GVOŽĐE

Metabolizam

Gvožđe se u hrani uglavnom nalazi u feri obliku (Fe³⁺) i čvrsto je vezano u organske molekule. U želucu, gde je pH niži od 4, Fe³⁺ može disosovati i reagovati sa niskomolekulskim jedinjenjima kao što su fruktoza, askorbinska kiselina, limunska kiselina i aminokiseline sa kojima stvara komplekse koji omogućavaju da Fe³⁺ ostane rastvorljivo kod neutralnog pH kao što je u tankom crevu. Gvožđe ne izlazi iz hema u želucu, nego kao takvo prelazi u tanko crevo.

Kod zdravih osoba se iz hrane apsorbuje svega 5-10% gvožđa. U detinjstvu je apsorpcija najveća, a smanjuje se sa godinama. U hrani životinjskog porekla gvožđe je prisutno u formi organskog hem-gvožđa, dok se u biljnim namirnicama nalazi u obliku neorganskog nehem gvožđa. Ove dve vrste govžđa se resorbuju na različite načine. Iz hrane se može usvojito oko 20-30% hem gvožđa, za razliku od 2-5% nehem gvožđa. Ukoliko se hranom unosi i vitamin C onda se procenat usvojenog nehem gvožđa povećava na oko 50%. Vitamin A i beta karoten takođe mogu povećati usvajanje nehem gvožđa.

Gvožđe mora biti u fero obliku da bi moglo da se resorbuje, a hlorovodonična kiselina koja se nalazi u želudcu prevodi feri oblik gvožđa u fero. Resorpcija gvožđa je spor proces koji traje od 2 do 4 časa. Ukoliko je u organizmu nivo gvožđa nizak onda se povećava njegova resorpcija. U tom slučaju se može nivo resorpcije povećati za 10 do 20%.

Različiti faktori utiču na resorpciju gvožđa, a količina gvožđa koja će se usvojiti iz hrane zavisi od međusobnih interakacija ovih faktora. Šećeri i aminokiseline mogu povećari resorpciju, dok cink, oksalati i zeleno povrće, kao što su spanać, tanini iz čaja i kafe mogu smanjiti resorpciju gvožđa. Fitati i nepolirane žitarice mogu smanjiti resorpciju mada u prisustvu mesa i vitamina C može doći do suprotnog efekta. Proteini mleka, albumin i proteini soje mogu takođe smanjiti resorpciju.

Normalni dnevni gubitak gvožđa iz organizma iznosi svega do 1 mg/dan. Žene gube gvožđe i u menstrualnoj krvi. Prema tome jedini način kojim se reguliše ukupna količina gvožđa u organizmu je resorpcija gvožđa. Kada je stanje normalno putem hrane se svaki dan dobije oko 10-20 mg gvožđa. Međutim u organizmu se resorbuje manje od 10%. Znači u normalnim uslovima se iz hrane resorbuje veoma malo gvožđa, a količine koje se izlučuju u urinu su minimalne. Istovremeno se veliki deo ukupnog gvožđa u telu neprekidno preraspoređuje u razne delove tela pomoću nekoliko metaboličkih krugova. Najveće potrebe za gvožđem su u detinjstvu i pubertetu. Deca u tim stupnjevima razvoja resorbuju veći procenat gvožđa iz hrane nego odrasli. Nedostatak gvožđa u detinjstvu i pubertetu, kao i kod žena sa menstruacijama, može se pripisati nedostatku gvožđa u hrani. Ako se nedostatak javi kod odraslih obično se može pripisati znatnom krvarenju.

Broj crvenih krvnih zrnaca raste u trudnoći pa zato organizam majke koristi veće količine gvožđa, koje se moraju neprestano obnavljati.

Resorpcija gvožđa
Ćelije sluznice tankog creva resorbuju gvožđe vezano za hem. Zatim se hem u ćelijama razgradi i oslobađa se gvožđe. Gvožđe koje nije u hemu resorbuje se u fero obliku (Fe²⁺). Fe²⁺ se resorbuje u ćelijama duodenuma i proksimalnom jejunumu i tu se brzo oksidiše u Fe³⁺. Feri jon se vezuje za molekul intracelularnog nosača. Unutar ćelije ovaj molekul nosača predaje Fe³⁺ mitohondrijama, a zatim se, zavisno od stanja metabolizma gvožđa predaje u specifičnim proporcijama apoferitinu ili apotransferinu.

Obzirom da je gvožđe hemijski veoma aktivno moglo bi izazvati oštećenja proteina i masti u ćelijskim membranama. Ono se zato u organizmu vezuje za proteine ćime se smanjuje njegov toksični efekat.

Apoferitin (Mr = 500 kDa) je molekul koji se sastoji od 24 identične podjedinice, koje imaju molekulsku težinu oko 18 kDa. Jedan molekul apoferitina može vezati oko 4300 atoma gvožđa pri čemu nastaje feritin, koji je primarni protein za čuvanje gvožđa.

Apotransferin (Mr = 90 kDa) može vezati dva atoma gvožđa i u tom obliku su naziva transferin. Transferin je pravi nosač gvožđa i u plazmi je jedan od β-globulina. Kapacitet transferina u pogledu vezivanja gvožđa normalno je zasićen 20-33% gvožđem.

U normalnim uslovima, kada se kod odraslih dnevno resorbuje oko 1 mg gvožđa, intracelularni nosač gvožđa u ćeliji sluznice skoro je potpuno zasićen. On predaje znatne količne gvožđa apoferitinu iz kojeg nastaje feritin i prenosi uobičajene količine gvožđa mitohondrijama. Ostatak se prenosi kroz seroznu stranu ćelije apotransferinu.

U slučaju nedostatka gvožđa kapacitet intracelularnog nosača gvožđa se povećava i više će se gvožđa resorbovati ukoliko ga ima na raspolaganju u hrani. Mitohondrije će ponovo dobiti uobičajenu količinu gvožđa, ali se u ćeliji neće stvoriti feritin, pa će najveći deo gvožđa biti predan apotransferinu u plazmi.

Kada postoji preopterećenje gvožđem kapacitet intracelularnog nosača gvožđa se jednostavno smanji i zasiti. U ćeliji sluznice se stvore znatne količine feritina i manje gvožđa se predaje već skoro potpuno zasićenom apotransferinu. Gvožđe koje se nalazi u feritinu u ćelijama sluznice gubi se ljuštenjem tih ćelija. Intracelularni transfer gvožđa u mukozi može biti donekle regulisan. Zna se da hormon eritropoetin može nekim nepoznatim mehanizmom ubrzati transfer mukoznog gvožđa na transferin u plazmi.

Predaja gvožđa smeštenog u feritinu (kao Fe³⁺) u plazmi uključuje redukciju u Fe²⁺ da bi se ovaj mogao osloboditi iz feritina. Zatim se Fe²⁺ ponovo oksiduje u Fe³⁺ da bi mogao biti vezan u transferinu.

Transport gvožđa
Gvožđe se transportuje u mesta za čuvanje u koštanoj srži i donekle u jetri u obliku Fe³⁺ vezanom za transferin koji se nalazi u plazmi. Na mestima gde se čuva gvožde (Fe³⁺) se opet predaje apoferitinu u stabilnom ali izmenjenom i za čuvanje sposobnom obliku. Feritin u retikuloendotelnom sistemu pogodan je oblik za čuvanje gvožđa. Feritin se međutim može denaturisati gubljenjem apoferitinskih podjedinica i zatim se može agregirati u micele hemosiderina. Hemosiderin ima više gvožđa nego feritin i ima mikroskopski vidljive čestice. Hemosiderin se obično može naći u slučajevima preopterećenja gvožđem, kada je sinteza apoferitina i njegovo zasićenje gvožđem maksimalno. Gvožđe iz hemosiderina može poslužiti za sintezu hemoglobina, ali je mobilizacija gvožđa iz hemosiderina mnogo sporija nego iz feritina. Količina gvožđa u transferinu plazme je u ravnoteži sa gvožđem u sačuvanim oblicima u gastrointestinalnom traktu i retikuloendotelijalnom sistemu.

U plazmi nema feritina, ali ima apoferitina i ovaj izgleda da govori o tome kolika je količina sačuvanog gvožđa u retikuloendotelijalnom sistemu. U nastajanju feritina iz apoferitina prvo se veže Fe²⁺ na unutrašnju površinu ljuske apoferitina. Apoferitin sada deluje kao ferooksidaza i oksiduje Fe²⁺ u Fe³⁺ koji se onda čvrsto vezuje za feritin. Da bi se oslobodio iz feritina gvožđe mora biti redukovano, tj. Fe³⁺ mora preći u Fe²⁺.

Jedan urođeni poremećaj u regulaciji resorpcije gvožda sluznicom dovodi do sindroma preopterećenja gvožđem nazvanim hemokromatoza. U toj bolesti, koja zahvata nekoliko organskih sistema, resorbuje se dnevno 2 do 3 mg iz gastrointestinalnog trakta, a ne kao što je normalno oko 1 mg. Kod muškaraca će to za 20-30 godina dovesti do toga da će se u organizmu nagomilati 20-30 g gvožđa, tj. mnogo više od normalnih 3-4 g. Nagomilano gvožđe se čuva u hemosiderinu odloženom u jetri, pankreasu, koži i zglobovima, a to će dovesti do oboljenja.

Kada je ukupna količina sačuvanog gvožđa povećana i imamo odložen hemosiderin tada kažemo da postoji hemosideroza. To može nastati kako zbog povećanog unosa gvožđa putem hrane, tako i zbog povećanog raspada eritrocita i povećane resorpcije gvožđa što prati eritropoezu, koja je u tom slučaju kompenzacijska reakcija. Kada depoziti hemosiderina počnu remetiti normalnu funkciju ćelija i organa, onda govorimo o hemokromatozi.