Sắt là một nguyên tố hóa học có mặt ở rất nhiều nơi trên trái đất, trong các đồ vật chúng ta đang sử dụng hay trong chính cơ thể của chúng ta. Sắt chiếm 5% vỏ trái đất. Trạng thái oxi hóa khử của nó làm cho sắt trở nên hữu ích cho quá trình phát triển sinh học. Đối với cơ thể người, sắt là một nguyên tố có mặt trong hồng cầu, trong các phản ứng oxy hóa khử. Vậy với tầm quan trọng của sắt như vậy thì liệu có nhiều sắt trong có thể có tốt hay không, và thiếu nó thì sẽ thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu về hai trạng thái đối lập thiếu sắt và thừa sắt trong bài viết dưới đây để hiểu rõ về vấn đề này.

Vai trò của sắt và quá trình hấp thu, chuyển hóa

Sắt là kim loại thiết yếu để tổng hợp huyết sắc tố trong hồng cầu, phản ứng oxy hóa khử và tăng sinh tế bào, trong khi sự tích tụ sắt quá mức gây ra rối loạn chức năng cơ quan. Tổng lượng sắt trong cơ thể sinh lý bình thường là khoảng 3–4 g, 2/3 trong số đó có trong tế bào hồng cầu và sắt tái chế do hồng cầu bị phá hủy; phần còn lại được lưu trữ trong ferritin hoặc hemosiderin, trong khi chỉ có 1–2 mg sắt được hấp thu ở đường ruột và lưu thông trong máu. Quá trình chuyển hóa sắt trong cơ thể là một hệ thống nửa khép kín và được điều chỉnh chặt chẽ bởi một số yếu tố bao gồm peptide hepcidin mới được xác định. Trong tuần hoàn, sắt thường liên kết với transferrin. Vì không có cơ chế hoạt động để bài tiết sắt ra khỏi cơ thể nên sự tích tụ sắt dần dần trong cơ thể dễ dàng xảy ra do truyền máu lâu dài ở những bệnh nhân thiếu máu do rối loạn di truyền như thalassemia, bệnh hồng cầu hình liềm. Hội chứng suy tủy xương như thiếu máu bất sản và hội chứng rối loạn sinh tủy. Vì vậy, để xem xét các cơ chế sinh lý bệnh của tổn thương nội tạng do quá tải sắt thì sự hiểu biết về cơ chế của quá trình hấp thu và chuyển hóa sắt trong cơ thể là điều cần thiết.

Con đường hấp thu và tái sử dụng sắt

Hấp thu sắt ở ruột

Sắt ăn vào được phân loại là sắt không phải heme và sắt heme. Sắt không phải heme có nguồn gốc từ thực vật và được hấp thụ vào tế bào ruột thông qua chất vận chuyển kim loại. Ngược lại, sắt heme có nguồn gốc từ thịt được hấp thụ qua protein vận chuyển heme vào tế bào ruột, nơi nó bị phân hủy bởi hemeoxygenase-1. Sắt trong tế bào ruột sau đó được chuyển từ lòng ruột và được giải phóng vào tuần hoàn thông qua chất vận chuyển kim loại.

Tái sử dụng sắt của hồng cầu 

Tuổi thọ trung bình của hồng cầu lưu hành là khoảng 120 ngày, sau khi đại thực bào xử lý hem hồng cầu thì sắt tự do được giải phóng. Ở những bệnh nhân bị thiếu máu di truyền và suy tủy xương, cần phải truyền máu thường xuyên để khắc phục các triệu chứng khó chữa. Các hồng cầu được phân hủy bởi đại thực bào, trong đó sắt tái chế bị quá tải và lượng sắt dư thừa làm bão hòa khả năng liên kết của Transferrin. Lượng sắt dư thừa này xuất hiện trong tuần hoàn dưới dạng sắt không liên kết với Transferrin và gây rối loạn chức năng cơ quan. Một ml máu chứa khoảng 0,5 mg sắt và không có cơ chế hoạt động nào để bài tiết lượng sắt dư thừa này. 

Hấp thu và sử dụng sắt ở gan

Gan là cơ quan lưu trữ sắt chính, trong đó sắt dư thừa được lưu trữ dưới dạng ferritin và hemosiderin. Ngoài các protein này, một phần sắt tự do bổ sung còn tồn tại dưới dạng nhóm sắt không bền trong tế bào. Nhóm sắt không bền có hoạt tính sinh học trong quá trình trao đổi chất nội bào thông qua các phản ứng oxy hóa-khử, tăng sinh tế bào và truyền tín hiệu tế bào, nhưng sẽ gây độc nếu hiện diện quá mức. 
Vì sắt không có cơ chế bài tiết thụ động nên sắt dễ dàng tích tụ. Sắt tự do, sắt không liên kết với transferrin và sắt huyết tương không bền trong tuần hoàn và lượng sắt không bền trong tế bào là nguyên nhân gây ra ngộ độc sắt. Các đặc điểm đặc trưng của tình trạng quá tải sắt tiến triển biểu hiện ở sự suy giảm chức năng của các cơ quan quan trọng như gan và tim, bên cạnh các rối loạn chức năng nội tiết. Để ước tính lượng sắt trong cơ thể, có các phương pháp trực tiếp và gián tiếp. Ferritin huyết thanh là phương pháp thuận tiện nhất và phổ biến rộng rãi hiện nay, mặc dù tính đặc hiệu của nó đôi khi có vấn đề. Gần đây, các phương pháp phát hiện vật lý mới sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ và thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn đã có sẵn để ước tính nồng độ sắt trong gan và cơ tim. Ứng dụng thải sắt được sử dụng rộng rãi với độ giãn nở cao sẽ giải quyết các vấn đề rối loạn chức năng cơ quan do dư thừa sắt và cải thiện kết quả của bệnh nhân.

Chuyển hóa sắt ở tủy xương và tạo hồng cầu

Nguyên bào hồng cầu của tủy xương cần một lượng lớn chất sắt để tổng hợp huyết sắc tố. Trong nguyên hồng cầu, sắt được chuyển đến ty thể và được tích hợp vào trung tâm của vòng heme, được tổng hợp bằng cách ngưng tụ axit δ-aminolevulinic. 

Điều hòa hệ thống chuyển hóa sắt của cơ thể

Từ lâu người ta đã thừa nhận rằng có yếu tố tác dụng đồng bộ hóa quá trình chuyển hóa sắt trong cơ thể giữa các cơ quan khác nhau. Gần đây, một peptide cơ bản gọi là hepcidin, một chất kháng khuẩn được tinh chế từ nước tiểu, được phát hiện có vai trò này. Hepcidin được coi là chất điều hòa âm tính, ức chế cả sự hấp thu sắt ở ruột và giải phóng sắt ở lưới nội mô. Nó chủ yếu được tổng hợp ở gan, nơi việc sản xuất được tăng cường trong quá trình dư thừa sắt và viêm. Ở một số bệnh nhân mắc bệnh hemochromatosis di truyền, đã có báo cáo về sự bất thường của gen hepcidin. Ở những bệnh nhân này, việc sản xuất hepcidin bị ức chế và sự hấp thu sắt tăng lên. Cho thấy rằng hepcidin đóng một vai trò quan trọng trong việc lắng đọng sắt ở mô. 

Vì sắt tự do cực kỳ độc hại đối với tế bào nên cơ thể có một số cơ chế bảo vệ để liên kết sắt trong các ngăn mô khác nhau. Trong huyết thanh, sắt thường liên kết với Tranferrin, nhưng một số sẽ hiện diện dưới dạng sắt không liên kết với tranferrin khi nồng độ sắt vượt quá khả năng liên kết sắt của Tranferrin huyết tương. 

Thừa sắt

Thừa sắt có 2 thể:

• Thể nguyên phát: Có nguyên nhân di truyền từ gia đình. Khi người bệnh được nhận các gen gây ra bệnh, từ bố hoặc mẹ và biểu hiện ra kiểu hình. 
• Thể thứ phát: Bệnh phát sinh do các bệnh lý khác gây nên như thiếu máu do bất thường hồng cầu, bệnh gan hoặc do được truyền máu nhiều hay các bệnh liên quan đến hấp thụ sắt. 

Tình trạng quá tải sắt có thể gây tổn thương các cơ quan ở gan, tim, tuyến tụy, tuyến giáp và hệ thần kinh trung ương. 

Bản chất ngộ độc sắt?

Việc sản xuất các loại oxy phản ứng bằng sắt chủ yếu thông qua phản ứng Fenton, cuối cùng tạo thành các gốc hydroxyl từ superoxide hoặc hydro peroxide, có tác động tổn thương đến ADN, gây độc tế bào mãn tính, khả năng gây quái thai và gây ung thư do stress oxy hóa.

Hội chứng quá tải sắt

Các tình trạng bệnh lý biểu hiện tình trạng quá tải sắt trong cơ thể được gọi là hội chứng quá tải sắt. Sự lắng đọng sắt gây ra rối loạn chức năng cơ quan bao gồm chết tế bào, xơ hóa và gây ung thư. 

Tình trạng dư thừa sắt hầu hết đều đến từ nguyên nhân bệnh lý như bệnh bất thường di truyền bao gồm thalassemia, hồng cầu hình liềm, bệnh thiếu máu kháng trị… Ở những bệnh nhân này, quá trình tạo hồng cầu không hiệu quả và sự tích tụ liên tục của sắt ngoại sinh do truyền máu được coi là nguyên nhân gây ra tình trạng quá tải sắt. Hậu quả của các suy cơ quan như suy gan, suy tim và đái tháo đường nặng ảnh hưởng đến kết quả của bệnh nhân. Ngoài những tình trạng cổ điển này, còn có nhiều bệnh có biểu hiện lắng đọng sắt nhẹ hoặc rối loạn điều hòa phân bổ sắt trong cơ thể. Những tình trạng như vậy bao gồm viêm gan C mãn tính, bệnh gan do rượu, viêm gan nhiễm mỡ không do rượu và kháng insulin, và sắt là một đồng yếu tố quan trọng giúp điều chỉnh các tình trạng bệnh này. Hơn nữa, rõ ràng là dư thừa sắt cũng nguy hiểm vì nó thúc đẩy xơ vữa động mạch, gây ung thư, tiểu đường và các rối loạn liên quan đến lối sống khác.

Rối loạn chức năng cơ quan do thừa sắt

Gan là cơ quan quan trọng nhất để lưu trữ sắt với khả năng cô lập lượng sắt dư thừa lớn nhất. Sự thay đổi theo chu kỳ của rối loạn chức năng cơ quan do truyền máu lâu dài đã được nghiên cứu ở những bệnh nhân mắc bệnh β-thalassemia đồng hợp tử. Trong những giai đoạn này, kiểm tra sinh thiết gan cho thấy xơ hóa nhẹ với viêm nhẹ và lắng đọng sắt. 

Biến cố bất lợi quan trọng nhất của truyền máu kéo dài là đột tử do suy tim. Có báo cáo cho thấy khoảng 70% số ca tử vong ở bệnh nhân mắc bệnh β-thalassemia là do tim. Các dấu hiệu của rối loạn chức năng tim bao gồm phì đại tim, rối loạn nhịp tim và viêm nội tâm mạc, cuối cùng gây ra suy tim. 

Về mặt lâm sàng, để phát hiện các rối loạn chức năng của cơ quan, việc xác định ferritin huyết thanh nên được tiến hành 1–3 tháng một lần. Khi nồng độ ferritin huyết thanh vượt quá 1.500 μg/L, bệnh nhân nên được kiểm tra các triệu chứng suy tim hoặc rối loạn nhịp tim, và siêu âm tim định kỳ cũng có thể hữu ích trong chẩn đoán.

Ngoài việc lắng đọng sắt ở gan và tim, tế bào beta tuyến tụy là mục tiêu quan trọng khác của ngộ độc sắt, gây ra tình trạng không dung nạp glucose và đái tháo đường. Một yếu tố bổ sung dẫn đến sự phát triển của tình trạng không dung nạp glucose là rối loạn sử dụng insulin ở gan, làm tăng tốc độ suy giảm tế bào beta do tăng insulin máu. 

Thiếu sắt 

Ngược lại với thừa sắt, thiếu sắt có lẽ là vấn đề nhiều người quan tâm hơn. Trong cơ thể, sắt thường có mặt trong 4 loại protein: Protein sắt đơn nhân, protein diiron-carboxylate, protein sắt-lưu huỳnh, và protein heme. Hemoglobin là loại protein chứa sắt dồi dào nhất ở người. Hơn một nửa lượng sắt toàn cơ thể được chứa trong huyết sắc tố. Vì vậy, thiếu sắt thường đồng hành cùng với thiếu máu. Thiếu máu thiếu sắt hiếm khi gây tử vong nhưng ảnh hưởng đến sức khỏe con người là rất đáng kể. Ở các nước phát triển, căn bệnh này dễ dàng được xác định và điều trị nhưng thường bị các bác sĩ bỏ qua. Ngược lại, đây là một vấn đề sức khỏe ảnh hưởng đến phần lớn dân số ở các nước kém phát triển.

Sắt được hấp thu ở tá tràng và đoạn đầu ruột non. Hiệu quả hấp thụ sắt được xác định từ nguồn đầu vào và từ những chất khác được ăn vào cùng nó. Hấp thụ sắt nonheme bị giảm bởi các loại thực phẩm khác và một số loại kháng sinh. 

Sắt từ tế bào niêm mạc ruột chuyển sang transferrin, vận chuyển sắt từ các tế bào (ruột, đại thực bào) đến các thụ thể đặc hiệu trên nguyên hồng cầu, tế bào nhau thai, và các tế bào gan. Để tổng hợp heme, transferrin vận chuyển sắt đến ty thể của nguyên hồng cầu, đưa sắt vào protoporphyrin để trở thành heme. 

Các nguyên nhân dẫn đến thiếu sắt bao gồm: Mất máu (kinh nguyệt, chảy máu mãn tính, nhiễm giun), tăng nhu cầu sắt (trong các thời kỳ tăng trưởng, mang thai, cho con bú ở phụ nữ), giảm hấp thu sắt (cắt dạ dày hoặc hội chứng kém hấp thu).

Triệu chứng của thiếu sắt: Hầu hết các triệu chứng thiếu sắt là do thiếu máu. Những triệu chứng như vậy bao gồm mệt mỏi, mất sức chịu đựng, thở dốc, yếu đuối, chóng mặt, và xanh xao. Một triệu chứng phổ biến khác là hội chứng chân không yên, đó là một sự thôi thúc khó chịu để di chuyển chân trong thời gian không hoạt động. Ngoài các biểu hiện thông thường của thiếu máu, một số triệu chứng có trong tình trạng thiếu sắt nghiêm trọng. Bệnh nhân có thể có chứng pica, ăn các chất bất thường không phải thực phẩm như tro, đất, đá. Các triệu chứng khác của sự thiếu hụt nghiêm trọng bao gồm khô nứt môi, viêm lưỡi và móng tay lõm. Thiếu máu thiếu sắt có thể gây ra một số các bệnh lý về thần kinh như hội chứng chân không yên là một chứng có thể khắc phục bằng bổ sung sắt, căn nguyên là do lượng sắt trong não bị suy giảm, đặc biệt phổ biến trong thời kỳ mang thai.

Thiếu sắt hay thừa sắt đều là 2 trạng thái mất cân bằng của cơ thể. Sắt rất cần thiết cho cơ thể nhưng lại cực kỳ độc hại khi dư thừa. Vì cơ thể không có con đường bài tiết tích cực đối với sắt nên việc nạp sắt liên tục vượt quá 1–2 mg/ngày sẽ dẫn đến tình trạng quá tải sắt và suy các cơ quan bao gồm gan và tim. Còn thiếu sắt tuy diễn biến âm thầm và ít rầm rộ hơn, tuy nhiên cũng có một số trường hợp phát hiện muộn gây ra các biến chứng nghiêm trọng. Chúng ta cần biết những dấu hiệu thiếu sắt hoặc thừa sắt để kịp thời đưa ra hướng xử trí phù hợp.

BS. Nguyễn Yến (Thọ Xuân Đường)