Menschlicher Eisenstoffwechsel - Human iron metabolism

Diagramm, das eine verallgemeinerte Ansicht der zellulären Eisenhomöostase beim Menschen zeigt. Der Eisenimport kann über die Endozytose des Transferrinrezeptors 1 oder über die Eiseneisenimporteure DMT1 und ZIP14 erfolgen , die die Aktivität von Eisenreduktasen wie STEAP2 , SDR-2 und Dcytb benötigen . Intrazelluläres Eisen kann in Ferritin gespeichert und für die Proteinbiosynthese verwendet werden oder um reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu erzeugen und die Transkription über eisenresponsive elementbindende Proteine (IRP1/2) zu regulieren. Der Export erfolgt über Ferroportin , oft unterstützt durch Hephaestin (Hp) und/oder Ceruloplasmin (Cp) und unterdrückt durch Hepcidin .

Der menschliche Eisenstoffwechsel ist der Satz chemischer Reaktionen, die die menschliche Homöostase von Eisen auf systemischer und zellulärer Ebene aufrechterhalten . Eisen ist sowohl für den Körper notwendig als auch potenziell giftig. Die Kontrolle des Eisenspiegels im Körper ist ein äußerst wichtiger Teil vieler Aspekte der menschlichen Gesundheit und Krankheit. Hämatologen interessieren sich besonders für den systemischen Eisenstoffwechsel, da Eisen für die roten Blutkörperchen , in denen das meiste Eisen des menschlichen Körpers enthalten ist, essentiell ist. Das Verständnis des Eisenstoffwechsels ist auch wichtig für das Verständnis von Krankheiten mit Eisenüberladung , wie erbliche Hämochromatose , und Eisenmangel , wie Eisenmangelanämie .

Bedeutung der Eisenregulierung

Struktur von Häm b ; "Fe" ist das chemische Symbol von Eisen, "II" gibt seinen Oxidationszustand an.

Eisen ist ein essentielles Bioelement für die meisten Lebensformen, von Bakterien bis hin zu Säugetieren . Seine Bedeutung liegt in seiner Fähigkeit, den Elektronentransfer zu vermitteln. Im eisenhaltigen Zustand (Fe 2+ ) wirkt Eisen als Elektronendonor , im eisenhaltigen Zustand (Fe 3+ ) als Akzeptor . Somit spielt Eisen eine entscheidende Rolle bei der Katalyse von enzymatischen Reaktionen, die einen Elektronentransfer beinhalten (Reduktion und Oxidation, Redox ). Proteine ​​können Eisen als Teil verschiedener Cofaktoren enthalten , wie Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S) und Häm- Gruppen, die beide in Mitochondrien zusammengebaut werden .

Zellatmung

Menschliche Zellen benötigen Eisen, um Energie als ATP aus einem mehrstufigen Prozess, der als Zellatmung bekannt ist, zu gewinnen, genauer gesagt aus der oxidativen Phosphorylierung an den mitochondrialen Cristae . Eisen ist im Eisen-Schwefel-Cluster und Häm-Gruppen der Elektronentransportkettenproteine ​​vorhanden , die einen Protonengradienten erzeugen , der es der ATP-Synthase ermöglicht, ATP zu synthetisieren ( Chemiosmose ).

Hämgruppen sind Teil von Hämoglobin , einem Protein, das in roten Blutkörperchen vorkommt und dazu dient, Sauerstoff von der Lunge in andere Gewebe zu transportieren. Hämgruppen sind auch im Myoglobin vorhanden , um Sauerstoff in Muskelzellen zu speichern und zu diffundieren.

Sauerstofftransport

Der menschliche Körper benötigt Eisen für den Sauerstofftransport. Sauerstoff (O 2 ) wird für das Funktionieren und Überleben fast aller Zelltypen benötigt. Sauerstoff wird von der Lunge zum Rest des Körpers transportiert, der an die Hämgruppe des Hämoglobins in den roten Blutkörperchen gebunden ist. In Muskelzellen bindet Eisen Sauerstoff an Myoglobin , das seine Freisetzung reguliert.

Toxizität

Eisen ist auch potenziell giftig. Seine Fähigkeit zur Abgabe und Aufnahme von Elektronen bedeutet, dass es die Umwandlung von Wasserstoffperoxid in freie Radikale katalysieren kann . Freie Radikale können eine Vielzahl von Zellstrukturen schädigen und schließlich die Zelle abtöten.

An Proteine ​​oder Cofaktoren wie Häm gebundenes Eisen ist sicher. Außerdem gibt es praktisch keine wirklich freien Eisenionen in der Zelle, da sie leicht Komplexe mit organischen Molekülen bilden. Ein Teil des intrazellulären Eisens ist jedoch an Komplexe mit niedriger Affinität gebunden und wird als labiles Eisen oder "freies" Eisen bezeichnet. Eisen in solchen Komplexen kann wie oben beschrieben Schäden verursachen.

Um solche Schäden zu verhindern, binden alle Lebensformen, die Eisen verwenden, die Eisenatome an Proteine . Diese Bindung ermöglicht es den Zellen, von Eisen zu profitieren, während gleichzeitig seine Fähigkeit, Schaden anzurichten, eingeschränkt wird. Typische intrazelluläre labile Eisenkonzentrationen in Bakterien liegen zwischen 10 und 20 Mikromolar, obwohl sie in einer anaeroben Umgebung, in der freie Radikale und reaktive Sauerstoffspezies seltener sind, um das Zehnfache höher sein können . In Säugerzellen sind die intrazellulären labilen Eisenkonzentrationen typischerweise kleiner als 1 Mikromolar, weniger als 5 Prozent des gesamten zellulären Eisens.

Bakterienschutz

Elektronenmikroskopische Aufnahme von E. coli . Die meisten Bakterien, die beim Menschen Krankheiten verursachen, benötigen Eisen, um zu leben und sich zu vermehren.

Als Reaktion auf eine systemische bakterielle Infektion leitet das Immunsystem einen Prozess ein, der als Eisenrückhalt bekannt ist . Wenn Bakterien überleben sollen, müssen sie Eisen aus ihrer Umgebung aufnehmen. Krankheitserregende Bakterien tun dies auf viele Arten, einschließlich der Freisetzung von eisenbindenden Molekülen, die als Siderophore bezeichnet werden, und deren anschließender Resorption, um Eisen zurückzugewinnen, oder das Abfangen von Eisen aus Hämoglobin und Transferrin . Je härter die Bakterien arbeiten müssen, um Eisen zu bekommen, desto höher ist der Stoffwechselpreis, den sie zahlen müssen. Das bedeutet, dass sich eisenarme Bakterien langsamer vermehren. Die Kontrolle des Eisenspiegels scheint also eine wichtige Abwehr gegen viele bakterielle Infektionen zu sein. Bestimmte Bakterienarten haben Strategien entwickelt, um diese Abwehr zu umgehen, TB- verursachende Bakterien können sich in Makrophagen befinden , die eine eisenreiche Umgebung darstellen, und Borrelia burgdorferi verwendet Mangan anstelle von Eisen. Menschen mit erhöhten Eisenmengen, wie zum Beispiel bei Hämochromatose, sind anfälliger für einige bakterielle Infektionen.

Obwohl dieser Mechanismus eine elegante Reaktion auf eine kurzfristige bakterielle Infektion ist, kann er Probleme verursachen, wenn er so lange andauert, dass dem Körper das für die Produktion der roten Blutkörperchen benötigte Eisen vorenthalten wird. Entzündliche Zytokine stimulieren die Leber zur Produktion des Eisenstoffwechselregulatorproteins Hepcidin , das das verfügbare Eisen reduziert. Wenn der Hepcidinspiegel aufgrund nicht-bakterieller Entzündungsquellen wie Virusinfektionen, Krebs, Autoimmunerkrankungen oder anderen chronischen Erkrankungen ansteigt, kann die Anämie der chronischen Erkrankung die Folge sein. In diesem Fall beeinträchtigt das Zurückhalten von Eisen tatsächlich die Gesundheit, indem es die Produktion von genügend hämoglobinhaltigen roten Blutkörperchen verhindert.

Eisenspeicher im Körper

Illustration der Blutzellproduktion im Knochenmark . Bei Eisenmangel produziert das Knochenmark weniger Blutzellen, und wenn sich der Mangel verschlimmert, werden die Zellen kleiner.

Die meisten gut ernährten Menschen in den Industrieländern haben 4 bis 5 Gramm Eisen im Körper (∼38 mg Eisen/kg Körpergewicht für Frauen und ∼50 mg Eisen/kg Körper für Männer). Davon etwa2,5 g sind im Hämoglobin enthalten, das benötigt wird, um Sauerstoff durch das Blut zu transportieren (etwa 0,5 mg Eisen pro ml Blut), und der Rest (etwa 2 Gramm bei erwachsenen Männern und etwas weniger bei Frauen im gebärfähigen Alter) ist enthalten in Ferritinkomplexen , die in allen Zellen vorhanden sind, aber am häufigsten in Knochenmark, Leber und Milz . Die Ferritinspeicher der Leber sind die wichtigste physiologische Quelle für Eisenreserven im Körper. Die Eisenreserven in den Industrieländern sind bei Kindern und Frauen im gebärfähigen Alter tendenziell geringer als bei Männern und älteren Menschen. Frauen, die ihre Speicher nutzen müssen, um den Eisenverlust durch Menstruation , Schwangerschaft oder Stillzeit auszugleichen , haben niedrigere Nicht-Hämoglobin-Körperspeicher, die bestehen können aus500 mg oder noch weniger.

Vom Gesamteisengehalt des Körpers ca. 400 mg sind zellulären Proteinen gewidmet, die Eisen für wichtige zelluläre Prozesse wie die Speicherung von Sauerstoff (Myoglobin) oder die Durchführung energieerzeugender Redoxreaktionen ( Cytochrome ) verwenden. Eine relativ geringe Menge (3–4 mg) zirkuliert , gebunden an Transferrin, durch das Plasma . Aufgrund seiner Toxizität wird freies lösliches Eisen im Körper in geringer Konzentration gehalten.

Eisenmangel beeinflusst zunächst die Speicherung von Eisen im Körper, und eine Erschöpfung dieser Speicher wird als relativ asymptomatisch angesehen, obwohl einige vage und unspezifische Symptome damit in Verbindung gebracht wurden. Da Eisen hauptsächlich für Hämoglobin benötigt wird, ist die Eisenmangelanämie die primäre klinische Manifestation eines Eisenmangels. Menschen mit Eisenmangel leiden oder sterben an Organschäden, lange bevor ihren Zellen das Eisen ausgeht, das für intrazelluläre Prozesse wie den Elektronentransport benötigt wird.

Makrophagen des retikuloendothelialen Systems speichern Eisen als Teil des Prozesses des Abbaus und der Verarbeitung von Hämoglobin aus eingehüllten roten Blutkörperchen. Eisen wird auch als ein Pigment namens Hämosiderin gespeichert , das eine schlecht definierte Ablagerung von Protein und Eisen ist, die von Makrophagen gebildet wird, wo überschüssiges Eisen entweder lokal oder systemisch vorhanden ist, z die notwendigen Transfusionen, die ihr Zustand erfordert. Wenn die systemische Eisenüberladung korrigiert wird, wird das Hämosiderin im Laufe der Zeit langsam von den Makrophagen resorbiert.

Mechanismen der Eisenregulation

Die menschliche Eisenhomöostase wird auf zwei verschiedenen Ebenen reguliert. Der systemische Eisenspiegel wird durch die kontrollierte Aufnahme von Nahrungseisen durch Enterozyten , die Zellen, die das Innere des Darms auskleiden, und den unkontrollierten Eisenverlust durch Epithelablösung, Schweiß, Verletzungen und Blutverlust ausgeglichen. Darüber hinaus wird systemisches Eisen kontinuierlich recycelt. Der zelluläre Eisenspiegel wird von verschiedenen Zelltypen aufgrund der Expression bestimmter eisenregulierender und -transportproteine ​​unterschiedlich kontrolliert.

Systemische Eisenregulation

Menschen verwenden 20 mg von Eisen jeden Tag für die Produktion von neuen roten Blutkörperchen , von denen viele aus alten roten Blutkörperchen zurückgeführt wird.

Eisenaufnahme über die Nahrung

Die Aufnahme von Nahrungseisen ist ein variabler und dynamischer Prozess. Die aufgenommene Eisenmenge im Vergleich zur aufgenommenen Menge ist in der Regel gering, kann aber je nach Umständen und Art des Eisens zwischen 5 % und sogar 35 % liegen. Die Effizienz, mit der Eisen absorbiert wird, variiert je nach Quelle. Im Allgemeinen stammen die am besten aufgenommenen Formen von Eisen aus tierischen Produkten. Die Aufnahme von Nahrungseisen in Form von Eisensalzen (wie in den meisten Nahrungsergänzungsmitteln) variiert je nach Eisenbedarf des Körpers und beträgt normalerweise zwischen 10 und 20 % der Eisenaufnahme. Die Aufnahme von Eisen aus tierischen Produkten und einigen pflanzlichen Produkten erfolgt in Form von Häm-Eisen und ist effizienter, da es eine Aufnahme von 15 bis 35 % der Aufnahme ermöglicht. Hämeisen bei Tieren stammt aus Blut und hämhaltigen Proteinen in Fleisch und Mitochondrien, während bei Pflanzen Hämeisen in Mitochondrien in allen Zellen vorhanden ist, die Sauerstoff zur Atmung verwenden.

Wie bei den meisten Mineralstoffen wird der Großteil des aus verdauten Nahrungsmitteln oder Nahrungsergänzungsmitteln aufgenommenen Eisens im Zwölffingerdarm von Enterozyten der Zwölffingerdarmschleimhaut aufgenommen. Diese Zellen haben spezielle Moleküle, die es ihnen ermöglichen, Eisen in den Körper zu transportieren. Um aufgenommen zu werden, kann Nahrungseisen als Teil eines Proteins wie Hämprotein aufgenommen werden, oder Eisen muss in seiner eisenhaltigen Fe 2+ -Form vorliegen. Ein Eisen ( III ) -Reduktase- Enzym am Bürstensaum der Enterozyten , das duodenale Cytochrom B ( Dcytb ), reduziert Eisen ( III ) -Fe 3+ zu Fe 2+ . Ein Protein namens zweiwertiger Metalltransporter 1 ( DMT1 ), das mehrere zweiwertige Metalle durch die Plasmamembran transportieren kann, transportiert dann Eisen über die Zellmembran des Enterozyten in die Zelle. Wenn das Eisen an Häm gebunden ist, wird es stattdessen vom Häm-Carrier-Protein 1 (HCP1) durch die apikale Membran transportiert.

Diese Zellen der Darmschleimhaut können das Eisen dann entweder als Ferritin speichern , was durch die Bindung von Fe 2+ an Apoferritin erreicht wird (in diesem Fall verlässt das Eisen den Körper, wenn die Zelle stirbt und wird in den Kot ausgeschieden ), oder die Zelle kann freisetzen Es gelangt über den einzigen bekannten Eisenexporteur bei Säugetieren, Ferroportin, in den Körper . Hephaestin , eine Ferroxidase , die Fe 2+ zu Fe 3+ oxidieren kann und hauptsächlich im Dünndarm vorkommt, hilft Ferroportin beim Eisentransfer über das basolaterale Ende der Darmzellen. Im Gegensatz dazu wird Ferroportin posttranslational durch Hepcidin , ein 25-Aminosäuren-Peptidhormon, reprimiert . Der Körper reguliert den Eisenspiegel, indem er jeden dieser Schritte reguliert. Beispielsweise synthetisieren Enterozyten als Reaktion auf eine Eisenmangelanämie mehr Dcytb, DMT1 und Ferroportin. Die Aufnahme von Eisen aus der Nahrung wird in Gegenwart von Vitamin C verbessert und durch überschüssiges Kalzium, Zink oder Mangan verringert.

Die Eisenabsorptionsrate des menschlichen Körpers scheint auf eine Vielzahl von voneinander abhängigen Faktoren zu reagieren, darunter die Gesamteisenspeicher, das Ausmaß, in dem das Knochenmark neue rote Blutkörperchen produziert, die Hämoglobinkonzentration im Blut und den Sauerstoffgehalt des Blut. Der Körper nimmt auch in Zeiten von Entzündungen weniger Eisen auf, um Bakterien das Eisen zu entziehen. Neuere Entdeckungen zeigen, dass die Hepcidin-Regulierung von Ferroportin für das Syndrom der Anämie bei chronischen Erkrankungen verantwortlich ist.

Eisenrecycling und -verlust

Der größte Teil des Eisens im Körper wird vom retikuloendothelialen System gehortet und recycelt, das gealterte rote Blutkörperchen abbaut. Im Gegensatz zur Eisenaufnahme und Recycling, gibt es keinen physiologischen Regulationsmechanismus für ausscheid Eisen. Menschen verlieren eine kleine, aber stetige Menge durch gastrointestinalen Blutverlust, Schwitzen und durch Abstoßen von Zellen der Haut und der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts . Der Gesamtschaden für gesunde Menschen in den Industrieländern beträgt schätzungsweise durchschnittlich1 mg pro Tag für Männer und 1,5–2 mg pro Tag für Frauen mit regelmäßiger Menstruation. Menschen mit parasitären Magen-Darm-Infektionen, die häufiger in Entwicklungsländern vorkommen, verlieren oft mehr. Wer die Aufnahme nicht gut genug regulieren kann, bekommt Eisenüberladungsstörungen. Bei diesen Krankheiten beginnt die Toxizität von Eisen, die Fähigkeit des Körpers, es zu binden und zu speichern, zu überfordern.

Zelluläre Eisenregulation

Eisenimport

Die meisten Zelltypen nehmen Eisen hauptsächlich durch rezeptorvermittelte Endozytose über Transferrinrezeptor 1 (TFR1), Transferrinrezeptor 2 (TFR2) und GAPDH auf . TFR1 hat eine 30-fach höhere Affinität für Transferrin-gebundenes Eisen als TFR2 und ist somit der Hauptakteur in diesem Prozess. Das multifunktionelle glykolytische Enzym höherer Ordnung Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase (GAPDH) wirkt auch als Transferrin-Rezeptor. An Transferrin gebundenes Eisen wird von diesen Transferrinrezeptoren erkannt und löst eine Konformationsänderung aus, die eine Endozytose verursacht. Eisen gelangt dann aus dem Endosom über den Importer DMT1 in das Zytoplasma, nachdem es durch eine Reduktase der STEAP-Familie in seinen eisenhaltigen Zustand reduziert wurde.

Alternativ kann Eisen über zweiwertige Kationenimporteure der Plasmamembran wie DMT1 und ZIP14 (Zrt-Irt-like protein 14) direkt in die Zelle gelangen. Wieder tritt Eisen im eisenhaltigen Zustand in das Zytoplasma ein, nachdem es im extrazellulären Raum durch eine Reduktase wie STEAP2, STEAP3 (in roten Blutkörperchen), Dcytb (in Enterozyten) und SDR2 reduziert wurde.

Der labile Eisenpool

Im Zytoplasma wird Eisen(II) in einem löslichen, chelatfähigen Zustand gefunden, der den labilen Eisenpool (~0,001 mM) darstellt. In diesem Pool wird angenommen, dass Eisen an Verbindungen mit geringer Masse wie Peptide, Carboxylate und Phosphate gebunden ist, obwohl einige in freier, hydratisierter Form ( Wasserionen ) vorliegen können . Alternativ könnten Eisenionen an spezialisierte Proteine ​​gebunden sein, die als Metallochaperone bekannt sind . Insbesondere scheinen die poly-r(C)-bindenden Proteine PCBP1 und PCBP2 die Übertragung von freiem Eisen auf Ferritin (zur Lagerung) und Nicht-Häm-Eisenenzyme (zur Verwendung in der Katalyse) zu vermitteln. Der labile Eisenpool ist aufgrund der Fähigkeit des Eisens, reaktive Sauerstoffspezies zu erzeugen, potenziell toxisch. Eisen aus diesem Pool kann von Mitochondrien über Mitoferrin aufgenommen werden , um Fe-S-Cluster und Häm-Gruppen zu synthetisieren.

Der Speichereisenpool

Eisen kann aufgrund der Ferroxidase- Aktivität der schweren Kette von Ferritin als Eisen(III)-Eisen in Ferritin gespeichert werden . Dysfunktionales Ferritin kann sich als Hämosiderin anreichern , was bei Eisenüberladung problematisch sein kann. Der Ferritinspeicher-Eisenpool ist viel größer als der labile Eisenpool und reicht in der Konzentration von 0,7 mM bis 3,6 mM.

Eisenexport

Der Eisenexport erfolgt in einer Vielzahl von Zelltypen, einschließlich Neuronen , roten Blutkörperchen, Makrophagen und Enterozyten. Die beiden letzteren sind besonders wichtig, da der systemische Eisenspiegel von ihnen abhängt. Es gibt nur einen bekannten Eisenexporteur, Ferroportin . Es transportiert Eiseneisen aus der Zelle, im Allgemeinen unterstützt durch Ceruloplasmin und/oder Hephaestin (meist in Enterozyten), die Eisen in seinen Eisenzustand oxidieren, damit es Ferritin im extrazellulären Medium binden kann. Hepcidin bewirkt die Internalisierung von Ferroportin, wodurch der Eisenexport verringert wird. Außerdem scheint Hepcidin sowohl TFR1 als auch DMT1 durch einen unbekannten Mechanismus herunterzuregulieren. Ein weiterer Akteur, der Ferroportin beim Bewirken des zellulären Eisenexports unterstützt, ist GAPDH. Eine spezifische posttranslational modifizierte Isoform von GAPDH wird an die Oberfläche von eisenbeladenen Zellen rekrutiert, wo sie Apo-Transferrin in unmittelbarer Nähe zu Ferroportin rekrutiert, um das extrudierte Eisen schnell zu chelatisieren.

Die Expression von Hepcidin, die nur in bestimmten Zelltypen wie Hepatozyten auftritt , wird auf transkriptioneller Ebene streng kontrolliert und stellt aufgrund der Rolle von Hepcidin als „Torwächter“ der Eisenfreisetzung aus Enterozyten in den Rest die Verbindung zwischen zellulärer und systemischer Eisenhomöostase dar vom Körper. Erythroblasten produzieren Erythroferron , ein Hormon, das Hepcidin hemmt und so die Verfügbarkeit des für die Hämoglobinsynthese benötigten Eisens erhöht.

Translationale Kontrolle von zellulärem Eisen

Obwohl eine gewisse Kontrolle auf transkriptioneller Ebene existiert, wird die Regulierung des zellulären Eisenspiegels letztendlich auf translationaler Ebene durch die eisenresponsiven Element-bindenden Proteine IRP1 und insbesondere IRP2 kontrolliert. Wenn der Eisenspiegel niedrig ist, können diese Proteine ​​an eisenresponsive Elemente (IREs) binden . IREs sind Stammschleifenstrukturen in den untranslatierten Regionen (UTRs) der mRNA.

Sowohl Ferritin als auch Ferroportin enthalten ein IRE in ihren 5'-UTRs, so dass bei Eisenmangel ihre Translation durch IRP2 unterdrückt wird, was die unnötige Synthese von Speicherprotein und den schädlichen Export von Eisen verhindert. Im Gegensatz dazu enthalten TFR1 und einige DMT1-Varianten 3'-UTR-IREs, die bei Eisenmangel IRP2 binden und so die mRNA stabilisieren, die die Synthese von Eisenimporteuren gewährleistet.

Pathologie

Eisenmangel

Eisen ist ein wichtiges Thema in der pränatalen Versorgung , weil Frauen manchmal Eisenmangel von den erhöhten Eisen Anforderungen der Schwangerschaft werden können.

Funktioneller oder tatsächlicher Eisenmangel kann verschiedene Ursachen haben. Diese Ursachen lassen sich in mehrere Kategorien einteilen:

  • Erhöhter Bedarf an Eisen, den die Ernährung nicht decken kann.
  • Erhöhter Eisenverlust (normalerweise durch Blutverlust).
  • Ernährungsmangel. Dies kann auf einen Mangel an Nahrungseisen oder den Verzehr von Lebensmitteln zurückzuführen sein, die die Eisenaufnahme hemmen. Es wurde eine Resorptionshemmung beobachtet, die durch Phytate in Kleie , Kalzium aus Nahrungsergänzungsmitteln oder Milchprodukten und Tanninen aus Tee verursacht wurde, obwohl die Wirkung in allen drei dieser Studien gering war und die Autoren der zitierten Studien zu Kleie und Tee anmerken, dass die Wirkung wahrscheinlich nur dann eine spürbare Wirkung haben, wenn das meiste Eisen aus pflanzlichen Quellen gewonnen wird.
  • Säurereduzierende Medikamente: Säurereduzierende Medikamente reduzieren die Aufnahme von Nahrungseisen. Diese Medikamente werden häufig bei Gastritis, Refluxkrankheit und Geschwüren eingesetzt. Protonenpumpenhemmer (PPIs), H2-Antihistaminika und Antazida reduzieren den Eisenstoffwechsel.
  • Schädigung der Darmschleimhaut. Ursachen für solche Schäden sind beispielsweise chirurgische Eingriffe am Zwölffingerdarm oder Erkrankungen wie Morbus Crohn oder Zöliakie , die die für die Aufnahme verfügbare Oberfläche stark reduzieren. Helicobacter-pylori- Infektionen verringern auch die Verfügbarkeit von Eisen.
  • Entzündung, die zu einer Hepcidin-induzierten Einschränkung der Eisenfreisetzung aus Enterozyten führt (siehe oben).
  • Kommt auch häufig bei schwangeren Frauen und bei heranwachsenden Jugendlichen aufgrund einer schlechten Ernährung vor.
  • Akuter Blutverlust oder akute Leberzirrhose führen zu einem Mangel an Transferrin, wodurch Eisen aus dem Körper ausgeschieden wird.

Eisenüberlastung

Der Körper ist in der Lage, die Eisenaufnahme über die Schleimhaut deutlich zu reduzieren. Es scheint nicht in der Lage zu sein, den Eisentransportprozess vollständig zu stoppen. Auch in Situationen, in denen überschüssiges Eisen die Darmschleimhaut selbst schädigt (z. B. wenn Kinder eine große Menge an Eisentabletten für den Erwachsenenkonsum essen), kann noch mehr Eisen in den Blutkreislauf gelangen und ein potenziell tödliches Syndrom der Eisenüberladung verursachen. Große Mengen an freiem Eisen im Kreislauf schädigen kritische Zellen in Leber, Herz und anderen stoffwechselaktiven Organen.

Eisentoxizität entsteht, wenn die Menge an zirkulierendem Eisen die Menge an Transferrin übersteigt, die für die Bindung verfügbar ist, der Körper jedoch in der Lage ist, seine Eisenaufnahme stark zu regulieren. Daher ist die Eisentoxizität durch die Einnahme in der Regel das Ergebnis außergewöhnlicher Umstände wie einer übermäßigen Einnahme von Eisentabletten und nicht einer Ernährungsumstellung . Die Art der akuten Toxizität durch Eisenaufnahme verursacht unter anderem schwere Schleimhautschäden im Magen-Darm-Trakt.

Überschüssiges Eisen wurde mit höheren Krankheits- und Sterblichkeitsraten in Verbindung gebracht. Zum Beispiel überleben Brustkrebspatientinnen mit niedriger Ferroportin- Expression (was zu höheren Konzentrationen von intrazellulärem Eisen führt) im Durchschnitt für einen kürzeren Zeitraum, während eine hohe Ferroportin-Expression eine 10-Jahres-Überlebensrate von 90 % bei Brustkrebspatientinnen vorhersagt. In ähnlicher Weise verkürzen auch genetische Variationen in Eisentransportergenen, von denen bekannt ist, dass sie den Serumeisenspiegel erhöhen, die Lebensdauer und die durchschnittliche Anzahl von Jahren, die bei guter Gesundheit verbracht werden. Es wurde vermutet, dass Mutationen, die die Eisenaufnahme erhöhen, wie diejenigen, die für die Hämochromatose verantwortlich sind (siehe unten), während der Jungsteinzeit ausgewählt wurden, da sie einen selektiven Vorteil gegen Eisenmangelanämie boten . Der Anstieg des systemischen Eisenspiegels wird im Alter pathologisch, was die Annahme unterstützt, dass eine antagonistische Pleiotropie oder "Überfunktion" das menschliche Altern vorantreibt.

Chronische Eisentoxizität ist normalerweise das Ergebnis chronischerer Eisenüberladungssyndrome, die mit genetischen Erkrankungen, wiederholten Transfusionen oder anderen Ursachen verbunden sind. In solchen Fällen können die Eisenspeicher eines Erwachsenen 50 Gramm (10-mal das normale Gesamt-Körpereisen) oder mehr erreichen. Die häufigsten Erkrankungen der Eisenüberladung sind die hereditäre Hämochromatose (HH), die durch Mutationen im HFE- Gen verursacht wird, und die schwerere Erkrankung juvenile Hämochromatose (JH), die durch Mutationen in Hämojuvelin ( HJV ) oder Hepcidin ( HAMP ) verursacht wird. Die genauen Mechanismen der meisten der verschiedenen Formen der Hämochromatose bei Erwachsenen, die die meisten genetischen Eisenüberladungsstörungen ausmachen, sind noch ungelöst. Während die Forscher also genetische Mutationen identifizieren konnten, die mehrere Varianten der Hämochromatose bei Erwachsenen verursachen, müssen sie sich nun der normalen Funktion dieser mutierten Gene zuwenden.

Verweise

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Externe Links