90041 (Ферритин как маркер железодефицитной анемии и опухолевый маркер)

Ферритин как маркер железодефицитной анемии и опухолевый маркер

Андреев Г. И. магистр техники и технологии, выпускник (2003 г.) СПбГПУ, факультет медицинской физики и биоинженерии, кафедра физико-химических основ медицины.

Железодефицитной анемией (ЖДА) и скрытыми формами дефицита железа страдает 50-80% населения России. Определение концентрации ферритина в сыворотке крови позволяет эффективно дифференцировать ЖДА от других типов анемий. Высокие концентрации ферритина характерны для воспалительных и инфекционных процессов, некоторых онкологических заболеваний.

В статье описаны структура и функции ферритина, его роль в метаболизме железа, характерные для разных состояний изменения его концентрации в крови, дан сравнительный анализ характеристик ИФА-наборов зарубежных производителей и первой российской тест-системы.

Ferritin as a marker of iron-deficiency anemia and oncomarker.

Andreev G. I. (egor67@mail.ru), magister of technology (2003), Saint Petersburg State Polytechnic University.

Key words: iron metabolism, ferritin, iron-deficiency anemia, oncomarkers, enzyme immunoassay.

There are 50-80% of population of Russia are suffering from iron-deficiency (IDA) and latent forms of iron deficiency. Determination of ferritin concentration in serum allows to differentiate efficiently IDA from other forms of anemia. High ferritin levels may be associated with inflammation and infectious diseases, certain malignancies.

The article describes structure and functions of ferritin, its role in iron metabolism, changes of its serum concentration, corresponding to different physiological states. The comparison of characteristics of the first Russian EIA kit and some foreign ones is given.

Введение

Ионы железа выполняют в организме человека очень важную функцию. Они входят в состав белков, осуществляющих перенос кислорода, цитохромов и железосеропротеинов, железосодержащих ферментов. Поэтому недостаток железа в организме приводит ко многим негативным последствиям. Одним из них является развитие железодефицитной анемии (ЖДА). Согласно данным ВОЗ, от скрытого дефицита железа и ЖДА страдает около одной трети населения планеты. В некоторых регионах России этот показатель достигает 70-80%. Проявления данного заболевания разнообразны и иногда приводят к тяжелым последствиям.

Избыточное содержание железа в организме также опасно. Оно приводит к развитию токсикозов, патологическому повышению уровня активных форм кислорода.

Вследствие этого важно иметь интегральный показатель оценки содержания железа в организме. Высокоинформативным маркером, характеризующим метаболизм железа, является ферритин.

Для определения содержания ферритина в сыворотке крови используются иммунометрические методы. В связи с поливалентностью данного антигена можно создать специфические и высокочувствительные системы определения его концентрации. В России в настоящее время определение ферритина в лабораторной практике распространено очень слабо. Это объясняется недостаточной информированностью населения и медицинского персонала о диагностической значимости данного показателя, а также сравнительно высокой стоимостью проведения анализа при помощи наборов реагентов зарубежных производителей. Первая в нашей стране иммуноферментная система для определения концентрации ферритина в сыворотке крови человека, основанная на применении моноклональных антител, разрабатывается в аналитической лаборатории ЗАО "Алкор Био".Для успешного применения в лабораторной практике создаваемый продукт должен удовлетворять всем требованиям к его качеству, не уступать по аналитическим характеристикам зарубежным аналогам, а также обладать стоимостью, обеспечивающей возможность проведения регулярных скрининговых обследований.

1. Актуальность проблемы

Ферритин - растворимый в воде комплекс гидроксифосфата железа с белком апоферритином. Наибольшее его количество находится в клетках печени, селезенки, костного мозга и ретикулоцитах, где наиболее интенсивно проходят процессы синтеза, созревания и деградации эритроцитов и ферритин активно участвует в метаболизме и перераспределении железа в организме.

Способность синтезировать ферритин появилась у клеток на ранних этапах эволюции. Характерные аналоги ферритина найдены у грибов, бактерий, растений. У животных ферритин обнаружен в тканях аннелидовых червей, моллюсков, насекомых, рыб, амфибий и млекопитающих [1, 2, 3]. У позвоночных защита от токсического эффекта железа и активных форм кислорода осуществляется двумя железосвязывающими белками: внеклеточными трансферринами и внутриклеточными ферритинами. Оба сохраняют железо в безопасной окисленной форме Fe(III), которая не катализирует продукцию свободных радикалов. Ферритин содержит 15-20% общего количества железа в организме.

Концентрация ферритина в сыворотке крови позволяет оценить общие запасы железа в организме [4]. У здоровых людей содержание ферритина в плазме крови составляет 20-350 нг/мл. Падение концентрации ниже 10 нг/мл свидетельствует о развитии железодефицитной анемии, в то время как при избыточном накоплении железа концентрация ферритина может возрастать до нескольких тысяч нг/мл.

Железодефицитная анемия является самым распространенным анемическим синдромом и составляет приблизительно 80% заболеваемости всеми видами анемий. Ее распространенность определяется физиологическими, патологическими, экологическими и социальными факторами. Предполагают, что в мире страдает железодефицитной анемией около 1,8 миллиарда человек (ВОЗ, 1998). Согласно данным ВОЗ (1992), дефицит железа определяется как минимум у 20-25 % всех младенцев, у 43 % детей в возрасте до 4 лет и 37 % детей от 5 до 12 лет. Даже в развитых странах эти цифры не ниже 12 % у детей до 4 лет и 7 % детей в возрасте от 5 до 12 лет [5].

Из-за физиологических ежемесячных кровопотерь и вынашивания детей более чем у 51 % женщин детородного возраста во всем мире обнаруживается нехватка железа вплоть до отсутствия его запасов. Дефицит железа в III триместре беременности обнаруживается почти у 90% женщин и сохраняется после родов и лактации у 55% из них [5].

В России частота железодефицитной анемии приближается к показателю стран третьего мира. В некоторых регионах России (Север, Восточная Сибирь, Северный Кавказ) скрытый дефицит железа выявляется у 70-80% жителей. Это связано и с неблагоприятной экологической обстановкой, и с нерациональным питанием, вызванным снижением уровня жизни.

Негативные проявления данного заболевания разнообразны и тяжело переносимы. Это синдром хронической усталости, внезапная потеря сознания, нарушения менструального цикла, дизурические расстройства, извращение вкусовых ощущений, нарушения психики. ЖДА является отягощающим фактором при заболеваниях сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. У детей анемии часто являются причиной замедления умственного и физического развития, снижения успеваемости. Взрослые страдают от мышечной слабости, длительной ремиссии после перенесенных инфекций, что приводит к экономическим потерям. Кажущаяся странность, несерьезность симптомов (сонливость, быстрая утомляемость) заставляют людей долгое время не обращаться к врачу с четкими жалобами, а приспосабливаться к болезни. Патология же прогрессирует и в итоге может привести к серьезным, порой необратимым нарушениям функций организма. Так, анемии являются частой причиной внутриутробной смерти плода, низкого веса новорожденных, они обуславливают до 20% материнских смертей [6].

В настоящее время общепринято, что диагноз железодефицитных состояний надо ставить до развития полной картины заболевания, т.е. до возникновения гипохромной анемии. При дефиците железа страдает весь организм, а гипохромная анемия - это поздняя стадия болезни.

В 1983 г. П. М. Альперин и Ю. Г. Митерев предложили новую классификацию форм железодефицитной анемии, которая в полной мере отражает все основные этиологические факторы, приводящие ее к развитию. Они выделяют:

постгеморрагические анемии;

нутритивные (алиментарные) анемии;

анемии при повышенном расходе железа в организме (например, при беременности, лактации, росте и созревании);

железодефицитные анемии при исходно недостаточном уровне железа;

железодефицитные анемии при его недостаточной резорбции (например, постгастрорезекционные, агастральные, анэнтеральные);

при перераспределении железа в результате инфекции, при воспалительных и опухолевых процессах;

при нарушении транспорта железа (например, гипотрансферринемические и атрансферринемические).

Регулярное определение ферритина используется для отслеживания быстрого истощения запасов железа во время беременности, у доноров крови и у пациентов, регулярно подвергающихся гемодиализу. Оно также имеет ценность для диагностики гемохроматозов, при мониторинге пациентов, которые регулярно подвергаются переливанию крови или железозаместительной терапии и составляют группу риска по аккумулированию избыточных запасов железа. Концентрация ферритина может повышаться при некоторых острых и хронических заболеваниях печени, при голодании и истощении, наличии воспалительных процессов, инфаркте миокарда. Можно использовать определение ферритина для диагностики и мониторинга онкологических заболеваний.

К современным методам ранней диагностики железодефицитных состояний (гипосидероза) относятся определение концентрации железа в сыворотке, общей железосвязывающей способности сыворотки (ОЖСС), трансферрина и ферритина в сыворотке. Показатели метаболизма железа при различных видах анемий представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Показатели обмена железа в норме и при различных видах анемий (Авцын А. П., 1990).

Избыточное содержание железа в организме называют сидерозом или гиперсидерозом.

В 1971 г. Dagg e. a. предложили клиническую классификацию гиперсидерозов. Различают следующие формы гиперсидероза:

паренхиматозные формы (с преимущественным отложением железа в клетках паренхимы печени). К ним относятся: первичный наследственный гемохроматоз, сидероз при некоторых видах цирроза печени, вторичный сидероз при портокавальном анастомозе, сидероз при врожденной атрансферринемии;

"ретикулоэндотелиальные" формы, к которым относятся: генерализованные отложения железа при хронических рефрактерных (к специфическому лечению) анемиях, гемолитических анемиях, многократных гемотрансфузиях, при избыточном парентеральном введении железа, сидерозе банту;

локальные формы: идиопатический гемосидероз легких, легочно-почечный синдром Гудпасчера и гемосидероз почечного происхождения при ночной пароксизмальной гемоглобинурии.

При этих патологических состояниях концентрация ферритина в плазме крови повышена вследствие нарушения баланса обмена железа.

В то время как истощение запасов железа в организме является единственной причиной снижения уровня сывороточного ферритина, повышение уровня ферритина наблюдается не только при избытке запасов железа, но также в некоторых других ситуациях.

Определение ферритина можно использовать для диагностики и мониторинга ряда онкологических заболеваний. Ценность определения ферритина как онкомаркера подтверждают многие исследования [7, 8].

Высокие концентрации ферритина обнаруживаются в сыворотке пациентов с карциномой поджелудочной железы, раком легких, гепатомой и нейробластомой, острым миелобластным и лимфобластным лейкозами, лимфогранулематозом (болезни Ходжкина). Концентрация сывороточного ферритина обычно повышена при метастазирующем раке молочной железы. При онкологических заболеваниях концентрация ферритина в крови повышена как вследствие его активной секреции, так и за счет повышенного распада клеток и высвобождения цитоплазматического ферритина, например, при химиотерапии. После успешного лечения концентрация ферритина в сыворотке крови снижается.

Концентрация ферритина может также повышаться при некоторых острых и хронических заболеваниях печени (например, алкогольное поражение, гепатит), при голодании и истощении, воспалительных заболеваниях (легочные инфекции, остеомиелит, хронические инфекции мочевых путей, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, ожоговая болезнь), инфаркте миокарда [8, 9]. В этих случаях основной причиной увеличения содержания ферритина в крови является некроз клеток и высвобождение внутриклеточной фракции.

Определение ферритина в клинической практике позволяет улучшить диагностику нарушений метаболизма железа. Несомненными достоинствами метода являются также малая инвазивность и простота выполнения. Однако правильная интерпретация результатов требует ясного понимания как процессов метаболизма железа, так и учета других влияющих на уровень сывороточного ферритина факторов, например поражения печени или воспалительных процессов.

В настоящее время многие зарубежные производители предлагают наборы реагентов для иммуноферментного определения содержания ферритина в сыворотке, однако они очень мало распространены в России вследствие высокой стоимости и недостаточной информированности как медиков, так и населения о диагностической значимости данного показателя. Таким образом, необходимость разработки отечественной тест-системы для определения концентрации ферритина в крови человека очевидна.

2. Метаболизм железа в организме человека

Общее содержание железа в организме здорового взрослого человека составляет 3-5 г (у женщин часто меньше). 70% от этого количества входит в состав гемоглобина и 15-25% - ферритина и гемосидерина. Оставшаяся часть приходится на мышечный миоглобин (8%), цитохромы и железосеропротеины, выполняющие функцию транспорта электронов в митохондриях, и железосодержащие ферменты (оксидазы, супероксиддисмутазы, каталазы) [10].

В сутки в организм с пищей поступает 1-2 мг железа. Наиболее интенсивное всасывание осуществляется в 12-перстной и тощей кишке и отсутствует в подвздошной. Усвояемость железа ограничена и определяется многими факторами, например, составом пищи, состоянием желудочно-кишечного тракта. Всасывание и транспорт железа к клеткам осуществляют трансферрины - белки бета-глобулиновой фракции, синтезируемые печенью. Различают две формы трансферринов. Мукозный трансферрин секретируется с желчью в кишечник, где окисляет и связывает один или два атома железа и проникает в энтероцит. На базальной стороне клетки он отдает железо ферритину или своему аналогу - плазматическому трансферрину.

Плазматический трансферрин, "нагруженный" железом, разносится с током крови по организму. При взаимодействии трансферрина со своим специфическим рецептором на поверхности клеточных мембран образуется эндоцитозная вакуоль, внутри нее происходит изменение рН, и железо, меняя степень окисления +3 на +2, освобождается от трансферрина. Белок вновь возвращается в кровеносное русло, а железо немедленно связывается низкомолекулярными хелаторами, такими как цитрат или аскорбиновая кислота. После этого железо может быть использовано для синтеза гемоглобина и железосодержащих ферментов или заключено для хранения в ферритин.

В организме человека происходит постоянное перераспределение железа.

В количественном отношении наибольшее значение имеет метаболический цикл (1): плазма --» красный костный мозг --» эритроциты --» плазма. Кроме того, функционируют циклы (2): плазма --» ферритин, гемосидерин --» плазма и (3): плазма --» миоглобин, железосодержащие ферменты --» плазма. Все эти три цикла взаимосвязаны через плазматический трансферрин. Единовременно он связывает лишь 3 мг железа, но ежедневный обмен железа через него в 10 раз больше. Трансферрин, таким образом, играет центральную роль в "круговороте" железа в организме.

Возможность выделительной системы человека экскретировать железо из организма ограничена. В день теряется около 1 мг железа, в основном путем слущивания слизистой оболочки кишечника и с желчью. Примерно 0,1 мг выводится с мочой, потом, волосами и ногтями. Потеря 15-30 мл крови ведет к потере 7,5-15 мг железа. Для хранения невыведенного избытка железа его необходимо конвертировать в удобную форму.

Свободные ионы железа могут образовываться в клетке при переносе между трансферрином и низкомолекулярными хелаторами, ферритином и хелаторами, хелаторами и митохондриями, при деградации ферритина в лизосомах, при избыточном накоплении гемосидерина. Несвязанное железо вместе с супероксид-радикалом, который восстанавливает Fe(III) (уравнение 1), и перекисью водорода, образующейся в ходе реакции Фентона (уравнение 2), поставляют высоко реакционноспособные гидроксильные радикалы. Суммой этих двух реакций является так называемая реакция Габера-Вейса (уравнение 3). Fe(III), получающееся при реакции Фентона (уравнение 2), также может быть восстановлено аскорбатом, что ведет к дальнейшей продукции радикалов.

Обладающий высочайшей активностью гидроксильный радикал вызывает перекисное окисление липидов, разрывы нитей ДНК и деградацию других биомолекул. С его действием сейчас связывают развитие нейродегенеративных и опухолевых заболеваний [11].