二、铁过载的毒性作用

（一）毒性机制

铁是高活性的，在Fe³⁺和Fe²⁺两种状态间也非常容易转换，在这个过程中会导致电子的增加和丢失以及产生有害的自由基（有不成对电子的原子或分子）。这些自由基可破坏细胞脂膜、细胞器和DNA，导致细胞死亡和纤维化。正常情况下，铁通过跟其他分子如转铁蛋白结合可保持“安全状态”，但如细胞和血浆中铁含量超出了分子结合的能力时，则会对体内产生危害，除非能接受螯合治疗，否则细胞或血浆中的游离铁会破坏身体组织甚至致命。游离铁也增加感染（第七章）和肿瘤的风险，图3-1展示了铁过载的毒性机制和影响。

重复多次输血和长期铁吸收增加导致病人体内铁过载，游离铁没有附着于转铁蛋白、铁蛋白和治疗性铁螯合剂上，会产生多种活性氧，多数为羟基自由基。以上发生于血浆内不稳定的铁被摄取并被转换成储存铁（铁蛋白和血铁黄素）累积的细胞中。活性氧会导致脂质过氧化、细胞器和DNA破坏和凋亡等细胞异常调节，增加了肿瘤的风险，例如肝癌。不稳定的铁还可被微生物用来结合转铁蛋白和铁蛋白，从而增加感染的风险（Porter，2014）。

（二）输血后铁过载的分布及影响

体内如无铁过载，铁进入细胞主要依赖于转铁蛋白和其受体的相互作用，上述反应主要发生在前体红细胞、肝细胞和分化细胞内。体内铁过载时，一旦转铁蛋白饱和，游离铁存在于血浆内（血浆中没有转铁蛋白及非转铁蛋白结合铁NTBI）。非转铁蛋白结合铁的分布与转铁蛋白铁不同，有学者认为这涉及不同的钙离子通道。输血后铁过载中所导致器官损害的铁多是由于对这类铁的摄取造成的。组织通过对非转铁蛋白结合铁的摄取减轻体内铁负荷，例如骨骼肌等，在心肌、内分泌组织和肝细胞等对非转铁蛋白结合铁的摄取速率非常快。这些铁以铁蛋白或血铁黄素等形式储存，通过磁共振可见。如果没有螯合作用，心肌铁过载可导致原发性心肌病病人在10～20岁时发生心力衰竭，铁过载也会损坏垂体，导致性腺功能减退、生长迟缓和青春期延迟等，也可出现内分泌合并症，比如糖尿病、甲状腺功能减退和甲状旁腺功能减退，肝脏疾病如肝纤维化甚至肝硬化和肝细胞癌，尤其伴慢性肝炎，是非常严重的合并症（第五章）。

正常人体中每天有20mg左右的铁在传递，在不依赖输血的地中海贫血病人体内铁的传递中会增加数倍，但可通过高灌注进行控制。当体内转铁蛋白饱和时（正常时大概30%饱和度）即产生非转铁蛋白结合铁。转铁蛋白饱和的情况主要发生于巨噬细胞系统出现铁负荷，或者是过度输血病人转铁蛋白铁清除力下降时。摄入并储存非转铁蛋白结合铁的器官在图3-2的左边部分展示，超过80%都是在肝细胞中代谢的。尽管多种少量的铁被其他组织摄入（虚线展示），但仍然可能发生严重的、不可逆的铁相关损伤。①红细胞分解代谢后阻止巨噬细胞铁的释放通过螯合治疗的铁的排泄；②肝细胞中通过铁蛋白机制的铁的释放，这两篇中主要介绍了螯合治疗中铁的排泄。

三、铁过载的检测

铁过载的检测对于确定铁螯合治疗的效果和调整方案进行个体治疗尤为重要。对于所有病人，仍然有一些铁过载的检测的总原则。

（一）血清铁蛋白的检测

1.目的

血清铁蛋白与体内铁储存相关，相对容易重复测定且花费小，结果容易判断。血清铁蛋白降低是体内铁缺乏的证据，但没有降低不代表体内不缺乏铁。血清铁蛋白增加暗示铁负荷增加，但也有可能是机体炎症或组织损伤所致，所以，在理解解释结果变化时，应该结合临床表现进行评估。在技术手册中提到长期监测血清铁蛋白，对监测合并症的风险有良好的指导作用。多项研究阐明了控制血清铁蛋白和预后存在相关性（Borgna-Pignatti，2004；Davis，2004；Gabutti，1996；Olivieri，1994），研究认为至少2/3病例长达十年或以上，将血清铁蛋白控制在2500μg/L以下水平（用去铁胺，DFO），在降低心脏疾病及死亡率上有显著意义（Olivieri，1994）。大样本观察发现，维持血清铁蛋白在1000μg/L水平会有更好的临床结局（Borgna-Pignatti，2004）（表3-2）。

2.局限性

大多数情况下，血清铁蛋白试验主要是用于检测体内铁缺乏，由于该实验检测值波动很大，检测值较高时，应将样本稀释再进行检测，检测值读数应该在检测试剂盒划定的线性范围内方为有效，值得注意的是，血清蛋白的测定值并不能总是精确反映体内铁的含量及趋势变化。技术手册指出体内储存铁含量的变化只占血清铁蛋白含量的57%（Brittenham，1993）。其余血清铁蛋白变化部分因炎症而增加，另外肝内巨噬细胞（库普弗细胞）和肝细胞中铁的分布对血清铁蛋白的含量有主要影响，血清铁蛋白的突然增加提示要检查肝炎、其他感染或者炎症等情况。

使用螯合剂后，血清铁蛋白未下降并不一定证明该病人对螯合治疗无反应，如前所述，可能是因为炎症增加了血清铁蛋白，或者因为体内铁含量和血清铁蛋白并非总是呈线性关系，尤其是在体内存在炎症和组织损伤的情况下（Adamkiewicz，2009），体内铁含量的变化可以发生在铁蛋白变化之前，并从一个高起点值（例如肝脏铁浓度﹥ 30mg/g干重）开始下降。当血清铁蛋白的值﹤3000μg/L时，主要是受巨噬细胞系统的储存铁影响；反之，血清铁蛋白的值﹥ 3000μg/L，主要是因为肝细胞中出现了铁蛋白渗出（Davis，2004；Worwood，1980），临床需要每天观察并记录上面提到的各种相关情况的变化，检测血清铁蛋白值的变化。血清铁蛋白的变化和体内储存铁变化的关系取决于使用的螯合剂（Ang，2010）和螯合治疗的疗程的不同（Fischer，2003）。

（二）肝脏铁浓度

1.目的

肝脏铁浓度与肝脏及肝外损害相关，正常肝脏铁浓度值超过1.8mg/g干重，超过7mg/g干重可见于没有明显显性异常的非地中海贫血人群。持续高浓度（超过15～20mg/g干重）与肝脏功能恶化有关，如肝纤维化进展（Angelucci，1997）或肝功能异常等（Jensen，2003）。如果没有预先进行铁螯合剂治疗，心肌铁负荷风险会随着输血量增多导致铁过载而增加（Jensen，2003；Buja，1971）。然而，肝脏铁浓度和肝外铁的关系因螯合治疗而变得复杂，铁最初在肝脏沉积，随后在心脏，但在螯合治疗后，铁从肝脏清除速率较心脏快（Noetzli，2008；Anderson，2004），从而导致接受螯合治疗的同时，一方面，肝脏铁高浓度增加了心脏铁超负荷的风险，测量肝脏铁浓度不能预测心肌铁是否过载并作为确定心脏风险指标；另一方面，在肝脏铁浓度得到很好控制的情况下，在部分病人中仍能发现心肌铁过载。

在目前治疗中，体内铁增加还是降低了？

肝脏铁浓度是体内铁负荷最可靠的指标，依据下面的公式：总的体内储存铁（mg/kg体重）=肝脏铁浓度（mg/g干重）× 10.6（Angelucci，2000）。连续肝脏铁浓度的测定是确定体内铁随时间变化的最好方式。尽管血清铁蛋白的测定很简单、成本不高，且可以频繁测定，但当病人的血清铁蛋白水平偏离期待趋势时，如可疑合并有肝炎、使用螯合治疗有变化或不确定的反应时，应该考虑测定肝脏铁浓度，通过这种方法可以降低螯合治疗不足或过量的风险。因为血清铁蛋白和铁平衡的关系不确定，当应用新的螯合治疗时测定肝脏铁浓度可能更有用。当血清铁蛋白处于高水平（﹥ 4000μg/L）时，与肝脏铁浓度不呈线性关系。在开始治疗的6～12个月间，病人的肝脏铁浓度可表现出下降（消极铁平衡），而血清铁蛋白没有明确的变化趋势；在数月后，当血清铁蛋白开始下降时，肝脏铁浓度的变化能鉴别目前治疗是否充分或需要调整（增加频率或力度、增加剂量或改变方案）。

2.测量肝脏铁浓度的方法

最初测定肝脏铁浓度的方法是通过肝组织活检（新鲜、固定或石蜡包埋后脱蜡）（表3-3）。组织活检为侵入性，需有经验的医师操作，可减少并发症（Angelucci，1997）。但是，当样本大小不足（4mg干重或2.5cm长）或铁分布不均，尤其是有肝硬化的时候（Villeneuve，1996），可能会导致结果出现误差。组织活检能可靠评估肝组织情况，这是非侵入性方法达不到的。试验标准并不重要，因为不同的实验室标准不同，例如干湿重的比率等，也就意味着不同实验室的结果是不相等的。

超导量子干涉仪的特性决定了肝脏的顺磁性与肝脏铁浓度成正比（Brittenham，1993）。目前该技术需要用到液态氦，液态氦价格昂贵。此外，超导量子干涉仪需要在远离顺磁力的环境中运行（比如升降机、汽车），要求严苛，难以实现，鉴于上述原因，超导量子干涉仪不太可能被普遍采用，且并非所有的超导量子干涉仪的设置会采用一致的标准。因此，当我们比较来自不同中心的结果时，除非有关的机器已经交叉验证，否则必须谨慎地解释结果。

磁共振成为目前测定肝脏铁浓度最广泛使用的方法。首个通过对比肝脏或心脏与骨骼肌信号的技术，尽管不会导致铁沉积（Jensen，1994），但是由于被其他更好的方法取代，所以当前并未广泛采用。目前所采用的MRI技术的基本原理是当射频磁场脉冲施加于组织（例如肝或心肌），质子消耗能量，改变自旋方向，最后放松返回其原来的状态。通过自旋回波，脉冲后的原子核需要时间放松回到原来状态所消耗的时间称为“弛豫时间”，“弛豫时间”在纵向平面T₁和横向平面T₂的值表示为弛豫率：R₁速率（与1/T₁相同）和R₂速率（与1/T₂相同）。该原理的变型是梯度回波技术，通过对用于自旋回波的射频脉冲施加一个强梯度磁场来实现。这比自旋回波技术更依赖于多个回波在较短的采集时间周期比。较短的采集可提高灵敏度，并且可以被T₂（毫秒）测量，其中1/T₂^* = 1/T₂ + 1/T₂^’，T₂是组织松弛时间，T₂^’是组织的磁性不均匀性。重要的一点是，组织铁浓度并非与T₂^*或T₂成线性相关，而是与1/T₂^*或1/T₂（R₂^*或R₂）成线性相关。梯度和自旋回波技术都已应用于临床。T₂^*（或R₂^*）可以用一个屏气来实现，而T₂或R₂需要一点时间来采集数据。适宜的MRI扫描仪厂家有：西门子（德国埃尔兰根）、通用电器医疗保健（密尔沃基，WI，USA）和飞利浦医疗保健等。以上扫描仪得到的磁场的强度单位为特斯拉（T）。大多数的成像可由1.5T机来完成，而3T机可提供更好信噪比的信号。然而，3T机具有更大的敏感性假象，最大可检测铁电平也被减半（对很多病人来说过低）（Wood，2008；Storey，2007）。目前只有1.5T机基于标准化的验证程序有可靠的精确度和准确度，并获得广泛应用。具备这些软件的MRI仪器里包含有肝包（包括标准序列和数据分析）。肝脏铁浓度专业分析软件也可单独购买。

值得注意的是，不同MRI技术并不能等同，至少目前其校正和实践的方式各有差异。首个被广泛使用的技术是T₂^*技术（Anderson，2001），肝活检可采用该方法，但由于回声时间长（TE 2.2～20.1毫秒）及多屏气的采集等因素，加上各类机型标准不一，且估值为肝脏铁浓度的1/2，因此，该方法会低估肝脏的铁浓度（Garbowski，2009）。基于R₂的Ferriscan技术似乎具有可接受的线性度，其重复性达到约30mg/g干重肝脏铁浓度值（St Pierre，2005），并以﹥ 85%的平均灵敏度和﹥ 92%最高特异性为15mg/g干重的肝脏铁浓度在欧盟和美国注册。对于Ferriscan校准，MRI机器必须使用本公司提供的幻影软件，而采集的数据通过网络由专用Ferriscan软件分析（payment per scan analyzed），这个技术最大的优点是，它不需要特别训练，只要该中心有最新的MRI机器即可（见表3-3）。

（三）心肌铁估算：T₂^*和其他工具

心脏磁共振成像的物理原理与肝脏相同（见上面），并且面临的额外挑战是测量物心肌的移动性。T₂^*（或R₂^*）技术比T₂或R₂具有优势，需要的采集时间较短，可在一个屏气之内完成（Kirk，2010）。心肌MRI T₂的效果最初是建立在左心室射血分数降低的病人缩短T₂^*值﹤20毫秒的基础上（Anderson，2001）。最近生化测定心肌铁含量和心肌T₂^*的关系已经通过尸检心肌材料证实（Carpenter，2011）。严重心功能衰竭的10例病人死后平均心肌铁为5.98mg/g干重（3.2～9.5mg/g），该水平在肝脏中不被视为有害。心肌铁浓度（MIC）与T₂^*的关系：MIC（mg/g干重）= 45x（T₂^*ms）^ − 1.22（Kirk，2009b）。小于10毫秒时，这些非线性关系的mT^*变化不大，表明MIC变化相对较大。T₂^*值小于10毫秒时会增加心率衰竭发生的风险，在接下来的12个月内发生心衰的几率增加了160倍（Kirk，2009b）。当T₂在8～10毫秒，6～8毫秒和小于6毫秒时，未来12个月里病人发生心力衰竭的比例分别为18%、31%和52%。这些风险来自病人的螯合疗法，在定期服用螯合剂病人脑卒中风险可能较低。例如，在最近的一项前瞻性研究中，重症心肌铁负荷（T₂^*值小于10毫秒）的病人同时服用地拉罗司（DFX）和去铁胺（DFO）联合治疗2年，无一例发生心脏衰竭（Ayidinok，2014）。

在已经过验证T₂^*方法的中心，T₂^*值对确定患LVEF高风险的预测有一定价值，从而在发生心衰之前进行有针对性的强化治疗。最近一个报告支持了T₂^*检测的价值，该报告中一组MT病人使用T₂^*连续检测10年，其中铁介导的心肌病不再是死亡的主要原因，在过去的10年里，T₂﹤20毫秒病人的比例从60%下降到1%（Thomas，2010），替代因素，如提高螯合物也可能与这个结果有关。现已在国际上建立了T₂^*监测和验证机制（Kirk，2010），并且作为推荐为多次输血病人每年监测心肌铁负载风险的一部分。非常重要的是，在指定的中心进行测量的方法必须进行独立验证和校准，否则，可能不利于对心脏衰竭预后评估。表3-4总结了使用MRIT₂^*检测铁超负荷的优缺点。

（四）心脏功能

LVEF连续监测可鉴定可能发生心衰的高风险病人（Davis，2004；Davis，2001），当LVEF低于参考值时，平均3～5年内发生心衰和死亡的风险可增加35倍，可采用螯合疗法。这种方法需要重复测定射血分数（如MUGA或MRI），采用超声心动图进行评估需过于依赖操作者的技术，因此，在射血分数降低之前，我们需要明确病人处于高风险，心肌MRI T₂^*检查能做到这一点，并有预测功能（见上文本章第（三）节心肌铁估算：T₂^*和其他工具），然而，只有T₂^*的子集的值在10～20毫秒之间或者T₂^*小于10毫秒时才能说明心脏功能异常。射血分数的连续监测可识别哪个病人的左心室功能发生代偿处于高风险状态，需要非常密集的螯合疗法，见下文。

（五）其他器官功能和铁介导损伤监测

器官功能作为铁过载损伤的标志监测将在其他章节充分讨论。一般来说，当确诊糖尿病、甲状腺功能减退、性腺功能增强或减退（HH）时，已经有了不可逆损伤，焦点则变成激素替代，这些都是后期影响，而螯合疗法则是为了防止以上损伤。铁过载的病人必须监测性腺功能是否发生增强或低下（生长和性腺发育及HH的生化标志物）、是否患有糖尿病（每年OGTT）和甲状腺功能减退及亢进等。最新的方法是把MRI作为检测内分泌系统铁介导破坏风险的手段。早期研究表明，MRI表现（垂体损耗量）和垂体损伤生化标志物之间有密切关系（Chatterjee，1998）。随着MRI技术的进步，也可评估其他内分泌器官（Wood，2007）。另外，心脏铁沉积和内分泌组织的铁沉积之间具有密切相关性，如垂体和胰腺（Noetzli，2009；Au，2008）。该结果支持心脏和内分泌系统NTBI吸收机制的通路相同，一旦铁从肝脏溢出，心脏和内分泌系统共同承担临床风险。

（六）24小时尿铁估算

尿铁排泄量的测量用于评估去铁胺（50%经尿排出）及去铁酮（80%经尿排出）的去铁效果（Pippard，1982），但不能评估地拉罗司治疗的效果，因为其几乎所有的铁都由粪便排泄。尿铁也被用于与含有去铁酮（DFP）组合和单一治疗的效果比较（Aydinok，2012a；Mourad，2003）。每天铁排泄的固有变异性需重复测定，但并非常规监测手段。

（七）等离子非转铁蛋白结合的铁和不稳定血浆铁

离子铁，即未结合到转铁蛋白的铁离子（NTBI）被认为是铁分布到肝及重型地中海贫血病人肝外铁超负荷的主要途径，NTBI水平可能与这些组织损伤的风险相关。该指标可通过直接使用螯合捕获方法直接估算NTBI，接着通过HPLC（Singh，1990）或者比色分析（Gosriwatana，1999），或者间接地通过不稳定物种氧化，例如在不稳定血浆铁中测试（Zanninelli，2009；Cabantchik，2005）。LPI测定法一个潜在的优点是它能在血浆中测量铁螯合剂（Zanninelli，2009）。虽然有些调查发现NTBI（Piga，2009）和LPI（Wood，2011）的心脏铁和螯合物的标志物有松动，但迄今为止还没有足够准确的测量方法被推荐在临床上用于预测心脏风险。部分原因可能是因为NTBI和LPI非常不稳定，在铁螯合剂被清除后（Zanninelli，2009）迅速回复甚至上升（Porter，1996）。虽然NTBI松散与铁过载有关，它同时也受其他因素影响，如无效生成的红细胞，输液周期的相位，输血（Porter，2011）增加了解释的复杂性（Hod，2010）。同时，我们并不清楚何种方法评估心肌摄取铁最有效。因此，虽然NTBI或LPI的测量已经被证明是一种用于评估按合计与血浆铁池交互的有用工具，但它作为常规治疗或预后的指导价值还未完全明确。