Eisenstoffwechsel im Körper

Normalerweise enthält der Körper eines gesunden Erwachsenen etwa 3–5 g Eisen, daher kann Eisen als Mikroelement eingestuft werden. Eisen ist im Körper ungleichmäßig verteilt. Ungefähr 2/3 des Eisens sind im Hämoglobin der roten Blutkörperchen enthalten – dies ist der zirkulierende Eisenfonds (oder Eisenpool). Bei Erwachsenen beträgt dieser Pool 2–2,5 g, bei termingerecht geborenen Neugeborenen 0,3–0,4 g und bei Frühgeborenen 0,1–0,2 g. Myoglobin enthält relativ viel Eisen: 0,1 g bei Männern und 0,05–0,07 g bei Frauen. Der menschliche Körper enthält mehr als 70 Proteine und Enzyme, zu denen auch Eisen gehört (z. B. Transferrin, Lactoferrin). Die Gesamtmenge an Eisen in ihnen beträgt 0,05–0,07 g. Der vom Transportprotein Transferrin transportierte Eisen macht etwa 1 % aus (Eisentransportfonds). Eisenreserven (Depot, Reservefonds), die etwa 1/3 des gesamten Eisens im menschlichen Körper ausmachen, sind für die medizinische Praxis äußerst wichtig. Folgende Organe erfüllen die Depotfunktion:

• Leber;
• Milz;
• Knochenmark;
• Gehirn.

Eisen ist im Depot in Form von Ferritin enthalten. Die Eisenmenge im Depot kann durch Bestimmung der SF-Konzentration charakterisiert werden. SF ist heute der einzige international anerkannte Marker für Eisenreserven. Das Endprodukt des Eisenstoffwechsels ist Hämosiderin, das im Gewebe abgelagert wird.

Eisen ist der wichtigste Cofaktor der Enzyme der mitochondrialen Atmungskette, des Citratzyklus und der DNA-Synthese, es spielt eine bedeutende Rolle bei der Bindung und dem Transport von Sauerstoff durch Hämoglobin und Myoglobin; eisenhaltige Proteine sind für den Stoffwechsel von Kollagen, Katecholaminen und Tyrosin notwendig. Durch die katalytische Wirkung des Eisens bei der Reaktion Fe2 ^* <--> Fe3 ^bildet freies, nicht chelatisiertes Eisen Hydroxylradikale, die zu Schäden an den Zellmembranen und zum Zelltod führen können. Im Laufe der Evolution wurde der Schutz vor der schädlichen Wirkung des freien Eisens durch die Bildung spezialisierter Moleküle gelöst, die für die Aufnahme von Eisen aus der Nahrung, seine Aufnahme, seinen Transport und seine Ablagerung in einer nicht-toxischen, löslichen Form sorgen. Transport und Ablagerung des Eisens erfolgen durch spezielle Proteine: Transferrin, Transferrinrezeptor, Ferritin. Die Synthese dieser Proteine wird durch einen speziellen Mechanismus reguliert und hängt von den Bedürfnissen des Körpers ab.

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Der Eisenstoffwechsel eines gesunden Menschen ist in einem Kreislauf geschlossen.

Täglich verliert der Mensch etwa 1 mg Eisen über Körperflüssigkeiten und abgeschupptes Epithel des Magen-Darm-Trakts. Genau die gleiche Menge kann im Magen-Darm-Trakt über die Nahrung aufgenommen werden. Es versteht sich von selbst, dass Eisen nur über die Nahrung aufgenommen wird. Somit geht täglich 1 mg Eisen verloren und 1 mg wird resorbiert. Bei der Zerstörung alter Erythrozyten wird Eisen freigesetzt, das von Makrophagen verwertet und für den Aufbau von Häm wiederverwendet wird. Der Körper verfügt über einen speziellen Mechanismus zur Eisenaufnahme, die jedoch passiv ausgeschieden wird, d. h. es gibt keinen physiologischen Mechanismus zur Eisenausscheidung. Wenn die Aufnahme von Eisen aus der Nahrung den Bedarf des Körpers nicht deckt, tritt daher unabhängig von der Ursache ein Eisenmangel auf.

Verteilung von Eisen im Körper

1. 70 % der gesamten Eisenmenge im Körper sind Bestandteil von Hämoproteinen; dies sind Verbindungen, in denen Eisen an Porphyrin gebunden ist. Der Hauptvertreter dieser Gruppe ist Hämoglobin (58 % Eisen); außerdem umfasst diese Gruppe Myoglobin (8 % Eisen), Cytochrome, Peroxidasen und Katalasen (4 % Eisen).
2. Eine Gruppe von Nicht-Häm-Enzymen – Xanthinoxidase, NADH-Dehydrogenase, Aconitase; diese eisenhaltigen Enzyme sind hauptsächlich in den Mitochondrien lokalisiert und spielen eine wichtige Rolle bei der oxidativen Phosphorylierung und dem Elektronentransport. Sie enthalten sehr wenig Metall und beeinflussen den Eisenhaushalt nicht; ihre Synthese hängt jedoch von der Eisenversorgung des Gewebes ab.
3. Die Transportform von Eisen ist Transferrin, Lactoferrin, ein niedermolekularer Eisenträger. Das wichtigste Transportferroprotein des Plasmas ist Transferrin. Dieses Protein der Beta-Globulin-Fraktion mit einem Molekulargewicht von 86.000 hat 2 aktive Stellen, von denen jede ein Fe ³⁺ -Atom binden kann. Im Plasma gibt es mehr Eisenbindungsstellen als Eisenatome, daher ist kein freies Eisen darin enthalten. Transferrin kann auch andere Metallionen binden – Kupfer, Mangan, Chrom, jedoch mit unterschiedlicher Selektivität, und Eisen wird primär und fester gebunden. Der Hauptort der Transferrinsynthese sind Leberzellen. Mit zunehmender Eisenablagerung in Hepatozyten nimmt die Transferrinsynthese merklich ab. Transferrin, das Eisen transportiert, ist begierig auf Normozyten und Retikulozyten, und die Menge der Metallabsorption hängt vom Vorhandensein freier Rezeptoren auf der Oberfläche der Erythrozytenvorläufer ab. Die Membran des Retikulozyten besitzt deutlich weniger Bindungsstellen für Transferrin als die des Pronormozyten, sodass mit zunehmendem Alter der Erythrozyten die Eisenaufnahme abnimmt. Niedermolekulare Eisenträger sorgen für den intrazellulären Eisentransport.
4. Abgelagertes Reserve- oder Ersatzeisen kann in zwei Formen vorliegen – Ferritin und Hämosiderin. Die Reserveeisenverbindung besteht aus dem Protein Apoferritin, dessen Moleküle eine große Anzahl von Eisenatomen umgeben. Ferritin ist eine braune, wasserlösliche Verbindung mit 20 % Eisen. Bei übermäßiger Eisenansammlung im Körper steigt die Ferritinsynthese stark an. Ferritinmoleküle sind in fast allen Zellen vorhanden, besonders viele davon jedoch in Leber, Milz und Knochenmark. Hämosiderin kommt in Geweben als braunes, körniges, wasserunlösliches Pigment vor. Der Eisengehalt in Hämosiderin ist höher als in Ferritin – 40 %. Die schädigende Wirkung von Hämosiderin in Geweben ist mit einer Schädigung der Lysosomen und der Ansammlung freier Radikale verbunden, die zum Zelltod führen. Bei einem gesunden Menschen liegen 70 % des Reserveeisens in Form von Ferritin und 30 % in Form von Hämosiderin vor. Die Hämosiderinverwertung ist deutlich geringer als die von Ferritin. Die Eisenreserven im Gewebe können anhand histochemischer Untersuchungen mittels einer semiquantitativen Methode bestimmt werden. Die Anzahl der Sideroblasten wird gezählt – nukleäre Erythrozytenzellen, die unterschiedliche Mengen an Nicht-Häm-Eisengranulat enthalten. Die Besonderheit der Eisenverteilung im Körper von Kleinkindern besteht darin, dass sie einen höheren Eisengehalt in Erythrozyten und weniger Eisen im Muskelgewebe aufweisen.

Die Regulierung des Eisenhaushalts basiert auf den Prinzipien der nahezu vollständigen Wiederverwendung von endogenem Eisen und der Aufrechterhaltung des erforderlichen Eisenspiegels durch Resorption im Magen-Darm-Trakt. Die Halbwertszeit der Eisenausscheidung beträgt 4–6 Jahre.

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Eisenaufnahme

Die Resorption erfolgt hauptsächlich im Duodenum und im Anfangsabschnitt des Jejunums. Bei Eisenmangel im Körper erstreckt sich die Resorptionszone nach distal. Die tägliche Nahrung enthält üblicherweise etwa 10–20 mg Eisen, aber nur 1–2 mg werden im Magen-Darm-Trakt resorbiert. Die Resorption von Hämeisen übersteigt die Aufnahme von anorganischem Eisen deutlich. Über den Einfluss der Eisenvalenz auf die Resorption im Magen-Darm-Trakt gibt es keine eindeutige Meinung. VI Nikulicheva (1993) glaubt, dass Fe ²⁺ weder in normalen noch in übermäßigen Konzentrationen praktisch nicht resorbiert wird. Anderen Autoren zufolge hängt die Eisenresorption nicht von seiner Valenz ab. Es wurde festgestellt, dass nicht die Valenz des Eisens, sondern seine Löslichkeit im Duodenum bei einer alkalischen Reaktion der entscheidende Faktor ist. Magensaft und Salzsäure sind an der Eisenaufnahme beteiligt, sorgen für die Rückverwandlung der Oxidform (Fe ^H ) in die Oxidform (Fe ²⁺ ), die Ionisierung und die Bildung resorptionsfähiger Komponenten, dies gilt jedoch nur für Nicht-Häm-Eisen und ist nicht der Hauptmechanismus zur Regulierung der Aufnahme.

Der Absorptionsprozess von Hämeisen ist unabhängig von der Magensekretion. Hämeisen wird in Form einer Porphyrinstruktur aufgenommen und spaltet sich erst in der Darmschleimhaut vom Häm ab und bildet ionisiertes Eisen. Eisen wird besser aus Fleischprodukten (9–22 %) mit Hämeisen aufgenommen, deutlich schlechter aus pflanzlichen Produkten (0,4–5 %), die Nicht-Hämeisen enthalten. Die Eisenaufnahme aus Fleischprodukten erfolgt auf unterschiedliche Weise: Eisen wird aus der Leber schlechter aufgenommen als aus Fleisch, da Eisen in der Leber in Form von Hämosiderin und Ferritin vorliegt. Das Kochen von Gemüse in viel Wasser kann den Eisengehalt um 20 % senken.

Die Aufnahme von Eisen aus der Muttermilch ist einzigartig, obwohl der Eisengehalt mit 1,5 mg/l gering ist. Darüber hinaus erhöht Muttermilch die Aufnahme von Eisen aus anderen gleichzeitig konsumierten Produkten.

Während der Verdauung gelangt Eisen in die Enterozyten, von wo es entlang des Konzentrationsgradienten ins Blutplasma gelangt. Bei Eisenmangel beschleunigt sich der Eisentransport vom Lumen des Magen-Darm-Trakts ins Plasma. Bei Eisenüberschuss im Körper verbleibt der Großteil des Eisens in den Zellen der Darmschleimhaut. Die mit Eisen beladenen Enterozyten wandern von der Basis zur Spitze der Zotte und gehen mit dem abgeschuppten Epithel verloren, wodurch überschüssiges Metall nicht in den Körper gelangt.

Die Eisenaufnahme im Magen-Darm-Trakt wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Oxalate, Phytate, Phosphate und Tannine in Geflügel verringern die Eisenaufnahme, da diese Substanzen Komplexe mit Eisen bilden und es aus dem Körper entfernen. Ascorbinsäure, Bernsteinsäure, Brenztraubensäure, Fruktose, Sorbit und Alkohol hingegen fördern die Eisenaufnahme.

Im Plasma bindet Eisen an seinen Trägerstoff Transferrin. Dieses Protein transportiert Eisen hauptsächlich zum Knochenmark, wo es in die Erythrozyten eindringt und Transferrin ins Plasma zurückkehrt. Eisen gelangt in die Mitochondrien, wo die Hämsynthese stattfindet.

Der weitere Weg des Eisens aus dem Knochenmark lässt sich wie folgt beschreiben: Bei der physiologischen Hämolyse werden aus den Erythrozyten täglich 15–20 mg Eisen freigesetzt, das von phagozytierenden Makrophagen verwertet wird; der Hauptteil davon fließt dann wieder in die Hämoglobinsynthese und nur ein geringer Anteil verbleibt als Reserveeisen in den Makrophagen.

30 % des gesamten Eisengehalts im Körper werden nicht für die Erythropoese verwendet, sondern in Depots abgelagert. Eisen in Form von Ferritin und Hämosiderin wird in Parenchymzellen gespeichert, hauptsächlich in Leber und Milz. Im Gegensatz zu Makrophagen verbrauchen Parenchymzellen Eisen sehr langsam. Die Eisenaufnahme durch Parenchymzellen steigt bei signifikantem Eisenüberschuss im Körper, hämolytischer Anämie, aplastischer Anämie und Nierenversagen an und sinkt bei schwerem Metallmangel. Die Eisenfreisetzung aus diesen Zellen steigt bei Blutungen an und sinkt bei Bluttransfusionen.

Das Gesamtbild des Eisenstoffwechsels im Körper ist unvollständig, wenn wir das Eisen im Gewebe nicht berücksichtigen. Die Eisenmenge, die Bestandteil von Ferroenzymen ist, ist gering – nur 125 mg. Die Bedeutung der Enzyme der Gewebeatmung kann jedoch kaum überschätzt werden: Ohne sie wäre das Leben jeder Zelle unmöglich. Die Eisenreserve in den Zellen ermöglicht es uns, die direkte Abhängigkeit der Synthese eisenhaltiger Enzyme von Schwankungen in der Aufnahme und im Verbrauch im Körper zu vermeiden.

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Physiologische Verluste und Merkmale des Eisenstoffwechsels

Der physiologische Eisenverlust eines Erwachsenen beträgt etwa 1 mg pro Tag. Eisen geht durch die Ablösung des Hautepithels, der Epidermisanhänge, Schweiß, Urin, Kot und die Ablösung des Darmepithels verloren. Bei Frauen kommt es während der Menstruation, Schwangerschaft, Geburt und Stillzeit auch zu einem Eisenverlust von etwa 800–1000 mg über das Blut. Der Eisenstoffwechsel im Körper ist in Diagramm 3 dargestellt. Interessant ist, dass sich der Eisengehalt im Serum und die Transferrinsättigung im Tagesverlauf ändern. Hohe Eisenkonzentrationen im Serum werden morgens und niedrige Werte abends beobachtet. Schlafentzug führt bei Menschen zu einem allmählichen Abfall des Serumeisengehalts.

Der Eisenstoffwechsel im Körper wird durch Spurenelemente beeinflusst: Kupfer, Kobalt, Mangan und Nickel. Kupfer ist für die Aufnahme und den Transport von Eisen notwendig; seine Wirkung wird durch Cytochromoxidase und Coeruloplasmin erzielt. Die Wirkung von Mangan auf den Prozess der Hämatopoese ist unspezifisch und hängt mit seiner hohen Oxidationskapazität zusammen.

Um zu verstehen, warum Eisenmangel am häufigsten bei Kleinkindern, heranwachsenden Mädchen und Frauen im gebärfähigen Alter auftritt, sehen wir uns die Merkmale des Eisenstoffwechsels in diesen Gruppen an.

Die Eisenansammlung im Fötus erfolgt während der gesamten Schwangerschaft, am stärksten jedoch (40 %) im letzten Trimester. Daher führt eine Frühgeburt von 1–2 Monaten zu einer 1,5–2-fachen Verringerung der Eisenzufuhr im Vergleich zu termingerecht geborenen Kindern. Es ist bekannt, dass der Fötus eine positive Eisenbilanz aufweist, die dem Konzentrationsgradienten zu Gunsten des Fötus entgegenwirkt. Die Plazenta nimmt Eisen intensiver auf als das Knochenmark der Schwangeren und kann Eisen aus dem Hämoglobin der Mutter aufnehmen.

Es gibt widersprüchliche Daten zu den Auswirkungen von mütterlichem Eisenmangel auf die fetalen Eisenspeicher. Einige Autoren glauben, dass Sideropenie in der Schwangerschaft die fetalen Eisenspeicher nicht beeinflusst; andere glauben, dass ein direkter Zusammenhang besteht. Es ist anzunehmen, dass eine Abnahme des Eisengehalts im Körper der Mutter zu einem Mangel an Eisenspeichern beim Neugeborenen führt. Die Entwicklung einer Eisenmangelanämie aufgrund eines angeborenen Eisenmangels ist jedoch unwahrscheinlich, da sich die Häufigkeit von Eisenmangelanämie, Hämoglobinspiegeln und Serumeisen am ersten Tag nach der Geburt und in den folgenden 3-6 Monaten bei Kindern gesunder Mütter und Müttern mit Eisenmangelanämie nicht unterscheidet. Der Eisengehalt im Körper eines termingerecht geborenen und eines Frühgeborenen beträgt 75 mg/kg.

Im Gegensatz zu Erwachsenen muss das Nahrungseisen bei Kindern nicht nur die physiologischen Verluste dieses Mikroelements ausgleichen, sondern auch den Wachstumsbedarf decken, der im Durchschnitt bei 0,5 mg/kg pro Tag liegt.

Die wichtigsten Voraussetzungen für die Entstehung eines Eisenmangels bei Frühgeborenen, Kindern aus Mehrlingsschwangerschaften und Kindern unter 3 Jahren sind daher:

• schnelle Erschöpfung der Reserven aufgrund unzureichender exogener Eisenzufuhr;
• erhöhter Eisenbedarf.

Eisenstoffwechsel bei Jugendlichen

Ein Merkmal des Eisenstoffwechsels bei Jugendlichen, insbesondere bei Mädchen, ist eine ausgeprägte Diskrepanz zwischen dem erhöhten Bedarf an diesem Spurenelement und seiner geringen Aufnahme in den Körper. Die Gründe für diese Diskrepanz sind: schnelles Wachstum, schlechte Ernährung, sportliche Aktivitäten, starke Menstruation und ein anfänglich niedriger Eisenspiegel.

Bei Frauen im gebärfähigen Alter sind starke und verlängerte Menstruation sowie Mehrlingsschwangerschaften die Hauptfaktoren, die zur Entwicklung eines Eisenmangels im Körper führen. Der tägliche Eisenbedarf für Frauen, die während der Menstruation 30–40 ml Blut verlieren, beträgt 1,5–1,7 mg/Tag. Bei stärkerem Blutverlust steigt der Eisenbedarf auf 2,5–3 mg/Tag. Tatsächlich können nur 1,8–2 mg/Tag über den Magen-Darm-Trakt gelangen, d. h. 0,5–1 mg/Tag Eisen können nicht wieder aufgefüllt werden. Somit beträgt der Mikroelementmangel 15–20 mg pro Monat, 180–240 mg pro Jahr, 1,8–2,4 g pro 10 Jahre, d. h. dieser Mangel übersteigt den Eisenreservegehalt des Körpers. Darüber hinaus sind die Anzahl der Schwangerschaften, der Abstand zwischen ihnen und die Dauer der Stillzeit für die Entwicklung eines Eisenmangels bei einer Frau wichtig