体内の鉄代謝

通常、健康な成人の体内には約3〜5 gの鉄が含まれているため、鉄は微量元素に分類されます。鉄は体内で不均一に分布しています。鉄の約2/3は赤血球のヘモグロビンに含まれており、これが鉄の循環基金（またはプール）です。成人の場合、このプールは2〜2.5 g、満期新生児では0.3〜0.4 g、未熟児では0.1〜0.2 gです。比較的多くの鉄はミオグロビンに含まれており、男性では0.1 g、女性では0.05〜0.07 gです。人体には70を超えるタンパク質と酵素が含まれており、その中には鉄（トランスフェリン、ラクトフェリンなど）が含まれており、それらに含まれる鉄の総量は0.05〜0.07 gです。輸送タンパク質トランスフェリンによって輸送される鉄は約1%（鉄輸送基金）を占めます。人体全体の鉄の約3分の1を占める鉄貯蔵庫（貯蔵庫、予備貯蔵庫）は、医療において極めて重要です。貯蔵庫の機能は、以下の臓器によって担われています。

• 肝臓;
• 脾臓;
• 骨髄;
• 脳。

鉄はフェリチンの形で貯蔵庫に含まれています。貯蔵庫内の鉄量は、フェリチン濃度を測定することで評価できます。現在、フェリチンは鉄貯蔵量の唯一の国際的に認められた指標です。鉄代謝の最終産物はヘモジデリンであり、組織に沈着します。

鉄は、ミトコンドリア呼吸鎖、クエン酸回路、DNA合成の酵素の最も重要な補因子であり、ヘモグロビンとミオグロビンによる酸素の結合と輸送に重要な役割を果たします。鉄を含むタンパク質は、コラーゲン、カテコールアミン、チロシンの代謝に必要です。反応Fe ² * <--> Fe ³における鉄の触媒作用により、キレート化されていない遊離鉄はヒドロキシラジカルを形成し、細胞膜を損傷して細胞死を引き起こす可能性があります。進化の過程で、遊離鉄の有害な影響からの保護は、食物からの鉄の吸収、その吸収、輸送、および無毒の可溶性形態での沈着のための特殊な分子を形成することによって解決されました。鉄の輸送と沈着は、トランスフェリン、トランスフェリン受容体、フェリチンなどの特殊なタンパク質によって行われます。これらのタンパク質の合成は特別なメカニズムによって制御され、体の必要性に依存します。

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健康な人の鉄代謝は一定の周期で完結する

人は毎日、体液や消化管の剥離した上皮とともに約1mgの鉄を失います。食物から消化管で吸収される鉄の量と同量です。鉄は食物からのみ体内に入ることを明確に理解する必要があります。したがって、毎日1mgの鉄が失われ、1mgが吸収されます。古い赤血球が破壊される過程で鉄が放出され、マクロファージによって利用され、ヘムの構築に再利用されます。体は鉄を吸収するための特別なメカニズムを持っていますが、鉄は受動的に排泄されます。つまり、鉄を排泄するための生理学的メカニズムはありません。したがって、食物からの鉄の吸収が体の必要量を満たさない場合、原因に関係なく鉄欠乏症が発生します。

体内の鉄の分布

1. 体内の鉄の総量の70%はヘムタンパク質の一部です。ヘムタンパク質は、鉄がポルフィリンに結合した化合物です。このグループの主な代表はヘモグロビン（鉄58%）で、さらにミオグロビン（鉄8%）、シトクロム、ペルオキシダーゼ、カタラーゼ（鉄4%）が含まれます。
2. 非ヘム酵素群（キサンチンオキシダーゼ、NADH脱水素酵素、アコニターゼ）は、主にミトコンドリアに局在する鉄含有酵素であり、酸化リン酸化や電子伝達のプロセスにおいて重要な役割を果たします。これらの酵素は金属をほとんど含まず、全体的な鉄バランスに影響を与えませんが、その生合成は組織への鉄の供給に依存します。
3. 鉄の輸送形態は、低分子鉄キャリアであるトランスフェリン、ラクトフェリンです。血漿の主な輸送鉄タンパク質はトランスフェリンです。分子量86,000のβグロブリン分画のこのタンパク質には2つの活性部位があり、それぞれに1つのFe ³⁺原子を結合できます。血漿中の鉄結合部位は鉄原子よりも多く、したがって遊離鉄は存在しません。トランスフェリンは銅、マンガン、クロムなどの他の金属イオンにも結合できますが、選択性が異なり、鉄が主に、より強固に結合します。トランスフェリン合成の主な場所は肝細胞です。肝細胞に沈着した鉄のレベルが増加すると、トランスフェリン合成は著しく減少します。鉄を運ぶトランスフェリンは、正赤血球と網状赤血球に熱心に利用され、金属の吸収量は赤血球前駆細胞表面の遊離受容体の存在に依存します。網状赤血球膜には、前正赤血球に比べてトランスフェリン結合部位が著しく少ないため、赤血球細胞の加齢とともに鉄の取り込みは減少します。低分子鉄キャリアは細胞内鉄輸送を担います。
4. 沈着鉄、予備鉄、または予備鉄には、フェリチンとヘモシデリンという2つの形態があります。予備鉄の化合物は、多数の鉄原子を取り囲む分子からなるタンパク質アポフェリチンで構成されています。フェリチンは茶色の化合物で、水に溶け、20％の鉄を含みます。体内に鉄が過剰に蓄積すると、フェリチンの合成が急激に増加します。フェリチン分子はほとんどすべての細胞に存在しますが、特に肝臓、脾臓、骨髄に多く存在します。ヘモシデリンは、茶色の顆粒状の水不溶性色素として組織に存在します。ヘモシデリンの鉄含有量はフェリチンよりも高く、40％です。組織におけるヘモシデリンの損傷作用は、リソソームの損傷、フリーラジカルの蓄積と関連しており、細胞死につながります。健康な人では、予備鉄の70％はフェリチンの形で、30％はヘモシデリンの形です。ヘモジデリンの利用率はフェリチンの利用率よりも著しく低い。組織中の鉄貯蔵量は、半定量評価法を用いた組織化学検査に基づいて評価することができる。鉄芽球（非ヘム鉄顆粒の含有量が異なる核赤血球細胞）の数を数える。幼児の体内における鉄分布の特徴は、赤血球細胞の鉄含有量が高く、筋組織の鉄含有量が低いことである。

鉄バランスの調節は、体内の鉄をほぼ完全に再利用し、消化管での吸収によって必要量を維持するという原理に基づいています。鉄の排泄半減期は4～6年です。

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鉄の吸収

吸収は主に十二指腸と小腸の最初の部分で起こります。体内の鉄欠乏症の場合、吸収ゾーンは遠位方向に広がります。1日の食事には通常約10〜20 mgの鉄が含まれていますが、消化管で吸収されるのは1〜2 mgのみです。ヘム鉄の吸収は、無機鉄の摂取量を大幅に上回ります。鉄の価数が消化管での吸収に及ぼす影響については明確な意見がありません。VI Nikulicheva（1993）は、Fe ^2+は正常濃度でも過剰濃度でもほとんど吸収されないと考えています。他の著者によると、鉄の吸収はその価数に依存しません。決定的な要因は鉄の価数ではなく、アルカリ反応時の十二指腸での溶解度であることが確立されています。胃液と塩酸は鉄の吸収に関与し、酸化物形（Fe ^H）から酸化物形（Fe ²⁺ ）への復元、イオン化、および吸収に利用可能な成分の形成を確実にしますが、これは非ヘム鉄にのみ適用され、吸収を調節する主なメカニズムではありません。

ヘム鉄の吸収過程は胃液の分泌に依存しません。ヘム鉄はポルフィリン構造の形で吸収され、腸粘膜でのみヘムから分離されイオン化鉄となります。ヘム鉄を含む肉製品（9～22%）からは鉄の吸収がよく、非ヘム鉄を含む植物性食品（0.4～5%）からは吸収がはるかに悪くなります。肉製品からの鉄の吸収には様々な方法があります。肝臓では鉄がヘモジデリンとフェリチンの形で含まれているため、肉よりも肝臓からの鉄の吸収が悪くなります。野菜を大量の水で茹でると、鉄含有量が20 %減少することがあります。

母乳からの鉄の吸収は独特ですが、その含有量は1.5mg/lと低いです。さらに、母乳は同時に摂取する他の食品からの鉄の吸収を高めます。

消化の過程で、鉄は腸管上皮細胞に入り、そこから濃度勾配に沿って血漿へと移行します。体内の鉄が不足すると、消化管腔から血漿への移行が加速します。体内の鉄が過剰になると、鉄の大部分は腸粘膜細胞に保持されます。鉄を豊富に含んだ腸管上皮細胞は絨毛の基部から上層へと移動し、剥離した上皮とともに失われます。これにより、過剰な金属が体内に入るのを防ぎます。

消化管における鉄の吸収プロセスは様々な要因の影響を受けます。鶏肉に含まれるシュウ酸塩、フィチン酸塩、リン酸塩、タンニンは鉄と複合体を形成し、鉄を体外に排出するため、鉄の吸収を低下させます。一方、アスコルビン酸、コハク酸、ピルビン酸、果糖、ソルビトール、アルコールは鉄の吸収を促進します。

血漿中で、鉄はその運搬体であるトランスフェリンと結合します。このタンパク質は鉄を主に骨髄へ輸送し、そこで鉄は赤血球へと浸透し、トランスフェリンは血漿に戻ります。鉄はミトコンドリアに入り、そこでヘムの合成が行われます。

骨髄からの鉄のさらなる経路は、次のように説明できます。生理的溶血の間、1日あたり15～20mgの鉄が赤血球から放出され、貪食性マクロファージによって利用されます。その後、その大部分は再びヘモグロビンの合成に使用され、少量のみがマクロファージ内に予備鉄の形で残ります。

体内の総鉄量の30%は赤血球生成に利用されず、貯蔵庫に蓄えられます。鉄はフェリチンとヘモジデリンという形で、主に肝臓と脾臓の実質細胞に蓄えられています。マクロファージとは異なり、実質細胞は鉄を非常にゆっくりと消費します。実質細胞による鉄摂取は、体内の鉄過剰、溶血性貧血、再生不良性貧血、腎不全などでは増加し、重度の金属欠乏では減少します。これらの細胞からの鉄の放出は、出血時に増加し、輸血時に減少します。

体内の鉄代謝の全体像は、組織鉄を考慮に入れなければ不完全です。鉄酵素を構成する鉄の量はわずか125mgと少ないですが、組織呼吸酵素の重要性は計り知れません。それらがなければ、いかなる細胞の生命活動も不可能です。細胞内に蓄えられた鉄のおかげで、鉄含有酵素の合成が体内の鉄摂取量と消費量の変動に直接依存することを避けられます。

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鉄代謝の生理的損失と特徴

成人の体内における生理的な鉄損失量は、1日あたり約1mgです。鉄は、皮膚上皮の剥離、表皮付属器、汗、尿、便、腸管上皮の剥離とともに失われます。女性では、月経、妊娠、出産、授乳中にも血液とともに鉄が失われ、その量は約800～1000mgです。体内の鉄代謝は図3に示されています。注目すべきは、血清中の鉄含有量とトランスフェリン飽和度が日中に変化することです。血清中の鉄濃度は朝に高く、夕方には低くなります。睡眠不足は、血清中の鉄含有量を徐々に減少させます。

体内の鉄代謝は、銅、コバルト、マンガン、ニッケルといった微量元素の影響を受けます。銅は鉄の吸収と輸送に不可欠であり、その作用はシトクロム酸化酵素とセルロプラスミンを介して発揮されます。マンガンの造血過程への作用は非特異的であり、その高い酸化能と関連しています。

鉄欠乏症が幼児、思春期の少女、出産可能年齢の女性に最も多く見られる理由を理解するために、これらのグループにおける鉄代謝の特徴を見てみましょう。

胎児への鉄の蓄積は妊娠期間を通して起こりますが、特に妊娠後期（3ヶ月目）に最も集中的に（40%）蓄積されます。そのため、1～2ヶ月の早産は、正期産児と比較して鉄供給量が1.5～2倍減少します。胎児は鉄バランスがプラスであり、濃度勾配に逆らって胎児に有利な状態にあることが知られています。胎盤は妊婦の骨髄よりも鉄を多く取り込み、母体のヘモグロビンから鉄を吸収する能力を持っています。

母体の鉄欠乏症が胎児の鉄貯蔵量に及ぼす影響については矛盾するデータがあります。妊娠中の鉄減少症は胎児の鉄貯蔵量に影響を与えないと考える著者もいれば、直接的な関係があると考える著者もいます。母体の鉄含有量の減少が新生児の鉄貯蔵量の不足につながると考えられます。しかし、先天性鉄欠乏症による鉄欠乏性貧血の発症は考えにくいです。なぜなら、出生後1日目とその後3～6か月間の鉄欠乏性貧血の発生率、ヘモグロビン値、血清鉄は、健康な母親から生まれた子どもと鉄欠乏性貧血の母親から生まれた子どもで差がないからです。満期新生児および未熟児の体内の鉄含有量は75 mg/kgです。

子供の場合、成人とは異なり、食物中の鉄は、この微量元素の生理学的損失を補充するだけでなく、平均して 1 日あたり 0.5 mg/kg の成長ニーズも満たす必要があります。

したがって、未熟児、多胎妊娠児、および 3 歳未満の乳幼児における鉄欠乏症の発症の主な前提条件は次のとおりです。

• 外因性鉄摂取不足による貯蔵量の急速な枯渇。
• 鉄分の必要量の増加。

青年期の鉄代謝

思春期の若者、特に女子における鉄代謝の特徴は、この微量元素の必要量の増加と体内への摂取量の低さの間に顕著な乖離があることです。この乖離の原因としては、急速な成長、栄養不足、スポーツ活動、過多月経、そして初期の鉄レベルの低さなどが挙げられます。

出産年齢の女性において、鉄欠乏症の主な発症要因は、月経過多と長期月経、多胎妊娠です。月経中に30～40mlの出血量を失う女性の1日あたりの鉄必要量は1.5～1.7mgです。出血量が増えると、鉄必要量は2.5～3mgに増加します。実際には、消化管から摂取できる鉄量は1日あたり1.8～2mgに過ぎず、0.5～1mgの鉄分しか補給できません。そのため、微量元素の欠乏量は1ヶ月あたり15～20mg、1年あたり180～240mg、10年あたり1.8～2.4gに達し、体内の鉄貯蔵量を超えることになります。さらに、妊娠回数、妊娠間隔、授乳期間も女性の鉄欠乏症の発症に重要です。