Metabolismus železa

1

NOVÉ POZNATKY O
METABOLISMU ŽELEZA V
LIDSKÉM ORGANISMU

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

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Obsah
2

OBSAH
Úvod 3  Eliminace železa z lidského organismu 33
Kapitola I Výskyt železa v přírodě a jeho význam 4 Kapitola III Patologické stavy 34
 Obsah železa v neživé přírodě 5  Deficit železa 35
 Obsah železa ve stravě 6  Sideropenická anémie 35
 Živočišná strava 6  Anémie chronických chorob 37
 Rostlinná strava 7  Sideropenická anémie refrakterní na železo 38
 Obsah železa v lidském organismu 8  Jiné vrozené patologické stavy 38
 Potřeba železa pro lidský organismus 9  Jiné příčiny nedostatku železa 39
 Funkce železa 10  Přetížení železem 40
 Vazebná schopnost železa pro kyslík 10  Hereditární hemochromatóza 41
 Oxido-redukční potenciál 11  Jiné patologické stavy doprovázené přetížením železa 42
Kapitola II Nové poznatky v řízení homeostázy železa 12  Sekundární přetížení železem 42
 Přísun železa do lidského organismu 13 Kapitola IV Laboratorní vyšetření metabolismu železa 43
 Absorpce hemového železa 14  Panel základních laboratorních vyšetření 44
 Absorpce nehemového železa 14  Specializovaná vyšetření 46
 Faktory ovlivňující absorpci železa ze zažívacího traktu 15 Závěr 48
 Absorpce nehemové železa na buněčné úrovni 16 Abecední seznam zkratek 49
 Přestup železa z enterocytu do krevního oběhu 16 Seznam použité literatury 50
 Regulace absorpce železa ze zažívacího traktu 18 Kontakty 52
 Regulace metabolismu železa na úrovni buněk 25
 Cirkulace železa v lidském těle 26
 Počátek cirkulace na úrovni makrofágu 26
 Molekuly transportu 27
 Cílové orgány pro cirkulující železo 30

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

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Úvod
3

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.

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

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola I
4

Kapitola I

VÝSKYT ŽELEZA V PŘÍRODĚ A JEHO VÝZNAM


5

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).

Kov
Obsah v zemské Voda oceánů
Příklady specifických funkcí Tab. 1 Obsah železa v zemské kůře a v oceánech,
kůře (ppm) (mg/l)
Sodík 2,8x104 1,1x104 osmotická aktivita, elektrolytická rovnováha, proudy porovnání s ostatními stopovými prvky a shrnutí
Hořčík 2,1x104 1,4x103 fosfátový metabolismus, chlorofyl jejich funkce.
Hliník 8,1x104 1x10-3 neurotoxicita, rozpustný v kyselých deštích
Křemík 2,8x10 4
3 prevence toxicity hliníku
Draslík 2,6x104 3,9x10-2 osmotická aktivita, elektrolytická rovnováha, proudy
Vápník 3,6x104 4,1x10-2 sekundární messenger, aktivace svaloviny, biomineralizace
Vanad 135 2x10-3 nitrogenáza, peroxidázy
Chrom 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, ureáza
Měď 55 3x10-3 elektronový transport, oxidázy, přenos kyslíku
Zinek 70 1x10-2 katalýza kyselin, regulace (DNA vazeb)
Selen 5x10-2 9x10-9 glutathion peroxidáza
Molybden 1,5 1x10-2 nitrogenáza, oxidázy, oxo-transfer
Tungsten 1,5 1x10-4 dehydrogenázy Zdroj: Inorganic Biochemistry of Iron Metabolism: From Molecular
4 -3
Ţelezo 5x10 3x10 přenos kyslíku, ukládání, aktivace a detoxifikace, přenos Mechanisms to Clinical Consequences, 2nd Edition
elektronů, fixace dusíku, redukce ribózy, atd. Robert Crichton, ISBN: 978-0-471-49223-8


6

 Obsah železa ve stravě
Železo 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 ţelezo (40%). Železo vázáné na jiné molekuly nazýváme nehemové
ţelezo (60%). V rostlinné stravě je železo součástí různých nehemových bílkovin a enzymů.
 Živočišná strava
Hlavní 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).

Potravina mg/porci %DV*
kuřecí játra, vařená, 28,5 g 12,8 70
Tab. 2 Obsah železa v jednotlivých potravinách
ústřice, obalené a smažené, 6 ks 4,5 25 živočišného původu a množství dle denní potřeby.
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
*DV = denní potřeba
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 Zdroj: U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service.
vepřové, kotlety, roštěná, 28,5 g 0,8 4 2003. USDA Nutrient Database for Standard Reference, Release 16.
tuňák, bíle maso, konzerv. ve vodě, 28,5 g 0,8 4 Nutrient Data Laboratory Home Page,
krevety, směs druhů, vařené, vlhké teplo, 4 velké ks 0,7 4 http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp.


7

 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).

Potravina mg/porci %DV* Tab. 3 Obsah železa v jednotlivých potravinách
cereálie, 100% obohacené železem, 240 ml 18,0 100 rostlinného původu a množství dle denní
ovesné vločky, instantní, obohacené, vařené, 240 ml 10,0 60 potřeby.
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 *DV = denní potřeba
krupice, bílá, obohacená, rychlá, vařená, 240 ml 1,5 8
rozinky, bez jader, balené, 240 ml 1,5 8 Zdroj: U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 2003.
celozrnný chléb, 1 krajíc 0,9 6 USDA Nutrient Database for Standard Reference, Release 16. Nutrient Data
bílý chléb, obohacený, 1 krajíc 0,9 6
Laboratory Home Page, http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp.


8

 Obsah železa v lidském organismu
Množství 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).

Biomolekula Mnoţství ţeleza Forma ţeleza Tab. 4 Přehled množství železa vázaného na jednotlivé biomolekuly
hemoglobin 2600 mg (65%) Fe2+
u člověka a jeho dvoj/trojmocná forma.
myoglobin 130 mg (6%) Fe2+
transferin 3 mg (0,1%) Fe3+
feritin 520 mg (13%) Fe3+
hemosiderin 480 mg (12%) Fe3+
katalázy, peroxidázy --- Fe2+ 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
cytochromy --- Fe2+/3+ Publishing Division; 2008


9

 Potřeba železa pro lidský organismus
Potřeby 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.

Kojenci Děti Tab. 5 Přehled denní potřeby železa
0–6 m 7–12 m 1–3 r 4–8 r
lidského organismu.
Fe (mg/den) 0,27 11 7 10
Muţi
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
Ţeny
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 m - měsíce
Fe (mg/den) 27 27 27 r - roky
Laktace
Zdroj: Food and Nutrition Board, Institute of Medicine—National Academy of
18 r 19–30 r 31–50 r Sciences Dietary Reference Intakes, 2000, 2002, reprinted with permission.
Fe (mg/den) 10 9 9 Courtesy of the National Academy Press, Washington, DC.


10

 Funkce železa
Nejdůležitější 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
Hemoglobin
Železo 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 Obr. 2 Molekula hemu vytvářející
hemoglobinu HbA: globinové porfyrinový kruh s navázaným
řetězce jsou modré a červené, hem dvojmocným železem uprostřed.
s Fe jsou vyobrazeny zeleně.

zdroj: Wikipedia.org zdroj: Wikipedia.org


11

 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).

Obr. 3 Lidský myoglobin.

zdroj: Wikipedia.org

 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).

Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola II
12

Kapitola II

NOVÉ POZNATKY V ŘÍZENÍ HOMEOSTÁZY ŽELEZA


13


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.
Obr. 4 Koloběh železa v organismu.

Uvolňování železa v Mo-Ma Utilizace železa kostní dření Vstřebávání ze zaţívacího traktu
systému (např. ve slezině) z
dosluhujících erytrocytů
Fe

4%
Fe doplňovány
vstřebáváním z
96% GIT
železa koluje ionty Fe
uvnitř
organismu
mladé erytrocyty

stárnoucí
erytrocyty


14

 Přísun železa do lidského organismu
Přirozenou 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 železa
Hemové 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 železa
Nehemové 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.


15

 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 stravy
Mezi 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 stravy
Látky, 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.


16

 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 oběhu
Proces 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.


17

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

Fe2+ Fe3+

Obr. 6 Výdej železa na bazolaterální
apikální membrána

membráně enterocytu do krevního oběhu.

DcytB
DMT1

bazolaterální membrána
DcytB feritin
feritin Fe2+
DMT1
Fe2+
feroportin
haephestin

FPN
HPH

Fe2+

Fe3+


18

 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.
Hepcidin
Jelikož 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).


19

Hepcidin
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.
7A. 7B.
bazolaterální membrána

feroportin
Fe2+ Fe2+

feritin

hepcidin

ionty železa

FPN

Fe2+


20

 Regulace hladiny hepcidinu na molekulární úrovni

Regulace 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.

Obr. 8 Exprese hepcidinu a faktory expresi ovlivňující.

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


21


 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).


22


 Zásobní a cirkulující železo

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.


23


 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).
 Hypoxie
Hypoxie 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).
 Zánět
Hladina 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).


24


 Zánět

Obr. 10 Bakteriální infekce a metabolismus železa

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


25

 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 IRP
Proteiny 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.


26

 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.


27

 Molekuly transportu
Transferin
Hlavním 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.

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


28

Transferinový receptor
TfR1 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).


29

Transferinový receptor
Obr. 12 Schéma cirkulace transferinu na buněčné úrovni.

apotransferin
apotransferin
clathrin
feritin

TfR
endosom DMT1
mitochondrie ionty Fe2+

ionty Fe3+
okyselený endosom
cytoplasma


30

 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.

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

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

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.


31

 Tvorba zásob

Železo 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.
Feritin
Hlavní 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.
Hemosiderin
Hemosiderinu 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.


32

 Tvorba zásob

Obr. 14 Model struktury feritinu.

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

Obr. 15 Molekulární Obr. 16 Molekulární struktura
struktura cytoplasmatického mitochondriálního feritinu.
feritinu.




33

 Eliminace železa z lidského organismu
Lidský 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).


Nové poznatky o metabolismu železa v lidském organismu | Kapitola III
34

Kapitola III

PATOLOGICKÉ STAVY


35

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).

Zvýšená potřeba ţeleza a/nebo hematopoéza Tab. 6 Příčiny nedostatku železa v lidském organismu.
rychlý růst v dětském věku nebo v pubertě
těhotenství
terapie erytropoetinem
Zvýšené ztráty ţeleza
chronické krevní ztráty
menses
akutní krevní ztráty
dárcovství krve
léčba polycythemie vera venepunkcí
Sníţený přísun nebo absorpce ţeleza
neadekvátní dieta
malabsorpce z onemocnění (céliakie, Crohnova choroba)
malabsorpce z operací (odoperování žaludku)
akutní a chronický zánět


36

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.

Obr. 17 Cheilosis, zánětlivé Obr. 18 Koilonychia, nehty tvaru
postižení ústních koutků. hodinového sklíčka u deficitu železa.

Zdroj: American Academy of Family Physicians Copyright © 2007 Zdroj: NEJM.org Copyright © 2010


37

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 nitroţilní aplikaci. U závažnějšího snížení hemoglobinu je nutné
podáním krevní transfúze.

38

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 stavy
Do 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.


39

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.


40

PATOLOGICKÉ STAVY
 Přetížení železem
Železo, 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).
Hereditární hemochromatóza Tab. 7 Patologické stavy vedoucí k
Hemochromatóza, HFE-asociovaná (typ 1) přetížení organismu železem.
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 přetíţení ţelezem
Anémie s ukládáním ţeleza 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


Metabolismus železa

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

En vedette

En vedette (20)

Metabolismus železa