Metabolizm żelaza 

Żelazo jest jednym z najważniejszych pierwiastków śladowych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania żywych organizmów. Szacuje się, że organizm dorosłego człowieka zawiera 3-4 g żelaza. Wchłanianie żelaza z pokarmu zależy od zawartości tego pierwiastka w diecie, jego przyswajalności, zasobów ustrojowych oraz ilości wydalanej z organizmu. Zrównoważona dieta dostarcza zwykle 10-20 mg żelaza, z czego około 10% ulega absorbcji z jelit. Dobowe zapotrzebowanie na żelazo jest różne dla poszczególnych grup ludzi.

Produkty spożywcze zawierają dwa rodzaje żelaza: hemowe są to głównie produkty pochodzenia zwierzęcego takie jak: podroby (wątroba, nerki), chude czerwone mięso (polędwica wołowa, cielęca)  oraz niehemowe głównie produkty roślinne np. natka pietruszki, suche nasiona roślin strączkowych, jaja i ciemne pieczywo. 

Na poniższym schemacie przedstawiono dobowy cykl żelaza.

Wartości referencyjne stężenia żelaza w surowicy krwi

Przyjmuje się, że prawidłowe stężenie u dorosłych powinno zawierać się w przedziale od 60 do 180 μg/dl, przy czym u kobiet jest niższe niż u mężczyzn o około 10 μg/dl. Wraz z wiekiem stężenie żelaza w surowicy maleje. Na jego wartość ma również wpływ zmienność wewnątrzosobnicza oraz zmienność okołodobowa (większe wartości w godzinach porannych). Do przejściowego wzrostu stężenia żelaza dochodzi po spożyciu łatwo przyswajalnego żelaza w pokarmie, suplementacji. Z kolei do spadku stężenia żelaza dochodzi w stanach ustrojowego niedoboru oraz niedoborach funkcjonalnych jak niedokrwistości chorób przewlekłych, które spowodowane są blokadą uwalniania żelaza z makrofagów i udostępniania dla procesu erytropoezy.

Rola żelaza w organizmie człowieka

Żelazo jest niezbędne do prawidłowego rozwoju i podziału komórek oraz prawidłowego funkcjonowania komórek układu odpornościowego, ma zasadnicze znaczenie dla powstania H₂O₂ i NO. Prawie 2/3 ustrojowego żelaza w organizmie ludzkim stanowi przenosząca tlen z płuc do tkanek

hemoglobina. W szpiku kostnym żelazo bierze udział w powstawaniu czerwonych krwinek. Jest również istotne w prawidłowym rozwoju tkanki nerwowej (mielinizacja rdzenia kręgowego). 

W przypadku niedoboru tego pierwiastka upośledzona jest aktywność białkowej kinazy C, zahamowana również zostaje aktywność reduktazy rybonukleinowej, co zmniejsza zdolność komórki do replikacji.  

U ssaków żelazo występuje w 4 głównych związkach z białkami:

– nieenzymatycznych białkach- hemoproteinach (hemoglobina, mioglobina) biorących udział w transporcie cząsteczki tlenu

-nieenzymatycznych białkach niehemowych- transferryna, ferrytyna, hemosyderyna

– enzymach siarkowo-żelazowych- biorących udział w transporcie elektronów

– enzymach zawierających hem- głównie transport elektronów.

Wchłanianie żelaza

Żelazo w diecie i środowisku jest zwykle trójwartościowe (Fe³⁺), czyli trudno rozpuszczalne i mało biodostępne. Redukcja żelaza zachodzi przy udziale ferroreduktazy, obecnej na powierzchni rąbka szczoteczkowego dojrzałych jelitowych komórek absorpcyjnych. W  następnym etapie przezbłonowy transporter metali dwuwartościowych (DMT1, divalent metal transporter 1) przenosi jon Fe²⁺ do wnętrza komórki nabłonka jelitowego. Żelazo w enterocytach wiązane jest przez ferrytynę, a jego nadmiar przekazywany do krwi. Ponowne utlenienie żelaza prze hefestynę (białkowy homolog ceruloplazminy) jest niezbędne do jego związania z apotransferyną i utworzenia transferryny. Poniższej przedstawiono schemat wchłaniania żelaza w proksymalnym odcinku jelita cienkiego.

Żelazo rozmieszczone jest w dwóch pulach:

1. Magazynowej- żelazo zgromadzone w komórkach wątroby i makrofagach układu siateczkowo- śródbłonkowego, gdzie jest związane z ferrytyną i hemosyderyną
2. Funkcjonalnej- żelazo we krwi, związane z białkiem transportowym (transferyną) oraz żelazo wykorzystywane do wytwarzania hemoglobiny w erytroblastach i syntezy innych ferroprotein (mioglobina, cytochromy)

Metabolizm żelaza w układzie siateczkowo-śródbłonkowym

Makrofagi układu siateczkowo-śródbłonkowego fagocytują zużyte krwinki czerwone, dochodzi do rozkładu erytrocytów i tym samym odzyskania żelaza, które jest następnie uwalniane do osocza lub magazynowane w wątrobie. Makrofagi układu siateczkowo- śródbłonkowego są głównym dostarczycielem żelaza dla erytropoezy.

Rola hepcydyny w metabolizmie żelaza

Hepcydyna jest głównym białkiem regulującym wchłanianie żelaza z przewodu pokarmowego oraz jego uwalnianie z komórek układu siateczkowo- śródbłonkowego (RES) na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Hepcydyna wiąże się z ferroportyną i wyzwala fosforylację jej miejsc tyrozynowych , powodując jej internalizację i degradację w lizosomach i tym samym wyłącza komórkowy eksport żelaza w enterocytach i makrofagach, prowadząc do spadku stężenia żelaza w surowicy krwi.

Hepcydyna jest białkiem ostrej fazy, zwiększenie jej produkcji  przez wątrobę jest obserwowane w czasie infekcji, w przewlekłych stanach zapalnych, a także przy zwiększaniu się zapasów żelaza w organizmie, w przypadku niedokrwistości i hipoksji.

Nadmiar żelaza i stan zapalny indukują produkcję hepcydyny, podczas gdy niedobór żelaza, niedotlenienie i nasilona erytropoeza hamują jej syntezę!

Niedobór i nadmiar żelaza

Niebezpieczny dla zdrowia człowieka jest zarówno nadmiar, jak i niedobór związków żelaza – ich konsekwencją jest rozwój poważnych schorzeń objawiających się dysfunkcją wielu narządów, a w skrajnych przypadkach śmiercią. Niedobór żelaza powoduje wiele niekorzystnych skutków zdrowotnych, jednym z nich jest rozwój niedokrwistości. Niedokrwistość z niedoboru żelaza to jedno z najczęściej występujących schorzeń hematologicznych na świecie

Silna reaktywność żelaza jest potencjalnie dużym zagrożeniem dla organizmu. Jeśli przekroczona jest zdolność wiązania żelaza, wolne jony żelaza inicjują powstawanie rodników tlenowych, które w dalszej kolejności mogą niszczyć składniki komórkowe, takie jak kwasy nukleinowe, białka i lipidy.

 mgr Patrycja Leyk, Diagnosta Laboratoryjny

Bibliografia:

Filipczyk, Lesław, Przemysław Król, and Antoni Wystrychowski. „Hepcydyna-hormon wątrobowy kontrolujący homeostazę żelaza.” Renal Disease and Transplantation Forum. Vol. 3. No. 4. 2010.

Korzeniowska, Katarzyna, Artur Cieślewicz, and Anna Jabłecka. „Zaburzenia gospodarki żelaza Część 1. Hemochromatoza Disorders of iron balance Part 1. Hemochromatosis.”

Korzeniowska, Katarzyna, Irmina Wietlicka, and Anna Jabłecka. „Zaburzenia gospodarki żelaza Część 2. Niedobory żelaza Disorders of iron balance. Part 2. Iron deficiency.”

Dembińska-Kieć, A., Solnica, B., & Naskalski, J., eds. (2017). Diagnostyka laboratoryjna z elementami biochemii klinicznej (4th ed.). Edra Urban & Partner.