содержание   ..  1  2  3   ..

ГИПОХРОМНЫЕ АНЕМИИ (Л.И. Идельсон) - 1981 год

 Глава 1

ОБМЕН ЖЕЛЕЗА И СИНТЕЗ ГЕМОГЛОБИНА

ОБМЕН ЖЕЛЕЗА

Железо — один из основных по значи­мости элементов, входящих в организм, однако в весо­вом отношении оно составляет лишь 0,0065% массы тела. По данным Jacobs, Worwood (1974). в организме взрослого человека с массой тела 70 кг имеется 4,5 г железа.

Почти все железо, входящее в состав организма, является составной частью различных белков. Наибо­лее важный из них — гемоглобин — состоит из небел­ковой части, гема и белковой части — глобина. В мо­лекуле гема железо связано с протопорфирином. Гем входит не только в состав гемоглобина. Гем содержит­ся в миоглобине, цитохромах, входит в состав каталазы, лактопероксидазы. Основным белком, содержащим железо и не имеющим гемовой группы, является фер­ритин. Входит железо и в состав производного ферри­тина — гемосидерина. Не содержит гема белок трансферрин, переносящий железо. Железо в негемовой форме входит в состав ряда ферментов (аконитаза, ксантиноксидаза, НАД-Н-дегидрогеназа). Tipton, Cook (1963) с помощью метода эмиссионной спектроскопии исследовали содержание железа в различных органах людей, погибших от травм. Оказалось, что наиболь­шее количество железа содержится в селезенке (в сред­нем 336 мкг/г), затем в легких (319 мкг/г) и печени (195 мкг/г). В других тканях концентрация железа значительно меньше (в мышцах 42 мкг/г, поджелудоч­ной железе —51 мкг/г). Высокое содержание железа в селезенке и легких связано с большим количеством крови в этих органах.

Следовательно, если исключить содержание желе­за в крови, имеющейся в органе, наибольшее количе­ство железа содержится в мышцах (27,9%) Большую часть железа мышц составляет железо, входящее в состав ферритина (69,1% железа мышц); остальная часть входит в миоглобин (21,9%). В печени отклады­вается 7,8% железа организма, в основном в составе ферритина и гемосидерина (табл.1).

Таблица I. Распределение железа в организме мужчины с мас­сой тела 70 кг (по Jacobs, Worwood, 1974)

Основной белок, содержащий железо, — это гемо­глобин, функция которого состоит в переносе кисло­рода от легких тканям. Белок, содержащий железо запасов, — это ферритин. Железо запасов входит так­же в состав белка гемосидерина. Белком, связываю­щим железо в сыворотке и переносящим его в костный мозг и в другие ткани, является трансферрин.

Трансферрин — белок плазмы крови, относящийся к b-глобулинам. Он имеет молекулярную массу около 80000 и состоит из одной полипептидной цепи, имею­щей 2 активных участка, каждый из которых способен связать по одному атому железа в трехвалентной фор­ме. По своей химической структуре Трансферрин — гликопротеин, содержащий 6% углеводов. Одна моле­кула трансферрина содержит 4 группы сиаловых кис­лот. Трансферрин может связывать не только трехва­лентное железо, но и некоторые другие ионы метал­лов — Сr⁺⁺⁺, Мn⁺⁺, Cu⁺⁺, но железо связывается трансферрином в первую очередь и значительно более прочно. Трансферрин может синтезироваться различ­ными тканями, однако у людей основным источником синтеза трансферрина является печень [Prunier et al., 1964]. Образуют Трансферрин гепатоциты. За сутки производится 12—24 мг белка на 1 кг массы тела, что эквивалентно 5—9% от всего количества трансфер­рина.

Железо запасов может находиться в двух формах — в виде ферритина и гемосидерина. Ферри­тин — своеобразный белок, состоящий из белка апоферритина, окружающего со всех сторон ядро — боль­шое количество атомов железа. Ферритин в норме определяется во всех клетках организма, особенно много его в печени и мышцах. В малом количестве фер­ритин определяется в плазме. Гемосидерин — это производное ферритина с более высокой концентраци­ей железа.

Лабильный пул железа. Это понятие по­явилось при изучении кинетики железа [Greenberg, Wintrobe, 1944; Pollycove, Mortimer, 1961]. Железо покидает плазму и входит в интерстициальное прост­ранство, в межклеточные промежутки, где может свя­зываться с клеточной мембраной. Часть этого железа возвращается в плазму, и этот процесс приводит к от­клонению линии клиренса железа, что выявляется в первый или во второй день после введения радиоактив­ного железа. Изменение в наклоне линии зависит от количества так называемого лабильного пула. Рассчи­тано, что в норме лабильный пул содержит 80—90 мг железа. Остается неясным — идет ли речь об одной или нескольких фракциях.

Тканевое железо — это железо (6—8 мг), вхо­дящее в состав цитохромов и других ферментов, имею­щихся во всех тканях организма.

Всасывание железа

Всасывание железа определяет в основ­ном содержание железа в организме и является веду­щим фактором в регуляции состава железа в теле у человека и животного. Выделение железа из организ­ма — процесс недостаточно регулируемый. Существу­ет сложный механизм, препятствующий всасыванию избыточного количества железа.

Место всасывания. Хотя теоретически весь кишечник способен осуществлять всасывание железа, включая толстую кишку, основное количество железа всасывается в двенадцатиперстной кишке, а также в начальной части тощей кишки. Эти данные были ус­тановлены как в эксперименте на крысах и собаках, так и при клинических исследованиях, проведенных у здоровых людей и у больных железодефицитной анемией. По данным Wheby (1970), чем больше дефицит железа, тем дальше в тощую кишку распространяется зона всасывания железа.

Механизм всасывания железа. Вопрос о механизме всасывания железа нельзя считать ре­шенным. Ни одна из существующих гипотез не может полностью объяснить механизм регуляции всасывания железа. Наибольшей популярностью пользовалась ги­потеза, выдвинутая Granick (1949), по которой основ­ная роль в регуляции всасывания железа отводится соотношению между белком апоферритином, свобод­ным от железа, и ферритином, связанным с железом. Согласно этой гипотезе прием большого количества железа приводит к насыщению апоферритина и пре­кращению всасывания железа. Наступает так называе­мый слизистый блок. При малом количестве железа в организме в слизистой оболочке кишки содержится мало ферритина, в результате чего всасывание железа усиливается. Однако некоторые факты не могут быть объяснены гипотезой Граника. При приеме больших доз железа всасывание его значительно возрастает, несмотря на имеющийся слизистый блок; при актива­ции эритропоэза всасывание возрастает, несмотря на высокое содержание железа в слизистой оболочке киш­ки [Brown et al., 1958; Weintraub et al., 1964]. По мне­нию Wheby (1956), процесс всасывания железа у человека включает в себя три компонента: а) проник­новение железа в слизистую оболочку из просвета кишки; б) проникновение железа из слизистой оболоч­ки кишки в плазму; в) заполнение запасов железа в слизистой оболочке и влияние этих запасов на всасы­вание. Скорость проникновения железа в слизистую оболочку из просвета кишки всегда больше, чем ско­рость поступления железа из слизистой оболочки кишки в плазму. Хотя обе величины зависят от потреб­ностей железа в организме, проникновение железа в слизистую оболочку кишки в меньшей степени зависит от содержания железа в организме, чем проникнове­ние железа из слизистой оболочки в плазму. При повышенной потребности организма в железе скорость его поступления в плазму из слизистой оболочки при­ближается к скорости проникновения в слизистую обо­лочку кишки. При этом железо в слизистой оболочке практически не откладывается. Время прохождения железа через слизистую оболочку составляет несколь­ко часов; в этот период она рефрактерна к дальнейше­му всасыванию железа. Через некоторое время железо вновь всасывается с такой же интенсивностью. При уменьшении потребности организма в железе уменьша­ется скорость проникновения его в слизистую оболочку кишки, еще в большей степени уменьшается дальней­шее поступление железа в плазму. При этом большая часть железа, которое не всасывается, откладывается в виде ферритина.

Захват железа слизистой оболочкой кишки — не простая физическая адсорбция. Этот процесс осущест­вляется щеточной каймой клетки. По данным Parmley с соавт. (1978), применявших цитохимические методы исследования и электронную микроскопию, двухва­лентное железо в мембране микроворсинок окисляет­ся в трехвалентное, которое, по всей вероятности, связывается с каким-то носителем, однако природа этого носителя пока не ясна.

Всасывание железа, входящего в состав гема, резко отличается от всасывания ионизированного железа. Молекула гема разлагается не в просвете кишки, а в слизистой оболочке кишки, где имеется фермент гемоксигеназа, присутствие которого необходимо для рас­пада молекулы гема на билирубин, окись углерода и ионизированное железо [Conrad et al., 1967; Raffin et al., 1974]. Всасывание гема происходит значительно более интенсивно, чем всасывание неорганического пищевого железа.

При нормальном содержании в организме железа значительная часть его проходит через слизистую обо­лочку кишки в ток крови, определенная часть задержи­вается в слизистой. При недостатке железа в слизистой задерживается значительно меньшая его часть, основ­ная часть оказывается в плазме. При избытке железа в организме основная часть железа, проникшего в сли­зистую оболочку, в ней и задерживается. В дальней­шем эпителиальная клетка, наполненная железом, продвигается от основания к концу ворсинки, затем слущивается и теряется с калом вместе с невсосавшимся железом.

Этот физиологический механизм всасывания вклю­чается в тех случаях, когда в просвете кишки имеется обычная содержащаяся в нормальной пище концентра­ция железа. Если же концентрация железа в кишке в десятки и сотни раз превышает физиологические кон­центрации, всасывание ионного двухвалентного железа во много раз возрастает, что следует учитывать при лечении больных солями двухвалентного железа.

Smith, Pannaeciuli (1958) установили четкую ли­нейную зависимость между логарифмом дозы железа и логарифмом количества всосавшегося железа. Меха­низм всасывания высоких концентраций солевого же­леза неизвестен. Трехвалентное железо практически почти не всасывается ни в физиологических концентра­циях, ни тем более в избыточных.

Всасывание пищевого железа строго лимитировано (за сутки — не более 2—2,5 мг). Железо содержится во многих продуктах растительного и животного про­исхождения. Высока концентрация железа в печени, мясе, большое количество железа содержат бобы сои, петрушка, горох, шпинат, сушеные абрикосы, чер­нослив, изюм. Значительное количество железа содер­жится в рисе, хлебе.

Однако количество железа в продукте не опреде­ляет возможность его всасывания. Поэтому имеет зна­чение не количество железа в продукте, а его всасыва­ние из данного продукта. Из продуктов растительного происхождения железо всасывается очень ограничен­но, из большинства животных продуктов — значитель­но больше. Так, из риса, шпината всасывается не бо­лее 1% железа, из кукурузы, фасоли —3%, из бобов сои —7%, из фруктов — не более 3% железа. Боль­шое количество железа всасывается из говядины и осо­бенно из телятины. Из телятины может всосаться до 22% железа, из рыбы около 11% [Martinez-Torres, Layrisse, 1970]. Из яиц всасывается не более 3% железа.

Железо, входящее в состав белков, содержащих гем, всасывается значительно лучше, чем из .ферритина и гемосидерина. Поэтому из продуктов печени вса­сывается значительно меньше железа, чем из мяса; ху­же всасывается железо из рыбы, где оно содержится в основном в виде гемосидерина и ферритина, а в те­лятине 90% железа содержится в виде гема.

Layrisse (1975) изучал всасывание железа при взаимодействии двух продуктов. Для метки были ис­пользованы два разных изотопа железа. Было уста­новлено, что мясо, печень и рыба, содержащиеся в пище, значительно увеличивают всасывание железа, входящего в состав овощей. В то же время исследова­ние всасывания железа из двух видов продуктов рас­тительного происхождения показало, что один овощной продукт не оказывает никакого влияния на всасывание железа из другого. Оказалось, что железо, входящее в состав гема, не влияет на всасывание железа овощей, но железо, входящее в состав ферритина и гемосидери­на, оказывает несомненное положительное влияние на всасывание железа овощей. Танин, содержащийся в чае, оказывает отрицательное влияние на всасывание железа.

Bjorn-Rasmissen с соавт. (1974) изучили всасы­вание железа из рациона мужчин в Швеции. Было по­казано, что в рационе содержится 1 мг железа, входя­щего в состав гема, из него всасывается 37%, что со­ставляет 0,37 мг. Кроме того, рацион содержит 16,4 мг железа, не входящего в состав гема. Из него всасыва­ется всего 5,3%, что составляет 0,88 мг. Таким обра­зом, пища содержит 94% негемового железа и 6% гемового, а среди всосавшегося железа 70% составляет негемовое и 30% — гемовое. Всего в среднем у мужчин всасывается 1,25 мг железа в сутки.

На всасывание железа оказывает влияние ряд фак­торов. Некоторым из них многие годы придавалось большее внимание, чем они заслуживают, некоторым меньшее. Так, очень много работ посвящено изучению влияния желудочной секреции на всасывание железа.

Частота сочетания железодефицитной анемии с ахи­лией еще в начале века дала основание предполагать, что железо всасывается лишь при нормальной желу­дочной секреции и что ахилия является одним из ос­новных факторов, приводящих к развитию железоде­фицитной анемии. Однако исследования, выполненные за последние годы, показали, что нормальная желу­дочная секреция оказывает определенное влияние на всасывание некоторых форм железа, но не является главным фактором регуляции всасывания железа. Jacobs с соавт. (1964) показали, что соляная кислота оказывает несомненное влияние на всасывание железа, находящегося в трехвалентной форме. Это относится как к солевому железу, так и к железу, входящему в состав пищи. Так, Bezwoda с соавт. (1978) исследова­ли всасывание железа из хлеба, выпеченного из муки, к которой прибавили перед приготовлением теста ме­ченое трехвалентное железо. Было показано, что в кис­лой среде всасывание трехвалентного железа, входя­щего в состав хлеба, увеличивается, а при повышении рН желудочного сока понижается. По данным С. И. Рябова и Е. С. Рысса (1976), всасывание радио­активного железа в двухвалентной форме, прибавлен­ного к хлебу, не зависело от желудочной секреции. Желудочная секреция не оказывает никакого влияния на всасывание железа, входящего в состав гема [Heinrich, 1975]. М. И. Гурвич (1977) изучал всасывание гемоглобинового железа у здоровых лиц и больных же­лезодефицитной анемией. Автор установил, что в норме железо всасывается в пределах 3,1—23,6% у женщин и 5,6—23,8% у мужчин. В среднем, по его данным, всасывание гемоглобинового железа у здоровых жен­щин составляло 16,9 ±1,6%, а у мужчин 13,6 ±1,1%. При железодефицитной анемии всасывание железа по­вышалось. Не было различий между всасыванием же­леза при анемии у лиц с нормальной и пониженной секрецией. Нормальным было всасывание железа у лиц, перенесших резекцию желудка. У лиц с атрофи­ческим гастритом без анемии всасывание гемоглобино­вого железа не отличалось от всасывания железа у здоровых лиц. По данным Heinrich, при ахилии проис­ходит даже несколько большее всасывание гемоглоби­нового железа, так как кислая реакция среды способ­ствует полимеризации гема и осаждению его. Heinrich считает, что при низкой желудочной секреции несколь­ко снижено поступление железа из свинины, однако предварительная обработка мяса пепсином и соляной кислотой усиливает всасывание железа; следовательно, речь идет о влиянии низкой секреции не на всасывание железа, а на переваривание пищи.

Таким образом, железо, входящее в большинство пищевых продуктов, всасывается при ахилии вполне удовлетворительно, сама по себе ахилия практически не приводит к дефициту железа; повышение всасыва­ния железа при его дефиците в организме имеет место и при ахилии, однако степень повышения всасывания при ахилии может быть несколько меньше, чем у лиц с нормальной желудочной секрецией, поэтому при повы­шенных потребностях в железе декомпенсация при на­личии ахилии может наступить несколько раньше, чем при нормальной желудочной секреции. Всасывание же препаратов двухвалентного железа, лекарств, в состав которых входит двухвалентное железо, практически не зависит от желудочной секреции [Heinrich, 1979].

В специальном исследовании показано, что возраст людей не влияет на интенсивность всасывания железа [Marx, 1979].

При хронических панкреатитах всасывание железа усиливается [Kahn, 1966; Davis, Biggs, 1967], что свя­зано, вероятно, с наличием в панкреатическом соке какого-то вещества, необходимого для ограничения всасывания железа, однако до настоящего времени доказать наличие такого вещества не удалось.

Несомненное влияние на всасывание железа оказы­вает ряд веществ. Так, оксалаты, фитаты, фосфаты вхо­дят в комплекс с железом и снижают его всасывание. Аскорбиновая, янтарная, пировиноградная кислоты, фруктоза, сорбит усиливают всасывание железа. Так­же влияет и алкоголь [Charlton et al., 1964].

Несомненное влияние на всасывание железа оказы­вает ряд внешних факторов: гипоксия, снижение запа­сов железа в организме, активация эритропоэза. Игра­ют роль и степень насыщения трансферрина, концент­рация железа плазмы, скорость оборота железа, уровень эритропоэтина. Раньше каждый из перечис­ленных факторов пытались считать универсальным, единственно влияющим на процесс всасывания желе­за, однако ни один из них не удалось выделить как главный. Возможно, что слизистая оболочка кишки реагирует не на один, а на несколько гуморальных факторов.

Перенос железа

После всасывания железо связывается с трансферрином, который переносит железо к эритрокариоцитам костного мозга. Кроме того, трансферрин переносит железо от клеток, где хранятся запасы же­леза, к красным ядерным клеткам костного мозга, а также от фагоцитирующих макрофагов, где эритроци­ты распадаются, к клеткам костного мозга и к местам, где сохраняются запасы железа.

Одна молекула трансферрина присоединяет два атома железа. В настоящее время обсуждается вопрос о том, идентичны ли в функциональном отношении оба атома железа, фиксированные на поверхности транс­феррина. Fletcher, Huehns в 1967 г. выдвинули гипо­тезу о гетерогенности атомов железа, передающегося трансферрином. Они полагают, что вначале железо связывается с одним из участков, который обозначает­ся А. Эритрокариоциты костного мозга и плацента сни­мают железо с этого участка. Второй участок — В, со­держащий железо, участвует в передаче железа гепа­тоцитам и слизистой оболочке кишки. В том случае, когда оба участка заполнены железом, в белке насту­пают конформационные изменения, способствующие передаче железа клеткам.

Однако в настоящее время не представлены су­щественные доказательства правильности этой гипо­тезы. Не исключена возможность одинаковой значи­мости обоих атомов железа (Aisen, Brown, 1977). Знание этого вопроса имеет значение для понимания кинетики железа в организме.

На мембране эритрокариоцита и на мембране рети­кулоцитов имеются специфические участки для обра­тимого присоединения трансферрина. Связывание же­леза с трансферрином и его освобождение — это активные процессы, которые могут быть подавлены ингибиторами ферментов.

Было установлено, что к поверхности ретикулоцита могут присоединяться 25000—50000 молекул транс­феррина, нагруженных железом. Меченый трансферрин легко присоединяется к ретикулоцитам, но не при­соединяется к лейкоцитам, тромбоцитам и зрелым эритроцитам.

В плазме имеется небольшое количество белков, которые, помимо трансферрина, присоединяют железо. Однако структура этих белков и значение этого явле­ния пока неясны.

Железо эритрокариоцитов

После того как трансферрин «разгружа­ет» железо на поверхности эритрокариоцита, оно про­никает внутрь клетки. Трансферрин в большинстве случаев возвращается в плазму, но некоторые молеку­лы трансферрина при этом проникают внутрь эритро­кариоцита и связываются с молекулой носителя белком с молекулярной массой 20000. Bales, Workman (1974) описали белок сидерофилин, который связывает желе­зо в клетке и передает его для синтеза гемоглобина и ферритина.

Железо, возможно в комплексе с трансферрином или сидерофилином, проникает в митохондрии, где про­исходит синтез гема из протопорфирина и железа. Судьба проникшего в клетку трансферрина неизвестна. Образование ферритина происходит в эритрокариоците из апоферритина, синтезируемого в клетке, и железа, проникшего в клетку. Предполагалось, что ферритин используется в эритрокариоците как обязательный или необязательный субстрат, участвующий в синтезе ге­моглобина. Однако в настоящее время установлено, что синтез гемоглобина не требует обязательного включения ферритина, и нет пока убедительных дан­ных о том, что ферритин в эритрокариоците может быть использован для синтеза гемоглобина. Наиболее веро­ятно, что синтез ферритина в эритрокариоците нужен для удаления из клетки избыточного железа, не вошед­шего в гемоглобин. Этот ферритин собирается в лизо-сомах, а затем удаляется из клетки как в костном моз­ге, так и после удаления из клетки ядра в циркуляции. В процессе удаления гранул железа из циркулирующей клетки, по-видимому, принимает участие селезенка, так как в эритроцитах людей с удаленной по поводу травмы селезенкой (без заболеваний системы крови) обнаруживаются гранулы железа, тогда как в норме их выявить в зрелых эритроцитах не удается.

Депонирование железа

Основным белком, используемым для со­хранения избытка железа в организме, является фер­ритин — водорастворимый комплекс гидроокиси трехвалентного железа и белка апоферритина. Гидро­окись железа соединена с остатком фосфорной кис­лоты.

Ферритин напоминает по форме грецкий орех, скор­лупа ореха — это белок апоферритин, а внутри нахо­дятся в различном количестве атомы железа, почти вплотную прилегающие один к другому. Ферритин мо­жет вместить до 4500 атомов железа, практически одна молекула содержит около 3000 атомов. Молекулярная масса ферритина зависит от числа атомов железа, а этот показатель может колебаться. В среднем молеку­лярная масса ферритина близка к 460000. Ферритин в норме имеется в плазме и практически почти во всех клетках организма, но основные ткани, в которых он содержится, — это печень и мышцы.

Гемосидерин — белок, содержащий железо, обна­руживается в фагоцитирующих макрофагах и их про­изводных, макрофагах костного мозга, макрофагах селезенки, купферовских клетках печени. Гемосиде­рин — это частично денатурированный и частично депротеинизированный ферритин. В гемосидерине нет белка, отличного от ферритина. Гемосидерин иммунологически полностью идентичен ферритину [Wohler, 1964]. Молекула ферритина содержит 20% железа, тогда как в гемосидерине содержание железа более вы­сокое —25—30%. В отличие от ферритина гемосидерин нерастворим в воде.

Как гемосидерин, так и ферритин используется в качестве белков запаса, однако скорость использова­ния гемосидерина значительно более медленная, чем ферритина. Hershko изучал вопросы регуляции обмена железа, которое находится в запасах. На схеме (рис. 1) показано, что железо запасов может быть как в паренхиматозных клетках, так и в фагоцитирующих макрофагах. В норме основную часть железа, связан­ного с трансферрином, организм использует для эрит­ропоэза. Фагоцитирующие макрофаги, получившие железо при разрушении в них эритроцитов, в основном передают это железо трансферрину, который исполь­зует это железо вновь для эритропоэза. Паренхиматоз­ные клетки тоже содержат железо, но это железо в ос­новном в них откладывается, и лишь малая часть его передается трансферрину и используется для эритро­поэза.

Рис. I. Схема внутреннего транспорта железа (по Hershko). В норме основная часть железа из трансферрина утилизируется эритрокариоцитами. Железо из нежизнеспособных эритроцитов утилизируется фагоцитирующими макрофагами. Паренхиматозные клетки получают же­лезо от трансферрина. Основная часть железа, входящего в макрофаги, быстро обменивается, лишь малая часть остается в запасах; железо, вхо­дящее в паренхиматозные клетки, обменивается лишь незначительно.

В свою очередь паренхиматозные клетки полу­чают железо от трансферрина.

В опытах на крысах установлено [Cook et al., 1972; Hershko et al., 1973], что в паренхиматозные клетки проникает железо из сыворотки, связанное с трансферрином и входящее в состав ферри­тина сыворотки, а также содержащееся в гемоглобине (связанном с гаптоглобином сыворотки) или геме (связанном с гемопексином сыворотки). В то же время железо из эритроцитов, подвергнутых нагреванию для ускорения их гибели или из комплекса ферритина с антителами к ферритину, а также из введенного животным кол­лоидного железа поступает в основном в фагоцитирующие макро­фаги. Макрофаги получают главным образом железо от нежизне­способных эритроцитов. В макрофагах определяется выраженная активность фермента гемоксигеназы, который разрушает гемогло­бин с образованием билирубина, окиси углерода и железа, способ­ного присоединиться к трансферрину. В освобождении железа из макрофагов участвуют аскорбиновая кислота и фермент ферроксидаза. В 1966 г. Osaki с соавт. показали, что белок сыворотки, содержащий медь, — церулоплазмин — обладает ферроксидазной активностью, способен окислять железо для его соединения с трансферрином.

Паренхиматозные клетки, содержащие железо, рас­полагаются главным образом в печени. В них хранит­ся около 1/3 запасов железа. У здоровых людей за сутки в паренхиматозные клетки поступает 0,09 мг желе­за на 100 мл крови. Это составляет около 1/5 части рас­хода трансферринового железа. При выраженном дефиците железа в организме поступление железа в паренхиматозные клетки печени уменьшается до 0,01 мг на 100 мл крови в сутки, а при значительном избытке железа, апластических анемиях, почечной недостаточ­ности — увеличивается до 0,45 мг на 100 мл крови в сутки [Hershko, 1977].

В отличие от железа макрофагов железо, находя­щееся в паренхиматозных клетках, расходуется мед­ленно. В опытах на крысах было установлено, что пос­ле введения меченого ферритина из гепатоцитов расхо­дуется за сутки 4,3% железа, тогда как из макрофагов — до 70% [Hershko et aL, 1974]. Cook с соавт. (1970) установили, что у здоровых людей за сутки из паренхиматозных клеток тратится 0,09 мг железа, а из макрофагов во много раз больше —0,41 мг. Аскорбиновая кислота увеличивает освобож­дение железа из макрофагов, но не влияет на освобож­дение его из гепатоцитов. При сочетании дефицита ас­корбиновой кислоты с избыточным количеством желе­за в фагоцитирующих макрофагах содержание железа сыворотки низкое. Прием аскорбиновой кислоты при­водит к подъему уровня железа сыворотки [Bothwell et al„ 1964].

Освобождение железа из паренхиматозных клеток увеличивается при кровотечениях и уменьшается при массивных гемотрансфузиях. При кровотечениях уменьшается захват эритроцитов макрофагами; сле­довательно, освобождение железа макрофагами в та­кой ситуации имеет меньшее значение.

Потери железа из организма

Раньше потери железа из организма пы­тались оценить химическими методами, однако они не годятся для этой цели, так как с калом теряется не только железо, проникшее туда с желчью или через эпителий кишки, но и железо пищи, которое не всоса­лось. Поэтому для оценки потери железа из организма используются радиологические методы исследования,

Finch (1959), исследовавший потерю железа с ка­лом у мужчин в течение длительного периода, пришел к заключению, что мужчины теряют за сутки не менее 0,6 мг железа. Green с соавт. (1968) приводят более высокие цифры потери железа у мужчин: около 0,4 мг железа теряется с калом в виде крови, 0,25 мг железа выделяется желчью, 0,1 мг за сутки теряется со слущивающимся эпителием кишки. Потери железа с эпите­лием кожи, с потом Green расценивает как 0,2—0,3 мг. С мочой теряется около 0,1 мг железа. Bothwell (1970) считает, что мужчины за сутки теряют около 1 мг же­леза.

Потери железа у неменструирующих женщин та­кие же, как у мужчин, но у менструирующих жен­щин — намного больше, слагаясь из потерь с калом, мочой, потом и потерь железа во время менструальных кровотечений, в период беременности, родов и лак­тации.

По различным исследованиям, потери железа у здо­ровых женщин колеблются от 12 до 79мг за одну мен­струацию. Hallberg с соавт., исследовавшие количество теряемой крови у 476 здоровых женщин, пришли к заключению, что в среднем они теряют за время мен­струации 30 мл крови, что соответствует 15 мг железа, однако у 11 % здоровых женщин количество теряемой крови превышает 80 мл (40 мг). Р. В. Сенчик и В. И. Голубева (1970) оценивают среднюю потерю же­леза у женщин во время менструаций в 19,2 мг. По данным Ribo (1970), в среднем в период менструации женщины теряют 43,4 ±2,3 мл крови; медиана нахо­дится в области 30 мл (15 мг). Такую степень крово­потери как гинекологи, так и сами женщины считают нормальной. У рожавших женщин степень кровопотери несколько больше, чем у нерожавших. Таким образом, при расчете потери железа на 1 день месяца следует считать, что за счет нормальных менструаций женщи­ны теряют в день от 0,5 до 1,2 мг железа.

Во время беременности организм теряет не менее 700—800 мг железа, однако потребности в железе во время беременности большие —800—1200 мг. Хотя определенная часть железа во время беременности сбе­регается вследствие отсутствия в этот период менст­руальных кровопотерь, потребности в железе остаются очень высокими. Увеличение массы циркулирующей крови в период беременности приводит к расходу же­леза для образования новых эритроцитов — на это расходуется около 500 мг железа, однако это железо из организма матери не теряется. Теряется железо, кото­рое мать передает ребенку (около 300 мг), железо, входящее в плаценту (около 200 мг), железо, теряемое с кровью в родах и послеродовом периоде (50 мг). В пе­риод лактации, по данным Hallberg, женщины теряют более 400 мг железа. Таким образом, во время бере­менности и лактации женщины теряют из организма не менее 800 мг железа.

СИНТЕЗ ГЕМА

Пути биосинтеза гема удалось выяснить благодаря работам Shemin (1946—1953), Granick (1949—1968) и др. Было установлено, что для синтеза одной молекулы гема необходимо 8 молекул амино­кислоты глицина (СНа — МНз — СООН). При помощи ферментов, содержащихся в ядерных эритроцитах птиц, удалось воспроизвести in vitro биосинтез порфиринов из глицина. Наиболее интенсивно этот биосин­тез идет тогда, когда в инкубационной среде находит­ся янтарная кислота или ее соли сукцинаты.

Янтарная кислота является основным компонентом, вступаю­щим в соединение с глицином. Вначале янтарная кислота связыва­ется с коэнзимом А[1]. Образуется сукцинил-коэнзим А, который связывается с глицином. Для осуществления этой связи необхо­дим фермент синтаза б-аминолевулиновой кислоты, а в качестве кофермента необходим пиридоксальфосфат — производное вита­мина B6. В результате реакции (см. схему) образуется a-амино-b-кетоадипиновая кислота:

Как все b-кетоновые кислоты, a-амино-b-кетоадипиновая кис­лота — соединение очень нестойкое. Отщепление от нее группы СО₂ ведет к образованию d-аминолевулиновой кислоты — АЛК:

Из 2 молекул б-аминолевулиновой кислоты образуется порфобилиноген (ПБГ). Образование ПБГ из 2 молекул АЛК ката­лизируется ферментом дегидратазой d-аминолевулиновой кислоты. Активный центр этого фермента содержит сульфгидрильные группы.

Из 4 молекул порфобилиногена образуется уропорфириноген. В процессе образования уропорфириногена из ПБГ участвуют два фермента. Первый из них — термостабильный фермент уропорфириноген-синтаза — ведет к образованию полипирилметана, из которого под влиянием второго — термолабильного фермента уропорфириноген-III-косинтазы, разрушающегося при температуре 60°С, образуется третий физиологический изомер уропорфириноге­на. При инактивации второго фермента синтезируется первый изо­мер уропорфириногена, имеющийся в норме в организме лишь в следовых количествах. Первый изомер уропорфириногена способен лишь к образованию копропорфириногена I, непригодного для син­теза гема.

Из уропорфириногена образуется копропорфириноген. В этом синтезе участвует фермент декарбоксилаза уропорфириногена, который может использовать для синтеза лишь восстановленную форму — уропорфириноген и не может использовать окисленную форму — уропорфирин. Образование протопорфириногена из копропорфириногена осуществляется ферментом оксидазой копропорфириногена. Следующий этап — образование протопорфирина из протопорфириногена — катализирует фермент оксидаза протопор­фириногена [Jackson et al., 1974; Poulson, 1976]. Протопорфириноген не связывает металлов. Протопорфирин легко соединяется с железом, а также может соединяться с кобальтом и никелем. Связывание небольшого количества двухвалентного железа протопорфирином может идти и без участия ферментов. Goldberg и соавт. (1956) установили, что гем в организме образуется и благо­даря действию фермента, названного в дальнейшем феррохелатазой. Активный центр этого фермента, так же как и фермента дегидратазы d-аминолевулиновой кислоты, содержит сульфгидриль­ные группы.

Биосинтез порфиринов в организме осуществляется во всех клетках. Наибольшее количество порфиринов синтезируется в эритрокариоцитах костного мозга. Ос­новная часть синтезированных там порфиринов идет на образование гемоглобина. Значительное количество порфиринов синтезируется в печени. Эти порфирины необходимы для образования каталазы, пероксидазы, цитохромов. В мышцах идет синтез гема, необходимого для образования миоглобина.

При определении порфиринов в моче, кале следует помнить, что они попадают туда из различных источ­ников. У здоровых людей порфирины мочи и кала — это промежуточные продукты, образовавшиеся в ходе синтеза гема, оставшиеся неиспользованными. При па­тологических состояниях повышение содержания пор­фиринов может быть обусловлено гиперпродукцией этих веществ, недостаточной активностью ферментов, участвующих в их утилизации, и нарушением выведе­ния порфиринов из организма.

АЛК и ПБГ попадают в мочу главным образом из эритрокариоцитов костного мозга и из печени. Глав­ным источником порфиринов мочи в норме является печень; небольшая часть порфиринов попадает в мочу из эритрокариоцитов костного мозга. Копропорфири­ноген — основная форма нормального мочевого порфирина, однако он быстро окисляется в копропорфирин. В норме большая часть копропорфирина мочи относит­ся к III изомерной форме. В моче у здоровых людей со­держится также небольшое количество уропорфирина.

Кал содержит порфирины как экзогенного, так и эндогенного происхождения. Порфирины эндогенного .происхождения — Протопорфирин, копропорфирин — проникают в кал с желчью. Порфирины экзогенного происхождения — главным образом мезопорфирин и дейтропорфирин — являются продуктами жизнедея­тельности некоторых микроорганизмов кишечника. Микроорганизмы могут производить порфирины из гемсодержащих составных частей пищи во время гни­ения, а также синтезировать порфирины из простых веществ.

Уропорфирин, копропорфирин и Протопорфирин мо­гут быть определены в эритроцитах. Основной свобод­ный порфирин эритроцитов — это Протопорфирин. Кроме того, в эритроцитах содержится малое количе­ство свободного копропорфирина и уропорфирина.

В табл. 2 представлены нормы содержания порфи­ринов в моче, эритроцитах и кале. Содержание пор­фиринов в моче целесообразно выражать в микромо­лях на 1 г креатинина, так как за сутки выделяется с мочой около 1 г креатинина, а концентрация его в мо­че является мерой разведения мочи. Больной при этом не должен собирать суточную мочу.

Таблица 2. Нормальное содержание порфиринов и их пред­шественников в моче, кале и эритроцитах

Эритроциты здоровых людей содержат ферменты, способные синтезировать порфирины из d-аминолевулиновой кислоты (АЛК). Способность синтезировать АЛК или порфирины из глицина и янтарной кислоты, а также способность синтезировать гем из протопорфирина и железа зрелыми эритроцитами утрачи­вается.

Активность ферментов, синтезирующих порфирины из АЛК, выше в ретикулоцитах, чем в зрелых эритро­цитах. Однако, по нашим данным [Идельсон Л. И-, 1968], и зрелые эритроциты сохраняют способность синтезировать in vitro порфирины. Ферменты, участ­вующие в синтезе порфиринов в эритроцитах, — это остатки ферментов костного мозга. Активность их в эритроцитах, по всей вероятности, пропорциональна активности ферментов костного мозга.

Биосинтез гема, вероятно, контролируется по прин­ципу обратной связи, т. е. такой системы регуляции, при которой накопление продукта, образующегося в ходе реакции, служит сигналом для торможения или полного прекращения реакции. Работами Granick было показано, что скорость синтеза гема зависит от реакции образования d-аминолевулиновой кислоты. Можно предположить, что гем подавляет образование синтазы АЛК.

Путь распада гемоглобина отличается от пути, по которому идет его биосинтез. Увеличение содержания в организме уропорфирина, копропорфирина, протопорфирина, d-аминолевулиновой кислоты, порфобилиногена никогда не является следствием распада гемо­глобина; во всех случаях накопление этих веществ — следствие либо их повышенного производства, либо их недостаточного использования.

СТРУКТУРА ГЛОБИНА

Молекула гемоглобина здорового взрос­лого человека неоднородна. Основная фракция гемо­глобина — гемоглобин А — составляет около 96% всего гемоглобина; 4% приходится на малые фракции; 3,5% составляют гемоглобин А₂ и 1—1,5% — гемо­глобин F. Эти гемоглобины отличаются друг от друга аминокислотным составом.

Все три фракции гемоглобина состоят из одинакового коли­чества аминокислот —574, которые располагаются в виде поли­пептидных цепей. Каждый гемоглобин содержит 4 попарно одина­ковых полипептидных цепи. Эти цепи называют буквами греческого алфавита в зависимости от аминокислотной последователь­ности. Гемоглобин А состоит из двух a-цепей и двух b-цепей, ге­моглобин А_2— из двух a-цепей и двух d-цепей, гемоглобин F со­держит две a-цепи и две g-цепи- a-Цепь гемоглобина состоит из 141 аминокислоты, а b-, g- и d-цепи содержат по 146 аминокислот. Таким образом, все основные нормальные типы гемоглобина со­держат одну одинаковую для всех цепь — a-цепь и вторую, отли­чающуюся от первой. Так, g-цепь, входящая в состав гемоглоби­на F, отличается от b-цепи, входящей в состав гемоглобина А, порядком аминокислот в 39 позициях, а d-цепь, входящая в сос­тав гемоглобина Аз, отличается от b-цепи порядком аминокислот в 10 позициях.

На самой ранней стадии развития эмбриона обнаружены 3 эм­бриональных гемоглобина, которые не встречаются на более позд­них этапах развития плода, — это гемоглобины: Gower I, состоя­щий из двух z,-цепей и двух e-цепей; Gower II, состоящий из двух а-цепей и двух e-цепей, и гемоглобин Portland, состоящий из двух z- и двух g-цепей. В дальнейшем у эмбриона длиной 16 мм (37 дней беременности) обнаруживаются 3 фракции гемоглоби­на —42% составляет гемоглобин Gower I, 24% — Gower II и ос­тальное количество составляет гемоглобин F. У плода на 8—10-й неделе беременности количество гемоглобина F составляет 90—95%, а 5—10% составляет появляющийся в этот период гемо­глобин взрослого человека — гемоглобин А. При рождении у ре­бенка содержание гемоглобина F близко к 70%, а к возрасту 4—5 мес снижается до 10%.

Гемоглобин F отличается от гемоглобина А устойчивостью к щелочи. Еще в прошлом веке было показано, что гемоглобин пло­да в 155 раз более устойчив к воздействию щелочи, чем гемогло­бин взрослого человека. Количественное определение гемоглоби­на F основано на исследовании щелочной устойчивости гемогло­бина. Гемоглобин А₂ количественно определяют в большинстве случаев электрофорезом в ацетат-целлюлозе.

Синтез различных цепей глобина контролируется различными генами. Гены, контролирующие синтез a-и b-цепи, находятся в разных хромосомах. Гены, отве­чающие за синтез b-, g-, d- и, вероятно, e-цепи, находят­ся в одной хромосоме. В ходе развития эмбриона, плода, родившегося ребенка происходит «включение» синтеза одних цепей и «выключение» других. Так, на ранних этапах эмбрионального развития прекращается синтез e-цепи и включается синтез g-цепи, которые после рождения почти полностью заменяются b- и d-цепями. Продукция d-цепей в течение всей жизни постоянна и составляет 1/40 по отношению к выработке b-цепи. Синтез b-, g- и d-цепей контролируется одной парой генов (двумя аллелями), а синтез a-цепей, по всей вероятности, — двумя парами генов (четырьмя аллелями), из которых одна пара является главной, а другая побочной.

Различие в структуре между гемоглобином F и ге­моглобином взрослого человека связано с разницей в получении кислорода у плода и родившегося человека. Гемоглобин F имеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин А, так как получение кислорода от плаценты сопряжено с большими трудностями, чем получение кислорода из альвеол. Большее сродство гемоглобина F к кислороду сочетается с более низкой способностью гемоглобина F по сравнению с гемогло­бином А связывать 2,3-дифосфоглицериновую кислоту, которая способствует понижению сродства к кислоро­ду и более легкой отдаче крови тканям. Ткани плода содержат в норме меньшее количество кислорода, чем у родившегося человека.

Порядок расположения аминокислот в цепях гемо­глобина — это первичная структура; она в настоящее время хорошо известна для всех нормальных гемоглобинов. Следующий уровень организации — это вто­ричная структура. Большая часть полипептидных це­пей гемоглобина закручена вокруг своей продольной оси и составляет к-спираль. В полипептидных цепях глобина около 75% составляют спиральные отрезки и 25% — неспиральные участки. Третичная структура отражает пространственное расположение спирализованной полипептидной цепи в белковой молекуле. Perutz и соавт. при помощи рентгеноструктурного анализа показали, что существует некоторое простран­ство, составленное главным образом гидрофобными группами аминокислот, в котором помещается молеку­ла гема, прикрепленная к глобину 12 аминокислотами. Под четвертичной структурой гемоглобина понимают связь между полипептидными цепями. В гемоглоби­не А a-цепь связана с b-цепью, образуя субъединицу; две такие субъединицы образуют молекулу гемогло­бина. В связях a- и b-цепей в субъединицу (a₁, b₁-кон­такты) участвуют 34 аминокислоты. В объединении двух субъединиц (a₁, b₂-контакты) принимают участие 19 аминокислот [Perutz et aL, 1968J.

содержание   ..  1  2  3   ..