أيض الحديد لدى الإنسان

عندما يُصاب الجسم بعدوى بكتيرية يبدأ الجهاز المناعي بعملية تُعرف باسم الحجب الحديدي (ironwithholding) ، في هذه العملية يقوم الحديد الموجود في البلازما بالارتباط مع الترانسفيرين (transferrin) حتى يصعب على البكتيريا الحصول عليه وباستطاعة خلايا الجسم الحصول على الحديد من الترانسفيرين بسهولة.[4] لكي تعيش البكتيريا يجب عليها أن تحصل على الحديد من البيئة التي هي فيها. أنواع البكتيريا المختلفة المسببة للامراض تقوم بذلك بعدة طرق منها فكّ جزيئات الحديد المرتبط بجزيئات تدعى سيدروفورس (siderophores) ثم تقوم باعادة امتصاص الحديد، أو تقوم بأخذ الحديد من الهيموجلوبين أو الترانسفيرين. كلّما زادت صعوبة حصولها على الحديد يزيد عملها في للتمثيل الغذائي، وهذا يعني أنّ نقص الحديد يبطئ عملية التكاثر لدى البكتيريا، لذلك يُعدّ التحكم على الحديد في أجسامنا ذو أهمية في الدفاع عنها ضد البكتيريا. الأشخاص الذين يحملون كميات كبيرة من الحديد كالمصابين بمرض ترسب الأصبغة الدموية (hemochromatosis) أكثر عرضة للعدوى البكتيرية. بالرغم من أن آليّة الاستجابة رائعة للعدوى البكتيرية قصيرة الأجل، إلا أنها قد تسبّب مشاكل عند استمرار الالتهاب لفترة طويلة. ومنذ أن بدأت الكبد بإنتاج مادة الهبسدن رداً على السيتوكينات الالتهابية، فقد بدأ مستوى مادة الهبسدن بالازدياد كنتيجة لسبب وجود البكتيريا التي لم تأتِ من الالتهاب، مثل العدوى الفيروسية، والسرطان وأمراض المناعة الذاتية أو الأمراض المزمنة الأخرى. وعندما يحدث هذا، فإن حبس مادة الحديد سيصبح السبب الرئيسي لمتلازمة فقر الدم التي تعد من الأمراض المزمنة، وذلك يعني عدم توفر مقدار كافٍ من الحديد لإنتاج مقدار كافي من الهيموجلوبين وهو الذي يوجد في الخلايا الحمراء.[1]

غالبية الأشخاص ذوي التغذية الجيدة في المدن الصناعية أو المتقدمة تحتوي أجسادهم على عنصر الحديد بمقدار 4 إلى 5 جم أي ما يُعادل 2.5جم من هذا الحديد في أجسادهم يكون موجودا في الهيموجلوبين لحمل الاكسجين عبر الدم، أما الباقي من الحديد يكون حوالي 2 جم في الرجال البالغين وبنسبة أقل من ذلك لدى النساء في سن الإنجاب وهو يكون داخل الغريتين (ferritin) الذي يكون عبارة عن مركب بروتينيني داخل الخلية لتخزين الحديد ويوجد بنسبة أكبر في نخاع العظام والكبد والطحال. مخازن الكبد للفيرتين هي المصدر الفيسيولوجي للتخزين وتزويد الجسم بالحديد. وتميل نسبة الحديد المخزن في البالغين في الدول المتقدمة لتكون أقل عند النساء في سن الإنجاب والأطفال مقارنةً بالرجال وكبار السن. النساء اللّواتي يخسرن الحديد أكثر من غيرهن هنّ الحوامل والمرضعات كما يستخدمنَ هذا الاحتياطي في فترة الدورة الشهرية لتعويض النقص مما يؤثر على الهيموجلوبين الذي يحتوي على 500 ملغ أو أقل. يصل مستوى الحديد في الجسم ككل إلى 400 ملغ تقريباً، تُستخدم للبروتينات الخلوية التي تستفيد من الحديد لتنفيذ العمليات الخلوية الهامة مثل تخزين الاكسجين ( الميوجلوبين ) ، أو تنتج طاقة لتفاعلات الأكسدة والاختزال ( سيتوكرومز ) ، يذهب مقدار (3-4 ملغ) نسبياً إلى البلازما، الذي يرتبط مع الترانسفرين وهو نوع من أنوع الحديد.[5] نظراً لسميته، يبقى الحديد الذائب بتركيز منخفض في الجسم. يُهاجم نقص الحديد مستوى الحديد المخزن في الجسم أولاً، بالرغم من أن بعض الأعراض الغامضة غير المحددة قد ارتبطت بها. بما أن كميات كبيرة من الحديد تحتاج للهيموجلوبين، أنيميا نقص الحديد هي أول مظهر من المظاهر المرضية أو السريرية.

يُعاني الأشخاص المصابين بنقص الحديد من تلف الأعضاء أو الوفاة قبل نفاذه الحديد من الخلايا اللازم للعمليات الداخلية في الخلية مثل نقل الالكترونات. تُخزن بعمليات النظام الشبكي في الجسم الحديد من خلال تكسيره والهيموجلوبين من خلايا الدم الحمراء. ويتم تخزين الحديد أيضاً كصبغة تُدعى هيموسيديرين في الحالات المرضيّة، ويظهر الجزيء بشكل أساسي نتيجة لتلف الخلية. الذي غالبا مايكون مُبتلعاً من قبل البلعميات التي تجمع الفضلات من الأعضاء المتضرّرة. ويمكن أيضاً أن يوجد لدى بعض الأشخاص الذين يُعانون من تكدّس الحديد نظراً لتكرار تدمير خلايا الدم أو عمليات نقل الدم.

تُعد عملية امتصاص عنصر الحديد من الغذاء عملية متغيرة وديناميكية، حيث نجد أنّ كمية الحديد المهضوم تفوق كمية الحديد الممتص وتتراوح نسبته مابين 5-35% تبعاً للظروف المتاحة ونوع الحديد، كما أن كفاءة عملية امتصاص الحديد تختلف حسب المصدر الغذائي، وبصفة عامة فإن الحديد ذو المصدر الحيواني يعتبر الأفضل من حيث كفاءة عملية الامتصاص، عملية امتصاص الحديد من الغذاء والذي يوجد على شكل أملاح الحديد كما هو الحال في المكملات الغذائية يختلف تبعاً لمدى احتياج الجسم للحديد ويشكل نسبة 10-20% من كمية الحديد، أما بالنسبة للحديد الممتص من المصادر الحيوانية وبعض المصادر النباتية يكون على شكل هيم الحديد وهو يتميز بأنه أكثر كفاءة مما يسمح بامتصاص 15-35% ، يوجد هيم الحديد في دم الحيوانات وهيم البروتينات الموجود في اللحوم والميتوكندريا، بينما يوجد في النباتات في ميتوكوندريا جميع الخلايا التي تستخدم عنصر الأكسجين من أجل عملية التنفس.

كما هو الحال في معظم معادن المواد الغذائية، يتم امتصاص أغلب كمية الحديد من الطعام المهضوم أو المكملات الغذائية في الاثنا عشر المعوية من خلال الخلايا المعوي المتواجدة في جدار الإثنا عشر، تمتاز هذه الخلايا بجزيئات خاصة تسمح بنقل الحديد في الجسم. يمكن امتصاص الحديد الغذائي كجزء من البروتين مثل بروتين الهيم أو يجب أن يكون في صيغة الفيروس.[6] يعمل انزيم الاختزال على الخلايا المعوية كالفرشاة على الحدود اختزال الفيرك إلى الفيروس. يوجد بروتين يسمى DMT 1 أي ناقل معدني ثنائي التكافؤ، ينقل جميع أنواع هذا البروتين في الجسم ثم ينقل الحديد من خلال الخلايا الغشائية للخلايا المعوية و الخلية.

تستطيع هذه الخلايا المعوية أما تخزين الحديد على هيئة الفيريتين والتي يتم إنجازها بالفيريك وتتحد مع الابوفيريتين وهو بروتين يحمل الحديد في الدم ( وفي هذه الحالة سوف يترك الحديد في الجسم في حالة موت الخلية أو انفصالها في البراز ) أو يمكن أن تتحرك الخلية في الجسم باستخدام بروتين يسمى فيروبروتين،[7] ينظم الجسم مستويات الحديد عن طريق تنظيم هذه الخطوات، على سبيل المثال تنتج الخلايا سيتوكرومز معوية والناقل المعدني ثنائي التكافؤ والفيروبروتين للاستجابة لفقر دم نقص الحديد تعتمد نسبة امتصاص الحديد في جسم الإنسان على مجموعة متنوعة من العوامل المترابطة، ويتضمن كل مخازن الحديد، وهي مدى انتاج نخاع العظم لكريات الدم الحمراء الجديدة، ومدى تركيز مادة الهيموجلووبين في الدم، ومدى احتواء الدم على الاكسجين. يمتص الجسم كمية أقل من الحديد أثناء فترة الالتهابات، توضح اكتشافات الآونة الأخيرة أن تحكم مادة الهيبسدن في مادة الفيروبرشن مسؤول عن متلازمة فقر الدم الذي هو يُعد من الأمراض المزمنة. بينما تُعد مادة الديستب الوحيدة في نقل الحديد عبر قناة الاثنى عشر، فإن مادة الفيروبروشن تتوزع على جميع الخلايا التي تقوم بتخزين الحديد في جميع أنحاء الجسم. ويُعد هذا التنظيم لمادة الفيروبورشن الطريقة الرئيسية لتنظيم كمية الحديد في الدورة الدموية. Fe³⁺ + إلى Fe²⁺ مادة الهيفيسن ومادة الفيرواكسيداس التي يمكن أن تؤكسد توجد في الأمعاء الدقيقة بشكل أساسي، تُساعد مادة الفيروبروشن في نقل الحديد عبر البسولترل حتى نهاية خلايا الامعاء، وما يعزز امتصاص الحديد من الغذاء هو وجود مادة فيتامين س ويقللها زيادة مادة الكالسيوم والزنك أو المغنيسيوم.[8]^{[بحاجة لمصدر]}

يمكن أن ينشأ عوز الحديد الوظيفي أو الفعلي لأسباب عديدة، وهي موضحة بالتفصيل في المقالة المخصصة لهذا الموضوع، يمكن تصنيف هذه الأسباب إلى مجموعات عديدة:

• زيادة حاجة الجسم للحديد، التي لا يمكن التعويض عنها من خلال اتباع حمية غذائية.
• خسارة الجسم لكميات كبيرة من الحديد (غالبا ما يكون ذلك من خلال فقدان الدم).
• سوء التغذية ، الذي قد يحصل من خلال نقص كمية الغذاء الذي يحتوي على الحديد أو استهلاك الغذاء المثبط لامتصاص الحديد وتشمل الكالسيوم وبعض البقوليات التي تحتوي على حمض الفايتت والشاي الأسود والقهوة لاحتوائها على مادة التنن.
• عدم القدرة على امتصاص الحديد لفقدان الجدار المبطن للأمعاء، كالخضوع لجراحة إستئصال الإثنا عشر أو بسبب أمراض أخرى مثل مرض كرون أو مرض سيليك والتي تسبب نقصان السطح المهيأ لامتصاص الحديد.
• الالتهابات المؤدية لانقطاع إفراز الحديد إلى الدم بعد امتصاصها و تتسبب به مادة الهبسدين.

تراكم الحديد أو فرط الحديد هو مصطلح طبي يعني زيادة امتصاص كميات كبيرة من الحديد في الغشاء المخاطي الذي ينتج عادة عن اختلال جيني مما يؤدي إلى امتصاص كميات كبيرة من الحديد في الجهاز الهضمي فتترسب في الكبد مما يؤدي إلى الإصابة بسرطان الكبد. وفي حالة زيادة الحديد المؤدي لتكسر أغشية جدرن الأمعاء نفسها كإفراط الأطفال في تناول كميات من أقراص الحديد المخصصة للبالغين، ويمكن أيضاً عبور كميات كبيرة من الحديد الدورة الدموية مما يتسبب في الإصابة بمتلازمة مرضية مميتة. وقد يصيب هذا التراكم للحديد في الدورة الدموية بعض الخلايا المهمة في الكبد والقلب والأعضاء الأخرى النشطة أيضاً. تنتج سمية الحديد عند تجاوز مستوى الحديد الذي يدور في الجسم مستوى الترانسفيرين المتوفر في الجسم واللازم للارتباط به وتنظيم نسبة امتصاصة، وبالتالي تحدث سمية الحديد بسبب ظروف استثنائية كالاستهلاك المفرط لأقراص الحديد[9] ولا تسببها التغييرات في نسب الحديد الموجودة في النظام الغذائي الذي يتبعه الشخص، تسبب سمية الحديد الحادة التي تنتج من ابتلاع الحديد تلف خطير في غشاء القناة الهضمية المخاطي وغيره من الأضرار الأخرى. تحدث سمية الحديد المزمنة عادة نتيجة لعدة متلازمات تحميل مفرط للحديد المزمنة والمرتبطة بالأمراض الوراثية أو نتيجة لعمليات نقل الدم المتكررة أو أسباب أخرى. وفي هذه الحالات فإن مخازن الحديد لدى الشخص البالغ تصل نسبة الحديد فيها إلى 50 غ (أي10 مرات أكثر من مستوى الحديد في الجسم الطبيعي) أو أكثر. تتضمن أمثلة تقليدية على التحميل المفرط للحديد الوراثي، داء ترسب الأصبغة الدموية الوراثية وهناك نوع آخر أشد خطورة هو داء ترسب الأصبغة الدموية اليفعي الذي تسببه طفرات أحد الجينين، RGMc الذي يسمى أيضاً هيميجوفلين أو جين HAMP في الجينات الثلاثة الموجهة الدافعة للمجموعة الجزيئية[10] ، أو جين HAMP (الذي يشفر الببتيد التنظيمي للحديد).