Metabolisme zat besi dalam tubuh

Normalnya, tubuh orang dewasa yang sehat mengandung sekitar 3-5 g zat besi, dengan demikian, zat besi dapat digolongkan sebagai unsur mikro. Zat besi didistribusikan secara tidak merata di dalam tubuh. Sekitar 2/3 zat besi terkandung dalam hemoglobin sel darah merah - ini adalah dana sirkulasi (atau kumpulan) zat besi. Pada orang dewasa, kumpulan ini adalah 2-2,5 g, pada bayi baru lahir cukup bulan - 0,3-0,4 g, dan pada bayi baru lahir prematur - 0,1-0,2 g. Zat besi yang relatif banyak terkandung dalam mioglobin: 0,1 g pada pria dan 0,05-0,07 g pada wanita. Tubuh manusia mengandung lebih dari 70 protein dan enzim, yang meliputi zat besi (misalnya, transferin, laktoferin), jumlah total zat besi di dalamnya adalah 0,05-0,07 g. Zat besi yang diangkut oleh protein pengangkut transferin membentuk sekitar 1% (dana pengangkut zat besi). Cadangan zat besi (depot, dana cadangan), yang merupakan sekitar 1/3 dari semua zat besi dalam tubuh manusia, sangat penting untuk praktik medis. Organ-organ berikut melakukan fungsi depot:

• hati;
• limpa;
• sumsum tulang belakang;
• otak.

Zat besi terkandung dalam depot dalam bentuk feritin. Jumlah zat besi dalam depot dapat dicirikan dengan menentukan konsentrasi SF. Saat ini, SF merupakan satu-satunya penanda cadangan zat besi yang diakui secara internasional. Produk akhir metabolisme zat besi adalah hemosiderin, yang disimpan dalam jaringan.

Besi merupakan kofaktor terpenting dari enzim-enzim rantai respirasi mitokondria, siklus sitrat, sintesis DNA, ia berperan penting dalam pengikatan dan pengangkutan oksigen oleh hemoglobin dan mioglobin; protein yang mengandung besi diperlukan untuk metabolisme kolagen, katekolamin, tirosin. Karena aksi katalitik besi dalam reaksi Fe ² * <--> Fe ³, besi bebas non-kelat membentuk radikal hidroksil yang dapat menyebabkan kerusakan pada membran sel dan kematian sel. Dalam proses evolusi, perlindungan dari efek merusak besi bebas dipecahkan dengan membentuk molekul khusus untuk penyerapan besi dari makanan, penyerapannya, pengangkutannya dan pengendapannya dalam bentuk larut yang tidak beracun. Pengangkutan dan pengendapan besi dilakukan oleh protein khusus: transferin, reseptor transferin, feritin. Sintesis protein-protein ini diatur oleh mekanisme khusus dan bergantung pada kebutuhan tubuh.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Metabolisme zat besi pada orang sehat adalah suatu siklus tertutup

Setiap hari, seseorang kehilangan sekitar 1 mg zat besi dengan cairan biologis dan epitel deskuamasi saluran gastrointestinal. Jumlah yang persis sama dapat diserap di saluran gastrointestinal dari makanan. Harus dipahami dengan jelas bahwa zat besi masuk ke dalam tubuh hanya dengan makanan. Jadi, setiap hari 1 mg zat besi hilang dan 1 mg diserap. Dalam proses penghancuran eritrosit tua, zat besi dilepaskan, yang digunakan oleh makrofag dan digunakan kembali dalam pembangunan heme. Tubuh memiliki mekanisme khusus untuk penyerapan zat besi, tetapi diekskresikan secara pasif, yaitu, tidak ada mekanisme fisiologis untuk ekskresi zat besi. Oleh karena itu, jika penyerapan zat besi dari makanan tidak memenuhi kebutuhan tubuh, kekurangan zat besi terjadi terlepas dari penyebabnya.

Distribusi zat besi dalam tubuh

1. 70% dari jumlah total zat besi dalam tubuh merupakan bagian dari hemoprotein; ini adalah senyawa yang zat besinya terikat pada porfirin. Perwakilan utama kelompok ini adalah hemoglobin (58% zat besi); selain itu, kelompok ini meliputi mioglobin (8% zat besi), sitokrom, peroksidase, katalase (4% zat besi).
2. Sekelompok enzim nonheme - xantin oksidase, NADH dehidrogenase, akonitase; enzim yang mengandung zat besi ini terlokalisasi terutama di mitokondria, memainkan peran penting dalam proses fosforilasi oksidatif, transpor elektron. Enzim ini mengandung sangat sedikit logam dan tidak memengaruhi keseimbangan zat besi secara keseluruhan; namun, sintesisnya bergantung pada pasokan zat besi ke jaringan.
3. Bentuk transpor zat besi adalah transferin, laktoferin, pembawa zat besi dengan berat molekul rendah. Feroprotein transpor utama plasma adalah transferin. Protein fraksi beta-globulin dengan berat molekul 86.000 ini memiliki 2 situs aktif, yang masing-masing dapat mengikat satu atom Fe ³⁺. Ada lebih banyak situs pengikatan zat besi dalam plasma daripada atom besi, dan dengan demikian tidak ada zat besi bebas di dalamnya. Transferin juga dapat mengikat ion logam lainnya - tembaga, mangan, kromium, tetapi dengan selektivitas yang berbeda, dan zat besi terikat terutama dan lebih kuat. Tempat utama sintesis transferin adalah sel hati. Dengan peningkatan kadar zat besi yang disimpan dalam hepatosit, sintesis transferin berkurang secara nyata. Transferin, yang membawa zat besi, sangat disukai normosit dan retikulosit, dan jumlah penyerapan logam bergantung pada keberadaan reseptor bebas pada permukaan prekursor eritroid. Membran retikulosit memiliki tempat pengikatan transferin yang jauh lebih sedikit daripada pronormosit, yang berarti penyerapan zat besi menurun seiring bertambahnya usia sel eritroid. Pembawa zat besi dengan molekul rendah menyediakan transportasi zat besi intraseluler.
4. Zat besi yang diendapkan, cadangan, atau zat besi cadangan dapat berada dalam dua bentuk - feritin dan hemosiderin. Senyawa zat besi cadangan terdiri dari protein apoferritin, yang molekulnya mengelilingi sejumlah besar atom besi. Ferritin adalah senyawa berwarna cokelat, larut dalam air, mengandung 20% zat besi. Dengan akumulasi zat besi yang berlebihan dalam tubuh, sintesis feritin meningkat tajam. Molekul feritin terdapat di hampir semua sel, tetapi jumlahnya sangat banyak di hati, limpa, sumsum tulang. Hemosiderin terdapat di jaringan sebagai pigmen berwarna cokelat, granular, dan tidak larut dalam air. Kandungan zat besi dalam hemosiderin lebih tinggi daripada dalam feritin - 40%. Efek merusak hemosiderin dalam jaringan dikaitkan dengan kerusakan lisosom, akumulasi radikal bebas, yang menyebabkan kematian sel. Pada orang yang sehat, 70% zat besi cadangan dalam bentuk feritin, dan 30% dalam bentuk hemosiderin. Tingkat pemanfaatan hemosiderin secara signifikan lebih rendah daripada feritin. Cadangan zat besi dalam jaringan dapat dinilai berdasarkan studi histokimia menggunakan metode penilaian semi-kuantitatif. Jumlah sideroblas dihitung - sel eritroid nuklir yang mengandung sejumlah granula zat besi non-heme yang berbeda. Keunikan distribusi zat besi dalam tubuh anak kecil adalah bahwa mereka memiliki kandungan zat besi yang lebih tinggi dalam sel eritroid dan lebih sedikit zat besi dalam jaringan otot.

Pengaturan keseimbangan zat besi didasarkan pada prinsip pemanfaatan kembali zat besi endogen yang hampir lengkap dan pemeliharaan kadar yang dibutuhkan melalui penyerapan di saluran pencernaan. Waktu paruh ekskresi zat besi adalah 4-6 tahun.

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

Penyerapan zat besi

Penyerapan terjadi terutama di duodenum dan bagian awal jejunum. Dalam kasus kekurangan zat besi dalam tubuh, zona penyerapan meluas ke arah distal. Makanan sehari-hari biasanya mengandung sekitar 10-20 mg zat besi, tetapi hanya 1-2 mg yang diserap di saluran pencernaan. Penyerapan zat besi heme secara signifikan melebihi asupan zat besi anorganik. Tidak ada pendapat yang jelas mengenai pengaruh valensi zat besi terhadap penyerapannya di saluran pencernaan. VI Nikulicheva (1993) percaya bahwa Fe ²⁺ praktis tidak diserap baik pada konsentrasi normal maupun pada konsentrasi berlebih. Menurut penulis lain, penyerapan zat besi tidak bergantung pada valensinya. Telah ditetapkan bahwa faktor penentu bukanlah valensi zat besi, tetapi kelarutannya dalam duodenum pada reaksi basa. Cairan lambung dan asam klorida berperan dalam penyerapan zat besi, memastikan pemulihan bentuk oksida (Fe ^H ) menjadi bentuk oksida (Fe ²⁺ ), ionisasi, dan pembentukan komponen yang tersedia untuk penyerapan, tetapi ini hanya berlaku untuk zat besi non-heme dan bukan mekanisme utama untuk mengatur penyerapan.

Proses penyerapan zat besi heme tidak bergantung pada sekresi lambung. Zat besi heme diserap dalam bentuk struktur porfirin dan hanya di mukosa usus zat besi tersebut terpisah dari heme dan membentuk zat besi terionisasi. Zat besi lebih baik diserap dari produk daging (9-22%) yang mengandung zat besi heme, dan jauh lebih buruk dari produk nabati (0,4-5%), yang mengandung zat besi non-heme. Zat besi diserap dari produk daging dengan cara yang berbeda: zat besi diserap lebih buruk dari hati daripada dari daging, karena zat besi di hati terkandung dalam bentuk hemosiderin dan feritin. Merebus sayuran dalam sejumlah besar air dapat mengurangi kandungan zat besi hingga 20 %.

Penyerapan zat besi dari ASI tergolong unik, meski kandungannya rendah, yakni 1,5 mg/l. Selain itu, ASI meningkatkan penyerapan zat besi dari produk lain yang dikonsumsi bersamaan.

Selama proses pencernaan, zat besi memasuki enterosit, dari sana zat besi masuk ke plasma darah sepanjang gradien konsentrasi. Ketika terjadi kekurangan zat besi dalam tubuh, pemindahan zat besi dari lumen saluran pencernaan ke plasma akan semakin cepat. Ketika terjadi kelebihan zat besi dalam tubuh, sebagian besar zat besi akan tertahan di sel-sel mukosa usus. Enterosit yang terisi zat besi akan bergerak dari dasar ke bagian atas vili dan hilang bersama epitel yang mengalami deskuamasi, yang mencegah masuknya logam berlebih ke dalam tubuh.

Proses penyerapan zat besi di saluran pencernaan dipengaruhi oleh berbagai faktor. Keberadaan oksalat, fitat, fosfat, dan tanin pada unggas dapat mengurangi penyerapan zat besi, karena zat-zat ini membentuk kompleks dengan zat besi dan mengeluarkannya dari tubuh. Sebaliknya, asam askorbat, suksinat, dan piruvat, fruktosa, sorbitol, dan alkohol meningkatkan penyerapan zat besi.

Dalam plasma, zat besi terikat pada pembawanya, transferin. Protein ini mengangkut zat besi terutama ke sumsum tulang, tempat zat besi menembus ke dalam eritrosit, dan transferin kembali ke plasma. Zat besi memasuki mitokondria, tempat sintesis heme terjadi.

Jalur selanjutnya zat besi dari sumsum tulang dapat dijelaskan sebagai berikut: selama hemolisis fisiologis, 15-20 mg zat besi per hari dilepaskan dari eritrosit, yang digunakan oleh makrofag fagosit; kemudian bagian utamanya kembali digunakan untuk sintesis hemoglobin dan hanya sejumlah kecil yang tersisa dalam bentuk zat besi cadangan di makrofag.

30% dari total kandungan zat besi dalam tubuh tidak digunakan untuk eritropoiesis, tetapi disimpan dalam depot. Zat besi dalam bentuk feritin dan hemosiderin disimpan dalam sel parenkim, terutama di hati dan limpa. Tidak seperti makrofag, sel parenkim mengonsumsi zat besi dengan sangat lambat. Asupan zat besi oleh sel parenkim meningkat dengan kelebihan zat besi yang signifikan dalam tubuh, anemia hemolitik, anemia aplastik, gagal ginjal, dan menurun dengan defisiensi logam berat. Pelepasan zat besi dari sel-sel ini meningkat dengan perdarahan dan menurun dengan transfusi darah.

Gambaran keseluruhan metabolisme zat besi dalam tubuh tidak akan lengkap jika kita tidak memperhitungkan zat besi jaringan. Jumlah zat besi yang merupakan bagian dari feroenzim kecil - hanya 125 mg, tetapi pentingnya enzim respirasi jaringan sulit ditaksir terlalu tinggi: tanpa mereka, kehidupan sel apa pun tidak akan mungkin terjadi. Cadangan zat besi dalam sel memungkinkan kita untuk menghindari ketergantungan langsung sintesis enzim yang mengandung zat besi pada fluktuasi asupan dan pengeluarannya dalam tubuh.

[ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ]

Kerugian fisiologis dan ciri-ciri metabolisme zat besi

Kehilangan zat besi fisiologis dari tubuh orang dewasa sekitar 1 mg per hari. Zat besi hilang bersama epitel kulit yang mengelupas, pelengkap epidermis, keringat, urin, feses, dan epitel usus yang mengelupas. Pada wanita, zat besi juga hilang bersama darah selama menstruasi, kehamilan, persalinan, dan menyusui, yaitu sekitar 800-1000 mg. Metabolisme zat besi dalam tubuh ditunjukkan pada diagram 3. Menarik untuk dicatat bahwa kandungan zat besi dalam serum dan saturasi transferin berubah sepanjang hari. Konsentrasi zat besi yang tinggi dalam serum diamati pada pagi hari dan nilai yang rendah pada malam hari. Kurang tidur pada orang-orang menyebabkan penurunan bertahap dalam kandungan zat besi dalam serum.

Metabolisme zat besi dalam tubuh dipengaruhi oleh unsur-unsur jejak: tembaga, kobalt, mangan, nikel. Tembaga diperlukan untuk penyerapan dan pengangkutan zat besi; efeknya terwujud melalui sitokrom oksidase, seruloplasmin. Efek mangan pada proses hematopoiesis bersifat non-spesifik dan dikaitkan dengan kapasitas oksidasinya yang tinggi.

Untuk memahami mengapa kekurangan zat besi paling umum terjadi pada anak kecil, gadis remaja, dan wanita usia subur, mari kita lihat karakteristik metabolisme zat besi pada kelompok ini.

Penumpukan zat besi pada janin terjadi sepanjang kehamilan, tetapi paling intensif (40%) pada trimester terakhir. Oleh karena itu, kelahiran prematur 1-2 bulan menyebabkan penurunan pasokan zat besi sebanyak 1,5-2 kali lipat dibandingkan dengan bayi cukup bulan. Diketahui bahwa janin memiliki keseimbangan zat besi positif, yang melawan gradien konsentrasi demi kepentingan janin. Plasenta lebih intensif menangkap zat besi daripada sumsum tulang wanita hamil, dan memiliki kemampuan untuk menyerap zat besi dari hemoglobin ibu.

Terdapat data yang saling bertentangan tentang dampak kekurangan zat besi ibu terhadap simpanan zat besi janin. Beberapa penulis percaya bahwa sideropenia pada kehamilan tidak memengaruhi simpanan zat besi janin; yang lain percaya bahwa terdapat hubungan langsung. Dapat diasumsikan bahwa penurunan kandungan zat besi dalam tubuh ibu menyebabkan kekurangan simpanan zat besi pada bayi baru lahir. Akan tetapi, perkembangan anemia defisiensi besi akibat kekurangan zat besi kongenital tidak mungkin terjadi, karena kejadian anemia defisiensi besi, kadar hemoglobin, dan zat besi serum pada hari pertama setelah kelahiran dan dalam 3-6 bulan berikutnya tidak berbeda pada anak yang lahir dari ibu yang sehat dan ibu dengan anemia defisiensi besi. Kandungan zat besi dalam tubuh bayi baru lahir cukup bulan dan prematur adalah 75 mg/kg.

Pada anak-anak, tidak seperti orang dewasa, zat besi makanan tidak hanya harus menggantikan kehilangan fisiologis unsur mikro ini, tetapi juga memenuhi kebutuhan pertumbuhan, yang rata-ratanya 0,5 mg/kg per hari.

Dengan demikian, prasyarat utama terjadinya defisiensi zat besi pada bayi prematur, anak dari kehamilan kembar, dan anak di bawah usia 3 tahun adalah:

• penipisan cadangan zat besi secara cepat akibat kurangnya asupan zat besi eksogen;
• meningkatnya kebutuhan zat besi.

Metabolisme zat besi pada remaja

Ciri metabolisme zat besi pada remaja, terutama anak perempuan, adalah perbedaan mencolok antara kebutuhan yang meningkat akan unsur mikro ini dan asupannya yang rendah ke dalam tubuh. Alasan perbedaan ini adalah: pertumbuhan yang cepat, gizi yang buruk, aktivitas olahraga, menstruasi yang berat, dan kadar zat besi awal yang rendah.

Pada wanita usia subur, faktor utama yang menyebabkan perkembangan kekurangan zat besi dalam tubuh adalah menstruasi yang berat dan berkepanjangan, kehamilan ganda. Kebutuhan zat besi harian untuk wanita yang kehilangan 30-40 ml darah selama menstruasi adalah 1,5-1,7 mg/hari. Dengan kehilangan darah yang lebih besar, kebutuhan zat besi meningkat menjadi 2,5-3 mg/hari. Faktanya, hanya 1,8-2 mg/hari yang dapat masuk melalui saluran pencernaan, yaitu, 0,5-1 mg/hari zat besi tidak dapat diisi ulang. Dengan demikian, kekurangan unsur mikro akan menjadi 15-20 mg per bulan, 180-240 mg per tahun, 1,8-2,4 g per 10 tahun, yaitu, kekurangan ini melebihi kandungan zat besi cadangan dalam tubuh. Selain itu, jumlah kehamilan, interval di antara keduanya, dan durasi menyusui penting untuk perkembangan kekurangan zat besi pada seorang wanita.