Kalzium- und Mineralhaushalt des Körpers, Knochensystem

Physiologie des Eisenstoffwechsels
 
 
© H. Hinghofer-Szalkay

Anämie: ἀν = ohne, αἷμα = Blut
Ferritin, Ferroportin: ferrum = Eisen, portare = tragen, bringen
Hämoglobin: αἷμα = Blut, globus = Kugel (kugelförmiges Eiweiß)
Hämosiderin:
αἷμα = Blut, σίδηρος = Eisen
Hepcidin: Aus der Leber (hepar), antimikrobiell (cadere = fallen)
Hephästin: Von seinem Entdecker C.D. Vulpe nach Hephaistos (Gott der Schmiede) benannt
Sideropenie:
σίδηρος  = Eisen, πενία = Mangel
Transferrin: trans = hinüber, ferrum = Eisen


Eisen ist ein reaktionsfreudiges Atom, das verschiedene Oxidationsstufen bildet und im Körper als Vermittler von Elektronenübertragungen - oxidativ / reduktiv - gebraucht wird: Zahlreiche Oxidoreduktasen nehmen Eisen für ihre Funktion zu Hilfe. Auch in Zytochromen (Atmungskette) und Eisen-Schwefel-Komplexen wird Eisen benötigt.

Vor allem aber dient Eisen in Hämoglobin (75% des Körpereisens) und Myoglobin (5%) als Bestandteil des Häm-Komplexes, über den Sauerstoff reversibel gebunden wird, dem Atemgastransport. Anämie - reduzierte Sauerstoff-Transportfähigkeit - ist ein weltweites Problem (nicht in unseren Breiten mit enormem Fleischangebot), das meist durch alimentären Eisenmangel bedingt ist.

Der menschliche Körper enthält etwa 3-4 g Eisen, und er benötigt kaum mehr als 1 mg täglich (Eisen ist ein Spurenelement). Denn Eisen wird nicht in nennenswerten Mengen ausgeschieden - Verlust nach außen findet allenfalls über Blutungen statt.

Reguliert wird die Eisenbilanz über die Aufnahme in den Körper: Häm-Transporter sorgen für die Aufnahme in die Darmschleimhautzelle (apikale Membran), Ferroportin für die Weitergabe an die Blutbahn, Hephästin für die Oxidation von zwei- zu dreiwertigem Eisen (beide an der basolateralen Membran der Darmschleimhautzelle). Die Leber bildet Hepcidin, und zwar umso heftiger, je mehr Eisen bzw. Sauerstoff im Körper zur Verfügung steht ("Eisenbremse"); Hepcidin blockiert Ferroportin, auf diese Weise wird die Eisenresorption gehemmt - der Darm nimmt nur so viel Eisen auf, wie im Stoffwechsel benötigt wird.

Im Kreislauf dient Transferrin dem Eisentransport, es gibt dem Plasma seine bernsteinartige Färbung; normalerweise ist es nur zu etwa 30% mit Eisen beladen, seine Eisenbindungskapazität ist nicht ausgeschöpft. In den Zellen wird Eisen an Transferrin angelagert gespeichert; je mehr Eisen im Körper vorhanden ist, desto mehr Transferrin ist im Blutplasma nachweisbar.


Eisenresorption  Kinetik des Eisens Eisenreserven im Körper  Steuerung des Eisenaustauschs

>Abbildung: Regulation der Eisenresorption
Nach einer Vorlage in Kumar / Abbas / Fausto / Aster, Robbin and Cotran's Pathological Basis of Disease, 8th ed. Saunders / Elsevier 2010

Die Eisenresorption im Darm wird über die Verfügbarkeit von Sauerstoff im Gewebe gesteuert

Apikale Membran
: Hämeisen wird über
ein Hämtransporter (Heme-Carrier Protein HCP-1) resorbiert und intrazellulär durch eine Hämoxygenase als Fe2+ freigesetzt. Nicht-Häm-Eisen (Fe3+) wird für die Resorption zunächst zu Fe2+ reduziert (Ferri-Reduktase bzw. Zytochrom B) und über einen Transporter (DMT1 = divalent metal transporter) aufgenommen

Basolaterale Membran: Ferroportin schleust Fe2+ aus der Zelle, das dann durch die Ferroxidase Hephästin zu Fe3+ oxidiert wird und in dieser Form von Transferrin im Kreislauf transportiert

Bei normalen Eisenreserven und intakter Blutbildung produziert die Leber Hepcidin, der Plasma-Hepcidinspiegel ist hoch. Das führt zu Herunterregulierung von Ferroportin, was bewirkt, dass das resorbierte Eisen nicht über die basolaterale Membran zum Blut weitergereicht, sondern in der Mukosa festgehalten und über den Epithelverlust wieder entfernt wird (Mukosablock, "Eisenbremse"). Besteht hingegen Eisenmangel bzw. Hypoxie, stellt die Leber die Hepcidinproduktion ein, der Hepcidinspiegel nimmt ab, die Aktivität von Ferroportin steigt, Eisen gelangt in den Körper und wird an das rote Knochenmark (Blutbildung!) weitergeleitet. Damit nimmt der Hämatokrit und die Sauerstoff-Transportkapazität des Blutes zu
 
       Zur Eisenresorption im Darm s. dort.
Wozu benötigt der Organismus Eisen?  Eisen ist ein "Übergangsmetall", das verschiedene Oxidationsstufen bilden kann (Fe2+ und Fe3+). Eisen kann Elektronen rasch aufnehmen oder abgeben, in freier Form ist es daher toxisch. Posthetische Gruppen und Proteine "zähmen" diese Reaktionsbereitschaft im Organismus.
 
Zeichen der Anämie sind in Asien schon seit mindestens viertausend Jahren bekannt. Schwerer Eisenmangel (Sideropenie ) wurde seit dem Mittelalter als Chlorose ("Bleichsucht"; χλωρός = bleich) beschrieben. Der Engländer Thomas Sydenham  behandelte Anämikerinnen erstmals mit Eisensalzen und berichtete über die Wirkung: ".. the effects of steel (sic!) on chlorosis: The pulse gains strength and frequency, the surface warmth, the face - no longer pale and deathlike - a fresh ruddy color..". 1925 gelang der Nachweis einer Transportform von Eisen in roten Blutkörperchen. Die Regulation des Eisenstoffwechsels wurde erst um die Jahrtausendwende klarer, als man die Rolle des Hepcidins als Eisenhormon aufklärte.


Eisen spielt im Organismus eine doppelte Rolle:

  Sauerstofftransport: Fe als Anlagerungsstelle für O2 in in Hämoglobin und Myoglobin (1 g Hämoglobin enthält 3,5 mg Eisen) - und damit im Zentrum des Sauerstofftransports.
 
  Elektronentransport: Fe als Kofaktor für Oxidoreduktasen und Zytochrome. Eisen-Schwefel-Komplexe sind Bestandteile von Atmungskettenkomplexen (I bis III); zahlreiche Enzyme sind nur mit Eisen funktionsfähig. Wegen all dieser wichtigen Eigenschaften ist Eisen unverzichtbar für Energiestoffwechsel, Intermediärstoffwechsel, Nukleotidsynthese, Signalwege und Immunabwehr.
 
Weltweit sind fast zwei Milliarden Menschen von Eisenmangel betroffen, was Anämie (Blutarmut) verursacht. Dies betrifft vor allem Frauen: Der Tagesbedarf (Männer ≈1 mg/d) hängt vom Blutverlust ab (Menstruation: 30-60 ml, entspricht 15-30 mg Eisen). Schwangere vor der Niederkunft brauchen 5 mg/d für die Blutbildung des Feten, was die maximale Eisentransportkapazität der intestinalen Resorption meist übersteigt. Fast jede zweite menstruierende Frau hat Eisenmangel (niedrige Ferritinwerte ).

Mit der Nahrung muss, entsprechend dem niedrigen Fe-Ausnützungsgrad, ein Mehrfaches der vom Körper neu benötigten Menge zugeführt werden (Eisenresorption im Darm s. dort).




Andererseits muss die Eisenaufnahme in den Körper auf dessen Bedürfnisse beschränkt bleiben: Im Übermaß zugeführtes Eisen wäre toxisch (etwa wenn große Mengen Fleisch, Leber oder Blutprodukte aufgenommen werden), hätte der Körper nicht ein aus mehreren Komponenten bestehendes System zur Verfügung, das die Eisenaufnahme begrenzt (und überschüssiges Eisen kompartmentiert bzw. über Blut- oder Epithelverlust entfernt).
 

<Abbildung: Kinetik des Körpereisens: Aufnahme, Verteilung, Ausscheidung
Kombiniert nach Abbildungen in: Fleming RE, Britton RS. Iron Imports. VI. HFE and regulation of intestinal iron absorption. Am J Physiol 2006; 290: G590-4

1:  Enterozyt (Darmmukosazelle), s. >Abbildung oben.

2: Transferrin bindet u.a. an Transferrinrezeptoren von Leberzellen, Eisen wird von Hepatozyten aufgenommen.

3:  Leberzellen sezernieren bei hohem Eisenbestand Hepcidin...

4 ...dieses blockiert die Freisetzung weiteren (gespeicherten) Eisens aus Makrophagen und Darmschleimhautzellen (DSHZ) an den Extrazellulärraum

5:  Eisen wird im Rahmen der Abschilferung von Mukosaepithel aus dem Körper entfernt, das ist (außer Blutverlust) der wichtigste Fe-Entsorgungsweg

Wie bewegt sich Eisen durch den Körper? Es wechselt mehrfach zwischen

      zweiwertiger Form (so tritt es durch Zellmembranen) und

      dreiwertiger Form (so liegt es z.B. im Blut an Transferrin, in der Zelle an Ferritin gebunden vor).

Dazu bedarf es der Aktivität von Oxidasen (Ferroxidase:
Fe2+ Fe3+) und Reduktasen (Ferrireduktase: Fe3+ → Fe2+). Eisen kann auch durch Coeruloplasmin (kupferbindendes Plasmaprotein) oxidiert werden.

Das meiste Eisen, das über den Kreislauf transportiert wird, stammt normalerweise aus dem Abbau gealterter Erythrozyten. Dabei nehmen - vor allem in der Milz - Zellen des mononukleären Phagozytensystems (MPS) Hämoglobin auf und zerlegen es in seine Bestandteile; Globin einerseits (→ Aminosäuren), Häm andererseits. Eine Hämoxygenase setzt aus Häm Fe3+ und Kohlenmonoxid frei; der Rest ist Biliverdin.

Innerhalb von Minuten taucht das abgespaltene Eisen an der Makrophagen-Außenmembran auf und wird an ein Transportprotein - Transferrin
- überreicht.

Eisen ist ein
essentieller Kofaktor in peritubulären Fibroblasten der Nierenrinde, welche das systemische Sauerstoffangebot messen. Erniedrigte Sauerstoff- oder Eisenverfügbarkeit regt die Transkription des Erythropoetin (Epo)-Gens an. Erreicht Epo das rote Knochenmark, regt es dort die Hämatopoese an - Eisen wird verbraucht. Um die Eisenversorgung zu sichern, wirken in Erythroblasten synthetisierte hypoxie-induzierte Faktoren wie Erythroferron, growth differentiation factor 15, platelet-derived growth factor u.a.


>Abbildung: Hepcidin und Regulierung der Eisenresorption
Modifiziert nach Stein J, Hartmann F, Dignass AU. Diagnosis and management of iron deficiency anemia in patients with IBD. Nature Rev Gastroenterol Hepatol 2010; 7: 599-610

Hepcidin bindet an Ferroportin und triggert dessen lysosomalen Abbau; dies reduziert die Eisenabgabe von Darmschleimhautzellen und Makrophagen. Der Hepcidinspiegel korreliert mit der Größe des Eisenspeichers im Körper
Diese Faktoren erreichen die Leber und vermindern die Expression von Hepcidin , das Ferroportin (Fpn) bindet und zu seiner Internalisierung (und Inaktivierung) führt (>Abbildung). Reduziertes Hepcidin erhöht die Verfügbarkeit und Aktivität von Ferroportin, Eisen wird vermehrt aus internen Speichern (z.B. Makrophagen, die Erythrozyten abbauen) und aus der Nahrung gewonnen (Duodenum).

Zusätzlich fördern Hypoxie und Eisenmangel die intestinale Eisenresorption: Ähnlich wie in der Niere stabilisiert Sauerstoff- oder Eisenverfügbarkeit HIF-2α, das die Transkription von Faktoren anregt, welche die Eisenresorption kontrollieren: Ferrireduktase (Duodenal cytochrome B, dcytb), den apikalen divalenten Metalltransporter DMT-1 und den Eisenexporter Ferroportin. Das aus Makrophagen und Darm gewonnene Eisen wird dann an Transferrin (Tf) gebunden zum Knochenmark gebracht.

      Der Transport des Eisens im Blutplasma erfolgt durch Transferrin. Das eisenbeladene Transferrin gibt dem Plasma seine gelbliche Eigenfarbe (Plasma von Eisenmangelanämie-Patienten ist auffallend blass). Transferrin ist ein Glykoprotein, das Eisen fest bindet und für den Eisentransport durch Blut und Extrazellulärraum nötig ist. Obwohl transferringebundenes Eisen nur einen sehr kleinen Teil des gesamten Körpereisens repräsentiert (≈0,1%), ist es wegen der hohen Umsatzrate (1 mg/h) enorm bedeutsam. 75% des Transferrins wird für den Eisenbedarf des Knochenmarks (für die Blutbildung) benötigt.

  Transferrin (Serum)
2,0-3,6 g/l

Die Transferrin-Bindungskapazität für Eisen ist normalerweise nur zu ≈30% ausgeschöpft. Bei vollständiger Sättigung können bis zu 12 mg Eisen transferringebunden transportiert werden (die tatsächliche Menge liegt bei etwa 3 mg). Eisenüberladung des Körpers kann dazu führen, dass im Blutplasma freies Eisen auftritt, das nicht transferringebunden ist (NTBI: non-transferrin-bound iron); dieses wird von Zellen bereitwillig aufgenommen (Überladungserkrankungen).

  Transferrinsättigung (Serum)
Erwachsene >15%, Kinder >10%, Senioren >8%


<Abbildung: Transferrinrezeptor und Eisenresorption
Nach einer Vorlage bei nexcelom.co.uk

Die Resorption von transferringebundenem dreiwertigem Eisen aus der extrazellulären Flüssigkeit erfolgt mittels Endozytose über den Clathrin-Mechanismus. Die Abkopplung des Eisens erfolgt in saurem Milieu in Endosomen, das Eisen wird zweiwertig und kann z.B. in Hämoglobin oder Ferritin eingelagert werden ( DMT1 = divalent metal transporter). Das Transferrinmolekül wird an die Zelloberfläche recycelt

Transferrinrezeptor: Die Aufnahme des eisenbeladenen Transferrins in eine Zelle erfolgt über Transferrinrezeptor-mediierte Endozytose (der Transferrinrezeptor 1 - TfR1 -  findet sich an allen Zellen des Körpers). Durch den niedrigen pH-Wert in den endozytotischen Vesikeln wird Eisen vom Transferrin entkoppelt und über DMT-1 (Divalent metal transporter 1) reduziert (<Abbildung).

So kann Eisen in das Zytoplasma aufgenommen werden (der Transferrinrezeptor wird an die Oberfläche recycelt) und ist damit Bestandteil des zytoplasmatischen labilen Eisenpools. Aus diesem Vorrat wird Eisen für die Synthese von Zytochromen, Eisen-Schwefel-Clusterproteinen und Mitochondrien (Hämsynthese!) verbraucht.

Bleibt Eisen ungebraucht, wird es in Ferritin gespeichert und kann von da aus wiederverwendet werden (oder es wird via Desquamation entfernt).

  Im Blutplasma zirkulieren 3-4 mg Eisen (transferringebunden). Der Eisenaustausch im Körper übertrifft die Aufnahme und Ausscheidung um ein Vielfaches (>Abbildung): Beim Abbau der roten Blutkörperchen entstehen 20-25 mg Eisen pro Tag, wo ≈20 mg/d zur Erythropoese wiederverwendet und einige mg/d an Phagozyten weitergegeben werden.
 

>Abbildung: Umsatz von Eisen im Körper einer erwachsenen Person
Nach einer Vorlage in DeJong Gl,  van Dijk JP, van Eijk HG, The biology of transferrin. Clin Chem Acta 1990; 190: 1-46

Der Eisenpool im Blutplasma (an Transferrin gebunden: 3-4 mg) tauscht sich mit den Körperreserven mehrmals täglich aus (insgesamt ≈50 mg/d). Der Großteil des für die rote Blutbildung benötigten Eisens stammt aus Makrophagen, die pro Tag 20-25 mg Eisen rezirkulieren, das aus dem Erythrozytenabbau gewonnen wurde

Ohne Blutverlust geht dem Körper pro Tag ca. 1 mg Eisen verloren. Dieser Eisen-Output ist nicht reguliert, sondern ergibt sich aus der Summe der Faktoren abgeschilferte Darmschleimhaut, Hautschuppen, Haare und Nägel, Schweiß, Galle und Harn.




Der Eisenspeicher im Körper einer erwachsenen Person beträgt normalerweise 3-5 Gramm (Männer 50-60 mg/kg KG, Frauen 40-45 mg/kg KG). Bei Eisenspeichererkrankungen kann die im Körper abgelagerte Menge bis um 40 g Fe betragen, bevor klinisch auffällige Symptome auftreten (Hämochromatose: Schäden an Leber, Herzmuskel, Pankreas u.a.).

  Der größte Teil des Körpereisens (≈70%, oder 2000 bis 4000 mg) befindet sich im Hämoglobin der Erythrozyten; ein Liter Vollblut (Hkt ≈ 0,4) enthält ≈500 mg Eisen (ein Liter Erythrozytenkonzentrat mindestens 1 Gramm). Bei einem Blutvolumen von 5 Litern ergibt sich (bei normalem roten Blutbild) z.B. 2-3 g "Bluteisen". Weiters findet sich Eisen im Häm des Myoglobins der Muskulatur (≈10%, oder ≈300 mg). Hämeisen dient dem Sauerstofftransport.

  Etwa 1/3 des Gesamtspeichers (1000 - 1500 mg) verteilt sich auf Leber (≈1000 mg), das Monozyten-Makrophagen-System und das Knochenmark. Mehr als die Hälfte dieses Anteils (≈60%) gilt als Speichereisen, der Rest (≈40%) als Funktionseisen.

  Nur etwa 3 mg (0,1% des gesamten Eisenspeichers) zirkulieren an Transferrin gebunden in der Blutbahn.
 
In diesen Zellen wird Eisen in Ferritin und Hämosiderin
gespeichert:

  Ferritin ist wasserlöslich, stellt einen rasch mobilisierbaren Speicher dar (Darmschleimhaut, Phagozyten, Leberzellen, rotes Knochenmark) und hat einen Eisenanteil (Fe3+) von 20-25 Gewichts-% (jedes Ferritinmolekül kann bis zu 4500 Eisenionen einlagern). Etwas Ferritin gelangt laufend ins Blut - hauptsächlich aus Makrophagen -, seine Konzentration im Blutplasma korreliert mit dem Eisenvorrat im Körper (besser als der Plasma-Eisenspiegel): 1 µg/l Serumferritin entspricht bei einer erwachsenen Person ≈10 mg Speichereisen.
 
  Ferritin (Serum, Plasma)
Frauen (>16a) 15-150 µg/l, Männer (>16a) 30-400 µg/l
Kinder: bis 30 Tage 150-450, bis 90 Tage 80-500, bis 16 Jahre 20-200 µg/l
Halbwertszeit ≈10 Minuten

  Bei Eisen-Überangebot wird immer mehr Ferritin gebildet (um das toxische Eisen zu binden), das dann zum Teil lysosomal zum Abbauprodukt Hämosiderin mutiert. Dieses enthält 30-35 Gewichts-% Eisen, das kaum (und wenn, dann unkontrolliert) mobilisierbar ist. Hämosiderose ist ein Begriff der Pathologie (zelluläre Eisenüberladung).
 



Regulation der Eisenresorption durch Hepcidin: Der Eisenhaushalt wird im Wesentlichen nur über die Aufnahme (intestinale Resorption) geregelt; die Abgabe erfolgt überwiegend über Blutverlust (Menstruation, Verletzungen) und damit ohne spezifische Steuerung.



Das Proteohormon Hepcidin
wird in der Leber gebildet, sobald im Körper kein Bedarf an "frischem" Eisen besteht (gute Eisenversorgung, ausreichender Sauerstofftransport). Hepcidin blockiert Ferroportin an Enterozyten und Makrophagen, und damit den Austritt von Eisen in die Zirkulation ("Mukosablock").

Auf diese Weise wird die Menge an Eisen reguliert, die aus zellulären Speichern den Extrazellulärraum betritt:

     Steigender Eisenspiegel stimuliert die Bildung von Hepcidin (weniger Fe betritt die extrazelluläre Flüssigkeit - negative Rückkopplung) - Hepcidin fungiert als "Eisenbremse".

     Umgekehrt hemmen Eisenmangel, Hypoxie und Anämie die Hepcidinbildung (Lösung der "Eisenbremse", verbesserte Eisenverfügbarkeit). Die Hemmung der Hepcidinsynthese erfolgt unter Beteiligung einer Serinprotease (Matriptase 2); Mutation des Matriptase-Gens enthemmt die Hepcidinbildung und führt zu schwerer Eisenmangelanämie, die resistent auf orale Eisengabe ist (IRIDA-Anämie: Iron therapy refractory iron deficiency anemia).

Auf Eisenmangel reagiert die Leber außerdem mit erhöhter Produktion von Transferrin, was die Eisen-Transportkapazität im Blut steigert - sowohl die totale als auch die latente Eisenbindungskapazität (EBK) nehmen zu, der Sättigungsgrad transferringebundenen Eisens sinkt ( s. dort). Umgekehrt führt erhöhtes Eisenangebot zur Reduktion der Transferrinbildung, totale und latente EBK nehmen ab.

Die Genexpression von Hepcidin wird auch durch Faktoren reguliert, die nicht eisenabhängig sind, z.B. Interleukin 6 (Entzündungsvorgänge).



<Abbildung: Der intrazelluläre Eisenspiegel steuert die Ferritin-Expression
Nach einer Vorlage bei Pearson Education 2012


  Eisenabhängige Genexpression: Der Eisengehalt in der Zelle wird durch ein System reguliert, das aus eisenregulierendem Protein (IRP: Iron regulatory protein) und einem Iron response element (IRE) besteht. Bei ausreichendem Fe-Spiegel verhindert die Bindung von Eisen an das regulierende Protein dessen Bindung an IRE (<Abbildung unten), es wird kein Ferritin gebildet. Bei Eisenmangel hingegen findet die Bindung des Proteins an IRE statt, wobei die RNS eine Schleife bildet (<Abbildung oben), die Ablesung des Ferritin-Codes ist blockiert.



Regulation verfügbaren extrazellulären Eisens: Täglich werden im Darm ≥1-2 mg Eisen aus dem Chymus aufgenommen (maximale Aufnahme ca. 5 mg/d) - freies Eisen über den DMT-1-Transporter, und Hämeisen über HCP-1 ( s. dort). In der Darmschleimhaut legt der Körper eine transiente Eisenreserve an, Steuersubstanzen beeinflussen die Eisenfreisetzung:

   Die Ferri-Reduktase DMT1 (Divalent metal transporter) am Bürstensaum der Enterozyten reduziert in der Nahrung vorhandenes dreiwertiges Nonhäm-Eisen zu Fe2+, damit es resorbiert werden kann. Mit zunehmendem Eisenspeicher im Körper nimmt ihre Expression ab - das heißt, je besser der Körper mit Eisen versorgt ist, desto weniger Eisen kann im Darm aufgenommen werden.

 
  Das in die Enterozyten aufgenommene Eisen

       speist als labiler Eisenpool den (hauptsächlich mitochondrialen) Stoffwechsel. Es kann weiters als "eiserne Reserve" an Ferritin gebunden verbleiben. Sollte der Eisenbedarf des Organismus plötzlich steigen, kann das Eisen von hier mobilisiert und dem Körper zur Verfügung gestellt werden; wenn nicht, geht es innerhalb weniger Tage mit den Mukosazellen über den Stuhl verloren: Schleimhaut-Desquamation.

       Wird Eisen vom Körper benötigt, wird es von den Enterozyten basolateral als Fe2+ über Ferroportin in den Kreislauf freigesetzt. Die unmittelbar neben Ferroportin lokalisierte Ferroxidase, welche das Eisen wieder zu Fe3+ oxidiert, heisst Hephästin (>Abbildung ganz oben). Außerdem kann Eisen im Blut durch Coeruloplasmin oxidiert werden - es wirkt ebenfalls als Ferroxidase. Anschließend kann Fe3+ an Transferrin abgegeben und im Blut weitertransportiert werden.
 
Über diese Mechanismen erfolgt die Regulation des Körpereisens, das im Wesentlichen nur durch Blutverlust (plus ein wenig - ca. 1 mg/d - über Zellen, Körpersäfte etc) verringert werden kann. Wahrscheinlich spielt auch eine Regulation der Eryrthropoese (Signalmoleküle aus dem Knochenmark?) sowie der Eisenaufnahme in Kryptenzellen des Darms eine regulative Rolle.

 



>Abbildung: Eisenstoffwechsel: Makrophage
Nach: Evstatiev R & Gasche C, Iron sensing and signalling. Gut 2012;61: 933-52

Apo-Tf, Apo-Transferrin    CD163, ein Scavenger-Rezeptor für den Hämoglobin-Haptoglobin-Komplex auf Monozyten / Makrophagen    DcytB, duodenales Cytochrom B beschleunigt die Reduktion von Eisen    DMT-1, Divalent metal transporter befördert zweiwertiges Eisen in Darmzellen     HCP-1, Haem carrier protein 1 ist ein Häm-Rezeptor an der luminalen Oberfläche der Enterozyten, über den Hämeisen aufgenommen werden kann     HO-1, Hämoxygenase  ist ein mikrosomales Enzym, das Eisen oxydiert    ISC, Iron-sulfur cluster, Eisen-Schwefel-Komplexe, die enzymatisch aktiv sind    Nramp-1, Natural resistance-associated macrophage protein 1, ein eisentrasportierendes Protein    Steap3, eine Metalloreduktase, reduziert Fe3+ zu Fe2+    Tf, Transferrin     TfR1, Transferrinrezeptor 1

Makrophagen phagozytieren gealterte Erythrozyten und setzen Eisen in regulierter Weise an den Extrazellulärraum frei. Hämgebundenes Eisen wird über Hämoxygenase freigesetzt. Der Großteil des Plasma-Ferritins stammt aus Makrophagen.
 

<Abbildung: Eisenstoffwechsel:  Erythroblast
Nach: Evstatiev R & Gasche C, Iron sensing and signalling. Gut 2012;61: 933-52

FLVCR, ein Transporterprotein    andere Abkürzungen s. oben

Erythroblasten sind die hauptsächlichen Eisenkonsumenten im Körper. Sie nehmen Eisen über den Transferrinrezeptor 1 auf; jeder Erythroblast verfügt über einige 105 Transferrinrezeptoren.

Eisen-3 wird durch das Enzym Staep3 reduziert und über DMT-1 ins Zytosol exportiert (Transferrin und sein Rezeptor werden in die Zellmembran recycelt). Überschusseisen wird über den Transporter FLVCR (nach Feline leukemia virus subgroup C receptor-related protein - ein Membranprotein, das zur Major-Facilitator-Superfamilie - der größten Gruppe von Transportereiweißen - gehört) ausgeschleust oder durch Hämoxygenase abgebaut (<Abbildung).

 

     Eisen und Schwangerschaft
s. dort.





Eisenmangel wirkt sich auf die Blutbildung aus. Eisenmangelanämie gehört weltweit zu den häufigsten Erkrankungen. Über Zusammenhänge mit dem Blutbild s. dort.

Anämien können verschiedene Ursachen haben. Im physiologischen Sinn ist das gemeinsame Kennzeichen aller Anämien eine herabgesetzte Transportkapazität für Sauerstoff im Blut. Diese beträgt normalerweise ≈20 Vol-%, was bedeutet, dass 100 ml Blut 20 ml Sauerstoff binden können (15 g Hämoglobin pro 100 ml Blut; 1 Gramm Hb kann 1,34 ml O2 aufnehmen, 15 x 1,34 = 20).



Eine Reise durch die Physiologie


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