l r Stofwisseling va nmetalen Absorptie van metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens (redactie) J.J.M. Marx C.lA.van den Hamer Fe \/

Transcriptie

1 Stofwisseling va nmetalen Absorptie van metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens C.lA.van den Hamer J.J.M. Marx (redactie) Pb I ~ Pb Cd Pb Ca Fe \/ l r 1I ' t' '; t \ I 'j \:,~ ) Fe Zn Ca Fe Cu, Zn Delftse Universitaire Pers

2 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

3 Stofwisseling van metalen Absorptie van metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens. C.J.A.vanden Hamer J.J.M. Marx (redactie) DELFTSE UNIVERSITAIRE PERS / 1978

4 Uitgegeven en verspreid door Delftse Universitaire Pers Mijnbouwplein RT Delft telefoon (015) 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 uitgave: Stichting Reprorecht, Amsterdam. ISBN X

5 Inhoudsopgave Ten geleide Prof. Ir. J.P.W. Houtman Interuniversitair Reactor Instituut, Delft VII 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 spoorelementen: 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, Linschoten V

6 / 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 geruime tijd bekend en soms als noodzakelijk dan wel ongewenst onderkend. Tot voor kort ontbraken echter de mogelijkheden om iets meer kwantitatiefs te zeggen van hun mate van opname dan wel uitscheiding, werkingswijze en toelaatbare concentraties. Een verandering in dit opzicht is mede het gevolg van de ontwikkeling 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 worden geïnduceerd door bestraling (~ctiveringsanalyse). Het ligt daarom voor d&hand dat het IRI, een instituut dat naast een kernreactor beschikt over een uitgebreid arsenaal van nucleaire meetapparatuur en voorts over veel ervaring in het hanteren en toepassen van radioisotopen en het verwerken van meetresultaten, in het onderzoek der spoorelementen werd betrokken. Dat geldt niet uitsluitend voor het gedrag van die elementen in biologisch materiaal, maar in feite ook voor het gedrag in landbouwgronden, sedimenten, rivieren rioolslib, luchtstof, drinkwater en materialen 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 diverse faculteiten en afdelingen van Universiteiten en Hogescholen, waarvan wij ons een verlengstuk voelen. VII

7 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 inspanning 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 gewaardeerd. De samenstelling van dit boek weerspiegelt overigens dat ook op andere 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 verspreiding van wat men meestal zware metalen noemt. Om die reden nam het IRI een aantal jaren geleden het initiatief om zich ook te gaan bezighouden met het onderzoek 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 enkele 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 afwijkingen in de metaalstofwisseling en de daarvoor beschikbare therapieën. Delft, november 1978 Prof. Ir. J.P.W. Houtman Interuniversitair Reactor Instituut VIII

8 SROORELE~ffiNTEN EN VOEDING: EEN INLEIDING C.J.A. van den Hamer Het is opvallend dat verschillende van de ess entië le 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 spoorelement bepalen: zoals de naam suggereert is van elk e e n 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 dierlijk 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 uitgebreidheid van de studie daarvan?) meestal niet, maar het Si (door -zijn onbekendheid in de biologie van hogere dieren?) juist we l tot de spoorelementen wordt gerekend. 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 leermeesters 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%.

9 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 % Mg 19 0,027 Al 0,061 0,00009 C Si 18 0,026 Cd 0,050 0,00007 H Fe 4,2 0,006 B 0,048 0,00007 N ,6 F 2,6 0,0037 Ba 0,022 0,00003 Ca ,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, ,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, 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 Cumetabolisme 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 hetzelfde jaar (1947) het voor veel disciplines interessante Cu-houdende plasma-eiwit ceruloplasmine konden isoleren. De laatste jaren vindt echter een duidelijk~ opbloei van de interesse voor Zn plaats, zoals blijkt uit Tabel 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 2

10 interacties kunnen optreden tussen Ca of Hg, d e spoorelementen en andere componenten in het voedsel. Deze interacties zouden via veranderingen in spoorelement-concentraties of -fysiologie in het organisme, de bovengenoemde mortaliteit beinvloeden. Van Barneveld heeft de uitgebreide literatuur over deze interacties, waarvan sommige r e eds lang de aandacht hebben getrokken, samengevat. Het zijn overigens niet alleen de voedingsleer en de ~ysiologie die zich met deze interacties bezig houden, maar ook, en misschien wel vooral, de toxicologie, b.v. in verband met de bekende interactie 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. 1e editie 2e editie 3e editie 4e editie Zn/Cu Zn/Cu Zn/Cu Zn/Cu Pagina's 0,56 0,58 0,76 0,89 Referenties 0,66 0,77 0,87 0,99 Ook de spoorelementen onderling blijken invloed op elkaars absorptie uit te oefenen, zoals geillustreerd wordt in de bijdrage van Hoogenraad. Het is opvallend dat ook de door Hoogenraad beschreven interactie tussen Cu en Zn, evenals 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 enkele 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. 3

11 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 toebereiding 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 veronderstelling 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 soortgelijke 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 verwachten 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 4

12 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) 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) 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) 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) 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)

13 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 verliezen 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 gehandhaafd 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 calciuminflux gelijk aan de efflux. Onder bijzondere omstandigheden kan het skelet echter 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% geabsorbeerd. De absorptie wordt enerzijds geregeld naar de behoefte en anderzijds aangepast aan de hoeveelheid calcium die met de voeding wordt aangeboden. Het absorptieproces 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 grotendeels 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 diffusie calcium van het lumen naar de bloedbaan verplaatst worden. Een literatuuroverzicht van een groot aantal balansstudies bij gezonde proefpersonen is gegeven door Wilkinson (1977). Het verband tussen de hoeveelheid calcium in de voeding en nettoabsorptie blijkt curvilineair te zijn. Naarmate de calciumhoeveelheid toeneemt neemt de absolute absorptie toe, doch in relatief steeds geringere mate, totdat een lineair verband bereikt wordt. Bij een gering calciumaanbod in 7

14 de voeding is er kennelijk een adaptatie van de absorptie waardoor deze zo effectief 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 vastgesteld 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 getransporteerd wordt tegen een concentratiegradiënt en tegen een potentiaal verschil 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 verbindingen 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 alleen 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 passagesnelheid 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 8

15 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, terwijl de concentratie die aan bot- en tubuluscellen wordt aangeboden binnen vrij nauwe grenzen constant is. In de eerste plaats dienen deze calciumtransporterende 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 calcium dat de cellen binnenlekt daaruit weer verwijderd door een actief transportmechanisme in de celmembraan, waarbij zeer waarschijnlijk een door calcium geactiveerd 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 mitochondriën 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 componenten uiteen en enkele onderdelen van deze componenten zijn thans bekend. De eerste stap in de opheldering van het mechanisme was de ontdekking dat vitamine 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 darmmucosa 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 ATPase 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 geconcludeerd 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). 9

16 De opname van calcium in de cel verloopt volgens een neerwaarts gerichte concentratiegradiënt. 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 verzadigbaar transportmechanisme te hebben (Walling en Rothman, 1973). Er zijn aanwijzingen dat vitamine D invloed uitoefent op de celmembraan in de borstelzoom, waardoor de permeabiliteit voor calcium zou kunnen veranderen. De snelheidbeperkende 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 toonden aan dat een toename van het actieve calciumtransport in het dunne darmslijmvlies 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 calciumbindend eiwit gesynthetiseerd wordt teneinde de concentratie van calciumionen 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 accumulatie 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 calciumconcentratie 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 invloed 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. 10

17 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 absorptië hiervan is afhankelijk van die van lipiden. Elke stoornis in de vetdigestie en -absorptie kan dan ook tot vitamine D deficiëntie leiden. Cholecalciferol wordt in de lever omgezet tot 25-hydroxycholecalciferol (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~ildklierhormoon en dus indirect onder invloed van de calciumconcentratie in het plasma. Bijschildklierhormoon oefent zijn invloed waarschijnlijk uit via veranderingen 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 activatie door bijschildklierhormoon calciumionen de cel binnen. Andere hormonen Corticosteroiden remmen de calciumabsorptie zeer waarschijnlijk langs niet specifieke weg. Bij lage doseringen prednison (tot 15 mg) is waarschijnlijk weinig effect te verwachten (Lekkerkerker, 1972). Ook hogere doses hadden in een onderzoek van Klein e.a. (1977) geen effect, indien zij om de andere dag gegeven 11

18 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 rechtstreekse correlatie tussen de serumspiegel van 25-HCC, de calciumabsorptie uit een orale proefdosis en de dosis prednison. Schildklierhormoon doet de calc iumabsorptie 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 hyperthyreoidie een relatieve hypoparathyreoidie kan ontstaan tengevolge van een geringe 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). Prolactine 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 remmend geïoniseerde toestand 25-HCC en 1,25-DHCC PTH groeihormoon prolactine lactose 12 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

19 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 balansstudies, 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 calciumisotoop toedienen en de uitscheiding daarvan in de faeces meten. Balansstudies 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 absorptie snelheid, doch ook van de snelheid waarmee het geabsorbeerde radioactieve calcium zich verdeelt over de uitwisselbare calciumpool in het lichaam. De specifieke activiteit in het plasma 2 uur na toediening is een maat voor de absorptie. 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 proefdosis kan men bereiken door de "verdwijnfunctie", die de afname van de specifieke 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 plasma van het oraal toegediende isotoop kan men beschouwen als te zijn ontstaan door convolutie van de functie die de absorptiesnelheid beschrijft en de genoemde 13

20 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 "normale 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 onderzoek 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 deconvolutieanalyse is zonder hulp van een _ ~omputer niet uitvoerbaar, omdat zij langs numerieke weg moet geschieden. Men kan de juiste uitkomst echter zeer goed benaderen door eenvoudigere numerieke methoden (Roelofs en Raymakers, 1976). Ook kan men volstaan met het meten van de verhouding van de specifieke radioactiviteit van beide isotopen 24 tot 48 uur na de toediening waarbij echter een systematische 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 noodzakelijk. Vitamine D heeft verscheidene functies bij de regulatie van het transportproces: 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 mucosacellen en staat onder invloed van bijschildklierhormoon. Op welke wijze calcium door het cytoplasma getransporteerd wordt is niet met zekerheid bekend. De meeste informatie over de werking van het absorptiemechanisme wordt verkregen uit balansstudies in combinatie met intraveneuze toediening van een speurdosis radioactief calcium. 14

21 Literatuur Birge, S.J., H.R. Gilbert: Identification of an intestinal sodium and calciumdependent phosphatase stimulated by parathyroid hormone. J. Clin. Invest., 54 (1974) 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) 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) Finkelstein, J.D., D. Schachter: Active transport of calcium by intestine: effects of hypophysectomy and growth hormone. Am. J. Physiol., 203 (1962) 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) Heaney, R.P., T.G. Skillmen: Calcium metabolism in normal human pregnancy. J. Clin. Endocr. Metab., 33 (1971) 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) Krawitt, E.L., A.S. Kunin, B.F. Bacon: Intestinal mitochondrial calcium uptake during adaptation to dietary calcium restriction. Calcif. Tiss. Res., 21 (1976) Lawson, D.E.H., D.R. Fraser, E. Kodicek, H.R. Morris, D.H. Williams: Identification of 1,25-dihydroxycholecalciferol, a new kidney hormone controlling calcium metabolism. Nature, 230 (1971) Lekkerkerker, J.F.F.: Calciumabsorptie, bepaling met toepassingen. Academisch Proefschrift, Groningen,

22 Lutwak, L.: Tracer studies of intestinal calcium absorption in man. Am. J. Clin. Nutr., 22 (1969) Martin, D.L., H.F. DeLuca: Influence of sodium on calcium transport by the rat small intestine. Am. J. Physiol., 216 (1969) Martin, D.L., H.J. Melancon, Jr., H.F. DeLuca: Vitamin D stimulated, calciumdependent adenosine triphosphatase from brush borders of rat small intestine. Bioch. Biophys. Res. Comm., 35 (1969) Morrissey, _R.L., D.T. Zolock, D.D. Bikie, R.N. Empson, Jr., Th.J. Bucci: Intestinal response to 1,25-dihydroxycb91ecalciferol. I. RNA polymerase, alkaline phosphatase, calcium and phosphorus uptake in vitro and in vivo calcium transport and accumulation. Bioch. Biophys. Acta, 538 (1978) Morrissey, R.L., R.N. Empson, Jr., D.T. Zolock, D.D. Bikie, Th.J. Bucci: Intestinal response to 1,25-dihydroxycholecalciferol. 11. A timed study of the intracellular localisation of calcium binding protein. Bioch. Biophys. Acta, 538 (1978) Mundy, G.R., J.L. Shapiro, J.G. Bandelin, E.M. Canalis, L.G. Raisz: Direct stimulation of bene resorption by thyroid hormones. J. Clin. Invest., 58 (1976) 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) Norman, A.W., H. Henry: The role. of the kidney and vitamin D metabolism in L' health and disease. Clin. Orthop., 98 (1974) 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) 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)

23 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) 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) Taylor, A.N., R.H. Wasserman: A vitamin D 3 -dependent factor influencing calcium binding by homogenates of chick intestinal mucosa. Nature, 205 (1965) 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) Walling, M.W., S. Rethman: Adaptive uptake of calcium at the brush border. Am. J. Physiol. 225 (1973) Wasserman, R.H., A.N. Taylor: Vitamin D 3 -induced calcium-binding protein in chick intestinal mucosa. Science, 172 (1966) 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. Invest., 48 (1969) Wilkinson, R.: Absorption of calcium, phosphorus and magnesium. In: Calcium, phosphate and magnesium metabolism. Clinical physiology and diagnostic procedures. Ed.: B.E.C. Nordin. Churchill Livingstone, Edinburgh, London and New York (1976) Zornitzer, A.E., F. Bronner: In situ studies of calcium absorption in rats. Am. J. Physiol., 220 (1971)

24 DE ABSORPTIE VAN IJZER J.J.M. Marx Inleiding IJzer speelt een belangrijke rol als biokatalysator bij vrijwel alle levende organismen (Neilands, 1972). Deze rol berust vooral op de eigenschap dat, in waterige oplossing, twee stabiele oxidatiegraden (Fe 2 + en Fe 3 +) kunnen voorkomen (Aisen, 1977). Om zijn katalytische rol, in biologisch milieu, te kunnen vervullen 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 andere betrokken bij electronentransport reacties, de DNA-synthese, de activatie van moleculair stikstof, etcetera. Een individueel sterk wisselende hoeveelheid ijzer is gebonden in grote e iwitten, 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 ijzer 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 intraluminale factoren die de absorptie beinvloeden, met name voedingsbestanddelen, en 19

25 methoden om bij de mens de absorptie van ijzer te meten. De absorptie van ijzer bij een normale ijzerstatus en bij ijzergebrek Zowel bij proefdieren (Duthie, 1964) als bij de mens (Wheby, 1970) werd aangetoond 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 constant mogelijk gehouden worden, aan vrij grote fysiologische variaties onderhevig (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 afgestoten epitheel en secreten van de darm, de huid en de urinewegen. Deze balans is verstoord bij een toename van de ijzerbehoefte (groei, bloedverlies, zwangerschap) 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 haemoglobineconcentratie 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 darmmucosa (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 uiteindelijke retentie van ijzer (B) verhoogd (Boender, 1969). Vrijwel al het ijzer dat door de mucosacellen wordt opgenomen wordt dan doorgegeven naar het bloed. Hierdoor 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 20

26 NORMAAL voeding Fe- DEFICIENTIE voeding Fe Fe t defecatie I feces darm - darm - Nbloed N feces darm - darm _ Nbloedlumen 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 darmmucosa, B = uiteindelijke retentie van ijzer door het lichaam (wordt in de literatuur meestal "ijzerabsroptie" genoemd), t = tijd na ingestie van de proefdosis. 21

27 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 intracellulair 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 reticulum de belangrijkste localisatie van ijzer, terwijl een klein deel van het 55Fe gezien werd boven het, electronenmicroscopisch herkenbare, grote ijzerbindende 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 ijzerabsorptie. 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 verloopt 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' z~c htb aar '~n 'd' e Jonge, 22

28 ongedifferentieerde cellen in de crypten en na 24 uur in de cellen die de villi bereikt hadden. Ook nu was de hoeveelheid 59Fe 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 endoplasmatiscrre 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 d' 1en1ng, h et 59 Fe wa9 geconcentreer d' 1n d e " so I u- bie fraction", terwijl bij proefdieren, gedood 12 en 18 uur na toediening van de proefdosis, de mitochondria het meeste 59Fe 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 59Fe 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., ). 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 mitochondriën 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 23