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漫談鐵質和血紅素
27 Jan 2016
文.圖 / 再生緣科技部 沈福利博士



I. 概論
 
鐵質是人類生命的必需物質( Iron is essential to life )。血色素( Hemoglobin )是一個有色蛋白質( chromoprotein ),它由球蛋白( globulin ),原普林( protoporphyrin ),和亞鐵( ferrous iron )所組成;原普林和亞鐵形成血紅素( heme )。球蛋白有四個多肽鏈( four polypeptide chains );成年人的主要血色素( Hemoglobin A, 簡稱Hb A ),有二個alpha-chain及二個beta-chain,因此,Hb A的結構為 α2β2 ;它佔三種健康成人的血色素的95%以上;另外,Hb A2( α2δ2 )﹝二個alpha及二個delta鏈﹞,佔3.5%以下;及胎兒血色素( Hb F ),佔1%以下。
 
II. 海洋性貧血
 

圖一、正常的血液塗片形態:背景的紅血球(無細胞核)大都大小一致,且充滿了血色素。中間兩個大點的有核細胞血球是嗜中性白血球。而紫藍色的微小片段則是血小板。
 
海洋性貧血( Thalassemias )或海洋性貧血症候群( the thalassemic syndromes ),是因血色素的球蛋白之多肽鏈的合成障礙所引起,造成紅血球內的血色素之質量減少;它可分為兩大類:alpha-thalassemia,及beta-thalassemia。這是根據那一型的球蛋白鏈( globin chain )之合成受到影響,而命名的。Alpha型之海洋性貧血,常見於世界許多地域,嚴重型的,常發生於東南亞及中國的廣東省;輕微型的,則在非洲裔盛行。最嚴重的臨床發現,見於所有四個alpha-chain基因全部消失( 正常人每個染色體,有二個alpha-chain genes ),這會引起死胎( stillbirth ),即為Hydrops fetalis,其有功能的alpha-chain genes為0;其基因型( genotype )為--/--。若是只呈現有一個有功能的alpha-chain,( 即只有25%的α球蛋白輸出 ),稱為較不嚴重的Hb H疾病( 1:-α/-- ),病人臨床上有溶血性貧血( Hemolytic anemia )。若二個alpha-chain genes 受到影響,則為輕型之alpha-thalassemia trait( 2:-α/-α 或是 --/αα ),患者臨床上有輕微的低血色素性貧血( mild hypochromic anemia )。如果只有一個alpha-chain的基因亦有功能,則是alpha-海洋性貧血的沉默帶原者( Silent carrier, 3:-α/αα ),臨床及血液學均正常。Beta-thalassemia常見於地中海地域的族裔( persons of Mediterranean descent )。它可能源自基因的缺失( gene deletion ),或是更常見的點突變( point mutations ),導致削減或喪失了beta-chain的合成。突變導致beta-chain合成的完全被抑制,稱為β゚variants;其它的突變,造成正常beta-chain的合成減少,則為β variants;與alpha-thalassemias相似,其疾病的嚴重程度,是依其遺傳的異常基因的數目而定的。若只有一個beta-thalassemia gene被遺傳了( heterozygote ),則患者呈現有溫和的低血色素性之小紅血球性貧血( a benign, hypochromic microcytic anemia ),病名是輕型beta-海洋性貧血( beta-thalassemia minor ),血色素亞型分析,患者通常有增加的Hb A2含量;輕微上升的Hb F含量,亦在約30%的輕型beta-海洋性貧血病人中呈現。由於beta-thalassemia minor的患者,其臨床發現是一種低血色素及小紅血球性貧血,他們通常會被誤診為患有缺鐵性貧血( iron deficiency anemia )。當兩個beta-thalassemia基因被遺傳了( homozygote ),則導致一種在嬰兒和兒童早年的極嚴重的疾病,稱之為嚴重型beta-海洋性貧血( beta-thalassemia major );其特徵是巨大的肝脾腫大( massive hepatosplenomegaly ),極度的骨髓內之有核紅血球系列的增生( extreme erythroid hyperplasia in the bone marrow )及因此造成的骨骼畸形( bony deformities ),嚴重的溶血性貧血,和無法成長或茁壯( failure to grow or thrive )。患者的血色素電泳,常呈有顯著增加的Hb F含量( 從30%到100%不等 )。
 
III. 紅血球/血色素
 
每天,人體有2x1011個紅血球被破壞了,它們必須被等量的,由骨髓製造的新的紅血球所取代,才能平衡之。紅血球的製造( erythropoiesis )及紅血球數量的改變,它的基本刺激是組織缺氧( hypoxia ),引發造紅血球因子( erythropoietin )的釋放,而致骨髓紅血球的增生。比如高山族( 川藏高原 )居民,因為住在海拔很高的地區,而有生理性的缺氧,所以他們的紅血球及血色素均是正常值偏高的極限,稱為代償性紅血球過多症。相對的,甲狀腺功能過低( hypothyroidism )的病人,因為代謝需求減少,組織細胞的氧氣需求量減少,而導致造紅血球因子產量的減少及貧血。
 
血色素( Hb )的主要功能,是從肺臟輸送氧氣到各組織及反方向把二氧化碳帶出。排除掉肺臟內的二氧化碳,則可協助體內酸鹼度的調控。成年人體內鐵質的總量( Total iron content in an adult )是3到5公克( 3-5grams );其中2.3克,是在紅血球的血色素之中;體內的儲存量( body storage ),約是1到1.5公克,主要存於肝臟、骨髓、脾臟、和肌肉之中。兒童和大多數的青少年( adolescents ),因成長快速,通常缺少體內的鐵質儲存。一般言之,每一公斤的體重,約有50mg的鐵質;每一毫升的血液,約有0.5mg的鐵質。
 
IV. 孕婦的鐵質需求
 
正常的月經失血量,約為44mL,也就是每月失去22mg,或每天失去0.7mg的鐵質。正常的懷孕,因為月經停止,保存了196mg( 280天x 0.7mg )的體內鐵質;但是,母體血色素量的膨脹( expansion of mother's Hb mass ),需要額外的480mg的鐵質;胎盤、臍帶及胎兒的形成,需要另外的390mg鐵質;加上生產時的失血,約需330mg( 正常生產,約失血660mL,其中的560mL,是在胎盤之中,100mL是在分娩後的子宮陰道之中 )。所以,整個懷孕期間,所需的鐵質,比正常人之每天所需之1.0mg,要高出1,004mg ﹝(480 390 330)-196=1,004mg﹞,亦即每日需3.6mg。所以,生育期及懷孕的婦女,宜適當補充鐵質( 所有孕婦均需補充鐵質 ),以免造成缺鐵性貧血。
 
V. 鐵質過量
 
人體內必需有適當的鐵質,太少會引起貧血,太多則會毒害組織( 特別是肝臟、心臟、生殖內分泌系統、及關節 )。鐵質過量增加( 通常大於25公克 ),則是血鐵沉積症( Hemochromatosis ),它可分為原發性( primary or idiopathic );或是因為嚴重貧血( 比如重度海洋性貧血,及再生不良性貧血 )的病人,因長期輸血治療引起的續發性( secondary )血液鐵質沉積症。歐洲及美國人中,因為HLA-A3相關的遺傳疾病,因高鐵基因的突變[ a mutation (C282Y) in the HFE gene ],使得腸道( 主要在十二指腸及空腸的上半部 )過度的吸收每日攝取的鐵質。高鐵基因( HFE gene是High Iron [Fe]的縮寫 )位於染色體6p22,與位於6p21之HLA-Alocus緊鄰;人體一旦吸收了鐵質,很少( 或是不可能 )會自然的排除鐵質。因此,這些歐美之遺傳性血鐵沉積症( Hereditary hemochromatosis )疾病的患者,自出生後,因體內吸收鐵質的缺點錯誤,每天超多吸收1或2mg的鐵質;經年累月,堆積的過多鐵質( 可高達30公克 ),儲存在肝臟細胞( hepatocytes )、心肌( heart muscle )、及其他細胞,終將導致細胞毒性及器官損傷( cellular toxicity and organ damage )。
 
VI. 結語
 
鐵質是人體所必需的營養成份,適量的攝取是重點。這和許多的必需養份是一樣的,過或不及,均不可取;重要的是力求達到體內均衡( homeostasis ),才是養生之道。
 
血色素合成率的降低,會引起一種「低血色素之小紅血球性貧血」( a hypochromic microcytic anemia );缺鐵性貧血( iron deficiency anemia ),是各種貧血之中最常見的,也是人類所有疾病中最常見的病症。值得提醒的是,腸胃道及泌尿生殖道的一個惡性病灶,其第一個徵狀,通常是潛血流失( Occult blood loss ),和因此造成的低血色素之小球性貧血,例如前總統李登輝的大腸癌,雖然多次健康檢查,因癌病灶部位難以查出,而未偵測到;後來,因持續貧血,醫師再度仔細檢查,才發現了病灶。手術後切除癌症病灶後,貧血也得以改善了。
 
圖二、不正常的血液塗片形態:這是一個低血色素&小紅血球性貧血的患者。紅血球的大小普遍較小且血色素遍低,所以稱為hypochromic, microcytic anemia。此圖亦可看到紅血球的大小及形態不一。


圖三、第六個染色體上的高鐵基因( HFE gene )如果有遺傳突變( C282Y ),則會因為小腸過度的吸收日常攝取的鐵質,導致遺傳性血鐵沉積症( Hereditary hemochromatosis ),這對心肌及肝臟細胞,均因有毒性而造成這些器官的損傷。

 

圖四、海洋性貧血症候群( The thalassemia syndromes )。因為血色素合成的遺傳障礙,重症海洋性貧血的患者,自幼年時起,即需持續輸血以維持生命。本圖左側由上而下,分為輔助療法、痊癒療法,及未來療法;右側則是許多併發症的列名。目前的痊癒療法,是造血幹細胞移植( Hematopoietic Stem Cell Transplantation, HSCT )。




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