Urheilijan rautatase

Artikkeli käy läpi rautataseen arviointimenetelmät, raudanpuutteen diagnostiikan ja ennalta ehkäisyn.

rauta Fe

  1. Johdanto
  2. Plasman rauta-aineenvaihdunta
  3. Transferriinireseptori
  4. Rautataseen arviointimenetelmät
    1. Veren hemoglobiini
    2. Seerumin rauta
    3. Seerumin ferritiini
      1. Urheilijan ferritiini
      2. Matalan ferritiinipitoisuuden insidenssi urheilijoilla
      3. Ferritiinimäärityksen heikkoudet
    4. Transferriinireseptori ja transferriinireseptori-ferritiini-indeksi

1. Johdanto

Elimistön raudasta 80 % on toiminnallista (hemoglobiinissa 70 %, myoglobiinissa 10 % ja entsyymeissä < 1%) ja 20 % varastorautaa (ferritiiniä ja hemosideriiniä). Rautavarastot pysyvät suhteellisen pieninä koko lapsuuden ajan ja pienenevät vähimmilleen murrosiän voimakkaan kasvun aikana. Tämän jälkeen nuoret miehet kasvattavat rautavarastojaan nopeasti. Naisilla rautavarastojen määrä pysyy lapsuuden tasolla. Tämä johtuu mm. vähäisemmästä energian kulutuksesta sekä kuukautisten aiheuttamasta säännöllisestä veren menetyksestä, mikä keskimäärin kaksinkertaistaa raudan menetyksen miehiin verrattuna.

Raudan fysiologinen poistuma elimistöstä ilman verenvuotoa on vähäinen: rautaa menetetään ihon, suolen ja virtsateiden solujen hilseilyn myötä noin 0.5-1.0 mg vuorokaudessa (Siimes ja Punnonen 2000).

Raudan hyväksikäyttöön ruoasta vaikuttaa pääasiassa raudan imeytyminen, sillä raudan eritystä ei säädellä. Imeytyminen saattaa eri tekijöiden vaikutuksesta vaihdella alle yhdestä prosentista yli 50 prosenttiin keskimääräisen raudan imeytymisen ollessa hedelmällisessä iässä olevilla naisilla noin 13 % ja miehillä noin 6 % (Mutanen ja Voutilainen 1999). Yksilön rautastatus vaikuttaa imeytymistehokkuuteen, mikä on yhteydessä raudan imeytymisen säätelyyn.Raudan puutoksessa imeytymistehokkuus on keskimäärin 10-20 % (Mutanen ja Voutilainen 1999). Raudan imeytymiseen vaikuttavat raudan kemiallinen muoto ruoassa sekä ravinnon muut komponentit.

Ruoassa rauta on joko hemirautana tai ei-hemirautana. Liha ja kala sisältävät hemirautaa, joka on sitoutuneena porfyriinirenkaaseen ja jota ruokavalion kokonaisraudasta on noin 25 %. Hemirauta imeytyy yleensä 15-35-prosenttisesti ja sen hyväksikäytettävyyden on arvioitu olevan 2-3 kertaa ei-hemirautaa parempi (Mutanen ja Voutilainen 1999). Kasvikunnan tuotteissa ja maitovalmisteissa olevan rauta on muuna kuin hemirautana, enimmäkseen rautasuoloina. Yleisesti ottaen ei-hemiraudan liukenevuuteen ohutsuolessa vaikuttaa aterian koostumus eli ravinnon muut komponentit (taulukko 1).

Taulukko 1. Ruoan komponenttien vaikutus nonhemiraudan ja hemiraudan imeytymiseen.

Vaikutus on suurempi pieniä välipaloja nauttiessa

Ruoka-aine/vaikuttava yhdiste Nonhemirauta Hemirauta  
Kasvikunnan tuotteet, C-vitamiini P P/- Fe3+->Fe2+
      C-vitamiini vähentää Fytaattien ja polyfe-nolien imeytymistä
Liha, kala/kysteiini P P Kysteiini kelatoi Raudan Fe2+-muotoon
Musta tee, yrttitee, kaakao, punaviini/polyfenolit H - Teen juonti veden sijaan aterian yhtey-dessä vähentää raudan imeytymistä 10 %:sta 2,5 %:iin
Vilja, soija, palkovilja/fytaatit H - Fytaatit, hajoavat viljan hapatuksen tai palko-viljan idätyksen/ liotuksen aikana
      Soijan fytiinihapon poistaminen lisää raudan imeytymisen 4-5-kertaiseksi
Maito/epäorgaaninen kalsium H -  
Kananmuna, soija/ ruoansulatuksen aikana muodostuvat peptidit H - Peptidit kompleksoivat raudan imeytymättömään muotoon

P = parantaa imeytymistä; H = heikentää imeytymistä; - = ei vaikutusta imeytymiseen.

Rauta esiintyy vesiliuoksessa kahdessa eri hapetusasteessa, ferro (Fe2+) ja ferrimuodossa (Fe3+), jotka herkästi muuttuvat toisikseen. Ferro-muodossa oleva rauta on liukoisempi pohjukaissuolen neutraalissa ja alkalisessa pH:ssa.

Murrosikäisillä tytöillä hormonaaliset muutokset ja kasvun kiihtyminen alkavat samanaikaisesti. Nämä yhdessä myöhemmin alkavien kuukautisvuotojen kanssa lisäävät raudan tarvetta ja saattavat johtaa raudanpuutteeseen. Lievä raudanpuute saattaa muodostua pitkäaikaiseksi tilaksi, jos kuukautisvuoto on runsasta.

Pojilla hormonaaliset muutokset alkavat ensin, ja niitä seuraa vasta pari vuotta myöhemmin kasvun nopea kiihtyminen, johon liittyy myös lihasmassan kasvun. On arvioitu, että pojilla nopeimman kasvun vuotena raudantarve suurenee keskimäärin 2 ½-kertaiseksi (Siimes ja Punnonen 2000).

Noin puolelle terveistä pojista kehittyy lyhytaikaisesti raudanpuutetta, josta viitteenä seerumin ferritiinin pitoisuus pienenee. Liikunta voi lisätä raudan tarvetta, sillä rautaa tarvitaan kasvavan hemoglobiini- ja myoglobiinimäärän tarpeisiin, ja raudan hukka voi lisääntyä. Useat tutkimukset ovat osoittaneet pitkäkestoisten juoksusuoritusten aiheuttavan gastrointestinaalisia rautahäviöitä (ks. Weight ja Noakes 1994). Rautaa voidaan menettää myös virtsaan ("juoksijan hematuria").

Two hours later, the elation had worn off. I was urinating quite large clots of blood, and I was vomiting black mucus and had black diarrhea. I don't think too many people can understand what I went through for the next 48 hours. 

- Maratoonari Derek Clayton ME-juoksun jälkeen.

2. Plasman rauta-aineenvaihdunta

Transferriini on keskeisin rautaa plasmassa kuljettava valkuainen. Sen päätehtävänä on kuljettaa rautaa retikuloendoteliaalijärjestelmästä luuytimeen. S-TIBC eli total iron-binding capacity kuvaa transferriinin kokonaisraudansitomiskykyä plasmassa. Terveen henkilön elimistö pyrkii pitämään plasman rautakyllästyneisyyden 30-35 %:ssa TIBC:stä. Raudanpuutteessa plasman rautakyllästyneisyys vähenee.

Kun rautakyllästyneisyys on alle 20 % ja erityisesti vähemmän kuin 16 %, syntyvät punasolut ovat raudanpuutteisia (Siimes ja Punnonen 2000). Jos tällainen tilanne jatkuu pitkään, se alkaa heijastua punasolujen keskimääräisen koon (E-MCV) pienentymisenä, protoporfyriinin kertymisenä punasoluihin ja hemoglobiinin pitoisuuden pienenemisenä.

Plasmassa on myös pieniä määriä ferritiiniä. Sen pitoisuus on riippuvainen rautavarastojen määrästä. Ferritiiniä muodostuu mm. maksassa ja pernassa 24 apoferritiiniyksiköstä, jotka voivat sitoa rautaa noin 25 % molekyylipainostaan. Se on rakenteeltaan pallo, jonka sisälle varastoituu rautaa.

3. Transferriinireseptori

Raudan ja transferriinin kompleksi siirtyy verenkierrosta punasolujen esiasteisiin solun pinnan dimeerirakenteisen transferrireseptorien välityksellä. Yksi transferriinimolekyyli voi sitoa kaksi rauta-atomia. Transferriinireseptoridimeerin molemmat puoliskot taas voivat kumpikin sitoa yhden transferriinimolekyylin. Punasolujen kypsyessä transferriinireseptorin solukalvon ulkopuolinen osa irtoaa ja kulkeutuu verenkiertoon. Kypsissä punasoluissa ei transferriinireseptoria enää ole. Plasman transferriinipitoisuudet ovat luokkaa mg/l, siis huomattavasti suuremmat kuin esimerkiksi ferritiinin pitoisuudet, jotka ovat luokkaa mcg/l.

4. Rautataseen arviointimenetelmät

4.1. Veren hemoglobiini

Veren hemoglobiini (B-Hb) on orientoiva tutkimus anemiadiagnostiikassa.

Viitearvot* ovat naisille 120-150 g/l ja miehille 130-170 g/l. Aikuisen miehen katsotan olevan aneeminen, mikäli hänen hemoglobiinipitoisuutensa on alle 135 g/l, ja nainen aneeminen, jos hänen hemoglobiiniarvonsa on alle 125 g/l (Nousiainen 2000).

Kestävyysharjoittelu suurentaa veren kokonaistilavuutta, punasolu- ja plasmatilavuutta sekä hemoglobiinin kokonaismäärää. Punasolun tilavuuden kasvun lisäksi myös plasmatilavuus suurenee kestävyysharjoittelun myötä.

Plasma- ja punasolutilavuudet voivat kasvaa yhtä paljon, jolloin hemoglobiinipitoisuus tai hematokriitti (punaisten verisolujen tilavuusosuus) ei muutu. Kovan harjoituksen myötä kuitenkin plasmatilavuus suurenee suhteellisesti enemmän ja veren hemoglobiinipitoisuus pienenee.

Urheilijoilla usein havaittuja pienehköjä hemoglobiiniarvoja kutsutaan urheilijan anemiaksi. Miesurheilijoilla raudanpuuteanemian insidenssi on hieman suurempi kuin "tavallisessa" väestössä, mutta naisurheilijoilla anemian insidenssi ei ole suurempi kuin liikuntaa harrastamattomilla naisilla. Niinpä termi "urheilijan anemia" on hieman harhaanjohtava. Urheilijan pienehköt hemoglobiiniarvot saattavat edellä kuvatun laimenemisen takia aiheuttaa melkoisia erotusdiagnostisia ongelmia. Hemoglobiini yksin käytettynä on rautataseen mittarina epäluotettava.

Laboratorioiden rutiininomaisesti ilmoittamat viiterajat tuotetaan tavallisesti terveiden henkilöiden väestöotoksesta. Viiterajat ovat yleensä tulosten jakauman 2,5 %:n ja 97,5 %:n rajoja. Mikäli prosenttirajoja ei ole erikseen ilmoitettu, tulee viiterajat käsittää viitejakauman 2.,5 %:n ja 97,5 %:n rajoiksi. Periaatteena on tällöin, että satunnaisesti valitulla terveellä henkilöllä on 95 %:n todennäköisyys saada viitevälille jäävä tulos.

4.2. Seerumin rauta

Yleisin syy seerumin rautatason laskuun on elimistön raudan puute. Lievän raudanpuutteen osoittamiseen rautamääritys ei ole kuitenkaan herkkä (Icen ja Katajamäki 2000b). Lisäksi seerumin rautapitoisuus vaihtelee huomattavasti. Muutamassa minuutissa voi tapahtua yli 20 % muutos ja päivittäiset vaihtelut voivat olla 100 % luokkaa (Marshall 2000).

4.3. Seerumin ferritiini

Seerumin ferritiinipitoisuudella (S-Ferrit) ja elimistön rautavarastoilla on suora korrelaatio. Karkeasti voidaan arvoida, että seerumin ferritiinin pitoisuusalueella 12-200 g/l, 1 g/l vastaa n. 8 mg varastorautaa (Icen ja Katajamäki 2000a). Rautavarastojen vähentyessä seerumin ferritiinin pitoisuus laskee päätyen tasolle noin 12 g/l kun rautavarastot ovat tyhjät. Ferritiinimäärityksellä voidaan näin ollen osoittaa vielä latentti raudanpuute. Alentuneet arvot ilmaisevat elimistön rautavaraston vähyyttä jo ennen kuin puute on johtanut raudanpuuteanemian ilmaantumiseen. Seerumin ferritiini on käyttökelpoisin yksittäinen elimistön rautavarastojen määrää kuvastava tutkimus. Viitearvot ovat naisille 6-160 g/l ja miehille 28-400 g/l (Icen ja Katajamäki 2000a).

4.3.1. Urheilijan ferritiini

Miesurheilijoilla keskimääräisen seerumin ferritiinipitoisuuden on raportoitu vaihtelevan arvosta 41 g/l (Clement ym. 1977) arvoon 256 g/l (Ehn ym. 1980). Korkeimmat keskimääräiset arvot (422 g/l) on havaittu ammattipyöräilijöillä (Guglielmini ym. 1989).

Naisjuoksijoilla ferritiinipitoisuudet ovat vaihdelleet arvosta 18 g/l (Colt ja Heyman 1984) arvoon 45 g/l (Weight ym. 1992). Tosin Matter ym. (1987) ja Steenkamp ym. (1986) ovat tallentaneet naismaratonaareilla huomattavasti suurempia arvoja (yli 120 g/l). Naisuimareilla keskimääräinen ferritiinipitoisuus oli eräässä tutkimuksessa 59 g/l (Pelliccia ja Di Nucci 1987) ja naishiihtäjillä 76 g/l (Pakarinen 1980).

Vertailun vuoksi mainittakoon, että normaalissa amerikkalaisessa väestössä keskimääräinen ferritiinipitoisuus on 28 g/l. Taulukossa 2 esitellään eri urheilulajien edustajien keskimääräisiä hematologisia arvoja.

Taulukko 2. Eri urheilulajien edustajien keskimääräisiä hematologisia arvoja. (HctHunding ym. 1981)

Koehenkilöt Hb (g/l) MCV (fg/l) SF (g/l) % sat Tutkimus  
8 M juoksijaa 145 45.0 93.0      
35 M eliittijuoks. 148 41.8 87.6 41.1 24.3 Clement ym. 1977
6 F maratoonaria 137 39.0   124.0 35.8 Steenkamp ym. 1986
11 M uimaria 147 42.8   20.8 38.8 Ehn ym. 1980
35 F uimaria 140 44.2 91.2 58.7 32.3 Pellicia ym. 1987
40 M propyöräil. 142 40.7   422   Guglielmini ym. 1989
13 F jääkiekkoil. 141 41.2   23.5   Diehl ym. 1986

Hb = hemoglobiini; Hct = hematokriitti (ilmaisee punasolujen tilavuusosuuden prosentteina koko verimäärästä; MCV = punasolujen keskitilavuus; SF = seerumin ferritiini; % sat = transferriininsaturaatioprosentti; M = mies; F = nainen.

4.3.2. Matalan ferritiinipitoisuuden insidenssi urheilijoilla

Miehet

Keski- ja pitkänmatkanjuoksijoilla matalan ferritiinipitoisuuden (alle 12 g/l) insidenssiksi on raportoitu n. 8-9 % (Balaban ym. 1989; Weight ym. 1992). Saksalaisista eliittijuoksijoista 8 %:lla ferritiinipitoisuus oli alle 20 g/l (Du Faux ym. 1981) ja 22 %:lla kilpahiihtäjistä ferritiinipitoisuus oli alle 28 g/l (Haymes ym. 1986).

Naiset

Amerikkalaisilla pitkänmatkanjuoksijoilla matalan ferritiinipitoisuuden insidenssi on vaihdellut 9 %:sta (alle 12 g/l) 82 %:iin (alle 25 g/l) (Weight ja Noakes 1994). Lampe ym. (1986) raportoivat ferritiinipitoisuuden olevan alle 20 g/l 33 %:lla naismaratoonareista. Naisjuoksijoista 17-25 %:lla on havaittu olevan tyhjät rautavarastot (ferritiini alle 12 g/l) (Balaban ym. 1989; Weight ym. 1992).

4.3.3. Ferritiinimäärityksen heikkoudet

On syytä tietää, että ferritiinipitoisuus kohoaa mm. tulehdustaudeissa. Näissä tapauksissa voi vallita raudanpuute vaikka testi antaisikin normaalin tai jopa normaalia korkeamman tuloksen. Lisäksi on huomattava, että ferritiinipitoisuus ei aina anna oikeaa kuvaa toiminnallisen raudan määrästä. Näin on erityisesti tilanteissa, joissa varastot ovat fysiologisesti matalat, kuten urheilijoilla. Tämän vuoksi on lisäinformaation saamiseksi usein aiheellista määrittää rinnan myöskin seerumin liukoinen transferriinireseptori (S-sTrfR), jolloin voidaan laskea näiden suhde (S-sTrfR/S-Ferrit-indeksi), joka antaa lisäinformaatiota.

4.4. Transferriinireseptori ja transferriinireseptori-ferritiini-indeksi

Sekä transferriinireseptorin että ferritiinin synteesinopeuksien säätelyyn vaikuttaa keskeisesti solun sisältämän raudan määrä. Rautapitoisuuden alentuessa kiihtyy transferriinireseptorin synteesi ja ferritiinin hidastuu. Rautapitoisuuden kohotessa muutoksen ovat päinvastaiset. Koehenkilöillä suoritetuissa kokeissa, joissa elimistön rautavarastoja asteittain vähennettiin toistuvilla venesektioilla, todettiin, että seerumin ferritiini laski progressiivisesti vakiintuen tasolle 12 g/l, kun rautavarastot olivat tyhjät. Tässä vaiheessa hemoglobiini oli vielä normaalitasolla samoin kuin transferriinireseptorinkin taso. Venesektiota jatkettaessa reseptorin pitoisuudet alkoivat progressiivisesti kohota toiminnallisen raudan vähetessä. Hemoglobiinin lasku oli todettavissa vasta kun reseptorin pitoisuudet olivat nousseet kaksinkertaisiksi. MCV:ssä ei vielä tällöin ollut todettavissa merkitseviä muutoksia. Seerumin transferriinireseptoritaso on täten ilmeisen herkkä toiminnallisen raudan alenemisen indikaattori. Koska muutokset seerumin transferriinireseptorin ja ferritiinin pitoisuuksissa ovat vastakkaisia, on suositeltu niiden suhteen transferriinireseptori-ferritiini-indeksin (S-TfR/S-Ferrit) käyttöä. Tämä indeksi onkin osoittautunut selvästi yksittäisiä parametrejä herkemmäksi ja spesifisemmäksi indikaattoriksi rautataseen selvittelyssä. Määritykset soveltuvat hyvin myös tiloissa, joissa rautavarastot ovat fysiologisesti matalat, kuten esimerkiksi urheilijoilla. S-TfR:n pitoisuuksiin eivät infektiot tai muut tulehdukselliset tilat vaikuta. Viitearvot ovat miehille 0,5-1,2 ja naisille 0.5-1.8 (Icen ja Katajamäki 2000c).