СОДЕРЖАНИЕ:

1. Биологическая роль железа
2. Железосодержащие органические соединения в организме человека
3. Кинетика обмена железа
4. Этиология дефицита железа
5. Роль питания
6. Диагностическое и лечебное применение железа
7. Библиография

  

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЖЕЛЕЗА



Для нормального роста и выполнения биологических
функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый
ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на 2
класса макроэлементы и микроэлементы.



Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний,
натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в
относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в
сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.



Более непосредственное отношение к действию
ферментов имеют незаменимые микроэлементы, суточная
потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, т.е.
сопоставима с потребностью в витаминах. Известно, что в пище
животных обязательно должно содержаться около 15
микроэлементов.



Большинство незаменимых микроэлементов служит в
качестве кофакторов или простетических групп ферментов. При этом
они выполняют какую-нибудь одну функцию из трех (по меньшей
мере) возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент
сам по себе может обладать каталитической активностью по
отношению к той иди иной химической реакции, скорость которой в
значительной степени возрастает в присутствии ферментного белка.
Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион
металла может образовывать комплекс одновременно и с субстратом
и с активным центром фермента, в результате оба они сближаются
друг с другом и переходят в активную форму. Наконец, в-третьих,
ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на
определенной стадии каталитического цикла.



Железо относится к тем микроэлементам,
биологические функции которых изучены наиболее полно.



Значение железа для организма человека, как и в
целом для живой природы, трудно переоценить. Подтверждением
этому может быть не только большая распространенность его в
природе, но и важная роль в сложных метаболических процессах,
происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа
определяется многогранностью его функций, незаменимостью
другими металлами в сложных биохимических процессах, активным

участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное
функционирование тканей и организма человека.



Железо принадлежит к восьмой группе элементов
периодической системы Д. И. Менделеева (атомный номер 26,
атомный вес 55,847 , плотность 7,86 г/см). Ценным его свойством
является способность легко окисляться и восстанавливаться,
образовывать сложные соединения со значительно отличающимися
биохимическими свойствами, непосредственно участвовать в
реакциях электронного транспорта.



                      ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЕ
             ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

       В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА



Железо, находящееся в организме человека, можно
разбить на 2 большие группы: клеточное и внеклеточное.
Соединения железа в клетке, отличающиеся различным строением,
обладают характерной только для них функциональной активностью
и биологической ролью для организма. В свою очередь их можно
подразделить на 4 группы:



1. гемопротеины, основным структурным элементом которых
является гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза и
пероксидаза);



2. железосодержащие ферменты негеминовой группы (сукцинат-де-
гидрогеназа, ацетил - коэнзим А - дегидрогеназа, НАДН ,- цитохром
С-редуктаза и др.);



3. ферритин и гемосидерин внутренних органов;



4. железо, рыхло связанное с белками и другими органическими
веществами.



Ко второй группе внеклеточных соединений железа
относятся железо-связывающие белки трансферрин и лактоферрин,
содержащиеся во внеклеточных жидкостях.



                         
КЛЕТОЧНОЕ ЖЕЛЕЗО



                         Гемоглобин,      содержащийся в эритроцитах, выполняет

важную   для    организма       газотранспортную    функцию -  переносит

экзогенный  кислород  и  эндогенный  углекислый газ.   Эритроцит     по

отношению  к  гемоглобину  играет  роль  буферной системы, способной

регулировать общую величину газотранспортной функции.
                         Дыхательный пигмент крови - сложный белок, состоящий

из белковой молекулы - глобина, соединенной полипептидными цепочками с 4 комплексами гема. Глобин состоит из 2 пар (   ) полипептидных цепочек, каждая  из  которых  содержит  141-146 аминокислот. Гем, составляющий 4% веса молекулы гемоглобина, содержит железо в центре порфиринового кольца.  У здорового человека гемоглобин гетерогенен. Нормальный эритроцит содержит приблизительно 30 пг. гемоглобина, в котором находится 0,34% железа.



Миоглобин - дыхательный белок сердечной и
скелетной мускулатуры. Он состоит из единственной полипептидной
цепочки, содержащей 153 аминокислоты и соединенный с
гемпростетической группой. Основной функцией миоглобина
является транспортировка кислорода через клетку и регуляция его
содержания в мышце для осуществления сложных биохимических
процессов, лежащих в основе клеточного дыхания. Он содержит
0,34% железа. Миоглобин депонирует кислород во время
сокращения мышц, а при их поражении он может попадать в кровь и
выделяться с мочой.



Железосодержащие ферменты и негеминовое
железо клетки находится главным образом в митохондриях.
Наиболее изученными и важными для организма ферментами
являются цитохромы, каталаза и пероксидаза.



Цитохромы делятся на 4 группы в зависимости от
строения геминовой группы:
n А - цитохромы с гем - группой, соединяющей формилпорфин;

n В - цитохромы с протогем - группой;

n С - цигохромы с замещенной мезогем - группой;

n Д - цитохромы с гем - группой, соединяющей дегидропорфин.

                                В организме человека содержатся следующие цитохромы:

а1, аз, в, в5, с, с1, Р450. Они представляют собой липидные комплексы

гемопротеинов и прочно связаны с мембраной митохондрии. Однако,

цитохромы в5 и Р450 находятся в эндоплазматическом ретикулюме,

а микросомы содержат НАДН- цитохром С - редуктазу. Существует

мнение, что митохондриальное дыхание необходимо для процессов
дифференцировки тканей, а внемитохондриальное играет важную
роль в процессах роста и дыхания клетки. Основной биологической
ролью большинства цитохромов является участие в переносе
электронов, лежащих в основе процессов терминального окисления в
тканях.
Цитохромоксидаза является конечным ферментом
митохондриального транспорта электронов - электронотранспортной
цепочки, ответственным за образование АТФ при окислительном
фосфолировании в митохондриях. Показана тесная зависимость

между содержанием этого фермента в тканях и утилизацией ими
кислорода.


                    Каталаза, как и цитохромоксидаза, состоит из единственной полипептидной цепочки, соединенной с гем - группой.
Она является одним из важнейших ферментов, предохраняющих
эритроциты от окислительного гемолиза. Каталаза выполняет
двойную функцию в зависимости от концентрации перекиси
водорода в клетке. При высокой концентрации перекиси водорода
фермент катализирует реакцию ее разложения, а при низкой - и в
присутствии донора водорода  (метанол, этанол и др.) становится
преобладающей пероксидазная активность каталазы.



                    Пероксидаза содержится преимущественно в лейкоцитах и слизистой тонкого кишечника у человека. Она также
обладает защитной ролью, предохраняя клетки от их разрушения
перекисными соединениями. Миелопероксидаза - железосодержащий

геминовый фермент, находящийся в азурофильных гранулах

нейтрофильных лейкоцитов и освобождается в фагоцитирующие вакуоли

в течение лизиса гранул.


                    Активированное этим ферментом разрушение белка клеточной стенки бактерий является смертельным для микроорганизма, а
активированное им йодинирование частиц относится к бактерицидной

функции лейкоцитов.   . 



                     К железосодержащим относятся и флавопротеи
новые ферменты,

в которых железо не включено в геминовую группу и необходимо только для реакций переноса.


                          Наиболее изученной является сукцинатдегидрогеназа,

которая наиболее активна в цикле трикарбоновых кислот.  Митохондриальные мембраны свободно проницаемы для субстрата фермента.
Негеминовое железо, локализующееся главным
образом в митохондриях клетки, играет существенную роль в дыхании

клетки, участвуя в окислительном фосфолировании и транспорте

электронов при терминальном окислении, в цикле трикарбоновых

кислот.



Ферритин и гемосидерин - запасные
соединения железа в клетке, находящиеся главным образом в
ретикулоэндотелиальной системе печени, селезенки и костного
мозга. Приблизительно одна треть резервного железа организма
человека, преимущественно в виде ферритина, падает на долю
печени. Запасы железа могут быть при необходимости
мобилизованы для нужд организма и предохраняют его от
токсичного действия свободно циркулирующего железа.
Известно, что гепатоциты и купферовские клетки
печени участвуют в создании резервного железа, причем в
нормальной печени большая часть пегом и нового железа обнаружена
в гепатоцитах в виде ферритина. При парентеральном введении
железа как гепатоциты, так и кунферовские клетки печени
аккумулируют большое количество дополнительного ферритина,
хотя последние имеют тенденцию запасать относительно больше из
лишнего негеминового железа в виде гемосидерина.



Сферическая белковая оболочка молекулы ферритина состоит из 24 субъединиц, имеющих молекулярный вес
18500 - 19000. Общий молекулярный вес апоферритина 445000.
Электронно-микроскопические исследования показали, что
ферритин имеет полую оболочку с внутренним диаметром 70 - 80 А.
Оболочка имеет 6 каналов, расширяющихся кнутри (их диаметр 9-12 А).

Ядро ферритина состоит из мицелл железо-фосфатного
комплекса, имеющих кристаллическую структуру. Захват и
освобождение железа осуществляется через белковые каналы путем
свободного пассажа, а его отложение и мобилизация происходят на
поверхности микрокристаллов. Стимуляция синтеза ферритина
железом является хорошо установленным фактом.



Как известно, печень является основным
компонентом ретикулоэндотелиальной системы. В конце
жизнедеятельности эритроциты фагоцитируются макрофагами этой
системы, а освобождающееся железо или оседает в печени в виде
ферритина (гемосидерина), или возвращается в плазму крови и
захватывается в паренхиматозных клетках печени и мышц, а также
в макрофагах ретикулоэндотелиальной системы печени, селезенки и
костного мозга.  .



Гемосидерин является вторым запасным
соединением железа в клетке и содержит значительно больше
железа, чем ферритин. В отличие от ферритина он нерастворим в
воде. Существует достаточно аргументированное предположение,
что преобразование ферритина в гемосидерин происходит путем
постепенного перенасыщения ферритиновой молекулы железом с
последующим ее разрушением и образованием зрелого
гемосидерина.



Внимание исследователей в последнее время
привлекает циркулирующий в крови ферритин. Вероятно, он
происходит из клеток ретикулоэндотелиальной системы. Имеются
предположения, что сывороточный ферритин является отражением
активной секреции ферритина из печеночных клеток, возможно из

связанных полисом. Таким образом, его присутствие в сыворотке в
небольшом количестве не является результатом разрушения клеток
печени. Не только его происхождение, но и биологическая роль в
организме человека до настоящего времени изучены недостаточно.
Не вызывает сомнений точно установленный факт концентрация
сывороточного ферритина отражает состояние запасного фонда
железа в организме человека. Отметим, что хорошая зависимость
отмечена между уровнем сывороточного ферритина и
мобилизуемыми запасами железа в организме человека, изученных с
помощью количественных кровопусканий, а также между
ферритином и концентрацией негеминового железа в тканях печени,
полученных с помощью биопсии у людей. 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 всем объеме 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 плазменного железа, является
взаимодействие процессов синтеза и распада эритроцитов.
Железо-связывающий белок трансферрин, открытый шведскими учеными, содержится в небольшом количестве в плазме крови. Общая железо-связывающая способность плазмы, характеризуящаясяпрактически концентрацией трансферрина, колеблется от 44,7 до 71,6 мкмоль/л, а свободная железо-связывающая способность - резервная емкость трансферрина - составляет 28.8 - 50.4 мкмоль/л у здорового человека.  .



В плазме здорового человека трансферрин может
находиться в 4 молекулярных формах:

 

1) апотрансферрина;

2) моножелезистого трансферрина А - железо занимает только
А - пространство;

3)  моножелезистого трансферрина В - железо
занимает только В-пространство;

4)  дижелезистого транферрина - заняты А и В пространства.
                                    Молекулярный вес трансферрина 76000 - 80000,

он состоит из единственной полипептидной цепочки с
расположенными на ней двумя значительно схожими, если не идентичными, металлсвязывающими пространствами. Эти пространства  (А и В) наиболее прочно связывают железо по сравнению с ионами других металлов. Около 6% железо-связывающего белка составляют углеводные остатки, находящиеся в 2 ответвляющихся цепочках и заканчивающихся сиаловой кислотой. Углеводы, вероятно, не участвуют в механизме захвата железа. Синтезируется трансферрин преимущественно в паренхиматозных клетках печени.
Функции трансферрина в организме представляют значительный интерес. Он не только переносит железо в различные ткани и органы, но и «узнает» синтезирующие гемоглобин ретикулоциты и, возможно другие

нуждающиеся в железе клетки. Трансферрин отдает железо им только в

том случае, если клетки имеют специфические рецепторы, связывающие

железо. Таким образом, этот железо-связывающий белок 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 специфических рецепторов для
железа. Кроме того трансферрин обладает защитной функцией -
предохраняет ткани организма от токсического действия железа.



                                  Анализируя биологическую роль трансферрина в
организме, следует упомянуть о результатах экспериментальных
исследований, свидетельствующих о способности этого белка
регулировать транспорт железа из лабильных 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
ретикулоэндотелиальной системы и откладывается в виде запасного
железа, некоторое количество его поступает в неэритропоэтические
ткани и используется для образования миоглобина и ферментов
тканевого дыхания (цитохромы, каталаза и т.д.). Все эти процессы
являются сложными и до конца не изученными.
                          Однако некоторые этапы наиболее важного процесса передачи железа трансферрином клеткам костного мозга можно представить следующим образом:



1) адсорбция трансферрина рецепторными участками на
поверхности ретикулоцитов;



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.


                      Известно, что количество связывающих трансферрин

пространств максимально в ранних эритроидных предшественниках и
уменьшается по мере созревания этих клеток.



Железо-связывающий белок лактоферрин обнаружен
во многих биологических жидкостях: молоке, слезах, желчи,
синовиальной жидкости, панкреатическом соке и секрете тонкого
кишечника. Кроме того, он находится в специфических вторичных
гранулах нейтрофильных лейкоцитов, образуясь в клетках
миелоидного ряда со стадии промиелоцита. Подобно трансферрину,
лактоферрин способен связывать 2 атома железа специфическими
пространствами. Он состоит из одной полипептидной цепочки,
молекулярный вес приблизительно равен 80000. В физиологических
условиях этот железо-связывающий белок насыщен железом до 20%
в ничтожных количествах он содержится в плазме крови,
освобождаясь в нее из нейтрофильных лейкоцитов. Несмотря на
схожесть лактоферрина и трансферрина, эти железо-связывающие
белки отличаются друг от друга по антигенным свойствам, составу
аминокислот, белков и углеводов.



В настоящее время известны следующие функции

этого белка: бактериостатическая, участие в иммунных процессах и

абсорбции железа в желудочно-кишечном тракте. Свободный от

железа лактоферрин - аполактоферрин обладает бактериостатическими

свойствами, которые теряются при насыщении его железом.

Аполактоферрин тормозит in vitro рост бактерий и грибов, и возможно,

играет роль во внутриклеточной гибели микроорганизмов. При низкой

концентрации лактоферрина в нейтрофильных лейкоцитах может

уменьшаться их бактерицидная активность.



Железосерные ферменты - это еще один важный
класс железосодержащих ферментов, 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 лабильной форме, расщепляющейся под
действием кислот. К железо - серным ферментам относится,
например, ферредоксин хлоропластов, осуществляющий перенос
электронов от возбужденного светом хлорофилла на разнообразные
акцепторы электронов.

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ И ЛЕЧЕБНОЕ

                  ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗА



Железо-связывающую способность сыворотки крови определяют по
шале (A. Shade) в модификации Pата C.Rath) и Финча (C.Finch). Метод
основан на том, что при взаимодействии р-глобулинов и двухвалентного
железа образуется комплекс оранжево-красного цвета. Поэтому при
добавлении ферросолей (обычно соли мора) к сыворотке крови
нарастает интенсивность этой окраски, которая резко стабилизируется в
точке насыщения белка.



Содержание железа в плазме крови подвержено суточным
колебаниям - оно снижается ко второй половине дня.



При гемосидерозе, гемохроматозе, гемолитической, n-, дне- и
гипопластической анемиях, железодефицитной анемии, острых и
хронических инфекциях, циррозе печени, уремии, злокачественных
новообразованиях, гемолитических и паренхиматозных (но не
застойных) желтухах наблюдаются гиперсидеремии и одновременное
уменьшение НЖСС. Гипосидеремия и одновременное повышение НЖСС
определяются при недостаточном поступлении железа с пищей и при
состояниях, сопровождающихся повышенной в нем потребностью: при
беременности, острых и хронических кровопотерях, т.е. при так

называемых гипохромных анемиях, а также при острых инфекционных
заболеваниях.



Обмен железа в организме во многом зависит от нормального
функционирования печени, поэтому определение содержания железа в
сыворотке крови может быть использовано в качестве функциональной
печеночной пробы. При паренхиматозных поражениях печени
нарушается ее функция по депонированию железа, т.к. пораженный или
погибающий гепатоцит отдает железо в кровь. Вместе с тем из-за утраты
гепатоцитами способности ассимилировать железо разрушающихся
эритроцитов происходит его накопление в сыворотке крови. Оба эти
процесса вызывают при острых паренхиматозных заболеваниях печени
гиперсидеремию, которую особенно важно учитывать при
эпидемическом гепатите, т.к. при вирусных инфекциях содержание
железа в сыворотке крови снижается.



В отличие от паренхиматозной желтухи механическая желтуха
всегда протекает при нормальном или несколько пониженном
содержании железа в сыворотки крови.



Радиоактивное железо применяют в радиоизотопной диагностике,
для изучения эритропоэза, обмена и всасывания железа, главным
образом, в виде цитрата или хлорида. Наиболее широкое клиническое
применение находят препараты, меченные  Fe. Препараты, меченные
 Fe, в клинической практике применяются редко из-за длительного
периода выведения из организма и неудобства детектирования его
излучения. В ряде случаев (сканирование головного мозга и др.)
Предпочтительнее использовать короткоживущий изотоп  Fe, который
создает значительно меньшую дозу облучения организма. При
определении усвояемости железа эритроцитами радиоактивное железо
 Fe) вводят в кровoток. В последующие 15-20 дней с промежутками в 2-3
дня берут пробы крови и путем измерения  Fe-активности эритроцитов
определяют степень поглощения железа эритроцитами.
         ЛЕЧЕБНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗА
 При анемических состояниях лечебное применение железа

обусловлено его участием в процессе гемоглобинообразования,

совершающемся в эритробластах костного мозга.



Показаниями к применению железа являются железодефицитные
анемии различной этиологии (анемии от кровопотерь, алиментарные
анемии, хлороз, анемии беременных и др.), Протекающие с пониженным
содержанием железа в крови и истощением тканевых резервов железа, а
также состояния латентного (бессимптомного) дефицита железа,
встречающегося у 20-30% практически здоровых женщин. Назначение
железа показано и при других состояниях гипосидероза (недостаточности
железа), сочетающихся с анемией или проявляющихся самостоятельно:
при сидеропенической дисфагии Россолимо-Бехтерева, коилонихии,
извращенности вкуса и обоняния, зловонном насморке (онезе).



При назначении препаратов железа внутрь следует учитывать
анатомно-функциональное состояние желудочно-кишечного тракта,
особенно его верхних отделов желудка, двенадцатиперстной кишки и
начального отдела тощей кишки, являющихся наиболее активными
участками всасывания железа. После кровопусканий, активирующих
эритропоэз, абсорбция железа возрастает и осуществляется на
протяжении всего кишечника, включая слепую кишку.



Лечебное применение железа обусловлено необходимостью
восстановления нормальной концентрации не только гемоглобина, но и
железа в тканях. Недостаточное лечение, в результате которого резервы
тканевого железа не восполняются, способствует сохранению латентного
дефицита железа и быстрому рецидиву анемии.



Критериями эффективности лечения препаратами железа
считаются:

 

n повышение цветного показателя крови;

n повышение числа эритроцитов показателя гематокрита

(в меньшей степени);

n нормализация величины концентрации сывороточного железа;

n снижение общей и латентной железо-связывающей способности
сыворотки крови;

n повышение насыщенности трансферрина железа;

n пополнение тканевых резервов железа, определяемых при помощи
десфераловой пробы.
                 Показателем эффективности лечения препаратами
железа является также обратное развитие трофических нарушений
эпителия и эндотелия, связанных с дефицитом железа.
                             БИБЛИОГРАФИЯ:


1. Большая Медицинская Энциклопедия,
под редакцией Б.В.Петровского, М., 1978.


2. Ленинджер А. «Основы биохимии»,
М., 1985.


3. Петров В.Н. «Физиология и патология обмена железа »,

    Л., 1982.


4. Кассирский И.А. «Клиническая гематология »,

    М., 1970.


5. Верболович П.А.,  Утешев А.Б. «Железо в животном

    организме», А-Ата, 1967.