Rauta-aineenvaihdunta elimistössä

Normaalisti terveen aikuisen elimistö sisältää noin 3–5 g rautaa, joten rauta voidaan luokitella hivenaineeksi. Rauta jakautuu elimistössä epätasaisesti. Noin 2/3 raudasta on punasolujen hemoglobiinissa – tämä on raudan verenkierrossa oleva rahasto (tai allas). Aikuisilla tämä allas on 2–2,5 g, täysiaikaisilla vastasyntyneillä 0,3–0,4 g ja keskosilla 0,1–0,2 g. Myoglobiinissa on suhteellisen paljon rautaa: miehillä 0,1 g ja naisilla 0,05–0,07 g. Ihmiskehossa on yli 70 proteiinia ja entsyymiä, joihin kuuluu rauta (esimerkiksi transferriini, laktoferriini), joiden raudan kokonaismäärä on 0,05–0,07 g. Kuljetusproteiini transferriinin kuljettama rauta muodostaa noin 1 % (raudan kuljetusrahasto). Rautavarastot (depot, vararahasto), jotka muodostavat noin 1/3 kaikesta ihmiskehon raudasta, ovat erittäin tärkeitä lääketieteellisessä käytännössä. Seuraavat elimet suorittavat varastotoiminnon:

• maksa;
• perna;
• luuydin;
• aivot.

Rauta on varastossa ferritiinin muodossa. Varaston raudan määrää voidaan karakterisoida määrittämällä rauta(SF)-pitoisuus. Nykyään SF on ainoa kansainvälisesti tunnustettu rautavarastojen markkeri. Rauta-aineenvaihdunnan lopputuote on hemosideriini, joka kertyy kudoksiin.

Rauta on mitokondrioiden hengitysketjun, sitraattisyklin ja DNA-synteesin entsyymien tärkein kofaktori. Sillä on tärkeä rooli hapen sitoutumisessa ja kuljetuksessa hemoglobiinin ja myoglobiinin avulla. Rautaa sisältävät proteiinit ovat välttämättömiä kollageenin, katekoliamiinien ja tyrosiinin aineenvaihdunnalle. Raudan katalyyttisen vaikutuksen vuoksi reaktiossa Fe2 ^* <-->Fe3 ^vapaa, kelatoimaton rauta muodostaa hydroksyyliradikaaleja, jotka voivat aiheuttaa solukalvojen vaurioita ja solukuolemaa. Evoluution prosessissa suojautuminen vapaan raudan vahingolliselta vaikutukselta on ratkaistu muodostamalla erikoistuneita molekyylejä raudan imeytymiseen ruoasta, sen imeytymiseen, kuljetukseen ja kerrostumiseen myrkyttömässä liukoisessa muodossa. Raudan kuljetuksen ja kerrostumisen suorittavat erityiset proteiinit: transferriini, transferriinireseptori, ferritiini. Näiden proteiinien synteesiä säätelee erityinen mekanismi, ja se riippuu elimistön tarpeista.

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

Raudan aineenvaihdunta terveellä ihmisellä on suljettu sykli

Joka päivä ihminen menettää noin 1 mg rautaa biologisten nesteiden ja ruoansulatuskanavan hilseilevän epiteelin mukana. Täsmälleen sama määrä voi imeytyä ruoasta ruoansulatuskanavaan. On ymmärrettävä, että rautaa tulee elimistöön vain ruoan mukana. Näin ollen joka päivä 1 mg rautaa menetetään ja 1 mg imeytyy. Vanhojen punasolujen tuhoutumisprosessissa vapautuu rautaa, jota makrofagit käyttävät ja jota käytetään uudelleen hemin rakentamisessa. Keholla on erityinen mekanismi raudan imeytymiseen, mutta se erittyy passiivisesti, eli fysiologista mekanismia raudan erittymiselle ei ole. Siksi, jos raudan imeytyminen ruoasta ei vastaa elimistön tarpeita, raudanpuute syntyy syystä riippumatta.

Raudan jakautuminen kehossa

1. 70 % kehon raudan kokonaismäärästä on hemoproteiineja; nämä ovat yhdisteitä, joissa rauta on sitoutunut porfyriiniin. Tämän ryhmän pääasiallinen edustaja on hemoglobiini (58 % rautaa); lisäksi tähän ryhmään kuuluvat myoglobiini (8 % rautaa), sytokromit, peroksidaasit, katalaasit (4 % rautaa).
2. Ryhmä ei-hemientsyymejä - ksantiinioksidaasi, NADH-dehydrogenaasi, akonitaasi; nämä rautaa sisältävät entsyymit sijaitsevat pääasiassa mitokondrioissa ja niillä on tärkeä rooli oksidatiivisen fosforylaation ja elektronin kuljetuksen prosessissa. Ne sisältävät hyvin vähän metallia eivätkä vaikuta rautatasapainoon kokonaisuudessaan; niiden synteesi riippuu kuitenkin kudosten raudan saannista.
3. Raudan kuljetusmuoto on transferriini, laktoferriini, pienimolekyylinen raudankantaja. Plasman tärkein kuljetusferroproteiini on transferriini. Tällä beetaglobuliinifraktion proteiinilla, jonka molekyylipaino on 86 000, on kaksi aktiivista kohtaa, joista kukin voi kiinnittää yhden Fe3 ⁺ -atomin. Plasmassa on enemmän rautaa sitovia kohtia kuin rauta-atomeja, joten siinä ei ole vapaata rautaa. Transferriini voi sitoa myös muita metalli-ioneja - kuparia, mangaania, kromia, mutta eri selektiivisyydellä, ja rauta sitoutuu ensisijaisesti ja lujemmin. Transferriinin pääasiallinen synteesipaikka on maksasoluissa. Kun maksasoluihin kertyneen raudan määrä kasvaa, transferriinin synteesi vähenee huomattavasti. Rautaa kuljettava transferriini on ahkera normosyyteille ja retikulosyyteille, ja metallin imeytymisen määrä riippuu vapaiden reseptorien läsnäolosta erytroidiesiasteiden pinnalla. Retikulosyyttikalvolla on huomattavasti vähemmän transferriinin sitoutumiskohtia kuin pronormosyytillä, mikä tarkoittaa, että raudan otto vähenee erytroidisolun ikääntyessä. Pienimolekyyliset rautakantajat tarjoavat solunsisäistä raudan kuljetusta.
4. Vararautaa, vararautaa tai ylimääräistä rautaa voi esiintyä kahdessa muodossa - ferritiininä ja hemosideriininä. Vararaudan yhdiste koostuu apoferritiini-proteiinista, jonka molekyylit ympäröivät suurta määrää rauta-atomeja. Ferritiini on ruskea yhdiste, joka liukenee veteen ja sisältää 20 % rautaa. Kun rautaa kertyy liikaa elimistöön, ferritiinin synteesi lisääntyy jyrkästi. Ferritiini-molekyylejä on lähes kaikissa soluissa, mutta niitä on erityisen paljon maksassa, pernassa ja luuytimessä. Hemosideriiniä esiintyy kudoksissa ruskeana, rakeisena, veteen liukenemattomana pigmenttinä. Hemosideriinin rautapitoisuus on korkeampi kuin ferritiinin - 40 %. Hemosideriinin vahingollinen vaikutus kudoksiin liittyy lysosomien vaurioitumiseen ja vapaiden radikaalien kertymiseen, mikä johtaa solukuolemaan. Terveellä ihmisellä 70 % vararaudasta on ferritiinin muodossa ja 30 % hemosideriinin muodossa. Hemosideriinin käyttöaste on huomattavasti alhaisempi kuin ferritiinin. Kudosten rautavarastoja voidaan arvioida histokemiallisten tutkimusten perusteella käyttäen semikvantitatiivista arviointimenetelmää. Lasketaan sideroblastien lukumäärä - tumallisten erytroidisolujen, jotka sisältävät eri määriä ei-hemirautajyväsiä. Raudan jakautumisen erityispiirre pienten lasten elimistössä on se, että heillä on korkeampi rautapitoisuus erytroidisoluissa ja vähemmän rautaa lihaskudoksessa.

Rautatasapainon säätely perustuu endogeenisen raudan lähes täydelliseen uudelleenkäyttöön ja vaaditun tason ylläpitämiseen ruoansulatuskanavasta imeytymisen ansiosta. Raudan erittymisen puoliintumisaika on 4–6 vuotta.

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

Raudan imeytyminen

Imeytyminen tapahtuu pääasiassa pohjukaissuolessa ja tyhjäsuolen alkuosassa. Jos elimistössä on raudanpuutetta, imeytymisalue ulottuu distaaliseen suuntaan. Päivittäinen ruokavalio sisältää yleensä noin 10–20 mg rautaa, mutta ruoansulatuskanavassa imeytyy vain 1–2 mg. Hemiraudan imeytyminen ylittää merkittävästi epäorgaanisen raudan saannin. Raudan valenssin vaikutuksesta sen imeytymiseen ruoansulatuskanavassa ei ole yksiselitteistä mielipidettä. VI Nikulicheva (1993) uskoo, että Fe2 ⁺ ei käytännössä imeydy normaaleilla eikä ylimääräisillä pitoisuuksilla. Muiden kirjoittajien mukaan raudan imeytyminen ei riipu sen valenssista. On todettu, että ratkaiseva tekijä ei ole raudan valenssi, vaan sen liukoisuus pohjukaissuoleen emäksisessä reaktiossa. Mahalaukun mehu ja suolahappo osallistuvat raudan imeytymiseen, varmistavat oksidimuodon (Fe3H2) palautumisen oksidimuotoon ⁽ Fe2 ⁺ ), ionisaation ja imeytymiseen käytettävissä olevien komponenttien muodostumisen, mutta tämä koskee vain ei-hemirautaa eikä ole tärkein imeytymisen säätelymekanismi.

Hemiraudan imeytymisprosessi ei ole riippuvainen mahan erityksestä. Hemirauta imeytyy porfyriinirakenteen muodossa ja vasta suoliston limakalvolla se irtoaa hemistä ionisoituneeksi raudaksi. Rauta imeytyy paremmin hemirautaa sisältävistä lihavalmisteista (9–22 %) ja huomattavasti huonommin kasvituotteista (0,4–5 %), jotka sisältävät ei-hemirautaa. Rauta imeytyy lihavalmisteista eri tavoin: rauta imeytyy maksasta huonommin kuin lihasta, koska maksassa rauta on hemosideriinin ja ferritiinin muodossa. Kasvisten keittäminen runsaassa vedessä voi vähentää rautapitoisuutta 20 %.

Raudan imeytyminen rintamaidosta on ainutlaatuista, vaikka sen pitoisuus on alhainen - 1,5 mg/l. Lisäksi rintamaito lisää raudan imeytymistä muista samanaikaisesti sen kanssa nautituista tuotteista.

Ruoansulatuksen aikana rauta siirtyy enterosyyttiin, josta se siirtyy veriplasmaan pitoisuusgradienttia pitkin. Kun elimistössä on raudanpuute, sen siirtyminen ruoansulatuskanavan luumenista plasmaan kiihtyy. Kun elimistössä on liikaa rautaa, suurin osa raudasta pidättyy suoliston limakalvon soluihin. Raudalla täytetty enterosyytti siirtyy nukan tyvestä sen päälle ja menehtyy hilseilevän epiteelin mukana, mikä estää ylimääräisen metallin pääsyn elimistöön.

Raudan imeytymisprosessiin ruoansulatuskanavassa vaikuttavat useat tekijät. Oksalaattien, fytaattien, fosfaattien ja tanniinin esiintyminen siipikarjassa vähentää raudan imeytymistä, koska nämä aineet muodostavat komplekseja raudan kanssa ja poistavat sitä elimistöstä. Sitä vastoin askorbiini-, meripihka- ja palorypälehapot, fruktoosi, sorbitoli ja alkoholi lisäävät raudan imeytymistä.

Plasmassa rauta sitoutuu kantajaansa, transferriiniin. Tämä proteiini kuljettaa rautaa pääasiassa luuytimeen, jossa rauta tunkeutuu punasoluihin ja transferriini palaa plasmaan. Rauta siirtyy mitokondrioihin, joissa tapahtuu hemin synteesi.

Raudan jatkopolku luuytimestä voidaan kuvata seuraavasti: fysiologisen hemolyysin aikana punasoluista vapautuu 15–20 mg rautaa päivässä, jota fagosyyttiset makrofagit käyttävät; sitten suurin osa siitä menee jälleen hemoglobiinin synteesiin ja vain pieni määrä jää makrofagien vararaudaksi.

30 % elimistön rautapitoisuudesta ei käytetä erytropieesiin, vaan se varastoituu varastoihin. Ferritiininä ja hemosideriininä oleva rauta varastoituu parenkymaalisiin soluihin, pääasiassa maksaan ja pernaan. Toisin kuin makrofagit, parenkymaaliset solut kuluttavat rautaa hyvin hitaasti. Parenkymaalisten solujen raudan saanti lisääntyy, kun elimistössä on merkittävää rautaylimäärää, hemolyyttistä anemiaa, aplastista anemiaa ja munuaisten vajaatoimintaa, ja vähenee vaikean metallinpuutoksen yhteydessä. Raudan vapautuminen näistä soluista lisääntyy verenvuodon myötä ja vähenee verensiirtojen yhteydessä.

Kokonaiskuva raudan aineenvaihdunnasta elimistössä on epätäydellinen, jos emme ota huomioon kudosrautaa. Ferroentsyymeihin kuuluvan raudan määrä on pieni - vain 125 mg, mutta kudoshengitysentsyymien merkitystä on vaikea yliarvioida: ilman niitä minkään solun elämä olisi mahdotonta. Solujen rautavarastot mahdollistavat sen, että rautaa sisältävien entsyymien synteesi ei ole suoraan riippuvainen sen saannin ja kulutuksen vaihteluista elimistössä.

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

Fysiologiset häviöt ja raudan aineenvaihdunnan ominaisuudet

Aikuisen elimistö menettää fysiologisesti noin 1 mg rautaa päivässä. Rautaa menetetään ihon epiteelin, epidermiksen ulokkeiden, hien, virtsan, ulosteiden ja suoliston epiteelin kuoriutumisen mukana. Naisilla rautaa menetetään myös veren mukana kuukautisten, raskauden, synnytyksen ja imetyksen aikana, noin 800–1000 mg. Raudan aineenvaihdunta elimistössä on esitetty kaaviossa 3. On mielenkiintoista huomata, että seerumin rautapitoisuus ja transferriinin saturaatio vaihtelevat päivän aikana. Seerumin rautapitoisuudet ovat korkeita aamulla ja matalampia illalla. Unenpuute johtaa ihmisillä seerumin rautapitoisuuden asteittaiseen vähenemiseen.

Raudan aineenvaihduntaan kehossa vaikuttavat hivenaineet: kupari, koboltti, mangaani ja nikkeli. Kupari on välttämätön raudan imeytymiselle ja kuljetukselle; sen vaikutus toteutuu sytokromioksidaasin, seruloplasmiinin, kautta. Mangaanin vaikutus hematopoieesiprosessiin on epäspesifinen ja liittyy sen korkeaan hapetuskykyyn.

Ymmärtääksemme, miksi raudanpuute on yleisintä pienillä lapsilla, murrosikäisillä tytöillä ja hedelmällisessä iässä olevilla naisilla, tarkastellaan raudan aineenvaihdunnan ominaispiirteitä näissä ryhmissä.

Raudan kertyminen sikiöön tapahtuu koko raskauden ajan, mutta intensiivisimmin (40 %) viimeisen kolmanneksen aikana. Siksi 1–2 kuukauden ennenaikainen syntymä johtaa raudan saannin vähenemiseen 1,5–2 kertaa täysiaikaisiin lapsiin verrattuna. Tiedetään, että sikiöllä on positiivinen rautatasapaino, joka on sikiön eduksi pitoisuusgradienttia vastaan. Istukka sitoo rautaa intensiivisemmin kuin raskaana olevan naisen luuydin ja sillä on kyky imeä rautaa äidin hemoglobiinista.

Äidin raudanpuutteen vaikutuksesta sikiön rautavarastoihin on ristiriitaista tietoa. Jotkut kirjoittajat uskovat, että raskauden aikainen sideropenia ei vaikuta sikiön rautavarastoihin; toiset uskovat, että on olemassa suora yhteys. Voidaan olettaa, että äidin elimistön rautapitoisuuden lasku johtaa vastasyntyneen rautavarastojen puutteeseen. Synnynnäisestä raudanpuutteesta johtuvan raudanpuuteanemian kehittyminen on kuitenkin epätodennäköistä, koska raudanpuuteanemian esiintyvyys, hemoglobiinitasot ja seerumin rautapitoisuus ensimmäisenä päivänä syntymän jälkeen ja seuraavien 3–6 kuukauden aikana eivät eroa terveiden äitien ja raudanpuuteanemiaa sairastavien äitien lapsilla. Täysiaikaisen ja keskosen vastasyntyneen elimistön rautapitoisuus on 75 mg/kg.

Lapsilla, toisin kuin aikuisilla, ravinnosta saatavan raudan on paitsi korvattava tämän hivenaineen fysiologiset menetykset, myös tyydytettävä kasvun tarve, joka on keskimäärin 0,5 mg/kg päivässä.

Näin ollen tärkeimmät edellytykset raudanpuutteen kehittymiselle keskosilla, monisikiöraskauksista kärsivillä lapsilla ja alle 3-vuotiailla lapsilla ovat:

• varantojen nopea ehtyminen riittämättömän eksogeenisen raudan saannin vuoksi;
• lisääntynyt raudan tarve.

Raudan aineenvaihdunta nuorilla

Rauta-aineenvaihdunnan piirre nuorilla, erityisesti tytöillä, on selvä ristiriita tämän hivenaineen lisääntyneen tarpeen ja sen alhaisen saannin välillä elimistöön. Syitä tähän ristiriitaan ovat: nopea kasvu, huono ravitsemus, urheilutoiminta, runsaat kuukautiset ja aluksi alhainen rautapitoisuus.

Hedelmällisessä iässä olevilla naisilla tärkeimmät raudanpuutteen kehittymiseen johtavat tekijät ovat runsaat ja pitkittyneet kuukautiset sekä monisikiöraskaudet. Naisilla, jotka menettävät 30–40 ml verta kuukautisten aikana, päivittäinen raudan tarve on 1,5–1,7 mg/vrk. Suuremman verenhukan myötä raudan tarve kasvaa 2,5–3 mg:aan/vrk. Itse asiassa vain 1,8–2 mg/vrk voi kulkeutua ruoansulatuskanavan kautta elimistöön, eli 0,5–1 mg rautaa/vrk ei voida täydentää. Näin ollen hivenaineiden puutos on 15–20 mg kuukaudessa, 180–240 mg vuodessa, 1,8–2,4 g 10 vuodessa, eli tämä puutos ylittää elimistön vararaudan määrän. Lisäksi raskauksien lukumäärä, niiden välinen aika ja imetyksen kesto ovat tärkeitä raudanpuutteen kehittymiselle naisella.