Predavanja iz kliničke hemijePoremećaji u metabolizmu gvožña:deficijencija i opterećenje gvožñem

Prof Vesna Spasojević-KalimanovskaProf Violeta Dopsaj

Farmaceutski fakultetUniverziteta u Beogradu

2009/2010

CiljeviCiljevi predavanjapredavanja –– poremeporemeććajiaji u u homeostazihomeostazi gvogvožžñaña

• Mehanizmi deficijencije i opterećenjagvožñem

• Odgovor pojedinih kontrolnih mehanizama

• Genetska osnova poremećaja u metabolizmu Fe

• Uloga transportnih proteina i receptora u ovim poremećajima

• Povećane potrebe

• Povećan gubitak

• Neadekvatna resorpcija

Etiologija deficijencije gvožña

Deficijencija gvožña

• Deficijencija se javlja kod – dece, žena i starijih

Negativan balans Fe dovodi do reakcijeorganizma:

1. mobilizacija Fe iz depoa

2. stimulacija resorpcije Fe u crevima

F

C

3 2

TfFe

Deficijencija Fe -reakcija na nivou apsorpcije

1

Fe u citozoluC

Transport u plazmu - transferin ↑↑↑↑Transport u mitohondrijeza sintezu enzima koji sadrže Fe

Transport do apoferitina - feritin

1

3

2

↓↓↓↓

Deficijencija gvožña

Uzroci deficijencije Fe:

1. Nedovoljan unos hranom u kombinaciji sa povećanim potrebama organizma

• korišćenje starog mesa

• vegeterijanska ishrana

• ishrana dece sa niskim sadržajem Fe

Deficijencija gvožña

2. Povećani fiziološki zahtevi

• brz rast u ranom detinjstvu i adolescenciji• trudnoća i laktacija

Deficijencija gvožña

3. Poremećena apsorpcija u GIT zbog

• smanjene sekrecije HCl u želudcu (delimična gastroktomija)

• smanjene duodenalne apsorptivne površine • smanjena redukcija Fe(III) u Fe(II) zbog

nedostatka redukujućih sup. (askorbinskakiselina, cistein i glutation)

• prisustva sup. Nerastvorni kompleksi– fitinska kiselina (žitarice)– fosfati i alginati (instant supe i pudinzi)– lekovi (tetraciklini, antacidi)

• promene na sluzokoži (malapsorpcija i dijareja)

Deficijencija gvožña

Mala bioraspoloživost

Faktori koji modifikuju apsorpciju gvožña

• Bioraspoloživost hem > fero > feri

• Poremećaji intestinalne strukture Kronovo oboljenje

• Celijačno oboljenje

• Inhibitori fitati, tanini, opterećenje Fe

• Kompetitori olovo, stromcijum, kobalt

• Stimulatori askorbat, citrat, aminokis, deficit Fe

Deficijencija gvožña

4. Gubitak krvi

• fiziološki u toku menstruacije i porodjaja

• patološki u toku akutnog ili hroničnog krvarenja– iz GIT (peptički ulkus, maligniteti, antiinflamatorni

agensi aspirin u kombinaciji sa varfarinom)

Deficijencija gvožña

5. Poremećena mobilizacija Fe iz depoa

• kod parazitornih infekcija hipoferemija

6. Gubitak urinom

• hronične hemolizne angiopatije

• paroksizmalne noćne hemoglobinurije

Posledice deficijencije gvožña

Poremećaji hematološke prirode

• Nedostatak gvožña u organizmu

• Smanjena saturacija transferina

• Smanjena sinteza hemoglobina → anemija

Poremećaji nehematološke prirode

1. Na mišićno tkivo –poremećaji oksidativne fosforilacije

2. Na nervno tkivo – poremećaji aktivnosti enzima

Tirozin hidroksilaza i monoaminooksidaze

3. Na imuni sistem – celularni imunitet

Aktivnost ribonukleotid reduktaze sinteza DNK

Definicija anemije

Smanjenje mase eritrocita u krvi, koje je praćeno smanjenjem hemoglobina i hematokrita ispod normalnih vrednosti.

Deficijencija gvožñasideropenijska anemija

Simptomi anemije- nespecifični

Smanjenje snage, lupanje srca i brzo zamaranje.

Starijim osobama sa oboljenjima KVS pogoršavaju se anginozne smetnje, srčana slabost i klaudikacije.

Kada je vrednost Hb <70-80 g/L značajno se smanjuje tolerancija na fizički napor, praćena gušenjem, palpitacijama, glavoboljom i iscrpljenošću.

Faze deficijencija gvožña

Prelatentna Latentna Manifestna

anemija

Feritin 20 < 12 < 12

Transferin 360 >360 > > 360

Apsorpcija Fe ↑ ↑ ↑

Eritrociti normalni normalni mikrocitni

Sideroblasti 40-60 <10 < 10

Anemija hroničnih bolesti

• Medijatori anemije kod bolesnika sa bakterijskim infekcijama i malignim bolestima su TNF i interferon-ββββ, a kod bolesnika sa hroničnim inflamatornim oboljenjima interleukin-1 i interferon-γγγγ.

Ovi citokini smanjuju proliferativni kapacitet eritroidnih prekursora, oslobañanje eritropoetina u bubrezima i mobilizaciju gvožña iz makrofaga

Klinički i laboratorijski nalaziAnemija je normocitna, normohromna, lakog do umerenog stepena (Hb 100-120 g/L sa <2% retikulocita) i uglavnom asimptomatska.

Serumsko gvoždje je sniženo (<9 µmol/L), kao i TIBC (<54 µmol/L), a vrednost saturacije 10-20%. Vrednost feritina u serumu je povećana.

Anemija u Anemija u inflamacijiinflamaciji: uloga : uloga hepcidinahepcidina

IL-6

Anemija u bolestima bubrega• Oboljenja bubrega sa progresivnom bubrežnom

insuficijencijom su uvek praćena umerenom ili teškom anemijom. Stepen anemije zavisi od stepena bubrežne insuficijencije. Anemija je posledica smanjenog lučenja eritropoetina u obolelim bubrezima i skraćenja veka eritrocita zbog uremije.

•Klinički i laboratorijski nalazi

Anemija je normocitna, normohromna anemija sa niskim retikulocitnim indeksom.

Vrednosti serumskog gvožña, TIBC i serumskog feritina su u granicama referentnih vrednosti, što ovu anemiju razlikuje od sideropenijske i “inflamatorne” anemije.

Prevencija deficijencije gvožña:• Adekvatna ishrana

• Suplementi

• Soli metalne– Sulfati

– Feroglukonat i ferofumarat

Lečenje sideropenijske anemije

Oralno i parenteralno• Oralno 200 – 250 mg Fe soli dnevno

– Negativni efekti oralnih preparata – povraćanje, abdominalni bol, zatvor ili dijareju

• Parenteralni preparati:– Samo kod bolesnika sa malapsorpcijom i koji ne tolerišu oralne

praparate.

Lečenje anemije je dugotrajan proces !

Opterećenje gvožñem

Uzroci opterećenja Fe:

1. Povećana apsorpcija

2. Stalne transfuzije krvi pri upornim anemijama ( 200 mg u 500 mL krvi)

3. Kod sportista

• uticaj povećanog uzimanja vitamina C i aminokiselina

• blood dopping

F

C

3 2

TfFe

Višak Fe – reakcija na nivou apsorpcije

1

Fe u citozoluC

Transport u plazmu - transferin

Transport u mitohondrijeza sintezu enzima koji sadrže Fe

Transport do apoferitina -feritin↑↑↑↑

1

3

2↓↓↓↓

Opterećenje gvožñem

Deponovanje Fe u I. Retikulo-endotelnim ćelijama

– jetre, slezine, kostne srži

II. Parenhimskim ćelijama jetre– ciroza jetre

Hemohromatoza • oštećenje parenhima

• ćelijska degeneracija i fibroza

Hemosideroza • skladištenje Fe kao hemosederina

• bez funkcionalnog oštećenja tkiva

Opterećenje gvožñem

• Normalna eritropoeza

• Povećano Fe u serumu

• Transferin prezasićen

• Deponovanje Fe u parenhimskim ćelijama jetre, slezine, srca i endokrinih žlezda

• Poremećaj eritropoeze

• Prvo akumulacija Fe u makrofagama RES

• Kasnija akumulacija u parenhimskim ćelijama

Dva oblika ispoljavanja opterećenja Fe

Deponovanje Fe u parenhimskim ćelijama vodi oštećenju tkiva i fibrozi

Opterećenje gvožñem

Mehanizmi oštećenja parenhimskih ćelija:

a) Toksično dejstvo na enzime oksidacionihprocesa;

b) Deponovanje u vidu feritina i hemosiderinaoštećuje lizozome

Lizozomalni enzimi - destrukcija organela i ćelija

c) Dejstvo slobodnih radikala Peroksidacija lipida membrane i oštećenja ćelija

Stimulacija sinteze kolagena fibroza

Dejstvo slobodnih radikala

Mikroskopski preparatzdrave jetre

Noduli hepatocita sa okružujućom fibrozomHemosiderin – svetlo braon

Preparat jetre obojen Perl Perssian plavim ukazuje na hemosiderin

Preparat miokarda sa značajnim deponovanjem

hemosiderina –svetlo braon

Preparat miokarda obojen Perl Perssian plavim

Intersticijalna fibroza pankreasa sa granulama hemosiderina – svetlo braon

Klasifikacija hemohromatoza

• Primarna (nasledna) hemohromatoza

• Sekundarna (stečena) hemohromatoza

Nasledne hemohromatoze

1. Klasična hemohromatoza (nasledna, HFE hemohromatoza)

2. Juvenilna hemohromatoza• Vezana za hromozom 1q• Abnormalnost hepcidina

3. Deficijencija transferinskog receptora 2

4. Deficijencija feroportina

5. Afričko opterećenje Fe

Primarna nasledna hemohromatozaHFE hemohromatoza Tip 1

• Autozomalno recesivno; 6. Hromozom, HLA-

A3 alel

• Tačkasta mutacija C282Y redje H63D

• Homozigoti pokazuju simptome

• Učestalost

• Kliničke manifestacije kod muškaraca i

žena

Kristalna struktura HFE proteinaMesta mutacije

Struktura HFE proteina•Teški lanac tri domena

•Alfa1,alfa-2 i alfa-3•Laki lanac

• beta2-mikroglobulin

Lokalizacija•Matične ćelije kripti u duodenumu•makrofage

Kristalna struktura kompleksa HFE proteina i transferinskog receptora 1

Uloga HFE proteina

HFE pri pH 7.5 gradi stabilan kompleks sa transferinskim receptorom

Reaguje na cirkulišući nivo Fe

Vezivanje HFE sa TfR dovodi do • konformacionih promena na receptoru

• smanjen afinitet receptora za transferin

• kompetetivna inhibicija izmeñu transferina i HFE proteina

HFE protein u hemahromatozi

Mutacija C282Y -zamena tirozina sa cisteinom Cys282Tyr

• Mutirani HFE protein se ne vezuje adekvatno za TfR i ne učestvuje u homeostazi Fe

• Nema negativne povratne sprege

Neadekvatna intenzivna apsorpcija Fe

• dnevno 3-4 mg (normalno 1-2 mg)

• godišnje 0,5 do 1 mg

• u toku odrastanja 20-40 g (normalno 3-4 g)

Povećanje telesnih rezervi Fe

• deponovanje u jetri, slezini, srcu, pankreasu, endokrinim žlezdama

– samo u parenhimatoznim ćelijama jetre

Simptomi nasledne hemohromatoze

Klasična trijada

bronzana koža – dijabetes - ciroza

•pigmentacija kože,

• hepatomegalija – fibroza i ciroza

• oštećenje srca - kardiomiopatija

•oštećenja pankreasa – dijabet

•oštećenja endokrinih žlezda hipogonidizam

Raspored proteina na membrani Raspored proteina na membrani prekurzorskihprekurzorskih ććelija i elija i enterocita enterocita zdravih osoba i osoba sa hereditarnom zdravih osoba i osoba sa hereditarnom hemohromatozomhemohromatozom

Normalna regulacija transporta Fe u ciljnu ćeliju posredstvom HFE proteina negativnom

povratnom spregom

Izostanak negativne regulacije transporta Fe u ciljnu ćeliju usled mutacije C282Y

Hereditarna hemohromatoza tip 2

• Hepcidin• Mali solubilni peptid• Ekspresija u vezi sa telesnim statusom gvožña• Sintetiše se u jetri, odgovorni gen je HAMP• Signalni molekul statusa Fe

• Faktori koji utiču na nivo Fe u organizmu– Depoi Fe– Stepen eritropoeze– Koncentracija Hb– Inflamacija

• deluju i na hepcidin

Hereditarna hemohromatoza tip 2

• Negativni modulator oslobañanja Fe iz enterocitai makrofaga

• Hepcidin se vezuje za transportni protein feroportin, posle toga se on uklanja i degradira

• Feroportin je receptor za hepcidin

• Feroportin je kanal kroz koji joni Fe prelaze u plazmu

• Hepcidin zatvara ovaj kanal

• Deficit hepcidina – povećana aktivnost feroportina – hemohromatoza

Delovanje hepcidina na molekule feroportina makrofaga i enterocita, kod zdravih osoba. Deficit hepcidina dovodi do nekontrolisanog oslobañanja gvožña, kod hereditarne hemohromatoze.

Promene u koncentraciji hepcidinaHemohromatoza tip 2

• Mehanizam kontrole sinteze hepcidina

• Na nivou transkripcije

• Visoko Fe povećana sinteza hepcidina

• Tip 2 autozomalno recesivno

• Juvenilna hemohromatoza

• Niska koncentracija hepcidina

• Mutacije na 2 gena Tip IIa i Tip IIb

Afričko opterećenje gvožñem

Bantu sideroza

• Priprema hrane

• Predispozicija za akumulaciju Fe

• Povećana apsorpcija

• Deponovanje u Kupferovim ćelijama

• Kao kod transfuzione sideroze

• Poremećaj recirkulacije Fe

Sekundarna hemohromatoza

1. Hemohromatoza kao posledica nekog naslednog poremećaja vezanog za metabolizam eritrocita→ hronične anemije

• Talasemije

• Deficijencija piruvat kinaze

• Diseritropoetske anemije

• Deficijencija glukoza-6-fosfat dehidrogenaze

• Sideroblastna anemija

• Kongenitalna atransferinemija

Sekundarna hemohromatoza

2. Egzogeno opterećenje Fe– abnormalan visok unos Fe iz hrane– učestale transfuzije krvi –transfuziona

sideroza– gvožñe dekstran– dugotrajna terapija gvožñem (oralna

supstituciona terapija –retko)3. Hronična oboljenja jetreCiroza, virusni hepatitis, alkoholna ciroza, masna

degeneracija jetre, porphzria cutanea tarda, portalni šant

4. Sekundarna hemohromatoza kod sportistaBlood doping

Lečenje hemohromatoze

• Flebotomija– 500 mL krvi – 250 mg Fe

– Dugogodišnje lečenje

• Deferoksamin

• Helatni agens

• Eliminacija urinom ili putem žuči