metabolismus železa

NOVÉ POZNATKY O METABOLISMU ŽELEZA V

LIDSKÉM ORGANISMU

MUDr. Jiří Houda Laboratoř experimentální medicíny a Dětská klinika LF UP a FN v Olomouci

1

OBSAHÚvod 3

Kapitola I Výskyt železa v přírodě a jeho význam 4 Obsah železa v neživé přírodě 5 Obsah železa ve stravě 6

Živočišná strava 6 Rostlinná strava 7

Obsah železa v lidském organismu 8 Potřeba železa pro lidský organismus 9 Funkce železa 10

Vazebná schopnost železa pro kyslík10 Oxido-redukční potenciál11

Kapitola II Nové poznatky v řízení homeostázy železa 12 Přísun železa do lidského organismu 13

Absorpce hemového železa14 Absorpce nehemového železa14 Faktory ovlivňující absorpci železa ze zažívacího traktu15 Absorpce nehemové železa na buněčné úrovni16 Přestup železa z enterocytu do krevního oběhu16 Regulace absorpce železa ze zažívacího traktu18 Regulace metabolismu železa na úrovni buněk25

Cirkulace železa v lidském těle 26 Počátek cirkulace na úrovni makrofágu

26 Molekuly transportu27 Cílové orgány pro cirkulující železo30

Eliminace železa z lidského organismu 33

Kapitola III Patologické stavy 34 Deficit železa 35

Sideropenická anémie35 Anémie chronických chorob37 Sideropenická anémie refrakterní na železo38 Jiné vrozené patologické stavy38 Jiné příčiny nedostatku železa39

Přetížení železem 40 Hereditární hemochromatóza41 Jiné patologické stavy doprovázené přetížením železa42 Sekundární přetížení železem42

Kapitola IV Laboratorní vyšetření metabolismu železa 43 Panel základních laboratorních vyšetření 44 Specializovaná vyšetření 46

Závěr 48

Abecední seznam zkratek 49

Seznam použité literatury 50

Kontakty 52

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Obsah

MUDr. Jiří Houda Laboratoř experimentální medicíny a Dětská klinika LF UP a FN v Olomouci Start

2

ÚVOD

Železo (Fe) patří mezi prvky esenciální pro lidský organismus. Účastní se chemických

procesů nezbytných pro správné fungování lidského těla. Je to dobrý sluha, ale špatný pán.

Jeho nedostatek i nadbytek organismu škodí, proto je správná rovnováha přísně kontrolována

komplexními mechanismy. Tyto mechanismy rychle reagují na aktuální potřeby organismu,

ale v případě některých onemocnění, či vlivem prostředí může být tato precizně kontrolovaná

rovnováha narušena. Dojde-li k překročení prahu ukládání železa do zásob, dochází k

přetížení organismu železem. Jelikož se u vyšších obratlovců nevyvinul mechanismus

aktivního vylučování, je toto nadbytečné železo ukládáno do buněk tkání a orgánů, kde pak

působí jejich poškození.. V posledních několika letech bylo poodhaleno mnoho z molekulárně–

genetických mechanismů podílejících se na metabolismu železa. Tyto poznatky jsou přínosem

k porozumění řadě běžně se vyskytujících onemocnění u člověka jako jsou některé druhy

anémií, hemochromatóza, apod. Výsledky vědeckého bádání mohou v budoucnu přispět k

nalezení nových léčebných přístupů k dosud obtížně léčitelným onemocněním.

Toto miniskriptum si klade za cíl podat poutavou formou všem zájemcům podrobné a

aktuální informace o metabolismu železa. Tato problematika je bohužel často opomíjená,

pravděpodobně právě z důvodu nedostatku aktuálních informací. Nové poznatky o

metabolismu železa však velmi rychle přibývají a v blízké budoucnosti můžeme být svědky

vývoje zcela nových léků ovlivňujících cíleně jednotlivé úrovně regulace metabolismu železa.

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Úvod

Start | Obsah

3


4

VÝSKYT ŽELEZA V PŘÍRODĚ A JEHO VÝZNAM

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola I

Start | ObsahMUDr. Jiří Houda Laboratoř experimentální medicíny a Dětská klinika LF UP a FN v Olomouci

Kapitola I

Železo je všudypřítomný prvek naší planety. Patří do chemické skupiny kovů mezi měď, kobalt, nikl, zinek a další. Nachází se běžně v přírodě v neživé formě (rudy) a v biologické formě (jako součást bílkovin obsahujících hem, enzymů, a dalších). Je esenciálním prvkem všech živých organismů, tzn. bez železa organismus umírá. Lidské tělo patří mezi nejvyvinutější formy života naší planety a i pro něj je železo esenciálním stopovým prvkem. Obsah železa v neživé přírodě

Železo je prvkem, který je na naší planetě zastoupen v největší míře a je 4. nejrozšířenějším prvkem zemské kůry. V oceánech se nachází v mnohem menší míře (viz. Tab.1). Železo existuje v několika oxidativních stavech -2 až +6, u lidí je nejčastěji ve formě +2 (železnatý iont) a +3 (železitý iont). Přírodní železo se nachází v čisté formě se stříbrně lesklou barvou, ale častěji tvoří oxidy (např. magnetite (Fe3O4), hematite (α-Fe2O3)). Železo oxiduje na vzduchu za tvorby oxidů železa a vzniká rez (1).


Start | Obsah

5


Tab. 1 Obsah železa v zemské kůře a v oceánech, porovnání s ostatními stopovými prvky a shrnutí jejich funkce.

Zdroj: Inorganic Biochemistry of Iron Metabolism: From Molecular Mechanisms to Clinical Consequences, 2nd EditionRobert Crichton, ISBN: 978-0-471-49223-8

KovObsah v zemské

kůře (ppm)Voda oceánů

(mg/l)Příklady specifických funkcí

Sodík 2,8x104 1,1x104 osmotická aktivita, elektrolytická rovnováha, proudyHořčík 2,1x104 1,4x103 fosfátový metabolismus, chlorofylHliník 8,1x104 1x10-3 neurotoxicita, rozpustný v kyselých deštích

Křemík 2,8x104 3 prevence toxicity hliníkuDraslík 2,6x104 3,9x10-2 osmotická aktivita, elektrolytická rovnováha, proudyVápník 3,6x104 4,1x10-2 sekundární messenger, aktivace svaloviny, biomineralizaceVanad 135 2x10-3 nitrogenáza, peroxidázyChrom 100 5x10-4 glukózový metabolismus ?Mangan 950 2x10-3 tvorba a metabolismus kyslíku, strukturní funkce Kobalt 25 4x10-4 B12 koenzym, transfer alkyl- skupiny

Nikl 75 7x10-3 hydrogenáza, ureázaMěď 55 3x10-3 elektronový transport, oxidázy, přenos kyslíkuZinek 70 1x10-2 katalýza kyselin, regulace (DNA vazeb)Selen 5x10-2 9x10-9 glutathion peroxidáza

Molybden 1,5 1x10-2 nitrogenáza, oxidázy, oxo-transferTungsten 1,5 1x10-4 dehydrogenázy

Železo 5x104 3x10-3 přenos kyslíku, ukládání, aktivace a detoxifikace, přenos elektronů, fixace dusíku, redukce ribózy, atd.


Obsah železa ve stravěŽelezo se vyskytuje v živočišné i rostlinné stravě. V každé z nich se však vyskytuje v jiné formě

a lidský organismus jej dokáže zpracovat s odlišným efektem. V živočišné stravě je železo vázáno buď na bílkoviny obsahující hem, nazýváme jej hemové železo (40%). Železo vázáné na jiné molekuly nazýváme nehemové železo (60%). V rostlinné stravě je železo součástí různých nehemových bílkovin a enzymů.

Živočišná stravaHlavní složkou živočišné stravy je hemové železo. Živočišná strava, jako např. červené

maso, ryby a drůbež, obsahuje obecně velké množství svalové tkáně. Svalovina příčně pruhovaná kosterních svalů a svalovina srdeční obsahují molekuly sloužící k uskladňování kyslíku nutného pro energeticky náročnou funkci při pohybu organismu a k srdeční činnosti. Jedná se hlavně o železo vázané na myoglobin, což je molekula podobná červenému krevnímu barvivu hemoglobinu. Živočišná strava v menší míře rovněž obsahuje hemové železo vázané na hemoglobin červených krvinek. Nehemové železo je obsaženo ve výrazně menší míře a je součástí hemosiderinu, feritinu, transferinu apod. (viz. Tab. 2) (2).


Tab. 2 Obsah železa v jednotlivých potravinách živočišného původu a množství dle denní potřeby.

*DV = denní potřeba

Zdroj: U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 2003. USDA Nutrient Database for Standard Reference, Release 16. Nutrient Data Laboratory Home Page, http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp.

Start | Obsah

6


Potravina mg/porci %DV*

kuřecí játra, vařená, 28,5 g 12,8 70

ústřice, obalené a smažené, 6 ks 4,5 25

hovězí maso, libové, dušené 28,5 g 3,2 20

škeble, obalené a smažené, 240 ml 3,0 15

hovězí, svíčková, pečená, 28,5 g 3,0 15

krocan, tmavé maso, pečené, 28,5 g 2,3 10

hovězí, váleček, pečený, 28,5 g 2,2 10

krocan, bílé maso, pečené, 28,5 g 1,6 8

kuřecí nožky, maso, pečené, 28,5 g 1,3 6

tuňák, čerstvý vařený, suché teplo, 28,5 g 1,1 6

kuřecí, prsa, pečená, 28,5 g 1,1 6

platýz, vařený, suché teplo, 28,5 g 0,9 6

krabí, modrý krab, vařený, vlhké teplo, 28,5 g 0,8 4

vepřové, kotlety, roštěná, 28,5 g 0,8 4

tuňák, bíle maso, konzerv. ve vodě, 28,5 g 0,8 4

krevety, směs druhů, vařené, vlhké teplo, 4 velké ks 0,7 4


Obsah železa ve stravě Rostlinná strava

Koncentrace železa v rostlinné stravě je poměrně vysoká. Pro lidský organismus je ale důležitější jeho dostupnost, tzn. jaké množství z celkového obsahu železa dané potraviny je organismus schopný vstřebat. Rostlinná tkáň obsahuje výhradně nehemové železo. Do rostlinné stravy patří hlavně zelenina, ovoce, luštěniny a ořechy (viz. Tab. 3). Rostlinná strava obsahuje látky, které vstřebávání železa různě ovlivňují a tím mění jeho dostupnost. Železo je v rostlinné tkáni vázáno převážně na fytáty. Fytáty obecně svou vazbou snižují schopnost uvolňování železa z rostlinné stravy během zažívání. Dalším negativním faktorem je obsah polyfenolů (např. v čaji, kávě, červeném víně), taninů. 1 šálek čaje (~ 200 ml) sníží absorpci železa o 70 – 80 %. V opačném případě pozitivně působí kyselina askorbová (vitamin C), která vstřebávání podporuje (3).


Tab. 3 Obsah železa v jednotlivých potravinách rostlinného původu a množství dle denní potřeby.

*DV = denní potřeba

Zdroj: U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 2003. USDA Nutrient Database for Standard Reference, Release 16. Nutrient Data Laboratory Home Page, http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp.

Start | Obsah

7


Potravina mg/porci %DV*

cereálie, 100% obohacené železem, 240 ml 18,0 100

ovesné vločky, instantní, obohacené, vařené, 240 ml 10,0 60

sójové boby, zralé, vařené, 240 ml 8,8 50

čočka, vařená, 240 ml 6,6 35

fazole, červené, zralé, vařené, 240 ml 5,2 25

fazole, bílé, zralé, vařené, 240 ml 4,5 25

cereálie, 25% obohacené železem, 240 ml 4,5 25

fazole, černé, zralé, vařené, 240 ml 3,6 20

fazole, pinto, zralé, vařené, 240 ml 3,6 20

melasa, sirup, 1 čajová lžíce 3,5 20

tofu, sirové, pevné, 240 ml 3,4 20

špenát, vařený, sušený, 240 ml 3,2 20

špenát, konzervovaný, sušený, 240 ml 2,5 10

špenát, mražený, sekaný, vařený, 240 ml 1,9 10

krupice, bílá, obohacená, rychlá, vařená, 240 ml 1,5 8

rozinky, bez jader, balené, 240 ml 1,5 8

celozrnný chléb, 1 krajíc 0,9 6

bílý chléb, obohacený, 1 krajíc 0,9 6



Obsah železa v lidském organismuMnožství železa u zdravého dítěte narozeného v termínu je asi 75 mg/kg a větší část tohoto množství dítě

získává v průběhu 3. trimestru během těhotenství. Toto množství je velice rychle spotřebováno v prvních měsících života a to především z důvodu rychlého růstu organismu. Vysoké nároky na metabolismus klesají u mužů po skončení období dospívání. Množství železa zdravého dospělého muže je asi 50 mg/kg. U žen po období dospívání klesá množství železa v organismu do období klimaktéria na asi 35 mg/kg.

Železo u lidí je nejvíce vázáno na hemové bílkoviny a pouze malá část je součástí enzymů. Hladina železa v krevní plasmě je u zdravých jedinců 8-10 μg/l. Většina plasmatického železa je spotřebována v kostní dřeni, která využívá železo k tvorbě červených krvinek (erytropoéze), menší část slouží k syntéze enzymů jejichž součástí je železo a zbytek nevyužitého množství železa je uloženo ve formě zásob (4).

Podle jednotlivých tkání je železo nejvíce obsaženo v červených krvinkách ve vazbě na hemoglobin (65%), dále v zásobní formě v játrech ve vazbě na feritin a hemosiderin (25%) a v kosterní svalovině ve vazbě na myoglobin (6%) (viz. Tab. 4).

Start | Obsah

8


Tab. 4 Přehled množství železa vázaného na jednotlivé biomolekuly u člověka a jeho dvoj/trojmocná forma.

Biomolekula Množství železa Forma železa

hemoglobin 2600 mg (65%) Fe2+

myoglobin 130 mg (6%) Fe2+

transferin 3 mg (0,1%) Fe3+

feritin 520 mg (13%) Fe3+

hemosiderin 480 mg (12%) Fe3+

katalázy, peroxidázy --- Fe2+

cytochromy --- Fe2+/3+

Zdroj: . Fauci AS, Braunwald E, Kasper DL, Hauser SL, Longo DL, Jameson JL, Loscalzo J, editors. Harrison's Principles of Internal Medicine. 17th ed. New York: McGraw-Hill Medical Publishing Division; 2008



Potřeba železa pro lidský organismusPotřeby lidského organismu se vyvíjí v průběhu jeho života. Liší se v jednotlivých věkových skupinách a

rozdíl se projevuje i mezi pohlavími. Potřeby v kojeneckém věku jsou jiné než u starších dětí, dospívajících a dospělých lidí. Novorozenci využívají zásob, které si v průběhu posledního trimestru těhotenství organismus vytvořil. Období kojenecké a období dospívání jsou spjaty s intenzivním růstem, který je charakterizován mimo jiné zvýšenou potřebou železa. Rovněž těhotenství a laktace jsou velice náročné na spotřebu železa. Přehled potřeby lidského organismu v závislosti na věku a pohlaví je zobrazen v Tab. 5. Růst organismu je velice závislý na přísunu železa z vnějšího prostředí.

Start | Obsah

9


Kojenci Děti

0–6 m 7–12 m 1–3 r 4–8 r

Fe (mg/den) 0,27 11 7 10 Muži

9–13 r 14–18 r 19–30 r 31–50 r 51–70 r >70 r

Fe (mg/den) 8 11 8 8 8 8 Ženy

9–13 r 14–18 r 19–30 r 31–50 r 51–70 r >70 r

Fe (mg/den) 8 15 18 18 8 8 Těhotenství

18 r 19–30 r 31–50 r

Fe (mg/den) 27 27 27 Laktace

18 r 19–30 r 31–50 r

Fe (mg/den) 10 9 9

Tab. 5 Přehled denní potřeby železa lidského organismu.

m - měsícer - roky

Zdroj: Food and Nutrition Board, Institute of Medicine—National Academy of Sciences Dietary Reference Intakes, 2000, 2002, reprinted with permission. Courtesy of the National Academy Press, Washington, DC.



Funkce železaNejdůležitější vlastností železa pro lidský organismus je jeho schopnost vázat kyslík (O2). V průběhu evoluce

se tato schopnost vyvinula do podoby krevní cirkulace, kde železo ve vazbě na hemoglobin (Hb) slouží jako distributor O2 do živých tkání. Železo je ale rovněž součástí různých enzymů, které využívají jeho oxido-redukčního potenciálu v metabolismu mnoha látek.

Vazebná schopnost železa pro kyslík

HemoglobinŽelezo je v lidském organismu vázáno na dvě hlavní molekuly: na hemoglobin (Hb) a myoglobin.

Hemoglobin se skládá z bílkovinné složky – globinu a porfyrinového kruhu – hemu. Bílkovinu hemoglobinu tvoří tetramer složený ze čtyř globinových podjenotek. Každá podjednotka obsahuje jednu molekulu hemu. Na jednu molekulu hemu je navázán jeden atom železa. Bílkovinná složka hemoglobinu se mění v průběhu života člověka, obsah železa se však nemění.

V embryonálním období organismus vytváří embryonální typ hemoglobinu (HbE) tvořený buď dvěma alfa řetězci se dvěma epsilon řetězci (HbE Gower 2) a nebo dvěma zeta a dvěma delta řetězci (HbE Gower 1). Ve fetálním období je hemoglobin složen ze dvou alfa-globinových řetězců a dvou gama-globinových řetězců (HbF). V dospělosti u lidí nacházíme dospělý typ (HbA) složený ze dvou alfa a dvou beta řetězců (96 %), dále HbA2 složený ze dvou alfa a dvou delta řetězců (2–3%) a v malém množství se může u zdravých dospělých lidí vyskytovat i fetální typ HbF (< 2 %) (5).Obr. 1 Lidský dospělý typ

hemoglobinu HbA: globinové řetězce jsou modré a červené, hem s Fe jsou vyobrazeny zeleně.

zdroj: Wikipedia.org

Obr. 2 Molekula hemu vytvářející porfyrinový kruh s navázaným dvojmocným železem uprostřed.


Start | Obsah

10




Funkce železa Vazebná schopnost železa pro kyslík

Myoglobin

Schopnosti železa vázat kyslík je u lidí využito i ve svalové tkáni, jejíž aktivita je vysoce náročná na energii a tedy na aerobní chemické procesy. Železo je ve svalovině vázáno na myoglobin. Myoglobin je tvořen jednořetězcovou bílkovinnou složkou - globinem. Na molekulu globinu je navázána jedna molekula hemu, která váže jeden atom Fe2+. Jedna molekula myoglobinu může navázat pouze jednu molekulu O2. Podle množství myoglobinu a tedy železa s navázaným kyslíkem rozlišujeme různě intenzivní červené zabarvení příčně pruhované svaloviny a tím svalovinu intenzívně pracující od méně aktivní svalové tkáně (6).

Oxido-redukční potenciál železa Železo je vázané na enzymy jako cytochromy a, b, c, sukcinát dehydrogenázu, cytochrom c

oxidázu, cytochrom P450, katalázy, myeloperoxidázy a další. Jeho funkce v bílkovinách může být strukturální, vazbě kyslíku, funkce přenosu elektronů, funkce zásobní, katalytická. Ve vazbě na bílkoviny je rovněž transportováno jako biologicky aktivní železo. Je důležité u kontroly acido-bazické rovnováhy, u oxidativního stresu, kde převážně pomáhá eliminovat toxické volné kyslíkové radikály. Tvorba radikálů je však nutná např. k tvorbě nukleotidů, hlavní složky buněčné DNA. Železo je součástí enzymu ribonukleotid reduktázy, který katalyzuje přeměnu ribonukleotidů na deoxyribonukleotidy (7).

Obr. 3 Lidský myoglobin.


Start | Obsah

11



Kapitola II

12

NOVÉ POZNATKY V ŘÍZENÍ HOMEOSTÁZY ŽELEZA

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola II



Železo je prvek, který je pro fungování lidského organismu nezbytný. Homeostáza nebo-li rovnováha hladiny železa je udržována z velké části recyklací stárnoucí (senescentních) erytrocytů pomocí buněk monocyto-makrofágového systému, kdy dochází k opětovnému uvolnění železa do krevního oběhu. Minimální ztráty např. při krvácení, při zvýšeném metabolismu, jsou hrazeny ze zásobního železa uloženého v játrech. Nedostatečné množství může být doplněno příjmem železa z běžné stravy. Přirozenou cestou vstřebávání železa je vstřebávání zažívacím traktem (GIT), kam se dostává v živočišných a rostlinných složkách denní stravy (viz. Obr. 4). Jeho obsah v jednotlivých potravinách se však může velice lišit a rovněž jeho schopnost vstřebání z jednotlivých složek stravy může být velmi rozdílná (viz. Kapitola I). Tyto rozdíly následně mohou vést až k nutričním deficitům u různých typů diet. Vstřebávání železa ze stravy je však ovlivněno i jinými faktory, z nichž mnohé byly objeveny teprve nedávno.

Hladina železa je regulována na úrovni celého organismu (viz. Erytropoézou, záněty, nutričními deficity, apod.) a na úrovni buněčné, kde klíčovou roli hrají proteiny IRP.

Start | Obsah

13


Obr. 4 Koloběh železa v organismu.

Fe

Fe


Vstřebávání ze zažívacího traktu

Utilizace železa kostní dření

Uvolňování železa v Mo-Ma systému (např. ve slezině) z

dosluhujících erytrocytů

96% železa koluje uvnitř

organismu

4% doplňovány

vstřebáváním z GIT

ionty Fe

mladé erytrocyty

stárnoucíerytrocyty


Přísun železa do lidského organismuPřirozenou cestou lidského organismu pro vstřebávání železa je zažívací trakt. Proces vstřebávání zahrnuje

několik kroků, které se liší podle navázání železa na bílkoviny. Mezi orgány, které hrají klíčovou roli ve vstřebávání železa ze stravy, patří žaludek a tenké střevo, zejména duodenum. Především v těchto orgánech jsou podmínky pro absorpci železa ideální. Působí zde faktory jako nízké pH a redoxní potenciál a rovněž jsou zde v největší míře exprimovány proteiny nutné k přestupu železa ze zažívacího traktu do krevního oběhu. V 10–15% stravy vyspělých států tvoří železo v hemové formě z živočišné stravy a ostatní železo ve stravě pak v nehemové formě.

Absorpce hemového železaHemové železo pochází z hemoglobinu, myoglobinu a dalších hemových proteinů, které se

vyskytují v živočišné stravě. Kyselý obsah žaludku a žaludeční proteázy štěpí živočišnou tkáň a uvolňují hem z jeho apoproteinů. Vlive redoxních reakci je hemové železo oxidováno na hemin a tato molekula prostupuje do buněk sliznice duodena bez dalších modifikací. Pro hem byl nedávno identifikován transmembránový přenašeč, tzv. heme carrier protein 1 HCP1 (8). Pravděpodobně se ale jedná spíše o transportér kyseliny listové. Po přestupu hemového železa do intracelulárního prostoru enterocytu je porfyrinový kruh hemu enzymaticky rozštěpen pomocí hem oxygenázy (HO) (9). Tímto rozštěpením se uvolňuje železo vázané v tomto porfyrinovém kruhu do cytoplasmy. Následné kroky jsou společné hemovému i nehemovému železu. Malá část hemového železa může proniknout beze změny do krevního oběhu, kde je navázáno na hemopexin.

Absorpce nehemového železaNehemové železo je vázáno na organické molekuly jako jsou fytáty, oxalát, cukry, laktát a

aminokyseliny. Důležitou roli při vstřebávání hraje tzv. dostupnost železa ze složek stravy, tedy jeho schopnost uvolnit se z vazeb na nehemové molekuly. Složení stravy má velký vliv na absorpci nehemového železa. Mateřské mléko je významným zdrojem nehemového železa. Až 50% z obsahu železa v mléce se vstřebá zažívacím traktem. Ze stravy obohacené železem se vstřebá pouze asi 4% obsahu železa (10). Pro vstup do krevního oběhu jsou nezbytné enterocyty, které na svých membránách obsahují pro absorpci důležité molekuly. Na luminální membráně kartáčového lemu se nachází molekuly nutné pro vstup železa do intracelulárního prostoru a na bazolaterální membráně se nachází molekuly nutné pro výdej železa do krevního oběhu. Start | Obsah

14




Přísun železa do lidského organismu Faktory ovlivňující absorpci železa ze zažívacího traktu

Absorpce nehemového železa může být díky různým mechanizmům zvýšena až 10-krát (11). Na druhou stranu existují i látky, které vstřebávání nehemového železa ze stravy snižují.

Látky a faktory zvyšující vstřebávání nehemového železa ze stravyMezi nejběžnější látky zvyšující absorpci patří vitamín C (kyselina askorbová). Dále látky

obsažené v mateřském mléce, látky vázající železo, např. organické kyseliny, aminokyseliny a cukry s keto- skupinou rovněž podporují vstřebávání nehemového železa. Pro lepší vstřebávání se doporučuje konzumace kyselých nápojů, např. džusů, ovocných šťáv, apod.

Látky a faktory omezující vstřebávání nehemového železa ze stravyLátky, které snižují absorpci železa se rovněž vyskytují ve stravě a patří zde sójové peptidy (12),

bílkoviny kravského mléka, fytáty, vláknina, polyfenoly obsažené v zelenině, čaji, kávě a víně. Fosfáty a fosfoproteiny inhibují absorpci železa z vaječného žloutku a mléka. Vápenaté ionty rovněž inhibují vstřebávání železa a dalších kovových iontů ze zažívacího traktu. Dále vstřebávání železa snižují látky snižující pH žaludeční šťávy, např. léky snižující tvorbu žaludeční kyseliny (např. PPI), opakovaný reflux zásadité pankreatické šťávy z duodena do žaludku, chronický zánět žaludeční sliznice s atrofií žláz tvořících kyselou žaludeční šťávu.

Start | Obsah

15




Přísun železa do lidského organismu Absorpce nehemového železa na buněčné úrovni

Duodenální enterocyty hrají hlavní roli při vstupu železa z vnějšího prostředí do krevního oběhu lidského těla. Hlavní děje se odehrávají na membráně těchto buněk. Jedná se o apikální a bazolaterální membránu. Na apikální membráně směrem dochází nejprve k redukci železitého iontu (Fe3+) na iont železnatý (Fe2+). Tato chemická přeměna je katalyzována membránovým enzymem DCytB (13). Následně prostupuje přes apikální membránu pomocí DMT1 (Nramp2, DCT1, SLC11A2). Dvojmocné kovové ionty jsou přenášeny pomocí protonového symportu, kde kyselé prostředí obsahující protony hraje klíčovou roli pro efektivitu přenosu (14).

V intracelulárním prostoru enterocytu, jejichž životní cyklus trvá 3-4 dny, je dvojmocné železo navázáno na zásobní feritin a následně vyloučeno odumřelými buňkami ze zažívacího traktu. Tímto způsobem organismus omezuje vstřebávání železa ze zažívacího traktu při stavech, kdy hladina železa v plasmě je v normě, či je organismus železem přetížen. Nezásobní dvojmocné železo je aktivně přenášeno z enterocytu do krevního oběhu.

Přestup železa z enterocytu do krevního oběhuProces výdeje dvojmocného železa z intracelulárního prostoru enterocytu do krevního oběhu se

odehrává na bazolaterální membráně enterocytu pomocí membránového transportéru feroportinu (Fpn, SLC40A1) (15-17). Na bazolaterální membráně se rovněž nachází enzym hephaestin (HEPH), který po výstupu dvojmocného železa do extracelulárního prostoru oxiduje Fe2+ na Fe3+. Železo je schopné se navázat na transportní bílkovinu transferin (Tf) v krevním oběhu pouze v trojmocné formě. Transferinem je železo přeníšeno krevním řečištěm k cílovým orgánům.

Start | Obsah

16




Přísun železa do lidského organismu

Start | Obsah

17


Fe3+

Obr. 5 Absorpce železa na luminální membráně kartáčového lemu enterocytu.

Obr. 6 Výdej železa na bazolaterální membráně enterocytu do krevního oběhu.

Fe2+

DcytBDMT1

Fe2+

Fe2+

FPNHPH

Fe3+

Fe2+

bazola

terá

lní m

em

brá

na

ap

ikáln

í m

em

brá

na

feritin feritinDcytB

DMT1

feroportin

haephestin



Přísun železa do lidského organismu Regulace absorpce železa ze zažívacího traktu

V posledních letech bylo objeveno několik nových molekul, které, jak se zdá, hrají klíčovou roli v regulaci výdeje železa z intracelulárního prostoru a tím i hlavní roli v metabolismu železa celého organismu. Řízení absorpce je ovlivněno hlavně dvěma faktory, aktuálním obratem erytropoézy a množstvím zásobního železa.

V případě nedostatečného množství zásobního železa v organismu je absorpce ze zažívacího traktu zvýšena, naopak v případě zvýšených zásob železa dojde k útlumu vstřebávání ze zažívacího traktu. Absorpce železa může narůst až 10-krát. Mechanismy regulující zásobní železo a jeho ovlivnění absorpce dosud nejsou podrobně objasněny.

V případě zvýšené produkce červené krevní řady v kostní dřeni se rovněž zvyšuje absorpce železa ze zažívacího traktu. Mechanizmy řízení příjmu kostní dření však rovněž zůstávají neobjasněny.

HepcidinJelikož kostní dřeň, játra a střevní sliznice nejsou jedním orgánem, předpokládalo se, že musí existovat

buněčná signální dráha, která krevním oběhem celý metabolismus řídí. V roce 2001 byla identifikována molekula hepcidin (HAMP), u které byla původně zjištěna funkce v nespecifické imunitní obraně organismu vůči bakteriálním infekcím pro svou baktericidní aktivitu (18,19). Posléze bylo zjištěno, že působí v buňkách duodena a v makrofázích, kde omezuje výdej intracelulárního železa do oběhu. Hepcidin je peptid složeny z 25 aminokyselin, který je tvořen v játrech a který je vylučován ledvinami. Název vznikl složením hep- játra (hepar) jako místa jeho syntézy a –cidin jako vyjádření antibakteriálního účinku. Mechanismus účinku spočívá ve vazbě hepcidinu na feroportin. Po navázání na feroportin je komplex obou molekul internalizován a následně degradován uvnitř buňky (20). Dochází k omezení výdeje Fe2+ z buňky do krevního oběhu. Schéma účinku hepcidinu na tok železa z intra- do extracelulárního prostoru (viz. Obrázek 7).

Start | Obsah

18




Hepcidin


Start | Obsah

19


Obr. 7 Obrázek působení hepcidinu na membráně enterocytu. 7A. fyziologický stav příjmu železa enterocytem a jeho normální výdej do krevního oběhu. 7B. Působení hepcidinu na feroportin, následná internalizace komplexu, snížený výdej železa do krevního oběhu a ukládání železa do zásobního feritinu.

Fe2+

FPN

Fe2+

bazola

terá

lní m

em

brá

na

feroportinFe2+

feritin

hepcidin

ionty železa

7A. 7B.




Regulace hladiny hepcidinu na molekulární úrovniRegulace hladiny hepcidinu je ovlivněna mnoha faktory. Zvýšená exprese hepcidinu byla zjištěna

při přetížení železem a při zánětu a infekci. Je naopak utlumena při hypoxii a anémii. Produkce hepcidinu se zvyšuje na podnět relativně rychle, 2 hodiny po aplikaci hepcidinu pokusným zvířatům, a účinek přetrvává až 48 hodin (21). U lidí byl prokázán stejný účinek po indukci mediátory zánětu IL-6 a LPS s nejvyšší hladinou 6 hodin po stimulaci, dále byla prokázána rychlá eliminace hepcidinu ledvinami. Jedná se tedy o hormon velice rychle reagující na aktuální stav metabolismu železa.

Start | Obsah

20


Zdroj: Viatte L, Vaulont S. 2009. Hepcidin, the iron watcher. Biochimie 91: 1223–8

Obr. 8 Exprese hepcidinu a faktory expresi ovlivňující.




Regulace hladiny hepcidinu na molekulární úrovni Zásobní a cirkulující železo

Syntéza hepcidinu v hepatocytech je stimulována při zvýšené hladině zásobního železa a při zvýšené hladině cirkulujícího železa, při zvýšeném obsahu železa ve stravě a při zvýšeném parenterálním podávání železa.

Hlavní osou ovlivňující syntézu hepcidinu nazýváme BMP osou nebo BMP/SMAD signální kaskádou. Jedním z hlavních faktorů ovlivňující tuto kaskádu je množství zásobního železa. BMP je skupina proteinů vážících se na BMP receptory (BmpR), z nichž biologicky nejaktivnější je BMP6. Funkci BmpR ovlivňuje hemojuvelin (HJV), při nedostatku hemojuvelinu dochází k závažnému přetížení organismu železem. Funkce hemojuvelinu je ovlivněna proteázou TMPRSS6 a multifunkčním transmembránovým proteinem neogeninem. Po navázání BMP na komplex BmpR a hemojuvelin dochází k fosforylaci cytoplasmatických proteinů Smad1/Smad5/Smad8, které spolu se Smad4 vytváří komplex. Tento komplex je translokován do jádra buňky, kde působí jako transkripční faktor stimulující tvorbu hepcidinu (22).

Hladina cirkulujícího železa ve vazbě na transferin rovněž ovlivňuje hladinu hepcidinu. Transferin se váže na membránách buněk na transferinový receptor (TfR). Na rozdíl od TfR1, které se nacházejí převážně v buňkách erytroidní řady a v menší míře v ostatních buňkách organismu, se v hepatocytech vyskytují TfR2. Na tento receptor se váže cirkulující transferin s navázaným železem a aktivuje signální dráhu, která stimuluje tvorbu hepcidinu. Ke stimulaci TfR2 receptoru je nutné navázání transferinu na receptor a rovněž navázání HFE na receptor. HFE funguje jako přepínač mezi TfR1 a TfR2, kdy při vysoké koncentraci transferinu s navázaným železem HFE přechází z TfR1 na TfR2, a tím tento receptor aktivuje. Aktivovaný komplex dál působí opět na BMP osu (23).

Start | Obsah

21





Regulace hladiny hepcidinu na molekulární úrovni Zásobní a cirkulující železo

Start | Obsah

22


Obr. 9 Model regulace hepcidinu hladinou cirkulujícího železa vázaného na Tf (a) a hladinou intracelulárního železa (b). (a)Zvýšená hladina Tf stabilizuje TfR2 protein, HFE se přemisťuje z TfR1 a váže se na TfR2.

Komplex HFE-TfR2 pravděpodobně působí na osu BMP/SMAD a potencuje tak transkripci genu hepcidinu.

(b)Zvýšená hladina intracelulárního železa zvyšuje produkci BMP6. Sekretované BMP6 se váže na BmpR-HJV komplex a stimuluje SMAD signální dráhu, která vede ke zvýšení transkripce genu pro hepcidin.

Zdroj: Nemeth E, Ganz T. The role of hepcidin in iron metabolism. Acta Haematologica 2009;122: 78–86.




Regulace hladiny hepcidinu na molekulární úrovni Erytropoéza

Regulace hladiny hepcidinu na podkladě hematopoetické aktivity kostní dřeně je dalším velice účinným mechanismem řídícím metabolismus železa. Při zvýšené erytropoéze dochází k útlumu tvorby hepcidinu. Tento mechanismus zatím nebyl definitivně vysvětlen. Byly navrženy dvě signální molekuly, GDF15 a TWSG1, které při anémiích s neefektivní erytropoézou tlumí tvorbu hepcidinu. Tyto molekuly jsou tvořeny účinkem erytroidních prekurzorů kostní dřeně. Jejich účinek byl potvrzen in vitro. Zvýšená hladina je u β-thalassemie a kongenitální dyserytropoetické anémie typu I. Obě tyto látky ovlivňují BMP/SMAD signální dráhu, jejímž zablokováním dochází ke snížení exprese hepcidinu. Hlavní účinky se projevují u rané maturace erytroblastů. Hladina TWSG1 bývá zvýšena u thalassemie (22).

HypoxieHypoxie snižuje hladinu hepcidinu, ale mechanismus účinku rovněž není příliš znám.

Regulační osa zahrnuje HIF, který je syntetizován játry a ovlivňuje syntézu hepcidinu. Zvýšena hladina HIF pravděpodobně snižuje hladinu hepcidinu nepřímo. Erytropoetinem stimulovaná erytropoéza při hypoxii rovněž potlačuje produkci hepcidinu pravděpodobně mediátory tvořenými v erytroidních prekurzorech (19).

ZánětHladina hepcidinu je ovlivněna při aktivním zánětu, při kterém jsou produkovány zánětlivé

cytokiny. U pacientů s hladinou CRP > 100 mg/l byl prokázán signifikantní nárůst hladiny hepcidinu, např. u sepse, popálenin, nespecifických střevních zánětů, mnohočetného myelomu. IL-6 je důležitým regulátorem stimulujícím tvorbu železa přes STAT signální dráhu. U lidí po aplikaci IL-6 dochází ke zvýšení vylučované hladiny hepcidinu několikanásobně během 2 hodin po podání (21). U zvířecích modelů byly zjištěny další cytokiny (např. IL-1), které mají vliv na tvorbu hepcidinu, jejich účinky u člověka však nebyly dosud potvrzeny (22).

Start | Obsah

23





Regulace hladiny hepcidinu na molekulární úrovni Zánět

Start | Obsah

24


Obr. 10 Bakteriální infekce a metabolismus železa

Převzato z článku: Latunde-Dada G (2009) Iron metabolism: microbes, mouse, and man. BioEssays 31: 1309–1317.



Přísun železa do lidského organismu Regulace metabolismu železa na úrovni buněk

Buňky lidského organismu mechanismus, který jim umožňuje přijímat železo v případě potřeby a zároveň bránit se proti jeho akumulaci a toxickému efektu. Část tohoto mechanismu je zajištěna tvorbou transferinu a transferinového receptoru. Součástí mRNA pro TfR jsou domény nazvané IRE (24). Na tyto domény se váží proteiny, tzv. IRP. Byly popsány dva typy IRP1 a IRP2, jejichž aktivita je podobná. Vazbou na mRNA pro TfR zvyšují jeho syntézu, naopak blokují syntézu feritinu vazbou na mRNA feritinu. Tato zamezení navázání komplexu eIF4F na malou ribosomální podjednotku (25). Tímto mechanismem tyto látky regulují syntézu TfR a feritinu dle potřeb buňky.

Regulace IRPProteiny IRP jsou si strukturálně podobné, ale každý je regulován jiným způsobem. Pro IRP1 je

charakteristická akonitázová aktivita. Tato aktivita klesá při nedostatku železa a tím se zvyšuje afinita IRP1 k mRNA TfR (26, 27). IRP2 se nachází v buňkách v menší míře. Dosud nebyla zjištěna žádná enzymová aktivita tohoto proteinu. V případě nedostatku železa nedochází k odbourávání IRP2 pomocí buněčných proteáz (28), jeho hladina se zvyšuje a tím i jeho vazba na mRNA.

Start | Obsah

25




Cirkulace železa v lidském těle Počátek cirkulace železa na úrovni makrofágu

Lidský organismus využívá železo především k tvorbě červených krvinek. Kostní dřeň dospělého člověka spotřebuje 96 % denní potřeby železa. Denně je v organismu spotřebováváno asi 25 mg železa. Pouze 1mg je denně přijímán ze zažívacího traktu. 24 mg tedy téměř celé množství je získáváno ze starých tzv. senescentních erytrocytů, které jsou odbourávány v monocyto-makrofágovém systémemu. Pouze malé množství denní potřeby je uvolněno ze zásob železa.

Hlavním zdrojem železa pro erytropoézu jsou tedy samotné červené krvinky. Hlavními buňkami, které se na recyklaci podílí, jsou makrofágy. Makrofágy jsou buňky schopné fagocytózy. Na recyklaci se podílí hlavně makrofágy ve slezině. Jejich povrchové molekuly hrají klíčovou roli v příjmu a výdeji železa získaného z fagocytovaných erytrocytů. V organismu rozlišujeme dva druhy makrofágů. První typ se nachází např. v plicích, kde makrofágy fagocytují erytrocyty, ale nemají schopnost uvolněné železo exportovat zpět do krevního oběhu. Druhý typ makrofágů se nachází hlavně v sinusech sleziny a jater a tyto buňky mají schopnost železo aktivně vylučovat zpět do oběhu. Proces fagocytózy nazýváme erytrofagocytóza. V makrofázích dochází k rozpadu erytrocytu a uvolnění hemoglobinu. Z něj se uvolňuje hem, který pomocí enzymu HO uvolňuje Fe2+. Železo uvolněné z vazby na hemoglobin je dále buďto vázáno na zásobní feritin nebo hemosiderinu uvnitř makrofágu nebo je exportováno do krevního oběhu (11).

Uvolňování železa z makrofágu se děje v různém časovém období. V časné fázi, která se uskuteční během několika prvních hodin po erytrofagocytóze, dochází k okamžitému uvolnění železa do krevního oběhu. V pozdní fázi dochází k uvolňování zásobního železa na podkladě aktuálních potřeb organismu. Železo transportováno do extracelulárního prostředí pomocí feroportinu. Feroportin je membránový transportér identický s feroportinem na bazolaterální membráně enterocytů. Transport železa tímto mechanismem je tedy rovněž řízen hepcidinem. Pro navázání Fe2+ na transportní protein transferin je nutné Fe2+ oxidovat na Fe3+. Oxidace je katalyzována plasmatickým proteinem ceruloplasminem (29,30). Poté je ve vazbě na transferin transportováno opět do kostní dřeně, kde může sloužit k tvorbě nových erytrocytů.

Start | Obsah

26




Cirkulace železa v lidském těle Molekuly transportu

TransferinHlavním transprotním proteinem pro železo v krevním oběhu je transferin (Tf). Transferin je

polypeptidový jednořetězcový β-globulin, který je tvořen převážně v játrech (Obr. 11). Po internalizaci transferinu obsahujícího železo dochází k jeho recyklaci. Jeho poločas je 8 – 10 dní. Transferin obsahuje 2 vazebná místa pro železo (Fe3+). Apotransferin je molekula bez navázaného železa. NA transferin se mohou jeden nebo dva ionty železa. Po obsazení obou vazebných míst má transferin 3,5-krát větší afinitu k transferinovému receptoru (TfR), než transferin s jedním navázaným iontem (11).

Normální hladina transferinu v plasmě je 2–3 g/l. Hladinu transferinu měříme pomocí vazebné kapacity (viz. Kapitola IV). Produkce transferinu v játrech stoupá při snížení zásob železa v hepatocytech, a naopak při zvětšených jaterních zásobách produkce transferinu klesá. Na transferin jsou navázány asi 4 mg železa, avšak během 24 hodin je celkem transportováno více jak 30 mg. Více jak 80% takto vázaného železa je využito v kostní dřeni k tvorbě hemoglobinu pro červené krvinky. U zdravého jedince je celková vazebná kapacita transferinu obsazena pouze asi jen z jedné třetiny, zbytek slouží jako nárazník pro navázání přebytečných iontů železa.

Start | Obsah

27


Obr. 11 Struktura molekuly transferinu. Polypeptid z 679 aminokyselin. Komplex alfa-helixů a beta-skládaných listů. Na N- a C- konci 2 globulární struktury a mezi těmito strukturami se nachází vazebná místa pro železo.

Zdroj: Wikipedia.org




Transferinový receptorTfR1 je tvořen homodimerem glykoproteinu spojeným disulfidickým můstkem o velikosti asi 190 kDa.

Je tvořen extracelulární doménou, jednoduchým transmembránovou částí a krátkou cytoplasmatickou komponentou. Každý homodimer může vázat až dvě molekuly transferinu. TfR2 je ze 45% homologní s extracelulární částí TfR1. Tento receptor má menší afinitu k transferinu než TfR1 a nachází se převážně v jaterních buňkách a v erytroidních prekurzorech (22).

Největší množství TfR1 se nachází v normoblastech kostní dřeně (viz. Obr. 13), kde je 300 000 – 800 000 receptorů na buňku a zde dochází k vychytávání železa pro tvorbu hemoglobinu. V dalších fázích vývoje již počet receptorů klesá. Při odbourávání TfR dochází k jeho uvolňování do krevního oběhu, kde jsme schopni měřit jeho hladinu ve formě sTfR (viz. Kapitola IV). Hladina sTfR odpovídá aktivitě erytropoézy a požadavkům organismu na železo pro tvorbu červených krvinek.

Po navázání transferinu na TfR dochází k endocytóze komplexu a k tvorbě endocytických vezikul. Poté dochází k okyselení pH uvnitř endosomu a železo se přesouvá do intracelulárního prostoru, kde se začíná uvolňovat z vazby na transferin a prostupuje do cytoplasmy. Nejprve dojde k jeho redukci na Fe2+ pomocí enzymu STEAP2, a poté je exportování do cytosolu pomocí DMT1. Feritin a TfR následně migrují zpět k membráně buňky, kde je apotransferin uvolňován do krevního oběhu. Koloběhu transferinu na buněčné úrovni je znázorněn pomocí obrázu (viz. Obr. 12).

Start | Obsah

28




Transferinový receptorObr. 12 Schéma cirkulace transferinu na buněčné úrovni.


Start | Obsah

29


apotransferin

cytoplasma

DMT1

feritin

TfR

ionty Fe2+

ionty Fe3+

mitochondrie

clathrin

endosom

okyselený endosom

apotransferin



Cirkulace železa v lidském těle Cílové orgány pro cirkulující železo

Erytropoéza Nejdůležitějším cílovým orgánem pro utilizaci železa je kostní dřeň. V kostní dřeni dochází k

inkorporaci železa do krevního barviva – hemoglobinu. Až 70% celkového množství železa v lidském organismu je ve vazbě na hemoglobin. Normoblasty (viz. Obr. 13) jsou erytroidní buňky kostní dřeně, které obsahují největší koncentraci transferinových receptorů, a tedy mají největší spotřebu železa v lidském organismu.

Železo je erytroidními buňkami využíváno k tvorbě hemoglobinu. Hemoglobin je tvořen v mitochondriích. V těchto organelách dochází k inkorporaci železa do protoporfyrinu IX pomocí enzymu ferochelatázy. Snížená volná hladina hemu v cytoplasmě erytroidních prekurzorů zvyšuje vychytávání železa buňkou, při zvýšené hladině vychytávání železa klesá. V plasmě se v malém množství (12–300 μg/l) vyskytuje i zásobní forma železa – feritin. Hladina plasmatického feritinu se liší od hladiny tkáňového feritinu. Erytroidní prekurzory jsou schopny plasmatický feritin vychytávat přes dosud neidentifikovaný receptor, avšak u zdravého jedince je feritin pouze malým zdrojem železa pro vlastní erytropoézu.

Celkem 80–90% železa v normoblastu je využito k tvorbě hemoglobinu. Zbytek je ukládán ve formě feritinu a ten tvoří barvitelná granula. Normoblasty s pozitivními granuly jsou nazývány sideroblasty, po enukleaci siderocyty. U zdravých jedinců tvoří sideroblasty asi polovina všech normoblastů. Prstenčité sideroblasty nacházíme u onemocnění zvaného sideroblastická anémie (22) a MDS – RARS. Start | Obsah

30


Zdroj: greenfield.fortunecity.com/rattler/46/haemopoiesis.htm

Obr. 13 Schéma erytropoézy a jednotlivých vývojových stádií při tvorbě erytrocytu




Tvorba zásobŽelezo je částečně ukládáno do zásob pro kompenzaci jeho zvýšené spotřeby. Ukládá se ve

formě feritinu a hemosiderinu. Dvě třetiny zásobního železa se nacházejí v monocyto-makrofágovém systému a jedna třetina je v hepatocytech.

FeritinHlavní zásobní molekulou vážící železo je feritin. Feritin bez navázaného železa nazýváme

apoferitin a ten vytváří sférickou molekulu o průměru 13 nm a velikost 400–500 kDa. Vnitřní dutý prostor o průměru 6 nm komunikuje s vnějším prostředím pomocí 6 kanálů. Obal je tvořen 24 molekulami složených ze dvou podjenotek – podjednotka H (těžká) a podjednotka L (lehká) (viz. Obr. 14, 15). Funkce těchto podjenotek se liší. H podjednotka obsahuje enzym oxidující Fe2+. Feritin obsahující větší množství těchto podjednotek je schopen rychleji přijímat železo. Feritin obsahující více L podjednotek se jeví jako stabilnější molekula více odolná denaturaci. Jedna molekula feritinu pojme až 4500 iontů Fe3+.

Uvnitř mitochondrií se nachází feritin lišící se od ostatních forem (viz. Obr. 16). Má vyšší oxidázovou aktivitu a podobá se více feritinu z H podjenotek. Jeho funkce však zatím není dostatečně určena, ale předpokládá se, že je pro fungování organismu velice důležitý, jelikož je mezi živočišnými druhy a ve fylogenezi zachován téměř v identické podobě.

HemosiderinHemosiderinu je považován za nekompletně degradovanou molekulu feritinu složenou z

konglomerátu železa, feritinových bílkovin a dalších buněčných složek. Je méně rozpustný než feritin a má větší poměr železa k proteinové složce než molekula feritinu. Je barvitelný Pruskou modří. Z fyziologického hlediska představuje hemosiderin stabilnější, ale méně dostupnou formu zásobního železa.

Start | Obsah

31





Tvorba zásob

Start | Obsah

32


Obr. 15 Molekulární struktura cytoplasmatického feritinu.

Obr. 16 Molekulární struktura mitochondriálního feritinu.



Obr. 14 Model struktury feritinu.

Zdroj: U.S. National Library of Medicine © 2010,



Eliminace železa z lidského organismuLidský organismus, ať už jakkoliv výjimečný, nemá na rozdíl od jiných živočichů efektivní mechanismus na

vylučování nadbytečného množství železa (31). Nadbytek železa se za fyziologických podmínek nevyskytuje. Onemocnění vedoucí k přetížení organismu se často rozvíjejí pomalu a pouze v případě, že množství železa překročí schopnost využít železo např. v erytropoéze nebo že překročí schopnost uložit nadbytek železa do zásob. Mechanismus eliminace nadbytečného železa spočívá ve ztrátě buněk, např. epiteliálních buněk gastrointestinálního traktu, epidermálních buněk kůže a u žen červenými krvinkami menstruační krve.

Denní ztráty zdravého dospělého muže a zdravé nemenstruující ženy představují přibližně 1 mg/den. Menstruující ženy ztrácí v průměru 0,006 mg/kg/den železa menstruační krví, u některých toto množství může být až 0,025 mg/kg/den. U těhotných žen je spotřeba železa až 3,5-krát větší než u zdravého muže. Močí je vyloučeno méně jak 0,05 mg/den a to hlavně odloučenými buňkami. Nevýznamná část je vylučována do potu, asi 22,5 µg/l (32).

Start | Obsah

33



34

PATOLOGICKÉ STAVY

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola III


Kapitola III

PATOLOGICKÉ STAVY

Patologické stavy způsobené nerovnováhou metabolismu železa jsou jedny z nejčastějších onemocnění provázející lidstvo. Jejich projevy se nejčastěji rozvíjí velice pomalu a často mohou způsobovat jen malé potíže. U pacientů trpících jiným primárním onemocněním může velice výrazně snižovat kvalitu života. Proto je důležité porozumět metabolismu železa a tato onemocnění léčit. Nerovnováha se projevuje v obou směrech, tzn. při nedostatku (deficitu), tak při jeho nadbytku. Deficit železa

Protože se železo nejvíce podílí na tvorbě červených krvinek, projevuje se jeho nedostatek železa v lidském organismu nejčastěji anémií. Anémie je chorobný stav charakterizovaný sníženou hladinou hemoglobinu ve vztahu k věku, pohlaví a rase. Jelikož je železo naprosto nezbytné k tvorbě hemoglobinu, jeho nedostatečný přísun do erytroblastů vede ke snížení produkce červených krvinek.

Sideropenická anémie (SA, IDA)Sideropenická anémie, nebo-li anémie z nedostatku železa je nejčastější onemocnění vyskytující se u

pacientů se sníženým množstvím železa v organismu. Příčin snížení množství železa může být několik. Nejvíce se na snížení podílí nedostatečný příjem železa stravou. Důležitá je skladba stravy s dostatečným obsahem živočišné složky, ale důležitou roli hrají i faktory podílející se na vlastním vstřebávání. Nedostatek železa může způsobit rovněž zvýšená potřeba železa např. při růstu organismu, v těhotenství (viz. Tab.6).

Start | Obsah

35


Zvýšená potřeba železa a/nebo hematopoéza

rychlý růst v dětském věku nebo v pubertě

těhotenství

terapie erytropoetinem

Zvýšené ztráty železa

chronické krevní ztráty

menses

akutní krevní ztráty

dárcovství krve

léčba polycythemie vera venepunkcí

Snížený přísun nebo absorpce železa

neadekvátní dieta

malabsorpce z onemocnění (céliakie, Crohnova choroba)

malabsorpce z operací (odoperování žaludku)

akutní a chronický zánět

Tab. 6 Příčiny nedostatku železa v lidském organismu.


PATOLOGICKÉ STAVY

Deficit železa Sideropenická anémie (SA, IDA)

Rozvoj tohoto onemocnění trvá delší dobu a úbytek železa nastupuje v několika fázích. Nejprve dochází k vyčerpání zásobního železa, následně klesá hladina cirkulujícího železa. V důsledky snížené dostupnosti železa z krevního oběhu dochází ke snížené hemoglobinizaci erytrocytů tvořených v kostní dřeni. V poslední fázi pak dochází ke snížení hladiny hemoglobinu a hematokritu, kdy kostní dřeň tvoří malé erytrocyty (mikrocytóza) s nízkou koncentrací hemoglobinu (hypochromie).

Příznaky sideropenické anémie jsou v základě shodné s ostatními anémiemi. Pacient je bledý, unavený, se sníženou výkonností (anemický syndrom). Pro sideropenickou anémii je typický výskyt následujících symptomů: cheilosis (fisury koutků úst) (viz. Obr. 17) a koilonychia (nehty ve tvaru hodinového sklíčka) (viz. Obr. 18). Diagnostika sideropenické anémie se provádí pomocí laboratorních testů (viz. Kapitola IV).

Vzácně se vyskytující závažné stavy s výrazným snížením hladiny hemoglobinu a nestabilitou krevního oběhu mohou vyžadovat transfúzi. Ve většině případů se však jedná o mírnou formu anémie, která může být léčena pouze změnou dietních návyků nebo orálními preparáty železa, event. intravenózními preparáty železa.

Start | Obsah

36


Obr. 17 Cheilosis, zánětlivé postižení ústních koutků.

Zdroj: American Academy of Family Physicians Copyright © 2007

Zdroj: NEJM.org Copyright © 2010

Obr. 18 Koilonychia, nehty tvaru hodinového sklíčka u deficitu železa.


PATOLOGICKÉ STAVY

Deficit železa Anémie chronických chorob (ACHN)

Anémie chronických chorob často doprovází řadu onemocnění, jako jsou záněty, infekce, tkáňového poškození, maligní onemocnění, selhání ledvin, aj. Etiologie této anémie je multifaktoriální, kde z hlavních vyvolávajících faktorů je zvýšení hladiny zánětlivých cytokinů. Nedostatečná produkce červených krvinek a tvorba hemoglobinu je rovněž způsobena nedostatečným přísunem železa do kostní dřeně. Na rozdíl od sideropenické anémie, jsou zásoby železa normální nebo jen mírně snížené. Nízká je pouze hladina dostupného železa, tzn. mluvíme o relativním deficitu železa.

Mechanismus vzniku této anémie je v posledních několika letech postupně objevován a předpokládá se, že hlavní roli zde hraje hepcidin. Při zvýšení hladiny zánětlivých cytokinů dochází ke stimulaci tvorby hepcidinu, který brzdí absorpci železa ze zažívacího traktu a jeho výdej do krevního oběhu. V důsledku jeho působení klesá hladina sérového železa. Na sníženém výdeji železa do krevního oběhu se podílí i snížená exprese feroportinu, která se vyskytuje u zánětlivých stavů. Syntéza feroportinu klesá vlivem zvýšené exprese TNF-α, IFN-γ a LPS. Takto železem nasycené enterocyty se postupně odlupují (deskvamují) a odchází stolicí. Velice pravděpodobně se jedná o fylogeneticky velice starý mechanismus nespecifické imunitní obrany organismu proti infekčním onemocněním. Při snížení hladiny železa v krevním oběhu se železo stává nedostupné i pro mikroba. Ten je poté velice limitován např. v multiplikaci, či růstu a tím se stává zranitelnější vůči mechanismům specifické imunitní obrany. Molekula hepcidinu je fylogeneticky velice stabilní, tzn. je podobná u různých druhů organismů. V případě dlouhodobého onemocnění však může vést jeho nerovnováha k rozvoji tohoto typu anémie.

Anémie chronických chorob (angl. Aneamia of Inflammation) je diagnostikována pomocí laboratorních vyšetření (viz Kapitola IV). Pacient vedle příznaků základního onemocnění může být bledý, zvýšeně unavený, dušný s hyperkinetickou krevní cirkulací. Ve většině případů se však jedná o náhodný nález při vyšetřování hlavního onemocnění.

V případě anémie chronických chorob je potřeba především léčit základní onemocnění vedoucí k tvorbě zánětlivých cytokinů. Doposud neexistuje jiná kauzální léčba, která by přímo ovlivňovala hormonální osu řízenou hepcidinem. Proto hlavním léčebným postupem zůstává symptomatická léčba pacienta zaměřující se na jeho klinické potíže. U mírných forem se podávají preparáty železa. Jelikož je vlivem zvýšené hladiny hepcidinu omezeno vstřebávání ze zažívacího traktu, jsou vhodnější preparáty pro nitrožilní aplikaci. U závažnějšího snížení hemoglobinu je nutné podáním krevní transfúze.Start | Obsah

37



PATOLOGICKÉ STAVY

Deficit železa Sideropenická anémie refrakterní na železo (IRIDA)

Do této skupiny jsou řazeny vzácné mikrocitární sideropenické anémie refrakterní na perorální podávání preparátů železa Podstatou je mutace genu pro TMPRSS6, který exprimuje enzym matriptázu-2. Onemocnění je autosomálně recesivně dědičné. Enzym TMPRSS6 odbourává HJV, který ovlivňuje expresi hepcidinu (viz. Kapitola II). Při nedostatečné funkci TMPRSS6 dochází ke zvýšené tvorbě hepcidinu, který brání výdeji železa do krevního oběhu a železo se hromadí v makrofázích.

Jiné vrozené patologické stavyDo této skupiny patří mutace se ztrátou funkce hormonu, či membránových a zásobních bílkovin

hrajících klíčovou roli v metabolismu železa, např. „hepcidinopatie“, mutace DMT1, TMPRSS, HJV, HFE, TfR apod.

Mutace genu pro DMT1 byla popsána u pacientů s vrozenou mikrocytární anémií (33,34,35). U těchto pacientů se vyskytuje jaterní přetížení železem, tzn. funkce vstřebávání je z části zachována. Z části je toto přetížení způsobené krevními transfúzemi, kterými je pacient léčen pro svou anémii.

Autozomálně dominantně děděná mutace genu pro feroportin u lidí vede k rozvoji tzv. ferroportin disease. Většina pacientů má zvýšenou hladinu feritinu, tedy zásobního železa. Mutace vede buď ke sníženému výdeji železa z makrofágů a nebo ke zvýšené aktivitě a snížené down-regulaci tohoto membránového transportéru, což vede k hemochromatóze, tedy k přetížení železem. U zvířecího modelu bylo prokázáno, že feroportin hraje klíčovou roli v těhotenství při přenosu železa z matky na dítě.

Mutace genu pro hephaestin vede ke snížení placentálního přenosu železa a ke sníženému vstřebávání železa ze zažívacího traktu. Následný deficit železa vede k rozvoji anémie během novorozeneckého období. V dospělém věku však dochází k úpravě stavu. Předpokládá se že hephaestin hraje klíčovou roli v době intrauterinního vývoje, ale jeho důležitost s věkem klesá.

Start | Obsah

38



PATOLOGICKÉ STAVY

Deficit železa Jiné příčiny nedostatku železa

U žen v produktivním věku dochází k fyziologickým ztrátám železa menstruační krví. Zdravé ženy tak mohou ztrácet až 80 mg železa během jednoho menstruačního cyklu. Konečné množství takto eliminovaného železa je pro každou ženu jiné a liší se i mezi jednotlivými regiony. Orální antikoncepce redukuje množství menstruačního krvácení a naopak nitroděložní tělíska krvácení zvětšují.

Pří dárcovství krve dárce přichází o přibližně 250mg železa na jednu transfuzní jednotku. Bylo zjištěno, že u části dárců dochází při frekvenci 5 darování za rok ke snížení zásobního železa. Proto se pacientům, kteří darují krev více jak 1–2-krát ročně, doporučuje přidat substituční preparáty železa.

Krevní odběry během vyšetření u lékaře mohou být důležitou příčinou úbytku zásobního železa. Jedná se především o malé děti, o chronicky nemocné pacienty a o pacienty hospitalizované. Pacienti hospitalizovaní na jednotkách intenzivní péče ztrácí až 4-krát větší množství železa než pacienti na standardních odděleních. Nutná vyšetření tak ještě prohlubují deficit železa a rozvíjející se anémii, která často chronická onemocnění doprovází.

Start | Obsah

39



PATOLOGICKÉ STAVY

Přetížení železemŽelezo, které není organismem využito pro běžnou potřebu a jeho koncentrace převýšila kapacitu

transportních a zásobních proteinů pro železo, se ukládá volně do tkání. Přítomnost barvitelného železa v orgánech se latinsky nazývá hemosiderosis, jelikož se dříve myslelo, že železo pochází z krve. Železo, které není vázané na zásobní či transportní bílkoviny, vede k toxickému postižení buněk, tkání a orgánů a k poruchám jejich funkce. Zvýšené ukládání železa ve tkáni způsobuje fibrotizaci a úbytek funkční tkáně. Je to důsledek reaktivity volného železa, které snadno tvoří volné kyslíkové radikály a tím vystavuje buňky oxidativnímu stresu. Hlavními příznaky jsou rozvoj jaterní hemosideróza a později cirhózy, diabetu mellitu („bronzový diabetes“), kardiomyopatie a hypogonádotropního hypogonadismu, artritidy aj. K patologickému ukládání vedou stavy vrozené (primární) a stavy získané (sekundární) (viz. Tab. 7).

Start | Obsah

40


Hereditární hemochromatóza Hemochromatóza, HFE-asociovaná (typ 1) C282Y homozygosita C282Y/H63D heterozygosita Hemochromatóza, non-HFE-asociovaná Juvenilní hemochromatóza (typ 2A) (mutace hepcidinu) Juvenilní hemochromatóza (typ 2B) (mutace hemojuvelinu) Mutovaný transferinový receptor 2 TFR2 (typ 3) Mutovaný gen feroportinu 1, SLC11A3 (typ 4) Získané přetížení železem Anémie s ukládáním železa Chronická jaterní onemocnění Thalassemia major Hepatitida C Sideroblastická anémie Alcoholická cirhóza, v pokročilém stádiu Chronická hemolytická anémie Nealkoholická steatohepatitida Přetížení tranfúzemi a parenterálními přípravky železa Porphyria cutanea tarda Přetížení ze stravy Dysmetabolický syndrom přetížení železem Post–portokavální shunt Jiné příčiny Přetížení železem v sub-Saharaské Africe Přetížení železem novorozenců Aceruloplasminémie Kongenitální atransferinémie

Tab. 7 Patologické stavy vedoucí k přetížení organismu železem.


PATOLOGICKÉ STAVY

Přetížení železem Hereditární hemochromatóza (HH)

Hereditární hemochromatóza je skupina onemocnění charakterizovaná patologickým ukládáním zvýšeného množství. Jedná se o vrozené onemocnění spojené s poruchou v kaskádě řídící metabolismus železa.

Nejčastější příčinou abnormálního ukládání železa u hereditární chromatózy je patologická funkce HFE. Příčinou nedostatečné funkce je mutace genu pro HFE na chromosomu 6. Tento typ hemochromatózy označujeme jako typ 1 nebo jako HFE hemochromatózu. Tento typ hemochromatózy se nejčastěji vyskytuje u severské populace Evropy a dříve se manifestuje u mužů k pozdější manifestaci projevů u žen přispívají fyziologické krevní ztráty. HFE se podílí na funkci TfR1 a tedy na vychytávání cirkulujícího železa buňkami. Omezené vychytávání stimuluje tvorbu DMT1, které se ve zvýšené míře působí na luminální membráně enterocytů, což vede ke zvýšenému vstřebávání železa ze zažívacího traktu.

Do druhé skupiny hemochromatóz patří juvenilní hemochromatóza (HH typ 2A a 2B). U obou typů je narušen jemný mechanismus řízení metabolismu železa. Jako první byl identifikován protein HJV, vedoucí k rozvoji hemochromatózy typu 2B. U typu 2A byl identifikován genetický defekt genu pro hepcidin. Dochází zde ke snížení hladiny či funkce hepcidinu, který reguluje vstřebávání ze zažívacího traktu a výdej železa z makrofágů. Typické je zvýšené vstřebávání železa ze zažívacího traktu a výskyt makrofágů neobsahujících žádné železo. Projevy přetížení železem se projevují rychleji a jsou obvykle vážnější, než v případě HH typu 1. Rozvíjí se především kardiomyopatie, snížená glukózová tolerance jako projev postižení pankreatu a hypogonadismus, tedy snížená tvorba pohlavních buněk a rozvoje pohlavních znaků. Postižení jater je v menším zastoupení.

Ve vzácných případech je popisována mutace genu pro TfR2. Tento receptor s vyskytuje na membráně hepatocytů a podílí se na regulaci exprese hepcidinu. Klinické příznaky se podobají příznakům HH typu 1. Dále byl popsán defekt membránového transportéru pro železo feroportinu. Heterogenní projevy tohoto onemocnění jsou přičítány rozdílným mutacím, které vedou ke snížení transportní funkce, v opačném případě pak ke snížené citlivosti na působení hepcidinu a ke zvýšenému vstřebávání ze zažívacího traktu, tedy ke zvýšení transportní funkce.

Další vzácná onemocnění doprovázená ukládáním železa vznikají při mutacích genů pro TMPRSS6, transferin a ceruloplasmin. Start | Obsah

41



PATOLOGICKÉ STAVY

Přetížení železem Jiné patologické stavy doprovázené přetížením železem

Anémie s nadbytečným ukládáním železa, mezi které patří thalessemia major, sideroblastická anémie, chronické hemolytické anémie, jsou častou sekundární příčinou přetížení organismu železem. Rovněž chronická jaterní onemocnění, např. hepatitida C, alkoholická cirhóza, apod., mohou způsobit nadbytečné ukládání železa.

V subsaharské Africe byl zjištěn častější výskyt přetížení organismu železem, než v jiných regionech světa. Svou roli zde údajně hraje konzumace místního piva, které je skladováno v ocelových sudech. Obsah železa v takovém pivě je asi 80mg/l. Ne všichni obyvatelé však trpí přetížením železa. Proto byla snaha objevit vrozené genetické predispozice. Bylo identifikováno několik mutací feroportinu, které mají různý dopad na pacienta. Pacienti mohou mít podobné příznaky jako u HH typu 1 a je u nich až 3-krát vyšší riziko rozvoje karcinomu jater než u obyvatel bez přetížení železem.

Sekundární přetížení železemU pacientů vyžadujících celoživotní substituci krevními transfúzemi dochází k přetěžování organismu

železem. Každou transfúzní jednotkou se do organismu dodá 200–250 mg železa. Jelikož organismus nemá efektivní mechanismu k vylučování nadbytku železa a jelikož u těchto pacientů často není efektivní erytropoéza, dochází k ukládání tohoto železa do makrofágů. Jakmile množství takto získaného a vstřebané železa překročí absorpční schopnost retikulo-endoteliálního systému, dochází k ukládání do ostatních orgánů a k narušení jejich funkce.

U pacientů s potřebou chronického podávání krevních transfúzí není možné léčit přetížení železem krevními odběry. Léčbou volby je podávání chelátorů železa. Tyto látky mají schopnost vychytávat volné železo z krevního oběhu, jsou však často zatíženy nežádoucími účinky.

Start | Obsah

42



43

LABORATORNÍ VYŠETŘENÍ METABOLISMU ŽELEZA

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola IV


Kapitola IV


Start | Obsah

44

Vyšetření laboratorních parametrů metabolismu železa je důležité neinvazivní vyšetření pacienta, které může poskytnout základní informace důležité pro diferenciální diagnostiku. Mezi základnější vyšetření patří vyšetření krevního obrazu a vyšetření železa v séru, celkové vazebné kapacity pro železo, feritinu a solubilního transferinového receptoru. Specializovaná vyšetření zahrnují molekulárně genetická vyšetření mutací jednotlivých biomolekul železového metabolismu, neinvazivní měření obsahu železa ve tkáních (sonografické vyšetření, MRI) případně další invazivní vyšetření, jako je punkce kostní dřeně a biopsie jater. Panel základních laboratorních vyšetření

Krevní obraz + diferenciální rozpočet + retikulocyty. Vyšetření krevního obrazu může podat základní informaci o typu anémie, hemoglobinizaci erytrocytů. Jednotlivé paramtery (Hb, MCV, MCH, počet erytrocytů, Htk, počet retikulocytů) pomáhají upřesnit diferenciálně diagnostickou rozvahu. K přesnému zařazení anémie je však ve většině případů potřeba dalšího vyšetření, především výše uvedeným parametrům metabolismu železa. Pro sideropenickou anémii je typické snížení Hb, MCV a MCH, u deficitu vitaminu B12 a kyseliny listové je naopak MCV a MCH zvýšené.

Fe-S (hladina železa v séru). Vyšetření sérové hladiny železa je součástí základního vyšetření železového souboru. Vždy je potřeba vyšetřit všechny parametry. Samotné vyšetření hladiny železa nevypovídá o aktuálním stavu metabolismu železa. Může být snížená u deficitu železa, při právě probíhajících infekcích a může se měnit v průběhu dne. N: u žen 6,6–26 μmol/l u mužů 10,6–28,3 μmol/l.

FeBC (TIBC, celková vazebná kapacita). Celková vazebná kapacita označuje test vazebné kapacity krve pro železo. Tato hodnota nepřímo měří hladinu transferinu, tedy schopnost krve vázat volné železo. N: 2,5–3,7 mg/L

FeVK (UIBC, volná vazebná kapacita). Volná vazebná kapacita je odrazem potřeby organismu pro železo. Zvýšená hladina FeVK svědčí pro nedostatek železa např. u sideropenické anémie, snížená hladina naopak signalizuje jeho dostatek, či nadbytek, např. u přetížení organismu železem. Počítá se ze vzorce FeVK = TIBC – Fe-S. N: u žen 15–50 % a u mužů 20–50 %.

Feritin. Hladina sérového feritinu koreluje s hladinou zásobního železa v organismu. Je zvýšená u zvýšeného ukládání železa do zásob, např. u HH, ale i u ACHN. Jelikož je feritin reaktantem akutní fáze, je zvýšený i u zánětů. Snížený je u deficitu železa, např. u nedostatečného dietního příjmu. N: u žen 13–150 μg/l a u mužů 30 – 400 μg/l.




Start | Obsah

45

Panel základních laboratorních vyšetřenísTfR (solubilní transferinový receptor). Dnes je považován za nejpřesnější běžně dostupný marker

deficitu železa v organismu. Je součástí membránového receptoru pro transferin. Nedochází-li k vazbě těchto molekul, jako v případě deficitu železa, je receptor uvolněn do krevního řečiště. Jeho zvýšená hladina se tedy vyskytuje u stavů s deficitem železa a také u hemolytických anémií. N: u žen 1,9–4,4 mg/l a u mužů 2,2–5 mg/l.


Testy Sideropenie ZánětPostižení

ledvinStav

hypometabolsimu

Anémie Mírná až závažná

MírnáMírná až závažná

Mírná

MCV (fL) 60–90 80–90 90 90

Morfologie Normo-

microcytárníNormocytární Normocytární Normocytární

Fe-S <30 <50 Norma Norma

TIBC >360 <300 Norma Norma

Saturace (%) <10 10–20 Norma Norma

Feritin v séru (g/L) <15 30–200 115–150 Norma

Zásobní železo 0 2–4+ 1–4+ Norma

Tab. 8 Diferenciální diagnostika hypoproliferativních anémií pomocí laboratorních vyšetření.

Zdroj: Fauci AS, Braunwald E, Kasper DL, Hauser SL, Longo DL, Jameson JL, Loscalzo J, editors. Harrison's Principles of Internal Medicine. 17th ed. New York: McGraw-Hill Medical Publishing Division; 2008.



Start | Obsah

46

Specializovaná vyšetřeníObsah železa v kostní dřeni Fe-BM (BMIS, bone marrow iron stores) se provádí pomocí vyšetření

barvitelného železa ve dřeni. Odebírá se kostní dřen punkcí ze sternální kosti nebo z lopaty kosti kyčelní a provádí se nátěr dřeně na sklíčko. Toto sklíčko je nabarveno pruskou modří (Perlsovo barvení), která se váže specificky na železo. Toto vyšetření přináší důležitou informaci o množství železa dostupného pro tvorbu červených krvinek. N: 20–30 %. U sideropenie a sideropenické anémie je barvitelné železo snížené (viz. Obr. 19) a u přetížení železa bývá zvýšené (viz. Obr. 20). U stavů s porušeným vychytáváním železa normoblasty je železo ve dřeni přítomno v Mo-Ma systému, ale prekurzory červených krvinek je neobsahují.

Orální absorpční test pro železo. Stanovení absorpční křivky pro železo se provádí u pacientů se sideropenickou anémií se špatnou odpovědí na léčbu perorálními preparáty železa. Test se provádí změřením hladiny železa ráno nalačno těsně před podáním orálního preparátu železa. Podává se přibližně 60 mg sulfátu železa. Mezi 1. a 2. hodinou po podání se opět změří sérová hladina železa. Stoupne-li o více jak 1 mg /l je absorpce železa ze zažívací traktu považována za normální. V opačném případě dochází ke snížené absorpci ze zažívacího traktu a léčba orálními preparáty dále není indikována.


Obr. 19 Normální množství zásobního železa v kostní dřeni (Perls, zv. 100000x).

Obr. 20 Hromadění zásobního železa u poruch erytropoézy (Perls, 40000x).

Zdroj: Medscape© 1994-2010

Zdroj: http://www.wrongdiagnosis.com/phil/html/iron-deficiency-anemia/2657.html


http://www.wrongdiagnosis.com/phil/html/iron-deficiency-anemia/2657.html




Start | Obsah

47

Specializovaná vyšetřeníBiopsie jater a histologické vyšetření. Játra jsou nejcitlivějším indikátorem hromadění železa v organismu.

Tato invazivní vyšetření se provádějí převážně k průkazu hereditárních hemochromatóz a stavů se sekundárním přetížením organismu železem. Z odebraných vzorků tkáně se provádí histologické vyšetření, které pomocí histochemického barvení může prokázat nadměrné ukládání železa (viz. Obr. 21 a 22) a současně je vhodné vyšetřit obsah železa v sušině jaterní tkáně..

Hepcidin. Měření hladiny hepcidinu doposud zůstává na experimentální úrovni. Provádí se metodami proteomické analýzy a metodou ELISA. Definitivní určení normální hladiny zdravé populace, či určení rozdílu mezi mužskou a ženskou populací, eventuálně dětskou populací zůstává stále neurčeno. Hepcidin bývá zvýšen u chronických zánětlivých stavů, u infekcí, u maligních onemocnění, ale i u vrozených poruch vedoucích k nadměrné tvorbě hepcidinu. Snížená hladina se vyskytuje u anémií z nedostatku železa, u deficitů cirkulujícího a zásobního železa. Jeho hladina může rozlišit SA od ACHN a predikovat účinnost substituční léčby orálními preparáty železa.

Molekulárně genetická vyšetření HFE, HJV, hepcidinu, feroportinu, TfR2. Nejedná se o rutinně prováděná vyšetření k identifikaci příčin vrozených metabolických onemocnění, u kterých nebyla prokázána příčina běžnými metodami. Těmito metodami se rovněž vyšetřují genetické predispozice u rodin postižených stejným onemocněním vedoucích k přetížení organismu železem nebo k jeho nedostatku.


Obr. 21 Jaterní tkáň barvená běžným histologickým postupem s hnědými okrsky s obarveným železem (HE, malé zvětšení).

Obr. 22 Jaterní tkáň barvená pruskou modří vážící se na železo (Perls, malé zvětšení).

Zdroj: UpToDate, Inc. © 2010 Zdroj: UpToDate, Inc. © 2010


ZÁVĚR

Metabolismus železa je jednou z nejdůležitějších součástí fungování lidského organismu. Je

to složitý proces, který zahrnuje mnoho řídících drah, které velice citlivě a efektivně regulují

příjem železa dle aktuálních potřeb organismu. V průběhu lidského života se organismus vyvíjí

a jeho potřeby železa se mění. V období růstu organismu je potřeba železa zvýšená a pomocí

tohoto řídícího mechanismu je schopno lidské tělo zvýšit příjem a dostupnost železa pro

důležité chemické a biologické procesy. Tyto mechanismy musí být dokonale koordinovány. Při

poruchách jednotlivých složek tohoto systému dochází k narušení rovnováhy železa v

organismu. Nepříznivý je jak jeho nedostatek, který člověka omezuje nedostatečnou tvorbou

červených krvinek, tak jeho nadbytek poškozováním pro život důležitých orgánů svým toxickým

účinkem. Postupné objevování molekul účastnících se na metabolismu přináší vysvětlení mnoha

chorob, běžných i vzácných vrozených. Jejich vysvětlením bude možné tato onemocnění v

budoucnu efektivně léčit. Proto je současný výzkum na poli metabolismu železa velice důležitý

a nové poznatky se objevují téměř každý den.

Cílem tohoto skripta je podat celkový přehled nových poznatků o metabolismu železa v

lidském organismu a na nejčastějších příčinách jeho nerovnováhy, upozornit na jejich dopad u

člověka a motivovat čtenáře poutavou a přehlednou formou k rozšíření svých poznatků v této

oblasti. Věřím, že se nám tento úkol z větší části zdařil a že toto skriptum bude pro čtenáře

přínosem a motivací k dalšímu studiu.

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Závěr

Start | Obsah

48


ABECEDNÍ SEZNAM ZKRATEK

ACHN anémie chronických chorobBMP bone morphogenetic proteins (BMP6)BmpR bone morphogenetic proteins receptor (BmpR I, BmpR II)DCytB duodenální cytochrom BGDF15 growth differentiation factor 15DMT1 divalent metal ion transporter 1 (Nramp2, DCT1, SLC11A2)HAMP hepcidin antimicrobial peptideHb hladina hemoglobinu v KOHCP1 heme carrier protein 1HFE human hemochromatosis proteinHH hereditární hemochromatózaHIF hypoxia-inducible factorHJV hemojuvelinHO heme oxygenaseIDA iron-deficiency anemiaIL-6 interleukin 6IRE iron-responsive elementsIRIDA iron refractory Iron-deficient anemiaIRP iron regulatory proteinsJAK Janus kinázaLIF leukemia inhibitory factor (ze skupiny IL-6)LPS lipopolysacharidMCH mean corpuscular haemoglon concentrationMCV mean corpuscular volumeMRI magnetic resonance imagingHtk hematokritOSM Oncostatin M (ze skupiny IL-6)PPI proton pump inhibitorSA sideropenická anémie

SLC40A1 feroportin-1STAT Signal tranducer and activator of transcriptionSTEAP2 Six-transmembrane epithelial antigen of prostate 2sTfR solubilní transfreinový receptorTf transferinTfR Transferinový receptor (TfR1, TfR2)TMPRSS6 Transmembránová serinová proteázaTWSG1 twisted gastrulation protein

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Zkratky

Start | Obsah

49


SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

1. CRICHTON, R. Inorganic Biochemistry of Iron Metabolism: From Molecular Mechanisms to Clinical Consequences. 2nd ed. Chichester : John Wiley & Sons Ltd, 2001. 348 s. ISBN 978-0-471-49223-8.

2. MONSEN, E. R.; HALBERG, L.; LAYRISSE, M.; ET AL. Estimation of available diatary iron. American Journal of Clinical Nutrition. 1978, vol. 31, s. 134–141.

3. HALLBERG, L.; HULTHEN, L. Prediction of dietary iron absorption: an algorithm for calculating absorption and bioavailability of dietary iron. Am. J. Clin. Nutr. 2000, vol. 71, s. 1147–1160

4. FAUCI, A. S.; BRAUNWALD, E.; KASPER, D. L.; HAUSER, S. L.; LONGO, D. L.; JAMESON, J. L. Harrison's Principles of Internal Medicine. 17th ed. New York : McGraw-Hill Medical Publishing Division, 2008. 2958 s. ISBN 978-0071466332.

5. KLIEGMAN, R. M.; BEHRMAN, R. E.; JENSON, H. B.; STANTON, B. F. Nelson Textbook of Pediatrics. 18th ed. Philadelphia : Saunders, 2007. 3200 s. ISBN 978-1-4160-2450-7.

6. GORELIK, S.; KANNE, J. Oxymyoglobin Oxidation and Membrane Lipid Peroxidation Initiated by Iron Redox Cycle: Prevention of Oxidation by Enzymic and Nonenzymic Antioxidants. J Agric Food Chem. 2001, vol. 49, s. 5945–5950.

7. BROWN, N. C.;, ELIASSON, R.; REICHARD, P.; THELANDER, L. Nonheme iron as a cofactor in ribonucleotide reductase from E. coli. Biochem Biophys Res Commun. 1968, vol. 30, s. 522–527.

8. SHAYEGHI, M.; LATUNDE-DADA, G. O., OAKHILL, J. S., et al. Idetification of an intestinal heme transporter. Cell. 2005, vol. 122, s. 789–801.

9. RAFFIN, S. B.; WOO, C. H.; ROOST, K. T.; PRICE, D.C.; SCHMID, R. Intestinal absorption of hemoglobin iron-heme cleavage by mucosal heme oxygenase. J. Clin. Invest. 1974, vol. 54, s. 1344–1352.

10. LONNERDAL, B.; KELLEHNER, S. L. Micronutrient transfer: infant absorption. Adv Exp Med Biol. 2009, vol. 639, s. 29–40.

11. JOHN, P.; GREER, J. P.; FOERSTER, J.; RODGERS, G. M.; PARASKEVAS, F.; GLADER, B.; ARBER, D. A.; MEANS, R. T. Wintrobe's Clinical Hematology. 12th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2009. 3232 s. ISBN 978-0781765077.

12. HURELL, R. F.; JUILLERAT, M. A.; REDDY, M. B.; et al. Soy protein,

phytate, and iron absorption in humans. Am J Clin Nutr. 1992, vol. 56, s. 573–578.

13. MOORE, C. Absorption of ferrous and ferric radioactive iron by human subjects and by dogs. J Clin Invest. 1944, vol. 23, s. 755.

14. GUNSHIN, H.; FUJWARA, Y.; CUSTODIO, A. O.; et al. Slc11a2 is required for intestinal iron absorption and erythropoiesis but dispensable in placenta and liver. J Clin Invest. 2005, vol. 115, s. 1258–1266.

15. ABBOUD, S.; HAILE, D. J. A novel mammalian iron-regulated protein involved in intracellular iron metabolism. J Biol Chem. 2000, vol. 275, s. 19906–19912.

16. DONOVAN, A.; BROWNLIE, A.; ZHOU, Y.; et al. Positional cloning of zebrafish ferroportinl identifies a conserved vertebrate iron exporter. Nature. 2000, vol. 403, s. 776–781.

17. MCKIE, A. T.; MARCIANI, P.; ROLFS, A.; et al. A novel duodenal iron-regulated transporter, IREG1, implicated in the basolateral transfer of iron to the circulation. Mol Cell. 2000, vol. 5, s. 299–309.

18. KRAUSE, A.; NEITZ, S.; MAGERT, H. J.; et al. LEAP-1, a novel highly disulfide-bonded human peptide, exhibits antimicrobial activity. FEBS Lett. 2000, vol. 480, s. 147–150.

19. PARK, C. H.; VALORE, E. V.; WARING, A. J.; GANZ, T. Hepcidin, a urinary antimicrobial peptide synthesized in the liver. J Biol Chem. 2001, vol. 276, s. 7806–7810.

20. NEMETH, E.; TUTTLE, M. S.; POWELSON, J.; et al. Hepcidin regulates cellular iron efflux by binding to ferroportin and inducing its internalization. Science. 2004, vol. 306, s. 2090–2093.

21. RIVERA, S.; NEMETH, E.; GABAYAN, V.; LOPEZ, M. A.; FARSHIDI, D.; GANZ T. Synthetic hepcidin causes rapid dose-dependent hypoferremia and is concentrated in ferroportin-containing organs. Blood. 2005, vol. 106, s. 2196–2199.

22. BEAUMONT, C.; BERIS, P.; BEUZARD, Y.; BRUGNARA, C. Handbook on Disorders of Erythropoiesis, Erythrocytes and Iron Metabolism. Paris: European School of Haematology, 2009.

23. VIATTE, L.; VAULONT, S. Hepcidin, the iron watcher. Biochimie. 2009, vol. 91, s. 1223–1228.

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Literatura

Start | Obsah

50


SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

24. EISENSTEIN, R. S. Iron regulatory proteins and the molecular control of mammalian iron metabolism. Annu Rev Nutr. 2000, vol. 20, s. 627–662.

25. CONSTABLE, A.; QUICK, S.; GRAY, N. K., HENTZE, M. W. Modulation of the RNA-binding activity of a regulatory protein by iron in vitro: switching between enzymatic and genetic function? Proc Natl Acad Sci U S A. 1992, vol. 89, s. 4554–4558.

26. MUCKENTHALER, M.; GRAY, N. K.; HENTZE, M. W. IRP-1 binding to ferritin mRNA prevents the recruitment of the small ribosomal subuint by the cap-binding complex eIF4F. Moll Cell. 1998, vol. 2, s. 383–388.

27. HAILLE, D. J.; ROUAULT, T. A.; TANG, C. K.; CHIN, J.; HARFORD, J. B.; KLAUSNER, R. D. Reciprocal control of RNA-binding and aconitase activity in the regulation of the iron-responsive element binding protein: role of the iron-sulfur cluster. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992, vol. 89, s. 7536–7540.

28. GUO, B.; PHILLIPS, J. D.; YU, Y.; LEIBOLD, E. A. Iron regulates the intracellular degradation of iron regulatory protein 2 by the proteasome. J Biol Chem. 1995, vol. 270, s. 21645–21651.

29. HARRIS, Z. L.; DURLEY, A. P.; MAN, T. K.; GITLIN, J. D. Targeted gene disruption reveals an essential role for ceruloplasmin in cellular iron efflux. Proc Natl Acad Sci USA. 1999, vol. 96, s. 10812–10817.

30. OSAKI, S.; JOHNSON, D. A.; FRIEDEN, E. The possible significance of the ferrous oxidase activity of ceruloplasmin in normal human serum. J Biol Chem. 1966, vol. 241, s. 2746–2751.

31. FINCH, C. A.; RAGAN, H. A.; DYER, I. A.; et al. Body iron loss in animals. Proc Soc Exp Biol Med. 1986, vol. 159, s. 335.

32. GREEN, R.; CHARLTON, R.; SEFTEL, H.; et al. Body iron excretion in man. Am J Med. 1968, vol. 45, s. 336.

33. MIMS, M. P.; GUAN, Y.; POSPISILOVA, D.; PRIWITZEROVA, M.;, INDRAK, K.; PONKA, P.; DIVOKY, V.; PRCHAL, J. T. Identification of a human mutation of DMT1 in a patient with microcytic anemia and iron overload. Blood. 2005, vol. 105, s. 1337–1342.

34. LAM-YUK-TSEUNG, S.; CAMASCHELLA, C.; IOLASCON, A.; GROS, P. A novel R416C mutation in human DMT1 (SLC11A2) displays pleiotropic

effects on function and causes microcytic anemia and hepatic iron overload. Blood Cells Mol Dis. 2006, vol. 36, s. 347–354.

35. BEAUMONT, C.; DELAUNAY, J.; HETET, G.; GRANDCHAMP, B.; DE MONTALEMBERT, M.; TCHERNIA, G. Two new human DMT1 gene mutations in a patient with microcytic anemia, low ferritinemia, and liver iron overload. Blood. 2006, vol.107, s. 4168–4170.

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Literatura

Start | Obsah

51


KONTAKTY

Autor: MUDr. Jiří Houdae-mail: jiri.houda(at)fnol.cztel.: +420588444403

Spoluautoři: Doc. MUDr. Dagmar Pospíšilová, Ph.D.e-mail: pospisid(at)fnol.cztel. +420588442798

Mgr. Aleš Svobodae-mail: alesvoboda(at)centrum.cz

Dětská klinika a Laboratoř experimentální medicíny LF UP a FN v OlomouciPuškinova 6Olomouc77520Tel.: +420588444403

Katedra zoologie PřF UP v OlomouciTř. Svobody 26Olomouc77146E-mail: [email protected].: +420585634201

Tvorba tohoto miniskripta byla podpořena grantem FRVŠ 2413/2010/G3.

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kontakty

Start | Obsah

52


mailto:[email protected]












metabolismus železa

Documents