Introducción
    La vida sobre la Tierra se generó en un ambiente libre de oxígeno, donde grandes concentraciones de hierro se mantenían en su forma reducida (Fe²⁺) que intervenía en procesos biológicos esenciales (Tabla 1). Posteriormente, en un ambiente aeróbico, la mayoría de los organismos murieron y sólo sobrevivieron aquellos que habían desarrollado dos mecanismos esenciales: a) defensas contra los radicales libres del oxígeno y b) una estrategia para solubilizar el hierro ¹.

Tabla 1. Ejemplos de procesos propios de células animales que específicamente requieren hierro o son modulados por hierro.

Proceso	Sitio específico de acción del hierro
Síntesis de ADN	Ribonucleótido reductasa
Síntesis de ARN	ARN polimerasa
Transferencia de electrones	Citocromos, hidrogenasa, ferredoxina, succinato dehidrogenasa
Metabolismo del oxígeno	Catalasa, oxigenasas, peroxidasas
Ciclo de Krebs	Aconitasa
Respuesta inmune	Activación de linfocitos T; función de neutrófilos, natural killers y linfocitos B.

Fuente: Weinberg ED. En Diet, demography, and disease: changing perspectives of anemia (Editores: Stuar-Macadam & S. Kent), 1990.

    El hierro está presente en la dieta tanto en forma de compuestos hemo, como de hierro no hemínico. Ambas formas, pero especialmente el hierro no hemínico dependen para su absorción de un gran número de factores relacionados con la dieta y con el individuo ². Agentes complejantes presentes naturalmente en la dieta, como azúcares, aminoácidos, ácido ascórbico y glicoproteínas pueden formar complejos con hierro manteniéndolo en una forma soluble y favoreciendo su absorción, mientras que fitatos, fosfatos, carbonatos, oxalatos, bicarbonatos, los componentes del té y la fibra dietaria unen hierro formando complejos relativamente insolubles y resultan en una disminución de la absorción ³.
    El hierro es transportado en sangre unido a proteínas específicas: transferrina y lactoferrina. A través de procesos mediados por receptores específicos se incorpora a la célula, donde se almacena formando un complejo estable con la ferritina. En las células de los mamíferos existe una segunda forma de almacenamiento, la hemosiderina, que se encuentra esencialmente en lisosomas.
    También se ha encontrado ferritina circulante en plasma humano, cuyo origen y función está en discusión. Además, dentro de la célula, se ha descripto un pool de hierro en tránsito, definido como el hierro que se encuentra en el citosol unido a compuestos de bajo peso molecular, cuya naturaleza exacta es desconocida pero se propone que incluiría sustancias tales como ATP, GTP, ADP, citrato, etc. ⁴. La concentración de hierro como pool en tránsito en las células de mamíferos se estima en 1 mM como máximo ¹ y constituye una forma de hierro capaz de intervenir en reacciones químicas.

¿Cómo se establece una sobrecarga de hierro?
    Los animales incorporan hierro a través de la dieta mediante un mecanismo que involucra absorción a nivel intestinal. No están descriptos mecanismos de excreción de hierro, sino que simplemente se elimina a través del recambio de células epiteliales del intestino, piel, sudor, heces (en parte procedente de la bilis), orina y, en el caso de las mujeres, sangrado menstrual ⁴. La captación intestinal de hierro está regulada por el contenido total de hierro en el cuerpo y la velocidad de la eritropoyesis ³,⁵, pero la forma en que se comunican las necesidades de hierro a la mucosa intestinal no se conoce con precisión ³. La acumulación de hierro en el organismo generalmente está asociada a alteraciones en el ingreso del metal. La Tabla 2 enumera las principales condiciones que originan exceso de hierro en el organismo.

Tabla 2. Mecanismos a través de los cuales se producen sobrecargas de hierro

1. Excesivo ingreso de Fe por vía intestinal	a) Elevado Fe en la dieta	Ingestión accidental de tabletas de hierro Uso de recipientes de hierro para alimentos Excesivo consumo de carnes rojas Excesiva fortificación de alimentos
	b) Aumento de absorción con Fe normal en la dieta	Hemocromatosis idiopática primaria Excesivo consumo de alcohol Excesivo consumo de ácido ascórbico Deficiencia pancreática de HCO3- Defectos en eritropoyesis
		Deficiencia de ácido fólico Porfiria cutánea tarda
		Varias hemoglobinopatías Varias anemias
2. Ingreso de Fe por vía parenteral	a) Transfusiones endovenosas múltiples b) Administración de hierro dextrán u otras formas de Fe
3. Inhalación de hierro	a) Trabajar en minas de hierro; soldar o pulir acero b) Pintar con polvos de óxido de hierro c) Trabajar con asbestos d) Humo de cigarrillo
4. Falla en la compartimentali-zación del Fe	a) Liberación del Fe almacenado en hepatocitos por daño causado por hepatitis b) Liberación del Fe de eritrocitos en enfermedades hemolíticas c) Supresión de la asimilación celular del Fe plasmático por la acción de los alcaloides de Catharanthus (Vinca).
5. Disminución de la excreción normal de Fe en mujeres premenopáusicas.	a) Histerectomía b) Ingestión de altas dosis de anticonceptivos orales

Fuente: Weinberg ED. Drug Metabolism Rev 1990; 22: 531.

    Resultan particularmente susceptibles a la sobrecarga de hierro los individuos que padecen Hemocromatosis idiopática primaria (HH). Se trata de una enfermedad hereditaria autosómica recesiva, donde se encuentra disminuida la capacidad de controlar la absorción de hierro debido a un defecto en la expresión de la proteína que regula su incorporación en las células de la mucosa intestinal ⁵.
    La frecuencia en la población de portadores (heterocigotas para HH) es de 8-10%, con una proporción de homocigotas de 0.3-0.8% ³. Sin embargo, en la actualidad, los casos de sobrecarga de hierro están incrementándose, especialmente en países donde el hierro hemínico es libremente consumido y donde existen una variedad de prácticas culturales y iatrogénicas que favorecen la sobreadquisición de hierro inorgánico ⁶. En Estados Unidos el número de personas que adquiere hierro en exceso es estimada en 30 millones ⁶. Se supone que el 25% del hierro dietario deriva de alimentos procesados deliberadamente fortificados con hierro (harina, cereales, leche, polvos para prepara jugos, papas fritas, caramelos, vegetales congelados y pescados), de tal forma que en algunos casos una única porción de cereales contiene el 100% de la ingesta diaria recomendada (18 mg Fe/día) ⁶.

Hierro y radicales libres
    El hierro contiene electrones desapareados y puede ser considerado como un radical ⁴. La oxidación de Fe²⁺ conduce, a través de la pérdida de un electrón que es recibido por el oxígeno, a la formación de O₂^-. La generación de O₂^- da origen a H2O2, que puede reaccionar con Fe²⁺ y producir ^.OH (reacciones 1 a 3), de esta forma el hierro resulta un catalizador adecuado de la producción de intermediarios de la reducción parcial del oxígeno de alta reactividad.

Fe2+ + O2 Fe3 + O2-.	(1)
2 O2-. + 2 H+ H2O2 + O2	(2)
Fe2+ + H2O2 OH. + Fe3+ + OH	(3)

    Entre las reacciones químicas-hierro dependientes aquellas relacionadas con la peroxidación de lípidos han sido ampliamente estudiadas ⁴. Como especies responsables de la iniciación de las reacciones en cadena se han propuesto tanto al ·OH ⁴ como a hierro-oxo-especies ¹, tales como el ión perferrilo (Fe²⁺-O₂ Fe³⁺-O₂-) ⁷, el ión ferrilo (FeO₂+) ⁸ o el complejo Fe²⁺-O₂^-Fe^{3+ 9}. En la etapa de propagación el hierro interviene incrementando la velocidad de oxidación de lípidos a través de la conversión de los hidroperóxidos lipídicos (ROOH) en radicales alcoxilos (RO^.) o peroxilos (ROO^.) (reacciones 4 y 5) ¹⁰

ROOH + Fe2+		RO. + OH- + Fe3+	(4)
ROOH + Fe3+		ROO. + H+ + Fe2+	(5)

    Las dos consecuencias fundamentales de la peroxidación de lípidos son: a) distorsión y/o ruptura de membrana, lo que altera la permeabilidad de la misma y produce cambios en la actividad de las enzimas dependientes de lípidos y b) la toxicidad de los peróxidos lipídicos y sus productos de ruptura ¹¹. Se ha observado que la peroxidación precede o acompaña el daño celular en muchas patologías ⁴ y el daño a los fosfolípidos de las membranas de las organelas sería el mecanismo unificador subyacente en muchas de las teorías propuestas a fin de explicar los efectos descriptos en tejidos sometidos a sobrecarga de hierro ¹¹. En el caso de las proteínas, el proceso fundamental es la oxidación de aminoácidos que conduce a alteraciones estructurales y funcionales. La oxidación de proteínas catalizada por metales ha sido identificada como una modificación post-translacional covalente que puede ser importante en algunos procesos fisiológicos y patológicos tales como el envejecimiento, el recambio intracelular de proteínas, la artritis y las enfermedades pulmonares ¹². Los ácidos nucleicos también han demostrado ser susceptibles al ataque producido por especies activas del oxígeno producidas en reacciones catalizadas por hierro ¹³. Dado que en casos de HH la patología asociada más frecuente es el carcinoma primario de hígado (frecuencia=24%) ³, no se descarta que el hierro en exceso podría actuar dañando bases del ADN.
    A la luz de los conocimientos actuales sobre la química del hierro, su relación con el oxígeno y el metabolismo de los radicales libres derivados, los estudios sobre el papel del hierro en la salud humana se focalizan tanto en el potencial efecto del exceso de hierro, y como en los problemas asociados a su deficiencia, que han sido centro de atención durante las últimas 6 décadas ⁵.
   

Estudios en sistemas modelos
    Dado que en los animales de laboratorio no se ha detectado la falla genética que conduce a la HH, fue necesario desarrollar modelos experimentales para estudiar los efectos producidos por el exceso de hierro. Los compuestos de hierro pueden administrarse por vía parenteral y oral (generalmente dietaria), y la modalidad del tratamiento puede ser aguda o crónica.
    La administración intraperitoneal de hierro-dextrán (500 mg/kg de peso) da origen a cuadros similares a los correspondientes a las medicaciones con hierro parenteral y a las transfusiones. La administración dietaria de carbonil-hierro 2.5% (p/p) durante 6 semanas genera cuadros de acumulación de hierro similares a los descriptos para la HH.
    En ambos modelos se han observado alteraciones en el metabolismo oxidativo y en la defensas antioxidantes celulares en el hígado y en la sangre de los animales sobrecargados con hierro (Figuras 1 y 2).

Figura 1 Modelos experimentales de sobrecarga de hierro en ratas. Efectos sobre sangre. Estudios realizados en animales que han recibido hierro en foma parenteral. Los resultados están expresados como porcentajes con respecto al valor control considerado 100%. TBARS, sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico; alfa-T, alfa-Tocoferol. * significativamente diferente de su respectivo control.

 

Figura 2 Modelos experimentales de sobrecarga de hierro en ratas. Efectos sobre hígado.Estudios realizados en animales que han recibido hierro en foma parenteral. Los resultados están expresados como porcentajes con respecto al valor control considerado 100%. a TBARS (sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico) indica velocidad de producción de TBARS en presencia de NADPH por parte de homogeneizado de hígado en el caso del tratamiento con hierro parenteral, y contenido de TBARS en homogeneizado de hígado en el caso del tratamiento con hierro dietario. b Corresponde a los valores de carbonilos asociados a proteínas citosólicas. alfa-T, alfa-Tocoferol; SOD, Superóxido dismutasa; UQ-10, ubiquinol 10. * significativamente diferente de su respectivo control. Fuente: Galleano M, Puntarulo S. Toxicology 1992; 76: 27. Galleano M, Puntarulo S. 1997. En preparación.

    La administración parenteral de hierro incrementa marcadamente el hierro sérico, superando la capacidad fisiológica para unir hierro circulante, conduciendo a una situación de estrés oxidativo en plasma, evaluado en términos de incrementos en el contenido de sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS) y disminución en el contenido de alfa-tocoferol plasmático. Esta situación no se observa en la sobrecarga de hierro generada por vía dietaria, donde el incremento en el contenido de hierro sérico es moderado dado que el exceso de hierro puede ser captado por la transferrina (Figura 1). En hígado, (Figura 2) se produce un aumento, tanto en los índices de oxidación de lípidos como de oxidación de proteínas (TBARS y carbonilos, respectivamente). En cuanto a los antioxidantes se observa una disminución en las actividades de las enzimas superóxido dismutasa y catalasa, y en el contenido de ubiquinol ¹⁰.

Patologías asociadas a la sobrecarga de hierro
    Se ha descripto que la sobrecarga drástica de hierro (como la observada en pacientes con HH) conduce a la aparición de una serie de alteraciones que incluyen la mayor susceptibilidad a las infecciones ⁵,⁶, disfunción hepática ¹¹,¹⁴, neoplasias ⁵,⁶,¹⁴, artropatías ⁵,⁶,¹⁵, cardiomiopatías ⁵,⁶,¹⁵, y alteraciones endócrinas ⁵,⁶,¹⁵,¹⁶. El tratamiento clínico de rutina empleado para individuos altamente sobrecargados con hierro (HH) se basa en la realización de flebotomías, que han demostrado disminuir los síntomas ¹⁵. La desferroxiamina es el complejante de hierro más utilizado, que une al hierro y forma un complejo que es posteriormente excretado.
    Se han registrado algunos casos de neurotoxicidad visual y auditiva ¹⁵, lo que sumado al hecho de que debe ser administrada por infusión intravenosa o subcutánea ha hecho que se encare el estudio de agentes quelantes activos por vía oral, especialmente los derivados de la hidroxipiridona ¹⁷. La susceptibilidad al desarrollo de patologías asociadas depende de los niveles de hierro alcanzados, de tal forma que el riesgo es mayor en los individuos que padecen HH, decrece para los portadores heterocigotas de HH y disminuye aún más para las personas que desarrollan hemocromatosis secundarias. El riesgo para individuos sanos que suplementan su dieta con hierro aún no ha sido estadísticamente evaluado.
    La participación de los procesos oxidativos en las patologías asociadas a la sobrecarga de hierro ha sido descripta esencialmente en pacientes con HH, en los cuales se han detectado valores disminuídos en alfa-tocoferol plasmático ¹⁸, confirmando resultados obtenidos en modelos experimentales ¹⁹,²⁰.
    El hígado, por ser un importante órgano de almacenamiento de hierro, es especialmente afectado por el exceso de hierro. Sin embargo, en personas que no poseen el gen de la HH, se ha encontrado una mayor frecuencia de cáncer correlacionada con valores incrementados de hierro ⁵,⁶,²¹,²². Además, se ha descripto una mayor incidencia de casos de muerte temprana en pacientes cancerosos con altos niveles de ferritina sérica ⁵,⁶. En pacientes con distintos tipos de cáncer sometidos a quimioterapia y/o radioterapia como paso previo al transplante de médula ósea, se ha encontrado tanto un incremento en el contenido sérico de hierro y ferritina ²³ como una correlación entre el hierro sérico libre y la disfunción hepática ²⁴.
    Los niveles de hierro han sido relacionados con enfermedades coronarias y cáncer ²⁵, y en individuos que padecen artritis reumatoidea se han encontrado niveles de ferritina en el líquido sinovial entre 3 a 8 veces mayores a los normales ⁵,⁶,¹⁵.
    Es de interés señalar que se ha descripto una diferencia significativa en la incidencia de ataques cardíacos entre ambos sexos. Las mujeres premenopáusicas muestran una marcada protección contra estos eventos, sin embargo al llegar a la menopausia la frecuencia se aproxima a la de los varones de su misma edad ²⁶. La hipótesis de Sullivan ²⁷ que sugiere una estrecha correlación entre el infarto de miocardio y los altos niveles de hierro, se ha visto fortalecida al informarse evidencia de que la administración de desferrioxamina mejora la función ventricular y suprime las arritmias en miocardio post isquémico reperfundido ²⁷,²⁸.

Conclusiones
    El complejo metabolismo del hierro y su participación en numerosos procesos a nivel celular lleva a diseñar cuidadosamente estrategias para mantener el nivel celular de hierro dentro de un rango muy ajustado, a los efectos de permitir una disponibilidad adecuada del mismo para aquellas reacciones en las que sea un componente fundamental, y minimizar su participación como catalizador de la producción de especies tóxicas. Por lo tanto actualmente la literatura médica aconseja:
a) no suplementar la dieta con hierro excepto en casos de deficiencia demostrada por datos bioquímicos y bajo indicación médica;
b) intentar diagnosticar tempranamente los casos de hemocromatosis a través de la inclusión de la determinación del porcentaje de saturación de transferrina en los exámenes de rutina o al menos en los individuos que sufren patologías relacionadas; y
c) diagnosticar y controlar aquellos individuos con patologías de base que pueden conducir a hemocromatosis secundarias (esferocitosis hereditaria, beta-talasemia, etc.).

Palabras claves: sobrecarga de hierro, radicales libres del oxígeno, hemocromatosis

Key words: iron overload, oxygen free radicals, hemochromatosis

Resumen en español No obstante ser un elemento esencial para la vida, el exceso de hierro puede ser tóxico debido a su capacidad para catalizar las reacciones que forman radicales libres. Las alteraciones del metabolismo del hierro, particularmente como consecuencia de una absorción o ingesta aumentada, llevan fácilmente a la sobrecarga de hierro, puesto que no existen mecanismos excretorios específicos. El aumento de hierro facilita la susceptibilidad a las infecciones, disfunción hepática tumores del intestino grueso, enfermedad vascular coronaria y miocardiopatías. La lipoperoxidación y subsecuente lesión en las membranas celulares parecería ser el común denominador en estas patologías. Por lo tanto los niveles de hierro deben ser cuidadosamente controlados para evitar los efectos deletéreos del exceso de hierro.

 

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