Il ferro (Fe) è un minerale essenziale per il nostro organismo, impiegato in diversi processi fondamentali come la respirazione cellulare, la riproduzione cellulare, il trasporto dell’ossigeno nel sangue e la produzione di alcuni ormoni.
Assunzione e Fonti di Ferro
La principale fonte di assunzione del ferro è tramite l’alimentazione: una dieta ben equilibrata consente di mantenere costante il suo livello nell’organismo, che è di circa 6 grammi nell’uomo e 2 grammi nella donna. Gli alimenti maggiormente ricchi di ferro sono le carni rosse, il fegato, la frutta secca e le verdure a foglia verde. L’assorbimento è invece ostacolato da alcuni farmaci (antiinfiammatori, antibiotici e antiacidi) e da alcune bevande come il tè e il caffè.
La biodisponibilità del ferro viene definita come la quantità di ferro che viene assorbita e utilizzata dal corpo attraverso la dieta. Non tutte le fonti alimentari di ferro sono ugualmente ben assorbite dall’organismo. La biodisponibilità del ferro dipende da diversi fattori, tra cui:
- La fonte di ferro: il ferro di origine animale (ferro eme) viene generalmente assorbito più facilmente rispetto al ferro di origine vegetale (ferro non eme).
- L’assorbimento del ferro dalle diete vegetariane è meno efficiente rispetto alle diete a base di carne e i vegetariani hanno riserve di ferro inferiori e hanno maggiori probabilità di essere carenti di ferro.
I fattori che possono migliorare l’assorbimento del ferro includono:
- Ferro eme: come accennato in precedenza, il ferro eme dei prodotti animali viene assorbito più facilmente rispetto al ferro non eme.
- Vitamina C: il consumo di vitamina C insieme a fonti di ferro non eme può migliorare l’assorbimento del ferro.
Metabolismo del Ferro: Un Processo Conservativo
Il metabolismo del ferro è di tipo conservativo. Il ferro, è conservato all’interno dell’organismo: una volta usato per la produzione di emoglobina viene continuamente riciclato da diversi compartimenti. Tra cui il midollo osseo che produce gli eritrociti (il 90% del ferro che assumiamo arriva in questo compartimento per produrre globuli rossi) e dai macrofagi che agiscono sugli eritrociti senescenti (questi rappresentano il compartimento “ di riciclo”) che sono in grado di liberare l’eme dall’emoglobina e rilasciale il ferro il circolo. Il pool plasmatico di ferro è il ferro circolate legato alla proteina transferrina che veicola il Fe dal compartimento di riciclo al compartimento eritroide. Il livello di ferro rimane dunque costante mediante il riciclo tra questi due compartimenti.
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Il midollo osseo usa circa 20mg/giorno di ferro per produrre globuli rossi; di questi il 90% arriva dal riciclo del ferro, mentre solo il 10% è assorbito con la dieta. Questa piccola percentuale compensa le perdite fisiologiche di ferro tramite urina, sudore e mestruazioni. Nel metabolismo del ferro gioca un ruolo importante il fegato. Se da un lato funziona come un magazzino che accumula l’eccesso di Fe, dall’altro il fegato produce un ormone chiave per questo metabolismo che è l’epcidina.
Il Ruolo dell'Epcidina
L’epcidina è un ormone prodotto dal fegato che regola l’omeostasi del ferro. Agisce inibendo l’azione della ferroportina, una proteina trasmembrana che trasporta il ferro fuori dalla cellula. Se il livello circolante di Fe è basso viene inibita la produzione di epcidina e la ferroportina può quindi trasportare il ferro al di fuori delle cellule. Contrariamente, se i livelli di ferro aumentano, aumenta la produzione di epcidina che blocca l’attività della ferroportina. Difetti nella regolazione dell’epcidina sono alla base di alcune patologie come l’anemia e l’emocromatosi.
Regolazione a Livello Cellulare
A livello cellulare ci sono diversi geni chiave che regolano l’omeostasi del Fe. Non tutti i tipi cellulari esprimono questi geni, ma tutte le cellule presentano dei sistemi per recuperare il Fe dall’esterno; i principali sono:
- il recettore di tipo I della transferrina, questo recettore lega la trasferrina che è legata al Fe, in seguito questo legame il recettore viene endocitato e il Fe viene liberato dalla transferrina e rilasciato nel citosol. Successivamente il ricettore viene riutilizzato.
- canale di membrana che trasporta ioni FE2+(trasportatore di ioni bivalenti), quindi questo canaletrasporta il ferro come ione ed è presente la proteina che a livello della mucosa intestinaleè deputata al riassorbimento del Fe assunto con la dieta.
Con questi due meccanismi il ferro entra nel citosol. Una volta arrivato nel citosol può essere usato per produrre EME nel mitocondrio o per la sintesi delle molecole ferro-zolfo che sono essenziali per produrre enzimi. Può anche essere immagazzinato, ma non come ferro libero ( perché tossico ), ma bensì legato con la ferritina, una proteina citosolica che serve per creare dei depositi cellulari. Una molecola di ferritina lega circa 4000 atomi di Fe. Avendo dunque un’elevata capacità di legame con il Fe permette di conservarlo in maniera non dannosa.
Esportazione del Ferro
Oltre che immagazzinato il metabolismo del ferro ne consente anche l’esportazione. Questo lavoro è fatto dai macrofagi che liberano il Fe dagli eritrociti senescenti, tramite un trasportatore di membrana che è laferroportina (questo è l’unico trasportatore conosciuto: tutte le cellule esportano il ferro tramite la ferroportina) che regola gli scambi di Fe fra le cellule adiacenti. Quando la ferroportina è espressa in membrana il Fe può essere esportato. Quando non è espressa, oppure è espressa in quantità minima il Fe rimane nella cellula. In condizioni ipossiche, quando si ha un incremento dei globuli rossi per incrementare i livello di ossigeno, si ha una sovra espressione della ferroportina.
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Sistemi di Recupero del Ferro
I sistemi di recupero del Fe sono diversi nei vari tipi cellulari, ad esempio:
- L’entrocita, cellula del duodeno che assorbe ferro. Esprime sulla sua superficie apicale DMT1 che è un canale in grado di assorbire il Fe dalla dieta, e nella parte basale esprime la ferroportina che è in grado di esportare il Ferro che viene legato alla transferrina e portato in circolo per essere usato.
- Progenitore dei globuli rossi: questa cellula, dovendo creare gli eritrociti, ha bisogno di accumulare molto ferro; esprime il recettore di tipo I per la transferrina e ha la ferroportina poco espressa perché non ha necessita di esocitare il Fe.
- Macrofago: fagocita gli eritrociti senescenti e libera il ferro dalla ferritina; questa cellula presenta un alto grado di espressione della ferrropontina per mettere il circolo il Fe fagocitato.
- L’epatocita esprime tanta ferritina perché è in grado di creare un deposito intracellulare di ferro, inoltre esprime la ferropontina per esportare il Fe in caso di necessità.
Assorbimento del Ferro
L’assorbimento del ferro è un processo complesso che avviene nell’intestino tenue. Il ferro, come detto in precedenza, viene assorbito dall’organismo in due forme: ferro eme e ferro non eme. Il processo di assorbimento del ferro parte dallo stomaco, per giungere poi a livello intestinale. Nell’intestino tenue, il ferro viene assorbito direttamente nel flusso sanguigno o viene prima convertito dalla forma Fe3+ nella forma Fe2+ per essere assorbito. Il ferro eme è assorbito in modo efficiente ed è meno suscettibile alla modulazione da parte di altri componenti della dieta, mentre l’assorbimento del ferro non eme è meno efficiente e suscettibile di influenza.
Per permettere il passaggio del ferro dal lume intestinale all’interno dell’enterocita duodenale, il ferro Fe3+ dve essere ridotto nella forma Fe2+. Il ferro nell’enterocita viene legato alla ferritina (proteina di deposito) nella forma Fe2+ in attesa di essere utilizzato nell’organismo. Quando le riserve nell’organismo si riducono, il ferro passa nel sangue come Fe3+, grazie alla ferroportina, un trasportatore presente sulla membrana basolaterale dell’enterocita in associazione ad una ferrosidasi rame dipendente efestina), che ne permette l’ossidazione da Fe2+ a Fe3+. Una volta nel plasma, il Fe3+ si lega alla transferrina, una proteina di trasporto del ferro.
La transferrina è una proteina che si lega al ferro e lo trasporta nel sangue fino al midollo osseo per la produzione di globuli rossi.
Complessivamente, la biodisponibilità del ferro dalla dieta può variare da un minimo del 2-20% per le fonti di ferro non eme fino al 35% per le fonti di ferro eme. È importante seguire una dieta varia ed equilibrata che includa fonti di ferro sia eme che non eme per garantire un adeguato apporto e assorbimento del ferro.
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Regolazione del Metabolismo del Ferro
Il metabolismo del ferro è regolato da diverse proteine, tra cui epcidina, ferroportina, transferrina e recettore della transferrina. L’epcidina è un ormone prodotto dal fegato che regola l’assorbimento del ferro legandosi alla ferroportina, una proteina che trasporta il ferro fuori dalle cellule. Quando i livelli di epcidina sono elevati, si lega alla ferroportina e blocca il trasporto del ferro, riducendone l’assorbimento. Quando i livelli di epcidina sono bassi, l’assorbimento del ferro aumenta.
Il ferro viene assorbito principalmente nell’intestino tenue e viene trasportato al fegato, dove è immagazzinato sotto forma di ferritina. In caso di necessità di ferro, viene rilasciato dalla ferritina e trasportato dalla transferrina nel midollo osseo, dove viene utilizzato per la produzione di globuli rossi. Per permettere ciò, il ferro deve essere mobilizzato dalla ferritina, proteina di deposito intracellulare. La mobilizzazione del ferro dalla ferritina intracellulare è un processo di riduzione.
Una vitamina importante nel metabolismo del ferro è la vitamina B2 (o riboflavina).
Carenza di Ferro
La carenza di ferro è comune, in particolare nelle donne in età fertile, nei bambini e nei vegetariani. I sintomi della carenza di ferro includono affaticamento, debolezza e pallore. È importante consumare abbastanza ferro nella dieta per evitare carenze.
La carenza di ferro può derivare da un’assunzione nutrizionale di ferro inadeguata o da una dieta povera in ferro. Anche chi segue una dieta vegetariana o vegana può risultare carente in ferro, in quanto i vegetali apportano un basso contenuto di ferro eme.
Questo avviene soprattutto in alcune particolari situazioni come:
- Crescita (p. es., durante la prima infanzia e l’adolescenza)
- Gravidanza
- Perdite ematiche fisiologiche superiori all’apporto di ferro.
Sintomi e Diagnosi
I sintomi più comuni dell’anemia sono senso di fatica, debolezza, tremori, cefalea e pallore.
Gli esami per la valutazione del metabolismo del ferro consentono di avere informazioni riguardo la quantità di ferro circolante, la capacità totale del sangue di trasportarlo e la quantità di ferro immagazzinata nei depositi. I test per la valutazione del metabolismo del ferro però possono essere richiesti anche nel caso in cui si sospetti una patologia dovuta all’accumulo di ferro.
Gli esami principali includono:
- Emoglobina ed ematocrito
- Sideremia
- Ferritina
- Transferrina
- TIBC (capacità ferro-legante totale)
- UIBC (capacità ferro-legante non saturata)
- Recettore solubile della transferrina (sTfR)
- Zincoprotoporfirina (ZPP)
- Test genetici del gene HFE
Sovraccarico di Ferro
L’accumulo di ferro nell’organismo invece può risultare tossico. La sideremia e la ferritina aumentano nel caso in cui venga assorbito più ferro rispetto alle necessità dell’organismo. La presenza di quantità eccessive di ferro può portare al suo progressivo accumulo in diversi organi e alla loro conseguente disfunzione. Un esempio è l’emocromatosi, patologia genetica rara caratterizzata dalla presenza di quantità eccessive di ferro.
Le persone affette da emocromatosi ereditaria presentano una mutazione del gene HFE. Sebbene esistano persone affette da emocromatosi ma asintomatiche per tutto il corso della loro vita, altre possono manifestare dei sintomi come dolore articolare, dolore addominale e debolezza, specie intorno ai 30-40 anni. L’accumulo di ferro può colpire anche persone affette da emosiderosi e quelle sottoposte a trasfusioni multiple, necessarie, ad esempio, in caso di anemia falciforme, talassemia major o altre forme di anemia.
Tabella Riepilogativa dei Parametri del Metabolismo del Ferro
| Parametro | Descrizione | Valori Normali (Indicativi) | Significato Clinico (Variazioni) |
|---|---|---|---|
| Emoglobina | Proteina che trasporta l'ossigeno nei globuli rossi | Uomini: 13.5-17.5 g/dL Donne: 12.0-15.5 g/dL | Bassa: Anemia Alta: Policitemia |
| Ematocrito | Percentuale di volume del sangue occupata dai globuli rossi | Uomini: 41-53% Donne: 36-46% | Basso: Anemia Alto: Disidratazione, Policitemia |
| Sideremia | Concentrazione di ferro nel siero | 50-170 mcg/dL | Bassa: Carenza di ferro, Anemia Alta: Sovraccarico di ferro, Emocromatosi |
| Ferritina | Proteina che immagazzina il ferro | Uomini: 20-500 ng/mL Donne: 10-200 ng/mL | Bassa: Carenza di ferro Alta: Sovraccarico di ferro, Infiammazione |
| Transferrina | Proteina che trasporta il ferro nel sangue | 200-360 mg/dL | Bassa: Malnutrizione, Malattie epatiche Alta: Carenza di ferro |
| TIBC | Capacità totale del sangue di legare il ferro | 250-450 mcg/dL | Bassa: Sovraccarico di ferro Alta: Carenza di ferro |
| UIBC | Capacità di riserva della transferrina | 150-370 mcg/dL | Bassa: Sovraccarico di ferro Alta: Carenza di ferro |
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