Metabolismo del Ferro ed Anemie Sideropeniche Diagnostica biochimico-clinica Lezione 14 Ferro Il ferro è un oligoelemento essenziale per l’uomo essendo parte della struttura dell’eme, il componente non proteico di numerose ferroproteine (e.g. emoglobina, mioglobina, citocromi). Ferro Dopo che il ferro è stato assorbito dall’intestino, esso è ripartito in vari compartimenti del corpo per la sintesi, sintesi il deposito ed il trasporto. trasporto In un individuo adulto sono presenti 4-5 g di ferro, distribuiti sotto forma di: Fe emoglobinico (∼ ∼75%) Fe tessutale di deposito nel fegato, milza, muscolo, midollo (10-20%) Fe mioglobinico (3-5%) Fe delle ferroproteine (0.2%) Fe di trasporto: transferrina (1%) Ferro Ferro Il ferro libero è altamente tossico per i tessuti e quindi è legato a proteine specifiche che sono deputate alla regolazione del suo metabolismo, al suo trasporto e deposito. Ferro Nel midollo osseo di un individuo adulto, ogni giorno 20 mg di ferro, derivanti dalla lisi degli eritrociti senescenti, sono utilizzati per la sintesi dell’eme dei nuovi eritrociti. Omeostasi del ferro Assorbimento Poiché non è possibile controllarne l’escrezione, la quantità di Fe nell’organismo viene regolata attraverso il controllo del suo assorbimento. assorbimento In condizioni fisiologiche, il Fe è assorbito nel duodeno. Del ferro introdotto con la dieta, solo il 5-10% viene assorbito. Circa 1-2 mg di ferro al giorno vengono persi mediante sfaldamento della pelle e della mucosa gastrointestinale e del tratto urogenitale. Omeostasi del ferro Assorbimento L’assorbimento è un processo attivo che si compie nel duodeno dove, attraverso specifici traslocatori, il Ferro giunge nel citosol delle cellule della mucosa intestinale Una parte di Ferro si lega alla transferrina passando nel torrente circolatorio Un’altra forma di deposito, se l’apoferritina non è sufficiente, è rappresentata dai granuli di emosiderina (insolubile) La maggior parte si lega alla apoferritina formando ferritina (solubile) E’ la principale forma di deposito del ferro nei tessuti. Si trova nelle cellule della mucosa intestinale, negli epatociti e nelle cellule reticoloendoteliali del fegato, della milza e del midollo osseo Omeostasi del ferro Deposito Nelle cellule della mucosa intestinale, il ferro viene legato alla apoferritina, apoferritina che capta il Fe2+ (ferroso) e lo ossida affinché venga depositato come Fe3+ (ferrico), (ferrico) trasformandosi quindi in ferritina, ferritina una proteina globulare che si trova principalmente nel fegato, nella milza, nel midollo osseo e nei tessuti scheletrici dove svolge una funzione di riserva organica di ferro. ferro Ferritina La ferritina può contenere fino a circa 4500 ioni di ferro (in stato di ossidazione Fe3+) in una struttura a nanogabbie composta da 24 identiche subunità, e un core centrale dove si deposita il ferro. Fe3+ Emosiderina L’emosiderina è una proteina di deposito del ferro presente nei macrofagi del fegato e del midollo osseo, in cui è depositato circa il 33% del ferro. Nei tessuti, si presenta come un pigmento giallo o rossastro, amorfo o leggermente granulare. Macrofagi contenenti granuli di emosiderina Il ferro dell’emosiderina è più difficile da metabolizzare rispetto a quello contenuto nella ferritina, poiché l’emosiderina (costituita dal prodotto della condensazione di molecole di ferritina, proteine, lipidi, acido sialico, e porfirine) è poco solubile. Omeostasi del ferro Trasporto Dal fegato, a seconda delle necessità dell’organismo, il ferro è liberato e ossidato a Fe3+ per raggiungere il circolo sanguigno dove si lega alla transferrina e alla lattoferrina. lattoferrina È quindi trasportato ai vari organi. Transferrina La transferrina (v.n. 200-400 mg/dL) è una β-globulina con funzione di trasporto del ferro ai compartimenti di deposito e al midollo. È sintetizzata nel fegato e in piccole quantità nel tessuto linfoide, nella ghiandola mammaria, nelle ovaie e nei testicoli. Transferrina Rende il ferro solubile in condizioni fisiologiche Previene l’effetto tossico Facilita l’internalizzazione del ferro nelle cellule Recettore per la transferrina (TfR) Transferrina È costituita da un’unica catena polipeptidica che presenta due siti di legame per il ferro Schema del metabolismo del Ferro Fe alimentare (Fe2+, Fe3+) Transferrina satura (30%) Transferrina insatura Fe di deposito Fe emoglobinico Transferrina + Fe3+ DEPOSITI MIDOLLO OSSEO Fe dell’Hb FEGATO MILZA MIOGLOBINA ENZIMI CIRCOLO EMATICO Fe dell’Hb Lattoferrina La lattoferrina ha una massa molecolare di 80 kDa. Appartiene alla famiglia delle transferrine e possiede, come la transferrina stessa, due siti di legame per lo ione ferrico (Fe3+). A pH acido il legame lattoferrina-ferro è più stabile di quello tra il ferro e la transferrina. L’aumentato legame con la lattoferrina presente in abbondanza nei focolai di infiammazione, e nelle tipiche condizioni di pH acido, può spiegare l’IPOSIDEREMIA, IPOSIDEREMIA che si associa spesso alla flogosi. Alterazioni del metabolismo del ferro Le alterazioni del metabolismo marziale si manifestano sia come malattie da carenza (anemie sideropeniche) sideropeniche sia come malattie da eccessivo accumulo (emocromatosi: emocromatosi ereditarie, trasfusioni ripetute, terapia marziale). Cause di anemia sideropenica Diminuito apporto alimentare carenza dietetica, anoressia Alterato assorbimento malassorbimento gastrectomia alterazione mucosa intestinale Aumentato fabbisogno gravidanza, allattamento prima infanzia, adolescenza Accentuata eliminazione perdite di sangue palesi od occulte (emorragie intestinali, donazioni di sangue) Diagnostica delle alterazioni del metabolismo del ferro La diagnostica di laboratorio nelle alterazioni del metabolismo del ferro si avvale essenzialmente del dosaggio di ferritinemia, ferritinemia sideremia, sideremia e transferrinemia. transferrinemia Ferritina Marker affidabile e specifico dei depositi di ferro Ferritina <20 µg/L → Stato di carenza marziale (no falsi negativi) Ferritina >340 µg/L → stato di accumulo marziale….ma può dare falsi positivi in quanto aumenta anche in seguito a: Stati flogistici (FRT è proteina “di fase acuta”) Neoplasie (neoproduzione di FRT da parte cellule neoplastiche) Citolisi epatica (liberazione di FRT dai depositi intracellulari) Emolisi (liberazione di FRT dal globuli rossi) Sideremia Nel siero il ferro è veicolato dalla transferrina e trasportato agli organi di deposito ed al midollo osseo, per cui con il termine sideremia, sideremia si intende il dosaggio del Ferro circolante (misura del ferro di trasporto legato alla transferrina, essendo la quota libera trascurabile). Valori di riferimento sideremia Neonato: 170-190 μg/dL alla nascita e 50-70 μg/dL dopo 2-3 mesi Infanzia: <100 μg/dL Uomo: 80-170 μg/dL Donna: 60-140 μg/dL Anziani: 40-80 μg/dL Variabilità biologica Aumento: Processi di necrosi cellulare, Sindromi emolitiche, Etilismo cronico, Epatite acuta, Terapia con ferro Diminuzione: Infiammazione, Insufficiente apporto, Ridotto assorbimento, Perdita, Gravidanza Determinazione della sideremia Metodo colorimetrico Separazione del Ferro dalle proteine e sviluppo di colore facendo reagire il Ferro con un substrato cromogeno. Transferrina + Fe3+ Siero pH 2 Ac. ascorbico Fe2+ + chelante (ferrozina) Cromogeno (Abs 562 nm) Il dosaggio è soggetto ad interferenze con Cu2+, Hb, bilirubina, EDTA. La sideremia ha un significato limitato se non associata alla TIBC (Total Iron-Binding Capacity: Capacity quantità massima di Ferro che può essere legato alla transferrina di un individuo) per valutare anche eventuali variazioni della transferrina. Transferrina La transferrina sierica è presente nel plasma in forma libera (transferrina insatura, insatura 2/3 del totale) e in forma legata (transferrina satura, satura 1/3 del totale). La quota satura coincide con il valore della sideremia. La transferrinemia (v.n. 300 - 360 mg/dL) si può esprimere anche come capacità totale di legare il ferro (TIBC: Total Iron Binding Protein Capacity; Capacity v.n. 240 - 450 μg/dL) ovvero la quantità di ferro che si troverebbe nel plasma se tutta la transferrina fosse saturata con il ferro. Poiché 1 mg di transferrina lega 1,25 μg di ferro → TIBC = Transferrina sierica mg/dl x 1,25 Transferrina satura Transferrina insatura (UIBC) TIBC Diagnostica delle alterazioni del metabolismo del ferro Il rapporto tra sideremia e TIBC definisce la saturazione della transferrina Totale (TIBC) TIBC 200-300 150-250 300-400 250-350 Indice di saturazione (saturazione percentuale) 31-34% In condizioni fisiologiche la transferrina viene saturata per circa il 30% valori inferiori al 18% (aumento UIBC) → Carenza di Ferro valori superiori al 50% (diminuzione UIBC) → Ipersideremia Ferro totale (TIBC) Maschi Femmine Insatura (UIBC) UIBC Sideremia Transferrina (μg/dL) Transferrina insatura (UIBC) Saturazione della transferrina = (sideremia/TIBC)x 100 Ta l as ma sem jo r i a Ne f ro si Em os ide ro si Ne op la s ie Gr av ida nz a De fic it di Fe No rm a le (μg/dL) Diagnostica delle alterazioni del metabolismo del ferro 500 400 300 200 100 0 Diagnostica delle alterazioni del metabolismo del ferro Sideremia, TIBC e indice di saturazione (I.S.) in varie affezioni Affezioni Sideremia TIBC I.S. Anemie ipocromiche Infezioni cr. Neoplasie Mestruazioni Avvelenamento Fe Anemia emolitica Emocromatosi Deficit-piridossina Gravidanza avanzata Anticoncezionali Epatite virale Nefrosi Thalassemie Anemia sideroblastica ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ N↑ ↑ ↑ ↓ ↑ N↑ ↑ ↑ ↓ ↓ N ↓ N↓ ↓ N↓ ↓ N ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ N ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ N N↑ ↑ ↑ ↑ N↑ ↑ Diagnostica delle alterazioni del metabolismo del ferro Classificazione delle anemie ferroprive in base al rapporto Fe/TIBC Rapporto Fe/TIBC (μg/dL) Normale Lieve 100/300 75/300 Discreto Grave 50/450 25/600 Diagnostica delle alterazioni del metabolismo del ferro Stadio I (deplezione dei depositi) Bilancio del ferro negativo, ma senza effetti sulle funzioni essenziali del ferro - Riduzione ferritina Stadio II (eritropoiesi ferrocarente) Esaurimento dei depositi, compromissione della sintesi di Hb - Riduzione sideremia e saturazione della transferrina - Aumento della transferrina e del recettore solubile della transferrina - Riduzione Hb e MCV ma ancora nell’ambito di normalità Stadio III (anemia sideropenica) Apporto di ferro insufficiente a mantenere un’adeguata concentrazione di Hb - Anemia ipocromica microcitica Diversi stadi della carenza marziale NORMALE DEPLEZIONE ERITROPOIESI DEPOSITI CARENTE ANEMIA Fe deposito Fe trasporto Fe eritrocitario Ferritina (µg/L) N ↓ ↓ ↓ Sideremia (µg/dL) N N ↓ ↓ Transferrina (mg/dL) N N ↑ ↑ Saturazione Transferrina (%) >20 >20 <15 <10 Eritrociti N N N Ipocr. Micro. Anemia da carenza di ferro: striscio di sangue (Giemsa)