استقلاب الحديد في الجسم

يحتوي جسم الشخص البالغ السليم عادةً على حوالي 3-5 غرام من الحديد، وبالتالي يمكن تصنيف الحديد كعنصر دقيق. يتم توزيع الحديد بشكل غير متساوٍ في الجسم. يوجد حوالي 2/3 من الحديد في الهيموغلوبين في خلايا الدم الحمراء - وهذا هو الصندوق المتداول (أو مجمع) الحديد. في البالغين، يكون هذا المجمع 2-2.5 غرام، وفي المواليد الجدد في الموعد المحدد - 0.3-0.4 غرام، وفي المواليد الخدج - 0.1-0.2 غرام. يوجد الكثير نسبيًا من الحديد في الميوغلوبين: 0.1 غرام عند الرجال و0.05-0.07 غرام عند النساء. يحتوي جسم الإنسان على أكثر من 70 بروتينًا وإنزيمًا، بما في ذلك الحديد (على سبيل المثال، الترانسفيرين واللاكتوفيرين)، ويبلغ إجمالي كمية الحديد فيها 0.05-0.07 غرام. يشكل الحديد المنقول بواسطة بروتين النقل الترانسفيرين حوالي 1٪ (صندوق نقل الحديد). احتياطيات الحديد (المستودع، صندوق الاحتياطي)، التي تُشكل حوالي ثلث إجمالي الحديد في جسم الإنسان، بالغة الأهمية للممارسة الطبية. تؤدي الأعضاء التالية وظيفة المستودع:

• الكبد؛
• الطحال؛
• نخاع العظم؛
• مخ.

يوجد الحديد في المستودع على شكل فيريتين. ويمكن تحديد كمية الحديد في المستودع بتحديد تركيز فيريتين الدم. يُعد فيريتين الدم اليوم المؤشر الوحيد المعترف به دوليًا لاحتياطيات الحديد. أما المنتج النهائي لاستقلاب الحديد فهو الهيموسيديرين، الذي يترسب في الأنسجة.

الحديد هو أهم عامل مساعد لإنزيمات سلسلة التنفس الميتوكوندريا ودورة السترات وتخليق الحمض النووي، ويلعب دورًا مهمًا في ربط ونقل الأكسجين بواسطة الهيموغلوبين والميوغلوبين؛ البروتينات التي تحتوي على الحديد ضرورية لعملية التمثيل الغذائي للكولاجين والكاتيكولامينات والتيروزين. بسبب العمل التحفيزي للحديد في تفاعل Fe ² * <--> Fe ³ ، يشكل الحديد الحر غير المخلبي جذور الهيدروكسيل التي يمكن أن تسبب تلفًا في أغشية الخلايا وموت الخلايا. في عملية التطور، تم حل الحماية من التأثير الضار للحديد الحر من خلال تكوين جزيئات متخصصة لامتصاص الحديد من الطعام وامتصاصه ونقله وترسيبه في شكل قابل للذوبان غير سام. يتم نقل وترسيب الحديد بواسطة بروتينات خاصة: الترانسفيرين ومستقبل الترانسفيرين والفيريتين. يتم تنظيم تخليق هذه البروتينات من خلال آلية خاصة ويعتمد على احتياجات الجسم.

[ 1 ]، [ 2 ]، [ 3 ]، [ 4 ]

إن عملية التمثيل الغذائي للحديد في الشخص السليم تكون مغلقة في دورة

يفقد الشخص يوميًا حوالي 1 ملغ من الحديد مع السوائل البيولوجية وظهارة الجهاز الهضمي المتقشرة. ويمكن امتصاص نفس الكمية بالضبط في الجهاز الهضمي من الطعام. يجب أن يكون مفهومًا تمامًا أن الحديد يدخل الجسم فقط مع الطعام. وبالتالي، يُفقد 1 ملغ من الحديد يوميًا ويُمتص 1 ملغ. في عملية تدمير كريات الدم الحمراء القديمة، يتم إطلاق الحديد، والذي تستخدمه الخلايا البلعمية ويعاد استخدامه في بناء الهيم. يمتلك الجسم آلية خاصة لامتصاص الحديد، ولكنه يُطرح بشكل سلبي، أي أنه لا توجد آلية فسيولوجية لإفراز الحديد. لذلك، إذا لم يُلبِّ امتصاص الحديد من الطعام احتياجات الجسم، يحدث نقص الحديد بغض النظر عن السبب.

توزيع الحديد في الجسم

1. 70% من إجمالي كمية الحديد في الجسم هي جزء من بروتينات الهيموبروتين، وهي مركبات يرتبط فيها الحديد بالبورفيرين. الممثل الرئيسي لهذه المجموعة هو الهيموغلوبين (58% حديد)؛ بالإضافة إلى ذلك، تشمل هذه المجموعة الميوغلوبين (8% حديد)، والسيتوكرومات، والبيروكسيديز، والكاتالاز (4% حديد).
2. مجموعة من الإنزيمات غير الهيمية - أوكسيديز الزانثين، نازعة هيدروجين NADH، أكونيتاز؛ تتركز هذه الإنزيمات المحتوية على الحديد بشكل رئيسي في الميتوكوندريا، وتلعب دورًا هامًا في عملية الفسفرة التأكسدية ونقل الإلكترونات. تحتوي هذه الإنزيمات على كمية ضئيلة جدًا من المعدن، ولا تؤثر على التوازن الكلي للحديد؛ إلا أن تركيبها يعتمد على إمداد الأنسجة بالحديد.
3. شكل نقل الحديد هو الترانسفيرين، اللاكتوفيرين، وهو ناقل حديد منخفض الوزن الجزيئي. يُعد الترانسفيرين البروتين الحديدي الناقل الرئيسي للبلازما. يحتوي هذا البروتين، من جزء بيتا غلوبولين، بوزن جزيئي يبلغ 86000، على موقعين نشطين، يمكن لكل منهما ربط ذرة Fe ³⁺ واحدة. يوجد عدد أكبر من مواقع ربط الحديد في البلازما مقارنةً بذرات الحديد، وبالتالي لا يوجد حديد حر فيها. يمكن للترانسفيرين أيضًا ربط أيونات معدنية أخرى - النحاس والمنغنيز والكروم - ولكن بانتقائية مختلفة، ويرتبط الحديد بشكل أساسي وبقوة أكبر. المكان الرئيسي لتخليق الترانسفيرين هو خلايا الكبد. مع زيادة مستوى الحديد المترسب في خلايا الكبد، ينخفض تخليق الترانسفيرين بشكل ملحوظ. الترانسفيرين، الذي يحمل الحديد، متعطش للخلايا الطبيعية والشبكية، وتعتمد كمية امتصاص المعدن على وجود مستقبلات حرة على سطح سلائف الكريات الحمر. يحتوي غشاء الخلايا الشبكية على مواقع ارتباط أقل بكثير للترانسفيرين مقارنةً بالخلايا الطلائية، مما يعني أن امتصاص الحديد ينخفض مع تقدم عمر الخلايا الكريات الحمراء. توفر ناقلات الحديد منخفضة الوزن الجزيئي نقل الحديد داخل الخلايا.
4. يوجد الحديد المترسب أو الاحتياطي أو الاحتياطي في شكلين: الفيريتين والهيموسيديرين. يتكون مركب الحديد الاحتياطي من بروتين أبوفيريتين، الذي تحيط جزيئاته بعدد كبير من ذرات الحديد. الفيريتين مركب بني اللون، قابل للذوبان في الماء، ويحتوي على 20% من الحديد. مع التراكم المفرط للحديد في الجسم، يزداد تخليق الفيريتين بشكل حاد. توجد جزيئات الفيريتين في جميع الخلايا تقريبًا، ولكن يوجد الكثير منها بشكل خاص في الكبد والطحال ونخاع العظم. يوجد الهيموسيديرين في الأنسجة كصبغة بنية حبيبية غير قابلة للذوبان في الماء. محتوى الحديد في الهيموسيديرين أعلى منه في الفيريتين - 40%. يرتبط التأثير الضار للهيموسيديرين في الأنسجة بتلف الليزوزومات وتراكم الجذور الحرة، مما يؤدي إلى موت الخلايا. في الشخص السليم، يكون 70% من الحديد الاحتياطي على شكل فيريتين، و30% على شكل هيموسيديرين. معدل استخدام الهيموسيديرين أقل بكثير من معدل استخدام الفيريتين. يمكن تقييم احتياطيات الحديد في الأنسجة بناءً على دراسات كيميائية نسيجية باستخدام طريقة تقييم شبه كمي. يُحسب عدد الخلايا الحديدية - وهي خلايا نووية كريات الدم الحمراء تحتوي على كميات مختلفة من حبيبات الحديد غير الهيمي. تكمن خصوصية توزيع الحديد في جسم الأطفال الصغار في ارتفاع نسبة الحديد في خلايا كريات الدم الحمراء وانخفاضها في الأنسجة العضلية.

يعتمد تنظيم توازن الحديد على مبادئ إعادة استخدام الحديد الداخلي بشكل شبه كامل والحفاظ على المستوى المطلوب بفضل الامتصاص في الجهاز الهضمي. يتراوح عمر النصف لإفراز الحديد بين 4 و6 سنوات.

[ 5 ]، [ 6 ]، [ 7 ]، [ 8 ]، [ 9 ]، [ 10 ]، [ 11 ]، [ 12 ]، [ 13 ]، [ 14 ]

امتصاص الحديد

يحدث الامتصاص بشكل رئيسي في الاثني عشر والجزء الأول من الصائم. في حالة نقص الحديد في الجسم، تمتد منطقة الامتصاص في الاتجاه البعيد. يحتوي النظام الغذائي اليومي عادةً على حوالي 10-20 ملغ من الحديد، ولكن يتم امتصاص 1-2 ملغ فقط في الجهاز الهضمي. يتجاوز امتصاص الحديد الهيمي بشكل كبير تناول الحديد غير العضوي. لا يوجد رأي واضح بشأن تأثير تكافؤ الحديد على امتصاصه في الجهاز الهضمي. يعتقد VI Nikulicheva (1993) أن Fe ²⁺ لا يتم امتصاصه عمليًا سواء في التركيزات الطبيعية أو الزائدة. وفقًا لمؤلفين آخرين، لا يعتمد امتصاص الحديد على تكافؤه. وقد ثبت أن العامل الحاسم ليس تكافؤ الحديد، ولكن قابليته للذوبان في الاثني عشر عند تفاعل قلوي. يشارك عصير المعدة وحمض الهيدروكلوريك في امتصاص الحديد، ويضمنان استعادة شكل الأكسيد (Fe ^H ) إلى شكل الأكسيد (Fe ²⁺ )، والتأين، وتكوين المكونات المتاحة للامتصاص، ولكن هذا ينطبق فقط على الحديد غير الهيمي وليس الآلية الرئيسية لتنظيم الامتصاص.

لا تعتمد عملية امتصاص حديد الهيم على إفراز المعدة. يُمتص حديد الهيم على شكل بنية بورفيرينية، وينفصل عن الهيم مُشكلاً حديدًا متأينًا في الغشاء المخاطي المعوي فقط. يُمتص الحديد بشكل أفضل من منتجات اللحوم (9-22%) التي تحتوي على حديد الهيم، بينما يُمتص بشكل أسوأ بكثير من المنتجات النباتية (0.4-5%) التي تحتوي على حديد غير هيمي. يُمتص الحديد من منتجات اللحوم بطرق مختلفة: يُمتص الحديد من الكبد بشكل أسوأ منه من اللحوم، لأن الحديد في الكبد يوجد على شكل هيموسيديرين وفيريتين. يُمكن أن يُقلل غلي الخضراوات في كمية كبيرة من الماء من محتوى الحديد بنسبة 20 %.

امتصاص الحديد من حليب الأم فريد من نوعه، على الرغم من انخفاض محتواه - 1.5 ملغم/لتر. كما أن حليب الأم يزيد من امتصاص الحديد من المنتجات الأخرى التي تُستهلك معه.

أثناء عملية الهضم، يدخل الحديد إلى الخلايا المعوية، ومنها ينتقل إلى بلازما الدم على طول تدرج التركيز. عند نقص الحديد في الجسم، يتسارع انتقاله من تجويف الجهاز الهضمي إلى البلازما. أما عند وجود فائض من الحديد في الجسم، فيُحتجز الجزء الأكبر منه في خلايا الغشاء المخاطي المعوي. تنتقل الخلايا المعوية، المحملة بالحديد، من قاعدة الزغابات المعوية إلى قمتها، وتُفقد مع الظهارة المتقشرة، مما يمنع دخول الفائض من المعدن إلى الجسم.

تتأثر عملية امتصاص الحديد في الجهاز الهضمي بعوامل مختلفة. فوجود الأكسالات والفيتات والفوسفات والتانين في الدواجن يقلل من امتصاص الحديد، إذ تُشكل هذه المواد مركبات مع الحديد وتُزيله من الجسم. في المقابل، تُعزز أحماض الأسكوربيك والسكسينيك والبيروفيك والفركتوز والسوربيتول والكحول امتصاص الحديد.

في البلازما، يرتبط الحديد بناقله، وهو الترانسفيرين. ينقل هذا البروتين الحديد بشكل رئيسي إلى نخاع العظم، حيث يخترق الحديد كريات الدم الحمراء، ويعود الترانسفيرين إلى البلازما. يدخل الحديد إلى الميتوكوندريا، حيث يحدث تخليق الهيم.

يمكن وصف المسار الإضافي للحديد من نخاع العظم على النحو التالي: أثناء انحلال الدم الفسيولوجي، يتم إطلاق 15-20 ملغ من الحديد يوميًا من كريات الدم الحمراء، والتي يتم استخدامها بواسطة الخلايا البلعمية البلعمية؛ ثم يذهب الجزء الرئيسي منها مرة أخرى إلى تخليق الهيموجلوبين وتبقى كمية صغيرة فقط في شكل حديد احتياطي في الخلايا البلعمية.

لا يُستخدم 30% من إجمالي محتوى الحديد في الجسم في تكوين كريات الدم الحمراء، بل يُخزَّن في مستودعات. يُخزَّن الحديد على شكل فيريتين وهيموسيديرين في الخلايا البرنشيمية، وخاصةً في الكبد والطحال. وعلى عكس الخلايا البلعمية، تستهلك الخلايا البرنشيمية الحديد ببطء شديد. يزداد استهلاك الخلايا البرنشيمية للحديد مع وجود فائض كبير من الحديد في الجسم، وفقر الدم الانحلالي، وفقر الدم اللاتنسجي، والفشل الكلوي، وينخفض مع النقص الحاد في المعادن. يزداد إطلاق الحديد من هذه الخلايا مع النزيف وينخفض مع نقل الدم.

ستكون الصورة العامة لاستقلاب الحديد في الجسم ناقصة إذا لم نأخذ في الاعتبار الحديد الموجود في الأنسجة. كمية الحديد التي تُشكل جزءًا من الإنزيمات الحديدية صغيرة - ١٢٥ ملغ فقط، ولكن من الصعب المبالغة في أهمية إنزيمات التنفس النسيجي: فبدونها، يستحيل على أي خلية أن تعيش. يسمح لنا احتياطي الحديد في الخلايا بتجنب الاعتماد المباشر على تخليق الإنزيمات المحتوية على الحديد لتقلبات تناوله واستهلاكه في الجسم.

[ 15 ]، [ 16 ]، [ 17 ]، [ 18 ]، [ 19 ]

الخسائر الفسيولوجية وخصائص استقلاب الحديد

يبلغ معدل فقدان الحديد الفسيولوجي من جسم الشخص البالغ حوالي 1 ملغ يوميًا. يُفقد الحديد مع تقشر ظهارة الجلد، والزوائد الجلدية، والعرق، والبول، والبراز، وتقشر ظهارة الأمعاء. أما لدى النساء، فيُفقد الحديد أيضًا مع الدم أثناء الحيض، والحمل، والولادة، والرضاعة، بما يتراوح بين 800 و1000 ملغ. يوضح الرسم البياني 3 استقلاب الحديد في الجسم. ومن الجدير بالذكر أن محتوى الحديد في المصل وتشبع الترانسفيرين يتغيران خلال النهار. تُلاحظ تركيزات عالية من الحديد في المصل في الصباح، وقيم منخفضة في المساء. يؤدي قلة النوم لدى الأشخاص إلى انخفاض تدريجي في محتوى الحديد في المصل.

يتأثر أيض الحديد في الجسم بالعناصر النزرة: النحاس، والكوبالت، والمنجنيز، والنيكل. يُعد النحاس ضروريًا لامتصاص الحديد ونقله، ويتحقق تأثيره من خلال إنزيم السيتوكروم أوكسيديز، والسيرولوبلازمين. أما تأثير المنجنيز على عملية تكوين الدم، فهو غير محدد، ويرتبط بقدرته العالية على الأكسدة.

ولكي نفهم لماذا يعتبر نقص الحديد أكثر شيوعاً لدى الأطفال الصغار والفتيات المراهقات والنساء في سن الإنجاب، دعونا نلقي نظرة على خصائص عملية التمثيل الغذائي للحديد في هذه المجموعات.

يحدث تراكم الحديد لدى الجنين طوال فترة الحمل، ولكنه يزداد بكثافة (40%) في الأشهر الثلاثة الأخيرة. لذلك، يؤدي خداج الشهر الأول إلى انخفاض في مخزون الحديد بمقدار 1.5-2 مرة مقارنةً بالأطفال المولودين في موعدهم. من المعروف أن الجنين يتمتع بتوازن حديد إيجابي، مما يتعارض مع تدرج التركيز لصالحه. تمتص المشيمة الحديد بكثافة أكبر من نخاع عظم المرأة الحامل، ولديها القدرة على امتصاص الحديد من هيموغلوبين الأم.

هناك بيانات متضاربة حول تأثير نقص الحديد لدى الأم على مخزون الحديد لدى الجنين. يعتقد بعض الباحثين أن نقص الحديد لدى الأم أثناء الحمل لا يؤثر على مخزون الحديد لدى الجنين، بينما يعتقد آخرون أن هناك علاقة مباشرة. يمكن افتراض أن انخفاض محتوى الحديد في جسم الأم يؤدي إلى نقص في مخزون الحديد لدى المولود الجديد. ومع ذلك، من غير المرجح حدوث فقر دم بسبب نقص الحديد الخلقي، حيث لا يختلف معدل حدوث فقر الدم بسبب نقص الحديد، ومستويات الهيموغلوبين، ومستوى الحديد في المصل في اليوم الأول بعد الولادة وخلال الأشهر الثلاثة إلى الستة التالية، بين الأطفال المولودين لأمهات سليمات والأمهات المصابات بفقر الدم بسبب نقص الحديد. يبلغ محتوى الحديد في جسم المولودين في موعدهم الطبيعي والخديج 75 ملغم/كغم.

على عكس البالغين، يجب على الحديد الغذائي عند الأطفال ليس فقط تعويض الخسائر الفسيولوجية لهذا العنصر الدقيق، بل يجب أيضًا تلبية احتياجات النمو، والتي تبلغ في المتوسط 0.5 ملغم/كغم يوميًا.

وبالتالي، فإن الشروط الأساسية لتطور نقص الحديد عند الأطفال الخدج، والأطفال من حالات الحمل المتعددة، والأطفال دون سن 3 سنوات هي:

• الاستنزاف السريع للاحتياطيات بسبب عدم تناول كمية كافية من الحديد من مصادر خارجية؛
• زيادة الحاجة إلى الحديد.

استقلاب الحديد لدى المراهقين

من سمات أيض الحديد لدى المراهقين، وخاصةً الفتيات، وجود تفاوت واضح بين الحاجة المتزايدة لهذا العنصر الدقيق وقلة تناوله. ومن أسباب هذا التفاوت: النمو السريع، وسوء التغذية، والأنشطة الرياضية، وغزارة الدورة الشهرية، وانخفاض مستوى الحديد في البداية.

عند النساء في سن الإنجاب، فإن العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى تطور نقص الحديد في الجسم هي الحيض الغزير والمطول والحمل المتعدد. تبلغ الحاجة اليومية للحديد للنساء اللاتي يفقدن 30-40 مل من الدم أثناء الحيض 1.5-1.7 ملغ/يوم. مع فقدان المزيد من الدم، تزداد الحاجة إلى الحديد إلى 2.5-3 ملغ/يوم. في الواقع، يمكن أن يدخل 1.8-2 ملغ/يوم فقط عبر الجهاز الهضمي، أي أنه لا يمكن تعويض 0.5-1 ملغ/يوم من الحديد. وبالتالي، سيكون نقص العناصر الدقيقة 15-20 ملغ شهريًا، و180-240 ملغ سنويًا، و1.8-2.4 غرام لكل 10 سنوات، أي أن هذا النقص يتجاوز محتوى الحديد الاحتياطي في الجسم. بالإضافة إلى ذلك، فإن عدد حالات الحمل والفاصل الزمني بينها ومدة الرضاعة عوامل مهمة لتطور نقص الحديد لدى المرأة.