтобы поддержать достаточный уровень железа. А при воспалениях уровень Гепсидина растёт для снижения железа в крови, что является одним из механизмов защиты, но зачастую приводит к анемии.
Гемоглобин - это белок, содержащий 4 атома железа. Именно он связывает кислород. При дефиците железа нарушается синтез гемоглобина, что приводит к снижению транспорта кислорода. Такое состояние называют анемией.
Наши эритроциты живут 3-4 месяца и разрушаются. Железо, высвобождающееся при их разрушении, идёт на синтез нового гемоглобина, либо хранится в депо. Поэтому, потери железа в организме очень низкие и препятствуют развитию анемии.
Ферритин - это белок, играющий роль внутриклеточного депо железа. Он присутствует практически во всех органах и тканях. Свободные атомы железа токсичны для организма, а благодаря ферритину они хранятся в растворимой и нетоксичной форме. Часть ферритина присутствует в крови и служит индикатором запасов железа в организме.
Плазменный трансферрин - это белок, осуществляющий транспорт железа в крови. Он забирает железо из депо и доставляет его ко всем органам. В норме ионами железа занята 1/3 связывающих участков трансферрина, остальные же остаются в резерве.
Всасывание железа из пищи обеспечивает другой тип трансферрина - мукозный. Он секретируется в просвет кишечника, загружается железом и возвращается обратно. Организм регулирует усвоение через синтез мукозного трансферрина. Его концентрация возрастает при дефиците железа и снижается, когда дефицит закрыт.
Гепсидин — это белок, регулирующий усвоение железа и его поступление в кровоток по принципу обратной связи. Например, при повышенной продукции эритроцитов Гепсидин снижается, чтобы поддержать достаточный уровень железа. А при воспалениях уровень Гепсидина растёт для снижения железа в крови, что является одним из механизмов защиты, но зачастую приводит к анемии.
Обмен железа
Наш организм отлично контролирует обмен железа - сохраняет его после разрушения эритроцитов, затем использует эти запасы, а при необходимости - повышает усвоение в кишечнике. Даже организм вегетарианцев приспосабливается к диете, эффективней удерживает запасы железа и повышает его усвоение из пищи.
Но выводить излишки железа намного сложней. Это происходит путём слущивания оболочки кишечника, с желчью, волосами, ногтями, мочой. В день мы теряем 2 мг железа, а потребляем 10-20 мг. Поэтому организм ограничивает его всасывание - до 90% железа в пище остаются неусвоенными.
То есть, питание - не основная причина дефицита железа. Какие ещё бывают причины:
Но выводить излишки железа намного сложней. Это происходит путём слущивания оболочки кишечника, с желчью, волосами, ногтями, мочой. В день мы теряем 2 мг железа, а потребляем 10-20 мг. Поэтому организм ограничивает его всасывание - до 90% железа в пище остаются неусвоенными.
То есть, питание - не основная причина дефицита железа. Какие ещё бывают причины:
- Частые кровопотери из-за кожных повреждений, язв, опухолей, заболеваний внутренних органов, скрытых кровотечений в ЖКТ, паразитов в кишечнике.
- Приём лекарств, влияющих на метаболизм железа. Например, приём Аспирина ассоциирован со снижением уровня ферритина и повышенным риском анемии.
- Дефицит белка в рационе приводит к снижению синтеза транспортных белков, т.е. железо в депо есть, а транспорта для него нет.
- Другие, более редкие причины.
Анемия
Анемия - это не заболевание, а патологический синдром. Она связана со снижением гемоглобина и эритроцитов, а также ухудшением дыхательной функции крови. При лёгкой форме анемии возникает слабость и быстрая утомляемость. В тяжёлом случае появляется одышка, головная боль, шум в ушах, бледность кожи.
В основе любого типа анемии лежит один из следующих механизмов:
1. Нарушение образования нормальных эритроцитов и синтеза гемоглобина.
2. Внутренние кровотечения с потерей эритроцитов и развивающимся дефицитом железа.
3. Ускоренное разрушение эритроцитов.
Железодефицитная анемия (ЖДА) развивается собственно из-за дефицита железа. Причины мы уже рассмотрели в предыдущем разделе.
Пернициозная (мегалобластная) анемия обусловлена нарушением кроветворения. Основная причина - дефицит и плохое усвоение витамина B12. Это связано либо с низким потреблением животных продуктов, либо с болезнями ЖКТ. Но бывают и другие причины.
Анемия хронических заболеваний развивается при воспалении, которое обычно связано с инфекциями, почечной недостаточностью, опухолями, аутоиммунными заболеваниями. Организм может создавать искусственный дефицит железа, выводя его из крови и блокируя в клетках. Это позволяет замедлить рост и развитие инфекций, а также поддержать клеточный иммунитет.
Механизм следующий: повышается гепсидин, изменяется эритропоэтин, сокращается время жизни эритроцитов и нарушается деление их клеток-предшественников. Развивается нормоцитарная анемия (эритроциты в норме, но их кол-во снижается). А железо распределяется и блокируется в тканях. Все эти процессы запускаются при повышении воспалительных цитокинов, сопутствующих хроническим воспалениям.
В 2013 году провели исследование для изучения данного механизма. Популяцию крыс инфицировали бактерией Vibrio vulnificus. Затем половине выборки увеличили содержание железа в пище, а у другой - снизили. В результате смертность группы с перегруженностью железом превышала смертность железодефицитной группы.
В основе любого типа анемии лежит один из следующих механизмов:
1. Нарушение образования нормальных эритроцитов и синтеза гемоглобина.
2. Внутренние кровотечения с потерей эритроцитов и развивающимся дефицитом железа.
3. Ускоренное разрушение эритроцитов.
Железодефицитная анемия (ЖДА) развивается собственно из-за дефицита железа. Причины мы уже рассмотрели в предыдущем разделе.
Пернициозная (мегалобластная) анемия обусловлена нарушением кроветворения. Основная причина - дефицит и плохое усвоение витамина B12. Это связано либо с низким потреблением животных продуктов, либо с болезнями ЖКТ. Но бывают и другие причины.
Анемия хронических заболеваний развивается при воспалении, которое обычно связано с инфекциями, почечной недостаточностью, опухолями, аутоиммунными заболеваниями. Организм может создавать искусственный дефицит железа, выводя его из крови и блокируя в клетках. Это позволяет замедлить рост и развитие инфекций, а также поддержать клеточный иммунитет.
Механизм следующий: повышается гепсидин, изменяется эритропоэтин, сокращается время жизни эритроцитов и нарушается деление их клеток-предшественников. Развивается нормоцитарная анемия (эритроциты в норме, но их кол-во снижается). А железо распределяется и блокируется в тканях. Все эти процессы запускаются при повышении воспалительных цитокинов, сопутствующих хроническим воспалениям.
В 2013 году провели исследование для изучения данного механизма. Популяцию крыс инфицировали бактерией Vibrio vulnificus. Затем половине выборки увеличили содержание железа в пище, а у другой - снизили. В результате смертность группы с перегруженностью железом превышала смертность железодефицитной группы.
Перегрузка железом
Крайне важно понимать все тонкости и взаимосвязи в организме. Неправильная постановка диагноза и назначение препаратов железа без необходимости повышает вероятность перегрузки железом.
Индуцированное железом окислительное повреждение молекул с помощью активных форм кислорода, особенно высокореактивного радикала -ОН, образующегося в реакции Фентона, инициирует перекисное окисление липидов (ПОЛ) клеточных мембран. В процессе ПОЛ образуются токсичные побочные продукты, повреждающие ДНК и белки путём окисления боковых цепей аминокислот, в результате чего происходит фрагментация белков. ПОЛ может сопровождаться повреждением плазматических мембран и митохондрий.
При 60% насыщения трансферрина в кровотоке появляются молекулы несвязанного железа и запускается реакция Фентона. В результате высвобождается гидроксильный радикал, повреждающий клетки, митохондрии, стенки артерий.
Хроническая перегрузка железом вызывает цирроз печени, бронзовую болезнь, диабет, атеросклероз, кардиомиопатию и другие заболевания. Поэтому употреблять препараты железа здоровым людям строго запрещено.
Как определить перегрузку железом?
Нам важно знать два параметра - коэффициент насыщения трансферрином и ферритин. Выше мы говорили о 60% насыщения, но в реальности перегрузка может возникнуть и при более низких значениях. Поэтому, стремимся держать коэффициент насыщения в пределах 45%, а Ферритин в пределах 200 мкг/л.
Хроническая перегрузка железом вызывает цирроз печени, бронзовую болезнь, диабет, атеросклероз, кардиомиопатию и другие заболевания. Поэтому употреблять препараты железа здоровым людям строго запрещено.
Как определить перегрузку железом?
Нам важно знать два параметра - коэффициент насыщения трансферрином и ферритин. Выше мы говорили о 60% насыщения, но в реальности перегрузка может возникнуть и при более низких значениях. Поэтому, стремимся держать коэффициент насыщения в пределах 45%, а Ферритин в пределах 200 мкг/л.
Анализы
Перед анализами по согласованию с врачом исключить на 3 суток приём лекарств.
Для начала сдаём общий анализ крови, куда входят эритроциты, гемоглобин, средний объём эритроцита, средняя концентрация гемоглобина в эритроците. Как правило, этого достаточно для первичной диагностики. А для уточнения диагноза нам доступны анализы:
1. Железо (сывороточное) - показывает уровень транспортируемого железа в крови. При недостатке железа в организме, его концентрация в крови также снижается. Однако, данного анализа недостаточно для определения причины нарушений.
2. Ферритин (депо) - присутствует в небольших количествах в крови. Его уровень снижается при железодефицитной анемии, указывая на истощение запасов. А при избыточном накоплении железа и гемохроматозе - повышается.
Для начала сдаём общий анализ крови, куда входят эритроциты, гемоглобин, средний объём эритроцита, средняя концентрация гемоглобина в эритроците. Как правило, этого достаточно для первичной диагностики. А для уточнения диагноза нам доступны анализы:
1. Железо (сывороточное) - показывает уровень транспортируемого железа в крови. При недостатке железа в организме, его концентрация в крови также снижается. Однако, данного анализа недостаточно для определения причины нарушений.
2. Ферритин (депо) - присутствует в небольших количествах в крови. Его уровень снижается при железодефицитной анемии, указывая на истощение запасов. А при избыточном накоплении железа и гемохроматозе - повышается.
Ферритин относится к белкам «острой фазы» и повышается при воспалениях, опухолях, заболеваниях печени, алкоголизме, приёме оральных контрацептивов. Таким образом, его концентрация не всегда отражает реальные запасы депонированного железа.
3. Трансферрин. Определение трансферрина (транспортного белка) в крови является достаточно достоверным тестом оценки железодефицитных состояний.
4. ЛЖСС (латентная железосвязывающая способность сыворотки). В норме трансферрин заполнен железом на 1/3, а остальные участки находятся в резерве. Анализ ЛЖСС сдаётся для проверки, сколько в реальности свободных участков есть у трансферрина.
5. ОЖСС (общая железосвязывающая способность сыворотки) не является анализом. Это сумма результатов анализов Железо и ЛЖСС. То есть, сумма железа, которое уже есть в крови, и которое способно поместиться сверх этого. Так мы узнаем, какое максимальное количество железа способен связать трансферрин в крови.
6. Коэффициент насыщения трансферрина не является анализом. Это процент, который составляет текущий уровень сывороточного железа от ОЖСС (максимально возможного).
Коэффициент насыщения = (железо сыворотки/ОЖСС) × 100
7. Витамины B9 и B12. Дефицит фолиевой кислоты (B9) и витамина B12 лежит в основе развития пернициозной (мегалобластной) анемии. Основные причины - нарушение усвоения B12 и вегетарианская диета.
8. Анализ кала на скрытую кровь (иммунохимический) для диагностики кровотечений желудочно-кишечного тракта, которые могут являться причиной анемии.
9. Гаптоглобин - белок крови, связывающий гемоглобин при распаде эритроцита, и блокирующий его окислительную активность. Данный анализ проводится для выявления гемолитической анемии, связанной с усиленным разрушением эритроцитов.
10. Гепсидин - регулятор метаболизма железа. Повышается при воспалении, приводя к снижению уровня железа в крови. Позволяет дополнительно оценить состояния, связанные с дефицитом и перегрузкой железом.
11. Растворимые рецепторы трансферрина (sTfR) - оценка дефицита железа при сложной анемии на фоне воспаления и хронических заболеваний. При повышенной потребности клеток в железе sTfR увеличивается. Если же клеткам хватает железа - sTfR снижается.
12. Рецепторно-ферритиновый индекс - отношение sTfR к логарифму от концентрации ферритина. Считается одним из самых точных показателей дефицита железа.
Вывод: Рассмотренные биомаркеры говорят о состоянии железа по-разному. У каждого из них есть плюсы и минусы. Но в комбинации их точность значительно возрастает.
4. ЛЖСС (латентная железосвязывающая способность сыворотки). В норме трансферрин заполнен железом на 1/3, а остальные участки находятся в резерве. Анализ ЛЖСС сдаётся для проверки, сколько в реальности свободных участков есть у трансферрина.
5. ОЖСС (общая железосвязывающая способность сыворотки) не является анализом. Это сумма результатов анализов Железо и ЛЖСС. То есть, сумма железа, которое уже есть в крови, и которое способно поместиться сверх этого. Так мы узнаем, какое максимальное количество железа способен связать трансферрин в крови.
6. Коэффициент насыщения трансферрина не является анализом. Это процент, который составляет текущий уровень сывороточного железа от ОЖСС (максимально возможного).
Коэффициент насыщения = (железо сыворотки/ОЖСС) × 100
7. Витамины B9 и B12. Дефицит фолиевой кислоты (B9) и витамина B12 лежит в основе развития пернициозной (мегалобластной) анемии. Основные причины - нарушение усвоения B12 и вегетарианская диета.
8. Анализ кала на скрытую кровь (иммунохимический) для диагностики кровотечений желудочно-кишечного тракта, которые могут являться причиной анемии.
9. Гаптоглобин - белок крови, связывающий гемоглобин при распаде эритроцита, и блокирующий его окислительную активность. Данный анализ проводится для выявления гемолитической анемии, связанной с усиленным разрушением эритроцитов.
10. Гепсидин - регулятор метаболизма железа. Повышается при воспалении, приводя к снижению уровня железа в крови. Позволяет дополнительно оценить состояния, связанные с дефицитом и перегрузкой железом.
11. Растворимые рецепторы трансферрина (sTfR) - оценка дефицита железа при сложной анемии на фоне воспаления и хронических заболеваний. При повышенной потребности клеток в железе sTfR увеличивается. Если же клеткам хватает железа - sTfR снижается.
12. Рецепторно-ферритиновый индекс - отношение sTfR к логарифму от концентрации ферритина. Считается одним из самых точных показателей дефицита железа.
Вывод: Рассмотренные биомаркеры говорят о состоянии железа по-разному. У каждого из них есть плюсы и минусы. Но в комбинации их точность значительно возрастает.
Расшифровка
Рассмотрим комбинацию двух анализов - железо и трансферрин. Каждый из них может быть как понижен, так и повышен. Получается 4 типа нарушений:
- 1-й тип - железо понижено, трансферрин повышен:
- 2-й тип - железо повышено, трансферрин повышен:
- 3-й тип - железо повышено, трансферрин понижен:
- 4-й тип - железо понижено, трансферрин понижен:
Вышеизложенные рекомендации применять после консультации с врачом!