Физиологическая роль железа в организме человека

Железо – наиболее распространенный универсальный биологический микроэлемент, который обеспечивает нормальное функционирование клеток всех биологических систем организма.

Наиболее значимой функцией железа в организме является его участие в связывании, транспортировке и депонировании кислорода гемоглобином и миоглобином. Однако доказано, что роль железа этим не ограничивается: этот микроэлемент является универсальным компонентом живой клетки, участвующим во многих метаболических процессах в организме, росте тела, в процессах тканевого дыхания (в частности в митохондриальном дыхании), что является обязательным условием существования любой клетки на всех этапах эволюции.

Также доказана роль железа в обеспечении таких важнейших процессов, как:

• биосинтетические процессы (в том числе и синтез ДНК);
• метаболизм биологически активных соединений (катехоламинов, коллагена, тирозина и других биологически активных веществ и др.);
• энергетический обмен (около половины энзимов или кофакторов цикла Кребса содержат этот металл или функционируют в его присутствии);
• деление клетки.

Ферменты, содержащие железо, принимают участие в синтезе гормонов щитовидной железы, поддержании высокого уровня иммунной резистентности организма. Так, нормальный уровень железа в организме способствует полноценному функционированию факторов неспецифической защиты, клеточного, гуморального и местного иммунитета. Нормальное содержание железа в организме необходимо для осуществления полноценного фагоцитоза, высокой активности естественных киллеров и бактерицидной способности сыворотки, а также синтеза в достаточном количестве пропердина, комплемента, лизоцима, интерферона, IgA.

Данные, полученные в ходе исследований последних лет, свидетельствуют о том, что железо является необходимым для формирования D₂-подобных рецепторов (рецепторов дофамина) в клетках мозга. Как известно, отсутствие или недостаток дофаминовых рецепторов нарушает нормальное функционирование и развитие дофаминергических нейронов. Распределение железа в тканях мозга отражает локализацию окончаний нейронов, которые синтезируют γ-аминомасляную кислоту. Существует мнение, что низкий уровень железа нарушает процессы деградации γ-аминомасляной кислоты и функционирования нейронов, синтезирующих дофамин.

В то же время железо является неотъемлемым и незаменимым компонентом разнообразных белков и ферментов, окислительно-восстановительных процессов организма ребенка в целом.

Железо, содержащееся в организме, условно подразделяют на:

• функциональное (в составе гемоглобина, миоглобина, энзимов и коферментов);
• транспортное (трансферрин, лактоферрин, мобилферрин);
• депонированное(ферритин,гемосидерин);
• железо, образующее свободный пул.

Основные фонды железа в организме:

• гемовое (клеточное)железо: составляет значительную часть (70-75%) от общего количества железа в организме, участвует во внутреннем обмене железа и входит в состав гемоглобина, миоглобина, ферментов (цитохромов, каталаз, пероксидазы, НАДН-дегидрогеназы), металлопротеидов (аконитазы и др.).
• негемовое.
• внеклеточное:свободное железо плазмы и железосвязывающие сывороточные белки (трансферрин, лактоферрин), участвующие в транспорте железа.
• железо запасов (депо)находится в организме в виде двух белковых соединений – ферритина и гемосидерина – с преимущественным отложением в печени, селезенке и мышцах (включается в обмен при недостаточности клеточного железа).

Как уже отмечалось, железо входит в состав большого числа белков организма. Наиболее значимые железосодержащие белки:

• гемопротеины: гемоглобин, миоглобин, цитохромы, цитохромоксидаза, гомогентизиноксидаза, пероксидаза, миелопероксидаза, каталаза;
  • железофлавопротеины: цитохром-С-редуктаза, сукцинатдегидрогеназа, пролиноксидаза, НАДФ-дегидрогеназа, ацил-КоА-дегидрогеназа, ксантинооксидаза и др.;
  • белки разных молекулярных конфигураций: трансферрин, ферритин, гемосидерин, мобилферрин, лактоферрин и др.

Рассматривая железо в целостном контексте, следует отметить, что в организме здорового человека содержится примерно 4-5 г железа (железо, входящее в состав гемоглобина, составляет примерно 2,7-3,0 г). При этом железо составляет лишь 0,0065% от массы тела человека: примерно 35 мг/кг массы тела (у новорожденных, как доношенных, так и недоношенных, запасы железа составляют 70-75 мг/кг массы тела). Его концентрация в течение суток может значительно варьировать (от 12,5 до 30,4 мкмоль/л). Самая высокая концентрация железа в крови регистрируется в утренние часы (между 7 и 10 часами), а наименьшая – вечером (между 20 и 22).

Примерно 70-75% этого количества требуется для насыщения гемоглобина, заключенного в эритроцитах, 5-10% железа приходится на миоглобин, который участвует в передаче кислорода и углекислого газа в мышцах, 10-20% находятся в резерве, преимущественно в печени, 1% составляет железо ферментов, около 0,1% всего железа связаны с трансферрином в плазме крови.

В организме человека существуют механизмы, направленные на удержание железа. Железо осуществляет практически замкнутый круговорот. Освободившись из эритроцитов при физиологическом гемолизе, железо реутилизируется. С желчью в кишечник за сутки выделяется до 25 мг железа, откуда оно абсорбируются энтероцитами слизистой оболочки и включается в общий метаболизм. Биологический период полувыведения железа из организма составляет 1800 суток, что является свидетельством высококумулятивных свойств этого элемента.

Дефицит железа в организме человека сводится не только к гематологическим проявлениям, но и обусловливает нарушение функций всех клеток (особенно в высокоаэробных тканях), порождающее негативные последствия нарушений метаболизма железа в организме человека. Недостаток этого жизненно важного микроэлемента непременно приводит к нарушению образования гемоглобина, развитию анемии и, как следствие, к трофическим расстройствам в органах и тканях. Уменьшение количества железа во многих случаях проявляется аномалией поведения человека и психическими нарушениями.

Железо играет важную роль в поддержании высокого уровня иммунной резистентности ребенка. Доказано, что дефицит железа приводит к росту заболеваемости органов дыхания и желудочно-кишечного тракта. Помимо этого, уменьшение содержания железа в плазме крови отмечается при острых и хронических воспалительных процессах, опухолях, остром инфаркте миокарда.

Лихорадка и острые стадии инфекционных заболеваний всегда сопровождаются снижением уровня железа в крови, развивающимся в результате компенсаторно-приспособительных реакций (уменьшая поставку железа к тканям, организм таким образом «тормозит» размножение бактерий за счет уменьшения интенсивности деления клеток и «включения» в них альтернативных аутоокислительных процессов).

Таким образом, роль железа в организме невозможно переоценить. По своей биологической значимости для человека железо можно сравнить с хлорофиллом растений – настолько необходимым оно является для жизнеобеспечения организма.