Перегрузка железом (также известная как гемохроматоз или гемохроматоз ) — это ненормальное и повышенное накопление общего железа в организме, приводящее к повреждению органов. [1] Основным механизмом повреждения органов является окислительный стресс , поскольку повышенный внутриклеточный уровень железа увеличивает образование свободных радикалов через реакцию Фентона . Перегрузка железом часто бывает первичной (т. е. наследственный гемохроматоз ), но может быть и вторичной по отношению к повторным переливаниям крови (т. е. трансфузионная перегрузка железом ). [2] Отложение железа чаще всего происходит в печени, поджелудочной железе, коже, сердце и суставах. У людей с перегрузкой железом классически проявляется триада: цирроз печени , вторичный сахарный диабет и бронзовая кожа. [3] Однако из-за более раннего выявления в настоящее время симптомы часто ограничиваются общим хроническим недомоганием , артралгией и гепатомегалией . [3]
Органы, наиболее часто поражаемые гемохроматозом, включают печень , сердце и эндокринные железы . [4]
Гемохроматоз может проявляться следующими клиническими синдромами:
Гемохроматоз, приводящий к вторичному диабету (из-за отложения железа в бета-клетках поджелудочной железы, секретирующих инсулин), в сочетании с бронзированием или потемнением кожи иногда называют «бронзовым диабетом». [10]
Термин гемохроматоз изначально использовался для обозначения того, что сейчас более конкретно называется гемохроматозом типа 1 (или наследственным гемохроматозом, связанным с HFE ). В настоящее время гемохроматоз (без дальнейшего уточнения) в основном определяется как перегрузка железом с наследственной или первичной причиной, [11] [12] или возникающая из-за нарушения обмена веществ. [13] Однако в настоящее время этот термин также используется более широко для обозначения любой формы перегрузки железом, что требует уточнения причины, например, наследственный гемохроматоз .
Наследственный гемохроматоз — это аутосомно-рецессивное заболевание с предполагаемой распространенностью в популяции 1 из 200 среди пациентов европейского происхождения, с более низкой заболеваемостью в других этнических группах. [14] Мутации гена HFE (гемостатического регулятора железа), расположенного на хромосоме 6 (отвечает за выработку регулирующего железо белка гепсидина ), ответственны за большинство случаев наследственного гемохроматоза; 95% случаев наследственного гемохроматоза связаны с мутацией этого гена HFE. [1] [7] Наследственный гемохроматоз, не связанный с HFE, связан с мутациями в генах, кодирующих регулирующие железо белки гемоювелин , рецептор трансферрина-2 и ферропортин . [7]
Наследственный гемохроматоз характеризуется ускоренной скоростью всасывания железа в кишечнике и прогрессирующим отложением железа в различных тканях. Обычно это начинает проявляться в третьем-пятом десятилетии жизни, но может наблюдаться и у детей. Наиболее распространенным проявлением является цирроз печени в сочетании с гипопитуитаризмом , кардиомиопатией , диабетом , артритом или гиперпигментацией . Из-за тяжелых последствий этого расстройства, если его не лечить, и признания того, что лечение относительно простое, важна ранняя диагностика до появления симптомов или признаков. [15] [16]
В целом термин гемосидероз используется для обозначения патологического эффекта накопления железа в каком-либо органе, которое в основном происходит в форме комплекса хранения железа гемосидерина . [17] [18] Иногда вместо него используют более простой термин сидероз .
Другие определения, различающие гемохроматоз и гемосидероз, которые иногда используются, включают:
Причины гемохроматоза подразделяются на две подкатегории: первичные случаи (наследственные или генетически обусловленные) и менее частые вторичные случаи (приобретенные в течение жизни). [25] Люди североевропейского происхождения, включая кельтское (ирландское, шотландское, валлийское, корнуольское, бретонское и т. д.), английское и скандинавское происхождение [26], имеют особенно высокую заболеваемость, при этом около 10% являются носителями основного генетического варианта, мутации C282Y в гене HFE , и 1% имеют это заболевание. [27]
Подавляющее большинство из них обусловлено мутациями гена HFE, открытыми в 1996 году, но с тех пор были обнаружены и другие, которые иногда объединяются в группы как «неклассический наследственный гемохроматоз», [28] «наследственный гемохроматоз, не связанный с HFE», [29] или «не-HFE-гемохроматоз». [30]
Большинство типов наследственного гемохроматоза имеют аутосомно-рецессивный тип наследования, тогда как тип 4 имеет аутосомно-доминантный тип наследования. [31]
Дефекты метаболизма железа, особенно связанные с железорегулирующим белком гепсидином, как полагают, играют важную роль в патогенезе наследственного гемохроматоза. [7]
Обычно гепсидин снижает уровень железа в организме, подавляя всасывание железа в кишечнике и подавляя мобилизацию железа из запасов в костном мозге и печени . [7] Железо всасывается из кишечника (в основном в двенадцатиперстной кишке ) и транспортируется через кишечные энтероциты или мобилизуется из запасов в гепатоцитах печени или из макрофагов в костном мозге с помощью трансмембранного транспортера ферропортина . [7] В ответ на повышенный уровень железа в плазме гепсидин ингибирует транспортер ферропортина, что приводит к снижению мобилизации железа из запасов и снижению всасывания железа в кишечнике, таким образом действуя как отрицательный белок, регулирующий железо. [7]
При наследственном гемохроматозе мутации в белках, участвующих в выработке гепсидина, включая HFE (гемостатический регулятор железа) , гемоювелин и рецептор трансферрина 2 , приводят к потере или снижению выработки гепсидина, что впоследствии приводит к потере ингибирующего сигнала, регулирующего всасывание и мобилизацию железа, и, таким образом, к перегрузке железом. [7] В очень редких случаях мутации в ферропортине приводят к устойчивости ферропортина к негативным регуляторным эффектам гепсидина и продолжающейся абсорбции и мобилизации железа в кишечнике, несмотря на ингибирующий сигнал от гепсидина. [7] Примерно 95% случаев наследственного гемохроматоза обусловлены мутациями в гене HFE. [7]
В результате перегрузки железом железо откладывается в различных местах по всему телу, особенно в печени и суставах, что в сочетании с окислительным стрессом приводит к повреждению органов или суставов и патологическим изменениям, наблюдаемым при гемохроматозе. [7]
Существует несколько методов диагностики и мониторинга перегрузки железом.
Анализы крови обычно являются первоначальным тестом, если есть клиническое подозрение на перегрузку железом. Тест на сывороточный ферритин является недорогим, легкодоступным и минимально инвазивным методом оценки запасов железа в организме. Однако уровень ферритина может быть повышен из-за множества других причин, включая ожирение, инфекцию, воспаление (как белок острой фазы ), хроническое употребление алкоголя, заболевания печени, заболевания почек и рак. [7] [32] [33] У мужчин и женщин в постменопаузе нормальный диапазон сывороточного ферритина составляет от 12 до 300 нг/мл (670 пмоль/л). [34] [35] [36] У женщин в пременопаузе нормальный диапазон сывороточного ферритина составляет от 12 до 150 [34] или 200 [35] нг/мл (330 или 440 пмоль/л). [36] У пациентов с гемохроматозом уровень ферритина в сыворотке коррелирует со степенью перегрузки железом. [7] Уровни ферритина обычно контролируются последовательно у пациентов с гемохроматозом для оценки ответа на лечение. [7]
Повышение уровня насыщения трансферрина белка-переносчика железа в сыворотке, а также увеличение среднего корпускулярного объема эритроцитов и средней концентрации корпускулярного гемоглобина обычно предшествуют повышению ферритина при гемохроматозе. [7] Насыщение трансферрина более чем на 45% в сочетании с повышенным уровнем ферритина является высокочувствительным при диагностике гемохроматоза HFE. [7] Общая железосвязывающая способность может быть низкой при гемохроматозе, но может быть и нормальной. [37]
Общий скрининг на гемохроматоз не рекомендуется, однако следует провести скрининг ближайших родственников больных. [7] [38] [39] [40]
После установления перегрузки железом показано генетическое тестирование мутации гена HFE для выявления наследственных причин перегрузки железом. [39] [15] Наличие мутаций гена HFE в дополнение к перегрузке железом подтверждает клинический диагноз наследственного гемохроматоза. [39] Аллели, оцененные с помощью анализа гена HFE, очевидны у ~80% пациентов с гемохроматозом; отрицательный отчет по гену HFE не исключает гемохроматоз. [ необходима ссылка ]
Биопсия печени — это взятие небольшого образца для изучения, которое может определить причину воспаления или цирроза. У человека с отрицательным результатом теста на ген HFE , повышенным уровнем железа без какой-либо другой очевидной причины и семейным анамнезом заболеваний печени показана дополнительная оценка концентрации железа в печени. В этом случае диагностика гемохроматоза основывается на биохимическом анализе и гистологическом исследовании биопсии печени. Оценка индекса печеночного железа (HII) считается «золотым стандартом» диагностики гемохроматоза. [ необходима цитата ]
Магнитно-резонансная томография (МРТ) используется как неинвазивный метод оценки уровней отложения железа в печени и сердце, что может помочь в определении ответа на лечение или прогноза. [7] Эластография печени имеет ограниченную полезность в выявлении фиброза печени при гемохроматозе. [7]
Флеботомия , кровопускание или венесекция являются основой лечения перегрузки железом, состоящей из регулярных плановых заборов крови для удаления эритроцитов (и железа) из организма. [7] После первоначальной диагностики перегрузки железом флеботомии могут проводиться еженедельно или два раза в неделю, пока уровень железа не нормализуется. Как только сывороточный ферритин и насыщение трансферрина находятся в пределах нормы, в некоторых случаях могут потребоваться поддерживающие флеботомии (в зависимости от скорости реабсорбции железа), запланированные с различной частотой, чтобы поддерживать запасы железа в пределах нормы. [39] Сеанс флеботомии обычно забирает от 450 до 500 мл крови. [42] Рутинная флеботомия может обратить вспять фиброз печени и облегчить некоторые симптомы гемохроматоза, но хронический артрит обычно не поддается лечению. [7] У пациентов с гемохроматозом кровь, взятая во время флеботомии, безопасна для сдачи в качестве донора . [43] [39]
Флеботомия связана с улучшением выживаемости, если она начата до начала цирроза или диабета. [39]
В рационе человека железо содержится в двух формах: гемовое и негемовое . Гемовое железо обычно содержится в красном мясе, тогда как негемовое — в растительных источниках. Гемовое железо — наиболее легко усваиваемая форма железа. У больных гемохроматозом, проходящих флеботомию для лечения, ограничение пищевого железа не требуется. [39] [40] [7] Однако тем, кто ограничивает диетическое железо, обычно требуется меньше флеботомии (примерно на 0,5–1,5 литра крови меньше в год). [44] Следует избегать приема витамина С и добавок железа, поскольку витамин С ускоряет всасывание железа в кишечнике и мобилизацию запасов железа в организме. [39] [40] Следует избегать сырых морепродуктов из-за повышенного риска инфекций, вызванных патогенами, любящими железо, такими как Vibrio vulnificus . [7] [45] Следует избегать употребления алкоголя из-за риска усугубления повреждения печени из-за перегрузки железом. [7]
Лекарства используются для тех, кто не может переносить регулярные заборы крови, существуют хелатирующие агенты, доступные для использования. [46] Препарат дефероксамин связывается с железом в кровотоке и усиливает его выведение с мочой и калом. Типичное лечение хронической перегрузки железом требует подкожных инъекций в течение 8–12 часов ежедневно. [ необходима цитата ] Два новых хелатирующих железо препарата , которые лицензированы для использования у пациентов, получающих регулярные переливания крови для лечения талассемии (и, таким образом, у которых в результате развивается перегрузка железом), — это деферазирокс и деферипрон . [47] [48]
Минимально инвазивным подходом к лечению наследственного гемохроматоза является поддерживающая терапия с использованием полимерных хелаторов . [49] [50] [51] Эти полимеры или частицы имеют незначительную или нулевую системную биологическую доступность и предназначены для образования стабильных комплексов с Fe 2+ и Fe 3+ в ЖКТ и, таким образом, ограничения их поглощения и долгосрочного накопления. Хотя этот метод имеет лишь ограниченную эффективность, в отличие от низкомолекулярных хелаторов , подход практически не имеет побочных эффектов в субхронических исследованиях. [51] Интересно, что одновременное хелатирование Fe 2+ и Fe 3+ повышает эффективность лечения. [51]
В целом, при условии отсутствия повреждения печени, пациенты должны ожидать нормальной продолжительности жизни при адекватном лечении венесекцией. Если сывороточный ферритин превышает 1000 мкг/л при постановке диагноза, существует риск повреждения печени и цирроза, что в конечном итоге может сократить их жизнь. [52] Наличие цирроза увеличивает риск гепатоцеллюлярной карциномы . [53] Другие факторы риска повреждения печени при гемохроматозе включают употребление алкоголя, диабет, уровень железа в печени более 2000 мкмоль/грамм и повышенный уровень аспартаттрансаминазы . [7]
Риск смерти и фиброза печени повышен у мужчин с гемохроматозом типа HFE, но не у женщин; считается, что это связано с защитным эффектом менструации и беременности, наблюдаемым у женщин, а также возможными гормонально-обусловленными различиями в усвоении железа. [7]
ГГХ наиболее распространен среди определенных европейских популяций (например, ирландского или скандинавского происхождения) и встречается у 0,6% некоторых неуточненных групп населения. [38] У мужчин в 24 раза выше частота заболеваний, связанных с перегрузкой железом, по сравнению с женщинами. [38]
Считается, что диета и окружающая среда оказали большое влияние на мутацию генов, связанных с перегрузкой железом. Начиная с эпохи мезолита , сообщества людей жили в среде, которая была довольно солнечной, теплой и имела сухой климат Ближнего Востока. Большинство людей, живших в то время, были собирателями, и их рацион в основном состоял из диких растений, рыбы и дичи. Археологи, изучающие зубной налет, нашли доказательства наличия клубней , орехов, бананов , трав и других продуктов, богатых железом. На протяжении многих поколений организм человека стал хорошо адаптирован к высокому уровню содержания железа в рационе. [54]
В эпоху неолита , как полагают, произошли значительные изменения как в окружающей среде, так и в рационе питания. Некоторые сообщества собирателей мигрировали на север, что привело к изменениям в образе жизни и окружающей среде, с понижением температур и изменением ландшафта, к которому собирателям затем нужно было адаптироваться. По мере того, как люди начали разрабатывать и совершенствовать свои орудия труда, они узнавали новые способы производства пищи, и земледелие также медленно развивалось . Эти изменения привели бы к серьезному стрессу для организма и снижению потребления продуктов, богатых железом. Этот переход является ключевым фактором в мутации генов, особенно тех, которые регулируют усвоение пищевого железа. Железо, которое составляет 70% состава эритроцитов , является критически важным микроэлементом для эффективной терморегуляции в организме. [55] Дефицит железа приведет к снижению внутренней температуры. В холодных и влажных условиях Северной Европы дополнительное железо из пищи было необходимо для поддержания регулируемой температуры, однако без достаточного потребления железа организм человека начал бы запасать железо более высокими темпами, чем обычно. Теоретически, давление, вызванное миграцией на север, могло бы привести к мутации гена , способствующей большему усвоению и хранению железа. [56]
Исследования и опросы, проведенные для определения частот гемохроматоза, помогают объяснить, как мутация мигрировала по всему миру. Теоретически, болезнь изначально развилась у путешественников, мигрировавших с севера. Опросы показывают особую картину распределения с большими кластерами и частотами генных мутаций вдоль западноевропейского побережья. [57] Это привело к развитию « гипотезы викингов ». [58] Расположение кластеров и нанесенные на карту паттерны этой мутации тесно связаны с расположением поселений викингов в Европе, основанных около 700 г. н.э. - около 1100 г. н.э. Викинги изначально прибыли из Норвегии, Швеции и Дании. Корабли викингов прокладывали свой путь вдоль побережья Европы в поисках торговли, богатств и земель. Генетические исследования показывают, что чрезвычайно высокие паттерны частот в некоторых европейских странах являются результатом миграций викингов и более поздних норманнов , что указывает на генетическую связь между наследственным гемохроматозом и происхождением викингов. [59]
В 1865 году Арман Труссо (французский терапевт) был одним из первых, кто описал многие симптомы диабетического пациента с циррозом печени и бронзовым цветом кожи. Термин гемохроматоз был впервые использован немецким патологом Фридрихом Даниэлем фон Реклингхаузеном в 1889 году, когда он описал накопление железа в тканях организма. [60]
Хотя большую часть 20-го века было известно, что большинство случаев гемохроматоза передаются по наследству, ошибочно предполагалось, что они зависят от одного гена. [61]
В 1935 году британский врач Дж. Х. Шелдон впервые описал связь с метаболизмом железа, а также продемонстрировал ее наследственную природу. [60]
В 1996 году Фелдер и его коллеги идентифицировали ген гемохроматоза, ген HFE . Фелдер обнаружил, что ген HFE имеет две основные мутации, вызывающие замены аминокислот C282Y и H63D, которые были основной причиной наследственного гемохроматоза. [60] [62] В следующем году CDC и Национальный институт исследований генома человека спонсировали исследование гемохроматоза после открытия гена HFE , что помогло провести скрининг населения и оценки, которые используются до сих пор. [63]