!
I~
t
I
i\
I I t;)
; ,Stofwisseling va·
nmetalen
Absorptie van metalen
uit het
maagdarmkanaal bij de mens
C.lA.van den Hamer
J.J.M. Marx
(redactie)
Cd
Pb
Pb
Ca
Zn
Fe
•
Ca
Pb
Fe
\/
l
r
1It'
' ';t·
'j
\:
,~Fe
Cu
,
Zn
Symposium
gehouden te Utrecht
op 25 november 1978
Commissie Postacademisch Onderwijs Geneeskunde,
Academisch Ziekenhuis Utrecht
Interuniversitair Reactor Instituut, Delft
Kliniek voor Inwendige Geneeskunde, Academisch Ziekenhuis
Utrecht
/
Deze uitgave werd mogelijk gemaakt door een
donatie van Verenigde Bedrijven Nutricia B.V
.
te Zoetermeer
Stofwisseling van metalen
Absorptie
van metalen uit het
maagdarmkanaal bij de mens
.
C.J.A.vanden Hamer
J.J.M. Marx
Uitgegeven en verspreid door
Delftse Universitaire Pers
Mijnbouwplein 11
2628 RT Delft
telefoon (015) 78 32 54
Copyright © 1978 Delft University Press, Delft, The Netherlands.
No part of
this
book may be reproduced in any form by print, rnicroftlm, photoprint
or any other means without written perrnission from the publisher.
Voor alle kwesties inzake het fotokopiëren van één of meer pagina's van deze
uit-gave: Stichting Reprorecht, Amsterdam.
Inhoudsopgave
Ten geleide
Prof. Ir. J.P.W. Houtman
Interuniversitair Reactor Instituut,
Delft
Spoorelementen en voeding: een inleiding
Dr.
C
.J.
A
.
van den Hamer
Nucleaire Biotechniek, Interuniversitair Reactor Instituut, Delft
De absorptie van calcium in het maagdarmkanaal
Dr. J.A. Raymakers
Afdeling Algemene Interne Geneeskunde,
Kliniek
voor Inwendige
Geneeskunde, Academisch
Ziekenhuis
,
Utrecht
De absorptie van ijzer
Dr. J.J.M. Marx
Afdeling
Haematologie,
Kliniek
voor Inwendige Geneeskunde,
Academisch
Ziekenhuis
,
Utrecht
De absorptie van koper en zink
Drs. G.J.
van
den Berg
Nucleaire Biotechniek, Interuniversitair Reactor Instituut, Delft
De invloed van calcium (en magnesium) op de absorptie van spoorele-menten: overzicht van de literatuur
Ir. A.A. van Barneveld
Nucleaire Biotechniek, Interuniversitair Reactor Instituut, Delft
De invloed van zinksulfaat op de koperstofwisseling
Drs. T.U. Hoogenraad
Kliniek voor Neurologie, Academisch Ziekenhuis, Utrecht
Deficiëntie van spoorelementen bij langdurige parenterale voeding
Drs. L.G.J. Engels
Afdeling Gastroënterologie, Kliniek voor Inwendige Ziekten,
Sint Radboudziekenhuis, Nijmegen
Diëtistische aspecten van de spoorelementen ijzer, koper en zink
L
.
Steenhoff-Bosma
,
A. Wipkink-Bakker
Afdeling
Diëtetiek, Academisch
Ziekenhuis
,
Leiden
Absorption and utilization of trace elements: animal studies and problems
H. Morse, B.A.
Hope
Farms,BV, Linschot
e
n
VII 7 19 37 53 75 85 99 111
Ten geleide
Met veel plezier maak ik enige opnerkingen ter inleiding van dit symposiumboek. Hoewel wij als radiochemici voornamelijk buitenstaanders zijn op het gebied van de biowetenschappen, heeft de taakstelling van het Interuniversitair Reactor Instituut (IRI) ons allen sterk betrokken gemaakt bij de rol die spoorelementen bij het leven van plant, dier en mens vervullen.
Het woord "spoorelementen" in zijn meest zuivere betekenis, namelijk elementen die slechts in heel kleine concentraties voorkomen, geeft impliciet aan dat ze niet zo gemakkelijk voor studie toegankelijk zijn. Hun aanwezigheid was al ge-ruime tijd bekend en soms als noodzakelijk dan wel ongewenst onderkend. Tot voor kort ontbraken echter de mogelijkheden om iets meer kwantitatiefs te zeg-gen van hun mate van opname dan wel uitscheiding, werkingswijze en toelaatbare concentraties. Een verandering in dit opzicht is mede het gevolg van de ontwik-keling van nieuwe methoden van onderzoek, waarbinnen de nucleaire technieken een relatief belangrijke positie innemen. Zij maken gebruik van radioisotopen, die hetzij als merkelement worden gebruikt of in de te onderzoeken monsters wor-den geïnduceerd door bestraling (~ctiveringsanalyse).
Het ligt daarom voor d&hand dat het IRI, een instituut dat naast een kernreac-tor beschikt over een uitgebreid arsenaal van nucleaire meetapparatuur en voorts over veel ervaring in het hanteren en toepassen van radioisotopen en het verwer-ken van meetresultaten, in het onderzoek der spoorelementen werd betrokverwer-ken. Dat geldt niet uitsluitend voor het gedrag van die elementen in biologisch mate-riaal, maar in feite ook voor het gedrag in landbouwgronden, sedimenten, rivier-en rioolslib, luchtstof, drinkwater rivier-en materialrivier-en van geologisch, archeologisch en kunstzinnig belang.
Overigens bestaat er duidelijk een relatie tussen de elementen in bovengenoemde materialen en die in plant, dier en mens via allerlei bekende en minder bekende opnameroutes. Als gevolg daarvan werken wij samen met veel vakgroepen uit di-verse faculteiten en afdelingen van Universiteiten en Hogescholen, waarvan wij ons een verlengstuk voelen.
Een daarvan is het Academisch Ziekenhuis Utrecht, waar, binnen de Kliniek voor Inwendige Geneeskunde, reeds jarenlang door de Calcium-werkgroep onderzoek naar de stofwisseling van calcium en door de Afdeling Haematologie naar die van ijzer geschiedt.
Wij stellen het bijzonder op prijs dat dit symposium door een gezamenLijke in-spanning van het Academisch Ziekenhuis Utrecht en ons tot stand kon komen. Ook de organisatorische bijdragen van de Commissie voor Postacademisch Onderwijs Geneeskunde van de Utrechtse Faculteit voor Geneeskunde worden bijzonder ge-waardeerd. De samenstelling van dit boek weerspiegelt overigens dat ook op an-dere plaatsen in Nederland het belang van een nader onderzoek naar de rol van spoorelementen in gezonde en zieke mensen wordt onderkend. Kennis omtrent de fysiologische functie van spoorelementen in de organismen behoort ten grondslag te liggen aan de milieu-beschermende maatregelen met betrekking tot de versprei-ding van wat men meestal zware metalen noemt. Om die reden nam het IRI een aan-tal jaren geleden het initiatief om zich ook te gaan bezighouden met het onder-zoek van het fysiologisch en biochemisch gedrag van de spoorelementen in dier en mens. De respons vanuit de medische wereld is niet lang uitgebleven. Nu, een 7 jaar later, bestaan er belangrijke contacten met diverse academische en andere ziekenhuizen en met gespecialiseerde medische onderzoekinstituten.
Het is duidelijk dat de opname uit voedsel van spoorelementen, waarvan hier en-kele metalen besproken worden, voor dit alles een fundament vormt. Het is onze hoop dat dit symposium een beter inzicht zal geven in de fysiologie van metalen, met name wat betreft de absorptie, als basis voor een beter begrip van afwij-kingen in de metaalstofwisseling en de daarvoor beschikbare therapieën.
Delft
,
november
1978
Prof. Ir. J.P.W.
Houtman
SROORELE~ffiNTEN EN VOEDING: EEN INLEIDING
C.J.A. van den Hamer
Het is opvallend dat verschillende van de essentiële metalen, zoals Na, K, Ca, Mg en Fe in het algemeen bij name genoemd worden, maar dat de spoorelementen vaak collectief aangeduid worden. Deze (essentiële) spoorelementen hebben een aantal karakteristieken gemeen die tezamen het gebruik van het begrip spoor-element bepalen: zoals de naam suggereert is van elk een geringe hoeveelheid in het organisme aanwezig; goede methoden voor de bepaling van de meeste van hen kwamen eerst vrij recent beschikbaar; hun aanwezigheid en rol in het dier-lijk organisme werd pas vrij laat onderkend; en nog steeds is van elk van hen afzonderlijk veel minder bekend dan van elementen als Ca en Fe. Het Cu en Zn, waarvan de absorptie door Van den Berg in dit boek behandeld wordt, zijn op het ogenblik nog de minst onbekende.
Er bestaat een min of meer aanvaarde definitie van spoorelementen, n.l. die
*
elementen die m1nder dan 0,01% van de totale massa van het organisme vormen(Atkins, 1971, geciteerd in Fisher, 1975; IUPAC, 1972). Volgens deze definitie behoort Fe tot de spoorelementen maar Si niet (Tabel I). Dit is enigszins in tegenstelling tot het spraakgebruik waarin juist het Fe (dankzij de uitgebreid-heid van de studie daarvan?) meestal niet, maar het Si (door-zijn onbekendheid in de biologie van hogere dieren?) juist wel tot de spoorelementen wordt ge-rekend. Vermoedelijk houdt het spraakgebruik enigszins rekening met de mate van volwassenheid van de studie van een metaal.
Het is voorlopig nog zo dat de bestudeerders van de spoorelementen die van het Ca en Fe (in de uitgave vertegenwoordigd door Raymakers en Marx) als leer-meesters bekijken. Toch zijn er, zeker op het gebied van de voeding, reeds lang nauwe relaties tussen de spoorelementen en de overige metalen onderkend. Ik zou dit aan twee voorbeelden willen illustreren.
*
De gemiddelde concentratie in het organisme is dan dus max. 100 ppm (parts per million) of max. 10 mg%.Tabel :E. Hoeveelheid (in g en in % van het totale lichaamsgewicht) van de diverse elementen in het menselijk lichaam (ICRP, Publ. no. 23 (1975) , p.327. )
g % g % g % 0 43.000 61 Mg 19 0,027 Al 0,061 0,00009 C 16.000 23 Si 18 0,026 Cd 0,050 0,00007 H 7.000 10 Fe 4,2 0,006 B 0,048 0,00007 N 1.800 2,6 F 2,6 0,0037 Ba 0,022 0,00003 Ca 1.000 1,4 Zn 2,3 0,0033 Sn 0,017 0,00002 P 780 1,1 Rb 0,32 0,00046 Mn 0,012 0,00002 S 140 0,20 Sr 0,32 0,00046 1 0,013 0,00002 K 140 0,20 Br 0,20 0,00029 Ni 0,010 0,00001 Na 100 0,14 Pb 0,12 0,00017 Au 0,010 0,00001 Cl 95 0,12 Cu 0,072 0,00010 Mo 0,009 0,00001
1. Het is dit jaar juist 50 jaar geleden (Lardy, 1928) dat Hart e.a. (1928) konden aantonen dat anaemie, veroorzaakt door een dieet van uitsluitend melk, bij de rat slechts dan door Fe opgeheven kon worden wanneer bovendien sporen Cu gegeven worden. Hiermee was voor het eerst aangetoond dat Cu ook voor zoogdieren essentieel is. Hetzelfde konden Hart en medewerkers enkele
jaren later aantonen voor Mn en Zn. Ondanks het geringe aantal jaren tussen de publicaties van Hart over Cu en ove~ Zn heeft de studie van het Cu-metabolisme lange tijd een grote voorspr0ng gehad. Redenen hiervoor waren misschien a) het werk van Cumings (1948) die aantoonde dat een teveel aan Cu in verschillende organen ten grondslag ligt aan veel van de symptomen van de ziekte van Wilson en b) dat van Holmberg en Laureil die haast in
het-zelfde jaar (1947) het voor veel disciplines interessante Cu-houdende plas-ma-eiwit ceruloplasmine konden isoleren. De laatste jaren vindt echter een duidelijk~ opbloei van de interesse voor Zn plaats, zoals blijkt uit Tabel 11.
2. Het onderwerp behandeld door Van Barneveld vormt een tweede voorbeeld van een relatie tussen de spoor- en de bulkelementen. Sinds een jaar of twintig heeft men het vermoeden dat er een relatie bestaat tussen de hardheid van water en de mortaliteit als gevolg van cardiovasculaire aandoeningen. Schroeder (1960) was op dit terrein een van de pioniers. De laatste jaren vraagt men zich af of het, in verband met de vol~sgezondheid, verantwoord is drinkwater te ontharden, d.w.z. te ontdoen van Ca en/of Mg. Eén van de hypotheses is dat er bij het proces v.an de absorptie uit het maag-darmkanaal
interacties kunnen optreden tussen Ca of Hg, de spoorelementen en andere componenten in het voedsel. Deze interacties zouden via veranderingen in spoorelement-concentraties of -fysiologie in het organisme, de bovengenoem-de mortaliteit beinvloebovengenoem-den. Van Barneveld heeft bovengenoem-de uitgebreibovengenoem-de literatuur over deze interacties, waarvan sommige reeds lang de aandacht hebben getrok-ken, samengevat. Het zijn overigens niet alleen de voedingsleer en de
~ysiologie die zich met deze interacties bezig houden, maar ook, en mis-schien wel vooral, de toxicologie, b.v. in verband met de bekende interac-tie tussen Pb en Ca.
Tabel II. Verhouding van de aandacht (als pagina's en als referenties) besteed aan de spoorelementen Cu en Zn in de diverse edities van het boek van
Underwood, Trace Elements in Human and Animal Nutrition.
Pagina's Referenties 1e editie 1956 Zn/Cu 0,56 0,66 2e editie 1962 Zn/Cu 0,58 0,77 3e editie 1971 Zn/Cu 0,76 0,87 4e editie 1977 Zn/Cu 0,89 0,99
Ook de spoorelementen onderling blijken invloed op elkaars absorptie uit te oefenen, zoals geillustreerd wordt in de bijdrage van Hoogenraad. Het is op-vallend dat ook de door Hoogenraad beschreven interactie tussen Cu en Zn, even-als zoveel andere aspecten van de metaalabsorptie, al lang bekend was, maar recent weer actueel is geworden.
In de voedingsleer zien we opnieuw dat de spoorelementen laatkomers zijn. In alle voedingsmiddelen tabellen komen Ca en Fe voor. Recent worden ook een en-kele maal Cu, Mn en Zn opgegeven, maar uit de toelichting bij deze tabellen blijkt dan dat men niet vertrouwd is met hun werking. De dieetafdeling van het Academisch Ziekenhuis Leiden heeft veel van de beschikbare gegevens over de Cu,.Fe en Zn gehalten van voedingsmiddelen kritisch samengevat en aangevuld met eigen analyses. De tabel die hiervan het resultaat is, nlaak het mogelijk met veel grotere zekerheid dan voordien een dieet met b.v. een constant en/of laag Cu-gehalte samen te stellen, hetgeen het oorspronkelijke doel was. Deze tabel kan echter ook van groot belang zijn voor het voorspellen en voorkomen van b.v. sub-klinische Zn-deficienties, zoals in geval van eenzijdige voeding.
Echter zullen -om dergelijke tabellen optimaal te kunnen hanteren- eerst nog veel vragen over bioavailability (de fractie van de spoorelementen in de voeding die voor het organisme beschikbaar is>. en over de invloed van de toe-bereiding beantwoord moeten worden. Er is zelfs nog geen overeenstemming over de dagelijkse behoefte aan Cu en Zn.
Veel elementen zijn essentieel en we hebben de neiging ze daarom tegenover de toxische te plaatsen. Toch kunnen ook de essenti~le elementen een bedreiging voor onze gezondheid vormen: Cu kan zelfs onder omstandigheden een middel tot zelfmoord zijn. Dit hoeft echter niet in tegenspraak te zijn met de veronder-stelling dat in het algemeen het verschil tussen de essentiële en de toxische elementen gelegen is in het ar of niet aanwezig zijn van een homeostatisch regebnechanisme. Ter illustratie moge weer Cu dienen. Bij matig hoge orale doses, b.v. 15 mg Cu als oplosbaar zout, treedt schade aan de wand van het maagdarmkanaal op, dus op een plaats waar het regelmechanisme nog niet heeft kunnen ingrijpen. Pas bij veel hogere doses treedt intravasculaire haemolyse e.d. op en kan men spreken van een falen van de homeostase. Deze en soort-gelijke waarnemingen wijzen op een belangrijk aandeel van de homeostatische regulatie tijdens de absorptie uit het maagdarmkanaal, zoals besproken wordt door Van den Berg. Ook Scheinber (1975) had dit op het oog toen hij andere dan orale routes van Cu-opname noemde en zich afvroeg: "Has evolution given us a protective mechanism only against copper that we eat? The evolutionary process never faced the introduction of copper parenterally - and the mechanism may be less effective against such copper". Wanneer deze veronderstelling juist is en zij ook voor andere metalen dan Cu geldt, betekent dit dat het voor sommige therapieën van groot belang zal worden over goede methoden te beschikken voor het bepalen van de metaal-status van het organisme. Dit laatste geldt vooral nu het mogelijk is patienten gedurende lange tijd uitsluitend parenteraal te voeden, zoals door Engels besproken wordt. Aan de andere kant mag men ver-wachten dat de ervaringen met parenterale voeding zullen bijdragen tot het inzicht in de homeostase van metalen, in het bijzonder van de regulatie op het niveau van de absorptie.
Uit de bijdragen in dit boek zal blijken dat, hoewel we reeds veel weten over de absorptie van elementen als Fe en Ca, onze kennis over die van andere, zoals Cu en Zn, nog gebrekkig is. Over de absorptie van de meeste spoorelementen is nog vrijwel niets bekend. Het ligt voor de hand, dat nog veel dierexperimenten gedaan zullen moeten worden. De literatuur over voeding van laboratoriumdieren en voeding in de veeteelt is zeer uitgebreid, maar het kan riskant zijn deze
kennis zonder meer op de mens over te dragen. Deze risico's vormen de kern van de bijdrage van Morse.
Literatuur
Cumings, J.N.: The copper and iron content of brain and liver in the normal and in the hepato-lenticular degeneration. Brain, 71 (1948) 410 e.v.
Fisher, G.L.: Function and homeostasis of copper and zinc in mammais. Sei. Total Environm., 4 (1975) 373-412.
Hart, E.B., H. Steenbock, J. Waddell, C.A. Elvehjem: Iron in nutrition. VII. Copper as a supplement to iron for hemoglobin building in the rat. J.Biol. Chem., 77 (1928) 797-812.
Holmberg, C.G., C.-B. Laureil: Investigations in serum copper. I. Nature of serum copper and its relation to the iron-binding protein in human serum. Acta Chem.Scand., 1 (1947) 944 e.v.
IUPAC Information Bulletin no. 18, Oxford (1972).
Lardy, H.: Copper as an essential element for iron utilization. Trends Biochem.Sci., 3 (1978) 93-94.
o
Seheinberg, I.H.: Medical aspeets of heavy metals in relations to the environment. In: Physiologieal and biochemical aspects of heavy elements in our environment. Eds.: J.P.W. Houtman, C.J.A. van den Hamer, Delft University Press, Delft (1975) 49-61.Schroeder, H.A.: Relations between hardness of water and death rates from certain chronie and degenerative diseases in the United States. J.Chron.Dis., 12 (1960) 586-591.
DE ABSORPTIE VAN CALCIUM IN HET MAAGDARMKANAAL
J.A. Raymakers
Inleiding
De absorptie van calcium voorziet in de aanvulling van voortdurend optredende nettoverliezen van calcium uit het lichaam met urine, faeces en zweet. Deze ver-liezen bedragen in totaal 200 tot 450 mg per dag bij de volwassen mens.
De regulatie van de calciumhuishouding is primair gericht op de homeostase van de concentratie van geïoniseerd calcium in plasma en weefselvloeistof. Voor een groot aantal fysiologische processen is immers een optimale concentratie van ~ 1.10 mmol/l vereist. Deze concentratie wordt in de eerste instantie gehand-haafd door regeling van de tubulaire reabsorptie van calcium in de nieren onder invloed van bijschildklierhormoon (PTH). Voort.s is er een uitwisseling tussen weefselvloeistof en skelet. Onder normale omstandigheden is daar de calcium-influx gelijk aan de efflux. Onder bijzondere omstandigheden kan het skelet ech-ter als buffervoorraad fungeren. Ter compensatie van de genoemde verliezen en om in een eventuele extra behoefte te voorzien (tijdens groei, zwangerschap en lactatie) moet een adequate hoeveelheid calcium uit de voeding opgenomen worden. Van de gemiddeld 800 mg calcium in onze voeding wordt dan ook 30 tot 50% geab-sorbeerd.
De absorptie wordt enerzijds geregeld naar de behoefte en anderzijds aangepast aan de hoeveelheid calcium die met de voeding wordt aangeboden. Het absorptie-proces vindt plaats in de gehele dunne darm. In het proximale deel, met name in het duodenum, is het absorptieproces het meest effectief. Het vindt daar groten-deels plaats door een actief transportmechanisme. Dit is in veel mindere mate werkzaam in de distale dunne darm. In de gehele dunne darm kan ook door diffu-sie calcium van het lumen naar de bloedbaan verplaatst worden. Een literatuur-overzicht van een groot aantal balansstudies bij gezonde proefpersonen is gege-ven door Wilkinson (1977). Het verband tussen de hoeveelheid calcium in de voe-ding en nettoabsorptie blijkt curvilineair te zijn. Naarmate de calciumhoeveel-heid toeneemt neemt de absolute absorptie toe, doch in relatief steeds geringere mate, totdat een lineair verband bereikt wordt. Bij een gering calciumaanbod in
de voeding is er kennelijk een adaptatie van de absorptie waardoor deze zo ef-fectief mogelijk wordt. Uit een groot aantal experimenten in vivo en in vitro is komen vast te staan dat dit adaptatiemechanisme berust op het reeds genoemde actieve transport van calcium van het lumen naar de bloedbaan, dat geregeld wordt door de werkzame metaboliet van vitamine D, 1,25-dihydroxycholecalciferol
(1,25-DHCC) en bijschildklierhormoon. Door middel van perfusie experimenten bij gezonde proefpersonen met ballonsonden met meervoudige lumina kon worden vast-gesteld dat de maximale transportcapaciteit in het eerste deel van de dunne darm tot 10 maal zo hoog is als in het ileum (Wensel e.a., 1969). Kwantitatief speelt het ileum echter door zijn veel grotere lengte toch een zeer belangrijke rol in de calciumabsorptie. Bij de genoemde perfusie experimenten en ook bij experimenten in vitro met de zogenaamde "everted gut-sack" techniek en andere
opstellingen is gebleken dat calcium inderdaad door een actief mechanisme ge-transporteerd wordt tegen een concentratiegradiënt en tegen een potentiaal ver-schil in,. dat over de mucosa bestaat. In 1960 werd door Dowdle e.a. aangetoond dat bij vitamine D-Ioze dieren geen actief proces aantoonbaar is. Sindsdien is zeer veel onderzoek gedaan om de eigenschappen van dit actieve transportproces en de rol van vitamine D op te helderen. Het is echter nog steeds niet bekend hoe calcium door de dunne darmcel getransporteerd wordt en welke rol vitamine D daar precies bij speelt. Enkele belangrijke stukken van de legpuzzel ontbreken
De vorm waarin calcium wordt aangeboden speelt een rol bij de grootte van de absorptie, want calcium kan slechts in geïoniseerde vorm getransporteerd worden. De aanwezigheid van stoffen die samen met calcium slecht-dissocieerbare verbin-dingen vormen belemmert dus de absorptie, terwijl ook de pH in het lumen een rol speelt. Van groot belang is de digestie en absorptie van vetten, niet al-leen omdat daarvan de absorptie van vitamine D afhangt doch ook omdat verzeping met vetzuren de calciumabsorptie belemmert. De integriteit van het slijmvlies
is uiteraard een vereiste en tenslotte is ook de motiliteit, c.q. de passage-snelheid door de dunne darm van betekenis. De aanwezigheid van bepaalde suikers, m.n. lactose, bevordert de absorptie via een nog niet opgehelderd mechanisme.
Het transportproces door de mucosacel
De mucosacellen van de dunne darm moeten evenals botcellen en cellen van de distale tubuli in de nier in staat zijn om relatief grote hoeveelheden calcium te transporteren in vergelijking met andere lichaamscellen. Zij verkeren echter
ten opzichte van de bot- en tubuluscellen in een bijzondere positie omdat de calciumconcentratie in het lumen van de dunne darm zeer sterk kan wisselen, ter-wijl de concentratie die aan bot- en tubuluscellen wordt aangeboden binnen vrij nauwe grenzen constant is. In de eerste plaats dienen deze calciumtransporteren-de cellen, zoals alle lichaamscellen, te beschikken over een mechanisme "waardoor zij de concentratie van calciumionen in het cytoplasma op het gewenste niveau kunnen handhaven. Deze concentratie ligt veel lager dan in de weefselvloeistof,
-5 -7
namelijk tussen 10 en 10 M. Volgens Borle en Anderson (1976) wordt het cal-cium dat de cellen binnenlekt daaruit weer verwijderd door een actief transport-mechanisme in de celmembraan, waarbij zeer waarschijnlijk een door calcium
ge-activeerd natrium afhankelijk ATP-ase betrokken is. Volgens dezelfde auteurs komt echter de intracellulaire homeostase van de calciumconcentratie in eerste instantie tot stand doordat de mitochondriën grote hoeveelheden calcium kunnen opnemen en deze ook naar behoefte weer kunnen afstaan. Deze opname door mito-chondriën maakt geen deel uit van het adapteerbare transportproces voor calcium door de mucosacel (Krawitt e.a., 1976). Oe dunne darm mucosa moet echter in staat zijn om stootsgewijze betrekkelijk grote hoeveelheden calcium naar de bloedbaan te transporteren. Dit transportproces valt in verschillende componen-ten uiteen en enkele onderdelen van deze componencomponen-ten zijn thans bekend.
De eerste stap in de opheldering van het mechanisme was de ontdekking dat vita-mine 0 noodzakelijk is voor het actieve transport (Schachter en Rosen, 1959;
Dowdle e.a., 1960). Het bleek dat onder invloed van vitamine 0 in de dunne darm-mucosa een calciumbindend eiwit gevormd wordt. De hoeveelheid calciumbindend
eiwit bleek het grootste te zijn in de proximale dunne darm waar ook het actieve transport het grootst was. De hoeveelheid bleek toe te nemen onder invloed van een calciumarme voeding, mits vitamine 0 voorhanden was (Taylor en Wasserman, 1965). Later bleek dat vitamine 0 ook de vorming van een calciumafhankelijk ATP-ase in de dunne darmcellen induceerde. Ook werd aangetoond dat vitamine 0 de transcriptie van DNA in een boodschapper RNA op gang bracht (Martin e.a., 1969). Aan het calciumbindend eiwit werd een transportfunctie toegekend. Men nam aan dat het als specifieke carrier voor calcium door de borstelzoommembraan en/of door de cel diende. Omdat de concentratie van het calciumafhankelijke ATP-ase onder invloed van vitamine 0 vooral veranderde aan de borstelzoom werd geconclu-deerd dat het daar een functie vervulde bij een energetisch proces dat voor het calciumtransport zorgde. Waarschijnlijk is echter de verandering van dit ATP-ase onder invloed van vitamine 0 een aspecifiek effect (Morrissey e.a., 1978). Een calcium-natrium-ATP-ase is ook geisoleerd van de basale en laterale membraan van de cellen en dit bleek geactiveerd te worden door PTH (Birge en Gilbert, 1974).
De opname van calcium in de cel verloopt volgens een neerwaarts gerichte concen-tratiegradiënt. Aangetoond is dat de initiële opnamesnelheid niet vermindert bij blokkering van de aerobe stofwisseling. Deze initiële opnamesnelheid nam bij
ratten toe na calciumonthouding en bleek niet de eigenschappen van een verzadig-baar transportmechanisme te hebben (Walling en Rothman, 1973). Er zijn aanwij-zingen dat vitamine D invloed uitoefent op de celmembraan in de borstelzoom, waardoor de permeabiliteit voor calcium zou kunnen veranderen. De snelheidbeper-kende stap in het absorptieproces is zeer waarschijnlijk gelegen aan de basale zijde. Aanvankelijk heeft men gemeend dat het calciumbindend eiwit als
trans-'porteiwit voor calcium zou dienen in de cel. Er is thans nog niet bewezen dat dit niet zo is, doch het is onwaarschijnlijk geworden door de publicaties van Norman en Henry (1974), Spencer e.~. (1976) en Morrissey e.a. (1978). Deze toon-den aan dat een toename van het actieve calciumtransport in het dunne darmslijm-vlies van vitamine D-arme dieren aantoonbaar is na toediening van 1,25-DHCC v66rdat een toename van de hoeveelheid calciumbindend eiwit wordt gezien en
v66rdat de activiteit van RNA polymerase, die voorafgaat aan de productie van calciumbindend eiwit, toeneemt. Dit terwijl de productie van calciumbindend eiwit weer gevolgd wordt door toename van de activiteit van calcium-natrium-ATP-ase c.q. alkalische fosfatase. Deze auteurs veronderstelden dan ook dat cal-ciumbindend eiwit gesynthetiseerd wordt teneinde de concentratie van calcium-ionen in de cel laag te houden. Freedman e.a. (1977) toonden aan dat het Golgi apparaat onder invloed van vitamine D in sterke mate calcium accumuleert. In dit onderzoek werd de tijdrelatie tussen toediening van vitamine D en accumula-tie van calcium in de cel niet bestudeerd.
In een poging om de thans bekende gegevens samen te vatten zou men het volgende schema voor de calciumabsorptie kunnen opstellen: calcium treedt de cel binnen door diffusie, mogelijk "facilitated diffusion", rechtstreeks gestimuleerd door vitamine D. Het wordt in de cel gebonden aan het Golgi apparaat en wanneer de calciumconcentratie in de cel stijgt wordt weer onder invloed van 1,25-DHCC een calciumbindend eiwit gevormd dat voorkómt dat de intracellulaire calciumconcen-tratie te hoog wordt. Aan de basale en laterale zijde van de cel wordt calcium naar buiten getransporteerd door een actief proces waarbij een calcium- en
natriumafhankelijk ATP-ase betrokken is. Voor deze stap is inderdaad Na noodza~
kelijk (Martin en DeLuca, 1969). Ook dit ATP-ase wordt geproduceerd onder in-vloed van 1,25-DHCC en geactiveerd door bij schildklierhormoon. Hoe het calcium door het inwendige van de cel getransporteerd wordt is niet met zekerheid be~ kendo Mogelijk gebeurt dit grotendeels in vesikels van het Golgi apparaat.
Vitamine D
De minimaal aanbevolen hoeveelheid vitamine D in onze voeding bedraagt ongeveer 100 IE per dag. Vitamine D3 (Cholecalciferol) kan ook geproduceerd worden in de huid door UV bestraling van 7-dehydrocholesterol. In onze streken schiet deze bron echter tekort en zijn we aangewezen op vitamine D uit de voeding. De ab-sorptië hiervan is afhankelijk van die van lipiden. Elke stoornis in de vet-digestie en -absorptie kan dan ook tot vitamine D deficiëntie leiden. Cholecal-ciferol wordt in de lever omgezet tot 25-hydroxycholecalCholecal-ciferol (DeLuca, 1969). 25-HCC wordt in de nier door een mitochondriaal enzym aan Cl gehydroxyleerd tot 1,25-dihydroxycholecalciferol (Lawson e.a., 1971). Ook omzetting tot 24,25-DHCC is mogelijk, evenals hydroxylatie op beide plaatsen. 1,25-DHCC wordt beschouwd als de actieve metaboliet van vitamine D. Het induceert in de kernen van de dunne darmcellen de productie van een boodschapper RNA, waarna tenminste twee eiwitten gevormd worden: een calciumbindend eiwit en natrium-calcium-ATP-ase. De regulatie van de productie van 1,25-DHCC staat onder invloed van bijsc~ild
klierhormoon en dus indirect onder invloed van de calciumconcentratie in het plasma. Bijschildklierhormoon oefent zijn invloed waarschijnlijk uit via veran-deringen in de intracellulaire concentratie van anorganisch fosfaat in de nier
(DeLuca, 1972).
Bijschildklierhormoon (PTH)
PTH bevordert de calciumabsorptie door activatie van de laatste stap in het transportproces zoals boven beschreven. Hoe deze activatie tot stand komt is nog niet nader onderzocht. In het algemeen veroorzaakt bijschildklierhormoon in zijn effectorcellen een activatie van het enzym adenylcyclase in de celmembraan
waar-,door ATP in cyclisch 3,5 AMP wordt omgezet. Dit cyclisch AMP doet ondermeer de glycolyse toenemen en zet dus de energieproductie aan. Bovendien treden bij ac-tivatie door bijschildklierhormoon calciumionen de cel binnen.
Andere hormonen
Corticosteroiden remmen de calciumabsorptie zeer waarschijnlijk langs niet spe-cifieke weg. Bij lage doseringen prednison (tot 15 mg) is waarschijnlijk weinig effect te verwachten (Lekkerkerker, 1972). Ook hogere doses hadden in een onder-zoek van Klein e.a. (1977) geen effect, indien zij om de andere dag gegeven
werden. Bij dagelijkse toediening van hoge doses trad echter wel een afname van de calciumabsorptie en van de serumconcentratie van 25-HCC op. Er was een
recht-streekse correlatie tussen de serumspiegel van 25-HCC, de calciumabsorptie uit
een orale proefdosis en de dosis prednison.
Schildklierhormoon doet de calciumabsorptie afnemen (Nobie en Matty, 1967). Waarschijnlijk is dit geen specifiek effect doch het gevolg van een negatieve invloed op de energiestofwisseling van de cellen, terwijl bovendien bij
hyper-thyreoidie een relatieve hypoparathyreoidie kan ontstaan tengevolge van een ge-ringe verhoging van de calciumspiegel door verhoogde osteolyse (Mundye.a., 1976). Gro~ihormoon stimuleert de calciumabsorptie, althans bij proefdieren zonder hypofyse (Finkelstein en Sç~achter, 1962), en bij groeiende dieren is de absorptie groter dan in volwassen toestand (Zornifzer en Bronner, 1971). Pro-lactine is ook in staat de absorptie bij gehypofysectomiseerde dieren te doen toenemen. Bij de mens en bij dieren is de absorptie tijdens zwangerschap en lactatie toegenomen (Heaneyen Skillmen, 1971). Het mechanisme hiervan is niet bekend, doch deze toename komt kennelijk tegemoet aan een grotere behoefte. Van calcitonine is nog geen duidelijk effect op de calciumabsorptie beschreven.
De factoren die de calciumabsorptie beïnvloeden zijn samengevat in Tabel I.
Tabel I. Factoren die de calciumabsorptie beinvloeden
bevorderend geïoniseerde toestand 25-HCC en 1,25-DHCC PTH groeihormoon prolactine lactose remmend gebonden toestand snelle passage } BIl resectie bypass duodenum vlokatrofie steatorrhoe
stoornis vitamine 0 metabolisme leverinsufficiëntie nierinsufficiëntie an tiepileptica vitamine 0 deficiëntie diphantoine corticosteroiden schildklierhormoon ionenwisselaars: cellulosefosfaat
Onderzoekmethoden
De keuze van de methode van onderzoek is sterk afhankelijk van het doel waarvoor
zij gebruikt wordt. Drie groepen van methoden staan ons ten dienste: de balans-studies, de tracermethoden waarbij een gemerkte proefdosis calcium per os wordt toegediend en de dubbel isotoopmethoden (Lutwak, 1969; Raymakers e.a. 1975).
Een goed uitgevoerde balansstudie is de enige manier om vast te stellen of de calciumabsorptie aan de behoefte van het lichaam beantwoordt, met andere woorden of de absorptie gelijke tred houdt met de verliezen. Om daarbij onderscheid te maken tussen de netto calciumflux van lumen naar bloedbaan en van bloedbaan naar darm-lumen kan men bij het begin van de studie intraveneus een radio-actief cal-ciumisotoop toedienen en de uitscheiding daarvan in de faeces meten.
Balansstu-dies zijn zeer bewerkelijk, vereisen een goede outillage en geschoold personeel en duren 15 tot 20 dagen. Ondanks deze nadelen zijn ze echter niet te vervangen door orale tracerproeven. Bij dergelijke proeven wordt een met radio-actief
/ calcium gemerkte proefdosis per os gegeven en wordt de absorptie van die dosis bepaald door de meting van de uitscheiding van de radioactiviteit in de faeces of door meting van de retentie van de radioactiviteit in het lichaam' 'met behulp van een whole body counter. Ook bij dergelijke proeven kan men het resultaat
pas verkrijgen na 6 tot 8 dagen. De absorptie van de proefdosis is uiteraard al veel eerder beëindigd, doch er ontstaat vertraging doordat niet geabsorbeerd calcium nog germime tijd in de darm aanwezig blijft. Ook door korte tijd na de inname de radioactiviteit in het plasma te meten kan men een indruk krijgen over de absorptie. Deze radioactiviteit is echter niet alleen afhankelijk van de ab-sorptie snelheid, doch ook van de snelheid waarmee het geabsorbeerde radioactieve calcium zich verdeelt over de uitwisselbare calciumpool in het lichaam. De spe-cifieke activiteit in het plasma 2 uur na toediening is een maat voor de absorp-tie. Deze is slechts bruikbaar wanneer men onderscheid wil maken tussen grote
groepen doch is ongeschikt voor longitudinaal onderzoek.
De meest accurate berekening van de absorptie van calcium uit een orale proef-dosis kan men bereiken door de "verdwijnfunctie", die de afname van de specifie-ke activiteit van het calcium in het plasma beschrijft als gevolg van dilutie en dispersie in de uitwisselbare calciumpool, apart vast te stellen met behulp van een tweede calciumisotoop, dat intraveneus wordt toegediend (Tothili e.a., 1970; Lekkerkerker, 1972). Het verloop van de specifieke activiteit in het plas-ma van het oraal toegediende isotoop kan men beschouwen als te zijn ontstaan door convolutie van de functie die de absorptiesnelheid beschrijft en de genoemde
verdwijnfunctie. Door deconvolutie van de "orale functie" en de intraveneuze functie kan men het verloop van de snelheid en de totale absorptie van de orale tracer berekenen. Deze methode is accuraat, goed reproduceerbaar, doch de "nor-male waarden" tonen een grote spreiding. In tegenstelling tot onderzoek van de twee uurs waarden van de specifieke activiteit in plasma na toediening van een orale tracer is de genoemde me~hode wel goed bruikbaar voor longitudinaal onder-zoek per individu. Bij de tracermethoden kan men noodgedwongen geen rekening houden met de al of niet bestaande adaptatie van de calciumabsorptie aan het calciumgehalte van de voeding en de behoefte van het organisme. Dit is vaak juist datgene wat men eigenlijk zou willen meten. De methoden zijn daarom alleen geschikt ~ veranderingen vast te stellen (Raymakers e.a., 1975). De deconvolu-tieanalyse is zonder hulp van een_~omputer niet uitvoerbaar, omdat zij langs numerieke weg moet geschieden. Men kan de juiste uitkomst echter zeer goed
be-naderen door eenvoudigere numerieke methoden (Roelofs en Raymakers, 1976). Ook kan men volstaan met het meten van de verhouding van de specifieke radioactivi-teit van beide isotopen 24 tot 48 uur na de toediening waarbij echter een sys-tematische fout wordt gemaakt (Roelofs en Raymakers, 1976). Om bovengeschetste redenen is de correlatie tussen uitkomsten van tracerproeven en balansstudies zeer matig (Lutwak, 1969; Raymakers . .e.a., 1975).
Samenvatting
De calciumabsorptie in het maagdarmkanaal berust voor een deel op een actief transportproces dat voornamelijk gelocaliseerd is in de proximale dunne darm en dat zorg draagt voor aanpassing aan de behoefte van het organisme. Voorts vindt een belangrijk deel van de absorptie plaats door diffusie in de gehele dunne darm. Voor het actief transportproces is een normaal aanbod van vitamine D en een normale omzetting daarvan in lever en nier tot actieve metabolieten nood-zakelijk. Vitamine D heeft verscheidene functies bij de regulatie van het trans-portproces: het regelt de permeabiliteit van de celmembraan aan de lumenzijde en verzorgt de regulatie van de synthese van transporteiwitten. De actieve stap in het transportproces is gelegen aan de basale en laterale zijde van de mucosa-cellen en staat onder invloed van bijschildklierhormoon. Op welke wijze calcium door het cytoplasma getransporteerd wordt is niet met zekerheid bekend. De mees-te informatie over de werking van het absorptiemechanisme wordt verkregen uit balansstudies in combinatie met intraveneuze toediening van een speurdosis radioactief calcium.
Literatuur
Birge, S.J., H.R. Gilbert: Identification of an intestinal sodium and calcium-dependent phosphatase stimulated by parathyroid hormone. J. Clin. Invest., 54
(1974) 710 - 717.
Borle, A.B., J.H. Anderson: A cybernetic view of cell calcium metabolism. In: Calcium in biological systems. Symposia of the society for experimental biology XXX. Cambridge University Press (1976) 141 - 160.
Dowdle, E.B., D. Schachter, H. Schenker: Requirement for vitamin 0 for the active transport of calcium by the intestine. Am. J. Physiol., 198 (1960) 269 -274.
Finkelstein, J.D., D. Schachter: Active transport of calcium by intestine: effects of hypophysectomy and growth hormone. Am. J. Physiol., 203 (1962) 873 -880.
Freedman, R.A., M.M. Weiser, K.J. Isselbacher: Calcium translocation by Golgi and lateral-basal membrane vesicles from rat intestine: Decrease in vitamin 0-deficient rats. Proc. Nat. Acad. Sci., 74 (1977) 1312 - 1316.
Heaney, R.P., T.G. Skillmen: Calcium metabolism in normal human pregnancy. J. Clin. Endocr. Metab., 33 (1971) 661 - 670.
Klein, R.G., S.B. Arnaud, J.C. Gallagher, H.F. DeLuca, B.L. Riggs: Intestinal calcium absorption in exogenous hypercortisonism. J. Clin. Invest., 60 (1977) 253 - 259.
Krawitt, E.L., A.S. Kunin, B.F. Bacon: Intestinal mitochondrial calcium uptake during adaptation to dietary calcium restriction. Calcif. Tiss. Res., 21 (1976) 129 - 133.
Lawson, D.E.H., D.R. Fraser, E. Kodicek, H.R. Morris, D.H. Williams: Identifica-tion of 1,25-dihydroxycholecalciferol, a new kidney hormone controlling calcium metabolism. Nature, 230 (1971) 228 - 230.
Lekkerkerker, J.F.F.: Calciumabsorptie, bepaling met toepassingen. Academisch Proefschrift, Groningen, 1972.
Lutwak, L.: Tracer studies of intestinal calcium absorption in man. Am. J. Clin.
Nutr., 22 (1969) 771 - 785.
Martin, D.L., H.F. DeLuca: Influence of sodium on calcium transport by the rat small intestine. Am. J. Physiol., 216 (1969) 1351 - 1359.
Martin, D.L., H.J. Melancon, Jr., H.F. DeLuca: Vitamin D stimulated, calcium-dependent adenosine triphosphatase from brush borders of rat small intestine. Bioch. Biophys. Res. Comm., 35 (1969) 819 - 823.
Morrissey,_R.L., D.T. Zolock, D.D. Bikie, R.N. Empson, Jr., Th.J. Bucci: Intes-tinal response to 1,25-dihydroxycb91ecalciferol. I. RNA polymerase, alkaline phosphatase, calcium and phosphorus uptake in vitro and in vivo calcium trans-port and accumulation. Bioch. Biophys. Acta, 538 (1978) 23 - 33.
Morrissey, R.L., R.N. Empson, Jr., D.T. Zolock, D.D. Bikie, Th.J. Bucci: Intes-tinal response to 1,25-dihydroxycholecalciferol. 11. A timed study of the intra-cellular localisation of calcium binding protein. Bioch. Biophys. Acta, 538
(1978) 34 - 41.
Mundy, G.R., J.L. Shapiro, J.G. Bandelin, E.M. Canalis, L.G. Raisz: Direct sti-mulation of bene resorption by thyroid hormones. J. Clin. Invest., 58 (1976) 529 - 534.
Nobie, H.M., A.J. Matty: The effect of thyroxine on the movement of calcium and inorganic phosphate through the small intestine of the rat. J. Endocr., 37
(1967) 111 - 117.
Norman, A.W., H. Henry: The role. of the kidney and vitamin D metabolism in
L
'
health and disease. Clin. Orthop., 98 (1974) 258 - 286.
Raymakers, J.A., J.M.M. Roelofs, S.A. Duursma, W.J. Visser: Measurement of three hours calcium absorption by a double isotope technique. A critical
evalua-I tion. Neth. J. Med., 18 (1975) 191 - 204.
Roelofs, J.M.M., J.A. Raymakers: Calculation of three hours calcium absorption
from a double isotope test; a simplified method. Clin. Chim. Acta, 67 (1976) 53 - 62.
45
Schachter, D., S.M. Resen: Active transport of Ca by the small intestine and its dependence on vitamin D. Am. J. Physiol., 196 (1959) 357 - 362.
Spencer, R., M. Charman, P. Wilson, E. Lawson: Vitamin D-stimulated intestinal calcium absorption may not involve c~lcium binding protein ditectly. Nature, 263 (1976) 161 - 163.
Taylor, A.N., R.H. Wasserman: A vitamin D
3-dependent factor influencing calcium binding by homogenates of chick intestinal mucosa. Nature, 205 (1965) 248 - 250.
Tothill, P., A.W. Dellipiani, J. Calvert: Plasma concentrations of radio-calcium af ter oral administration and their relationship to absorption. Clin. Science, 38 (1970) 27 - 39.
Walling, M.W., S. Rethman: Adaptive uptake of calcium at the brush border. Am.
J. Physiol. 225 (1973) 618 - 623.
Wasserman, R.H., A.N. Taylor: Vitamin D
3-induced calcium-binding protein in chick intestinal mucosa. Science, 172 (1966) 791 - 793.
Wensel, R.H., C. Rich, A.C. Brown, W. Volwiller: Absorption of calcium measured by intubation and perfusion of the intact human small intestine. J. Clin. In-vest., 48 (1969) 1768 - 1775.
Wilkinson, R.: Absorption of calcium, phosphorus and magnesium. In: Calcium, phosphate and magnesium metabolism. Clinical physiology and diagnostic proce-dures. Ed.: B.E.C. Nordin. Churchill Livingstone, Edinburgh, London and New York (1976) 36 - 112.
Zornitzer, A.E., F. Bronner: In situ studies of calcium absorption in rats. Am. J. Physiol., 220 (1971) 1261 - 1266.
DE ABSORPTIE VAN IJZER
J.J.M. Marx
Inleiding
IJzer speelt een belangrijke rol als biokatalysator bij vrijwel alle levende or-ganismen (Neilands, 1972). Deze rol berust vooral op de eigenschap dat, in wate-rige oplossing, twee stabiele oxidatiegraden (Fe2+ en Fe3+) kunnen voorkomen
(Aisen, 1977). Om zijn katalytische rol, in biologisch milieu, te kunnen
vervul-len moet het ijzer steeds gebonden zijn aart proteine-structuren.
Bij de mens is het haemoglobine (betrokken bij het 02-transport in het bloed) kwantitatief de belangrijkste ijzerverbinding. Bij een volwassen man is ongeveer 2,5 gram van de 3 tot 5 gram elementair ijzer in deze vorm gebonden. Er zijn echter nog talrijke andere belangrijke, functionele ijzerverbindingen, onder an-dere betrokken bij electronentransport reacties, de DNA-synthese, de activatie van moleculair stikstof, etcetera. Een individueel sterk wisselende hoeveelheid ijzer is gebonden in grote eiwitten, ferritine en haemosiderine, die het
niet
functionele (en dan potentieel toxische) ijzer binden en tevens zorgen voor een intracellulaire, mobiliseerbare ijzervoorraad.Het lichaam is uitermate zuinig met het beschikbare ijzer. Praktisch al het ij-zer dat vrij komt bij de afbraak van ijzer-verbindingen wordt opnieuw gebruikt. Communicatie tussen de diverse ijzercompartimenten vindt plaats via het plasma, waarin het ijzer gebonden is aan het transporteiwit transferrine. Het dagelijkse ijzerverlies bedra3~t ongeveer mg (bij vrouwen in de reproductieve levensfase
2 mg). Dit verlies moet worden aangevuld via de voeding. De hoeveelheid ijzer in het lichaam wordt in evenwicht gehouden door regulatie van de absorptie van ijzer uit het maag-darmkanaal (MacCance en Widdowson, 1937). De ijzerabsorptie neemt dan ook een centrale plaats in bij de ijzerhuishouding.
In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de huidige inzichten omtrent het mechanisme en de regulatie van de ijzerabsorptie. De gestoorde ijzerabsorptie blijft hier buiten beschouwing. Enige aandacht wordt geschonken aan
methoden om bij de mens de absorptie van ijzer te meten.
De absorptie van ijzer bij een normale ijzerstatus en bij ijzer-gebrek
Zowel bij proefdieren (Duthie, 1964) als bij de mens (Wheby, 1970) werd aange-toond dat de ijzerabsorptie maximaal is in het duodenum en het proximale deel van het jejunum. Bij ijzergebrek vindt er ook absorptie plaats in meer distaal gelegen darmgedeelten (Bédard e.a., 1971). De hoeveelpeid ijzer die geabsorbeerd wordt is, .ook bij een bepaald individu bij wie de proef omstandigheden zo con-stant mogelijk gehouden worden, aan vrij grote fysiologische variaties onderhe-vig (Marx, 1976). Bij personen met een normale ij:zerstatus is de hoeveelheid ijzer die geabsorbeerd wordt in balans met het ijzerverlies in de vorm van af-gestoten epitheel en secreten van de darm, de huid en de urinewegen. Deze balans is verstoord bij een toename van de ijzerbehoefte (groei, bloedverlies, zwanger-schap) en bij een te geringe toevoer van voedingsijzer. Het lichaam reageert daarop met een toename van de ijzerabsorptie. Deze toename treedt reeds op in het stadium van het prelatente ijzergebrek (Heinrich, 1970), dat wil zeggen op het moment dat de ijzerdep5ts leegraken, doch de serumijzerwaarden en de haemo-globineconcentratie nog normaal zijn.
In Fig. 1 wordt het proces van de ijzerabsorptie zeer schematisch weergegeven bij een normale ijzerstatus en bij ijzergebrek. Na ingestie komt het ijzer in het darmlumen terecht. Een gedeelte van dit ijzer wordt opgenomen door de darm-mucosa (A). De rest zal binnen enkele dagen met de faeces het lichaam verlaten. Van het ijzer dat door de mucosacellen werd opgenomen zal, afhankelijk van de ijzerstatus van het lichaam, een groter of kleiner deel de serosa passeren (B) en in het bloed terecht komen (Boender en Verloop, 1969). Het resterende ijzer
(A - B) zal eveneens met de faeces het lichaam verlaten na afstoting van de oude darmmucosacellen. Bij ijzergebrek"is zowel de mucosa-opname (A) als "de uiteinde-lijke retentie van ijzer (B) verhoogd (Boender, 1969). Vrijwel al het ijzer dat door de mucosacellen wordt opgenomen wordt dan doorgegeven naar het bloed. Hier-door wordt bij ijzergebrek de ratio tussen ijzerretentie en mucosa-opname van ijzer (B/A
=
mucosa-transport fractie) praktisch 1,0 (Marx, 1976).Er is veel onderzoek verricht naar het mechanisme van het ijzertransport binnen de darmmucosacellen en de regulatie hiervan, geinduceerd door de ijzerstatus van het lichaam. De klassieke "mucosal bloek" theorie (Hahn e.a., 1943), die
NORMAAL
defeca
-tie
voeding
Fe
tFe- DEFICIENTIE
voeding
Fe
I
feces
darm -
darm -
N
bloed
Nfeces
darm -
darm
_
Nbloed-lumen
mucosa
lumen
mucosa
Fig
.
1.Schema van de ijzerabsorptie bij een nor-male hoeveelheid ijzer in het
lichaam en bij ijzerdeficiëntie.
A
=
initiële opname van ijzer door de darmmuco
s
a
,
B
=
uiteindelijke retentie van ijzer door het lichaam (wordt in de literatuur
meestal
"
ijzerabs
r
optie" genoemd)
,
postuleert dat de hoeveelheid intracellulair ferritine de absorptie reguleert, heeft lange tijd stand gehouden. Hoewel deze theorie berustte op een labiele, bovendien niet-fysiologische, experimentele basis, blijkt thans dat intracellu-lair ferritine toch mede een rol speelt bij de regulatie van de ijzerabsorptie.
Morfologisch onderzoek van de ijzeropname door rnucosacellen
Men heeft getracht een duidelijker inzicht in het proces van de ijzer absorptie te verkrijgen door middel van electronenmicroscopisch onderzoek, gecombineerd met autoradiografie, waarbij de weg van 55Fe door de mucosacel vervolgd werd
(Bédard e.a., 1971; Bédard e.a., ~973). De absorptie van ijzer werd onderzocht bij normale muizen en bij muizen met Fe-gebrek en met Fe-stapeling. Er was een snelle, actieve opname van ijzer door de borstelzoom gedurende 5 minuten tot 3 uur na ingestie van de proefdosis, waarna het 55Fe gelocaliseerd werd boven de borstelzoom, het ruwe endoplasmatische reticulum, de vrije ribosomen en de laterale celmembraan. Gedurende de volgende 24 uur, waarin weinig transport van ijzer naar de lamina propria plaats vond, bleef het ruwe endoplasmatische reti-culum de belangrijkste localisatie van ijzer, terwijl een klein deel van het 55Fe gezien werd boven het, electronenmicroscopisch herkenbare, grote ijzerbin-dende eiwit ferritine. Bij ijzerdeficiënte muizen kon in de langzame tweede fase van de absorptie géén 55Fe in de cellen teruggevonden worden, terwijl deze hoeveelheid bij muizen met ijzerstapeling aanzienlijk was toegenomen.
Men moet uit dit onderzoek concluderen dat de celorganellen waarboven in de eerste (snelle) fase veel 55Fe gevonden wordt een actieve rol spelen bij het ijzertransport door de mucosacel. De organellen waarboven het 55Fe zich, bij normale muizen, ophoopt in de tweede fase (bij Fe-gebrek vindt men dan géén 55Fe in de cellen), spelen mogelijk een rol bij de regulatie van de ijzerabsorp-tie. Bij de interpretatie van dit onderzoek moet men goed bedenken dat slechte informatie verkregen wordt over hetgeen gebeurt in de "soluble fraction" van / de cellen.
Door Bédard e.a. (1976) werd met dezelfde technieken onderzocht hoe 59Fe zich gedraagt dat via de circulatie ingebouwd wordt in de mucosacellen. De jonge darmmucosacellen worden gevormd in de crypten van Lieberkühn, migreren naar de darmvilli en worden tenslotte afgestoten (Bertalanffy, 1962). Dit proces
ver-loopt het snelst bij 'cellen van duodenum en dunne darm (1,3 tot 1,9 dagen) en veel langzamer in zowel de meer proximale als de distale darmgedeelten (4 tot 14 d agen ) . Intraveneus toege d ' ~en d 59 Fe was na 4 uur goe d ' htb z~c aar '~n ' d ' e Jonge,
ongedifferentieerde cellen in de crypten en na 24 uur in de cellen die de villi bereikt hadden. Ook nu was de hoeveelheid 59 Fe maximaal boven de vrije ribosomen en het ruwe endoplasmatische reticulum. Bij ijzerdeficiënte dieren echter werd, na intraveneuze toediening, in het geheel geen 59Fe in de mucosacellen gevonden. Kennelijk wordt informatie omtrent de ijzerstatus van het lichaam ingebouwd in de jonge darmmucosacellen, mogelijk in de vrije ribosomen en het ruwe endoplas-matiscrre reticulum. Bédard en medewerkers kennen bij de absorptie van ijzer geen rol toe aan de mitochondriën, in tegenstelling tot Worwood en medewerkers
(Worwood en Jacobs, 1971A; Worwood en Jacobs, 1971B; Worwood en Jacobs, 1972;
Richmond e.a., 1972).
Hoeveelheid ijzer in subcellulaire fracties van mucosacellen tijdens het absorptieproces
Worwood en Jacobs (1971B) beschreven een goede methode voor celfractionering van de darmmucosa en onderzochten hoeveel 59Fe , na toediening via een maagsonde,
zowel in de celorganellen als in de "soluble fraction" terecht kwam. Zij vonden d at 15 m1nuten tot ' 4 uur na toe 1en1ng d' , h et 59 Fe wa9 geconcentreer d ' d 1n e " so u-I
bIe fraction", terwijl bij proefdieren, gedood 12 en 18 uur na toediening van
de proefdosis, de mitochondria het meeste 59 Fe bevatten. De hoeveelheid 59Fe gebonden in de vorm van ferritine bedroeg na 15 minuten 31%, stijgend tot 74% na 4 uur en dalend tot 14% na 18 uur. Tijdens de vroege fase van de absorptie
59
was echter het grootste deel van het Fe gebonden aan een hoog moleculair
"non ferritin" eiwit, mogelijk transferrine (Worwood en Jacobs, 1971A), terwijl ook nog een ijzerbindend mucoproteine gevonden werd. Hoewel de experimenten zorgvuldig werden uitgevoerd is contaminatie met stoffen uit het plasma, met name transferrine, of uit het darmlumen nooit geheel uit te sluiten.
De veranderingen in subcellulaire distributie van 59 Fe uit een orale dosis bleek bij normale en ijzerdeficiënte ratten en bij ratten met ijzerstapeling te verlopen volgens een zelfde patroon (Worwood en Jacobs, 1972; Richmond e.a.,
59
1972). De concentratie van Fe in de mitochondria bij Fe-deficiënte dieren was echter hoger. Humphrys e.a. (1977) combineerden de onderzoekmethoden van Bédard en Worwood en vonden onder andere dat na orale toediening van ijzer bij
59
muizen geen Fe gevonden werd in de mitochondriën van het duodenum, maar wel van het jejunum. Gezien het grote aantal ijzerhoudende enzymen in de mitochon-driën zal de beschikbaarheid van ijzer in deze organellen van groot belang zijn voor het goed functioneren van de cel. Een rol bij het ijzertransport of de
regulatie van de ijzerabsorptie is ons inziens voor de mitochondriën niet .
bewezen.
IJzerbindende eiwitten in darmmucosacellen
Er is de laatste jaren veel werk verricht aan de zuivering en identificatie van ijzerbindende eiwitten in mucosacellen en de rol van deze eiwitten bij het in-tracellulaire ijzertransport en eventueel de regulatie daarvan. Een belangrijke stimulans voor dit onderzoek werd gegeven door Huehers e.a. (1971) die uit de darmmucosa-van ratten twee eiwitverbindingen konden isoleren: proteïne 1 (een darmmucosa isoferritine) en proteïne 2 (een transferrine-achtig eiwit). De hoe-veelheid 59Fe - proteïne 2 was bij dieren met ijzergebrek veel hoger dan bij normale dieren. Huebers e.a. (1975) onderzochten deze eiwitten ook bij normale en s.l.a.~uizen (s.l.a.
=
sex linked anaemia), die een normale opname van ijzer hebben vanuit het dannlumen naar de mucosacellen maar bij wie het transport van ijzer door de mucosacel naar de serosa gestoord is. Anders dan bij normale mui-zen trad er, na inductie van ijzergebrek, bij s.l.a.~uizen géén toename op van de hoeveelheid aan proteïne 2 gebonden 59Fe en ook niet van de ijzerabsorptie. De conclusie was dat toename van een op transferrine lijkend eiwit in de mucosa-cellen bij ijzergebrek verantwoordelijk is voor de toename van de ijzerabsorp-tie. Valberg e.a. (1977), die een andere proefopstelling gebruikten, vonden bij s.l.a.-muizen nog een derde, laag~oleculair Fe-bindend proteïne. Zij kenden hieraan geen fysiologische betekenis toe. Het is echter niet ondenkbaar dat peptiden die snel ijzer kunnen opnemen en weer afgeven een belangrijke rol spe-len bij het intracellulaire ijzertransport, ook binnen de mucosacel. De door Huebers c.s. gevonden proteïnen zijn inmiddels ook uit de darmmucosa van andere proefdieren geïsoleerd (Yoshino en Manis, 1973; Halliday e.a., 1976; Pollack en Lasky, 1976), waarbij het op transferrine lijkende eiwit, parallel met deijzer-59
absorptie, steeds toeneemt bij dieren met ijzergebrek en een snelle Fe-turn-over heeft tijdens de eerste, snelle fase van de ijzerabsorptie.
Regulatie van de ijzerabsorptie
Bij ijzergebrek neemt, zoals ook werd aangetoond bij de mens, niet alleen het intracellulaire transport van ijzer toe, maar ook de opname van ijzer door de mucosacellen uit het darm lumen (Marx, 1976). Kennelijk wordt de absorptie van ijzer op twee niveaus gereguleerd: zowel binnen de mucosacel als op het niveau
van de borstelzoom of zelfs binnen het darmlumen. Huebers e.a. (1975) vonden een aan de oppervlakte van de darmmucosa gebonden, doch elueerbaar eiwit dat betrokken was bij de ijzerabsorptie. Zij toonden tevens aan dat er, met name in het jejunum, specifieke bindingsplaatsen voor ijzer bestaan op de borstel-zoom. Dit was al eerder bekend en Thomson en Valberg (1972) vonden dat andere metalen, zoals cobalt en mangaan, met ijzer een competitieve binding hebben ten opzichte van deze plaatsen.
De Vet (1975) en van Vugt (1978) veronderstelden dat lactoferrine op intralumi-naal niveau een rol speelt bij de regulatie van de mucosa-opname van ijzer. Lactoferrine is een sterk ijzerbindend eiwit dat voorkant in granulocyten en diverse lichaamsexcreten, onder andere galsap. De lactoferrine concentratie in duodenaalvocht is bij ijzergebrek veel hoger dan normaal.
Het staat vast dat de ijzerabsorptie aanzienlijk toeneemt zodra het reserve-ijzer is opgeraakt. Deze informatie wo~dt ingebouwd in de jonge darmmucosacel, waarschijnlijk doordat de aanmaak van een geringere hoeveelheid intracellulair ferritine geïnduceerd wordt. Hoe deze informatie in het darm lumen terecht komt is nog onbekend. Mogelijk geschiedt dit via de lever (hier wordt onder andere het lactoferrine in het gal sap geproduceerd). Het is echter ook mogelijk dat die informatie wordt ingebouwd in de slijmhekercellen van de darm, die dan pro-ducten uitscheiden die de absorptie van ijzer kunnen bevorderen of remmen. Het
onderzoek van Isobe en Sakurami (1978) biedt steun voor deze opvatting. Omdat
de absorptie van ijzer kan toenemen bij normale en zelfs overvulde depöts
(bij-voorbeeld acuut bloedverlies en sommige haemolytische anaemieën) kan de hoeveel-heid reserve-ijzer niet de enige factor zijn die bepalend is voor de hoeveelheid ijzer die geabsorbeerd wordt. Inderdaad speelt ook de plasma ijzer turn-over
(de hoeveelheid ijzer die per dag het plasma verlaat en er ook weer binnenkomt)
een belangrijke rol bij de absorptie van ijzer (Caviii e.a., 1975; Hershko e.a.,
1976). Bij een hoge plasma ijzer turn-over neemt de ijzerabsorptie toe. Indien er dan nog voldoende reserve-ijzer is kan men spreken van een "functioneel ijzertekort": er is een toename van de ijzerbehoefte voor de erythropoïese ter-wijl het aanwezige depot-ijzer niet snel genoeg gemobiliseerd kan worden.
Bovenstaande gegevens zijn grotendeels afkomstig uit dierexperimenteel onder-zoek. Dergelijke onderzoekingen zijn bij de mens meestal niet mogelijk. Het is noodzakelijk om onschadelijke en niet traumatiserende onderzoekmethoden ter ana-lyse van de ijzerabsorptie te ontwikkelen om de dierexperimentele gegevens te toetsen aan de humane situatie.
Meting van de ijzerabsorptie bij de mens
De eerste gegevens over de absorptie van ijzer bij de mens zijn verkregen uit zeer bewerkelijk balansonderzoek, zoals beschreven door Josephs (1958). Momen-teel wordt steeds gebruik gemaakt van een radioactieve speurdosis ijzer. Na het toedienen van een orale proefdosis, gemerkt met 59Fe , kan de hoeveelheid geab-sorbeerd ijzer berekend worden uit de hoeveelheid 59Fe die, gedurende 14 dagen, met de faeces uitgescheiden wordt (Callender, 1964). Het is veel gemakkelijker, en tevens nauwkeuriger omdat er géén fouten mogelijk zijn bij het dagelijks verzamelen van de faeces, om de hoeveelheid 59Fe te meten met een W.B.C. (whole body counter = totale lichaamsteller), zoals beschreven door onder andere Bonnet e.a. (1960) en Callender e.a. (1960). De hoeveelheid geabsorbeerd ijzer wordt dan berekend uit de hoeveelheid 59Fe in het lichaam, kort na ingestie van de proefdosis (= 100% waarde) en na 10 à 14 dagen (= ijzer-retentie %).
Boender e.a. (1969) beschreven een methode waarmee niet alleen de ijzerretentie, maar ook de initiële ijzeropname door de mucosacellen kon worden gemeten. Hier-toe werd aan de proefdosis, naast 59Fe , een inerte, niet absorbeerbare
indica-131
tor ( Ba) toegevoegd. Voor de berekening van de mucosa-opname van ijzer was onderzoek van faecesmonsters nog noodzakelijk. Marx (1976) beschreèf een metho-de, waarmee naast de opname en de retentie van ijzer tevens de mucosa-transport fractie werd bepaald. Er werd gebruik gemaakt van 51crC13 als inerte indicator. Bij dit onderzoek werden alle metingen verricht met een whole body counter en was onderzoek van de faeces overbodig. Deze in vivo methode, die weinig bewerkelijk is en nauwelijks een belasting betekent voor de patiënt, geeft optimale informatie over het ijzerabsorptie proces. Bij deze en andere ijzerabsorptie testen is het noodzakelijk dat de proefpersoon nuchter is en dat het ijzer in een fysiologische dosis (0,5 - 1,0 mg Fe) wordt toegediend.
Men kan overigens de absorptie van ijzer in alle mogelijke vormen, doseringen en combinaties met andere stoffen onderzoeken. Voor vergelijkend onderzoek van twee ijzerverbindingen (bijvoorbeeld farmaceutische preparaten) zijn het meest geschikt de methoden waarbij het ene preparaat gemerkt wordt met 59Fe en het
55 59 55
andere met Fe. Brise en Hallberg (1962) bepaalden de hoeveelheid Fe en Fe eerst in de proefdosis en, twee weken later, in het bloed. Op deze wijze werd wel de verhouding tussen de absorpties van twee verbindingen gemeten maar géén absolute waarqe verkregen. Dubbelisotopen-technieken, waarbij de ijzerabsorptie berekend wordt uit de verhouding in het bloed van oraal toegediend 55Fe en
toegediende ijzer de lever passeert, terwijl het intraveneuze monster direct in de grote circulatie komt.
De nog steeds veel toegepaste "ijzerbelastingstest" , waarbij een farmacologische hoeveelheid ijzer oraal wordt toegediend, waarna de stijging van de hoeveelheid ijzer in het plasma gemeten wordt, geeft geen enkele kwantitatieve informatie
(Wiltink, 1967; Heinrich en Bartels, 1967).
Bij onderzoek van de absorptie van ijzer uit voedingsmiddelen werd tot voor kort steeds radioactief ijzer langs biosynthetische weg ingebouwd in het te on-derzoeken product: "intrinsic tag" methode, geïntroduceerd door Moore en Dubach
(1951). Cook e.a. (1972) en Hallberg en Björn-Rasmussen (1972) toonden echter aan dat dezelfde resultaten bereikt konden worden met een "extrinsic tag" metho-de, waarbij radioactief gemerkt haem of non-haem ijzer aan het te onderzoeken voedingsmiddel werd toegevoegd en hiermee goed gemengd. Het is zodoende mogelijk om op betrouwbare wijze de absorptie van ijzer uit volledige maaltijden te me .. ,
ten, waarbij de non-haem ijzer pool gemerkt wordt met een speurdosis anorganisch Fe en de haem pool met radioactief Hb-Fe.
De absorptie van ijzer kan ook op indirecte wijze onderzocht worden door meting van de excretie van radioactief cobalt met de urine na het geven van een orale proefdosis (Sorbie e.a., 1971). Het bleek dat de absorptie van cobalt verhoogd was bij patiënten met ijzergebrek, en de hoeveelheid cobalt die met de urine werd uitgescheiden was evenredig met de geabsorbeerde hoeveelheid. Deze eenvou-dige en snelle methode is alleen geschikt als diagnostische test om ijzergebrek aan te tonen, maar geeft geen goede kwantitatieve informatie. Het is overigens wel interessant dat de absorptie van andere metalen toeneemt bij ijzergebrek.
Behalve voor cobalt werd dit gevonden voor mangaan (Thomson e.a., 1971), pluto-nium (Ragan, 1975), lood en cadmium (Ragan, 1977). Kennelijk bedienen deze
meta-len zich van een zelfde absorptie-mechanisme. De vaak zeer aanzienlijke toename van de absorptie van deze metalen is ook van belang in verband met de toenemende luchtverontreiniging, vooral in de grote steden, waardoor een grotere kans op bijvoorbeeld loodintoxicatie bestaat bij personen met ijzergebrek.
IJzer in de voeding
De hoeveelheid ijzer die uit de voeding geabsorbeerd wordt hangt af van de ijzer-status van het individu en van de totale hoeveelheid aangeboden ijzer, de
