Metabolismo del ferro nell'organismo

Normalmente, il corpo di un adulto sano contiene circa 3-5 g di ferro, pertanto il ferro può essere classificato come un microelemento. Il ferro è distribuito in modo non uniforme nell'organismo. Circa 2/3 del ferro sono contenuti nell'emoglobina dei globuli rossi, che costituisce il fondo circolante (o riserva) di ferro. Negli adulti, questa riserva è pari a 2-2,5 g, nei neonati a termine a 0,3-0,4 g e nei neonati prematuri a 0,1-0,2 g. Una quantità relativamente elevata di ferro è contenuta nella mioglobina: 0,1 g negli uomini e 0,05-0,07 g nelle donne. Il corpo umano contiene più di 70 proteine ed enzimi, tra cui il ferro (ad esempio, transferrina e lattoferrina); la quantità totale di ferro in essi contenuta è di 0,05-0,07 g. Il ferro trasportato dalla proteina di trasporto transferrina costituisce circa l'1% (fondo di trasporto del ferro). Le riserve di ferro (deposito, fondo di riserva), che costituiscono circa 1/3 di tutto il ferro presente nel corpo umano, sono estremamente importanti per la pratica medica. I seguenti organi svolgono la funzione di deposito:

• fegato;
• milza;
• midollo osseo;
• cervello.

Il ferro è contenuto nel deposito sotto forma di ferritina. La quantità di ferro presente nel deposito può essere caratterizzata determinando la concentrazione di SF. Oggi, lo SF è l'unico indicatore riconosciuto a livello internazionale delle riserve di ferro. Il prodotto finale del metabolismo del ferro è l'emosiderina, che si deposita nei tessuti.

Il ferro è il cofattore più importante degli enzimi della catena respiratoria mitocondriale, del ciclo del citrato, della sintesi del DNA, svolge un ruolo importante nel legame e nel trasporto dell'ossigeno da parte dell'emoglobina e della mioglobina; le proteine contenenti ferro sono necessarie per il metabolismo del collagene, delle catecolamine, della tirosina. A causa dell'azione catalitica del ferro nella reazione Fe ² * <--> Fe ³, il ferro libero non chelato forma radicali idrossilici che possono causare danni alle membrane cellulari e morte cellulare. Nel processo di evoluzione, la protezione dall'effetto dannoso del ferro libero è stata risolta formando molecole specializzate per l'assorbimento del ferro dagli alimenti, il suo assorbimento, trasporto e deposito in una forma solubile non tossica. Il trasporto e il deposito del ferro sono effettuati da proteine speciali: transferrina, recettore della transferrina, ferritina. La sintesi di queste proteine è regolata da uno speciale meccanismo e dipende dalle esigenze dell'organismo.

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Il metabolismo del ferro in una persona sana è chiuso in un ciclo

Ogni giorno, una persona perde circa 1 mg di ferro attraverso i fluidi biologici e l'epitelio desquamato del tratto gastrointestinale. Esattamente la stessa quantità può essere assorbita nel tratto gastrointestinale attraverso il cibo. È importante comprendere che il ferro entra nell'organismo solo attraverso il cibo. Pertanto, ogni giorno si perde 1 mg di ferro e 1 mg viene assorbito. Durante il processo di distruzione dei vecchi eritrociti, il ferro viene rilasciato, che viene utilizzato dai macrofagi e riutilizzato nella costruzione dell'eme. L'organismo possiede un meccanismo specifico per l'assorbimento del ferro, ma questo viene escreto passivamente, ovvero non esiste un meccanismo fisiologico per l'escrezione del ferro. Pertanto, se l'assorbimento di ferro dagli alimenti non soddisfa il fabbisogno dell'organismo, si verifica una carenza di ferro, indipendentemente dalla causa.

Distribuzione del ferro nell'organismo

1. Il 70% della quantità totale di ferro presente nell'organismo fa parte delle emoproteine; si tratta di composti in cui il ferro è legato alla porfirina. Il principale rappresentante di questo gruppo è l'emoglobina (58% di ferro); a questo gruppo appartengono anche la mioglobina (8% di ferro), i citocromi, le perossidasi e le catalasi (4% di ferro).
2. Un gruppo di enzimi non eme - xantina ossidasi, NADH deidrogenasi, aconitasi - questi enzimi contenenti ferro sono localizzati principalmente nei mitocondri e svolgono un ruolo importante nel processo di fosforilazione ossidativa e nel trasporto degli elettroni. Contengono pochissimi metalli e non influenzano il bilancio generale del ferro; tuttavia, la loro sintesi dipende dall'apporto di ferro ai tessuti.
3. La forma di trasporto del ferro è la transferrina, la lattoferrina, un trasportatore di ferro a basso peso molecolare. La principale ferroproteina di trasporto del plasma è la transferrina. Questa proteina della frazione beta-globulina, con un peso molecolare di 86.000, ha 2 siti attivi, ognuno dei quali può legare un atomo di Fe3 ⁺. Nel plasma ci sono più siti di legame per il ferro che atomi di ferro, e quindi non c'è ferro libero al suo interno. La transferrina può legare anche altri ioni metallici - rame, manganese, cromo - ma con diversa selettività, e il ferro è legato principalmente e più saldamente. La sede principale della sintesi della transferrina sono le cellule epatiche. Con un aumento del livello di ferro depositato negli epatociti, la sintesi di transferrina si riduce notevolmente. La transferrina, che trasporta il ferro, è avida di normociti e reticolociti, e la quantità di metallo assorbito dipende dalla presenza di recettori liberi sulla superficie dei precursori eritroidi. La membrana dei reticolociti presenta un numero significativamente inferiore di siti di legame per la transferrina rispetto ai pronormociti, il che significa che l'assorbimento del ferro diminuisce con l'invecchiamento della cellula eritroide. I trasportatori di ferro a basso peso molecolare forniscono il trasporto intracellulare del ferro.
4. Il ferro depositato, di riserva o di riserva può presentarsi in due forme: ferritina ed emosiderina. Il composto di ferro di riserva è costituito dalla proteina apoferritina, le cui molecole circondano un gran numero di atomi di ferro. La ferritina è un composto di colore marrone, solubile in acqua, contenente il 20% di ferro. Con un eccessivo accumulo di ferro nell'organismo, la sintesi di ferritina aumenta notevolmente. Le molecole di ferritina sono presenti in quasi tutte le cellule, ma sono particolarmente presenti nel fegato, nella milza e nel midollo osseo. L'emosiderina è presente nei tessuti come un pigmento marrone, granulare e insolubile in acqua. Il contenuto di ferro nell'emosiderina è superiore a quello della ferritina: il 40%. L'effetto dannoso dell'emosiderina nei tessuti è associato al danno ai lisosomi e all'accumulo di radicali liberi, che porta alla morte cellulare. In una persona sana, il 70% del ferro di riserva è sotto forma di ferritina e il 30% sotto forma di emosiderina. Il tasso di utilizzo dell'emosiderina è significativamente inferiore a quello della ferritina. Le riserve di ferro nei tessuti possono essere valutate sulla base di studi istochimici utilizzando un metodo di valutazione semiquantitativo. Viene contato il numero di sideroblasti, cellule eritroidi nucleari contenenti diverse quantità di granuli di ferro non eme. La peculiarità della distribuzione del ferro nell'organismo dei bambini piccoli è che presentano un contenuto di ferro più elevato nelle cellule eritroidi e minore nel tessuto muscolare.

La regolazione del bilancio del ferro si basa sul principio del riutilizzo pressoché completo del ferro endogeno e del mantenimento del livello richiesto grazie all'assorbimento nel tratto gastrointestinale. L'emivita di escrezione del ferro è di 4-6 anni.

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Assorbimento del ferro

L'assorbimento avviene principalmente nel duodeno e nella parte iniziale del digiuno. In caso di carenza di ferro nell'organismo, la zona di assorbimento si estende in direzione distale. La dieta giornaliera contiene solitamente circa 10-20 mg di ferro, ma solo 1-2 mg vengono assorbiti nel tratto gastrointestinale. L'assorbimento del ferro eme supera significativamente l'assunzione di ferro inorganico. Non esiste un'opinione chiara sull'effetto della valenza del ferro sul suo assorbimento nel tratto gastrointestinale. VI Nikulicheva (1993) ritiene che il Fe₂ ^non venga praticamente assorbito né a concentrazioni normali né a concentrazioni eccessive. Secondo altri autori, l'assorbimento del ferro non dipende dalla sua valenza. È stato stabilito che il fattore decisivo non è la valenza del ferro, ma la sua solubilità nel duodeno in una reazione alcalina. Il succo gastrico e l'acido cloridrico partecipano all'assorbimento del ferro, assicurano il ripristino della forma ossido (Fe ^H ) nella forma ossido (Fe ²⁺ ), la ionizzazione e la formazione di componenti disponibili per l'assorbimento, ma questo vale solo per il ferro non eme e non è il meccanismo principale per la regolazione dell'assorbimento.

Il processo di assorbimento del ferro eme non dipende dalla secrezione gastrica. Il ferro eme viene assorbito sotto forma di struttura porfirinica e solo nella mucosa intestinale si separa dall'eme formando ferro ionizzato. Il ferro viene assorbito meglio dai prodotti a base di carne (9-22%) contenenti ferro eme, e molto peggio dai prodotti vegetali (0,4-5%), che contengono ferro non eme. Il ferro viene assorbito dai prodotti a base di carne in modi diversi: il ferro viene assorbito peggio dal fegato rispetto alla carne, poiché il ferro nel fegato è contenuto sotto forma di emosiderina e ferritina. Bollire le verdure in abbondante acqua può ridurre il contenuto di ferro del 20 %.

L'assorbimento del ferro dal latte materno è peculiare, sebbene il suo contenuto sia basso: 1,5 mg/l. Inoltre, il latte materno aumenta l'assorbimento del ferro da altri alimenti consumati contemporaneamente.

Durante la digestione, il ferro entra nell'enterocita, da dove passa al plasma sanguigno lungo il gradiente di concentrazione. In caso di carenza di ferro nell'organismo, il suo trasferimento dal lume del tratto gastrointestinale al plasma accelera. In caso di eccesso di ferro nell'organismo, la maggior parte del ferro viene trattenuta nelle cellule della mucosa intestinale. L'enterocita, carico di ferro, si sposta dalla base alla sommità del villo e viene perso insieme all'epitelio desquamato, impedendo al metallo in eccesso di entrare nell'organismo.

Il processo di assorbimento del ferro nel tratto gastrointestinale è influenzato da diversi fattori. La presenza di ossalati, fitati, fosfati e tannini nel pollame riduce l'assorbimento del ferro, poiché queste sostanze formano complessi con il ferro e lo rimuovono dall'organismo. Al contrario, gli acidi ascorbico, succinico e piruvico, il fruttosio, il sorbitolo e l'alcol ne favoriscono l'assorbimento.

Nel plasma, il ferro si lega al suo trasportatore, la transferrina. Questa proteina trasporta il ferro principalmente al midollo osseo, dove penetra negli eritrociti e la transferrina ritorna al plasma. Il ferro entra nei mitocondri, dove avviene la sintesi dell'eme.

Il successivo percorso del ferro dal midollo osseo può essere descritto come segue: durante l'emolisi fisiologica, dagli eritrociti vengono rilasciati 15-20 mg di ferro al giorno, che vengono utilizzati dai macrofagi fagocitari; la maggior parte di esso va poi nuovamente alla sintesi dell'emoglobina e solo una piccola quantità rimane sotto forma di ferro di riserva nei macrofagi.

Il 30% del ferro totale presente nell'organismo non viene utilizzato per l'eritropoiesi, ma si deposita in depositi. Il ferro, sotto forma di ferritina ed emosiderina, è immagazzinato nelle cellule parenchimatose, principalmente nel fegato e nella milza. A differenza dei macrofagi, le cellule parenchimatose consumano il ferro molto lentamente. L'assunzione di ferro da parte delle cellule parenchimatose aumenta in caso di significativo eccesso di ferro nell'organismo, anemia emolitica, anemia aplastica, insufficienza renale e diminuisce in caso di grave carenza di metalli. Il rilascio di ferro da queste cellule aumenta con il sanguinamento e diminuisce con le trasfusioni di sangue.

Il quadro generale del metabolismo del ferro nell'organismo sarà incompleto se non consideriamo il ferro presente nei tessuti. La quantità di ferro contenuta nei ferroenzimi è ridotta, solo 125 mg, ma l'importanza degli enzimi coinvolti nella respirazione tissutale è difficile da sopravvalutare: senza di essi, la vita di qualsiasi cellula sarebbe impossibile. La riserva di ferro nelle cellule ci permette di evitare la dipendenza diretta della sintesi degli enzimi contenenti ferro dalle fluttuazioni del suo apporto e consumo nell'organismo.

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Perdite fisiologiche e caratteristiche del metabolismo del ferro

Le perdite fisiologiche di ferro dall'organismo di un adulto sono di circa 1 mg al giorno. Il ferro viene perso con l'esfoliazione dell'epitelio cutaneo, degli annessi epidermici, con il sudore, con l'urina, con le feci e con l'esfoliazione dell'epitelio intestinale. Nelle donne, il ferro viene perso anche con il sangue durante le mestruazioni, la gravidanza, il parto e l'allattamento, per un quantitativo di circa 800-1000 mg. Il metabolismo del ferro nell'organismo è illustrato nel diagramma 3. È interessante notare che il contenuto di ferro nel siero e la saturazione della transferrina variano durante il giorno. Alte concentrazioni di ferro nel siero si osservano al mattino e bassi valori alla sera. La privazione del sonno nelle persone porta a una graduale diminuzione del contenuto di ferro nel siero.

Il metabolismo del ferro nell'organismo è influenzato da oligoelementi: rame, cobalto, manganese, nichel. Il rame è necessario per l'assorbimento e il trasporto del ferro; il suo effetto si realizza attraverso la citocromo ossidasi, la ceruloplasmina. L'effetto del manganese sul processo di emopoiesi è aspecifico ed è associato alla sua elevata capacità ossidante.

Per capire perché la carenza di ferro è più comune nei bambini piccoli, nelle adolescenti e nelle donne in età fertile, diamo un'occhiata alle caratteristiche del metabolismo del ferro in questi gruppi.

L'accumulo di ferro nel feto si verifica durante tutta la gravidanza, ma in modo più intenso (40%) nell'ultimo trimestre. Pertanto, una nascita prematura di 1-2 mesi comporta una riduzione dell'apporto di ferro da 1,5 a 2 volte rispetto ai bambini nati a termine. È noto che il feto ha un bilancio del ferro positivo, che va contro il gradiente di concentrazione a suo favore. La placenta cattura il ferro in modo più intenso rispetto al midollo osseo della donna incinta e ha la capacità di assorbirlo dall'emoglobina materna.

Esistono dati contrastanti sull'effetto della carenza di ferro materna sulle riserve di ferro fetali. Alcuni autori ritengono che la sideropenia in gravidanza non influisca sulle riserve di ferro fetali; altri ritengono che vi sia una relazione diretta. Si può presumere che una diminuzione del contenuto di ferro nell'organismo materno porti a una carenza di riserve di ferro nel neonato. Tuttavia, lo sviluppo di anemia sideropenica dovuta a carenza di ferro congenita è improbabile, poiché l'incidenza di anemia sideropenica, i livelli di emoglobina e la sideremia nel primo giorno dopo la nascita e nei successivi 3-6 mesi non differiscono nei bambini nati da madri sane e in quelli con anemia sideropenica. Il contenuto di ferro nell'organismo di un neonato a termine e di un prematuro è di 75 mg/kg.

Nei bambini, a differenza degli adulti, il ferro alimentare deve non solo reintegrare le perdite fisiologiche di questo microelemento, ma anche soddisfare il fabbisogno di crescita, che è in media di 0,5 mg/kg al giorno.

Pertanto, i principali prerequisiti per lo sviluppo della carenza di ferro nei neonati prematuri, nei bambini di gravidanze gemellari e nei bambini di età inferiore ai 3 anni sono:

• rapido esaurimento delle riserve dovuto a un apporto insufficiente di ferro esogeno;
• aumento del fabbisogno di ferro.

Metabolismo del ferro negli adolescenti

Una caratteristica del metabolismo del ferro negli adolescenti, soprattutto nelle ragazze, è una marcata discrepanza tra l'aumentato fabbisogno di questo microelemento e il suo basso apporto nell'organismo. Le ragioni di questa discrepanza sono: crescita rapida, cattiva alimentazione, attività sportiva, mestruazioni abbondanti e un livello iniziale basso di ferro.

Nelle donne in età fertile, i principali fattori che portano allo sviluppo di carenza di ferro nell'organismo sono mestruazioni abbondanti e prolungate e gravidanze multiple. Il fabbisogno giornaliero di ferro per le donne che perdono 30-40 ml di sangue durante le mestruazioni è di 1,5-1,7 mg/giorno. Con perdite di sangue maggiori, il fabbisogno di ferro aumenta a 2,5-3 mg/giorno. Infatti, solo 1,8-2 mg/giorno possono entrare attraverso il tratto gastrointestinale, ovvero 0,5-1 mg/giorno di ferro non possono essere reintegrati. Pertanto, la carenza di microelementi sarà di 15-20 mg al mese, 180-240 mg all'anno, 1,8-2,4 g ogni 10 anni, ovvero questa carenza supera il contenuto di ferro di riserva nell'organismo. Inoltre, il numero di gravidanze, l'intervallo tra esse e la durata dell'allattamento sono importanti per lo sviluppo di carenza di ferro in una donna.