Métabolisme du fer dans l'organisme

Normalement, l'organisme d'un adulte en bonne santé contient environ 3 à 5 g de fer; le fer peut donc être classé comme un microélément. La répartition du fer dans l'organisme est inégale. Environ les deux tiers du fer se trouvent dans l'hémoglobine des globules rouges, qui constitue le fonds circulant (ou réserve) de fer. Chez l'adulte, cette réserve est de 2 à 2,5 g, chez le nouveau-né à terme de 0,3 à 0,4 g et chez le prématuré de 0,1 à 0,2 g. La myoglobine contient une quantité relativement importante de fer: 0,1 g chez l'homme et 0,05 à 0,07 g chez la femme. Le corps humain contient plus de 70 protéines et enzymes, dont le fer (par exemple, la transferrine et la lactoferrine), dont la quantité totale est de 0,05 à 0,07 g. Le fer transporté par la transferrine, une protéine de transport, représente environ 1 % (fonds de transport du fer). Les réserves de fer (dépôt, fonds de réserve), qui représentent environ un tiers du fer total du corps humain, sont extrêmement importantes pour la pratique médicale. Les organes suivants assurent cette fonction:

• foie;
• rate;
• moelle osseuse;
• cerveau.

Le fer est présent dans le dépôt sous forme de ferritine. La quantité de fer dans le dépôt peut être caractérisée par la concentration de SF. Aujourd'hui, le SF est le seul marqueur internationalement reconnu des réserves de fer. Le produit final du métabolisme du fer est l'hémosidérine, qui se dépose dans les tissus.

Le fer est le cofacteur le plus important des enzymes de la chaîne respiratoire mitochondriale, du cycle du citrate et de la synthèse de l'ADN. Il joue un rôle essentiel dans la liaison et le transport de l'oxygène par l'hémoglobine et la myoglobine. Les protéines contenant du fer sont nécessaires au métabolisme du collagène, des catécholamines et de la tyrosine. Grâce à l'action catalytique du fer dans la réaction Fe₂ ^* <--> Fe₃ ^, le fer libre non chélaté forme des radicaux hydroxyles susceptibles d'endommager les membranes cellulaires et d'entraîner la mort cellulaire. Au cours de l'évolution, la protection contre les effets néfastes du fer libre a été assurée par la formation de molécules spécialisées pour l'absorption du fer alimentaire, son absorption, son transport et son dépôt sous une forme soluble non toxique. Le transport et le dépôt du fer sont assurés par des protéines spécifiques: la transferrine, son récepteur et la ferritine. La synthèse de ces protéines est régulée par un mécanisme spécifique et dépend des besoins de l'organisme.

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Le métabolisme du fer chez une personne en bonne santé est fermé dans un cycle

Chaque jour, une personne perd environ 1 mg de fer par les fluides biologiques et l'épithélium desquamé du tube digestif. Une quantité identique peut être absorbée dans le tube digestif par l'alimentation. Il est important de comprendre que le fer pénètre dans l'organisme uniquement par l'alimentation. Ainsi, chaque jour, 1 mg de fer est perdu et 1 mg est absorbé. Lors de la destruction des vieux érythrocytes, du fer est libéré, utilisé par les macrophages et réutilisé dans la formation de l'hème. L'organisme possède un mécanisme spécifique d'absorption du fer, mais celui-ci est excrété passivement; il n'existe donc aucun mécanisme physiologique d'excrétion du fer. Par conséquent, si l'absorption du fer provenant des aliments ne répond pas aux besoins de l'organisme, une carence en fer survient, quelle qu'en soit la cause.

Répartition du fer dans le corps

1. 70 % du fer total de l'organisme est présent dans les hémoprotéines; ce sont des composés dans lesquels le fer est lié à la porphyrine. Le principal représentant de ce groupe est l'hémoglobine (58 % de fer); ce groupe comprend également la myoglobine (8 % de fer), les cytochromes, les peroxydases et les catalases (4 % de fer).
2. Un groupe d'enzymes non hémiques – xanthine oxydase, NADH déshydrogénase, aconitase – ces enzymes contenant du fer sont principalement localisées dans les mitochondries et jouent un rôle important dans le processus de phosphorylation oxydative et le transport d'électrons. Elles contiennent très peu de métal et n'affectent pas l'équilibre global du fer; cependant, leur synthèse dépend de l'apport de fer aux tissus.
3. La forme de transport du fer est la transferrine, la lactoferrine, un transporteur de fer de faible masse moléculaire. La principale ferroprotéine de transport plasmatique est la transferrine. Cette protéine de la fraction bêta-globuline, d'un poids moléculaire de 86 000, possède deux sites actifs, chacun pouvant se lier à un atome de Fe₃ ^. Le plasma compte plus de sites de liaison du fer que d'atomes de fer, et ne contient donc pas de fer libre. La transferrine peut également se lier à d'autres ions métalliques – cuivre, manganèse, chrome –, mais avec une sélectivité différente; le fer y est lié principalement et plus fermement. Les cellules hépatiques constituent le principal site de synthèse de la transferrine. L'augmentation du taux de fer déposé dans les hépatocytes entraîne une diminution notable de la synthèse de la transferrine. La transferrine, qui transporte le fer, est avide de fer pour les normocytes et les réticulocytes, et l'absorption du métal dépend de la présence de récepteurs libres à la surface des précurseurs érythroïdes. La membrane des réticulocytes possède beaucoup moins de sites de liaison à la transferrine que celle des pronormocytes, ce qui signifie que l'absorption du fer diminue avec le vieillissement des cellules érythroïdes. Des transporteurs de fer de faible poids moléculaire assurent le transport intracellulaire du fer.
4. Le fer de réserve, déposé ou de réserve, peut se présenter sous deux formes: la ferritine et l’hémosidérine. Le fer de réserve est constitué de la protéine apoferritine, dont les molécules entourent un grand nombre d’atomes de fer. La ferritine est un composé brun, soluble dans l’eau, contenant 20 % de fer. En cas d’accumulation excessive de fer dans l’organisme, la synthèse de ferritine augmente fortement. Les molécules de ferritine sont présentes dans presque toutes les cellules, mais elles sont particulièrement nombreuses dans le foie, la rate et la moelle osseuse. L’hémosidérine est présente dans les tissus sous forme de pigment brun, granuleux et insoluble dans l’eau. La teneur en fer de l’hémosidérine est supérieure à celle de la ferritine (40 %). L’effet néfaste de l’hémosidérine sur les tissus est associé à des lésions des lysosomes et à l’accumulation de radicaux libres, entraînant la mort cellulaire. Chez une personne en bonne santé, 70 % du fer de réserve est sous forme de ferritine et 30 % sous forme d’hémosidérine. Le taux d'utilisation de l'hémosidérine est significativement inférieur à celui de la ferritine. Les réserves en fer des tissus peuvent être évaluées par des études histochimiques utilisant une méthode d'évaluation semi-quantitative. Le nombre de sidéroblastes est compté, c'est-à-dire des cellules érythroïdes nucléaires contenant différentes quantités de granules de fer non hémique. La particularité de la distribution du fer chez les jeunes enfants réside dans une teneur en fer plus élevée dans les cellules érythroïdes et plus faible dans le tissu musculaire.

La régulation de l'équilibre en fer repose sur les principes de la réutilisation quasi complète du fer endogène et du maintien du taux requis grâce à son absorption dans le tractus gastro-intestinal. La demi-vie d'excrétion du fer est de 4 à 6 ans.

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Absorption du fer

L'absorption se produit principalement dans le duodénum et la partie initiale du jéjunum. En cas de carence en fer, la zone d'absorption s'étend vers l'extrémité distale. L'alimentation quotidienne contient généralement environ 10 à 20 mg de fer, mais seulement 1 à 2 mg sont absorbés dans le tube digestif. L'absorption du fer héminique dépasse largement l'apport en fer inorganique. Il n'existe pas d'opinion claire concernant l'effet de la valence du fer sur son absorption dans le tube digestif. V.I. Nikulicheva (1993) estime que le Fe₂ ^n'est pratiquement pas absorbé, que ce soit à des concentrations normales ou excessives. Selon d'autres auteurs, l'absorption du fer ne dépend pas de sa valence. Il a été établi que le facteur déterminant n'est pas la valence du fer, mais sa solubilité dans le duodénum lors d'une réaction alcaline. Le suc gastrique et l'acide chlorhydrique participent à l'absorption du fer, assurent la restauration de la forme oxyde (Fe ^H ) en forme oxyde (Fe ²⁺ ), l'ionisation et la formation de composants disponibles pour l'absorption, mais cela ne s'applique qu'au fer non hémique et n'est pas le principal mécanisme de régulation de l'absorption.

Le processus d'absorption du fer héminique ne dépend pas de la sécrétion gastrique. Le fer héminique est absorbé sous forme de porphyrine et c'est seulement dans la muqueuse intestinale qu'il se sépare de l'hème pour former du fer ionisé. Le fer est mieux absorbé par les produits carnés (9 à 22 %) contenant du fer héminique, et beaucoup moins par les produits végétaux (0,4 à 5 %), qui contiennent du fer non héminique. L'absorption du fer provenant des produits carnés est différente: le fer est moins bien absorbé par le foie que par la viande, car le fer hépatique est présent sous forme d'hémosidérine et de ferritine. Faire bouillir des légumes dans une grande quantité d'eau peut réduire leur teneur en fer de 20 %.

L'absorption du fer du lait maternel est unique, bien que sa teneur soit faible (1,5 mg/l). De plus, le lait maternel augmente l'absorption du fer provenant d'autres aliments consommés simultanément.

Lors de la digestion, le fer pénètre dans l'entérocyte, d'où il passe dans le plasma sanguin selon un gradient de concentration. En cas de carence en fer, son transfert de la lumière du tube digestif vers le plasma s'accélère. En cas d'excès de fer, la majeure partie du fer est retenue dans les cellules de la muqueuse intestinale. L'entérocyte, chargé de fer, migre de la base vers le sommet de la villosité et est éliminé avec l'épithélium desquamé, ce qui empêche l'excès de métal de pénétrer dans l'organisme.

Le processus d'absorption du fer dans le tube digestif est influencé par divers facteurs. La présence d'oxalates, de phytates, de phosphates et de tanins dans la volaille réduit l'absorption du fer, car ces substances forment des complexes avec le fer et l'éliminent de l'organisme. À l'inverse, les acides ascorbique, succinique et pyruvique, le fructose, le sorbitol et l'alcool favorisent l'absorption du fer.

Dans le plasma, le fer se lie à son transporteur, la transferrine. Cette protéine transporte le fer principalement vers la moelle osseuse, où il pénètre dans les érythrocytes, et la transferrine retourne au plasma. Le fer pénètre ensuite dans les mitochondries, où se produit la synthèse de l'hème.

Le cheminement ultérieur du fer depuis la moelle osseuse peut être décrit comme suit: lors de l'hémolyse physiologique, 15 à 20 mg de fer par jour sont libérés par les érythrocytes, qui sont utilisés par les macrophages phagocytaires; ensuite, la majeure partie de celui-ci va à nouveau à la synthèse de l'hémoglobine et seule une petite quantité reste sous forme de fer de réserve dans les macrophages.

30 % du fer total de l'organisme n'est pas utilisé pour l'érythropoïèse, mais est stocké dans des dépôts. Le fer, sous forme de ferritine et d'hémosidérine, est stocké dans les cellules parenchymateuses, principalement dans le foie et la rate. Contrairement aux macrophages, les cellules parenchymateuses consomment le fer très lentement. L'apport en fer par les cellules parenchymateuses augmente en cas d'excès important de fer dans l'organisme, d'anémie hémolytique, d'anémie aplasique ou d'insuffisance rénale, et diminue en cas de carence sévère en métaux lourds. La libération de fer par ces cellules augmente en cas de saignement et diminue en cas de transfusion sanguine.

Le tableau global du métabolisme du fer dans l'organisme serait incomplet si l'on ne prenait pas en compte le fer tissulaire. La quantité de fer contenue dans les ferroenzymes est faible – seulement 125 mg –, mais l'importance des enzymes de la respiration tissulaire est difficile à surestimer: sans elles, la vie de toute cellule serait impossible. Les réserves de fer dans les cellules permettent d'éviter que la synthèse des enzymes contenant du fer ne dépende directement des fluctuations de son apport et de sa dépense dans l'organisme.

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Pertes physiologiques et caractéristiques du métabolisme du fer

Les pertes physiologiques en fer chez l'adulte sont d'environ 1 mg par jour. Le fer est perdu par l'épithélium cutané exfoliant, les annexes épidermiques, la sueur, l'urine, les selles et l'épithélium intestinal exfoliant. Chez la femme, le fer est également perdu par le sang pendant les règles, la grossesse, l'accouchement et l'allaitement, soit environ 800 à 1 000 mg. Le métabolisme du fer dans l'organisme est illustré dans le schéma 3. Il est intéressant de noter que la teneur en fer sérique et la saturation de la transferrine varient au cours de la journée. Des concentrations sériques élevées en fer sont observées le matin et faibles le soir. Le manque de sommeil entraîne une diminution progressive de la teneur en fer sérique.

Le métabolisme du fer dans l'organisme est influencé par des oligo-éléments: cuivre, cobalt, manganèse et nickel. Le cuivre est nécessaire à l'absorption et au transport du fer; son action est assurée par la cytochrome oxydase, la céruloplasmine. L'effet du manganèse sur l'hématopoïèse est non spécifique et est associé à son fort pouvoir oxydant.

Pour comprendre pourquoi la carence en fer est plus fréquente chez les jeunes enfants, les adolescentes et les femmes en âge de procréer, examinons les caractéristiques du métabolisme du fer dans ces groupes.

L'accumulation de fer chez le fœtus se produit tout au long de la grossesse, mais est plus intense (40 %) au cours du dernier trimestre. Par conséquent, une naissance prématurée de 1 à 2 mois entraîne une réduction de l'apport en fer de 1,5 à 2 fois par rapport à celle d'un enfant né à terme. On sait que le fœtus présente un bilan ferrique positif, à l'inverse du gradient de concentration en sa faveur. Le placenta capte le fer plus intensément que la moelle osseuse de la femme enceinte et a la capacité d'absorber le fer présent dans l'hémoglobine maternelle.

Les données concernant l'effet de la carence en fer maternelle sur les réserves en fer du fœtus sont contradictoires. Certains auteurs estiment que la sidéropénie pendant la grossesse n'affecte pas les réserves en fer du fœtus; d'autres pensent qu'il existe une relation directe. On peut supposer qu'une diminution de la teneur en fer de la mère entraîne une carence en fer chez le nouveau-né. Cependant, le développement d'une anémie ferriprive due à une carence congénitale en fer est peu probable, car l'incidence de l'anémie ferriprive, les taux d'hémoglobine et le fer sérique au cours du premier jour suivant la naissance et au cours des 3 à 6 mois suivants ne diffèrent pas entre les enfants nés de mères en bonne santé et ceux nés de mères atteintes d'anémie ferriprive. La teneur en fer de l'organisme d'un nouveau-né à terme et d'un prématuré est de 75 mg/kg.

Chez l'enfant, contrairement à l'adulte, le fer alimentaire doit non seulement compenser les pertes physiologiques de ce microélément, mais aussi répondre aux besoins de croissance, qui sont en moyenne de 0,5 mg/kg par jour.

Ainsi, les principales conditions préalables au développement d’une carence en fer chez les bébés prématurés, les enfants issus de grossesses multiples et les enfants de moins de 3 ans sont:

• épuisement rapide des réserves dû à un apport insuffisant en fer exogène;
• besoin accru en fer.

Métabolisme du fer chez les adolescents

Une caractéristique du métabolisme du fer chez les adolescents, en particulier les filles, est un décalage marqué entre les besoins accrus en ce microélément et son faible apport. Les raisons de cet écart sont: une croissance rapide, une mauvaise alimentation, une activité sportive, des règles abondantes et un faible taux de fer initial.

Chez les femmes en âge de procréer, les principaux facteurs favorisant le développement d'une carence en fer sont des règles abondantes et prolongées, ainsi que des grossesses multiples. Les besoins quotidiens en fer pour les femmes qui perdent 30 à 40 ml de sang pendant les règles sont de 1,5 à 1,7 mg/jour. En cas de pertes sanguines plus importantes, les besoins augmentent à 2,5 à 3 mg/jour. En effet, seuls 1,8 à 2 mg/jour peuvent pénétrer dans le tube digestif, ce qui signifie que 0,5 à 1 mg/jour de fer ne peut être reconstitué. Ainsi, la carence en micro-éléments sera de 15 à 20 mg par mois, 180 à 240 mg par an, 1,8 à 2,4 g tous les 10 ans, ce qui signifie que cette carence dépasse les réserves en fer de l'organisme. De plus, le nombre de grossesses, leur intervalle et la durée de l'allaitement sont des facteurs importants pour le développement d'une carence en fer chez la femme.