15. Željezo lekcija

Metabolizam željeza i skladištenje Dr Adlija Čušević Klinička biohemija I Farmaceutski fakultet Sarajevo

Željezo i klinička medicina 

Česta obolenja   

  

Obolenja trećeg svijeta Individualno vs populacijsko zdravlje Različiti interesi  



Deficit željeza Opterećenje željezom Anemia hroničnih obolenja

Mesna industrija Vegetarianske grupe

Historijsko okruženje

Željezo  Element

(Fe)  Molekulska masa 56  Može biti 2+ ili 3+  

Fero (2+) “reducirani” - dobija electron Fero (3+) “oksidovani” – gubi elektron Fe+++ + e-  Fe++

 Redoks

stanja dozvoljava da elektroni cirkuliraju u organizmu  Redoks promjena potrebna za metabolizam željeza

Funkcije željeza  Prenosioc 

kiseonika

hemoglobin

 Skladištenje 

kiseika

Mioglobin

 Nastanak

energije  Citohromi (oksidativna fosforilacija)   

Enzimi Krebs ciklusa drugi Detoksikacija jetre (citohrom p450)

 Esencijalan

element

Toksičnost željeza Željezo može oštetiti tkiva  Katalizira konverziju hidrogen peroksida u slobodne radikale  Slobodni radikali mogu napasti: 

  



Ćelijske membrane Proteini DNA

Nagomilavanje željeza vezano za kancer,srčanu toksičnost te druge faktore

Distribucija željeza  35

– 45 mg / kg željeza u odraslog muškarca  Total oko 4 g Erirociti hemoglobin - 50%  Mišići kao mioglobin – 7%  Skladišta kao feritin - 30% 

Koštana srž (7%)  Retikuloendotelne ćelije (7%)  jetra (25%) 



Drugi hem proteini - 5% 



Citohromi, mioglobin, drugi

u Serumu - 0.1%



1 to 2 mg željeza uđe u organizam svaki dan.



Najveći procenat tog željeza inkorporiran u hemoglobin eritroidnih prekurzora i zrele eritrocite.



Najveći procenat željeza iz plazme se derivatizira iz kontinuiranog razlaganja hemoglobina u senescentnimn eritrocitima putem makrofaga Svaki dan 1 do 2 mg željeza s eizgubi iz organizma.





Ostaatk željeza se skladišti primarno u hepatocitima.

Transport željeza u krvi  eritrociti       

kao hemoglobin Ne može se zamjenjivati Plazma Vezan za transferin Prenosi željezo između različitih lokacija u oranizmu Između crijeva, jetre, koštane srži, makrofaga Željezo se preuzima u ćelijama putem transferinskih receptora

Transferin  Protein M masa77,000  Sintetiše  Svaka

se u jetri.

molekula vezuje dva Fe3+ molekula (oksidovana)  sadrži 95% serum Fe.  Obično saturiran oko 30% sa željezom.  Produkcija se smanjuje u opterećenju željezom.  Produkcija se povećava kod deficita željeza.  U krvi se mjeri kao marker statusa željeza.

Transferin  Rutinski test za Testiranje ispitivanje statusa željeza  Poznat

pod imenom TIBC (ukupni kapacitet vezivanja željeza)  Visok nivo: 

Nizak sadržaj željeza u organizmu.

 Niski 

nivoi:

Prepuna skladišta.

 Druga  

stanja

rast: stanja sa visokim estrogenima (trudnoća, OCP) pad: malnutricija, hronična obolenja jetre, hronična obolenja (eg malignitet), stanja gubljenaj proteina, kongenitalni nedostaci, neonatusi, akutna faza (negativni reaktanti).

Transferin Receptori  Skupljaju

željezo sa transferina da bi se moglo preuzeti u ćelijama   





Prepoznaje i vezuje transferin Receptor + transferin endocitoza Željezo se otpušta u ćeliju putem transportera željeza (DMT1) Receptor + transferin se vraćaju na ćelijsku površinu Oslobađa se transferin

Rastvorljivi transferin receptori  Oblik

ćelijskih površinskih receptora  Mogu se naći u cirkulaciji  Visoke koncentracije u deficitu željeza  Niski nivoi kod opterećenja željezom  Moguća uloga u deficitu željeza u odnosu na mjesto inflamacije  Nisu rutinski dostupni

Serum željezo      



Serum sadrži oko 0.1% ukupnog željeza preko 95% željeza seruma je vezano za transferin Serum željezo je rutinski test u krvi Mjeri se ukupno željezo u serumu(ne u eritrocitima) Ograničena samostalna upotreba Koristan kod interpretacije statusa željeza samo kada su vrijednosti puno velike(trovanje željezom) Kombinuje se obično sa serum transferinom za izražavanje saturacije transferina

Određivanje serumskog željeza  Serum

željezo rutinski test u krvi  Nizak nivo:  

Deficit željeza Drugi uzroci: slučajne varijacije; akutna ili hronična inflamacija; pre-menstrualne tegobe.

 Visoki   

nivoi:

Opterećenje željezom drugi: slučajne varijacije OCP, trudnoća, nedavna terapija željezom.

Analitika željeza Serumsko željezo je željezo vezano za transferin seruma i ne uključuje Željezo u sklopu slobodnog hemoglobina Faze: 1. Oslobađanje željeza iz transferina(obaranje pH seruma) 2. Redukcija Fe(III) u Fe(II) 3. Kompleksiranje sa hromogenima koji sadrže reaktivnu grupu tipa -N=C-C=N4: Heliranje metalnih katijona između dva nitrogena 5.Apsorbcija helata proporcionalna konc željeza

Hromogeni: 1.Batofenantrolin disulfonat

534 nm

2.Tripiridil triazin

593 nm

3.Ferozin

562 nm

4.Terosit

583 nm

Transferin Saturacija  Procenat

transferina (TIBC) vezivnih mjesta koji su ispunjeni sa željezom

 Kombinira

dva faktora u svrhe povećanja osjetljivosti

 Opterećenje

željezom



Visoko željezo+nizak transferin



Visoka saturacija(50 – 100%)

 Najbolji

serumski marker za praćenje rasta koncentracije željeza u organizmu

 Koristi

se kao skrining u ovim slučajevima,

NORMALni status željeza

Transferin Saturacija

Normalno željezo

Normalan transferin

Saturacija 35%

Opterećenje željezom

Visoko željezo

Nizak transferin

Transferin

Saturacija 80% željezo

Analitika UIBC i TIBC  UIBC

i TIBC određuju se dodavanjem dovoljno Fe(III) za postizanje saturacije transferina  Višak željeza se ukloni apsorbcijom sa magnezij karbonatom  Ponovi se esej  Saturacija=

100xserumsko željezo/TIBC  Serum transferin g/L=0,007xTIBC

Faktori koji utječu na koncentracije željeza,TIBC i transferin saturaciju          

Dnevne varijacije Mensturacija(10-30% pad) Trudnoća(rast zbog progesterona ili pad zbog anemije) Unos željeza (visoke vrijednosti čak i za saturaciju) do 100% Posuđe,injiciranje željkezo dekstrana-visoke vrijednosti Hepatitis visoke vrijednosti.hiperferitinemija zbog ozljede hepatocita Akutna inflamacija,infarkt(normalne ili niske vrijednosti) Hronična inflamacija ili malignitet(niske ili normalne vrijednosti) Deficit željeza(niske ili normalne vrijednosti) Hemokromatoza(opterećenje željezom) visoko željezo,visoka saturacija,normalan ili nizak TIBC

Skladišta željeza - Feritin  Skladišta

željeza su u jetri i gotovo svim drugim

ćelijama.  Mmasa 460,000.  Spoljnji omotač: apoferitin, sastavljeno d22 proteinske podjedinice  Željezo fosfat hidroksid kor.  20% željezo masom, vezuje za sebe 4,500 atoma željeza po molekuli.  Mala frakcija se može naći u cirkulaciji( sadrži manje od 1% serumskog željeza).  Skladišti željezo i oslobađa ga kontrolirano..

Feritin - Određivanje  Rutinski

test – refleksija skladišta željeza  Nizak nivo u serumu 

Indicija deficita željeza (visoka specifičnost)

 Visok

nivo u serumu



Opterećenje željezom



Druga stanja – Feritin može rasti u serumu: Tkivno oslobađanje (hepatitis, leukemia, limfoma) Odgovor akutne faze (oštećenje tkiva,infekcija, kancer)

 

 Interpretacija  

Niski nivoi uvijek znače deficit željeza. Drugi faktori mogu zamaskirati ovaj deficit

Analitika feritina  1%

plazma željeza u formi feritina  Vrlo osjetljiv indikator deficita željeza  Hronična inflamatorna obolenja, reumatoidni artritis, obolenje bubrega te brojni maligniteti poput limfoma, kancera dojke ili neuroblastoma imaju za posljedicu ili rast ili feritin u sklopu ref.vrijednosti  Rast feritina-hemosideroza i hemokromatoza  Za ove slučajeve nije skrining test  IRMA(imunoradiometrijski esej) i ELISA

Gubitak željeza

 fiziološki   

Gubitak ćelija: crijeva, deskvamacija Menstruacija (1mg/dan) Trudnoća, laktacija

 Patološki  

krvarenja Crijeva, menoragija, hirurški zahvati, ozbiljna hematurija



Najveći procenat željeza iz plazme se derivatizira iz kontinuiranog razlaganja hemoglobina u senescentnimn eritrocitima putem makrofaga



Svaki dan 1 do 2 mg željeza se izgubi iz organizma.



Ostatak željeza se skladišti primarno u hepatocitima.

Ponovno iskorištenje željeza  Stare

ćelije se razbijaju u makrofagama(gušterača) te drugim organima

 Željezo

se transportuje u jetru i druga skladišta

 Vrlo

malo željeza se gubi metabolizmom

Scavenging željeza  Intravaskularna

hemoliza  Razgradnja eritrocita u cirkulaciji 

  

Slobodni hemoglobin vezuje haptoglobine -> preuzimanje jetra Slobodni hem vezuje hemopeksin -> preuzimanje jetra Hem koji prolazi kroz bubreg reapsorbcija Tri mehanizma za konzerviranje željeza u patološkim situacijama

 Historijski,

izbjeći.

deficit željeza je obolenje koje se može

Gubitak željeza  

Neregulisan proces Nema mehanizama da se regulira gubitak željeza iz organizma.



Prevelik unos ne može biti kompenzovan povećanim gubitkom.



Smanjen unos ne može biti praćen smanjenim gubitkom



To znači da se homeostaza željeza održava putem unosa željeza.

Normalna homeostaza željeza kod ljudi Specializirani transport sistemi i mebranski nosači su se razvili kod ljudi da bi se održalo željezo u rastvorljivom stanju u cirkulaciji [i.e., vezano za serum transferin (Tf)] ili transfer duž membrana(uključeni metal transporteridivalentni metal transporter 1 (DMT1) ili feroportin1/Ireg-1/MTP-1] za utilizaciju na nivou tkiva. Pošto ne postoji mehanizam namjerne ekskrecije željeza preko jetre ili bubrega, homeostaza željeza se primarno održava preko čvrste regulacije apsorbcije željeza u crijevima i preko visokog stupnja konzervacije skladišta željeza u organizmu. 



Absorpcija željeza 1 – 2 mg željeza se apsorbuje svaki dan  (bilans željeza 1 – 2 mg )  Gornji gubici se javljau u duodenumu  Preuzima se kao jonsko željezo ili hem željezo  samo 10% željeza iz dijete se apsorbuje  Željezo u višku 



Se obično ne apsorbuje ili se zadržava na nivou enterocita i ispušta u crijevni trakt

Apsorbcija Hem željeza  Hem

se odvoji od globina crijeva  Absorbuje se u enterocit kao hem  Željezo se oslobađa u pul enterocita ili apsorbuje intaktno  Ovo doprinosi preko pola željeza u dijeti zapadnaka i mnogo manje u drugim dijetama  Ne razumije se baš najbolje

Apsorbcija željeza  DcytB 

Redukcija Fe+++ u Fe++

 DMT1 

Transport u ćelije

 Feritin 

Skladišta u ćeliji

 Hefestin 

Oksidacija Fe++ u Fe+++

 Feroportin 

Transport vani

Jetra i metabolizam željeza  Hepcidin

produkcija od strane jetre kontrolira apsorbciju na razini crijeva pa prema tome i skladišta.  HFE i hemojuvelin uključeni u regulaciju hepcidina.  Inaktivira feroportin

Protein

Funkcija

Ekspresija

Ft (H and L subunits) ( IREs 5’UTR )

Skladištenje željeza

Najveći procenat ćelija

TfR1 ( IREs 3’UTR )

Uptake željeza

Eritroidne ćelije, epitelne ćelije koje rapidno rastu. Druge ćelije uključujući i makrofage

TfR2

Uptake željeza

Hepatociti, cirkulirajući monociti

DMT1 (Nramp2/DCT1) ( IREs 3’UTR )

Oslobađanje žečjeza iz endozoma u citoplazmu

FP1/IR1/MTP1 ( IREs 5’UTR )

Eksport željeza

Basolateralna membrana epitelnih ćelija intestinalnog vilusa.placenta, drugi tipovi ćelija

Proteini, nosači, & “regulatori” metabolizma željeza

Protein

Funkcija

Ekspresija

Duodenalni citohrom b

Feri reduktaza

Enterociti crijevnog vilusa. (ivice)

Efestin

Ferooksidaza

Basolateralna membrana i vezikule enterocita intestinalnog vilusa.

HFE (No IREs)

Interakcije sa TfR1

makrofage

Hepcidin (No IREs)

Antibakterijska aktivnost; homeostaza željeza?

Jetra, krv,urin

IRP1 AND IRP2

Posttrankripcijska kontrola ciljanev mRNAs (Ft, TfR1, DMT1, FP1/IR1/MTP1, akonitaza mitohondrija, aminolevulinat sintaza eritoidna)

Uglavnom: jetra,gušterača,bubreg, srce. također: duodenum, mozak

ABSORPCIJA ŽELJEZA

Transport željeza 

Fe 2+Tf vezjue se zaTfR1na eritrocitu. Fe 2+Tf/TfR1 kompleksi se lokaliziraju i invaginacijom se stvaraju endosomi. Proton pumpa dovodi do pada pH što uzrokuje oslobađanje željeza. DMT1 pokreće željezo duž membrane endozoma u citoplazmu. Apo-Tf& TfRl bivaju reciklizirani na ćelijksoj površini za dalju upotrebu. U eritrocitima, najviše željeza je inkorporirano u protoporfirin za sintezu hema (mitohondrije).

Regulacija absorpcije željeza  Raste     

Nisko željezo dijeta Niska skladišta Povećana produkcija eritrocita Nizak hemoglobin Nizak sadržaj kisika u krvi

 Smanjena 

Sistemska inflamacija

Povećan uptake željeza  Nisko

željezo dijeta  Vodi ka povećanoj aktivnosti 

DCytB i DMT1

 Izazvano

lokalnim faktorima u crijevu  Signal iz organizma u crijeva kao odgovor na povećane potrebe  Hepcidin  

Povećani nivoi smanjuju absorpciju željeza Niski nivoi povećavaju apsorbciju željeza.

Hepcidin      

25 ak peptid Identificiran 2000 Antimikrobna aktivnost Hepatički bakteriocidalni protein Glavni regulatorni hormon Inaktivira feroportin  



Zaustavlja željezo da izađe iz ćelija crijeva Željezo se gubi u stolici kada se prazne crijevne ćelije

Vodi ka smanjenoj apsorbciji željeza na razini crijeva

Oslobađanje željeza iz ćelija  Feroportin

prisutan na ćelijskoj površini i oslobađa

željezo  Može se naći na ćelijama crijeva, jetrenim ćelijama i makrofagama  Treba kofaktor za oksidaciju željeza da bi se dozvolilo vezivanje za transferin  

Hefestin u crijevu Ceruloplazmin u drugim ćelijama

 Hepcidin

blokira oslobadjanje željeza iz svih ćelija  Moguć mehanizam za anemiju kod hroničnih bolesti.

Regulacija absorpcije željeza Povećana  Nisko željezo iz dijete 

Niska skladišta željeza *  Povećana produkcija na razini eritrocita *  Nizak hemoglobin *  Nizak sadržaj kiselonika * * Vodi ka povećanoj produkciji hepcidina 



Smanjeno  

Sistemska inflamacija # # vodi ka povećanoj produkciji hepcidina

smanjena apsorpcija Željeza na razini crijeva

Deficit željeza  Ekstremno čest



Zbog reduciranog unosa,povećan gubitak ili povećane potrebe



Skladišta reducirana prije nego se primijeti deficit



Deficit željeza nije opasan i ne predstavlja pravu dijagnozu 

Uzrok se mora utvrditi!



Obolenja obstetrijska. Nizak unos, malapsorbcija, kancer bowel, hemoroidi, inflamatorno obolenje bowel

Deficit željeza  Laboratorijske      

promjene:

Nisko željezo (loša specifičnost) Nizak feritin (odlična specifičnost) Rast Transferina (TIBC) Niska saturacija transferina Hipohromija, mikrocitoza Anemija

 Faze   

Reducirana skladišta Eritropoeza! Anemija praćena nedostatkom željeza

Anemija hroničnih bolesti  Infekcija,

inflamacija, malignitete  Niska apsorbcija željeza  Nisko serumsko željezo  Boje se skladišta u RE ćelijama  Hepcidin je protein akutne faze  Povećan hepcidin  

Blokira željezo u criejvnim ćelijama Hvata željezo u makrofagama i jetrenim ćelijama

 Producira 

funkcionalni deficit željeza

Ne odgovara na terapiju željezom

Anemija hroničnih bolesti  Teško

je razdvojiti od anemije izazvane deficitom željeza  Mogu postojati i zajedno  Feritin: nizak kod čistog deficita ali povećan kod odgovora akutne faze  Željezo: nikso u oba slučaja  Transferin: visok kod pravog deficita željeza ali opada kod odgovora akutne faze.

Genetička hemokromatoza    



Bolest opterećenja željezom Izazvana povećanom apsorbcijom željeza Poznata od 1700 Može djelovati na jetru,pankreas, kožu, srce, zglobove, endokrine žlijezde(bronzani dijabetes) Postepena akumulacija željeza u životnom vijeku osobe (pozitivan bilans željeza) 

 



Opterećenje željezo detektabilno kod tinejdžera i u 2oim godinama života Nakupljanja u organima-30ete godine Oštećenja organa 40tei 50te

Ciroza i obolenja jetre osnovni uzrok smrtnosti

Genetska hemokromatoza  >95%

defekt u HFE genu (C282Y)  Asocira se sa niskim hepcidinom  Vodi ka povećanoj aktivnosti feroportina 

Povećana apsorbcija željeza na razini crijeva

 Drugi  

mehanizmi

Rast DMT1 i DcytB aktivnosti Nije povezana sa hepcidinom

 Limitirano 

penetriranje (1 – 50%)

Mogu biti uključeni i drugi geni

Genetska hemokromatoza HFE-vezana  Tip I 1 – HFE defekti Nije vezana za HFE Tip 2a – Hemojuvelin defekti  Tip 2b – Hepcidin defekti  Tip 3 – defekti na razini transferin receptora  Tip 4 – Feroportin defekti

Drugi testovi vezani za status željeza 







Hemoglobin  Nizak kod deficita željeza, anemije hroničnih bolesti Mean Cell Volume(MCV)  Nizak kod deficita, talasemije Željezo jetra  Visoko kod opterećenja željezom  Bolji marker za hepatalni indeks željeza nakon korekcija za godine starosti  (Hepatički indeks željeza) Željezo koštane srži  Nisko kod deficita željeza

Drugi testovi željezo       

Eritropoetin-regulira brzinu stvaranja eritrocita Koristan pri razlikovanju primarne policitemije od sekundarnih Kod prvih nizak ili nemjerljiv, kod drugih normalan ili raste Koristan kod utvrđivanja uzroka kronične anemije Kod Nutricione- raste Kod hronično obolenje bubrega opada (oštećen bubreg) Elisa zasnovano određivanje

Drugi testovi željezo  Određivanje

FEPa(slobodni protoporfirin

eritrocita)  FEP raste kod pacijenata sa deficitom željeza ili kod trovanja željezom  Normalan kod talasemija koje imaju slične simptome kao talasemije  Ekstrakcija eritrocita, reekstarkcija porfirina, praćenje fluorescencije

Budućnost  Tretman

hepcidinom kod opterećenja

željezom  Blokiranje hepcidina kod anemije hroničnih bolesti  Diagnostički testovi zasnovani na hepcidinu

Šta pročitati  Andrews

NC. Medical Progress: disorders of iron metabolism. NEJM 1999;341:1986-95  Pietrangelo A. haemochromatosis – a new look at an old disease. NEJM 2004;350:2383-97.  Weiss G, Goodnough LT. Medical Progress: Anaemia of chronic disease. NEJM 2005;352:1011-1023  Fleming RE, Bacon BR. Orchestration of iron homeostasis. NEJM 2005;352:1741-4

BAKAR  Kuproenzimi:  Amino

oksidaze  Ceruloplazmin  Citohrom c oksidaza  Dopamin beta monooksigenaza  Lizil oksidaza  Cu,Zn superoksid dizmutaza  Ekstraćelijksa superoksid dizmutaza  tirozinaza

Ceruloplazmin  Glikoprotein

akutne faze  Cirkulira u krvi  Vezan za hekssozu  Sintetizira ga veći broj ćelija  Katalizira oksidaciju (FeII) i olakšava vezivanje za Tfn  Nedostak bakra-----anemija  aceruloplazminemija

Citokrom c oksidaza  Lociran

na membrani mitohondrija  3 jona bakra vezana za podjedinice  Katalizira redukciju kiseonika u vodu  Generira proteinski gradijent za sintezu ATPa

Dopamin beta monooksigenaza  Adrenalan

medula, neuroni simpatikusa,  noradrenergički i adrenergički neuroni u mozgu  Funkcija-prevođenje dopamina u NE  Nedostatak bakra----pad koncentracije noradrenalina

Lizil oksidaza  Potreban

za oksidativnu dezaminaciju ostataka lizina  Intra i nterlančane veze koje stabiliziraju proteine vezivnog tkiva  Nedostatak bakra------abnormalnosti na razini skeletnog i vaskularnog sistema

Cu,Zn superoksid dizmutaza  Citoplazma  Antioksidant  Katalizira

redukciju 2 superoksid anijona do molekulskog kislika i H2 O2  Visok nivo superoksida----oštećenje

Metabolizam bakra  Absorpcija-transporteri

bakra, nespecifični transporteri dvovalentnih jona  Transport:  Mukus-Cu Mt, Cu  Portalna krv: Cu albumin, Cu transkuprein  Jetra: enzimi, Cu ceruloplazmin ili Cu____žuč i ekskrecija  Krv i tkiva-Cu ceruloplazmin--------tkiva

Metabolizam bakra

Analitika bakra  AAS

 Fotometrijske

metode: (hromogeni)

 dietilditiokarbamat  Biscikloheksanon  Oksaldihidrazon(kuprizon)  Batokuproin

KLINIČKI ZNAČAJ ODREĐIVANJA BAKRA  Kliničko

utvrđivanje statusa bakra  Niska koncentracija-nedostatak bakra u depoima  Koncentracija varira:  A)Vrijeme dana  B)Trudnoća(raste)  C)Kontraceptivi(raste)  D)Infekcije, inflamatorna stanja(raste)  E)kortikosteroidi i ACTH-pad bakra seruma

Nedostatak bakra  Anemije(mikrocitna,

hipokromna)  Osteoporozai lomovi  Depigmentacija kože i kose  Pad kognitivne performanse  Izvori: jetra, orasi, sjemenke, soja, tamna čokolada

Ceruloplazmin  Predstavlja

95% bakra vezanog u plazmi  Osjetljiv na iste faktore kao i plazma bakar  Enzimatsko određivanje(imunohemija)  Ili određivanje preko aktivnosti oksidaze  Enzimi: Superoksid dizmutaza(eritrocit)  Citohrom c oksidaza(trombociti)ili leukociti  Aktivnost enzima značajno reducirana kod deficita bakra  Ne koristi se rutinski