Onkologie, Hämatologie - Daten und Informationen
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Physiologie des Eisenstoffwechsels und Pathogenese des Eisenmangels

Autor/en: H. Heimpel
Letzte Änderung: 30.01.2003

Eisenstoffwechsel

Von den im Körper des gesunden erwachsenen Menschen vorhandenen 3,5-4,5 g Eisen (entprechend etwa 60 mg Eisen pro kg) sind etwa 70% als zweiwertiges Eisen im Hämoglobin der Erythroblasten und Erythrozyten enthalten. Geringe Eisenmengen enthalten das Myoglobin (etwa 4%) und die eisenhaltigen Zytochrome (unter 0,1%). Der Rest findet sich als Speichereisen überwiegend in den Makrophagen in Leber, Milz und Knochenmark in Form der dreiwertigen Eisen-Eiweiß ("Apoferritin")-Verbindungen Ferritin und Hämosiderin.
Auch das Serum enthält eine kleine Menge an Ferritin, das diagnostisch von Bedeutung ist, da seine Serumkonzentration etwa dem Eisengehalt der Depots entspricht.

Bildserie: Nicht-Hämeisen im Knochenmark

Das Nicht-Hämeisen im Knochenmark wird dargestellt durch Berlinerblau-Färbung. Die Zellen werden durch Gegenfärbung mit Hämaluan oder Kernechtrot sichtbar gemacht.

Eisenmangelanämie_km1

Fehlendes Speichereisen bei einer Patientin mit Eisenmangelanämie.

Eisenmangelanämie_km2

Hämosiderin in Makrophagen, klumpige Komplexverbindung bei einem Patienten mit stark vermehrtem Speichereisen.

Eisenmangelanämie_km3

Im Zytosol eines Makrophagen gelöstes Ferritin bei einem Patienten mit normalem Speichereisen.

Eisenmangelanämie_km4

Nicht-Hämeisen in Erythroblasten, die als "Sideroblasten" bezeichnet werden.

Das Plasmaenthält etwa 3 mg Eisen, reversibel gebunden an das divalente Transportprotein Transferrin. Die Bindungskapazität des Transferrins ist normalerweise zu einem Drittel ausgenutzt:

  • totale Eisenbindungskapazität etwa 300 µg/dl ,
  • Serumeisen etwa 100 µg/dl,
  • freie Eisenbindungskapazität etwa 200 µg/dl,
  • Eisensättigung 20-50%.

Die kleine Eisenfraktion des Transporteisens ist für den Eisenstoffwechsel von großer Bedeutung, da die Eisenverschiebungen im Organismus nur mithilfe des Plasmaeisens stattfinden können. In die Zellen wird Transferrin-Eisen nach Bindung an spezifische Rezeptormoleküle (Transferrinrezeptor) aufgenommen, deren Dichte in der Membran der Erythroblasten um ein Vielfaches höher ist als in anderen Zellen.

Normalerweise geht Eisen nur durch Abschilferung von Epithelien der inneren und äußeren Körperoberflächen verloren, bei der menstruierenden Frau auch durch die Periodenblutung (50 ml Blutverlust entspricht ca. 7,5 g Hämoglobin entspricht ca. 25 mg Fe). Dieser Verlust bestimmt den täglichen Eisenbedarf:

  • bei gesunden Männern und nicht menstruierenden Frauen etwa 1 mg,
  • bei Frauen im Menstruationsalter etwa 2 mg,
  • in der normalen Schwangerschaft etwa 3 mg, da der Eisenbestand des Kindes aus den Eisenreserven der Mutter aufgebaut werden muss.

Die normale mitteleuropäische Kost enthält 10 bis 30 mg Eisen. Die Resorptionsquote liegt bei 10-30%; die Resorption im oberen Dünndarm wird mit Hilfe eines komplexen Mechanismus den Eisenspeichern des Körpers angepasst. Die Verminderung der Eisenspeicher mit Reduzierung der Plasmaferritin-Konzentration steigert die intestinale Eisenresorption, die Transferrinsynthese und die Expression des Transferrinrezeptors der Erythroblasten, die im Gleichgewicht mit der Konzentration des Transferrinrezeptors im Plasma steht. Zusätzlich zur Kontrolle durch die Eisenspeicher wird die Resorption auch über eine noch unbekannte Regulationskette durch den Zustand der Erythropoese kontrolliert, wobei eine Hyperplasie der Erythroblasten zur Erhöhung der Resorption führt. Diese Regulation ist im Falle des Eisenmangels durch Blutverluste teleologisch verständlich, kann allerdings bei erythropoetischer Hyperplasie durch Hämolyse oder ineffektive Erythropoese ohne Eisenverlust zur Eisenüberladung führen.

In der Nahrung liegt pflanzliches Eisen in der schlecht resorbierbaren dreiwertigen Form (Ferri-Form) vor. Es wird durch regulierte Ferrireduktasen des Bürstensaums der Enterozyten im Duodenum wie das duodenale Cytochrom b in die gut resorbierbare zweiwertige Form (Ferro-Form) überführt, die durch ein weiteres reguliertes Protein, den divalenten Metalltransporter, in den Enterozyten aufgenommen wird.

Direkt verwertbar ist das zweiwertige Eisen aus Fleisch und Fleischprodukten. Die Resorptionerfolgt überwiegend im oberen Dünndarm - vornehmlich im Duodenum. Aus den Enterozyten wird das Eisen über weitere Regulationsproteine (z. B. einen Komplex aus dem Transferrinrezeptor und dem Hämochromatoseprotein) in das Plasma abgegeben und dort sofort an Transferrin gebunden. Die Bindung des Eisens an Transferrin schützt den Organismus vor der Toxizität des Eisens.

Das mithilfe der spezifischen Rezeptoren in die Erythroblasten des Knochenmarks aufgenommene Eisen wird vom Transferrin abgekoppelt und mittels einer Hämsynthetase (Ferrochelatase) in den die Tetrapyrrolverbindung Protoporphyrin eingebaut. Das wieder Fe-freie Apoferritin wird von den Erythroblasten ins Plasma entlassen und steht für den weiteren Eisentransport zur Verfügung. Durch die Wiederverwendung der in den Makrophagen abgebauten Erythrozytenbestandteile verbleibt das Eisen im Organismus und steht der erneuten Hb-Bildung zur Verfügung.

Der Eisengehalt des Organismus wird allein über die intestinale Resorption gesteuert. Eisen (Fe) ist nicht nierengängig, daher kann ein Zuviel an Eisen nicht von der Niere durch Ausscheidung reguliert werden. Eine klinisch relevante Eisenüberladung des Organismus - z.B. durch häufige Bluttransfusionen, bei chronischen Anämien mit erhöhter Eisenresorption wie den Thalassämien oder bei hereditärer Hämochromatose - benötigt daher eine gezielte Therapie durch Aderlässe oder Gabe von Chelatbildnern.

Der Eisenbedarf der Erythroblasten wird vorwiegend aus dem Plasmaeisen, nur geringfügig aus Eisen in Knochenmarkmakrophagen gedeckt. Der tägliche Eisenumsatz im Plasma, bedingt überwiegend durch Reutilisation des aus dem Hämoglobinabbau frei werdenden Eisens, beträgt beim Gesunden etwa 30 mg. Das Plasmaeisen wird mit einer Halbwertszeit von 60-120 Minuten ausgetauscht und unterliegt erheblichen Tagesschwankungen mit hohen Morgenwerten, vor allem bei jungen Menschen. Dasselbe gilt für die Eisensättigung des Transferrins, nicht aber für die Transferrin- und Ferritinkonzentration im Plasma.

Pathogenese des Eisenmangels

Ein Eisenmangel entsteht durch eine negative Eisenbilanz: zu dieser kommte es, wenn der Eisenverlust bzw der zusätzliche Eisenbedarf durch Wachstum oder Schwangerschaft die Eisenaufnahmeüberwiegt. Zunächst ist nur das Speichereisen vermindert. Sinkt nach weitgehender Entleerung des Speichers die Transferrinsättigung unter 15%, so ist eine ausreichende Eisenaufnahme in die Erythroblasten nicht mehr gewährleistet. Die verminderte Hämoglobinbildung bei normaler oder regulativ gesteigerter Zellbildung führt zunächst zur Hypochromasie und Mikrozytose, bei weiterbestehendem Mangel zusätzlich zur Abnahme der Hämoglobinkonzentration.

Eisenmangelanämie_verteilung

Verschiedene Zustände der Verteilung des Körpereisens bei einer erwachsenen Frau.

Die Erythrozytenzahl liegt meist im oberen oder mittlerern Normbereich; nur bei schwerem prolongierten Eisenmangel kann schließlich auch die Zellbildung gestört sein.

Bei verminderter Erythrozytenzahl ist immer eine andere Form der mikrozytären Anämie oder eine kombinierte Störung zu erwägen!

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