CC BY
51
УДК 616-092; 616.155.194
Маслянко Р.П., професор, Рапа О.1., астрант, Божик Л.Я., асистент ©
Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт ¡мет С.З.Гжицъкого
МЕТАБОЛ13М ЗАЛ13А В ОРГАН13М1 ТВАРИН
Квал1ф1кована ощнка метабол1зму зал1за в оргашзм1 тварин повинна визначати як м1шмум 4 групи показнитв: 1-показники еритрону, И-показники залгза сироватки кровг, Ш-показники транспорту / запаыв зал1за, 1У-показники метабол1чних процеыв. Застосування показниюв I групи забезпечуе д1агностику стану здоров'я, I / II групи - ор1ентовну д1агностику зал1зодефщиту уах груп показниюв-квал1ф1ковану д1агностику / ощнку багатъох мехашзм1в зал1зодефщиту. Але для виршення науково-дослгдних / складних д1агностичних завданъ перелж необх1дних методичних тдход1в для ощнки метабол1зму зал1за може бути доповнений спец1ал1зованими методами, ят в1дпов1даютъ численним ф1зюлог1чним I бюх1м1чним функщям зал1за.
Ключов1 слова: зал1за, метабол1зм, гематолог1я, ПОЛ
Еволюцшно встановлений шлях генераци бюлопчно! енерги у високо розвинутих тварин \ людини вимагае постшного та адекватного метабол1чним запитам тканин притоку ззовш двох незамшних елемент1в-кисню \ зал1за. Ушкальна роль зал1за в оргашзм1 полягае у численних ф1зюлопчних \ бюх1м1чних функщях (кисеньзв'язуючо!, каталггично!, детоксикацшно!, окисно-вщновно! та бшоксинтетично!); вщ його вмкту залежить штенсившсть еритрогемопоезу, утил1защя кисню, тканинне дихання, а в цшому-кисневий режим оргашзму [1,8,9,21,30]. 1з наявност1 в оргашзм1 тварин запаав зал1за (4,05,0 г) 60-70% його мютиться в еритрош, причому вщ 2,5 до 2,9 г зв'язано з гемоглобшом \ лише вщ 1,5 до 2,12 (або вщ 30 до 40%) депоновано у вигляд1 феритину та гемосидерину в печшщ, червоному юстковому мозку та селезшщ [1,20,26,30]. Порушення будь-яко! ланки в кругооберт1 зал1за може привести до зал1зодефщитно1 анемп та шших патолопчних станах [2,4,8,10,15,20,38]. Тому точна д1агностика мехашзм1в пошкодження повинна вщбуватися на пщстав1 сучасних уявлень про шформатившсть окремих показниюв його метабол1зму.
Очевидно вщб1р \ оцшка показниюв метабол1зму зал1за повинш вщбуватися на основ! вивчення важливших ф1зюлопчних \ бюх1м1чних функцш цього бюметалу як на р1вш оргашзму, оргашв \ тканин так \ на кл1тинному та молекулярному р1внях [2,6,8,11-13,18,23].
Загальновщома функщя зал1за в здшсненш дихання, транспорту газ1в кров'ю (Бе гемоглобшу), в створенш тканинного депо кисню (мюглобш) -кисеньзв'язуюча функщя зал1за[6,20]. Особливо важлива бюх1м1чна функщя цього бюметалу - катал1тична. Зал1зо гема чи нав1ть не гема входить до складу ряду важшших бшюв - фермешгв, як1 мктять гем або зал1зо як кофактор (кофермент) [1,30].
© Маслянко Р.П., Рапа О.1., Божик Л.Я., 2012
101
Кр1м гемоглобшу, мюглобшу !х похщних { продукт1в перетворення, гем (1 вщповщно зал1зо в центр! його молекули) входить до складу ферментов -оксидоредуктаз: каталази, пероксидаз \ цитохром1в. Два перших - важливш1 ферменти кров1 та тканин, яю запоб1гають накопичення такого токсичного продукту, як перекис водню (Н202). За допомогою каталази вщбуваеться штенсивне розщеплення перекису; пероксидази (група фермент1в з вщносною субстратною специф1чшстю) катал1зують використання перекису для окиснення р1зних субстрапв, що також сприяе И детоксикаци. Важливою ланкою в детоксикаци ксенобютиюв е мжросомальний геммюний фермент цитохром Р 450. Отже, зал1зо е елементом системи детоксикаци в кл1тинах [7,17,30]. Цитохроми груп а, в \ с, локал1зоваш на внутр1шнш мембран! м1тохондрш мютять гем, в якому зал1зо змшюе свою валентшсть, постшно окислюючись I вщновлюючись. Атом зал1за в цитохромах виконуе важливу функцш транспорту електрошв при термшальному окисненш в м1тохондр1ях, а цитохромоксидаза безпосередньо катал1зуе окиснення молекулярного кисню в кл1тиш з утворенням юнцевого продукту кл1тинного метабол1зму-води [7, 17, 30].
Показники вмкту чи активное^ перерахованих геммкних фермешгв е не лише прямою характеристикою тих процеав, в яких беруть участь, але й дають уявлення про стан синтезу гема за участю зал1за [1,5,30,38]. Однак у плаш вивчення та оцшки метабол1зму зал1за значно важливш1 та шформативш показники синтезу гемоглобшу, його вмюту у кров1 [4,6,20].
Р1зновидш та важлив1 функци також негемового зал1за. Зал1зо зв'язуючись з бшками утворюють зал1зопроте!ди, основш з них - феритин, трансферин, лактоферин. Щ зал1зозв'язаш бшки е важливою ланкою для пщтримання гомеостазу зал1за в оргашзм1, незважаючи на то, що на 1х долю припадае всього 0,1 % вщ загально! кшькост1 зал1за в оргашзмг Перш за все слщ вщм1тити феритин - бшок з високою зал1зозв'язуючою здатшстю (до 4,5 тис. атом1в Бе34 на моль). Феритин е депо зал1за в оргашзм1 (до 16 %), локал1зуеться в основному в печшщ та запоб1гае нагромадженню надлишку токсичного тривалентного зал1за. При деградаци (частково! денатураци та депроте1шзаци ) феритину утворюеться гемосидерин - бшок, який мютить зал1зо, його часто виявляють у макрофагах р1зних оргашв.
Трансферин - основний зал1зотранспортний бшок кров1 бере участь в регуляци вмюту зал1за в оргашзмг Синтез трансферину ткно зв'язаний з процесами всмоктування зал1за в кишечнику.
Лакторин - бшок, який мютиться в бюлопчних рщинах I виконуе роль, аналопчну рол1 феритину в печшщ. До вщомих зал1зопроте!д1в функщонально близько пщходить бшок-фермент, який мютить мщь I бере участь в транспорт! зал1за в кров1 поряд з трансферином-церулоплазмш. Церулоплазмш здатний окисляти зал1зо сироватки кров1 до тривалентного стану, яке вмонтовуеться в алотрансферин I надал1 транспортуеться в кл1тини ретикуло-ендотел1ально! системи [31].
Для повшшо1 характеристики метабол1зму зал1за в оргашзм1 потр1бно визначення вмюту металопротевдв сироватки кров1, що беруть участь в його зв'язуванш та транспорт! [8,12,16,18,20,23,24,35,37,38].
102
Серед показниюв гомеостазу зал1за найбшьш важливим е вмют гемоглобшу в еритроцитах \ вмют зал1за в сироватщ кров1, сироваткове зал1зо (СЗ), котре служить джерелом, буд1вельним матер1алом для синтезу зал1зо-протедав. Вщповщно, нормальш величини вмюту загального гемоглобшу в еритроцит1 (кольоровий показник) е найбшьш надшними показниками нормального гомеостазу зал1за, а низью - шформативним показником ал1ментарного зал1зодефщиту [2,6,8,10,18,23,24,26]
В чисельних дослщженнях встановлено, що вмкт зал1за в сироватщ кров1 в норм1 коливаеться в межах вщ 0,07 до 0,17 мг на 100 мл, або 13-30 мкмоль/л [20,26,34,35]. Коливання залежить вщ в1ку, стат1, характеру живлення I ш Найбшьш простим I шформативним методом визначення вмкту зал1за у сироватщ кров1 е колориметричний, хоча кнують: спектрограф1чний, титрометричний, атомноабсорбцшний методи.
Другий важливий показник метабол1зму зал1за - загальна зал1зозвязуюча здатшсть сироватки кров1 (ЗЗЗС), а також насичення трансферину зал1зом (НТЗ) вщображае вмкт 1 функцш трансферину, основного транспортера зал1за в кров1 [34,35]. Заданими ряду автор1в ЗЗЗС в норм1 коливаеться вщ 45 до 75 мкмоль/л, або В1д 250 до 420 мкг/л [2,18,24,26,38].
Якщо функцш трансферина (ТФ) вщображуе показник ЗЗЗС, то вмют феритину, другого важливого зал1зопроте!ду, в сироватщ потр1бно безпосередньо визначити. Хоча бшьша частина феритину мютиться в печшщ та селезшщ I менше в шших органах, сироватковий феритин (СФ) е дуже важливим показником, який адекватно вщображуе стан запаЫв зал1за в оргашзм1 [16,36]. СФ визначаеться за допомогою радЫмунного методу [16], його вмкт в норм1 коливаеться в межах, за даними р1зних автор1в, вщ 20 до 200 мг/л або 0,36-3,60 мкмоль/л [2,20,31]
Для судження про обмш зал1за в оргашзм1 певне значения мають даш про його вмют у сеч1 - зал1зо сеч1 (ЗС). Проте цей тест вважаеться малошформативним [18], його потр1бно розглядати в зв'язку з функщею нирок, I в основному, в клмчному аспект!. В норм1 ЗС складае вщ 0,04 до 0,30 мг [18]. 1нформатившсть цього показника пщвищуеться при застосуванш десфералово! проби, що дозволяе виявити резервне зал1зо, що мютиться у феритиш та гемосидериш, -резерви негемового зал1за [23]. Важливо також вщм1тити, що вс1 дослщження, зв'язаш з вивченням метабол1зму зал1за, його визначенням та штерпретащею, потребують особливо! пунктуальности використання лише 61-або три дистильовано! води, ретельно! обробки посуду.
В обговорюванш проблем! не лише теоретичний, але й практичний штерес представляють також процеси, що опосередковано впливають на обмш зал1за, або, за визначенням I. Лановенко [8] - взаемозв'язаш метабол1чш процеси. Так, важливим додатковим тестом, який може характеризувати транспорт зал1за в оргашзм1, е визначення вмкту церулоплазмшу в сироватщ кров1, роль якого в пщготовщ зал1за до акцентування трансферином ми вже вщм1чали вище [31]. В1тамш С, за даними л1тератури, також впливае на транспорт I всмоктування зал1за в кишечнику. Показано, що вмкт аскорбшово! кислоти в сироватщ кров1 корелюе з вмютом гемоглобшу, а И визначення в комплекс! з показниками метабол1зму зал1за повшстю оправдано [19,22].
103
При вивченш метабол1зму зал1за важливо звернути увагу на групу показник1в, як1 визначають стан бюсинтезу гема. Порушення бюсинтезу гема р1зного походження ктотно впливае на гомеостаз зал1за в оргашзм1, оскшьки основна частина мжроелемента, який вже згодовувалось, використовуеться в синтез! гема шляхом вмонтовування Бе в порф1ринове кшьце. Звичайно, порушення синтезу гема позначиться на вм1ст1 гемоглобшу, проте значний штерес можуть представляти даш о попередниках гема: визначення вмюту порф1ришв в еритроцитах \ сироватщ кров1, а також активное^ ферменгав 1х синтеза [11].
Останшм часом розробляеться питания про участь зал1за в бшковому синтез!, зокрема, в реплкацп ДНК [1,11]. Встановлено, що ядра кл1тин, яю штенсивно дшяться м1стять вщ 30 до 40 атом1в зал1за на молекулу ДНК, що в 20-30 раз1в бшьше звичайного. Очевидно, що катал1тичш процеси за участю зал1за р1зновидш { в тш дшянщ ще багато не вивчено.
В цьому зв'язку слщ врахувати \ даш про участь зал1за в процесах вшьно радикального окисления, особливо перекисного окиснення лшдав (ПОЛ), яке постшно протшае в бюлопчних мембранах, змшюючи 1х лшщний склад, тим самим актившеть лшщзалежних мембранних комплекЫв. ПОЛ представляв собою нормальний процес метабол1зму, необхщна ланка в життед1яльност1 оргашзму та його адаптацшних реакщях [3,27,31]. Надм1рна активащя ПОЛ е важливою ланкою патогенеза р1зних патолопчних сташв [5,30,38]. Важливо що ПОЛ здшснюеться за единим мехашзмом. 1шщатором процесу можуть бути сполуки, здатш утворювати вшьш радикали, юшзуюча рад1ащя, ¿они окремих метал1в з перемшною валентшетю (Бе, Си, Мп, Со), гипокеш. У вщповщност1 з «зал1зною» теор1ею [3], участь феруму в процеа ПОЛ в якост1 Ыщатора полягае в здатност1 до утворення розгалужених ланцюпв. Легко \ зворотно окислюючись, двовалентне зал1зо е джерелом електрошв, запускаючи ланцюгов1 радикальш процеси. Взаемод1я юшв з оргашчними гщро перекисами веде до утворення радикал1в, як1 шщшють нов1 ланцюгов1 реакци окиснення [25, 27, 32, 37]. Паралельно з утворенням вшьних радикал1в накопичуються шш1 продукти ПОЛ: спирт, кетони, альдегщи, диальдегщи \ ш. Серед диальдегдав представляв штерес малоновий диальдегщ - СН2 (СНО)2, який утворюеться при вшьно радикальному окисненш лшоленово! та арахщоново! кислот. Вмют малонового д1альдегщу в кров1 може служити штегральною характеристикою рол1 зал1за як регулятора окисно-вщновного статусу оргашзма та пускового мехашзму ПОЛ при вивченш взаемозв'язаних процеав метабол1зму цього бюметалу [3].
На пщстав1 анал1зу л1тератури можна зробити заключения, що квал1фшацшна ощнка метабол1зму зал1за в оргашзм1 людини \ тварин повинна включати визначення чотири групи показниюв. Перша група - показники еритрону (еритроцити, гемоглобш); друга група - показники зал1за сироватки кровц третя група - показники транспорту та запас1в зал1за (феритин \ трансферин сироваток кров1, зал1зо сеч1, десфералова проба); четверта група -показники, поеднаних метабол1чних процеЫв (концентраци порф1ришв, церулоплазм1ну, в1тамшу С, продукт1в ПОЛ в сироватщ або еритроцитах кров1).
104
Застосування показниюв I групи забезпечуе д1агностику стану здоров'я та скриншг можливого зал1зодефщиту; I i II груп - ор1ентуючу д1агностику зал1зодефщиту; ycix груп показниюв - квал1ф1ковану д1агностику та ощнку деяких мехашзм1в зал1зодефщиту. Разом з цим потр1бно ч1тко представити, що для виршення науково-дослщних i складних д1агностичних задач, перелж необхщних методичних пщход1в для оцшки метабол1зма зал1за може бути значно розширений i доповнений спещал1зованими методами у вщповщност1 з р1зномаштшстю виконанням зал1зом ф1зюлопчних i 6ioxiMi4HHx функцш. KpiM фундаментального значения дослщження метабол1зма зал1за та мехашзм1в зал1зодефщиту е основою д1агностики зал1зодефщитних анем1й.
Л1тература
¡.Белоус. A.M. Физиологическая роль железа. / A.M. Белоус, К.Т. Конник // - Киев.: Науковадумка. - 1991.
2. Бондарев Г.И. Клинико-биохимические методы оценки дефицита железа / Г.И. Бондарев, П.С. Нурмаговаева, С.А. Хотимченко // Сб.науч.тр. Инта питания АМН СССР. 1986. - т.7., С.204-212.
3.Владимиров Ю.А. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах / Ю.А. Владимиров, А.И. Арчаков // М.:Наука. - 1972.
4.Гаврилов O.K. Депресии кроветворения / O.K. Гаврилов, Ф.Е. Файтен, Н С. Турбина // М.: Медицина. - 1987.
5.Головин А.А. Роль перекисного окисления липидов в патогенезе железодефицитной анемии / А.А. Головин, В.Д. Конвай // Терапев. Архив.-1991. - №12. - С.85-87.
6. Дмитриева М.Г. Роль гемоглобина в адаптации к гипоксии больных железодефицитной анемией / М.Г. Дмитриева, И.В. Пивник и др. // Гематол и трансфузиол. - 1994. - 39. №1. - С. 13-15.
7.Кулинский В.И. Структура, свойства, биологическая роль и регуляция глютатионпероксидазы / В.И. Кулинский, Л.С. Колеениченко // Успехи совр.биол. - 1993. - т.113. - вип.1. - С. 107-122.
8. Лановенко И.И. Специфические и сопряженные метаболические процессы при экспериментальной железодефицитной анемией // И.И.Лановенко // Допов. НАНУкраши. - 1997. - № 11. - С.183-187.
9. Лановенко И.И. Кислород и железо как системно-антисистемные регуляторы дыхания // И.И. Лановенко, В.П. Дударев // Науч.тр. Межд. симпоз. - Киев. - 1999. Под. ред. В.Т. Антоненко. - К. - Б.н. - 1993. - С. 96-98.
10. Лановенко I.I. Деяк1 мехашзми регуляц11 дихально! функц11 кров1 при зал1зодефщитнш анем1ях // I.I. Лановенко, В.П. Дударев, А.П. Навгод // Ф1зюл. журнал. - 1997. - №3-4. - С.64-71.
11. Лашманова А.П. Опыт исследования нарушений парфиринового обмена / А.П. Лашманова, В.Г.Акимов // Лаб. дело. - 1990. - №2. - С.76-77.
12. Левина А.А. Количественное опредиление трансферина и гаптоглобулина / А.А. Левина, А.П. Андреева, А.А. Замчий // Пробл. гематол. и перелив. крови. - 1982. - №4. - С.50-52.
13. Левина А.А. Опредиление концентрации ферритина в сировотке крови / А.А. Левина, А.П. Андреева, А.А. Замчий // Гематол. и трансфузиол.: 1984. - № 5. - С.57-60.
105
14. Маслянко Р.П. Вплив корекцп зал1зодефщитних рацюшв на вмкт продукта ПОЛ та антиоксидантний захист ваптних кор1в/ Р.П.Маслянко, Ю.Р.Кравщв // Наук.вкник ЛНУВМ. - Льв1в. - 2003. - т.5, №3. - С.60-64.
15. Маслянко Р.П. Лактоферин i його значения для оргашзму телят в ранньому вщ1 / Р.П. Маслянко, Ю.Р. Кравщв // Сшьський господар. - 2003. -№1-2. - С.16-17.
16. Маслянко Р.П. Трансферин: роль в обмЫ зал1за та деяю ¿мунолопчш аспекта / Р.П. Маслянко, Я.С. Кравщв // Бюлопя тварин. - 2002. -т.4, С.41-49.
17. Меньшикова Е.Б. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов / Е.Б. Меньшикова, Н.К. Зенков // Успехи совр.биол.
- 1993. - т.613. - С.442-455.
18. Митерев Ю.Г. Ранняя д1агностика и течениэ железодефицитных анемш / Ю.Г. Митерев, А.Н. Волошина // Гематол. И трансфузиол. - 1986. - №1.
- С.3-6.
19. Молнар М.И. Обмен витамина С у больных железодефицитными анем1ями / М.И. Молнар, Я.И. Виговская // Терапевт.арх. - 1977. - №2. - С.117-119.
20. Насолодин В.В. Обмен железа в организме практически здоровых людей / В.В. Насолодин, В.Я.Русин, И.П. Гладких // Физиол. Человека. - 1988. -№6. - С.946-970.
21. Середенко М.М. Механизмы развития и компенсации гемической гипоксии / М.М. Середенко, В.П. Дударев // К.: Науковадумка. - 1987.
22. Соколовский В.В. Методика определения аскорбиновой кислоты / В.В. Соколовский // Лабор.дело. - 1990. - №12. - С.40-45.
23. Ткач Ю.И. Лабораторная диагностика анемш с нарушением обмела железа / Ю.И. Ткач // Лабор.дело. - 1990. - №3. - С.40-45.
24. Турробаев М.В. Зависимость показателей гемоглобина и запасов железа от условий обитания / М.В. Турробаев // Гематол. и трансфузиол. - 1989.
- №1. - С.41-46.
25. Caufoni O. Role of metal ions in oxidant cell injury / O. Caufoni, M. Humo // Biol. Trace Elem. Res - 1989 - v.21. - P.277-281.
26. Cook Y.D. Estimates of iron suffiency in the US population / Y.D.Cook, B.S.Skikne ,S.R.Lynch // Blood. - 1986. - v.68. - P.726-731.
27. Hallwell B. Oxygen Free radicals and iron in relation to biology and medicine. Some problems and concepts / B.Hallmell, J.M.C.Guttenigde // Arck. Biochem , and Biophus. - 1986. - v.246. - P. 501-514.
28. Jackobs A. Iron in biochemistry and medicine / A. Jackobs //. - London -New-York. - 1980.
29. Kosser H.P. The role of ceruloplasmin in iron metabolism / A.P. Kosser, G.RLec // J.Clin.Invest. - 2001. - v.80. - P.2408-2417.
30. Mackintosch W. Response in serum ferritin and hemoglobin to iron therapy in blood donors / W. Mackintosch, P. Yacobs // Amer. J. Haematol. - 1988.
- v.27. - P.17-19.
31. Mc. Cord J.M. Superoxide production and human disease / J.M.Mc.Cord // J.Cell. Biochem. - 1991. v.18. - P.3-15.
106
32. Milman N. The influence of blood donation on iron stores assosed by serum ferritin and haemoglobin / N.Milman, M.Kirchhoff // Ann. Hematol. - 1991. -v.63. - P.27-32.
33. Monterio H.P. The superoxide dependent and lactoferrin / H.P.Monterio // Biochem. J. - 1988. - v.256. - P.923-928.
34. Pootracul P. Quantitation for ferritin iron in plasma, an axolamation for nontrasferrin iron / P.Pootracul, B.Yosephson, B.Huebers // Bllod. - 1988. -v.71. -P.1120-1124.
35. Schroder M. Verlauf des serumferritins bei bluts pendern / M. Schroder // Folia Hematol. (DDR). - 1989. - Bd.116. - №2-5. 331-335.
36. Stadtman E.R. Metal ion-catalyzed oxidation of proteins: biochemical mechanism and biological conseguences / E.R.Stadtman // Free Radical. Biol. And Medic. - 1990. - v.9. - P.315-325.
37. Williams W. Hematology / W. Willians, E.Beutor, A.Ersiew // New-York: Publicity Company. - 1990. - P.297-590.
38. Yagi K. Lipid peroxides and human diseases / K. Yagi // Chem.Physicol. Lipids. - 1987. - v.45. - P.337-351.
Summary
THE FERRUM METABOLISM IN ANIMAL
The qualified evaluation of the ferrum metabolism in a animal organism should include as a minimum definition 4 test groups: I group - peripheral erytron, II - test of the serum bloom ferrum , III test of ferrum transport and stores, IV -metabolic process test. The application of the I group tests provide of health statement diagnostics and screening of probable deficiency; the I and II group -approximate diagnostics of ferrum deficiency, all test groups - qualitied diagnostic and evaluation of the ferrum deficiency, mechanisms most of all. Hoverer, for the decision of research and multiple diagnostic problems the list of the necessary methodical approaches for, an evaluation of a ferrum metabolism can be complemented by the specialized method, which are responsed for various physiological ferrum function.
Рецензент - д.б.н., професор Куртяк Б.М.
107
