Железo, его метаболизм в организме человека и гигиеническое нормирование в питьевой воде. Обзор литературы. Часть 1

https://doi.org/10.33029/0016-9900-2020-99-4-412-417

Резюме

Железо - эссенциальный элемент, незаменимый для роста, деления, дифференцировки и функционирования любой живой клетки организма. Жизненно необходимое человеку железо одновременно опасно, поскольку при избыточном накоплении вызывает окислительный стресс с образованием высокоактивных кислородных радикалов и реактивных форм азота, способных разрушать клеточные мембраны, белки, нуклеиновые кислоты, снижать жизнеспособность клеток, что, по современным представлениям, может способствовать развитию многих болезней (кардиоваскулярных, ревматических, гастроинтестинальных, нейродегенеративных, онкологических, метаболических и др.), а также ускорять процесс старения. В обзоре рассматриваются вопросы метаболизма железа у человека, включая его регуляцию на клеточном и системном уровнях, поступление, транспорт, использование, накопление и экспорт железа в клетках, роль лабильного пула железа в цитоплазме клеток и не связанного с трансферрином железа плазмы крови. Приводятся данные о причинах, частоте встречаемости и значении перегрузки организма железом в образовании свободных радикалов, развитии окислительного стресса и связанных с ним распространённых заболеваний, а также сведения о ферроптозе - новом типе железозависимой регулируемой клеточной гибели. Уделяется внимание работам отечественных авторов, где выявлено, что длительное употребление питьевой воды с повышенным содержанием железа неблагоприятно для населения и ведёт к увеличению общей заболеваемости, развитию болезней крови, кожи и подкожной клетчатки, костно-мышечной системы, органов пищеварения, мочеполовой системы, аллергических заболеваний. Цитируются отдельные публикации о возможности негативного действия железа при концентрациях в воде на уровне 0,3 мг/л (ПДК в воде) и ниже. Материалы обзора подчёркивают профилактическое значение осторожного отношения к регламентированию железа в воде РФ, где 1/3 населения использует для питья воду, содержащую железо, и обосновывают целесообразность установления гигиенического норматива железа в воде не выше 0,3 мг/л без включения в нормативные документы уровня 1 мг/л как допустимого.

Ключевые слова:железо; метаболизм в организме; перегрузка железом; окислительный стресс; заболеваемость; повышенное содержание железа в питьевой воде; гигиеническое нормирование железа в воде.

Егорова Н.А., Канатникова Н.В. Железo, его метаболизм в организме человека и гигиеническое нормирование в питьевой воде. Обзор литературы. Часть 1. Гигиена и санитария. 2020; 99(4): 412-417. DOI: https://doi.org/10.33029/0016-9900-2020-99-4-412-417

Литература

1. Patel M., Ramavataram D.V. Non transferrin bound iron: nature, manifestations and analytical approaches for estimation. Indian J Clin Biochem. 2012; 27 (4): 322-32. DOI: https://doi.org/10.1007/s12291-012-0250-7.

2. Doulias P.-T., Vlachou C., Boudouri C., Kanavaros P., Siamopoulos K.C., Galaris D. Flow cytometric estimation of ‘labile iron pool’ in human white blood cells reveals a positive association with ageing. Free Radic Res. 2008; 42 (3): 253-9.

3. Цветаева Н.В., Левина А.А., Мамукова Ю.И. Основы регуляции обмена железа. Клиническая онкогематология. 2010; 3 (3): 278-83.

4. Тарасова Н.Е., Теплякова Е.Д. Феррокинетика и механизмы её регуляции в организме человека. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2012; (1): 10-6.

5. Ватутин Н.Т., Калинкина Н.В., Смирнова А.С., Кашанская О.К., Мельнер И.А. Роль железа в организме человека. Вестник Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина. 2012; 24 (1024): 74-80.

6. Кузнецова Т.А. Влияние родниковой воды на состояние здоровья населения (на примере Барышского района Ульяновской области). Ульяновский медико-биологический журнал. 2016; (1): 158-67.

7. Papanikolaou G., Pantopoulos K. Systemic iron homeostasis and erythropoiesis. IUBMB Life. 2017; 69 (6): 399-413. DOI: https://doi.org/10.1002/iub.1629

8. Лукина Е.А., Деженкова А.В. Метаболизм железа в норме и патологии. Клиническая онкогематология. 2015; 8 (4): 355-61.

9. Лукач В.Н., Орлов Ю.П., Долгих В.Т., Иванов А.В. Обмен железа и его роль при травматической болезни. Анестезиология и реаниматология. 2014; (1): 78-81.

10. Gozzelino R., Arosio P. Iron Homeostasis in Health and Disease. Int J Mol Sci. 2016; 17 (1): pii: E130. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms17010130

11. Chaudhuri D., Ghate N.B., Panja S., Basu T., Shendge A.K., Mandal N. Glycoside rich fraction from Spondias pinnata bark ameliorate iron overload induced oxidative stress and hepatic damage in Swiss albino mice. BMC Complement Altern Med. 2016; 16: 262. DOI: https://doi.org/10.1186/s12906-016-1244-4

12. Wang J., Pantopoulos K. Regulation of cellular iron metabolism. Biochem J. 2011; 434 (3): 365-81. DOI: https://doi.org/10.1042/BJ20101825

13. Chifman J., Laubenbacher R., Torti S.V. A systems biology approach to iron metabolism. Adv Exp Med Biol. 2014; 844: 201-25. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2095-2_10

14. Полякова С.И., Анушенко А.О., Баканов М.И., Смирнов И.Е. Анализ и интерпретация показателей обмена железа при разных формах патологии у детей. Российский педиатрический журнал. 2014; 17 (3): 17-23.

15. Гусманова Г.Т., Калимуллина Д.Х., Бакиров А.Х., Хусаинова Р.И. Поиск генетических факторов предрасположенности к развитию цирроза печени в исходе вирусного гепатита В у больных Республики Башкортостан. Казанский медицинский журнал. 2012; 93 (2): 197-203.

16. Kohgo Y., Ikuta K., Ohtake T., Torimoto Y., Kato J. Body iron metabolism and pathophysiology of iron overload. Int J Hematol. 2008; 88 (1): 7-15. DOI: https://doi.org/10.1007/s12185-008-0120-5

17. Hunt J.R., Zito C.A., Johnson L.K. Body iron excretion by healthy men and women. Am J Clin Nutr. 2009; 89 (6): 1792-8. DOI: https://doi.org/10.3945/ajcn.2009.27439

18. Лубянова И.П. Современные представления о метаболизме железа с позиции профпатолога. Актуальные проблемы транспортной медицины. 2010; 20 (2): 47-57.

19. Muckenthaler M.U., Rivella S., Hentze M.W., Galy B. A red carpet for iron metabolism. Cell. 2017; 168 (3): 344-61. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.12.034

20. Zou D.M., Sun W.L. Relationship between Hepatitis C virus infection and iron overload. Chin Med J. 2017; 130 (7): 866-71. DOI: https://doi.org/10.4103/0366-6999.202737

21. Hentze M.W., Muckenthaler M.U., Galy B., Camaschella C. Two to tango: regulation of Mammalian iron metabolism. Cell. 2010; 142 (1): 24-38. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.06.028

22. Fairweather-Tait S.J., Jennings A., Harvey L.J., Berry R., Walton J., Dainty J.R. Modeling tool for calculating dietary iron bioavailability in ironsufficient adults. Am J Clin Nutr. 2017; 105 (6): 1408-14. DOI: https://doi.org/10.3945/ajcn.116.147389

23. Anderson G.J. Mechanisms of iron loading and toxicity. Am J Hematol. 2007; 82 (S12): 1128-31.

24. Siah C.W., Ombiga J., Adams L.A., Trinder D., Olynyk J.K. Normal iron metabolism and the pathophysiology of iron overload disorders. Clin Biochem Rev. 2006; 27 (1): 5-16.

25. Katsarou M-S., Latsi R., Papasavva M., Demertzis N., Kalogridis T., Tsatsakis A.M. et al. Population-based analysis of the frequency of HFE gene polymorphisms: correlation with the susceptibility to develop hereditary hemochromatosis. Mol Med Rep. 2016; 14 (1): 630-6. DOI: https://doi.org/10.3892/mmr.2016.5317

26. Zhang D.L., Ghosh M.C., Rouault T.A. The physiological functions of iron regulatory proteins in iron homeostasis - an update. Front Pharmacol. 2014; 5: 124. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2014.00124

27. Wilkinson N., Pantopoulos K. The IRP/IRE system in vivo: insights from mouse models. Front Pharmacol. 2014; 5: 176. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2014.00176

28. Григорьев Ю.И., Ляпина Н.В. Оценка риска загрязнения питьевой воды для здоровья детей Тульской области. Гигиена и санитария. 2013; 92 (3): 36-8.

29. Silva B., Faustino P. An overview of molecular basis of iron metabolism regulation and the associated pathologies. Biochim Biophys Acta. 2015; 1852 (7): 1347-59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2015.03.011

30. Ems T., Huecker M.R. Biochemistry, iron absorption. StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020 Jan.

31. Drakesmith H., Nemeth E., Ganz T. Ironing out Ferroportin. Cell Metab. 2015; 22 (5): 777-87. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2015.09.006

32. Paul B.T., Manz D.H., Torti F.M., Torti S.V. Mitochondria and Iron: current questions. Expert Rev Hematol. 2017; 10 (1): 65-79. DOI: https://doi.org/10.1080/17474086.2016.1268047

33. Lv H., Shang P. The significance, trafficking and determination of labile iron in cytosol, mitochondria and lysosomes. Metallomics. 2018; 10 (7): 899-916. DOI: https://doi.org/10.1039/c8mt00048d

34. Lane D.J., Merlot A.M., Huang M.L., Bae D.H., Jansson P.J., Sahni S. et al. Cellular iron uptake, trafficking and metabolism: Key molecules and mechanisms and their roles in disease. Biochim Biophys Acta. 2015; 1853 (5): 1130-44. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2015.01.021

35. Muckenthaler M.U., Rivella S., Hentze M.W., Galy B. A Red Carpet for Iron Metabolism. Cell. 2017; 168 (3): 344-61. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.12.034

36. Zhou L., Zhao B., Zhang L., Wang S., Dong D., Lv H. et al. Alterations in cellular iron metabolism provide more therapeutic opportunities for cancer. Int J Mol Sci. 2018; 19 (5): pii: E1545. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms19051545

37. Theil E.C. Ferritin: at the crossroads of iron and oxygen metabolism. J Nutr. 2003; 133 (5 Suppl 1): 1549S-53S. DOI: https://doi.org/10.1093/jn/133.5.1549S

38. Gkouvatsos K., Papanikolaou G., Pantopoulos K. Regulation of iron transport and the role of transferrin. Biochim Biophys Acta. 2012; 1820 (3): 188-202. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2011.10.013

39. Brissot P., Ropert M., Le Lan C., Loréal O. Non-transferrin bound iron: a key role in iron overload and iron toxicity. Biochim Biophys Acta. 2012; 1820 (3): 403-10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2011.07.014

40. Tripathi A.K., Karmakar S., Asthana A., Ashok A., Desai V., Baksi S. et al. Transport of non-transferrin bound iron to the brain: implications for alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis. 2017; 58 (4): 1109-19. DOI: https://doi.org/10.3233/JAD-170097

41. Ginanjar E., Indrawati L., Setianingsih I., Atmakusumah D., Harahap A., Timan I.S. et al. Iron absorption in iron-deficient women, who received 65 mg Fe with an indonesian breakfast, is much better from NaFe(III) EDTA than from Fe(II)SO₄, with an acceptable increase of plasma NTBI. A Randomized Clinical Trial. Pharmaceuticals (Basel). 2018; 11(3): pii: E85. DOI: https://doi.org/10.3390/ph11030085

42. Васенина Е.Е., Левин О.С. Окислительный стресс в патогенезе нейродегенеративных заболеваний: возможности терапии. Современная терапия в психиатрии и неврологии. 2013; (3-4): 39-46.

43. Окрут И.Е., Даутова Д.А. Оксид азота как показатель активности свободнорадикального окисления при метаболическом синдроме. Международный научный журнал "Инновационная наука". 2015; (8): 132-5.

44. Kruszewski M. The role of labile iron pool in cardiovascular diseases. Acta Biochimica Polonica. 2004; 51 (2): 471-80.

45. Xu S., Zhang Y. Antioxidant activity in vitro and in vivo of Auricularia auricula polysaccharides through different extraction processes. Adv J Food Sci Technol. 2016; 12 (9): 485-9. DOI: https://doi.org/10.19026/ajfst.12.3059

46. Kell D.B., Pretorius E. No effects without causes: the iron dysregulation and Dormant Microbes hypothesis for chronic, inflammatory diseases. Biol Rev Camb Philos Soc. 2018; 93 (3): 1518-57. DOI: https://doi.org/10.1111/brv.12407

47. Kell D.B. Towards a unifying, systems biology understanding of large-scale cellular death and destruction caused by poorly liganded iron: Parkinson’s, Huntington’s, Alzheimer’s, prions, bactericides, chemical toxicology and others as examples. Arch Toxicol. 2010; 84 (11): 825-89. DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-010-0577-x

48. Мартусевич А.К., Карузин К.А. Оксидативный стресс и его роль в формировании дизадаптации и патологии. Биорадикалы и антиоксиданты. 2015; 2 (2): 5-19.

49. Силивончик Н.Н. Наследственные заболевания вследствие перегрузки железом. Медицинский журнал БГМУ. 2014; 49 (3): 45-9.

50. Полякова С.И. Семейный анамнез детей с мутациями наследственного гемохроматоза. Педиатрическая фармакология. 2010; (3): 52-6.

51. Santos P.C., Krieger J.E., Pereira A.C. Molecular diagnostic and pathogenesis of hereditary hemochromatosis. Int J Mol Sci. 2012; 13 (2): 1497-511. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms13021497

52. Пальцев И.В., Калинин А.Л. Мутации гена HFE как фактор риска развития гемохроматоза у больных хроническими диффузными заболеваниями печени. Проблемы здоровья и экологии. 2010; 4 (26): 53-7.

53. Сорокин Д.В., Шмунк И.В., Спичак И.И. HFE-ассоциированный полиморфизм гена гемохроматоза у детей - пациентов гастроэнтерологического профиля. Педиатрический вестник Южного Урала. 2014; (1-2): 65-8.

54. Neghina A.M., Anghel A. Hemochromatosis genotypes and risk of iron overload - a meta-analysis. Ann Epidemiol. 2011; 21 (1): 1-14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.annepidem.2010.05.013

55. Румянцев А.Г., Токарева Ю.Н., ред. Болезни перегрузки железом (гемохроматозы). Руководство для врачей. М.: Медпрактика; 2004. 328 с.

56. Еремина Е.Ю. Гемохроматоз. Практическая медицина. 2015; 7 (92): 40-4.

57. Полякова С.И., Потапов А.С., Полякова О.А. Наследственный гемохроматоз у детей. Вопросы современной педиатрии. 2004; (5): 118-21.


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»