ЛЕЧЕНИЕ ИНТОКСИКАЦИЙ УДК 613.632*4:546.72]-07 НОВІ НАПРЯМКИ В ДІАГНОСТИЦІ ВТОРИННОГО ГЕМОХРОМАТОЗУ, ЯКИЙ РОЗВИВАЄТЬСЯ В УМОВАХ ПІДВИЩЕНОГО НАДХОДЖЕННЯ ЗАЛІЗА В ОРГАНІЗМО.М. Михайлик, І.П. Лубянова Інститут прикладних проблем фізики і біофізики, Залізо є надзвичайно важливим елементом для здійснення низки метаболічних процесів, але водночас надлишок заліза є фактором ризику розвитку багатьох патологій [1, 2]. Стани з перевантаженням організму залізом класифікують, виділяючи спадковий і набутий гемохроматоз. Для спадкового (первинного) гемохроматоза характерною є генетично обумовлена схильність до надмірного поглинання заліза з їжи і розвитку перевантаження організму залізом. Спадковий гемохроматоз є найбільш розповсюдженою аутосомною рецесивною хворобою людини. Спадковий (первинний) гемохроматоз пов'язують перш за все з успадкуванням мутацій в нещодавно відкритому HFE-гені по гомозіготному типу [3, 4], чи з іншими мутаціями, ассоційованими з порушеннями експресії білків транспорту та зберігання заліза. 60-90 % пацієнтів зі спадковим гемохроматозом — гомозіготи по C282Y мутации в HFE-гені, друга по частоті — H63D мутация. Частота гомозіготності є приблизно 1 на 200. Це означає, що 250 тисяч українців в своєму житті страждають від наслідків спадкового гемохроматозу. Схильність до надлишкового накопичення заліза є характерною також для гетерозіготних носіїв мутантних генів, ассоційованих з гемохроматозом [5], які складають до 13 % населення. Ці люди теж захворюють при умові підвищеного надходження заліза в організм чи при надмірному вживанні вітаміну С [6, 7], алкоголю. Оцінка чисельності цих груп — 6 міліонів населення України. Надбаний (вторинний) гемохроматоз може бути обумовлений низкою чинників, серед яких неефективний еритропоез і недостатня утилізація заліза в кістковому мозку, інші порушення метаболізму, які призводять до надмірного накопичення заліза в тканинах (хронічні захворювання печінки, прогресуючий цироз печінки, ацерулоплазмінемія, атрансферинемія, хвороба Вільсона, спадкові порфірії), надмірне надходження заліза в організм (пероральне внаслідок тривалої терапії препаратами заліза, при підвищеному вмісті заліза в питній воді, парентеральне при бесконтрольному внутрішньовенному введенні препаратів заліза, гемотрансфузіях), включаючи надмірне надходження заліза в організм в умовах виробництва (професійний вторинний гемохроматоз). Можливість розвитку вторинного гемохроматозу у електрозварників внаслідок його інгаляційного надходження в організм у складі зварювального аерозолю вперше обгрунтована українськими дослідниками [8-12]. Для України характерною є наявність геозон з підвищеним вмістом заліза в водоймищах, грунті, пов'язаних як з природними особливостями, так і з промисловим виробництвом, в тому числі з видобутком залізної руди, металургійним, зварювальним виробництвом та ін., тобто зон і професій з підвищеним ризиком розвитку станів з перевантаженням залізом. Неефективний еритропоез і недостатня утилізація заліза в кістковому мозку внаслідок отруєння бензолом, свінцом теж може бути чинником розвитку синдрома перевантаження залізом. Сьогодні суттево переглядається відношення до застосування препаратів заліза при анеміях [13, 14]. Низький гемоглобін ще не означає дефіциту заліза в організмі. Сидеробластна анемія, гемолітична анемія, b-таласемія, В12-, Cu-, Zn- і фолат-залежні анемії ассоційовані з перевантаженням організма залізом і досить розповсюджені. Навіть при низьких рівнях гемоглобіну і ступеню насичення трансферину залізом слід впевнетися у відсутності пухлинного процесу, паразитів [15]. В цих випадках призначення препаратів заліза лише сприяє прогресу основного захворювання [16, 17] і не покращує процесу кровоутворення. Тобто, препарати заліза можуть бути призначені лише після встановлення причини анемії і оцінки статусу заліза в організмі. Надзвичайно обережно слід підходити до питання призначення препаратів заліза вагітним жінкам [18]. Безконтрольне застосування протианемічних препаратів, які містять залізо, може призводити до підвищення ризику розвитку сепсису новонароджених [19]. Ранніми проявами перевантаження залізом є артралгії (40 % пацієнтів), з часом розвиваються цироз печінки, гепатоцелюлярна карцинома, діабет, кардиоміопатия, імпотенция (>43 % пацієнтів), артрити. Наявність спадкового гемохроматоза підвищує ризик смерті від цироза печінки в 10 разів, від діабету і інфаркту — в 14 разів. Підвищення рівня заліза в організмі асоціюється з підвищенням ризику захворювання на рак, діабет, коронарну хворобу серця, ризику смерті в цілому [20-26]. Відносно недавно визнана роль накопичення заліза у розвитку деяких хвороб центральної нервової системи [27-29]. Продемонстровано роль процесів з участю активних форм кисню у патогенезі пневмоконіоза і канцерогенезі при експозиції мінеральними частинками пилу [30, 31] і роль "доступного" заліза в індукуванні окислювального стресу і розвитку пневмоконіозу [32]. При своєчасній діагностиці синдрому, перевантаження залізом піддається лікуванню шляхом флеботомії в поєднанні зі збідненою залізом дієтою і призначенням речовин, що утворюють міцні комплекси із залізом (хелатори заліза) і виводять його із організму (хелатотерапія) [33, 34]. Смертність в групі хворих з встановленим діагнозом спадкового гемохроматозу на протязі 5 років склала 82 % при відсутності будь-якого лікування і лише 7 % при адекватному лікуванні. Своєчасна флеботомія при вірусному гепатиті С, котрий, як правило, ускладнюється цирозом і раком, попереджує розвиток цих смертельно небезпечних ускладнень. У пацієнтів з тяжкою анемією, котрим протипоказана флеботомія, застосовують хелатотерапію. Таким чином, запобігти розвитку чи ускладненням станів з перевантаження залізом можливо при своечасному врахуванні факторів ризику і ранній діагностиці. Сьогодні урядові програми фенотипічного та генотипічного скринінгу населення з ризиком розвитку перевантаження організма залізом почали діяти в США, Канаді, Англії, Австралії, Франції у відповідності з масштабами цієї проблеми [35]. Більшість заліза у складі тканин в нормі знаходиться у формі гемових білків. Негемове залізо включає залізо феритину (гемосидерину), трансферину і невеличкий пул заліза у формі низькомолекулярних комплексів з такими лігандами як цитрат, АТФ, цистеїн та ін. [36]. Механізми ураження тканин при перевантаженні залізом не є цілком зрозумілими. В цілому на молекулярному рівні відбувається зсув у напрямку запасання заліза і зріст концентрації заліза у складі білків, що його транспортують і депонують — трансферину і феритину. Крім того підвищується концентрація низькомолекулярних комплексів заліза чи заліза, здатного до хелатування [37]. Вважають, що низькомолекулярні комплекси заліза можуть робити внесок в ураження тканин внаслідок каталізу процесів вільнорадикального окиснення і, таким чином, в патогенез таких захворювань як рак, диабет, серцево-судинні захворювання [38]. Ферменти внутришнього мітохондріального електрон-транспортного ланцюга розглядають як основну мішень "токсичності" заліза [39]. Вважають, зокрема, що інгібування мітохондріального електронного транспорту відбувається внаслідок утворення дінітрозильних копмплексів заліза з залізосірчаними білками [40]. Оскільки залізо є критично необхідним для росту пухлинних клітин [41], перевантаження організму залізом є фактором ризику раку [20, 21], в тому числі і професійного [16, 42-44]. "Утримання" заліза, що призводить до гіпоферімії, є захисною реакцією проти неоплазії [45]. Нові дані свідчать, що концентрація лабільного заліза є одним з суттевих факторів регуляції співвідношення процесів проліферації і апоптозу клітин [46]. Таким чином, визначення концентрації заліза у формі низькомолекулярних комплексів може бути важливим і корисним для діагностики та моніторінгу патологічних станів, ассоційованих з перевантаженням організму залізом. Підвищення концентрації депонованого заліза при перевантаженні залізом також є ризик-фактором більш серйозного ураження тканин, зокрема при хіміотерапії онкологічних захворювань чи підвищеному рівні радіації [47]. В основі останнього ефекту лежить підвищення радіаційно-хімічних процесів в середовищі, наповненому високодисперсним метеріалом з підвищеною густиною, яким є біологічна тканина, збагачена залізом у складі неорганічного "ядра" білків, які його запасають (феритин/гемосидерин). Дослідження з використанням методів електронної спектроскопії і методів вивчення магнітних властивостей також виявили присутність заліза у формі "біогенного магнетиту" в тканинах мозку [48]. Розроблені методи для кількісного визначення цих компонентів [49]. Присутність ферімагнитного матеріалу в тканинах мозку людини створює реальну основу для осмислення можливих механізмів взаємодії мозку з оточуючими магнітними полями, зокрема фізичних механізмів провокування епілептичної активності мозку [50, 51]. Отже для діагностики і моніторінгу станів з перевантаженням залізом важливо мати уяву про спектр показників обміну заліза в пулі трансферину, феритину/гемосидерину і в пулі низькомолекулярних комплексів. Найбільш часто на практиці визначають вміст заліза в плазмі/сироватці крові та залізозв'язуючу здатність плазми/сироватки крові [52, 53]. Ступінь насичення трансферину залізом в плазмі крові вважають найбільш інформативним для визначення забезпечення крові залізом і використовують як критерій для фенотипічного скрінінгу пацієнтів з перевантаженням організму залізом (ступінь насичення плазми крові залізом більший за 45 %) [35]. В більшості робіт ступінь насичення траснферина залізом визначають по даним щодо концентрації заліза сироватки і загальної залізозв'язуючої здатності плазми (сироватки) крові. Більш коректно було б називати цей індекс ступенем насичення плазми (сироватки) крові залізом, враховуючи, що залізо плазми (сироватки) крові включає так зване не зв'язане з трансферином залізо [54], яке складається з пулу низькомолекулярного (лабільного) заліза [36] та заліза у складі феритину плазми (сироватки) крові [55, 56]. До того ж при насиченні плазми чи сироватки крові залізом можливе неспецифічне зв'язування заліза з трансферином та іншими білками плазми [57]. Значно рідше визначають абсолютну концентрацію білку трасферину з використанням методів, що базуються на електрофоретичному розділі білків плазми крові [58]. Вміст заліза в пулі білків, що його запасають, крім цитохімічного визначення заліза в ерітробластах, ерітроцитах, тканинах [59], концентрації білку феритину в плазмі чи сироватці крові, визначену імунохімічними методами, найчастіше часто використовують для оцінки статусу заліза [52, 53]. Але цей показник слід використовувати дуже обережно, враховуючи, що антитіла до феритину не є суворо специфічними, можливість значного підвищення рівня депонованого залізобілку без будь-яких ознак перевантаження залізом при спадковій катаракті, вірусному гепатиті, алкогольному циррозі печінки, пухлинних процессах [60, 61], наявність випадків низького рівня концентрації білку феритину в плазмі при надлишку заліза в організмі в цілому [53]. Таким чином, пряме визначення вмісту заліза у складі феритину та трансферину в крові і тканинах є бажаним для коректної оцінки стану обміну заліза в організмі. Є публікації, які стосуються визначення білку феритину у формених елементах крові [62]. Визначення таких показників, як феритин в цільній крові чи еритроцитах, набуває великої ролі в клінічних дослідженнях [63], в тому числі в неонатології у зв'язку з особливим значенням коректного визначення статусу заліза в цій віковій категорії [64]. Нещодавно були розроблені методи визначення концентрації заліза у складі феритину в сироватці крові [65]. Феритин сироватки крові імобілізують методом імунопреципітації з наступним аналізом вмісту заліза в осаді методом атомно-абсорбційної спектроскопії. Вважають, що визначення концентрації заліза феритину в сироватці крові може бути корисним і більш інформативним, ніж концентрація білку феритину, для оцінки запасів заліза в організмі в цілому. Діагноз перевантаження залізом уточнюється визначенням концентрації заліза в тканинах, найчастіше в печенці. Біопсія печінки є досить небезпечною процедурою. Кращими методами для визначення цього показника можна вважати такі неінвазивні методи, як виміри магнітної сприйнятливості тканин (сасептометрия печінки) [66, 67])) і метод ЯМР-томографии [68-70], які дозволяють встановити концентрацію заліза у складі білків (феритин і гемосидерін) в тканинах. Спроби ідентифікувати та визначити незв'язане з трансферином залізо в плазмі та сироватці крові та низькомолекулярне залізо в тканинах зустрілись з численими труднощами. Метод, що базується на каталізі залізом (ІІ) руйнування ДНК в присутності блеоміцину, був першим використаний для визначення низькомолекулярних комплексів заліза в біологічних рідинах [71]. В деяких випадках визначали концентрацію заліза, яке незв'язане з трансферином у зразках плазми чи сироватки крові пацієнтів [72], в бронхо-альвеолярній рідині [73] з використанням хроматографічних методів детектування комплексу заліза з нітрилотриоцтовою кислотою після ультрафітрації плазми крові чи гомогенату тканин. Метод з флуоресцентною пробою кальцеїном, придатний для біологічних рідин та суспензій клітин, вочевидь, є найменш руйнівним [74], і на нього покладали велики надії. Однак, гасильником флуоресценції є тільки залізо (II), а не залізо (III) і метод виявився взагалі неспецифічним по відношенню до заліза. Концентрація заліза у лабільному пулі коливається від 1 до 50 мкМ в залежності від методу, який використано [71, 75, 76]. Літературні дані і наші власні результати показують, що має сенс розглядати лише такий показник, як концентрація заліза, здатного до хелатування [77] певним реагентом в певних умовах в тканинах чи біологічних рідинах, а не розмір пулу низькомолекулярного (лабільного) заліза. Аналіз наявної літератури по методам оцінки статусу (негемового) заліза в організмі свідчить, що ця область знаходиться сьогодні в стані інтенсивного розвитку. В Україні існує необхідний науковий і технічний потенціал для розробки нових ефективних методів діагностики патологій, ассоційованих з порушеннями статусу заліза в організмі, і в тому числі для діагностики вторинного професійного гемохроматозу. Принциповою і досі належною мірою невикористаною є можливість визначати методом кількісної спектроскопії ЕСР параметри обміну негемового залізу в мікропробах (20-50 мкл) цільної крові, плазмі крові, інших рідинах, тканинах [78, 79]. Наявність спектрів ЕСР, які є характерними лише для заліза у складі комплексів з трансферином [80], робить можливим специфічне визначення індексів обміну заліза в пулі трасферину в цільній крові та плазмі крові. Відома робота [81], в якій метод ЕСР було використано для оцінки пулу заліза, специфічно зв'язаного з трансферином, в сироватці крові пацієнтів з гіперсидерозами. У порівнянні з цим відомим підходом аналіз зразків цільної крові дає можливість більш адекватної оцінки обміну заліза в пулі трансферину [82]. Так, в групі пацієнтів (n=10) з професійним вторинним гемохроматозом ступінь насичення трансферину, визначена в цільній крові — %ТФк (виборка з %ТФк) була достовірно (Р1=0,99902) вищою (36,23±13,5 %) за таку, визначену в плазмі крові (19,54±13,5 %). Насичення трансферину залізом було визначено і співставлено також для зразків плазми крові і сироватки крові в групі пацієнтів з професійним вторинним гемохроматозом (n=10). В усіх випадках ступінь насичення трансферину у сироватці крові (27,7±10,3 %) був достовірно (Р1=0,990727) нижчий за такий, визначений у плазмі крові тих самих пацієнтів (37,7±14,7 %). Тобто, високонасичений трансферин частково втрачується при одержанні плазми чи сироватки з цільної крові, і при високих ступенях насичення трансферину залізом інформативність показників, визначених в цільній крові, вища за інформативність показників, визначених в плазмі чи сироватці крові. Із даних щодо концентрації заліза у складі трансферину в цільній крові і плазмі крові з урахуванням індексу гематокриту може бути розрахован також новий показник — концентрація заліза трансферину у формених елементах крові. Кількісна спектроскопія ЕСР дозволяє аналізувати залізо у складі феритину/гемосидеріну [Fe-Фт] в крові, плазмі крові і тканинах на основі спектрів, каліброваних по даним Моссбауеровської спектроскопії [78]. Виявлена магнiтна анiзотропiя спектрiв електрон-спiнового резонансу феритiну та/чи гемосидерiну в тканинах з високою концентрацiєю залiза свiдчить про магнiтне упорядкування та досить великий час життя агрегатiв цих бiлкiв в тканинах [83]. In vitro принципово не можливо змоделювати структуроутворення, магнiтне упорядкування та особливостi структури високонасичених залiзом бiлкiв, які мають мiсце in vivo. Нещодавно встановлено, що залізо у складі депонуючих білків є основним природним матеріалом, що підсилює контраст зображення в ЯМР-томографії внаслідок скорочення часу релаксації протонів в областях неоднорідностей магнітного поля поблизу магнітних "ядер" феритину/гемосидерину. Завдяки цьому ефекту ЯМР- томографія може бути використана для кількісного визначення концентрації цих форм заліза в тканинах [69]. Проблеми при калібровці в цьому методі обумовлені як раз унікальним магнітним упорядкуванням в ядрі феритину [84], ускладненим агрегацією і упорядкуванням феритину/гемосидерину в тканинах [85]. Відносно недавно показана необхідность церулоплазміну (фероксидази плазми) для забезпечення зворотнього транспорту заліза із клітин ретікуло-ендотеліальної системи (РЕС) і клітин центральної нервової системи [86, 29]. Недостатність церулоплазміну, обумовлена недостатністю міді чи спадковим дефектом у синтезі цього білка (ацерулоплазмінемія), призводить до зниження рівня заліза сироватки крові, розвитку мікроцитарної анемії, накопиченню заліза в клітинах РЕС і тканинах головного мозку. Рівень метгемоглобіну в цільній крові можно розглядати як показник сприйнятливості еритроцитів до окислювального стресу. Наявність характерних спектрів ЕСР церулоплазміну і метгемоглобіну обумовлює можливість кількісного визначення концентрації цих компонентів в краплині крові (плазми крові). Більш ніж 13 років досвіду з кліничного застосування біосасептометрії для діагностики синдрому перевантаження залізом має Університетський Шпиталь в Гамбурзі [66, 67]. Діє Європейський проект з метою розвитку цього діагностичного методу, в якому беруть участь також італьянські вчені. Прилади, які використовуються для цих робіт, виготовлені в Америці, в них використовують НКВІД-детектори, що потребують охолодження рідким гелієм. Досвід українських фізиків у розвитку теорії високотемпературних НКВІД-детекторів і Джезефсоновських контактів і практики конструювання і виготовлення оригінальних вимірювальних систем такого роду [87, 88] робить можливим розробку, виготовлення, тестування, калібровку і кліничні випробування біосасептометра з використанням детектора на основі високотемпературних надпровідників, чутливий елемент якого охолоджується рідким азотом, а не гелієм. Кліничні вимірювання стану кисневого обміну в організмі є дуже важливими для виявлення гіпоксії і гіпоксемії у пацієнтів з надлишком заліза в організмі. Оскільки довготривала гіпоксія призводить до необоротного ушкодження клітин, безперервні вимірювання в режимі моніторінгу є дуже привабливими. Вимірювання одного параметру — концентрації кисню в крові — не є достатнім для оцінки можливої гіпоксемії в глибині тканин. Тобто, підхід, що використовує крізьшкірні вимірювання парціального тиску кисню при моніторінгу пацієнтів, є привабливим і інформативним [89, 90]. В Україні розроблений двоканальний датчик, який дає можливість одночасно вимірювати парціальний тиск кисню в периферичній крові транскутантно і вдихаємому/видихаємому повітрі (визначення споживання кисню ) в режимі моніторінгу. Швидкодія та стабільність роботи приладу покращені у порівнянні з аналогами (ТСМ 3 фірми Radiometer, Данія та JU301 PORTABL фірми Instrumentation Laboratori, США) завдяки використанню імпульсних методів поляризації електродів датчиків [91]. Комплексний підхід до вивченя стану метаболізму негемового заліза, кисневого обміну і показників окислювального метаболізму і використання сучасних підходів статистичного аналізу в групах робітників, що працюють в умовах підвищеного надходження заліза в організм, необхідні для розробки нових інформативних методів оцінки особливостей патогенеза професійного вторинного гемохроматозу, крітеріїв його діагностики, підвищення якості відбору в професію та своєчасної корекції змін в організмі. В напрямку робіт, пов'язаних із статистичним аналізом параметрів, які характеризують стан обміну заліза в організмі, можуть бути запропоновані [92] многофакторні статистичні критерії для побудови нормалізованих відстаней між експериментальними даними і даними порівняння і використання цих відстаней як основного елемента моделей ризику розвитку захворювань, ассоційованих з порушеннями статусу заліза в організмі. Література |