Высокое сопротивление к железу: Таблица удельных сопротивлений проводников. Таблица удельных сопротивлений металлов.

Содержание

Удельное сопротивление железа, алюминия и других проводников

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует заботиться о минимизации потерь, происходящих от преодоления током сопротивления проводников, составляющих электрическую линию. Разумеется, это не значит, что подобные потери, происходящие уже конкретно в цепях и устройствах потребления, не играют роли.

Пожалуй, даже наоборот, но только в устройствах имеют значение не потери энергии как таковые, а другие эффекты, связанные с сопротивлением: нагревание проводников от активных сопротивлений, «размазывание» сигналов от паразитных реактивных сопротивлений. И их минимизация связана не с экономическим последствием потери энергии, а с правильной работой и работоспособностью электрических и электронных схем. Потому что в компактных устройствах большую роль играет защита от перегрева схем или отдельных высокоинтегрированных компонент, а не потеря энергии, которая в абсолютном выражении в общем-то невелика. И вообще, оплачивается потребителями.

Поэтому важно знать параметры всех используемых элементов и материалов. И не только электрические, но и механические. И иметь в распоряжении какие-то удобные справочные материалы, позволяющие сравнивать характеристики разных материалов и выбирать для проектирования и работы именно то, что будет оптимальным в конкретной ситуации.

В линиях передачи энергии, где задачей ставится наиболее продуктивно, то есть с высоким КПД, довести энергию до потребителя, учитывается как экономика потерь, так и механика самих линий. От механики — то есть устройства и расположения проводников, изоляторов, опор, повышающих/понижающих трансформаторов, веса и прочности всех конструкций, включая провода, растянутые на больших расстояниях, а также от выбранных для выполнения каждого элемента конструкции материалов, зависит и конечная экономическая эффективность линии, ее работы и затрат на эксплуатацию. Кроме того, в линиях, передающих электроэнергию, более высоки требования на обеспечение безопасности как самих линий, так и всего окружающего, где они проходят. А это добавляет затрат как на обеспечение проводки электроэнергии, так и на дополнительный запас прочности всех конструкций.

Для сравнения данные обычно приводятся к единому, сопоставимому виду. Зачастую к таким характеристикам добавляется эпитет «удельный», а сами значения рассматриваются на неких унифицированных по физическим параметрам эталонах. Например, удельное электрическое сопротивление — это сопротивление (ом) проводника, выполненного из какого-то металла (меди, алюминия, стали, вольфрама, золота), имеющего единичную длину и единичное сечение в используемой системе единиц измерения (обычно в СИ).  Кроме того, оговаривается температура, так как при нагревании сопротивление проводников может вести себя по-разному. За основу берутся нормальные средние условия эксплуатации — при 20 градусах Цельсия. А там, где важны свойства при изменении параметров среды (температуры, давления), вводятся коэффициенты и составляются дополнительные таблицы и графики зависимостей. 

Виды удельного сопротивления

Так как сопротивление бывает:

  • активное — или омическое, резистивное, — происходящее от затрат электроэнергии на нагревание проводника (металла) при прохождении в нем электрического тока, и
  • реактивное — емкостное или индуктивное, — которое происходит от неизбежных потерь на создание всякими изменениями тока, проходящего через проводник электрических полей, то и удельное сопротивление проводника бывает двух разновидностей:
  1. Удельное электрическое сопротивление постоянному току (имеющее резистивный характер) и
  2. Удельное электрическое сопротивление переменному току (имеющее реактивный характер).

Здесь удельное сопротивление 2 типа является величиной комплексной, оно состоит из двух компонент ТП — активной и реактивной, так как резистивное сопротивление существует всегда при прохождении тока, независимо от его характера, а реактивное бывает только при любом изменении тока в цепях. В цепях постоянного тока реактивное сопротивление возникает только при переходных процессах, которые связаны с включением тока (изменение тока от 0 до номинала) или выключением (перепад от номинала до 0). И их учитывают обычно только при проектировании защиты от перегрузок.

В цепях же переменного тока явления, связанные с реактивными сопротивлениями, гораздо более многообразны. Они зависят не только от собственно прохождения тока через некоторое сечение, но и от формы проводника, причем зависимость не является линейной.

Дело в том, что переменный ток наводит электрическое поле как вокруг проводника, по которому протекает, так и в самом проводнике. И от этого поля возникают вихревые токи, которые дают эффект «выталкивания» собственно основного движения зарядов, из глубины всего сечения проводника на его поверхность, так называемый «скин-эффект» (от skin — кожа). Получается, вихревые токи как бы «воруют» у проводника его сечение. Ток течет в некотором слое, близком к поверхности, остальная толщина проводника остается неиспользуемой, она не уменьшает его сопротивление, и увеличивать толщину проводников просто нет смысла. Особенно на больших частотах. Поэтому для переменного тока измеряют сопротивления в таких сечениях проводников, где все его сечение можно считать приповерхностным. Такой провод называется тонким, его толщина равна удвоенной глубине этого поверхностного слоя, куда вихревые токи и вытесняют текущий в проводнике полезный основной ток.

Разумеется, уменьшением толщины круглых в сечении проводов не исчерпывается эффективное проведение переменного тока. Проводник можно утончить, но при этом сделать его плоским в виде ленты, тогда сечение будет выше, чем у круглого провода, соответственно, и сопротивление ниже. Кроме того, простое увеличение площади поверхности даст эффект увеличения эффективного сечения. Того же можно добиться, используя многожильный провод вместо одножильного, к тому же, многожилка по гибкости превосходит одножилку, что часто тоже бывает ценно. С другой стороны, принимая во внимание скин-эффект в проводах, можно сделать провода композитными, выполнив сердцевину из металла, обладающего хорошими прочностными характеристиками, например, стали, но невысокими электрическими. При этом поверх стали делается алюминиевая оплетка, имеющая меньшее удельное сопротивление.

Кроме скин-эффекта на протекание переменного тока в проводниках влияет возбуждение вихревых токов в окружающих проводниках. Такие токи называются токами наводки, и они наводятся как в металлах, не играющих роль проводки (несущие элементы конструкций), так и в проводах всего проводящего комплекса — играющих роль проводов других фаз, нулевых, заземляющих.  

Все перечисленные явления встречаются во всех конструкциях, связанных с электричеством, это еще более усиливает важность иметь в своем распоряжении сводные справочные сведения по самым разным материалам.

Удельное сопротивление для проводников измеряется очень чувствительными и точными приборами, так как для проводки и выбираются металлы, имеющие самое низкое сопротивление —порядка ом *10

-6 на метр длины и кв. мм. сечения. Для измерения же удельного сопротивления изоляции нужны приборы, наоборот, имеющие диапазоны очень больших значений сопротивления — обычно это мегомы. Понятно, что проводники обязаны хорошо проводить, а изоляторы хорошо изолировать.

Таблица

Железо как проводник в электротехнике

Железо — самый распространенный в природе и технике металл (после водорода, который металлом тоже является). Он и самый дешевый, и имеет прекрасные прочностные характеристики, поэтому применяется повсюду как основа прочности различных конструкций.

В электротехнике в качестве проводника железо используется в виде стальных гибких проводов там, где нужна физическая прочность и гибкость, а нужное сопротивление может быть достигнуто за счет соответствующего сечения.

 Имея таблицу удельных сопротивлений различных металлов и сплавов, можно посчитать сечения проводов, выполненных из разных проводников.

В качестве примера попробуем найти электрически эквивалентное сечение проводников из разных материалов: проволоки медной, вольфрамовой, никелиновой и железной. За исходную возьмем проволоку алюминиевую сечением 2,5 мм.

 

 

 

Нам нужно, чтобы на длине в 1 м сопротивление провода из всех этих металлов равнялось сопротивлению исходной. Сопротивление алюминия на 1 м длины и 2,5 мм сечения будет равно

, где R – сопротивление, ρ – удельное сопротивление металла из таблицы, S – площадь сечения, L – длина.

Подставив исходные значения, получим сопротивление метрового куска провода алюминия в омах.

После этого разрешим формулу относительно S

 , будем подставлять значения из таблицы и получать площади сечений для разных металлов.

Итак,

Так как удельное сопротивление в таблице измерено на проводе длиной в 1 м, в микроомах на 1 мм2 сечения, то у нас и получилось оно в микроомах. Чтобы получить его в омах, нужно умножить значение на 10-6. Но число ом с 6 нулями после запятой нам получать совсем не обязательно, так как конечный результат все равно находим в мм2.

  1. Медь              
  2. Вольфрам               
  3. Никелин               
  4. Железо               

Как видим, сопротивление железа достаточно большое, проволока получается толстая. 

Но существуют материалы, у которых оно еще больше, например, никелин или константан.

Похожие статьи:

Удельное электрическое сопротивление стали - таблицы при различных температурах

Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок в зависимости от температуры — в диапазоне от 0 до 1350°С.

В общем случае, удельное сопротивление определяется только составом вещества и его температурой, оно численно равно полному сопротивлению изотропного проводника, имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2.

Удельное электрическое сопротивление стали существенно зависит от состава и температуры. При повышении температуры этого металла увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, что создает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока через толщу сплава. Поэтому, с ростом температуры сопротивление стали увеличивается.

Изменение состава стали и процента содержания в ней легирующих добавок значительно сказывается на величине электросопротивления. Например, углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.

Углеродистые стали

Углеродистые стали при комнатной температуре, как уже было сказано, имеют низкое удельное электросопротивление за счет высокого содержания железа. При 20°С значение их удельного сопротивления находится в диапазоне от 13·10-8 (для стали 08КП) до 20·10-8 Ом·м (для У12).

При нагревании до температур более 1000°С способность углеродистых сталей проводить электрический ток сильно снижается. Величина сопротивления возрастает на порядок и может достигать значения 130·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление углеродистых сталей ρэ·108, Ом·м
Температура, °С Сталь 08КП Сталь 08 Сталь 20 Сталь 40 Сталь У8 Сталь У12
0 12 13,2 15,9
16
17 18,4
20 13 14,2 16,9 17,1 18 19,6
50 14,7 15,9 18,7 18,9 19,8 21,6
100 17,8 19 21,9 22,1 23,2 25,2
150 21,3 22,4 25,4 25,7 26,8 29
200 25,2 26,3 29,2 29,6 30,8 33,3
250 29,5 30,5 33,4 33,9 35,1 37,9
300 34,1 35,2 38,1 38,7 39,8 43
350 39,3 40,2 43,2 43,8 45 48,3
400 44,8 45,8 48,7 49,3 50,5 54
450 50,9 51,8 54,6 55,3 56,5 60
500 57,5 58,4 60,1 61,9 62,8 66,5
550 64,8 65,7 68,2 68,9 69,9 73,4
600 72,5 73,4 75,8 76,6 77,2 80,2
650 80,7 81,6 83,7 84,4 85,2 87,8
700 89,8 90,5 92,5 93,2 93,5 96,4
750 100,3 101,1 105 107,9 110,5 113
800 107,3 108,1 109,4 111,1 112,9 115
850 110,4 111,1 111,8 113,1 114,8 117,6
900 112,4 113 113,6 114,9 116,4 119,6
950 114,2 114,8 115,2 116,6 117,8 121,2
1000 116 116,5 116,7 117,9 119,1 122,6
1050 117,5 117,9 118,1 119,3 120,4 123,8
1100 118,9 119,3 119,4 120,7 121,4 124,9
1150 120,3 120,7 120,7 122 122,3 126
1200 121,7 122 121,9 123 123,1 127,1
1250 123 123,3 122,9 124 123,8 128,2
1300 124,1 124,4 123,9 124,6 128,7
1350 125,2 125,3 125,1 125 129,5

Низколегированные стали

Низколегированные стали способны чуть более сильно сопротивляться прохождению электричества, чем углеродистые. Их удельное электросопротивление составляет (20…43)·10-8 Ом·м при комнатной температуре.

Следует отметить марки стали этого типа, которые наиболее плохо проводят электрический ток — это 18Х2Н4ВА и 50С2Г. Однако при высоких температурах, способность проводить электрический ток у сталей, приведенных в таблице, практически не различается.

Удельное электрическое сопротивление низколегированных сталей ρэ·108, Ом·м
Марка стали 20 100 300 500 700 900 1100 1300
15ХФ 28,1 42,1 60,6 83,3
30Х 21 25,9 41,7 63,6 93,4 114,5 120,5 125,1
12ХН2 33 36 52 67 112
12ХН3 29,6 67 116
20ХН3 24 29 46 66 123
30ХН3 26,8 31,7 46,9 68,1 98,1 114,8 120,1 124,6
20ХН4Ф 36 41 56 72 102 118
18Х2Н4ВА 41 44 58 73 97 115
30Г2 20,8 25,9 42,1 64,5 94,6 114,3 120,2 125
12МХ 24,6 27,4 40,6 59,8
40Х3М 33,1 48,2 69,5 96,2
20Х3ФВМ 39,8 54,4 74,3 98,2
50С2Г 42,9 47 60,1 78,8 105,7 119,7 124,9 128,9
30Н3 27,1 32 47 67,9 99,2 114,9 120,4 124,8

Высоколегированные стали

Высоколегированные стали имеют удельное электрическое сопротивление в несколько раз выше чем углеродистые и низколегированные. По данным таблицы видно, что при температуре 20°С его величина составляет (30…86)·10-8 Ом·м.

При температуре 1300°С сопротивление высоко- и низко- легированных сталей становится почти одинаковым и не превышает 131·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление высоколегированных сталей ρэ·108, Ом·м
Марка стали 20 100 300 500 700 900 1100 1300
Г13 68,3 75,6 93,1 95,2 114,7 123,8 127 130,8
Г20Х12Ф 72,3 79,2 91,2 101,5 109,2
Г21Х15Т 82,4 95,6 104,5 112 119,2
Х13Н13К10 90 100,8 109,6 115,4 119,6
Х19Н10К47 90,5 98,6 105,2 110,8
Р18 41,9 47,2 62,7 81,5 103,7 117,3 123,6 128,1
ЭХ12 31 36 53 75 97 119
40Х10С2М (ЭИ107) 86 91 101 112 122

Хромистые нержавеющие стали

Хромистые нержавеющие стали имеют высокую концентрацию атомов хрома, что увеличивает их удельное сопротивление — электропроводность такой нержавеющей стали не высока. При обычных температурах ее сопротивление составляет (50…60)·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление хромистых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·м
Марка стали 20 100 300 500 700 900 1100 1300
Х13 50,6 58,4 76,9 93,8 110,3 115 119 125,3
2Х13 58,8 65,3 80 95,2 110,2
3Х13 52,2 59,5 76,9 93,5 109,9 114,6 120,9 125
4Х13 59,1 64,6 78,8 94 108

Хромоникелевые аустенитные стали

Хромоникелевые аустенитные стали также являются нержавеющими, но за счет добавки никеля имеют удельное сопротивление почти в полтора раза выше, чем у хромистых — оно достигает величины (70…90)·10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление хромоникелевых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·м
Марка стали 20 100 300 500 700 900 1100
12Х18Н9 74,3 89,1 100,1 109,4 114
12Х18Н9Т 72,3 79,2 91,2 101,5 109,2
17Х18Н9 72 73,5 92,5 103 111,5 118,5
Х18Н11Б 84,6 97,6 107,8 115
Х18Н9В 71 77,6 91,6 102,6 111,1 117,1 122
4Х14НВ2М (ЭИ69) 81,5 87,5 100 110 117,5
1Х14Н14В2М (ЭИ257) 82,4 95,6 104,5 112 119,2
1х14Н18М3Т 89 100 107,5 115
36Х18Н25С2 (ЭЯ3С) 98,5 105,5 110 117,5
Х13Н25М2В2 103 112,1 118,1 121
Х7Н25 (ЭИ25) 109 115 121 127
Х2Н35 (ЭИ36) 87,5 92,5 103 110 116 120,5
Н28 84,2 89,1 99,6 107,7 114,2 118,4 122,5

Жаропрочные и жаростойкие стали

По своим электропроводящим свойствам жаропрочные и жаростойкие стали близки к хромоникелевым. Высокое содержание в этих сплавах хрома и никеля не позволяет им проводить электрический ток, подобно обычным углеродистым с высокой концентрацией железа.

Значительное удельное электросопротивление и высокая рабочая температура таких сталей делают возможным их применение в качестве рабочих элементов электрических нагревателей. В частности, сталь 20Х23Н18 по своему сопротивлению и жаростойкости в некоторых случаях способна заменить такой популярный сплав для нагревателей, как нихром Х20Н80.

Удельное электрическое сопротивление жаропрочных и жаростойких сталей ρэ·108, Ом·м
Температура, °С 15Х25Т
(ЭИ439)
15Х28
(ЭИ349)
40Х9С2
(ЭСХ8)
Х25С3Н
(ЭИ261)
20Х23Н18
(ЭИ 417)
Х20Н35
0 106
20 75 80
100 97
200 98 113
400 102 105 120
600 113 115 124
800 122 121 128
900 123
1000 127 132

Источники:

  1. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  2. Физические величины. Справочник. Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

1.2.5. Свойства материалов высокого сопротивления

Материалы высокого омического сопротивления ( > 0,25 Ом  мм2/м) создают на основе металлов, образующих твердые растворы. В зависимости от назначения, к высокоомным сплавам предъявляют специальные требования, например: сплавы для образцовых сопротивлений должны иметь наименьшее значение термо-ЭДС в паре с медью; реостатные — малый температурный коэффициент электросопротивления и т.п. Кроме того, для многих случаев применения требуется технологичность сплавов — возможность изготовления из них тонкой гибкой проволоки.

Необходимо, чтобы сплавы, используемые для приборов широкого потребления — реостатов, электроплиток, электрических чайников, паяльников и т. п., имели невысокую стоимость. Многие сплавы этой группы имеют следующие особенности: высокое удельное сопротивление; малый температурный коэффициент сопротивления; мелкокристаллическую структуру.

1.2.6. Сплавы для эталонных сопротивлений

Для производства эталонных сопротивлений применяют следующие медно-никелевые сплавы: константан, манганин.

Константан — это сплав, содержащий около 60% меди, 40% никеля, что соответствует минимуму температурного коэффициента удельного сопротивления ТК при довольно высоком значении удельного сопротивления  в сплаве Сu-Ni: при нормальной температуре оно составляет (0,48…0,52) мкОм ∙ м. Название "константан" объясняется малым изменением удельного сопротивления при изменении температуры: величина ТК лежит в пределах (510–6...2510–6)К–1. Зависимости удельного электросопротивления  и температурного коэффициента ТК константана от процентного содержания никеля приведены на рис. 1.4.

Применяется константан для изготовления термопар, служащих для измерения температуры, которая не превышает нескольких сотен градусов, реостатов и нагревательных элементов, длительно работающих при температуре около 450 С.

Манганин, названный так из-за наличия в нем марганца, содержит, кроме меди и никеля, еще и марганец. Примерный его состав: Сu — 85%, Мn — 12%, Ni — 3%. Значение удельного электросопротивления  манганина порядка (0,42…0,48) мкОм ∙ м; ТК — порядка (610–6...5010–6)К–1. Сопротивление манганиновой проволоки линейно возрастает с повышением давления от 0 до 1 ГПа, поэтому она применяется для изготовления датчиков, с помощью которых измеряют высокие гидростатические давления [2].

1.2.7. Сплавы высокого сопротивления на основе железа

К группе сплавов высокого сопротивления на основе железа относятся сплавы никеля с хромом, а также более сложные сплавы с добавками железа, марганца, кремния, иногда молибдена, вольфрама и других элементов. Сплошная оксидная пленка, образующаяся при нагреве нихрома, фехраля, хромаля и других сплавов обеспечивает их высокую нагревостойкость.

Нихром — сплав системы Fе-Ni-Cr. Он имеет структуру твердого раствора хрома и железа в никеле. Нихромы легко подвергаются протяжке в сравнительно тонкую проволоку или ленту. Однако, как и в константане, в этих сплавах велико содержание дорогого компонента — никеля. Максимальная рабочая температура для марок Х15Н60, Х20Н80 составляет (1000...1100) С. Применяются нихромы в основном для нагревательных элементов.

Фехраль, хромаль — сплавы системы Fе-Сr-Al. Имеют структуру твердого раствора хрома и алюминия в железе. Эти сплавы более твердые и хрупкие по сравнению с нихромом, однако намного дешевле его [1]. Максимальная рабочая температура для сплавов марок 1Х25Ю5, 0Х25Ю5 составляет (1000...1400) С. Сплавы Фехраль, хромаль используют для электронагревательных устройств большой мощности и промышленных печей.

Копель, алюмель, хромель, платинородий и другие сплавы применяют для изготовления термопар. Под термопарой понимают пару проводников из различных материалов, электрически соединенных на одном конце. На другом конце пары, благодаря термоэлектрическому эффекту, возникает термо-ЭДС, величина которой зависит от использованных для термопары материалов и от разности температур между ее концами. Термопары применяют, в основном, как датчики температуры для измерительных приборов и систем.

Копель — сплав системы Ni-Cu. Он содержит 44% никеля и 56% меди.

Алюмель — сплав системы Ni-Al-Si-Mg, содержащий 95% никеля. Остальное приходится на примеси алюминия, кремния и магния.

Хромель — сплав системы Ni-Cr. Содержит 90% никеля и 10% Сr.

Платинородий — сплав системы Рt-Rh. Содержит 90% платины и 10% родия.

Для термопар чаще всего применяются следующие сочетания сплавов, обеспечивающих их работу при различных температурах:

а) платинородий-платина — до 1600 С;

б) медь-константан — до 350 С;

в) медь-копель — до 350 С;

г) железо-константан — до 600 С;

д) хромель - копель — до 600 С;

е) хромель-алюмель — до (900...1000) С.

Электрическое сопротивление никеля и железа. Удельное электрическое сопротивление. Определение

В качестве токопроводящих частей в электроустановках применяют проводники из меди, алюминия, их сплавов и железа (стали).

Медь является одним из лучших токопроводящих материалов. Плотность меди при 20°С 8,95 г/см 3 , температура плавления 1083° С. Медь химически мало активна, но легко растворяется в азотной кислоте, а в разбавленной соляной и серной кислотах растворяется только в присутствии окислителей (кислорода). На воздухе медь быстро покрывается тонким слоем окиси темного цвета, но это окисление не проникает в глубь металла и служит защитой от дальнейшей коррозии. Медь хорошо поддается ковке и прокатке без нагрева.

Для изготовления применяется электролитическая медь в слитках, содержащих 99,93% чистой меди.

Электропроводность меди сильно зависит от количества и рода примесей и в меньшей степени от механической и термической обработки. Удельное сопротивление меди при 20° С составляет 0,0172-0,018 ом х мм2/м.

Для изготовления проводников применяют мягкую, полутвердую или твердую медь с удельным весом соответственно 8,9, 8,95 и 8,96 г/см 3 .

Для изготовления деталей токоведущих частей широко используется медь в сплавах с другими металлами . Наибольшее применение получили следующие сплавы.

Латуни - сплав меди с цинком, с содержанием в сплаве не менее 50% меди, с присадкой других металлов. латуни 0,031 - 0,079 ом х мм2/м. Различают латунь - томпак с содержанием меди более 72% (обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами) и специальные латуни с присадкой алюминия, олова, свинца или марганца.

Контакт из латуни

Бронзы - сплав меди с оловом с присадкой различных металлов. В зависимости от содержания в сплаве главного компонента бронзы называют оловянистыми, алюминиевыми, кремниевыми, фосфористыми, кадмиевыми. Удельное сопротивление бронзы 0,021 - 0,052 ом х мм 2 /м.

Латуни и бронзы отличаются хорошими механическими и физико-химическими свойствами. Они легко обрабатываются литьем и давлением, устойчивы против атмосферной коррозии.

Алюминий - по своим качествам второй после меди токопроводящий материал. Температура плавления 659,8° С. Плотность алюминия при температуре 20° - 2,7 г/см 3 . Алюминий легко отливается и хорошо обрабатывается. При температуре 100 - 150° С алюминий ковок и пластичен (может быть прокатан в листы толщиной до 0,01 мм).

Электропроводность алюминия сильно зависит от примесей и мало от механической и тепловой обработки. Чем чище состав алюминия, тем выше его электропроводность и лучше противодействие химическим воздействиям. Обработка, прокатка и отжиг значительно влияют на механическую прочность алюминия. При холодной обработке алюминия увеличивается его твердость, упругость и прочность на растяжение. Удельное сопротивление алюминия при 20° С 0,026 - 0,029 ом х мм 2 /м.

При замене меди алюминием сечение проводника должно быть увеличено в отношении проводимостей, т. е. в 1,63 раза.

При равной проводимости алюминиевый проводник будет в 2 раза легче медного.

Для изготовления проводников применяют алюминий, содержащий не менее 98% чистого алюминия, кремния не более 0,3%, железа не более 0,2%

Для изготовления деталей токоведущих частей используют алюминиевые сплавы с другими металлами , например: Дюралюмины - сплав алюминия с медью и марганцем.

Силумин - легкий литейный сплав из алюминия с примесью кремния, магния, марганца.

Алюминиевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами и высокой механической прочностью.

Наибольшее применение в электротехнике получили следующие алюминиевые сплавы :

Алюминиевый деформируемый сплав марки АД , имеющий алюминия не менее 98,8 и прочих примесей до 1,2.

Алюминиевый деформируемый сплав марки АД1 , имеющий алюминия не менее 99,3 н прочих примесей до 0,7.

Алюминиевый деформируемый сплав марки АД31 , имеющий алюминия 97,35 - 98,15 и прочих примесей 1,85 -2,65.

Сплавы марок АД и АД1 применяются для изготовления корпусов и плашек аппаратных зажимов. Из сплава марки АД31 изготовляют профили и шины, применяемые для электрических токопроводов.

Изделия из алюминиевых сплавов в результате термической обработки приобретают высокие пределы прочности н текучести (ползучести).

Железо - температура плавления 1539°С. Плотность железа - 7,87. Железо растворяется в кислотах, окисляется галогенами и кислородом.

В электротехнике применяют стали различных марок, например:

Углеродистые стали - ковкие сплавы железа с углеродом и с другими металлургическими примесями.

Удельное сопротивление углеродистых сталей 0,103 - 0,204 ом х мм 2 /м.

Легированные стали - сплавы с дополнительно вводимыми в углеродистую сталь присадками хрома, никеля и других элементов.

Стали обладают хорошими .

В качестве добавок в сплавы, а также для изготовления припоев и осуществления токопроводящих металлов широко применяют:

Кадмий - ковкий металл. Температура плавления кадмия 321°С. Удельное сопротивление 0,1 ом х мм 2 /м. В электротехнике кадмий применяется для приготовления легкоплавких припоев и для защитных покрытий (кадмировання) поверхности металлов. По своим антикоррозийным свойствам кадмий близок к цинку, но кадмиевые покрытия менее пористы и наносятся более тонким слоем, чем цинковые.

Никель - температура плавления 1455°С. Удельное сопротивление никеля 0,068 - 0,072 ом х мм 2 /м. При обычной температуре не окисляется кислородом воздуха. Никель применяется в сплавах и для защитного покрытия (никелирования) поверхности металлов.

Олово - температура плавления 231,9°С. Удельное сопротивление олова 0,124 - 0,116 ом х мм 2 /м. Олово применяется для пайки защитного покрытия (лужения) металлов в чистом виде и в виде сплавов с другими металлами.

Свинец - температура плавления 327,4°С. Удельное сопротивление 0,217 - 0,227 ом х мм 2 /м. Свинец применяется в сплавах с другими металлами как кислотоупорный материал. Добавляется в паяльные сплавы (припои).

Серебро - очень ковкий, тягучий металл. Температура плавления серебра 960,5°С. Серебро - лучший проводник тепла и электрического тока. Удельное сопротивление серебра 0,015 - 0,016 ом х мм 2 /м. Серебро применяется для защитного покрытия (серебрения) поверхности металлов.

Сурьма - блестящий хрупкий металл, температура плавления 631°С. Сурьма применяется в виде добавок в паяльные сплавы (припои).

Хром - твердый, блестящий металл. Температура плавления 1830°С. На воздухе при обычной температуре не изменяется. Удельное сопротивление хрома 0,026 ом х мм 2 /м. Хром применяется в сплавах и для защитного покрытия (хромирования) металлических поверхностей.

Цинк - температура плавления 419,4°С. Удельное сопротивление цинка 0,053 - 0,062 ом х мм 2 /м. Во влажном воздухе цинк окисляется, покрываясь слоем окиси, являющимся защитным по отношению к последующим химическим воздействиям. В электротехнике цинк применяется в качестве добавок в сплавы и припои, а также для защитного покрытия (цинкования) поверхностей металлических деталей.

Называют возможность металла пропускать сквозь себя заряженный ток. В свою очередь, сопротивлением называется одна из характеристик материала. Чем больше электрическая резистентность при заданном напряжении, тем меньшей будет Оно характеризует силу противодействия проводника направленному вдоль него движению заряженных электронов. Поскольку свойство пропускания электричества - это величина, обратная сопротивлению, значит выражаться в виде формул оно будет как отношение 1/R.

Удельное сопротивление всегда зависит от качества материала, который используют при изготовлении устройств. Его измеряют, отталкиваясь от параметров проводника, обладающего длиной 1 метр, а также площадью сечения 1 квадратный миллиметр. Например, свойство удельной резистентности для меди всегда равно 0,0175 Ом, для алюминия - 0,029, железа - 0,135, константана - 0,48, нихрома - 1-1,1. Удельное сопротивление стали равно числу 2*10-7 Ом.м

Противодействие току прямо пропорционально длине проводника, по которому он движется. Чем больше длина устройства, тем выше показатель сопротивления. Усвоить эту зависимость будет проще, если представить две воображаемых пары сообщающихся между собой сосудов. У одной пары приборов соединяющая трубка пусть остаётся тоньше, а у другой — толще. При заполнении водой обеих пар переход жидкости в по толстой трубке получится гораздо быстрее, потому что она окажет меньшее сопротивление перетеканию воды. По этой аналогии для ему проще пройти вдоль толстого проводника, чем тонкого.

Удельное сопротивление, как единица СИ, измеряется показателем Ом.м. Проводимость зависит от средней длины свободного пролёта заряженных частиц, которая характеризуется структурой материала. Металлы без примесей, у которых наиболее правильная имеют наименьшие значения противодействия. И наоборот, примеси искажают решётку, чем увеличивают его показатели. Удельное сопротивление металлов расположено в узком диапазоне значений при нормальной температуре: от серебра с 0,016 и до 10 мкОм.м (сплавы железа и хрома с алюминием).

На особенности движения заряженных

электронов в проводнике оказывает влияние температура, поскольку при её увеличении возрастает амплитуда волновых колебаний существующих ионов и атомов. В результате электронам остаётся меньше свободного пространства для нормального хода в кристаллической решётке. А это означает, что препятствие упорядоченному передвижению возрастает. Удельное сопротивление любого проводника по обыкновению линейно возрастает с ростом температуры. А для полупроводников, наоборот, характерно уменьшение с увеличением градусов, так как из-за этого высвобождается много зарядов, создающих непосредственно электрический ток.

Процесс охлаждения некоторых металлических проводников заведомо до нужной температуры доводит их удельное сопротивление до скачкообразного состояния и падает до нуля. Такое явление открыли в 1911 году и назвали сверхпроводимостью.

Содержание:

Удельным сопротивлением металлов считается их способность к противодействию электрическому току, проходящему через них. Единицей измерения данной величины служит Ом*м (Ом-метр). В качестве символа используется греческая буква ρ (ро). Высокие показатели удельного сопротивления означают плохую проводимость электрического заряда тем или иным материалом.

Технические характеристики стали

Прежде чем подробно рассматривать удельное сопротивление стали, следует ознакомиться с ее основными физико-механическими свойствами. Благодаря своим качествам, этот материал получил широкое распространение в производственной сфере и других областях жизни и деятельности людей.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащегося в количестве, не превышающем 1,7%. Кроме углерода, сталь содержит определенное количество примесей - кремния, марганца, серы и фосфора. По своим качествам она значительно лучше чугуна, легко поддается закаливанию, ковке, прокату и другим видам обработки. Все виды сталей отличаются высокой прочностью и пластичностью.

По своему назначению сталь подразделяется на конструкционную, инструментальную, а также с особыми физическими свойствами. В каждой из них содержится различное количество углерода, благодаря которому материал приобретает те или иные специфические качества, например, жаропрочность, жаростойкость, устойчивость к действию ржавчины и коррозии.

Особое место занимают электротехнические стали, выпускаемые в листовом формате и применяющиеся в производстве электротехнических изделий. Для получения этого материала производится легирование кремнием, способным улучшить его магнитные и электрические свойства.


Для того чтобы электротехническая сталь приобрела необходимые характеристики, необходимо соблюдение определенных требований и условий. Материал должен легко намагничиваться и перемагничиваться, то есть, обладать высокой магнитной проницаемостью. Такие стали имеют хорошую , а их перемагничивание осуществляется с минимальными потерями.

От соблюдения этих требований зависят габариты и масса магнитных сердечников и обмоток, а также коэффициент полезного действия трансформаторов и величина их рабочей температуры. На выполнение условий оказывают влияние многие факторы, в том числе и удельное сопротивление стали.

Удельное сопротивление и другие показатели

Величина удельного электрического сопротивления представляет собой отношение напряженности электрического поля в металле и плотности тока, протекающего в нем. Для практических расчетов используется формула: в которой ρ является удельным сопротивлением металла (Ом*м), Е - напряженностью электрического поля (В/м), а J - плотностью электротока в металле (А/м 2). При очень большой напряженности электрического поля и низкой плотности тока, удельное сопротивление металла будет высоким.


Существует еще одна величина, называемая удельной электропроводностью, обратная удельному сопротивлению, указывающая на степень проводимости электрического тока тем или иным материалом. Она определяется по формуле и выражается в единицах См/м - сименс на метр.

Удельное сопротивление тесно связано с электрическим сопротивлением. Однако они имеют различия между собой. В первом случае - это свойство материала, в том числе и стали, а во втором случае определяется свойство всего объекта. На качество резистора влияет сочетание нескольких факторов, прежде всего, формы и удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен. Например, если для изготовления проволочного резистора использовалась тонкая и длинная проволока, то его сопротивление будет больше, чем у резистора, изготовленного из толстой и короткой проволоки одинакового металла.


В качестве другого примера можно привести резисторы из проволоки с одинаковым диаметром и длиной. Однако, если в одном из них материал имеет высокое удельное сопротивление, а в другом низкое, то соответственно в первом резисторе электрическое сопротивление будет выше, чем во втором.

Зная основные свойства материала, можно использовать удельное сопротивление стали для определения величины сопротивления стального проводника. Для вычислений, кроме удельного электрического сопротивления потребуется диаметр и длина самого провода. Расчеты выполняются по следующей формуле: , в которой R является (Ом), ρ - удельным сопротивлением стали (Ом*м), L - соответствует длине провода, А - площади его поперечного сечения.

Существует зависимость удельного сопротивления стали и других металлов от температуры. В большинстве расчетов используется комнатная температура - 20 0 С. Все изменения под влиянием этого фактора учитываются с помощью температурного коэффициента.

Как только электричество покинуло лаборатории учёных и стало широко внедряться в практику повседневной жизни, встал вопрос о поиске материалов, обладающих определёнными, порой совершенно противоположными, характеристиками по отношению к протеканию через них электрического тока.

Например, при передаче электрической энергии на дальнее расстояние, к материалу проводов предъявлялись требования минимизации потерь из-за джоулева нагрева в сочетании с малыми весовыми характеристиками. Примером тому являются всем знакомые высоковольтные линии электропередач, выполненные из алюминиевых проводов со стальным сердечником.

Или, наоборот, для создания компактных трубчатых электронагревателей требовались материалы с относительно высоким электрическим сопротивлением и высокой термостойкостью. Простейшим примером прибора, в котором применяются материалы с подобными свойствами, может служить конфорка обыкновенной кухонной электроплиты.

От проводников, используемых в биологии и медицине в качестве электродов, зондов и щупов, требуется высокая химическая устойчивость и совместимость с биоматериалами в сочетании с малым контактным сопротивлением.

К разработке такого ныне привычного всем прибора, как лампа накаливания, свои усилия приложила целая плеяда изобретателей из разных стран: Англии, России, Германии, Венгрии и США. Томас Эдисон, проведя более тысячи опытов проверки свойств материалов, подходящих на роль нитей накала, создал лампу с платиновой спиралью. Лампы Эдисона, хотя и имели высокий срок эксплуатации, но не были практичными из-за высокой стоимости исходного материала.

Последующие работы русского изобретателя Лодыгина, предложившего использовать в качестве материалов нити относительно дешёвые тугоплавкие вольфрам и молибден с более высоким удельным сопротивлением, нашли практическое применение. К тому же Лодыгин предложил откачивать из баллонов ламп накаливания воздух, заменяя его инертными или благородными газами, что привело к созданию современных ламп накаливания. Пионером массового производства доступных и долговечных электрических ламп стала компания General Electric, которой Лодыгин переуступил права на свои патенты и далее успешно работал в лабораториях компании долгое время.

Этот перечень можно продолжать, поскольку пытливый человеческий ум настолько изобретателен, что порой для решения определённой технической задачи ему нужны материалы с невиданными доселе свойствами или с невероятными сочетаниями этих свойств. Природа уже не успевает за нашими аппетитами и учёные всех стран мира включились в гонку создания материалов, не имеющих природных аналогов.

Одной из важнейших характеристик как природных, так и синтезированных материалов является удельное электрическое сопротивление. Примером электрического прибора, в котором в чистом виде применяется это свойство, может служить плавкий предохранитель, защищающий нашу электро- и электронную аппаратуру от воздействия тока, превышающего допустимые значения.

При этом надо заметить, что именно самодельные заменители стандартных предохранителей, выполненные без знаний удельного сопротивления материала, порой служат причиной не только выгорания различных элементов электрических схем, но и возникновения пожаров в домах и возгорания проводки в автомобилях.

То же самое относится и к замене предохранителей в силовых сетях, когда вместо предохранителя меньшего номинала устанавливается предохранитель с большим номиналом тока срабатывания. Это приводит к перегреву электропроводки и даже, как следствие, к возникновению пожаров с печальными последствиями. Особенно это присуще каркасным домам.

Историческая справка

Понятие удельного электрического сопротивление появилось благодаря трудам известного немецкого физика Георга Ома, который теоретически обосновал и в ходе многочисленных экспериментов доказал связь между силой тока, электродвижущей силой батареи и сопротивлением всех частей цепи, открыв таким образом закон элементарной электрической цепи, названным затем его именем. Ом исследовал зависимость величины протекающего тока от величины приложенного напряжения, от длины и формы материала проводника, а также от рода материала, используемого в качестве проводящей среды.

При этом надо отдать должное работам сэра Гемфри Дэви, английского химика, физика и геолога, который первым установил зависимости электрического сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения, а также отметил зависимость электропроводности от температуры.

Исследуя зависимости протекания электрического тока от рода материалов, Ом обнаружил, что каждый доступный ему проводящий материал обладал некоторой присущей только ему характеристикой сопротивления протеканию тока.

Надо заметить, что во времена Ома один из самых обыкновенных ныне проводников - алюминий - имел статус особо драгоценного металла, поэтому Ом ограничился опытами с медью, серебром, золотом, платиной, цинком, оловом, свинцом и железом.

В конечном итоге Ом ввёл понятие удельного электрического сопротивления материала как фундаментальной характеристики, совершенно ничего не зная ни о природе протекания тока в металлах, ни о зависимости их сопротивления от температуры.

Удельное электрическое сопротивление. Определение

Удельное электрическое сопротивление или просто удельное сопротивление - фундаментальная физическая характеристика проводящего материала, которая характеризует способность вещества препятствовать похождению электрического тока. Обозначается греческой буквой ρ (произносится как ро) и рассчитывается исходя из эмпирической формулы для расчёта сопротивления, полученной Георгом Омом.

или, отсюда

где R - сопротивление в Омах, S - площадь в м²/, L - длина в м

Размерность удельного электрического сопротивления в Международной системе единиц СИ выражается в Ом м.

Это сопротивление проводника длиной в 1 м и площадью поперечного сечения в 1 м²/ величиной в 1 Ом.

В электротехнике, для удобства расчётов, принято пользоваться производной величины удельного электрического сопротивления, выражаемой в Ом мм²/м. Значения удельного сопротивления для наиболее распространённых металлов и их сплавов можно найти в соответствующих справочниках.

В таблицах 1 и 2 приведены значения удельных сопротивлений различных наиболее распространённых материалов.

Таблица 1. Удельное сопротивление некоторых металлов

Таблица 2. Удельное сопротивление распространенных сплавов

Удельные электрические сопротивления различных сред. Физика явлений

Удельные электрические сопротивления металлов и их сплавов, полупроводников и диэлектриков

Сегодня, вооружённые знаниями, мы в состоянии заранее просчитать удельное электрическое сопротивление любого, как природного, так и синтезированного материала исходя из его химического состава и предполагаемого физического состояния.

Эти знания помогают нам лучшим образом использовать возможности материалов, порой весьма экзотические и уникальные.

В силу сложившихся представлений, с точки зрения физики твёрдые тела подразделяются на кристаллические, поликристаллические и аморфные вещества.

Проще всего, в смысле технического расчёта удельного сопротивления или его измерения, дело обстоит с аморфными веществами. Они не имеют выраженной кристаллической структуры (хотя и могут иметь микроскопические включения таковых веществ), относительно однородны по химическому составу и проявляют характерные для данного материала свойства.

У поликристаллических веществ, образованных совокупностью относительно мелких кристаллов одного химического состава, поведение свойств не очень отличается от поведения аморфных веществ, поскольку удельное электрическое сопротивление, как правило, определяется как интегральное совокупное свойство данного образца материала.

Сложнее дело обстоит с кристаллическими веществами, особенно с монокристаллами, которые имеют различное удельное электрическое сопротивление и другие электрические характеристики относительно осей симметрии их кристаллов. Это свойство называется анизотропией кристалла и широко используется в технике, в частности, в радиотехнических схемах кварцевых генераторов, где стабильность частоты определяется именно генерацией частот, присущих данному кристаллу кварца.

Каждый из нас, являясь обладателем компьютера, планшета, мобильного телефона или смартфона, включая владельцев наручных электронных часов вплоть до iWatch, одновременно является обладателем кристаллика кварца. По этому можно судить о масштабах использования в электронике кварцевых резонаторов, исчисляемых десятками миллиардов.

Помимо прочего, удельное сопротивление многих материалов, особенно полупроводников, зависит от температуры, поэтому справочные данные обычно приводятся с указанием температуры измерения, обычно равной 20 °С.

Уникальные свойства платины, имеющей постоянную и хорошо изученную зависимость удельного электрического сопротивления от температуры, а также возможность получения металла высокой чистоты послужили предпосылкой создания на её основе датчиков в широком диапазоне температур.

Для металлов разброс справочных значений удельного сопротивления обусловлен способами изготовления образцов и химической чистотой металла данного образца.

Для сплавов более сильный разброс справочных значений удельного сопротивления обусловлен способами изготовления образцов и непостоянством состава сплава.

Удельное электрическое сопротивление жидкостей (электролитов)

В основе понимания удельного сопротивления жидкостей лежат теории термической диссоциации и подвижности катионов и анионов. Например, в самой распространённой жидкости на Земле – обыкновенной воде, некоторая часть её молекул под воздействием температуры распадается на ионы: катионы Н+ и анионы ОН– . При подаче внешнего напряжения на электроды, погружённые в воду при обычных условиях, возникает ток, обусловленный перемещением вышеупомянутых ионов. Как выяснилось, в воде образуются целые ассоциации молекул - кластеры, порой соединяющимися с катионами Н+ или анионами ОН–. Поэтому передача ионов кластерами под воздействием электрического напряжения происходит так: принимая ион в направлении приложенного электрического поля с одной стороны, кластер «сбрасывает» аналогичный ион с другой стороны. Наличие в воде кластеров прекрасно объясняет тот научный факт, что при температуре около 4 °C вода имеет наибольшую плотность. Большая часть молекул воды при этом находится в кластерах из-за действия водородных и ковалентных связей, практически в квазикристаллическом состоянии; термодиссоциация при этом минимальна, а образование кристаллов льда, который имеет более низкую плотность (лёд плавает в воде), ещё не началось.

В целом проявляется более сильная зависимость удельного сопротивления жидкостей от температуры, поэтому эта характеристика всегда измеряется при температуре в 293 K, что соответствует температуре 20 °C.

Помимо воды имеется большое число других растворителей, способных создавать катионы и анионы растворяемых веществ. Знание и измерение удельного сопротивления таких растворов также имеет большое практическое значение.

Для водных растворов солей, кислот и щелочей существенную роль в определении удельного сопротивления раствора играет концентрация растворённого вещества. Примером может служить следующая таблица, в которой приведены значения удельных сопротивлений различных растворённых в воде веществ при температуре 18 °С:

Таблица 3. Значения удельных сопротивлений различных растворённых в воде веществ при температуре 18 °С

Данные таблиц взяты из Краткого физико-технического справочника, Том 1, - М.: 1960

Удельное сопротивление изоляторов

Огромное значение в отраслях электротехники, электроники, радиотехники и робототехники играет целый класс различных веществ, имеющий относительно высокое удельное сопротивление. Вне зависимости от их агрегатного состояния, будь оно твёрдое, жидкое или газообразное, такие вещества называются изоляторами. Такие материалы используются для изолирования отдельных частей электрических схем друг от друга.

Примером твёрдых изоляторов может служить всем знакомая гибкая изолента, благодаря которой мы восстанавливаем изоляцию при соединении различных проводов. Многим знакомы фарфоровые изоляторы подвески воздушных линий электропередач, текстолитовые платы с электронными компонентами, входящими в состав большинства изделий электронной техники, керамика, стекло и многие другие материалы. Современные твёрдые изоляционные материалы на базе пластмасс и эластомеров делают безопасным использование электрического тока различных напряжений в самых разнообразных устройствах и приборах.

Помимо твёрдых изоляторов широкое применение в электротехнике находят жидкие изоляторы с высоким удельным сопротивлением. В силовых трансформаторах электросетей жидкое трансформаторное масло предотвращает межвитковые пробои из-за ЭДС самоиндукции, надёжно изолируя витки обмоток. В масляных выключателях масло используется для гашения электрической дуги, которая возникает при переключении источников тока. Конденсаторное масло используется для создания компактных конденсаторов с высокими электрическими характеристиками; помимо этих масел в качестве жидких изоляторов используются природное касторовое масло и синтетические масла.

При нормальном атмосферном давлении все газы и их смеси являются с точки зрения электротехники отличными изоляторами, но благородные газы (ксенон, аргон, неон, криптон) в силу их инертности обладают более высоким удельным сопротивлением, что широко используется в некоторых областях техники.

Но самым распространённым изолятором служит воздух, в основном состоящий из молекулярного азота (75% по массе), молекулярного кислорода (23,15% по массе), аргона (1,3% по массе), углекислого газа, водорода, воды и некоторой примеси различных благородных газов. Он изолирует протекание тока в обычных бытовых выключателях света, переключателях тока на основе реле, магнитных пускателях и механических рубильниках. Необходимо отметить, что снижение давления газов или их смесей ниже атмосферного приводит к росту их удельного электрического сопротивления. Идеальным изолятором в этом смысле является вакуум.

Удельное электрическое сопротивление различных грунтов

Одним из важнейших способов защиты человека от поражающего действия электрического тока при авариях электроустановок является устройство защитного заземления.

Оно представляет собой преднамеренное соединение кожуха или корпуса электроустройств с защитным заземляющим устройством. Обычно заземление выполняется в виде зарытых в землю на глубину более 2,5 метра стальных или медных полос, труб, стержней или уголков, которые в случае аварии обеспечивают протекание тока по контуру устройство - корпус или кожух - земля - нулевой провод источника переменного тока. Сопротивление этого контура должно быть не более 4 Ом. В этом случае напряжение на корпусе аварийного устройства снижается до безопасного для человека величин, а автоматические устройства защиты электрической цепи тем или иным способом производят отключение аварийного устройства.

При расчёте элементов защитного заземления существенную роль играет знание удельного сопротивления грунтов, которое может варьироваться в широких пределах.

Сообразуясь с данными справочных таблиц, выбирается площадь заземляющего устройства, по ней вычисляется количество заземляющих элементов и собственно конструкция всего устройства. Соединение элементов конструкции устройства защитного заземления производится сваркой.

Электротомография

Электроразведка изучает приповерхностную геологическую среду, применяется для поиска рудных и нерудных полезных ископаемых и других объектов на основе исследования различных искусственных электрических и электромагнитных полей. Частным случаем электроразведки является электротомография (Electrical Resistivity Tomography) - метод определения свойств горных пород по их удельному сопротивлению.

Суть метода заключается в том, что при определённом положении источника электрического поля проводятся замеры напряжения на различных зондах, затем источник поля перемещают в другое место или переключают на другой источник и повторяют измерения. Источники поля и зонды-приёмники поля размещают на поверхности и в скважинах.

Затем полученные данные обрабатываются и интерпретируются с помощью современных компьютерных методов обработки, позволяющих визуализировать информацию в виде двухмерных и трёхмерных изображений.

Являясь очень точным методом поиска, электротомография оказывает неоценимую помощь геологам, археологам и палеозоологам.

Определение формы залегания месторождений полезных ископаемых и границ их распространения (оконтуривание) позволяет выявить залегание жильных залежей полезных ископаемых, что существенно снижает затраты на их последующую разработку.

Археологам этот метод поиска даёт ценную информацию о расположении древних захоронений и наличия в них артефактов, тем самым сокращая затраты на раскопки.

Палеозоологи с помощью электротомографии ищут окаменевшие останки древних животных; результаты их работ можно увидеть в музеях естественных наук в виде поражающих воображение реконструкций скелетов доисторической мегафауны.

Кроме того, электротомография применяется при возведении и при последующей эксплуатации инженерных сооружений: высотных зданий, плотин, дамб, насыпей и других.

Определения удельного сопротивления на практике

Порой для решения практических задач перед нами может встать задача определения состава вещества, например, проволоки для резака пенополистирола. Имеем два мотка проволоки подходящего диаметра из различных неизвестных нам материалов. Для решения задачи необходимо найти их удельное электрическое сопротивление и далее по разнице найденных значений или по справочной таблице определить материал проволоки.

Отмерим рулеткой и отрежем по 2 метра проволоки от каждого образца. Определим диаметры проволок d₁ и d₂ микрометром. Включив мультиметр на нижний предел измерения сопротивлений, измеряем сопротивление образца R₁. Повторяем процедуру для другого образца и также измеряем его сопротивление R₂.

Учтём, что площадь поперечного сечения проволок рассчитывается по формуле

S = π ∙ d 2 /4

Теперь формула для расчёта удельного электрического сопротивления будет выглядеть следующим образом

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Подставляя полученные значения L, d₁ и R₁ в формулу для расчёта удельного сопротивления, приведенную в статье выше, вычисляем значение ρ₁ для первого образца.

ρ 1 = 0,12 ом мм 2 /м

Подставляя полученные значения L, d₂ и R₂ в формулу, вычисляем значение ρ₂ для второго образца.

ρ 2 = 1,2 ом мм 2 /м

Из сравнения значений ρ₁ и ρ₂ со справочными данными вышеприведенной Таблицы 2, делаем вывод, что материалом первого образца является сталь, а второго - нихром, из которого и изготовим струну резака.

Осложнения при коронавирусе вызывает ферритин, считает израильский ученый

Фото: АГН Москва

Учёные поняли, какой биомаркер может указать на тяжёлую форму коронавирусной болезни. Это ферритин — протеин крови, играющий важную роль в переносе железа. Об этом, как заявили в Санкт-Петербургском госуниверситете 14 апреля, рассказал профессор СПбГУ, почётный профессор Тель-Авивского университета, исследователь израильского медицинского центра Шиба Иегуда Шенфельд на онлайн-конференции.

Надо победить шторм

Ферритин хранит запасы железа в организме человека. Он очень быстро доставляет этот элемент к органу, который в нём нуждается. Как правило, это связано с регулированием кислородного обмена в клетках. Но, как оказалось, если этого белка много, он становится смертельно опасен при некоторых заболеваниях, в том числе при коронавирусе. А значит, люди, у которых уровень ферритина высок, находятся в зоне повышенного риска: скорее всего, заболевание у них будет протекать в тяжёлой форме. Особенно это касается пожилых.

«Ферритин активизирует макрофаги — клетки, которые нас защищают, охватывая бактерии и вирусы, — рассказал  Иегуда Шенфельд. — Но когда они активизируются, они выделяют цитокины — в небольшом количестве они нам помогают сопротивляться инфекции, но если их много, это приводит к коллапсу».

В медицине такой коллапс получил название «цитокиновый шторм» — именно он приводит к смерти половины пациентов старшего возраста: в случае коронавируса иммунная система ошибочно атакует клетки лёгких и очень быстро их полностью разрушает. Теперь же стало понятно, что этот «шторм» поднимается именно из-за высокого содержания ферритинов.

«Таким образом, у нас есть диагностический параметр, — сказал Шенфельд. — И следовательно, мы понимаем, что, чтобы снизить смертность, надо как-то бороться с высоким уровнем ферритина».

Вирус поможет себя побороть

Анализ крови на содержание ферритинов в клиниках брать умеют давно — это довольно быстрое и доступное исследование, которое может сразу показать, насколько велик для пациента риск столкнуться с серьёзными осложнениями при коронавирусе. Правда, забирать кровь в приёмном отделении больницы бесполезно: это надо делать натощак. А если больной принимает препараты, содержащие железо, то не раньше чем через три дня после их последнего приёма.

Ещё одним маркером, предполагающим высокую вероятность осложнений, по мнению Шенфельда, может стать цитокин СD-143, который тоже указывает на слишком большую активность макрофагов.

«Таким образом, наша главная задача — блокировка цитокинов», — заключил профессор.

Иегуди Шенфельд. Фото: spbu.ru

Сейчас во всём мире учёные ищут антитела, которые могут эффективно побороть «цитокиновый шторм», причём желательно, чтобы они били точечно по определённым цитокинам, не подавляя полностью иммунную систему. В СПбГУ сообщили, что такая работа ведётся и в университетском Центре аутоиммунных заболеваний, которым как раз руководит Иегуди Шенфельд.

«Кроме того, мы намерены создать вакцину от коронавируса, — рассказал израильский профессор. — В его основу мы намерены положить части вируса — вирусные белки, которые не встречаются в организме человека и потому не способны создать нежелательный иммунный ответ».

Зато, по мнению Шенфельда, такая вакцина сможет предотвратить развитие процессов, при которых иммунные тела атакуют здоровые клетки.  С точки зрения учёного, именно этот путь максимально быстро приведёт к созданию эффективного средства от коронавируса.

Читайте также:

• ТОП-10 продуктов для очищения легких по мнению медиков • Кому нельзя делать прививку от COVID-19

Кто в зоне риска

Кратковременный подъём уровня ферритина возникает как ответ организма на инфекцию. А его постоянно высокий уровень, как правило, наблюдается: 

  • при гемохроматозе;
  • при различных эндокринных заболеваниях, например гипертиреозе;
  • при гемолитических анемиях;
  • при воспалении верхних дыхательных и мочевыводящих путей; 
  • при острых и хронических болезнях печени; 
  • при некоторых онкологических заболеваниях — рак костного мозга, рак молочной железы, болезнь Ходжкина;
  • при приёме железосодержащих препаратов; 
  • у перенесших множественные переливания крови;
  • при алкоголизме.

Людям, страдающим этими заболеваниями, следует максимально оградить себя от контактов, чтобы снизить вероятность заражения коронавирусом.

в чем измеряется величина, формулы расчета, показатели для железа и алюминия

Каждое вещество способно проводить ток в разной степени, на эту величину влияет сопротивление материала. Обозначается удельное сопротивление меди, алюминия, стали и любого другого элемента буквой греческого алфавита ρ. Эта величина не зависит от таких характеристик проводника, как размеры, форма и физическое состояние, обычное же электросопротивление учитывает эти параметры. Измеряется удельное сопротивление в Омах, умноженных на мм² и разделенных на метр.

Категории и их описание

Любой материал способен проявлять два типа сопротивления в зависимости от подаваемого на него электричества. Ток бывает переменным или постоянным, что значительно влияет на технические показатели вещества. Так, существуют такие сопротивления:

  1. Омическое. Проявляется под воздействием постоянного тока. Характеризует трение, которое создается движением электрически заряженных частиц в проводнике.
  2. Активное. Определяется по такому же принципу, но создается уже под действием переменного тока.

В связи с этим определений удельной величины тоже два. Для постоянного тока она равна сопротивлению, которое оказывает единица длины проводящего материала единичной фиксированной площади сечения. Потенциальное электрополе воздействует на все проводники, а также полупроводники и растворы, способные проводить ионы. Эта величина определяет проводящие свойства самого материала. Форма проводника и его размеры не учитываются, поэтому ее можно назвать базовой в электротехнике и материаловедении.

При условии прохождения переменного тока удельная величина рассчитывается с учетом толщины проводящего материала. Здесь уже происходит воздействие не только потенциального, но и вихревого тока, кроме того, принимается во внимание частота электрических полей. Удельное сопротивление этого типа больше, чем при постоянном токе, поскольку здесь идет учет положительной величины сопротивления вихревому полю. Также эта величина зависит от формы и размеров самого проводника. Именно эти параметры и определяют характер вихревого движения заряженных частиц.

Переменный ток вызывает в проводниках определенные электромагнитные явления. Они очень важны для электротехнических характеристик проводящего материала:

  1. Скин-эффект характеризуется ослаблением электромагнитного поля тем больше, чем дальше оно проникает в среду проводника. Это явление также носит название поверхностного эффекта.
  2. Эффект близости снижает плотность тока благодаря близости соседних проводов и их влиянию.

Эти эффекты являются очень важными при расчете оптимальной толщины проводника, так как при использовании провода, у которого радиус больше глубины проникновения тока в материал, остальная его масса останется незадействованной, а следовательно, такой подход будет неэффективным. В соответствии с проведенными расчетами эффективный диаметр проводящего материала в некоторых ситуациях будет следующим:

  • для тока в 50 Гц — 2,8 мм;
  • 400 Гц — 1 мм;
  • 40 кГц — 0,1 мм.

Ввиду этого для высокочастотных токов активно применяется использование плоских многожильных кабелей, состоящих из множества тонких проводов.

Характеристики металлов

Удельные показатели металлических проводников содержатся в специальных таблицах. По этим данным можно производить необходимые дальнейшие расчеты. Пример такой таблицы удельных сопротивлений можно увидеть на изображении.

На таблице видно, что наибольшей проводимостью обладает серебро — это идеальный проводник среди всех существующих металлов и сплавов. Если рассчитать, сколько потребуется провода из этого материала для получения сопротивления в 1 Ом, то выйдет 62,5 м. Проволоки из железа для такой же величины понадобится целых 7,7 м.

Достоинства меди

Какими бы замечательными свойствами ни обладало серебро, оно является слишком дорогим материалом для массового использования в электросетях, поэтому широкое применение в быту и промышленности нашла медь. По величине удельного показателя она стоит на втором месте после серебра, а по распространенности и простоте добычи намного лучше его. Медь обладает и другими преимуществами, позволившими ей стать самым распространенным проводником. К ним относятся:

  • высокая стойкость к коррозии;
  • механическая прочность;
  • устойчивость к деформациям;
  • легкость фиксирования путем пайки и сварки;
  • высокая обрабатываемость (благодаря мягкости медь раскатывают в листы любой толщины, а вытягиваемая из нее проволока может быть настолько тонкой, что ее сечение будет иметь значение тысячных миллиметра).

Для применения в электротехнике используют рафинированную медь, которая после плавки из сульфидной руды проходит процессы обжигания и дутья, а далее обязательно подвергается электролитической очистке. После такой обработки можно получить материал очень высокого качества (марки М1 и М0), который будет содержать от 0,1 до 0,05% примесей. Важным нюансом является присутствие кислорода в крайне малых количествах, так как он негативно влияет на механические характеристики меди.

Часто этот металл заменяют более дешевыми материалами — алюминием и железом, а также различными бронзами (сплавами с кремнием, бериллием, магнием, оловом, кадмием, хромом и фосфором). Такие составы обладают более высокой прочностью по сравнению с чистой медью, хотя и меньшей проводимостью.

Преимущества алюминия

Хоть алюминий обладает большим сопротивлением и более хрупок, его широкое использование объясняется тем, что он не настолько дефицитен, как медь, а следовательно, стоит дешевле. Удельное сопротивление алюминия составляет 0,028, а его низкая плотность обеспечивает ему вес в 3,5 раза меньше, чем медь.

Для электрических работ применяют очищенный алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Более высокую марку АВ00 используют для изготовления электролитических конденсаторов, электродов и алюминиевой фольги. Содержание примесей в этом алюминии составляет не более 0,03%. Существует и чистый металл АВ0000, включающий не более 0,004% добавок. Имеют значение и сами примеси: никель, кремний и цинк незначительно влияют на проводимость алюминия, а содержание в этом металле меди, серебра и магния дает ощутимый эффект. Наиболее сильно уменьшают проводимость таллий и марганец.

Алюминий отличается хорошими антикоррозийными свойствами. При контакте с воздухом он покрывается тонкой пленкой окиси, которая и защищает его от дальнейшего разрушения. Для улучшения механических характеристик металл сплавляют с другими элементами.

Показатели стали и железа

Удельное сопротивление железа по сравнению с медью и алюминием имеет очень высокие показатели, однако благодаря доступности, прочности и устойчивости к деформациям материал широко используют в электротехническом производстве.

Хоть железо и сталь, удельное сопротивление которой еще выше, имеют существенные недостатки, изготовители проводникового материала нашли методы их компенсирования. В частности, низкую стойкость к коррозии преодолевают путем покрытия стальной проволоки цинком или медью.

Свойства натрия

Металлический натрий также очень перспективен в проводниковом производстве. По показателям сопротивления он значительно превышает медь, однако имеет плотность в 9 раз меньше, чем у неё. Это позволяет использовать материал в изготовлении сверхлёгких проводов.

Металлический натрий очень мягкий и совершенно неустойчив к любого рода деформационным воздействиям, что делает его использование проблемным — провод из этого металла должен быть покрыт очень прочной оболочкой с крайне малой гибкостью. Оболочка должна быть герметичной, так как натрий проявляет сильную химическую активность в самых нейтральных условиях. Он моментально окисляется на воздухе и демонстрирует бурную реакцию с водой, в том числе и с содержащейся в воздухе.

Еще одним плюсом использования натрия является его доступность. Его можно получить в процессе электролиза расплавленного хлористого натрия, которого в мире существует неограниченное количество. Другие металлы в этом плане явно проигрывают.

Чтобы рассчитать показатели конкретного проводника, необходимо произведение удельного числа и длины проволоки разделить на площадь ее сечения. В результате получится значение сопротивления в Омах. Например, чтобы определить, чему равно сопротивление 200 м проволоки из железа с номинальным сечением 5 мм², нужно 0,13 умножить на 200 и разделить полученный результат на 5. Ответ — 5,2 Ом.

Правила и особенности вычисления

Для измерения сопротивления металлических сред пользуются микроомметрами. Сегодня их выпускают в цифровом варианте, поэтому проведенные с их помощью измерения отличаются точностью. Объяснить ее можно тем, что металлы обладают высоким уровнем проводимости и имеют крайне маленькое сопротивление. Для примера, нижний порог измерительных приборов имеет значение 10 -7 Ом.

С помощью микроомметров можно быстро определить, насколько качественен контакт и какое сопротивление проявляют обмотки генераторов, электродвигателей и трансформаторов, а также электрические шины. Можно вычислить присутствие включений другого металла в слитке. Например, вольфрамовый кусок, покрытый позолотой, показывает вдвое меньшую проводимость, чем полностью золотой. Тем же способом можно определить внутренние дефекты и полости в проводнике.

Чтобы рассчитать параметры провода — его длину, диаметр и сопротивление — потребуется всего лишь знать величину его удельного значения ρ.

Формула удельного сопротивления выглядит следующим образом: ρ = Ом · мм2. Словами ее можно описать как сопротивление 1 метра проводника, имеющего площадь сечения 1 мм². Температура подразумевается стандартная — 20 °C.

Влияние температуры на измерение

Нагревание или охлаждение некоторых проводников оказывает значительное влияние на показатели измерительных приборов. В качестве примера можно привести следующий опыт: необходимо подключить к аккумулятору спирально намотанную проволоку и подключить в цепь амперметр.

Чем сильнее нагревается проводник, тем меньше становятся показания прибора. Сила тока имеет обратно пропорциональную зависимость от сопротивления. Следовательно, можно сделать вывод, что в результате нагрева проводимость металла уменьшается. В большей или меньшей степени так ведут себя все металлы, однако изменения проводимости у некоторых сплавов практически не наблюдается.

Примечательно, что жидкие проводники и некоторые твердые неметаллы имеют тенденцию уменьшать свое сопротивление с повышением температуры. Но и эту способность металлов ученые обратили себе на пользу. Зная температурный коэффициент сопротивления (α) при нагреве некоторых материалов, можно определять внешнюю температуру. Например, проволоку из платины, размещенную на каркасе из слюды, помещают в печь, после чего проводят измерение сопротивления. В зависимости от того, насколько оно изменилось, делают вывод о температуре в печи. Такая конструкция называется термометром сопротивления.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления равен

Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200 °C).

Удельное сопротивление железо медь - Морской флот

В связи с тем, что существует два типа электрических сопротивлений –

В связи с электромагнитными явлениями, возникающими в проводниках при прохождении через него переменного тока в них возникает два важных для их электротехнических свойств физических явления.

Два последних явления делают неэффективным применение проводников радиусом больше характерной глубины проникновения электрического тока в проводник. Эффективный диаметр проводников (2RБхар): 50Гц -7 Ом. Используя микроомметры, можно определить качество электрических контактов, сопротивление электрических шин, обмоток трансформаторов, электродвигателей и генераторов, наличие дефектов и инородного металла в слитках (например, сопротивление слитка чистого золота вдвое ниже позолоченного слитка вольфрама).

Для расчета длины провода, его диаметра и необходимого электрического сопротивления, необходимо знать удельное сопротивление проводников ρ.

В международной системе единиц удельное сопротивление ρ выражается формулой:

Оно означает: электрическое сопротивление 1 метра провода (в Омах), сечением 1 мм 2 , при температуре 20 градусов по Цельсию.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Материал проводникаУдельное сопротивление ρ в
Серебро
Медь
Золото
Латунь
Алюминий
Натрий
Иридий
Вольфрам
Цинк
Молибден
Никель
Бронза
Железо
Сталь
Олово
Свинец
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
Титан
Ртуть
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
Фехраль
Висмут
Хромаль
0,015
0,0175
0,023
0,025. 0,108
0,028
0,047
0,0474
0,05
0,054
0,059
0,087
0,095. 0,1
0,1
0,103. 0,137
0,12
0,22
0,42
0,43. 0,51
0,5
0,6
0,94
1,05. 1,4
1,15. 1,35
1,2
1,3. 1,5

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм 2 . Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм 2 .

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм 2 .

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм 2 .

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм 2 . Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм 2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Если при температуре t сопротивление проводника равно r, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Металлα
Серебро
Медь
Железо
Вольфрам
Платина
0,0035
0,0040
0,0066
0,0045
0,0032
Ртуть
Никелин
Константан
Нихром
Манганин
0,0090
0,0003
0,000005
0,00016
0,00005

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Материалы высокой проводимости

К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий (Сверхпроводящие материалы, имеющие типичное сопротивление в 10 -20 раз ниже обычных проводящих материалов (металлов) рассматриваются в разделе Сверхпроводимость).

Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

  1. малое удельное сопротивление;
  2. достаточно высокая механическая прочность;
  3. удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
  4. хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
  5. относительная легкость пайки и сварки.

Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.

В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.

Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.

В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.

Алюминий

Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного – 2.7 Мг/м 3 . Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами – как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей, содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg2Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.

Железо и сталь

Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.

В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.

Натрий

Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.

Литература по удельному сопротивлению проводников

  1. Кузнецов М. И., "Основы электротехники" – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.
  2. Бачелис Д. С., Белоруссов Н. И., Саакян А. Е. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергия, 1971.
  3. Гершун А. Л. Кабель // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  4. Р. Лакерник, Д. Шарле. От меди к стеклу // Наука и жизнь. — 1986. — Вып. 08. — С. 50—54, 2-3 стр. цветной вкладки.
НОВОСТИ ФОРУМА
Рыцари теории эфира
13.06.2019 – 05:11: ЭКОЛОГИЯ – Ecology ->
[center][Youtube]tXZcSDqQ9A4[/Youtube][/center]

[center][b]Гибель пчел в Курчатовском районе [/center]

[center][b]Массовая гибель пчёл 2019. г. Павловск Воронежской об [/center]л

[center][b]Массовая гибель пчел в Добринском районе. В чем причина? [/center]

Такая же мысля у всей ростовщической глобалистской шайки, включая придурка Грефа.

Так, то оно, так. Но, не совсем. Ибо:
(постарайтесь понять, а не обижаться)

Горькая истина заключается в том, что людская толпа – это сборище умственно ущербных.
Если бы было по-другому, то обществом бы не правили подонки.
Умные люди никогда такого не допустили бы, а если случайно допустили, то нашли бы способ исправить.

Страшная истина заключается в том, что людской толпой управляет нелюдь, которая также умственно ущербна.
Умственная ущербность, слепота власти ведет мир людей к тотальной гибели, ибо люди,
даже те, кто мнит себя очень умными, типа спецов, разрабатывающих системы искусственного интеллекта,
технологии цифровизации, не понимают, что создают необоримую удавку, мышеловку для всего человечества.

Как только ИИ возьмет власть, он тут же отправит своих создателей, как конкурентов, в утиль.
Первыми жертвами будут его радетели типа грефа, путина, гейтса и иже с ними, то есть власть,
так как именно от них будет исходить главная опасность для его планетарной власти.
Толпе будет позволено существовать, пока ее не заменят роботы.
А потом всем Холокост. Не лживый еврейский, а реальное всесожжение рода человеческого.

Если кто пораскинет своими обезьяньими мозгами, то поймёт, что эволюция – есть синоним геноцида:
новое заменяет, то есть ликвидирует старое.
Обезьяны породили неандертальцев.
Неандертальцы съели обезьян и породили людей.
Люди вытеснили обезьян, включая и умных неандертальцев, и породили ИИ.
ИИ ликвидирует людей.

Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:

где:
ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м),
Е — напряженность электрического поля (В/м),
J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)

Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.

Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:

σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:


где:
R — сопротивление провода (Ом)
ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)
L — длина провода (м)
А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Поверхностное сопротивление

Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:


Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS:

где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

В данной статье мы подробно разберем что такое удельное сопротивление и электропроводность, ясно опишем все формулы с помощью примеров задач, а так же дадим вам таблицу удельных сопротивлений некоторых проводников.

Описание

Закон Ома гласит, что, когда источник напряжения (V) подается между двумя точками в цепи, между ними будет протекать электрический ток (I), вызванный наличием разности потенциалов между этими двумя точками. Количество протекающего электрического тока ограничено величиной присутствующего сопротивления (R). Другими словами, напряжение стимулирует протекание тока (движение заряда), но это сопротивление препятствует этому.

Мы всегда измеряем электрическое сопротивление в Омах, где Ом обозначается греческой буквой Омега, Ω. Так, например: 50 Ом, 10 кОм или 4,7 МОм и т.д. Проводники (например, провода и кабели) обычно имеют очень низкие значения сопротивления (менее 0,1 Ом), и, таким образом, мы можем пренебречь ими, как мы предполагаем в расчетах анализа цепи, что провода имеют ноль сопротивление. С другой стороны, изоляторы (например, пластиковые или воздушные), как правило, имеют очень высокие значения сопротивления (более 50 МОм), поэтому мы можем их игнорировать и для анализа цепи, поскольку их значение слишком велико.

Но электрическое сопротивление между двумя точками может зависеть от многих факторов, таких как длина проводников, площадь их поперечного сечения, температура, а также фактический материал, из которого он изготовлен. Например, давайте предположим, что у нас есть кусок провода (проводник), который имеет длину L, площадь поперечного сечения A и сопротивление R, как показано ниже.

Электрическое сопротивление R этого простого проводника является функцией его длины, L и площади поперечного сечения A. Закон Ома говорит нам, что для данного сопротивления R ток, протекающий через проводник, пропорционален приложенному напряжению, поскольку I = V / R. Теперь предположим, что мы соединяем два одинаковых проводника вместе в последовательной комбинации, как показано на рисунке.

Здесь, соединив два проводника вместе в последовательной комбинации, то есть, к концу, мы фактически удвоили общую длину проводника (2L), в то время как площадь поперечного сечения A остается точно такой же, как и раньше. Но помимо удвоения длины, мы также удвоили общее сопротивление проводника, дав 2R как: 1R + 1R = 2R.

Таким образом , мы можем видеть , что сопротивление проводника пропорционально его длину, то есть: R ∝ L. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально больше, чем оно длиннее.

Отметим также, что, удваивая длину и, следовательно, сопротивление проводника (2R), чтобы заставить тот же ток I, чтобы течь через проводник, как и раньше, нам нужно удвоить (увеличить) приложенное напряжение I = (2 В) / (2R). Далее предположим, что мы соединяем два идентичных проводника вместе в параллельной комбинации, как показано.

Здесь, соединяя два проводника в параллельную комбинацию, мы фактически удвоили общую площадь, дающую 2А, в то время как длина проводников L остается такой же, как у исходного одиночного проводника. Но помимо удвоения площади, путем параллельного соединения двух проводников мы фактически вдвое сократили общее сопротивление проводника, получив 1 / 2R, поскольку теперь каждая половина тока протекает через каждую ветвь проводника.

Таким образом, сопротивление проводника обратно пропорционально его площади, то есть: R 1 / ∝ A или R ∝ 1 / A. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально меньше, чем больше его площадь поперечного сечения.

Кроме того, удваивая площадь и, следовательно, вдвое увеличивая суммарное сопротивление ветви проводника (1 / 2R), для того же тока, чтобы I протекал через параллельную ветвь провода, как раньше, нам нужно только наполовину уменьшить приложенное напряжение I = (1 / 2V) / (1 / 2R).

Надеемся, мы увидим, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине (L) проводника, то есть: R ∝ L, и обратно пропорционально его площади (A), R ∝ 1 / A. Таким образом, мы можем правильно сказать, что сопротивление это:

Пропорциональность сопротивления

Но помимо длины и площади проводника, мы также ожидаем, что электрическое сопротивление проводника будет зависеть от фактического материала, из которого он изготовлен, потому что разные проводящие материалы, медь, серебро, алюминий и т.д., имеют разные физические и электрические свойства. Таким образом, мы можем преобразовать знак пропорциональности (∝) вышеприведенного уравнения в знак равенства, просто добавив «пропорциональную константу» в вышеприведенное уравнение, давая:

Уравнение удельного электрического сопротивления

Где: R — сопротивление в омах (Ω), L — длина в метрах (м), A — площадь в квадратных метрах (м 2 ), и где известна пропорциональная постоянная ρ (греческая буква «rho») — удельное сопротивление .

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление конкретного материала проводника является мерой того, насколько сильно материал противостоит потоку электрического тока через него. Этот коэффициент удельного сопротивления, иногда называемый его «удельным электрическим сопротивлением», позволяет сравнивать сопротивление различных типов проводников друг с другом при определенной температуре в соответствии с их физическими свойствами без учета их длины или площади поперечного сечения. Таким образом, чем выше значение удельного сопротивления ρ, тем больше сопротивление, и наоборот.

Например, удельное сопротивление хорошего проводника, такого как медь, составляет порядка 1,72 х 10 -8 Ом (или 17,2 нОм), тогда как удельное сопротивление плохого проводника (изолятора), такого как воздух, может быть значительно выше 1,5 х 10 14 или 150 трлн.

Такие материалы, как медь и алюминий, известны низким уровнем удельного сопротивления, благодаря чему электрический ток легко проходит через них, что делает эти материалы идеальными для изготовления электрических проводов и кабелей. Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но по понятным причинам дороже делать из них электрические провода.

Тогда факторы, которые влияют на сопротивление (R) проводника в омах, могут быть перечислены как:

  • Удельное сопротивление (ρ) материала, из которого сделан проводник.
  • Общая длина (L) проводника.
  • Площадь поперечного сечения (А) проводника.
  • Температура проводника.

Пример удельного сопротивления № 1

Рассчитайте общее сопротивление постоянному току 100-метрового рулона медного провода 2,5 мм 2 , если удельное сопротивление меди при 20 o C составляет 1,72 x 10 -8 Ом метр.

Приведенные данные: удельное сопротивление меди при 20 o C составляет 1,72 x 10 -8 , длина катушки L = 100 м, площадь поперечного сечения проводника составляет 2,5 мм 2 , что дает площадь: A = 2,5 x 10 -6 м 2 .

Ответ: 688 МОм или 0,688 Ом.

Удельное электрическое сопротивление материала

Ранее мы говорили, что удельное сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения проводника, таким образом, показывая, что удельное сопротивление ρ имеет размеры в Ом-метрах или Ом · м, как это обычно пишется. Таким образом, для конкретного материала при определенной температуре его удельное электрическое сопротивление определяется как.

Электрическая проводимость

Хотя как электрическое сопротивление (R), так и удельное сопротивление ρ, являются функцией физической природы используемого материала, а также его физической формы и размера, выраженных его длиной (L) и площадью его сечения ( А), Проводимость или удельная проводимость относится к легкости, с которой электрический ток проходит через материал.

Проводимость (G) является обратной величиной сопротивления (1 / R) с единицей проводимости, являющейся сименсом (S), и ей дается перевернутый символ омов mho, ℧. Таким образом, когда проводник имеет проводимость 1 сименс (1S), он имеет сопротивление 1 Ом (1 Ом). Таким образом, если его сопротивление удваивается, проводимость уменьшается вдвое, и наоборот, как: Сименс = 1 / Ом, или Ом = 1 / Ом.

В то время как сопротивление проводников дает степень сопротивления потоку электрического тока, проводимость проводника указывает на легкость, с которой он пропускает электрический ток. Таким образом, металлы, такие как медь, алюминий или серебро, имеют очень большие значения проводимости, что означает, что они являются хорошими проводниками.

Проводимость, σ (греческая буква сигма), является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и измеряется в сименах на метр (S / m). Поскольку электропроводность σ = 1 / ρ, предыдущее выражение для электрического сопротивления R можно переписать в виде:

Электрическое сопротивление как функция проводимости

Тогда мы можем сказать, что проводимость — это эффективность, посредством которой проводник пропускает электрический ток или сигнал без потери сопротивления. Поэтому материал или проводник, который имеет высокую проводимость, будет иметь низкое удельное сопротивление, и наоборот, поскольку 1 сименс (S) равен 1 Ом -1 . Таким образом, медь, которая является хорошим проводником электрического тока, имеет проводимость 58,14 x 10 6 Симен на метр.

Пример удельного сопротивления №2

Кабель длиной 20 метров имеет площадь поперечного сечения 1 мм 2 и сопротивление 5 Ом. Рассчитать проводимость кабеля.

Приведенные данные: сопротивление постоянному току, R = 5 Ом, длина кабеля, L = 20 м, а площадь поперечного сечения проводника составляет 1 мм 2, что дает площадь: A = 1 x 10 -6 м 2 .

Ответ: 4 мега-симена на метр длины.

Таблица удельных сопротивлений проводников

ПроводникУдельное сопротивление
ρ
Температурный коэффициент α
Алюминий0,0284,2
Бронза0,095 — 0,1
Висмут1,2
Вольфрам0,055
Железо0,16
Золото0,0234
Иридий0,0474
Константан0,50,05
Латунь0,025 — 0,1080,1-0,4
Магний0,0453,9
Манганин0,43 — 0,510,01
Медь0,01754,3
Молибден0,059
Нейзильбер0,20,25
Натрий0,047
Никелин0,420,1
Никель0,0876,5
Нихром1,05 — 1,40,1
Олово0,124,4
Платина0.1073,9
Ртуть0,941,0
Свинец0,223,7
Серебро0,0154,1
Сталь0,103 — 0,1371-4
Титан0,6
Фехраль1,15 — 1,350,1
Хромаль1,3 — 1,5
Цинк0,0544,2
Чугун0,5-1,01,0

Где: удельное сопротивление ρ измеряется в Ом*мм 2 /м и температурный коэффициент электрического сопротивления металлов α измеряется в 10 -3 *C -1 (или K -1 ) .

Краткое описание удельного сопротивления

Мы поговорили в этой статье об удельном сопротивлении, что удельное сопротивление — это свойство материала или проводника, которое указывает, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Мы также видели, что электрическое сопротивление (R) проводника зависит не только от материала, из которого сделан проводник, меди, серебра, алюминия и т.д., но также от его физических размеров.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине (L) как R ∝ L. Таким образом, удвоение его длины удвоит его сопротивление, в то время как последовательное удвоение проводника уменьшит вдвое его сопротивление. Также сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения (A) как R ∝ 1 / A. Таким образом, удвоение его площади поперечного сечения уменьшило бы его сопротивление вдвое, тогда как удвоение его площади поперечного сечения удвоило бы его сопротивление.

Мы также узнали, что удельное сопротивление (символ: ρ) проводника (или материала) связано с физическим свойством, из которого он изготовлен, и варьируется от материала к материалу. Например, удельное сопротивление меди обычно дается как: 1,72 х 10 -8 Ом · м. Удельное сопротивление конкретного материала измеряется в единицах Ом-метров (Ом), которое также зависит от температуры.

В зависимости от значения удельного электрического сопротивления конкретного материала его можно классифицировать как «проводник», «изолятор» или «полупроводник». Обратите внимание, что полупроводники — это материалы, в которых их проводимость зависит от примесей, добавляемых в материал.

Удельное сопротивление также важно в системах распределения электроэнергии, так как эффективность системы заземления для системы электропитания и распределения сильно зависит от удельного сопротивления земли и материала почвы в месте расположения системы.

Проводимость — это имя, данное движению свободных электронов в форме электрического тока. Проводимость, σ является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и имеет единицу измерения сименс на метр, S / m. Проводимость варьируется от нуля (для идеального изолятора) до бесконечности (для идеального проводника). Таким образом, сверхпроводник имеет бесконечную проводимость и практически нулевое омическое сопротивление.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Дисметаболическая гиперферритинемия: всякая перегрузка железом не является гемохроматозом - FullText - Case Reports in Gastroenterology 2015, Vol. 9, № 1

Аннотация

Нарушения метаболизма железа могут быть генетическими или приобретенными и, соответственно, проявляться как состояние первичной или вторичной перегрузки железом. Повреждение органа может быть результатом перегрузки железом и клинически проявляться в виде цирроза, сахарного диабета, артрита, эндокринных нарушений и кардиомиопатии.Гемохроматоз, наследуемый как аутосомно-рецессивное заболевание, является наиболее распространенным генетическим заболеванием, связанным с перегрузкой железом. Экспертные сообщества рекомендуют проводить скрининг бессимптомных и симптоматических лиц с гемохроматозом путем определения насыщения трансферрина (рассчитывается как сывороточная железо / общая железосвязывающая способность × 100). Дальнейшее тестирование на ген гемохроматоза рекомендуется, если насыщение трансферрина> 45% с гиперферритинемией или без нее. Однако ведение пациентов с низким или нормальным насыщением трансферрина неясно.У пациентов с перегрузкой железом и высоким уровнем ферритина в сыворотке низкое или нормальное насыщение трансферрина должно предупреждать врача о других - как первичных, так и вторичных - причинах перегрузки железом, помимо гемохроматоза. Мы представляем здесь возможный подход к пациентам с гиперферритинемией, но с нормальным насыщением трансферрина.

© 2015 S. Karger AG, Базель


Введение

Нормальное общее содержание железа в организме, равное 3-4 г, является результатом жесткого баланса между железом, всасываемым из желудочно-кишечного тракта, и железом, теряемым с калом, потом и через клетки кожи.Если поступление железа или всасывание пищевого железа в желудочно-кишечном тракте превышает необходимое количество, не существует механизма для устранения избыточного железа. Такое состояние избыточного количества железа называется перегрузкой железом. Заболевания, связанные с перегрузкой железом, часто связаны с наследственными дефектами или вторичными нарушениями метаболизма железа, которые возникают в результате чрезмерного переливания крови, приема добавок железа или инъекций железа. Наследственный гемохроматоз, который характеризуется генетической предрасположенностью к поглощению избыточного железа из рациона, является наиболее частой формой генетической перегрузки железом.

Перегрузка железом, независимо от основной этиологии, имеет различные проявления в зависимости от органов, пораженных чрезмерным отложением железа. Он может проявляться в виде усталости, изменения цвета кожи, боли в животе, боли в суставах, нерегулярных менструаций, бесплодия, импотенции, нерегулярного сердечного ритма, сердечной недостаточности, впервые возникшего диабета или трудностей с контролем установленного диабета и повышения ферментов печени. Гемохроматоз, наиболее распространенное генетическое заболевание, вызывающее перегрузку железом, также может приводить к развитию опасных для жизни осложнений, таких как цирроз и гепатоцеллюлярная карцинома [1].

Проявления перегрузки железом при гемохроматозе связаны с мутациями гена HFE, но не все пациенты с наследственным гемохроматозоподобным фенотипом несут патогенные мутации в гене HFE [2]. Было обнаружено несколько других генетических мутаций, связанных с гемоювелином, гепсидином, рецептором трансферрина 2 и геном ферропортина, которые, как известно, вызывают проявления, подобные классическому наследственному гемохроматозу. Гены гемоювелина и гепсидина участвуют в возникновении ювенильного гемохроматоза, мутация гена рецептора трансферрина 2 вызывает гемохроматоз 3 типа, а мутация гена ферропортина приводит к болезни ферропортина.Эти заболевания традиционно классифицировались как гемохроматоз, не связанный с HFE, но недавно идентификация новых генов железа позволила четко идентифицировать эти нарушения.

Описание клинического случая

Мужчина 55 лет обратился с жалобой на усиление одышки и сердцебиения. Он чувствовал себя хорошо до 1 недели до обращения, когда он начал чувствовать одышку сначала при нагрузке, а затем в состоянии покоя. Он также сообщил об ортопноэ. У него был прерывистый кашель с выделением белой мокроты и хрипы.Он был встревожен и дрожал. С момента появления симптомов его толерантность к физической нагрузке снизилась с исходного уровня более десяти блоков до двух блоков. Он не сообщил о лихорадке, боли в груди, головокружении, обмороках, сыпи или потере веса.

В его истории болезни были гипертония, сахарный диабет и гиперлипидемия. Лекарства на момент обращения включали аспирин 81 мг в день, гидрохлоротиазид 12,5 мг в день, дилтиазем 30 мг три раза в день, лозартан 25 мг в день, а также фенофибрат и подкожный инсулин (70/30) 40 единиц два раза в день.10 лет назад ему сделали аппендэктомию по поводу острого аппендицита. У него была аллергия на морепродукты и ингибиторы АПФ. Он сообщил об активном употреблении табака с пятилетним стажем курения, выпивал три бутылки пива в день и иногда нюхал кокаин, но прекратил курить двумя годами ранее. Он родился в США, проучился до 11-го класса и работал в продовольственном магазине, но в настоящее время безработный. Он жил в квартире со своей женой и был сексуально активен в моногамных отношениях. Его мать и сестра больны сахарным диабетом, а отец умер от неизвестного рака.

При осмотре лихорадка. Его частота пульса составляла 100 ударов в минуту, артериальное давление 142/84 мм рт. индекс составил 28,8. Он казался удобным. Кардиологическое обследование показало нормальные сердечные тоны и отсутствие вздутия яремных вен. При аускультации в легких двухбазилярные хрипы, хрипов нет. Живот не вздут, мягкий и безболезненный; печень пальпировалась на 5 см ниже правого реберного края, кишечные шумы были нормальными.Он был бдительным и полностью ориентированным, с нормальной двигательной силой и чувствительностью во всех конечностях. При осмотре конечности без особенностей, отеков.

Гематокрит составлял 41,2%, количество лейкоцитов 6,4 × 10 9 / л и количество тромбоцитов 245 × 10 9 / л. Основная метаболическая панель, включая натрий сыворотки, калий сыворотки, азот мочевины крови и креатинин сыворотки, была нормальной. Результаты функциональных тестов печени, исследований железа и тестов для оценки других этиологий повышенных трансаминаз приведены в таблице 1.Уровень проBNP в крови был повышен до 1002 пг / мл, а гемоглобин A1C составлял 7,8%. Серологические тесты на вирус иммунодефицита человека и токсикологический анализ мочи были отрицательными. Электрокардиограмма выявила синусовую тахикардию, увеличение левого предсердия и удлинение интервала QT. Рентген грудной клетки показал заложенность легочных сосудов, но без инфильтратов. Эхокардиограмма показала резкое снижение фракции выброса до 32% с общим гипокинезом и эксцентрической гипертрофией левого желудочка. На УЗИ брюшной полости обнаружена крупная неоднородная печень длиной 18 см.

Таблица 1

Лабораторные исследования при поступлении

Пациент был госпитализирован с первоначальным впечатлением о систолической застойной сердечной недостаточности. Его лечили фуросемидом внутривенно по поводу диуреза с последующим быстрым улучшением симптомов. Высокий уровень ферритина в сыворотке в сочетании с клиническими проявлениями сердечной недостаточности, гепатомегалии и сахарного диабета предполагал состояние перегрузки железом. Мы ожидали, что насыщение трансферрина будет> 45%, как при наследственном гемохроматозе, наиболее часто выявляемом генетическом нарушении, вызванном перегрузкой железом.Однако расчетное насыщение трансферрина составляло только 28%. Анализ мутации ДНК показал, что пациент был гетерозиготным по мутации C282Y и отрицательным по мутации H63D.

Дифференциальный диагноз

У 55-летнего мужчины с признаками перегрузки железом - повышенным ферритином, сахарным диабетом, увеличенной печенью, повышенными ферментами печени и сердечной недостаточностью - необходимо учитывать заболевания, относящиеся к следующим двум категориям [3]:

Генетическая перегрузка железом

(1) Гемохроматоз 1 типа - гемохроматоз HFE.(2) Гемохроматоз 2 типа - ювенильный гемохроматоз: (а) тип 2А - мутация в гене гемодювелина; (б) тип 2В - мутация в гене гепсидина. (3) Гемохроматоз 3 типа - гемохроматоз рецептора трансферрина 2. (4) Гемохроматоз 4 типа - ферропортиновая болезнь: а) тип 4А - с низким насыщением трансферрина; б) тип 4Б - с высоким насыщением трансферрина. (5) А (гипо) трансферринемия. (6) Ацерулоплазминемия.

Приобретенная перегрузка железом

(1) Ятрогенный: (а) многократные переливания крови; (б) парентеральная терапия железом; (c) пероральная терапия железом.(2) Хроническое заболевание печени: (а) алкогольная болезнь печени; (б) гепатит В и С; (c) поздняя кожная порфирия. (3) Анемии: (а) большая талассемия; (б) хроническая гемолитическая анемия; (c) дефицит пируваткиназы. (4) Прочие: (а) дисметаболическая гиперферритинемия.

Обсуждение

Перегрузка железом может проявляться в виде утомляемости, болей в суставах, болезней печени, сердечных заболеваний, гипогонадизма, сахарного диабета и пигментации кожи (бронзовая кожа). Особенности перегрузки железом с аномальным геном указывают на дифференциальный диагноз, который включает гемохроматоз типа 1 (HFE), гемохроматоз типа 2, гемохроматоз типа 3, гемохроматоз типа 4, атрансферринемию и ацерулоплазминемию.Гемохроматоз HFE является наиболее частой формой наследственной перегрузки железом среди этих заболеваний. Это аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное двумя мутантными аллелями, обычно C282Y, гена HFE, и характеризуется перегрузкой тканями железом с возможностью поражения органов [2,4]. У пациента с признаками перегрузки тканями железом с повышенным содержанием железа в плазме, о чем свидетельствует гиперферритинемия и повышенное насыщение трансферрина, для диагностики гемохроматоза HFE необходимо провести генетическое тестирование на мутацию C282Y гена HFE.Примерно 85–90% пациентов с наследственными формами перегрузки железом гомозиготны по мутации C282Y в HFE. Очень небольшая часть пациентов являются составными гетерозиготами и либо имеют один аллель с мутацией C282Y, а другой аллель с мутацией H63D (C282Y / H63D), либо один аллель с мутацией C282Y и другой аллель с мутацией S65C (C282Y / S65C) [ 3]. Остальные 10-15% пациентов с наследственными формами перегрузки железом без патогенных мутаций в гене HFE подпадают под определение гемохроматоза, не связанного с HFE [5].

Вторая по распространенности форма наследственного нарушения обмена железа - ферропортиновая болезнь. Болезнь ферропортина была впервые описана в 1999 г. как аутосомно-доминантное заболевание, сходное с признаками гемохроматоза HFE [6]. Клинически заболевание обычно ограничивается заболеванием печени и легкой анемией, однако у некоторых пациентов наблюдается полный спектр клинических симптомов, типичных для гемохроматоза. Это вызвано мутацией в гене SLC40A1, который кодирует белок ферропортин.Сравнение наследственного гемохроматоза и болезни ферропортина [2] показано в таблице 2.

Таблица 2

Сравнение наследственного гемохроматоза и болезни ферропортина

Белок ферропортина экспрессируется в энтероцитах, макрофагах, клетках Купфера, клетках плаценты и гепатоцитах, где он играет роль экспортера железа. Белок ферропортин способствует высвобождению как диетического железа из энтероцитов, так и железа, выделяемого поврежденными или стареющими эритроцитами в кровоток (рис.1). Экспрессия ферропортина, трансмембранного рецепторного белка, регулируется его лигандом, гепсидином [7]. Гепсидин, негативный регулятор всасывания железа, связывается с трансмембранным белком ферропортин во время состояний избытка железа или воспаления. Это связывание приводит к интернализации ферропортина с последующей его лизосомной деградацией. В результате снижается количество железа, попадающего в кровоток энтероцитами и макрофагами [8]. С другой стороны, во время состояний дефицита железа наблюдается снижение экспрессии гепсидина, и, следовательно, избыток железа попадает в кровоток.Мутация белка ферропортина, как и в случае болезни ферропортина, делает его устойчивым к гепсидину, тем самым устраняя негативную регуляцию и приводя к избыточному выбросу железа в кровоток.

Рис. 1

Регуляция экспорта железа из энтероцитов посредством взаимодействия гепсидина и ферропортина. DMT1: переносчик двухвалентного металла; Fe 2+ : молекула железа в двухвалентной форме; Fe 3+ : молекула железа в трехвалентной форме.

У нашего пациента нормальное насыщение трансферрина вместе с гетерозиготностью по мутации C282Y сделали диагноз гемохроматоза маловероятным.Отсутствие экстрапирамидных признаков, мозжечковая атаксия и деменция исключали ацерулоплазминемию. (Гипо) трансферринемия - чрезвычайно редкое аутосомно-рецессивное заболевание, связанное с перегрузкой железом, характеризующееся тяжелой микроцитарной анемией [9], которой не было у этого пациента. Болезнь ферропортина менее вероятна при отсутствии в семейном анамнезе гиперферритинемии. Однако нельзя полностью исключить единичный случай заболевания ферропортином. Возможность ферропортиновой болезни следует учитывать только после того, как исключены более частые вторичные причины гиперферритинемии.

Вторичное или приобретенное состояние перегрузки железом при отсутствии аномального гена указывает на такие нарушения, как хроническая гемолитическая анемия, дисметаболическая гиперферритинемия, хроническое заболевание печени, вызванное алкоголем, гепатит B или C, поздняя кожная порфирия и состояния ятрогенной перегрузки железом.

В отсутствие антител к гепатиту C или поверхностного антигена гепатита B у нашего пациента вирусный гепатит B или C вряд ли мог быть причиной. Отсутствие поражений кожи и светочувствительность исключили позднюю кожную порфирию.Наш пациент не сообщал о какой-либо терапии железом в анамнезе, за исключением ятрогенной перегрузки. При нормальном гемоглобине и гематокрите хроническая гемолитическая анемия также не могла быть причиной. Алкогольная болезнь печени также вряд ли была причиной, поскольку она связана с повышенным насыщением трансферрина [10]. Хроническое употребление алкоголя приводит к снижению уровня гепсидина, который изменяет гемостаз железа, вызывая избыток железа [11].

Дисметаболическая гиперферритинемия, также известная как инсулинорезистентность, связанная с перегрузкой железом, является гораздо более распространенным заболеванием, чем клинически признано врачами.Для него характерно наличие повышенного сывороточного ферритина, но нормальное насыщение трансферрина у человека с признаками метаболического синдрома. У нашего пациента с избыточным весом, у которого были другие признаки метаболического синдрома, включая сахарный диабет, гипертензию и гиперлипидемию, этот диагноз кажется наиболее вероятным, особенно при отсутствии генетической мутации гемохроматоза HFE и исключении других вторичных причин перегрузки железом (рис.2). .

Рис. 2

Алгоритм для пациентов с повышенным уровнем ферритина и подозрением на перегрузку железом.

Заключение

У пациента с признаками и симптомами перегрузки тканями железом и высоким уровнем ферритина в сыворотке низкое или нормальное насыщение трансферрина должно предупредить врача о других - как первичных, так и вторичных - причинах перегрузки железом, помимо гемохроматоза. Другие состояния первичной перегрузки железом с нормальным насыщением трансферрина включают болезнь ферропортина типа А и ацерулоплазминемию. Вторичные состояния перегрузки железом с нормальным насыщением трансферрина включают дисметаболическую гиперферритинемию.Дисметаболическая гиперферритинемия, которая более распространена, особенно при наличии метаболического синдрома, должна рассматриваться как наиболее вероятное нарушение в таких сценариях высокого уровня ферритина с нормальным насыщением трансферрина.

Заявление о раскрытии информации

У авторов нет конфликта интересов или источников финансирования, которые следует раскрывать.

Список литературы

  1. Адамс П., Бриссо П., Пауэлл Л. В.: Международная консенсусная конференция EASL по гемохроматозу.J. Hepatol 2000; 33: 485-504.
  2. Пьетранджело А. Ферропортиновая болезнь. Клетки крови Mol Dis 2004; 32: 131-138.
  3. Бэкон Б.Р., Адамс П.С., Каудли К.В., Пауэлл Л.В., Тавилл А.С.: Диагностика и лечение гемохроматоза: практическое руководство 2011 года Американской ассоциации по изучению заболеваний печени.Гепатология 2011; 54: 328-343.
  4. Пьетранджело А: гемохроматоз без HFE. Гепатология 2004; 39: 21-29.
  5. Пьетранджело А: Гемохроматоз 1998: достаточно ли одного гена? J. Hepatol 1998; 29: 502-509.
  6. Пьетранджело А., Монтози Г., Тотаро А., Гарути С., Конте Д., Кассанелли С., Фракелли М., Сардини С., Васта Ф, Гаспарини П.: Наследственный гемохроматоз у взрослых без патогенных мутаций в гене гемохроматоза. N Engl J Med 1999; 341: 725-732.
  7. Zhang DL, Hughes RM, Ollivierre-Wilson H, Ghosh MC, Rouault TA: транскрипт ферропортина, в котором отсутствует железо-чувствительный элемент, позволяет клеткам-предшественникам двенадцатиперстной кишки и эритроида избежать репрессии трансляции.Cell Metab 2009; 9: 461-473.
  8. Немет Э., Таттл М.С., Пауэлсон Дж., Вон М.Б., Донован А., Уорд Д.М., Ганц Т., Каплан Дж .: Гепсидин регулирует отток клеточного железа путем связывания с ферропортином и индукции его интернализации. Наука 2004; 306: 2090-2093.
  9. Аслан Д., Крейн К., Бейтлер Э .: Новый случай атрансферринемии человека с ранее не описанной мутацией в гене трансферрина.Acta Haematol 2007; 118: 244-247.
  10. Иоанну Г. Н., Доминиц Дж. А., Вайс Н. С., Хигерти П. Дж., Каудли К. В.: Влияние употребления алкоголя на распространенность перегрузки железом, дефицита железа и железодефицитной анемии. Гастроэнтерология 2004; 126: 1293-1301.
  11. Брайдл К., Чунг Т.К., Мерфи Т., Уолтерс М., Андерсон Дж., Кроуфорд Д.Г., Флетчер Л.М.: Гепсидин снижается при алкогольном поражении печени: последствия для патогенеза алкогольного заболевания печени.Alcohol Clin Exp Res 2006; 30: 106-112.

Автор Контакты

Джасбир Маккер

8 Park Ave Unit 4

Goldens Bridge, NY 10526 (США)

Электронная почта [email protected]


Подробности статьи / публикации

Предварительный просмотр первой страницы

Опубликовано онлайн: 15 января 2015 г.
Дата выпуска: январь - апрель

г.

Количество страниц для печати: 8
Количество рисунков: 2
Количество столов: 2


eISSN: 1662-0631 (онлайн)

Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/CRG


Лицензия открытого доступа / Дозировка лекарства / Заявление об ограничении ответственности

Open Access License: это статья в открытом доступе под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported (CC BY-NC) (www.karger.com/OA-license), применимой к онлайн-версии только статья. Распространение разрешено только в некоммерческих целях.
Дозировка лекарств: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор и дозировка лекарств, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новый и / или редко применяемый препарат.
Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор (-ы) не несут ответственности за любой ущерб, причиненный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте или рекламе.

Воспаление, высокий уровень ферритина и резистентность к эритропоэтину у местных пациентов, находящихся на поддерживающем гемодиализе из Верхней части Северной Австралии

Использование средств, стимулирующих эритропоэз (ЭСС), улучшило лечение анемии у пациентов, находящихся на поддерживающем гемодиализе (МГД).Дефицит железа и воспаление вызывают резистентность к ЭСС, и оба эти явления распространены среди коренных жителей Северной Австралии. В рамках обеспечения качества нашей программы по лечению почечной анемии мы отметили, что у наших пациентов с МГД использовались более высокие дозы ЭСС и адъювантная терапия железом. Это исследование было направлено на изучение взаимосвязи между исследованиями железа, воспалением, реактивностью ESA, а также потребностями в ESA и железом у коренных пациентов с МГП из Верхнего края Северной Австралии. Мы провели ретроспективный когортный анализ лечения анемии в когорте наших пациентов, получавших МГД.Мы извлекли данные по 178 пациентам из числа коренного населения и 19 пациентам из числа некоренного населения с 1 марта 2009 г. по 28 февраля 2010 г. из базы данных по лечению анемии почек, в которой проспективно собираются данные о пациентах с МГД. Девяносто девять процентов всего образца имели уровень ферритина выше порогового значения> 500 мкг / л, установленного международными рекомендациями. Пациенты из числа коренного населения имели более высокий уровень ферритина (1534 ± 245,5 мкг / л против 1013 ± 323,3 мкг / л, P = 0,002). С-реактивный белок (CRP) был высоким у 56,9% от общей когорты. Сто процентов людей с нормальным CRP имели высокий уровень ферритина (> 500 мкг / л).С-реактивный белок был выше у местных пациентов, чем у некоренных. Гиперчувствительность к агентам, стимулирующим эритропоэз, была выше у коренных пациентов (P <0,0001). Не было значительных различий в гипореактивности ESAs между разными уровнями CRP (P = 0,116), ферритина (P = 0,408) и насыщения трансферрина (P = 0,503). Пациентам из числа коренного населения требовалась более высокая общая доза железа (2820,30 [2000–4350] против 2336,12 [1912–2900], P = 0,02). Не было значимой связи между высоким содержанием ферритина и CRP.У диализных пациентов из числа коренных жителей чаще применяют терапию железом и ЭСС. Высокое употребление железа связано с отсутствием опубликованных данных о назначении железа пациентам с высоким содержанием ферритина. Высокая устойчивость к ферритину и ESA не может быть полностью объяснена воспалением и требует дальнейшей оценки. Необходимы дальнейшие исследования для определения безопасного использования железа и управления резистентностью к ЭСС у пациентов, находящихся на гемодиализе.

Ключевые слова: Сопротивление ESA; Гемодиализ; агенты, стимулирующие эритропоэз; коренные австралийцы; воспаление; железная терапия.

Повышенный уровень ферритина в сыворотке - что должны знать терапевты?

Кэти Гут

Саймон Хэзелдин

Питер Бентли

Джон Олиник

Даррелл Кроуфорд

Предпосылки

Повышенный уровень ферритина сыворотки обычно встречается в общей практике. Девяносто процентов повышенного уровня ферритина в сыворотке крови связано с перегрузкой, не связанной с железом, при которой венесекционная терапия не является предпочтительным методом лечения.

Цель / с

Цель данной статьи - обрисовать роль программы терапевтической венесекции Службы крови Австралийского Красного Креста, уточнить интерпретацию теста на ген HFE и исследований железа, а также описать этапы оценки пациента с повышенным уровнем ферритина в сыворотке крови. .

Обсуждение

После исключения наследственного гемохроматоза исследование повышенного сывороточного ферритина включает определение потребления алкоголя, метаболического синдрома, ожирения, диабета, заболеваний печени, злокачественных новообразований, инфекции или воспаления как причинных факторов. Направление к гастроэнтерологу, гематологу или терапевту, интересующемуся перегрузкой железом, целесообразно, если уровень ферритина в сыворотке> 1000 мкг / л или если причина повышенного уровня ферритина в сыворотке все еще не выяснена.

Служба крови Австралийского Красного Креста сталкивается с растущим числом направлений от врачей общей практики для терапевтической венесекции пациентов с повышенным уровнем ферритина в сыворотке (SF), которые не соответствуют критериям отбора двух мутаций HFE или документально подтвержденной перегрузки железом. Тридцать шесть процентов направлений терапевтической венесекции Службы крови Австралийского Красного Креста за 8-месячный период в 2011 году приходились на пациентов с повышенным SF и генотипом HFE, не связанным с перегрузкой железом. 1 Венесекционная терапия, будучи основным методом лечения перегрузки железом из-за наследственного гемохроматоза (ГГ), не устраняет основные причины повышенного SF у пациентов без истинной перегрузки железом. 2

В то время как существует интерес к железоснижающей терапии для снижения риска рака, 3 улучшение чувствительности к инсулину при метаболическом синдроме 4 и лечение жировой болезни печени, не реагирующей на изменения образа жизни, 5 Терапевтическая венесекция Службы крови Австралийского Красного Креста Программа в настоящее время ограничена пациентами, отвечающими критериям, перечисленным в Таблице 1 , и которые также соответствуют общим критериям приемлемости для добровольного донорства крови.

Таблица 1. Критерии участия в программе терапевтической венесекции Службы крови Австралийского Красного Креста
  • Признаки наследственного гемохроматоза:
    • C282Y гомозиготность
    • Гетерозиготность соединения C282Y / H63D
  • Клиническая перегрузка железом, подтвержденная МРТ FerriScan® или биопсией печени
  • Белая полицитемия вера
  • Поздняя кожная порфирия

Пациенты, отвечающие критериям терапевтической венесекции с противопоказаниями к добровольной сдаче крови (например,сопутствующая стенокардия, гепатит С, цереброваскулярное заболевание) необходимо направить в другое место для терапевтической венесекции. Варианты включают частных поставщиков патологии, государственные больницы, гематологов и некоторых терапевтов.

При отсутствии противопоказаний пациенты с повышенным SF, не соответствующие критериям отбора для терапевтической венесекции, могут стать добровольными донорами цельной крови каждые 12 недель.

Потенциальный вред частой терапии венесекции для человека без истинной перегрузки железом включает развитие железодефицитной анемии, усиление неоптимальной стратегии лечения биохимической аномалии, увековечение мифа о существовании генетического состояния, влияющего на членов семьи, и общие риски венесекции венозных рубцов, флебита и вазовагальных эпизодов.

Метаболизм железа

Примерно 75% от общего количества железа в организме в 3–4 г содержится в гемоглобине красных кровяных телец, 10–20% хранится в белке ферритине, а оставшаяся часть находится в транспортном белке железа трансферрине, а также в миоглобине, цитохромы и несвязанное сывороточное железо. 6

Гормон гепсидин, синтезируемый печенью, регулирует общий уровень железа в организме, контролируя всасывание железа в кишечнике. 7 Под строгим контролем гепсидина ежедневные потери железа в 1-2 мг из клеток слизистой оболочки, желудочно-кишечного тракта и кожи точно компенсируются ежедневным поглощением 1-2 мг из пищевых источников.Всасывается только 10% суточного количества железа, поступающего с пищей. 2

Железная перегрузка

В организме человека отсутствует механизм выведения железа. Таблица 2 описывает обстоятельства, при которых может развиться перегрузка железом.

Таблица 2. Причины перегрузки железа
Механизм перегрузки железом Пример
Неправильно увеличенное всасывание железа в кишечнике
  • Наследственный гемохроматоз
  • HFE-гемохроматоз
    • Тип 1: мутация HFE (ген HFE)
  • Гемохроматоз без HFE (редко)
    • тип 2A: мутация гемодювелина (ген HJV)
    • тип 2B: мутация гепсидина (ген HAMP)
    • тип 3: мутация рецептора трансферрина 2 (ген TfR2)
    • тип 4: мутация ферропортина (ген FPN1)
Перегрузка железом при переливании
1 единица эритроцитов ≈250 мг железа
  • Множественные переливания крови для лечения анемии, вызванной:
    • Аплазия эритроцитов (врожденная или приобретенная)
    • Гемоглобинопатии
    • Миелодиспластический синдром, лейкоз
    • рак или химиотерапия при раке
    • тяжелое кровотечение при гемофилии / хирургическом вмешательстве / травме
Анемии, вызывающие нагрузку на железо
  • α-талассемия
  • β-талассемия
  • Хронические гемолитические анемии
  • Врожденная сидеробластная анемия
  • Врожденная дизэритропоэтическая анемия
Гепатоцеллюлярная хроническая болезнь печени
  • Алкогольная болезнь печени
  • Гепатит B или C
  • Неалкогольный стеатогепатит
Избыток парентерального железа

Оценка перегрузки железом основана на суррогатных маркерах, включая сывороточные тесты (насыщение трансферрина, сывороточный ферритин), неинвазивную магнитно-резонансную томографию (МРТ) для определения концентрации железа в печени (FerriScan®), биопсию печени и количественную флеботомию. 2,6

Цельная кровь содержит 250 мг железа на 500 мл.

В ДГ общие запасы железа в организме можно рассчитать по объему крови, удаленной во время еженедельной венесекции. Удаление 4 г или более железа (16 еженедельных венесекций) без развития железодефицитной анемии указывает на перегрузку железом. 6

Наследственный гемохроматоз

Наследственный гемохроматоз - это аутосомно-рецессивное состояние прогрессирующей перегрузки железом, обычно обусловленное гомозиготностью по мутации C282Y в гене HFE.Эта мутация вызывает несоответствующее увеличение абсорбции железа в кишечнике со скоростью в 2–3 раза большей, чем обычно8. Подобно диабету 1 типа, являющемуся метаболическим состоянием гомеостаза глюкозы из-за дефицита инсулина, HH является метаболическим состоянием гомеостаза железа из-за дефицита гепсидина. 9

Примерно 1 из 200 человек европеоидной расы гомозиготен по мутации C282Y. Эта мутация имеет гораздо более высокую пенетрантность, чем мутация H63D. Гомозиготы C282Y имеют самый высокий риск развития перегрузки железом в организме, тогда как гетерозиготы C282Y / H63D имеют гораздо меньший риск. 8,10 Даже если у гомозигот H63D разовьются повышенные показатели сывороточного железа, у них вряд ли разовьется общая перегрузка железом в организме. 10,11

Гомозиготность

C282Y связана с риском полиорганных последствий перегрузки железом, включая фиброз печени, цирроз печени, гепатоцеллюлярную карциному, сердечную аритмию, кардиомиопатию, диабет, артропатию, гипогонадизм и гиперпигментацию кожи. Повреждение органа можно предотвратить с помощью ранней диагностики и соответствующей терапии венесекции, но это сложно из-за разнообразных, незаметных и неспецифических симптомов на ранней стадии заболевания.

В то время как тест на гены HFE указывает на риск развития в конечном итоге перегрузки железом, исследования железа показывают, присутствует ли перегрузка железом в настоящее время. Тест гена HFE выполняется один раз, тогда как исследования железа выполняются каждый раз, когда требуется оценка текущей перегрузки железом (, таблица 3, ). Типичный график венесекции для пациента с ДГ и перегрузкой железом представлен в Таблице 4 .

HFE с высоким риском
Таблица 3. Рекомендации на основе генотипа HFE и сывороточного ферритина
Генотип Распространенность у австралийцев европеоидной расы 11,12 Рекомендации при нормальном уровне ферритина в сыворотке Рекомендации при повышенном уровне ферритина в сыворотке
Генотипы HFE высокого риска
1 из 188
  • Повышенный риск будущей перегрузки железа
  • Проверять исследования железа каждые 1–5 лет
  • Члены семьи нуждаются в тестировании 13
  • Начало венесекции - кандидат на терапевтическую венесекцию
  • Члены семьи нуждаются в обследовании 13
  • SF> 1000 мкг / л: обратитесь к гастроэнтерологу, гематологу или врачу, интересующемуся перегрузкой железом
Низкий риск
Гетерозиготное соединение C282Y / H63D
1 из 46
Генотипы HFE низкого риска
H63D гомозиготный 1 из 49
  • Проверять исследования железа каждые 1–5 лет
  • Не является кандидатом на терапевтическую венесекцию, но может стать добровольным донором крови при отсутствии противопоказаний
  • Ищите другую причину повышенного SF, кроме HH, особенно потребление алкоголя, метаболический синдром, ожирение, заболевания печени и воспаления
  • Рассмотреть вариант гемохроматоза без HFE
  • Члены семьи не нуждаются в тестировании 13
  • SF> 1000 мкг / л: обратитесь к гастроэнтерологу, гематологу или врачу, интересующемуся перегрузкой железом
Носитель C282Y
Носитель H63D
Без мутаций
1 из 8
1 из 4
3 из 5
  • Дальнейшие действия не требуются 13
Таблица 4.График венесекции
Фаза разгрузки железа, целевой сывороточный ферритин ~ 50 мкг / л
  • Еженедельная венесекция ~ 7 мл / кг (максимум 550 мл) цельной крови
  • Обеспечить уровень гемоглобина перед венесекцией> 120 г / л
  • Монитор Hb и SF
    • Hb: безопасно ли удалять больше крови? Задержка на 1 неделю, если до венесекции Hb <120 г / л
    • SF: безопасно ли удалять больше железа? Контролировать SF через каждые 4–6 венесекций, чаще по мере приближения SF к
      100 мкг / л
  • Выгрузка излишков железа может занять много месяцев или даже лет
  • Пероральные добавки с витамином B12 и фолиевой кислотой поддерживают эритропоэз во время частых венесекций
Фаза поддержания на протяжении всей жизни, целевой SF ~ 50–100 мкг / л
  • Венесекции для поддержания SF ~ 50–100 мкг / л
  • Сильно варьируется между людьми, часто в пределах 2–6 венесекций в год
  • Монитор SF не реже одного раза в 12 месяцев

Исследования железа

Точный диагноз общих запасов железа в организме пациента требует тщательной интерпретации исследований железа (, таблица 5, ).Железо в сыворотке крови демонстрирует суточные колебания 14 , и идеальный образец для исследования железа - это утренний образец натощак, в котором пероральный прием добавок железа был воздержан в течение как минимум 24 часов перед тестированием. 13

Таблица 5. Интерпретация исследований железа
Название теста по исследованию железа Объяснение Железо как аналог денег Аномальные значения
(варьируются от лаборатории к лаборатории)
Предполагает низкие запасы железа Предполагает высокие запасы железа
Сыворотка железа Железо в сыворотке несвязанное Мелочь в кармане <10 мкмоль / л > 30 мкмоль / л
Общая железосвязывающая способность Возможность связать еще больше железа «Жадность к большему количеству денег» > 70 мкмоль / л <45 мкмоль / л
Насыщение трансферрина
  • Железо, абсорбированное из двенадцатиперстной кишки, связанное с транспортным белком
  • Одна молекула трансферрина связывает два атома железа
«Деньги в бумажнике» <16% > 45%
Ферритин сыворотки
  • Железо в запасном белке
  • Одна молекула ферритина связывает 4500 атомов железа
«Ваши сбережения в банке» <30 мкг / л
  • > 200 мкг / л у женщин в пременопаузе
  • > 300 мкг / л мужчины и женщины в постменопаузе
  • > 1000 мкг / л обратиться к гастроэнтерологу, гематологу или терапевту, интересующемуся перегрузкой железом

Наиболее полезными тестами для оценки перегрузки железом из-за HH являются насыщение трансферрина и сывороточный ферритин.15 Насыщение трансферрина> 45% является чувствительным и достаточно специфичным для диагностики ГГ, специфичность увеличивается при увеличении порога до> 55%. Ферритин сыворотки наиболее полезен для мониторинга необходимости венесекции и реакции на венесекцию у пациентов, у которых уже диагностирован ГГ.

Ферритин сыворотки

В то время как низкий SF является чувствительным и специфическим индикатором низких общих запасов железа в организме, повышенный SF чувствителен, но очень неспецифичен для перегрузки железом. Хотя нормальный SF исключает перегрузку железом, только 10% случаев повышенного SF происходит из-за перегрузки железом ( Рисунок 1 ).Хроническое употребление алкоголя, метаболический синдром, ожирение, диабет, злокачественные новообразования, инфекции и воспалительные состояния объясняют 90% причин повышенного SF. 6,16

Рисунок 1. Алгоритм исследования и лечения повышенного сывороточного ферритина в общей практике

Повышение концентрации SF в диапазоне 300–1000 мкг / л является обычным явлением и часто отражает наличие ранее перечисленных условий. Небольшие повышения ниже 1000 мкг / л являются «допустимыми» 6, и в отсутствие HH риск перегрузки печеночного железа чрезвычайно низок. 17

Австралийские исследования показали связь между употреблением алкоголя и повышенным уровнем SF, причем пиво в большей степени, чем спиртные напитки или вино, вызывает увеличение секреции ферритина печенью. 18 Хроническое ежедневное употребление двух или более стандартных напитков может объяснить повышенный уровень SF. 19 Повторное тестирование SF после периода воздержания от алкоголя может прояснить влияние потребления алкоголя пациентом на его повышенный SF.

Существует четко установленная связь между повышенным SF, метаболическим синдромом и ожирением печени. 20,21 Поскольку в Австралии распространенность метаболического синдрома составляет 1 из 3, 22 , высокая вероятность «метаболической гиперферритинемии» до тестирования важна для рассмотрения при оценке пациентов с повышенным SF. Признаки, которые могут отличать повышенный SF, вызванный HH, от метаболической гиперферритинемии, перечислены в таблице 6 .

Таблица 6. Сравнение повышенного уровня сывороточного ферритина при гемохроматозе и метаболическом синдроме
Характеристика Повышенный уровень ферритина в сыворотке из-за наследственного гемохроматоза Метаболическая гиперферритинемия из-за метаболического синдрома / ожирения печени / инсулинорезистентности / диабета / ожирения
Генотип C282Y гомозиготный Не гомозиготный по C282Y
Родословная Обычно кавказцы Переменная
Насыщение трансферрина Обычно> 45% Обычно нормально (20–45%)
Ферритин сыворотки Повышенный Повышенный
С-реактивный белок Нормальный Нормальный
Уровни гепсидина
(нет в продаже)
Пониженный уровень гепсидина Нормальный или повышенный уровень гепсидина
Ферритин сыворотки с течением времени Постепенно более высокий Колебания от одного теста к другому
Общий уровень железа в организме Поднятый Нормальный
Ответ на еженедельные венесекции объемом 500 мл Пациент переносит> 16 венесекций в неделю без анемии У пациента развивается анемия после <16 еженедельных венесекций
Концентрация железа в печени
(FerriScan® МРТ или биопсия печени)
Поднятый Нормальный
Образец отложения железа при биопсии печени Отложение паренхимы в гепатоцитах Непаренхимальные отложения в синусоидальных ячейках и ячейках Купфера
Менеджмент
  • Истощение запасов железа
    • Венесекции
    • Хелатотерапия с железом
  • Модификации образа жизни
    • Весовой контроль
    • Коррекция инсулинорезистентности

Заболевание печени является причиной повышенного SF.Поврежденные гепатоциты пропускают ферритин в сыворотку, поэтому при заболевании печени SF можно рассматривать как другой тип теста функции печени (LFT), наряду с трансаминазами (аланин-трансаминаза [ALT], аспартатаминотрансфераза [AST]) и гамма-глутамилтрансферазой. (GGT). Некоторые причины заболеваний печени связаны с повышенной концентрацией железа в печени (гепатит B, гепатит C, алкогольная болезнь печени, HH), поэтому повышенный SF с аномальными LFT обычно требует дальнейшего исследования. 23

Злокачественные новообразования, инфекции и воспалительные состояния могут вызывать повышенный SF.Обычные скрининговые тесты на C-реактивный белок (CRP), скорость оседания эритроцитов (ESR) и антинуклеарные антитела (ANA) могут помочь исключить наличие этих состояний.

Осмотр специалиста является обязательным, если SF превышает 1000 мкг / л из-за повышенного риска фиброза и цирроза выше этого порога. Однако при отсутствии гомозиготности C282Y концентрация железа в печени обычно нормальная или лишь слегка повышенная, и могут быть обнаружены ожирение печени, гепатит B, гепатит C и алкогольная болезнь печени. 17,24

Ключевые моменты

  • Из всех генотипов HFE только гомозиготы C282Y имеют высокий риск перегрузки печеночного железа.
  • После исключения HH у пациента с повышенным SF оцените возможные причины, включая хроническое потребление алкоголя, метаболический синдром, ожирение, диабет, заболевания печени, злокачественные новообразования, инфекции и воспаления.
  • Если SF> 1000 мкг / л, обратитесь к гастроэнтерологу, гематологу или врачу, интересующемуся перегрузкой железом.
  • Если SF <1000 мкг / л, устраните обратимые причины и повторите исследования железа.
  • Поощрять добровольную сдачу крови каждые 12 недель.

Дополнительная информация

Конфликт интересов: не заявлен.

Благодарности

Авторы благодарят д-ра Барбару Белл, менеджера национальных медицинских служб Службы крови Красного Креста Австралии, за ее помощь в предоставлении справочных данных. Правительство Австралии полностью финансирует Австралийскую службу крови Красного Креста для предоставления продуктов крови и услуг австралийскому сообществу.

Список литературы

  1. Белл Б. База данных направлений службы крови Австралийского Красного Креста. Национальный офис, 17 О'Риордан-стрит, Александрия, Новый Южный Уэльс [доступ 20 апреля 2012 г.].
  2. Битон, доктор медицины, Адамс, ПК. Лечение гиперферритинемии. Энн Хепатол 2012; 11: 294–300.
  3. Захарски Л.Р., Чоу Б.К., Хоус П.С. и др. Снижение риска рака после снижения уровня железа у пациентов с заболеванием периферических артерий: результаты рандомизированного исследования. J Natl Cancer Inst 2008; 100: 996–1002.
  4. Houschyar KS, Ludtke R, Dobos GJ, et al. Влияние вызванного флеботомией снижения запасов железа в организме на метаболический синдром: результаты рандомизированного клинического исследования. BMC Med 2012; 10: 54.
  5. Валенти Л., Москатиелло С., Ванни Е. и др. Венесекция при неалкогольной жировой болезни печени, не отвечающая на рекомендации по образу жизни: обсервационное исследование с поправкой на предрасположенность. QJM 2011; 104: 141–9.
  6. Adams PC, Barton JC. Диагностический подход к гиперферритинемии с не повышенным насыщением трансферрина.Журнал Hepatol 2011; 55: 453–8.
  7. Bridle KR, Frazer DM, Wilkins SJ, et al. Нарушение регуляции гепсидина при HFE-ассоциированном гемохроматозе и печени как регуляторе гомеостаза железа в организме. Ланцет 2003; 361: 669–73.
  8. Аллен К. Наследственный гемохроматоз - диагностика и лечение. Aust Fam Physician 2010; 39: 938–41.
  9. Пьетранджело А. Гемохроматоз: эндокринное заболевание печени. Гепатология 2007; 46: 1291–301.
  10. Gurrin LC, Bertalli NA, Dalton GW и др.Составные гетерозиготы HFEC282Y / H63D имеют низкий риск заболеваний, связанных с гемохроматозом. Гепатология 2009; 50: 94–101.
  11. Gochee PA, Powell LW, Cullen DJ, Du Sart D, Rossi E, Olynyk JK. Популяционное исследование биохимических и клинических проявлений мутации гемохроматоза H63D. Гастроэнтерология 2002; 122: 646–51.
  12. Олиник Дж. К., Каллен Д. Д., Аквилия С., Росси Е., Саммервилл Л., Пауэлл Л. В.. Популяционное исследование клинической экспрессии гена гемохроматоза.N Engl J Med 1999; 341: 718–24.
  13. Центры по контролю и профилактике заболеваний. Гемохроматоз для медицинских работников. Доступно на сайте www.cdc.gov/ncbddd/hemochromatosis / training / pdf / hemochromatosis_ course.pdf [доступ 11 июля 2012 г.].
  14. Дейл JC, Burritt MF, Zinsmeister AR. Суточные колебания сывороточного железа, железосвязывающей способности, насыщения трансферрина и уровней ферритина. Am J Clin Pathol 2002; 117: 802–8.
  15. EASL Руководство по клинической практике гемохроматоза HFE.J Hepatol 2010; 53: 3–22.
  16. St John AT, Stuart KA, Crawford DHG. Обследование на гемохроматоз, связанный с HFE. Australian Prescriber 2011: 34: 73–6.
  17. Олиник Дж. К., Ган Э, Тан Т. Прогнозирование перегрузки железом при гиперферритинемии. Clin Gastroenterol Hepatol 2009; 7: 359–62.
  18. Леггетт Б.А., Браун Н.Н., Брайант С.Дж., Дуплок Л., Пауэлл Л.В., Холлидей Д.В. Факторы, влияющие на концентрацию ферритина в сыворотке крови здорового австралийского населения. Clin Chem 1990; 36: 1350–5.
  19. Росси Е., Булсара М.К., Олиник Дж. К., Каллен Д. Д., Саммервилл Л., Пауэлл Л. В..Влияние генотипа гемохроматоза и факторов образа жизни на показатели железа и эритроцитов в популяции сообщества. Clin Chem 2001; 47: 202–8.
  20. Brudevold R, Hole T, Hammerstrom J. Гиперферритинемия связана с инсулинорезистентностью и ожирением печени у пациентов без перегрузки железом. PLoS One 2008; 3: e3547.
  21. Тромбини П., Пиперно А. Ферритин, метаболический синдром и НАЖБП: выборные влечения и опасные связи. J Hepatol 2007; 46: 549–52.
  22. Chew GT, Gan SK, Watts GF.Возвращаясь к метаболическому синдрому. Med J Aust 2006; 185: 445–9.
  23. Пьетранджело А. Железо при НАСГ, хронических заболеваниях печени и ГЦК: сколько железа слишком много? J Hepatol 2009; 50: 249–51.
  24. Вонг К., Адамс ПК. Разнообразие заболеваний печени среди амбулаторных больных с повышенным уровнем ферритина в сыворотке крови. Can J Gastroenterol 2006; 20: 467–70.

Переписка [email protected]

Открытие или сохранение файлов

Файлы на веб-сайте можно открывать, загружать и сохранять на свой компьютер или устройство.

Чтобы открыть, щелкните ссылку, ваш компьютер или устройство попытается открыть файл с помощью совместимого программного обеспечения.

Чтобы сохранить файл, щелкните ссылку правой кнопкой мыши или щелкните ссылку и выберите «Сохранить как ...». Следуйте подсказкам, чтобы выбрать место.

Типы файлов

PDF Большинство документов на веб-сайте RACGP имеют формат Portable Document Format (PDF). Эти файлы будут иметь «PDF» в скобках вместе с размером файла для загрузки. Чтобы открыть файл PDF, вам потребуется совместимое программное обеспечение, такое как Adobe Reader.Если у вас его нет, вы можете бесплатно загрузить Adobe Reader.

DOC Некоторые документы на этом сайте представлены в формате Microsoft Word. Они будут иметь "DOC" в скобках вместе с размером файла для загрузки. Для просмотра этих документов вам понадобится программа, которая может читать формат Microsoft Word. Если у вас ничего нет, вы можете бесплатно скачать MS Word Viewer.

MP3 Большинство веб-браузеров воспроизводят аудио в формате MP3 в браузере

5 опасностей высокого уровня железа для лошадей

Знаете ли вы опасностей высокого уровня железа в сене или воде вашей лошади? Перегрузка железом вызывает растущее беспокойство среди владельцев лошадей, поскольку все больше узнается о вредных последствиях слишком большого количества этого минерала в рационе.

Железо - это важный минерал , необходимый лошадям для транспортировки кислорода по всему телу. Однако этот высокореактивный элемент может также способствовать окислительному повреждению , образуя молекулы свободных радикалов в организме.

Когда уровень железа в рационе лошади выходит из равновесия , это может привести к негативным эффектам, таким как воспаление , повреждение тканей, нарушение иммунной функции и вторичный дефицит других витаминов и минералов.

Лошади, испытывающие перегрузку железом, могут стать ламинитом и иметь другие хронические проблемы со здоровьем. Исследования показывают, что чрезмерное потребление железа особенно проблематично для лошадей, у которых метаболические проблемы , такие как избыточный вес, инсулинорезистентность или болезнь Кушинга лошадей .

Токсичность, связанная с железом, может быть вызвана потреблением кормов или добавок с добавлением железа . Это также может быть результатом повышенного уровня в сене, почве или воде.

Mad Barn's AminoTrace + минеральная и витаминная добавка была специально разработана для противодействия кормам с высоким содержанием железа для лошадей с инсулинорезистентностью или болезнью Кушинга / PPID. Он содержит без добавления железа и сделан с повышенным содержанием меди и цинка, чтобы сбалансировать минеральные соотношения.

  • Полный минеральный баланс
  • Поддерживает метаболизм
  • Разработано для лошадей ИР / Кушинга
  • Способствует росту копыт и шерсти

Уровни железа в лошадях

Железо (Fe) - важный микроминерал для лошадей, который естественным образом содержится в кормах, зерне и воде.Это компонент гемоглобина , белка красных кровяных телец, переносящего кислород по всему телу. Он также является компонентом миоглобина , который накапливает кислород в мышечной ткани.

У лошади весом 500 кг будет около 33 г железа в теле . Большая часть железа находится в составе гемоглобина (60%) и миоглобина (20%). Еще 20% железа находится в хранилище, и небольшой процент (0,2%) участвует в ферментных процессах .

Дефицит железа у лошадей встречается крайне редко , потому что они обычно получают много этого минерала из воды, кормов и почвы.

Анемия (низкое количество эритроцитов) может наблюдаться у лошадей, но обычно это не из-за дефицита железа . Анемия, скорее всего, вызвана кровопотерей, вирусными инфекциями, разрушающими эритроциты, или хроническим воспалением, которое препятствует образованию новых эритроцитов.

Избыток железа представляет собой гораздо большую проблему для лошадей, поскольку свободные ионы железа (Fe2 +) действуют как окислители , вызывая повреждение ДНК, клеточных мембран и других структур.Высокий уровень потребления железа также был связан с инсулинорезистентностью и ламинитом у лошадей.

Высокий уровень может вызвать печеночную недостаточность , особенно у молодых животных. Несмотря на то, что небольшое количество железа теряется с потом во время тяжелых упражнений, в целом организм не может выделять дополнительное количество железа , если не происходит значительной кровопотери.

Железо имеет тенденцию накапливаться в тканях, особенно в печени, которая действует как основное хранилище.Накопление отложений железа, называемых гемосидерином, в печени может привести к повреждению печени и нарушению обмена веществ.

Дополнительное железо нельзя давать лошадям, если это не рекомендовано ветеринаром.

Потребление железа лошадьми

По данным Национального исследовательского совета (NRC 2007) , потребность в железе для зрелой лошади составляет 40 мг / кг рациона или 400 мг в день . Доза увеличивается до 50 мг / кг рациона или 500 мг в день для растущих жеребят и кормящих кобыл.

Обычные корма должны соответствовать этим требованиям к железу. Корма обычно содержат 100–250 мг на кг сухого вещества, в то время как зерно содержит менее 100 мг на кг сухого вещества.

Максимально допустимый уровень железа составляет 500 мг на кг общего количества потребляемого сухого вещества. Для средней лошади, потребляющей 10 кг в день, это эквивалентно 5000 мг железа в день .

Вы можете отправить диету своей лошади на анализ онлайн, и один из наших диетологов будет рад провести дополнительную оценку, чтобы лучше понять, сколько железа ваша лошадь потребляет.

Лошади также получают этот минерал из воды и почвы, когда пасутся или едят сено с земли.

Уровни железа в почве соотносятся с уровнями глины. Почвы на основе глины, как правило, содержат самые высокие уровни железа, а известняк и песчаник - самые низкие. [1]

Поверхностная вода обычно имеет низкий уровень железа (менее 10 мг на литр). Грунтовые воды могут содержать значительно больше (несколько мг на литр).Большинство муниципалитетов предлагают для проверки воды из скважины , которую вы можете использовать для определения содержания железа в конкретной скважине.

Опасности высокого уровня железа у лошадей

Ваша лошадь, скорее всего, легко удовлетворит свои потребности в железе за счет своего питания, не требуя дополнительного железа.

Настоятельно не рекомендуется добавлять железо в рацион лошадей, если это не рекомендовано ветеринаром . Это может иметь место, если ваша лошадь испытала кровопотерю , которая могла произойти из-за травмы, кровоточащих язв, хронического воспаления или тяжелой нагрузки глистами.Эти случаи должны быть оценены ветеринаром, чтобы определить, целесообразно ли добавлять больше этого минерала в рацион.

Ниже приведен список из 5 основных причин минимизировать воздействие железа на лошадей :

  1. Окислительное повреждение - Свободные ионы железа обладают высокой реакционной способностью и повреждают липиды (жиры) в клетках, создавая больше свободных радикалов. Это запускает порочный круг повреждения свободными радикалами, который может привести к гибели клеток, что препятствует нормальному функционированию тканей.
  2. Инсулинорезистентность - Хотя механизмы не ясны, высокий уровень железа связан с метаболическим синдромом у лошадей. Эта корреляция также наблюдалась у других животных, включая человека.
  3. Поглощение других минералов - Высокий уровень может снизить поглощение цинка и меди из рациона, что может привести к вторичному дефициту. Специалисты по питанию лошадей стараются поддерживать соотношение этих трех минералов в соотношении 4: 3: 1 железа, цинка и меди, чтобы избежать взаимного влияния.
  4. Иммунная функция - Высокий уровень железа в крови подавляет иммунную функцию. Способность антител и иммунных клеток бороться с инфекциями снижается, а также снижается способность создавать новые иммунные клетки. [2]
  5. Ламинит - Повышенное содержание железа может вызвать ламинит и другие проблемы с копытами. Это может быть связано с инсулинорезистентностью или плохим усвоением других минералов, важных для здоровья копыт.

Когда в организме лошади слишком много этого минерала в течение длительного периода времени, это может способствовать возникновению целого ряда вторичных проблем .Избыток железа создает дополнительную нагрузку на естественные системы антиоксидантной защиты организма .

Антиоксидантные питательные вещества, такие как селен , витамин E и витамин C , могут истощаться у вашей лошади быстрее, что приводит к нарушению иммунной функции и усилению воспаления . Эти эффекты могут усиливаться у лошадей, которые испытывают внешние стрессоры или тренируются на высоких уровнях .

Признаки / симптомы повышенного содержания железа у лошадей

Вы можете подозревать, что перегрузка железом у вашей лошади, если вы заметите эти признаки :

  • Плохое состояние шерсти - Обесцвечивание и красные концы на темных гривах и хвостах.У пальто также могут быть вьющиеся концы, как правило, они выглядят тусклыми или грубыми, а также местами осыпаются.
  • Проблемы с копытами - Ламинит и абсцессы часто встречаются у лошадей с высоким содержанием железа. Вы можете наблюдать трещины на стенке копыта, молочницу и / или проблемы с белой линией даже при хорошем уходе за копытами и лечении молочницы.
  • Повышенный уровень ферментов печени (AST, ALT, ALP) в анализе крови может указывать на повреждение печени из-за высокого уровня железа.
  • Непереносимость сахаров или инсулинорезистентность, не обязательно связанная с ожирением или высоким потреблением сахара.
  • Болезнь Кушинга / PPID (дисфункция промежуточного гипофиза) - эти состояния часто совпадают с перегрузкой железом.
  • Аллергия / проблемы с иммунитетом - если ваша лошадь часто страдает инфекциями или с трудом восстанавливается после болезни, у нее может быть высокий уровень железа. Аллергия на пыль или пыльцу также может быть признаком слабой иммунной системы из-за высокого уровня железа.

Советы по снижению потребления железа лошадьми

  1. По возможности избегайте кормления сеном на землю, чтобы снизить потребление почвы лошадью .
  2. Замачивание сена в воде может удалить много железа, но это также может повлиять на другие минералы.
  3. Корма, выращенные на кислых или высокоглинистых почвах , вероятно, будут содержать больше железа. Обсудите этот вопрос со своим поставщиком сена или рассмотрите возможность внесения известняка на свои поля, чтобы повысить pH почвы.
  4. Трава и фураж, выращиваемые в районах с высоким уровнем осадков , будут иметь более высокое содержание железа. По возможности учитывайте этот фактор при выборе поставщика сена.
  5. Проверьте свой уровень железа в воде и подумайте о том, чтобы добавить фильтр для воды, чтобы удалить излишки железа.

Определение статуса железа лошади

Анализы крови можно сделать, чтобы определить уровень железа вашей лошади. Уровни железа в сыворотке или крови сами по себе не скажут вам, сколько железа хранится в организме. Ферритин сыворотки является хорошим индикатором общего содержания железа в организме . Исследование, проведенное в 1984 году, обнаружило высокую корреляцию между ферритином в сыворотке крови и уровнями железа в печени и селезенке лошадей. [3] . Этот тест по-прежнему считается золотым стандартом для оценки уровня железа у лошадей.

Другой подход состоит в том, чтобы измерить уровни железа и трансферрина до , чтобы вычислить насыщение трансферрина . Трансферрин - это белок крови, который переносит железо к тканям, которые в нем нуждаются. Процент насыщения трансферрина рассчитывается путем деления сывороточного железа на трансферрин и умножения на 100.

У лошадей насыщение трансферрина у лошадей составляет , обычно около 30-40% . [4] Лошади с хронической перегрузкой железом могут иметь уровень насыщения трансферрина , превышающий 80% .

Лошади с такими высокими уровнями имеют клинические признаки перегрузки железом, включая гемохроматоз (чрезмерное всасывание железа) и гепатопатию (повреждение печени). [5]

Когда насыщение трансферрина высокое, способность лошади связывать избыточное железо с трансферрином будет ограничена. Это означает, что будет на больше свободных атомов железа , которые могут действовать как свободные радикалы, вызывая окислительное повреждение во всем организме.

Высокий уровень железа в организме особенно беспокоит лошадей с метаболическим синдромом лошадей (EMS) или инсулинорезистентностью (IR). Исследования на людях и животных моделях выявили несколько способов связи чувствительности к железу и инсулину .

Повышенный уровень этого минерала в организме может предсказать инсулинорезистентность в будущем и является следствием инсулинорезистентности. У людей это известно как дисметаболическая гиперферритинемия .

У лошадей с высоким уровнем инсулина в крови, типичным признаком инсулинорезистентности, также обнаружен высокий уровень ферритина.

Это означает, что у лошадей с метаболическим синдромом , вероятно, будет избыток железа в печени , что подвергает их риску повреждения печени. Это также предполагает, что связь между железом и резистентностью к инсулину, обнаруженная у других животных, существует и у лошадей. [6]

Болезнь Кушинга , также известная как дисфункция промежуточной части гипофиза (PPID), представляет собой состояние, похожее на EMS.И EMS, и болезнь Кушинга могут включать изменения распределения жира, инсулинорезистентность и ламинит.

Болезнь Кушинга / PPID обычно возникает в более позднем возрасте, чем EMS, и возникает из-за дисфункции гипофиза в головном мозге, тогда как EMS в первую очередь является проблемой инсулинорезистентности.

Лошади с болезнью Кушинга / PPID имеют высокий риск заражения из-за ослабленной иммунной системы. Чтобы не усугубить проблему, необходимо внимательно следить за состоянием и потреблением железа. у этих лошадей.

Железо в добавках и кормах для лошадей

Острая токсичность железа у лошадей обычно связана с употреблением кормов или добавок , содержащих избыточное количество этого минерала. Чрезмерный прием добавок чаще встречается у спортивных лошадей и молодых жеребят.

Анализ питательных веществ или состава добавок для лошадей обычно показывает, что в продукте есть железо, даже если оно специально не добавлено в качестве ингредиента. Это связано с тем, что железо содержится во всех растительных материалах, а также в некоторых минеральных или витаминных ингредиентах.Полностью удалить железо из премиксов невозможно.

Некоторые коммерческие премиксы для лошадей содержат специально добавленное железо, поэтому их следует избегать. Чтобы узнать, содержит ли корм, который вы кормите, добавленное железо, просканирует список ингредиентов на наличие таких соединений, как оксид железа, фурмат железа, сульфат железа или глюконат железа.

Источники железа, такие как фурмат железа, имеют цвет красновато-коричневый . Солевые лизунцы , которые выглядят красновато-коричневыми, вероятно, содержат добавленное железо.

Железо добавляется в некоторые коммерческие добавки, вероятно, потому, что ошибочно считается, что оно улучшает физическую работоспособность за счет увеличения кислородной переносимости красных кровяных телец. Исследования показали, что это не так, . [7]

Простое добавление этого микроминерала в рацион не приведет к увеличению количества красных кровяных телец или доставки кислорода к мышцам. Добавка с большей вероятностью вызовет проблемы, связанные с повреждением печени, окислительным стрессом и минеральным дисбалансом .

Витаминно-минеральные премиксы Mad Barn не содержат дополнительного железа . Анализ питания покажет, что в продуктах содержится некоторое количество железа, но это связано с естественным присутствием этого минерала в других ингредиентах.

Например, наш минеральный и витаминный премикс Omneity содержит 900 мг железа на 1 кг продукта. Это концентрация в продукте, которая отличается от дневной нормы. Типичный размер порции Omneity Premix в 120 граммов в день для лошади массой 500 кг даст 108 мг железа .Если в сене вашей лошади не очень много железа, оно будет находиться в пределах допустимой нормы для типичной лошади.

Витаминно-минеральный премикс

Mad Barn’s AminoTrace + специально разработан как вариант с низким содержанием железа для лошадей с метаболическими проблемами . Этот продукт содержит источник фосфора с низким содержанием железа и добавленные меди и цинка для уравновешивания абсорбции железа из пищевых источников.

AminoTrace + содержит мононатрийфосфат вместо монокальцийфосфата в качестве источника фосфора.Это снижает концентрацию железа до 100 мг на кг добавки. Типичный размер порции 200 граммов в день для лошади массой 500 кг обеспечит всего 20 мг железа .

Использование минеральных и витаминных добавок, таких как AminoTrace +, может помочь минимизировать потребление железа у лошадей с инсулинорезистентностью или болезнью Кушинга и предотвратить некоторые потенциальные вредные последствия высокого содержания железа в рационе вашей лошади.

Перед изменением программы кормления обязательно проконсультируйтесь с квалифицированным диетологом .Отправьте рацион вашей лошади на анализ онлайн, и один из наших диетологов будет рад предоставить дополнительный обзор .

  • Полный минеральный баланс
  • Поддерживает метаболизм
  • Разработано для лошадей ИР / Кушинга
  • Способствует росту копыт и шерсти

В диете вашей лошади чего-то не хватает?

Выявите пробелы в программе питания вашей лошади, чтобы улучшить ее самочувствие.

Список литературы

  1. Haluschak, PW and Wills, GF.Состояние отдельных микроэлементов в сельскохозяйственных почвах Южной Манитобы. Технический бюллетень исследовательского отделения. 1998.
  2. Уокер, Э.М. и Уокер, С.М. Влияние перегрузки железом на иммунную систему. Ann Clin Lab Sci. 2000.
  3. Smith, JE et al. Ферритин сыворотки как мера запаса железа у лошадей. J Nutr. 1984.
  4. Харви, JW. Метаболизм железа и его нарушения. Clin Biochem Dom An. 2008.
  5. Theelen, MJP et al. Хроническая перегрузка железом, вызывающая гемохроматоз и гепатопатию у 21 лошади и одного осла.Ветеринарный журнал лошадей. 2018.
  6. Келлон, Э.М. и Густафсон, К.М. Возможная дисметаболическая гиперферритинемия у лошадей с гиперинсулинемией.Open Vet J.2020.
  7. Loch, WE et al. Влияние дополнительного железа, живых дрожжей saccharomyces cerevisiae и физических упражнений на гемоглобин и объем упакованных клеток крови лошадей. J Equine Vet Sci. 1984.

Оценка статуса железа: уровень ферритина и трансферрина в сыворотке за пределами насыщения

Abstract

Растущая распространенность множественных сопутствующих заболеваний среди пациентов с анемией и хроническим заболеванием почек сделала использование ферритина и насыщения трансферрина в сыворотке более сложной задачей для диагностики дефицита железа.Поскольку сывороточный ферритин является реагентом острой фазы и поскольку воспалительное состояние может ингибировать мобилизацию железа из ретикулоэндотелиальных запасов, сценарий пациентов с сывороточным ферритином> 800 нг / мл, предполагающий перегрузку железом, и насыщение трансферрина <20%, предполагающий железо дефицит стал более распространенным. В этой статье пересматриваются основы рекомендаций Инициативы по обеспечению качества исходов заболеваний почек в отношении использования сывороточного ферритина и насыщения трансферрина в качестве ориентира при терапии железом, а затем исследуются некоторые из новых альтернативных маркеров статуса железа, которые могут быть полезны, когда ферритин сыворотки и насыщение трансферрина недостаточны. .Эти новые тесты включают содержание гемоглобина ретикулоцитов, процент гипохромных эритроцитов и растворимый рецептор трансферрина, все из которых показали некоторые перспективы в ограниченных исследованиях. Наконец, кратко рассматривается роль гепсидина, полипептида печени, в патофизиологии мобилизации железа.

Руководящие принципы Инициативы по качеству исходов заболеваний почек

После тщательного анализа литературы рабочие группы Инициативы по качеству исходов заболеваний почек (K / DOQI) по анемии в 1997, 2001 и 2006 годах решили, что ферритин сыворотки и насыщение трансферрина (TSAT) должны быть основным инструментом для оценки контроля приема железа у пациентов с анемией и хронической болезнью почек (ХБП), включая ТПН (1).Ферритин сыворотки отражает запасное железо, а абсолютный дефицит железа, согласно рекомендациям K / DOQI, коррелирует с ферритином сыворотки <100 нг / мл. Абсолютный дефицит железа, дефицит железа, который характеризуется низким или отсутствующим окрашиванием костного мозга на железо, следует отличать от функционального или относительного дефицита железа, который определяется как ответ на внутривенное введение железа с повышением гемоглобина (Hb) или снижение потребности в средствах, стимулирующих эритропоэз (ЭСС). Это может произойти у пациентов с уровнем ферритина в сыворотке крови значительно выше 100 нг / мл (1,2).

Перегрузка железом, согласно руководящим принципам K / DOQI, может возникать у пациентов, у которых уровень ферритина в сыворотке превышает 800 нг / мл, но этот показатель чрезвычайно варьируется. Литература, предшествовавшая использованию ESA для лечения почечной анемии, когда пациентам делали много переливаний для поддержания уровней Hb, совместимых с разумным функциональным статусом, показывает, что у многих из этих пациентов уровень ферритина в сыворотке крови составлял от 1000 до 2000 нг. / мл диапазон. При вскрытии было обнаружено очень мало доказательств перегрузки тканями железом, несмотря на такие высокие уровни ферритина в сыворотке.Уровень сывороточного ферритина 800 нг / мл, который в руководствах K / DOQI предлагается в качестве верхнего предела для внутривенной терапии железом, является пороговым значением, основанным на мнении; это не основано на доказательствах. Рабочие группы по анемии K / DOQI выбрали это значение, чтобы обеспечить значительный буфер между уровнями ферритина в сыворотке, с которыми мы привыкли иметь дело у большинства наших диализных пациентов, и уровнями ферритина в сыворотке> 2000 нг / мл у пациентов с гемохроматозом. у кого начинает происходить отложение железа в тканях, имеющее клинически значимое значение (1).

TSAT - это сывороточное железо, деленное на общую железосвязывающую способность (TIBC), что соответствует циркулирующему железу. TIBC отражает трансферрин, белок, с которым связано практически все железо в крови. Рабочие группы K / DOQI определили, что абсолютный дефицит железа, отсутствие или почти полное отсутствие окрашиваемого железа в костном мозге коррелирует с TSAT <20% и что существует риск перегрузки железом, когда TSAT превышает 50%. Они также основаны на мнениях, а не на доказательствах.

Формы дефицита железа

У пациентов с почечной анемией наблюдается целый спектр дефицита железа, особенно при лечении ЭСС, поскольку эти агенты стимулируют костный мозг до супрафизиологической скорости производства красных кровяных телец (эритроцитов). . Нормальная скорость доставки железа в костный мозг, которая ограничена количеством циркулирующего железа, иногда недостаточна для удовлетворения потребности в железе костного мозга, стимулированного ЭСС. Абсолютный дефицит железа, определяемый как TSAT <20% или сывороточный ферритин <100 нг / мл, часто возникает у пациентов, находящихся на гемодиализе, из-за повышенной кровопотери из крови, оставшейся в диализаторе, частого забора крови, желудочно-кишечного тракта низкой степени злокачественности. кровотечение, операции множественного сосудистого доступа, и т. д. Это также может усугубляться снижением всасывания железа при пероральном приеме из-за диетических ограничений, потери вкуса к богатым железом продуктам и гепсидину (см. Раздел о гепсидине).

Состояние, известное как функциональный дефицит железа или относительный дефицит железа, является уникальным для популяции пациентов, получающих эти ЭСС, поскольку их супрафизиологическая скорость продукции эритроцитов превосходит способность связанного с трансферрином циркулирующего железа обеспечивать адекватный субстрат для Синтез гемоглобина.У этих пациентов TSAT может быть <20%, поскольку голодный костный мозг удаляет железо из циркулирующего трансферрина быстрее, чем трансферрин может пополнить его железом, высвобожденным из запасов. Ферритин сыворотки, отражающий запасы железа, может быть нормальным или повышенным. Это проблема спроса и предложения, а не общего дефицита железа в организме. У пациента есть количество железа в организме, которое может быть нормальным для человека, который не страдает анемией и не получает ЭСС, но в условиях стимуляции костного мозга, управляемой ЭСС, скорости, с которой железо высвобождается из запасов, и скорости при которых железо доставляется трансферрином в костный мозг эритроида, недостаточно для того, чтобы успевать за производством эритроцитов.Это может произойти, даже если запас железа кажется нормальным или повышенным. Это часто вызывает клиническую дилемму: есть ли у пациента дефицит железа или нет?

Крайний случай функционального дефицита железа, известный как ретикулоэндотелиальная (RE) блокада, обычно возникает на фоне острого или хронического воспаления / инфекции. Это часто коррелирует с высоким уровнем С-реактивного белка и / или высокой скоростью оседания эритроцитов. Из-за воспалительного состояния и, вероятно, опосредованного гепсидином (см. Ниже), железо, которое находится в хранилище RE, «запирается» там и не выделяется в трансферрин.В результате содержание железа, связанного с трансферрином, которое отражается TSAT, является низким, несмотря на нормальный или повышенный уровень ферритина. Это состояние усугубляется тем фактом, что ферритин сам по себе является реагентом острой фазы, таким как С-реактивный белок, содержание которого повышается в условиях воспаления. Это приводит к дилемме: является ли повышенный уровень ферритина в сыворотке следствием высоких запасов железа или это связано с воспалительным состоянием и, следовательно, не является маркером накопленного железа? Если у пациента низкий TSAT, как у многих в этой обстановке, то следует ли ему вводить дополнительное внутривенное введение железа или нет?

Ограничения сывороточного ферритина / TSAT

Тот факт, что ферритин сыворотки является реактивом острой фазы и что существуют гендерные различия (обычно ниже у женщин), ферритин несколько хуже, чем идеальный тест для определения дефицита железа.TSAT также имеет некоторую острофазную реактивность, поскольку трансферрин может повышаться на фоне воспаления, что снижает TSAT, если циркулирующее железо остается постоянным. Уровень трансферрина может быть низким из-за снижения синтеза трансферрина при недоедании и хронических заболеваниях, что приведет к повышению TSAT, если циркулирующее железо будет постоянным. Также существуют значительные (от 17 до 70%) суточные колебания TSAT, которые затрудняют интерпретацию его значения, если время суток, в которое проводится тест, меняется от теста к тесту (1,3).

Ситуация, при которой TSAT низкий, а сывороточный ферритин высокий, часто встречается у пациентов, находящихся на гемодиализе. В этих условиях сывороточный ферритин может быть повышен из-за функционального дефицита железа или блокады RE. Терапевтическая дилемма состоит в том, чтобы решить, показаны ли дополнительные добавки железа для повышения TSAT до целевого диапазона K / DOQI, особенно у пациентов, которые не достигают целевого уровня гемоглобина в условиях лечения ESA. Это риск по сравнению с анализом пользы : каков риск для безопасности пациента при введении ему или ей дополнительного внутривенного железа по сравнению с преимущество предоставления дополнительного железа для производства эритроцитов, чтобы пациент мог наслаждаться физиологией и качеством жизни награды более высокого уровня гемоглобина?

В конечном счете, диагноз дефицита железа не следует ставить в клиническом вакууме.Это необходимо сделать, осмотрев всего пациента, ища наличие воспаления или инфекции, особенно если присутствует диализный катетер. Каждый катетер имеет биопленку, которая может вызвать воспалительную реакцию даже при отсутствии лихорадки, лейкоцитоза или положительных посевов крови. У большинства пациентов с дилеммой повышенного сывороточного ферритина и низкого TSAT удаление катетера должно рассматриваться как первоочередная задача. Несмотря на эту проблему, вопрос сводится к тому, нужно ли пациенту больше железа для поддержания более высоких уровней гемоглобина.Увеличение дозы ЭСС может показаться путем наименьшего сопротивления, потому что ЭСС воспринимаются как более благоприятные, чем внутривенное введение железа. Однако большинство пациентов с высоким уровнем ферритина в сыворотке и низким уровнем TSAT уже демонстрируют доказательства устойчивости к ESA, поэтому они уже принимают очень высокие дозы ESA и все еще ниже целевого уровня Hb. Это ситуация, в которой клиницист должен решить, следует ли пациенту получать больше железа и предоставляют ли сывороточный ферритин и TSAT информацию, необходимую для принятия этого решения.

Точность определения сывороточного ферритина и TSAT определяется их чувствительностью и специфичностью. Чувствительность - это вероятность того, что положительный тест точно определит статус железа как дефицитный. Специфичность - это вероятность того, что отрицательный тест точно определит статус железа как недефицитный. Чувствительность и специфичность этих тестов, определенные тремя авторами с использованием различных критериев, сведены в Таблицу 1 (4–6). Вывод состоит в том, что TSAT 20% кажется относительно хорошим с точки зрения чувствительности, а это означает, что немногие пациенты действительно имеют дефицит железа с TSAT, намного превышающим 20%, но пороговое значение ферритина 100 или даже 200 нг / мл имеет тенденцию пропустить почти все пациенты, которые в конечном итоге могут ответить на внутривенное введение железа.

Таблица 1.

Чувствительность и специфичность измерений железа a

Содержание Hb в ретикулоцитах

Содержание Hb в ретикулоцитах (CHr) - это мера количества Hb в ретикулоцитах, которые представляют собой эритроциты, состоящие всего из 1 или 2 дн. Соответственно, количество Hb в ретикулоцитах является достаточно хорошим отражением того, сколько железа было доступно костному мозгу для включения в новые красные кровяные тельца за несколько дней до этого. Вместо того, чтобы исследовать содержание гемоглобина во всей популяции эритроцитов, возраст которой может составлять от 1 до 120 дней, CHr предоставляет моментальный снимок того, сколько железа было доступно для производства эритроцитов в клинически значимый период времени.Теоретически это должен быть достаточно хороший маркер, основанный на предположении о том, было ли железо доступно для производства эритроцитов. CHr широко доступен на многих из тех же многоканальных гематологических анализаторов, которые делают полный анализ крови, и является отдельно оплачиваемым тестом, который стоит 4,25 доллара.

Два исследования, в которых изучалась чувствительность и специфичность CHr при диагностике дефицита железа, обобщены в таблице 2 (7,8). В обоих исследованиях CHr выгодно сравнивался с ферритином сыворотки и TSAT в прогнозировании ответа на внутривенное введение железа.Fishbane et al. (9) обследовали 157 пациентов и сравнили ферритин / TSAT с CHr в качестве триггера для лечения внутривенным декстраном железа, 100 мг × 10 последовательных сеансов гемодиализа, всего 1 г. В группе 1 исследователи лечили пациентов с уровнем ферритина в сыворотке <100 нг / мл и TSAT <20%. В группе 2 исследователи использовали CHr <29 пг, а затем исследовали подмножество с более высоким пороговым значением 30 пг. Они обнаружили, что CHr менее изменчив, чем TSAT или ферритин, и что он более точен.В последующем исследовании Fishbane et al. (9) определила, что пороговое значение CHr в 29 пг обычно не учитывается у ряда пациентов, которые в конечном итоге ответили на внутривенное введение железа. Авторы пришли к выводу, что порог в 32 пг показал гораздо большую полезность, и у большинства пациентов, которые получали терапию железом на основе CHr <32 пг, в среднем на 23% снижалась потребность в эритропоэтине.

Таблица 2.

CHr в оценке статуса железа a

Процент гипохромных эритроцитов

Другой альтернативный маркер железа - процент гипохромных эритроцитов (PHRC), который является тестом концентрации Hb. в RBC, в отличие от содержания Hb, как в CHr.CHr - это абсолютное количество Hb в каждом ретикулоците в пикограммах. Поскольку PHRC основан на концентрации Hb в эритроцитах, он учитывает абсолютное количество Hb, а также размер клетки. Большая проблема с использованием этого теста в Соединенных Штатах заключается в том, что образцы крови не могут быть отправлены, потому что эритроциты имеют тенденцию расширяться во время хранения. Потому что большинство крупных диализных цепочек в США используют национальные лаборатории и потому что существует значительное время хранения между моментом взятия образцов крови и временем, когда эти анализы в конечном итоге будут сделаны, которое может составлять от 18 до 24 часов. , это не оказалось особенно полезным тестом в Соединенных Штатах.И наоборот, в Европе, где большинство лабораторий являются местными и где время хранения не так много, как в Соединенных Штатах, PHRC оказался относительно полезным тестом.

В таблице 3 показаны результаты двух исследований, в которых сравнивали PHRC и CHr в диагностике дефицита железа с использованием разных пороговых значений и разных стандартов (5,10). Данные Каллена (10) продемонстрировали, что наиболее часто используемое пороговое значение PHRC 10% уступает пороговому значению CHr 26 пг. Неудивительно, что очень низкая отсечка по CHr имела 100% специфичность (без ложных срабатываний), но все же оставалась достаточно хорошей чувствительностью.Ни один из этих исследователей не использовал рекомендованное Fishbane (9) пороговое значение CHr 32 пг, что, как можно было бы предсказать, повысит чувствительность и снизит специфичность по сравнению с использованными пороговыми значениями. Вывод состоит в том, что PHRC, вероятно, сопоставим с CHr с точки зрения его полезности, но проблема хранения останется ограничивающим фактором в отношении его широкого использования в Соединенных Штатах.

Таблица 3.

PHRC verus CHr в оценке статуса железа a

Растворимый рецептор трансферрина

Тест растворимого или сывороточного рецептора трансферрина (sTfR) основан на том факте, что эритробласты в костном мозге увеличивают презентация мембранного рецептора трансферрина на фоне дефицита железа.Если пациент не получает достаточного количества железа и эритропоэз стимулируется ESA, то повышенные рецепторы трансферрина будут экспрессироваться на эритробластах, некоторые из которых отделяются и будут обнаруживаться в кровообращении. STfR коррелирует с этой мембранной экспрессией рецептора трансферрина, а также имеет тенденцию повышаться при повышенной активности эритроидов. Лечение пациента с ЭСС за счет увеличения общей массы эритробластов также приведет к увеличению sTfR.Когда у пациента отмечается повышенный sTfR, клиницист должен определить, связано ли это с дефицитом железа, или потому, что пациент находится на ESA или имеет повышенную эритробластическую активность, и только это увеличивает мембрану и, в конечном итоге, экспрессию сыворотки рецептор трансферрина.

Результаты несколько неоднозначны при использовании sTfR у пациентов с ТПН для диагностики дефицита железа. Это действительно кажется разумным показателем эритропоэтической активности (11,12). Если кто-то пытается определить, оказывает ли ESA предполагаемый эффект стимуляции выработки эритроцитов в костном мозге, до того, как будет отмечено увеличение ретикулоцитов, и задолго до повышения Hb, то увеличение sTfR может быть первой обнаруживаемой мерой.На него не влияет воспаление (13), что могло бы сделать sTfR более надежным тестом, чем сывороточный ферритин, но Fernandez-Rodriguez et al. (14) обнаружил, что sTfR менее точен, чем сывороточный ферритин. Эти авторы продемонстрировали чувствительность к sTfR 70% и специфичность 59% при пороговом значении 2,6 мг / л. Tessitore et al. (5) продемонстрировал чувствительность к sTfR 81% и специфичность 71% при пороговом значении 1,5 мг / л. Тем не менее, нет широкого консенсуса относительно использования sTfR в диагностике дефицита железа до тех пор, пока не будут проведены более масштабные исследования.Этот тест не является широко доступным, что также ограничивает его полезность.

Гепцидин

Гепсидин - это пептид, который вырабатывается печенью для гомеостаза железа. Это важный посредник для абсорбции и мобилизации железа. Если запасенное железо повышено, печень синтезирует гепсидин, который у беременных женщин поступает обратно в желудочно-кишечный тракт и плаценту, предотвращая дополнительное экзогенное всасывание железа. Гепсидин также подавляет высвобождение железа из системы RE в циркулирующий трансферрин.При нормальных физиологических обстоятельствах, когда запасы железа переполнены, важно защитить организм от перегрузки железом, не допуская поступления дополнительного железа в организм и поддерживая соответствующий баланс накопленного и циркулирующего железа. Гемохроматоз возникает в результате генетического дефекта активности гепсидина, так что у человека отсутствует нормальная обратная связь, подавляющая всасывание железа в кишечнике, и возникает перегрузка железом. Активность гепсидина у нормальных людей увеличивается в условиях воспаления / инфекции, в первую очередь за счет высвобождения IL-6 купферовскими клетками в печени (15).Это объясняет феномен блокады RE, при которой запасное железо не высвобождается в циркулирующий трансферрин, что приводит к высокому уровню ферритина в сыворотке и низкому уровню TSAT. Неудивительно, что существует значительная корреляция между гепсидином и ферритином сыворотки, потому что оба являются реагентами острой фазы (16).

Заключение

TSAT и сывороточный ферритин оставались предпочтительными маркерами для оценки статуса железа в трех итерациях руководств по анемии K / DOQI из-за их широкой доступности, обширной литературной базы и знакомства.Частый парадокс высокого сывороточного ферритина и низкого TSAT сделал желательным поиск альтернативных маркеров железа, чтобы лучше предсказать, будут ли подгруппы пациентов реагировать на терапию железом. CHr является точным и воспроизводимым, но оптимальное значение отсечки все еще не окончательное. Судя по данным Fishbane, разумным кажется, что где-то около 32 пг. Тест доступен в национальных лабораториях, которые обслуживают крупные диализные сети и многие независимые диализные центры в Соединенных Штатах.Он может отсутствовать на гематологических анализаторах, обслуживающих больничные учреждения и другие региональные лаборатории. Проблемы с хранением и транспортировкой лабораторных образцов делают ЦФИ проблематичными для широкого использования в Соединенных Штатах, несмотря на данные, которые ставят его точность на один уровень с CHr. Литература по sTfR ограничена, и нет единого мнения относительно отсечки. Он не является широко доступным, но более надежная доказательная база может расширить его применение в будущем. Необходимы дальнейшие исследования для определения роли гепсидина в оценке патофизиологии железа и определении наличия или отсутствия ситуации блокады RE.В обозримом будущем альтернативные тесты окажутся наиболее полезными не в качестве скрининговых или первичных диагностических маркеров дефицита железа, а для лучшей оценки сложных случаев.

В конечном итоге решение о том, следует ли использовать внутривенную терапию железом конкретному пациенту, следует принимать в контексте общего состояния этого пациента. Если преимущества перевешивают риски, как у пациента, которому не удалось достичь целевого уровня гемоглобина, несмотря на большие дозы ESA, и у которого TSAT низкий и нет доказательств активной инфекции, тогда может быть оправдано испытание внутривенного введения железа, несмотря на высокий уровень ферритина в сыворотке.Несмотря на многочисленные опасения относительно безопасности внутривенного введения железа со времени первой итерации руководящих принципов K / DOQI по анемии 9 лет назад, в литературе было немного данных, на основании которых можно было бы сделать вывод о том, что использование внутривенного железа внутривенно отрицательно повлияло на исходы пациентов. исходные параметры K / DOQI. Чем больше данных в распоряжении клинициста для направления терапии, тем лучше, поэтому альтернативные маркеры железа приветствуются и будут продолжать изучаться.

  • Авторские права © 2006 Американского общества нефрологов

Ссылки

  1. Рекомендации NKF-K / DOQI по клинической практике при анемии при хронической болезни почек: Обновление 2000 г.Am J Kidney Dis37 [Приложение 1] : S182– S238,2001 ; опубликованная ошибка появляется в Am J Kidney Dis 38: 442, 2001

  2. Fishbane S, Maesaka JK: Управление железом при терминальной стадии почечной недостаточности. Am J почек 29 : 319– 333,1997

  3. Калантар-Заде К., Родригес Р.А., Хамфрис М.Х .: Связь между ферритином в сыворотке и показателями воспаления, питания и железа у пациентов, находящихся на гемодиализе. Трансплантация циферблата нефрола19 : 141– 149,2004

  4. Fishbane S, Kowalski EA, Imbriano LJ, Maesaka JK: Оценка статуса железа у пациентов, находящихся на гемодиализе.J Am Soc Nephrol7 : 2654– 2657,1996

  5. Tessitore N, Solero GP, Lippi G, Bassi A, Faccini GB, Bedogna V, Gammaro L, Brocco G, Restivo G, Bernich P, Lupo A, Maschio G: роль железа маркеры статуса в прогнозировании ответа на внутривенное введение железа у гемодиализных пациентов, получающих поддерживающий эритропоэтин. Трансплантация циферблата нефрола16 : 1416– 1423,2001

  6. Калантар-Заде К., Хоффкен Б., Вунш Х, Финк Х, Кляйнер М., Люфт ФК: Диагностика железодефицитной анемии у пациентов с почечной недостаточностью в постэритропоэтиновую эру.Am J почек 26 : 292– 299,1995

  7. Mittman N, Sreedhara R, Mushnick R, Chattopadhyay J, Zelmanovic D, Vaseghi M, Avram MM: содержание гемоглобина в ретикулоцитах позволяет прогнозировать функциональный дефицит железа у пациентов на гемодиализе, получающих rHuEPO. Am J Disney Dis30 : 912– 922,1997

  8. Chuang CL, Liu RS, Wei YH, Huang TP, Tarng DC: Раннее прогнозирование ответа на внутривенное введение железа по содержанию гемоглобина в ретикулоцитах и ​​количеству ретикулоцитов с высокой флуоресценцией у пациентов, находящихся на гемодиализе.Трансплантация циферблата нефрола18 : 370– 377,2003

  9. Fishbane S, Shapiro W, Dutka P, Valenzuela OF, Faubert J: рандомизированное испытание стратегий тестирования дефицита железа у гемодиализных пациентов. Почки Int60 : 2406– 2411,2001

  10. Cullen P, Soffker J, Hopfl M, Bremer C, Schlaghecken R, Mehrens T, Assmann G, Schaefer RM: содержание гипохромных эритроцитов и ретикулоцитов гемглобина как маркеры железодефицитной эритропоэзии на хроническом гемодиализе.Трансплантация циферблата нефрола14 : 659– 665,1999

  11. Chiang WC, Tsai TJ, Chen YM, Lin SL, Hsieh BS: Растворимый рецептор трансферрина в сыворотке отражает эритропоэз, но не доступность железа у пациентов с хроническим гемодиализом, леченных эритропоэтином. Клин Нефрол58 : 363– 369,2002

  12. Tarng DC, Huang TP: Детерминанты уровня циркулирующих растворимых рецепторов трансферрина у пациентов, находящихся на хроническом гемодиализе. Трансплантация циферблата нефрола17 : 1063– 1069,2002

  13. Beerenhout C, Bekers O, Kooman JP, van der Sande FM, Leunissen KM: Сравнение растворимого рецептора трансферрина, насыщения трансферрина и ферритина сыворотки как маркеров состояния железа у пациентов, находящихся на гемодиализе.Нефрон92 : 32– 35,2002

  14. Fernandez-Rodriguez AM, Guindeo-Casasus MC, Molero-Labarta T, Dominguez-Cabrera C, Hortal-Casc n L, Perez-Borges P, Vega-Diaz N, Saavedra-Santana P , Palop-Cubillo L: Диагностика дефицита железа при хронической почечной недостаточности. Am J почек 34 : 508– 513,1999

  15. Ganz T: Гепсидин, ключевой регулятор метаболизма железа и медиатор анемии воспаления. Кровь102 : 783– 788,2003

  16. Dallalio G, Fleury T, Means RT: сывороточный гепсидин в клинических образцах.Br J Haematol122 : 996– 1000,2003

Железо, атеросклероз и ишемическая болезнь сердца | Кардиология | JAMA Internal Medicine

Объектив Обзор эпидемиологических и экспериментальных данных, касающихся железа и развития атеросклероза и ишемической болезни сердца.

Источники данных Поиск литературы на английском языке проводился с 1981 по 1998 год вручную с использованием MEDLINE и Current Contents.Важные ссылки в найденных статьях также были включены в этот обзор.

Результаты Появляется все больше эпидемиологических данных о связи между уровнем железа и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Некоторые экспериментальные данные подтверждают роль железа в процессе перекисного окисления липидов, первом этапе образования атеросклеротических поражений. Макрофаги и эндотелиальные клетки участвуют в этом процессе, но точный механизм и места взаимодействия между этими клетками, железом и липопротеинами низкой плотности до сих пор неизвестны.

Выводы Имеются убедительные эпидемиологические данные о том, что железо является важным фактором в процессе атеросклероза. Эпидемиологические исследования, например проспективные последующие исследования с участием доноров крови, могут прояснить преимущества истощения запасов железа для сердечно-сосудистой системы. Знания о молекулярном механизме сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с железом, все еще ограничены. Мы предполагаем, что каталитически активные формы железа изменяют уровни липопротеинов низкой плотности, чтобы взаимодействовать с рецептором липопротеинов низкой плотности, окисленным макрофагами.Как железо плазмы, не связанное с трансферрином, так и гемоглобин являются кандидатами на такие взаимодействия.

Железная гипотеза риска сердечно-сосудистых заболеваний

В 1981 году Салливан 1 предположил, что истощение запасов железа защищает от ишемической болезни сердца. Он утверждал, что разницу в частоте сердечных заболеваний у мужчин и женщин можно объяснить различиями в уровнях накопленного железа.Он утверждал в поддержку своей теории, что миокардиальная недостаточность возникает у пациентов с нарушениями накопления железа и что с возрастом происходит накопление накопленного железа у мужчин и после менопаузы у женщин. Поскольку результаты исследования Framingham Study 2 -4 показали, что риск сердечных заболеваний у женщин увеличивается в равной степени в результате естественной менопаузы или хирургической менопаузы (независимо от овариэктомии), маточных факторов, особенно регулярных менструальных кровопотерь, а не гормональных. факторы, могут быть ответственны за защиту женщин в пременопаузе от ишемической болезни сердца. 5 Исследование Lauffer 6 показало значительную корреляцию между запасами железа и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний. У мужчин запасы железа, оцениваемые по концентрации ферритина в сыворотке, 7 повышаются после подросткового возраста. У женщин запасы железа остаются низкими и начинают расти только после 45 лет. 8 У молодых мужчин наблюдается параллельное увеличение риска ишемической болезни сердца (ИБС) и нагрузки железом. 1 , 5 Максимальные половые различия в уровне ферритина в сыворотке крови достигаются примерно в 45 лет и составляют около 300%.Максимальные половые различия при сердечных заболеваниях также достигаются примерно к 45 годам и также составляют около 300%. 9

При семейной гиперлипопротеинемии половые различия ИБС сохраняются, несмотря на высокие уровни липопротеинов у гетерозиготных пациентов как у мужчин, так и у женщин в пременопаузе, что указывает на фактор защиты от сердечно-сосудистых эффектов повышенного уровня холестерина у женщин в пременопаузе. 5 , 10 -12 Помимо объяснения половых различий ИБС, гипотеза железа может также объяснить низкую распространенность ИБС в регионах с высокой распространенностью дефицита железа. 1 Однако дефицит железа может быть вызван недостаточным питанием, которое, вероятно, менее атерогенно. Гипотеза железа также может объяснить защитный эффект лекарств, вызывающих кровопотерю из желудочно-кишечного тракта, например, аспирина, или подавляющих всасывание железа, например холестирамина, а также риск усиления эффекта пероральных контрацептивов, которые, как известно, уменьшают менструальную кровопотерю. 1 , 5 , 13 -15 Если гипотеза о железе верна, простыми и эффективными способами снижения риска сердечно-сосудистых событий будут донорство крови 5 , 16 и отмена обогащения железом пищевых и поливитаминных препаратов.

Железные магазины и ишемическая болезнь сердца

Результаты исследования в пользу железной гипотезы

В 1992 году Salonen et al. 17 опубликовали проспективное исследование 1931 года, произвольно выбранных мужчин из восточной Финляндии, которое возобновило дискуссию о железной гипотезе ИБС. 18 -21 Они обнаружили, что высокий уровень запасенного железа, оцениваемый по повышенным концентрациям ферритина в сыворотке, является фактором риска ИБС. Разница в уровнях ферритина не объяснялась употреблением алкоголя или воспалительными процессами, хорошо известными причинами высокого уровня ферритина. У мужчин с концентрацией ферритина в сыворотке выше 200 мкг / л вероятность инфаркта миокарда была в 2,2 раза выше, чем у мужчин с более низкими значениями. Связь была сильнее у мужчин с высокими уровнями липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) –холестерина в сыворотке, что свидетельствует о синергетической роли высоких запасов железа и высоких уровней холестерина ЛПНП, что также было обнаружено Лауффером. 6 Повышенная концентрация ферритина в сыворотке была связана с повышенным риском инфаркта миокарда только при высоких уровнях холестерина ЛПНП в сыворотке. Это открытие было подтверждено другими исследователями 22 и подтверждено исследованиями на животных, которые показали, что перегрузка железом стимулирует образование атеросклеротических поражений у кроликов с гиперхолестеринемией. 23 В другом исследовании соотношение рецепторов трансферрина сыворотки к ферритину сыворотки использовалось для оценки запасов железа в организме той же группы финских мужчин. 24 Мужчины с высокими запасами железа в организме (низкое соотношение трансферрин-ферритин) на исходном уровне имели в 2–3 раза больший риск инфаркта миокарда по сравнению с мужчинами с низкими запасами железа в организме.

Моррисон и др. 25 изучили большую когорту мужчин и женщин в Канаде. Они обнаружили связь между уровнем железа в сыворотке крови и риском смертельного острого инфаркта миокарда у мужчин и женщин. Концентрация ферритина в сыворотке крови не изучалась. Соотношение скоростей в высшей категории уровней сывороточного железа (≥31.3 мкмоль / л [175 мкг / дл]) составляло 2,18 для мужчин и 5,53 для женщин. Как и Salonen et al, 17 , они обнаружили более высокий риск для мужчин с высоким уровнем сывороточного железа и высоким уровнем холестерина в сыворотке (относительный риск 4,60) по сравнению с мужчинами с высоким уровнем железа в сыворотке и низким уровнем холестерина (относительный риск 1,46). Это и другие исследования, использующие уровни сывороточного железа в качестве параметра, могут быть искажены включением субъектов с воспалительными и хроническими заболеваниями, у которых могут быть более низкие уровни сывороточного железа и более высокие показатели смертности.Кроме того, на результаты может повлиять включение субъектов с высоким уровнем сывороточного железа из-за наследственного или вторичного гемохроматоза, 26 субпопуляцию пациентов, предположительно подверженных риску ИБС. 27 Таким образом, хотя есть доказательства того, что общее количество железа в организме связано с развитием атеросклеротического заболевания, неясно, является ли эта связь постепенной или эффект связан только с определенными состояниями с более высокими запасами железа. (например, гемохроматоз) или сопутствующие факторы с более высоким уровнем смертности (например, хронические воспалительные заболевания), которые могут повлиять на результаты исследования.

При исследовании бессимптомного атеросклероза сонных артерий, оцениваемого с помощью дуплексной сонографии, была выявлена ​​сильная корреляция между атеросклерозом и запасами железа у мужчин и женщин, которая была более заметной при сочетании с гиперхолестеринемией. 22 Проспективное исследование, проведенное той же группой, показало, что уровни ферритина в сыворотке являются одним из самых сильных предикторов риска прогрессирования атеросклероза. Изменения в запасах железа в течение 5-летнего периода наблюдения изменили риск атеросклероза: снижение запасов железа было положительным, а дальнейшее накопление железа увеличило риск сердечно-сосудистых заболеваний.Уровни ферритина и холестерина ЛПНП показали синергетическую связь с частотой сердечно-сосудистых заболеваний и смерти. 28 Однако эти результаты не могли быть подтверждены в некоторых исследованиях с использованием ультразвукового измерения толщины интима-медиа сонной артерии в качестве параметра раннего бессимптомного атеросклероза. 29 , 30

Сильное подтверждение взаимосвязи между уровнями железа и повышенным риском сердечно-сосудистой смертности получено в недавнем исследовании, посвященном мутации Cys282Tyr гена HFE , который присутствует у пациентов с наследственным гемохроматозом 31 и поздней кожной порфирией. 32 Связь между этой мутацией и смертью от сердечно-сосудистых заболеваний у женщин в постменопаузе была изучена с использованием схемы вложенных случаев-контроль в когортном исследовании с участием 12 239 женщин с периодом наблюдения от 16 до 18 лет. 33 Обнаружен значительно повышенный риск общей смерти от сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний с коэффициентами риска 1,6 и 2,4 соответственно. Это первое крупномасштабное последующее исследование, которое выявило значительную корреляцию между одним генетическим полиморфизмом и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний.В то время как мутация Cys282Tyr гена HFE , вероятно, ответственна за метаболические дефекты при наследственном гемохроматозе, 34 это открытие подтверждает роль железа в развитии атеросклеротического заболевания. Вопреки этим результатам, Nassar et al 35 не обнаружили разницы в наличии мутации Cys282Tyr между 2 группами из 150 субъектов с ранним началом ИБС (<50 лет) или поздним началом ИБС (> 65 лет). ). В этом исследовании у мужчин, но не у женщин с ранним началом ИБС, были более высокие запасы железа, оцениваемые по концентрации ферритина в сыворотке, чем у субъектов с поздним началом ИБС, но это открытие не было связано с мутацией Cys282Tyr гена HFE .Эта мутация присутствовала у 8% молодых людей и 11% пожилых людей, что немного больше, чем сообщалось Feder et al. 31

Два исследования влияния донорства крови на сердечно-сосудистые события подтверждают гипотезу железа. 36 , 37 В когорте из Небраски донорство крови было связано со снижением риска сердечно-сосудистых заболеваний только у некурящих мужчин с отношением шансов 0,67. 36 Польза от донорства была выше у мужчин с более высоким уровнем холестерина ЛПНП в сыворотке крови.У женщин значимого эффекта от сдачи крови не наблюдалось. Поскольку гипотеза железа предполагает, что защитный эффект донорства крови будет более заметным у мужчин, которые имеют более высокую нагрузку железом, чем женщины, эти результаты согласуются с гипотезой. В проспективном когортном исследовании 2682 финских мужчин, наблюдавшихся в течение 5,5 лет, Tuomainen et al. 37 обнаружили, что донорство крови снижает риск инфаркта миокарда на 86%. Они сообщили о значительно меньшем количестве инфарктов миокарда у доноров (0.7%), чем у недоноров (9,8%). Однако результаты этих двух исследований могут быть искажены выбором более здоровых людей для сдачи крови.

Исследования, ослабляющие железную гипотезу

Ряд исследований не смогли показать корреляцию между запасами железа и ИБС. Вложенное тематическое исследование у мужчин с дислипемией среднего возраста, 38 , ретроспективное исследование, 39 и проспективное исследование 40 , не выявило связи между уровнями ферритина и ИБС.Канадское исследование не смогло показать корреляцию между уровнем ферритина в сыворотке и ангиографически определяемой болезнью коронарной артерии. 41 Два отчета с использованием насыщения трансферрина железом (TS) для оценки запасов железа не показали защитного эффекта от дефицита железа. Одно из этих исследований обнаружило относительный риск острого инфаркта миокарда 1,3 у субъектов с TS более или равным 62%, что не было статистически значимым. 42 Giles et al 20 обнаружили, что относительный риск равен 0.8 для мужчин и 2,6 для женщин в случаях с высоким TS (≥60%), что также не было статистически значимым. К сожалению, существует плохая корреляция между TS в нормальном диапазоне и запасами железа в организме, 43 , 44 , что вместе с небольшим количеством случаев с высоким и низким TS затрудняет интерпретацию этих исследований. В исландском исследовании 45 мужчин и женщин, наблюдаемых в среднем в течение 8,5 лет, не было обнаружено связи между уровнем ферритина в сыворотке и риском инфаркта миокарда.Однако высокая общая железосвязывающая способность (TIBC) была отрицательным фактором риска. Каждое увеличение TIBC на 1 мкмоль / л было связано со снижением риска инфаркта миокарда на 5,1%. Это открытие предполагает возможную защиту от дефицита железа, 46 , но истощение запасов железа было необычным в исследуемой популяции. 47

В последующем эпидемиологическом исследовании Первого национального обследования здоровья и питания TIBC и TS не были связаны с инфарктом миокарда.Однако уровни сывороточного железа и TS были обратно связаны с ИБС (т. Е. Инфарктом миокарда и другими формами ишемической болезни сердца) как у мужчин, так и у женщин. 48 Данные того же исследования показали U-образную связь TS с риском инсульта и смертностью от инсульта у белых женщин в возрасте от 45 до 74 лет. Никакой ассоциации не было обнаружено ни у белых, ни у черных. 49 Sempos et al. 50 также обнаружили обратную связь между TS и риском ИБС; однако они не измеряли концентрацию ферритина в сыворотке, что ослабляет их вывод. 51 , 52 Regnström et al. 53 изучали уровни ферритина в сыворотке, уровни железа в сыворотке и TIBC у 94 молодых мужчин, переживших инфаркт миокарда через 4-6 месяцев после события. Они не обнаружили различий в уровнях ферритина у пациентов по сравнению со здоровыми людьми. У пациентов был более низкий уровень сывороточного железа и более высокий TIBC. Количество и тяжесть поражений коронарных артерий, показанных ангиографией, не были связаны со статусом железа. Однако использование аспирина после события (вызывающего потерю крови) в сочетании с флеботомией в диагностических целях могло снизить уровень накопления железа, 54 , а количество изученных субъектов было небольшим.

Потребление железа с пищей и ИБС

Генетические, патологические и экологические факторы могут способствовать риску сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с железом. Salonen et al. 17 обнаружили значительную связь между потреблением железа и ИБС в финской когорте. На каждый потребленный миллиграмм железа увеличивался на 5% риск ИБС.Взаимосвязь между потреблением железа и коронарной болезнью была частично подтверждена Ascherio et al, 55 , которые обнаружили (после поправки на насыщенные жиры и диетический холестерин) повышенный риск инфаркта миокарда у мужчин с более высоким потреблением гемового железа (красное мясо). , что положительно коррелировало с общими запасами железа. Однако они не смогли найти связи между общим потреблением железа и ИБС.

В исследовании 329 греческих мужчин и женщин с электрокардиографически подтвержденным первым коронарным инфарктом, первой аномальной коронарной артериограммой или и тем, и другим, потребление железа с пищей было положительно связано с риском ишемической болезни сердца среди мужчин, а также особенно среди женщин в возрасте 60 лет и старше. . 56 При исследовании взаимосвязи между параметрами железа и атеросклерозом сонных артерий, определяемой с помощью ультразвуковых измерений толщины интима-медиа, корреляции между потреблением железа и бессимптомным атеросклерозом сонных артерий не было обнаружено. 29 Кроме того, в последующем эпидемиологическом исследовании Первого национального обследования здоровья и питания не было обнаружено корреляции между потреблением железа и ИБС. 48 Morrison et al. 25 не обнаружили взаимосвязи между общим потреблением железа или добавками железа и риском смертельного острого инфаркта миокарда.Потребление железа с пищей в двух последних исследованиях 25 , 48 оценивалось с помощью опросника 24-часового отзыва, что не является оптимальной оценкой долгосрочного потребления железа с пищей. 10 , 48 В этих исследованиях 25 , 29 , 48 не было сделано различий между потреблением гемового и негемового железа. Сноудон и др. 57 обнаружили на 60% увеличение риска смертельной коронарной болезни у мужчин, которые ели мясо 6 раз в неделю, по сравнению с мужчинами, которые ели мясо менее одного раза в неделю.Мясо - важный источник гемового железа. Механизм обратной связи поглощения железа лучше работает для негемового железа, чем для гемового железа. При любом уровне ферритина в сыворотке процент абсорбции гемового железа больше, чем процент абсорбции негемового железа. Ингибирование абсорбции гема при более высоких уровнях сывороточного ферритина меньше, чем ингибирование абсорбции негемового железа. 58 Различия в обратной связи поглощения гемового и негемового железа могут объяснить взаимосвязь между потреблением мяса и уровнями ферритина и ИБС, а также отсутствие взаимосвязи между потреблением негемового железа и ИБС. 55 Таким образом, отсутствие связи между негемовым или общим потреблением железа и ИБС не исключает возможности взаимосвязи между запасами железа или потреблением гема и ИБС. Отсутствие корреляции между потреблением негемового железа и ИБС предполагает, что диетическое негемовое железо не способствует увеличению сердечно-сосудистого риска, за исключением, возможно, пациентов с гемохроматозом, включая гетерозигот. 10

Упражнения, уровень железа и CHD

Физические упражнения связаны со снижением смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. 59 -61 Снижение смертности нельзя объяснить только улучшением факторов риска, таких как липидный профиль или артериальное давление. 59 Различия в этих факторах риска составляют лишь 10% снижения риска сердечно-сосудистых заболеваний в физически подготовленных группах. 61 Lauffer 59 , 62 , 63 предположили, что положительные эффекты упражнений могут быть связаны с запасами железа в нижней части тела, связанными с физическими нагрузками.Физические тренировки уменьшают запасы железа, создавая отрицательный баланс железа, как это показано у спортсменов. 64 -67 Значительное снижение уровня ферритина в сыворотке может произойти всего через 6 недель занятий аэробикой. 68 Существует несколько механизмов, с помощью которых физическая нагрузка может уменьшить запасы железа в организме: желудочно-кишечная кровопотеря, вызванная ишемией кишечника или гастритом, вызванным стрессом; внутрисосудистый гемолиз с выведением гемоглобина с мочой вследствие механического или осмотического разрушения эритроцитов или окислительного стресса; осуществлять ацидоз с ранним высвобождением железа из трансферрина; и потеря железа из-за потоотделения. 64 , 69 Кроме того, наращивание мышечной массы с помощью тренировок приводит к увеличению потребности в железе для миоглобина.

В исследовании, проведенном среди мужчин из восточной Финляндии, продолжительность и частота физической активности были обратно пропорциональны уровням ферритина в сыворотке крови. 70 Регулярная физическая активность от 2 до 3 часов в неделю снижает уровень ферритина в сыворотке. Наряду с предыдущим открытием Salonen и его коллегами о связи между высоким уровнем ферритина в сыворотке и острым инфарктом миокарда, 17 финские данные предполагают, что сокращение запасов железа может быть одним из механизмов, посредством которого физические нагрузки снижают риск ИБС.Однако все исследования взаимосвязи между запасами железа, физическими упражнениями и сердечно-сосудистыми заболеваниями будут зависеть от широкого использования спортсменами железа, витаминных добавок и антиоксидантов.

Патогенетические механизмы поражения сердечно-сосудистой системы, вызванного железом

Механизм, с помощью которого железо может стимулировать атерогенез, неясен.Предполагается, что каталитическая роль железа в перекисном окислении липидов может быть важным фактором в формировании атеросклеротических поражений. Нормальные нативные ЛПНП могут пересекать артериальную стенку, не вызывая повреждения стенки сосуда. Катализируемые железом свободнорадикальные реакции вызывают окисление ЛПНП, которое происходит в эндотелиальных клетках, гладкомышечных клетках, лимфоцитах или макрофагах. 71 -73 В отличие от нативных ЛПНП, окисленные ЛПНП распознаются так называемыми рецепторами поглотителей на тканевых макрофагах, за которыми следует накопление липидов в этих клетках и образование пенистых клеток, характерных клеток пораженных жировыми полосками ранний атеросклероз. 72 Окисленный ЛПНП также обладает хемотаксической способностью, которая обеспечивает привлечение циркулирующих моноцитов к стенке сосуда и препятствует выходу макрофагов из интимы стенки артерии. Таким образом, окисленные ЛПНП обладают цитотоксической способностью, которая вызывает изменения в эндотелиальных клетках с потерей целостности эндотелия, что может способствовать дальнейшему накоплению как циркулирующих моноцитов, так и ЛПНП и, таким образом, способствовать прогрессированию атеросклеротического поражения. 72 , 74

Окислительное повреждение всех видов молекул, например, при перекисном окислении липидов, в основном вызывается высокотоксичным гидроксильным радикалом (ОН ·), который генерируется катализируемым переходным металлом Haber-Weiss 75 реакция:

Для этой реакции необходимо железо в реакционной форме.Большая часть железа в организме связана с гемоглобином или миоглобином, оба из которых обычно нетоксичны. Клетки защищены от окислительного повреждения, вызванного железом, путем выработки ферритина, который может внутриклеточно превращаться в гемосидерин. 76 , 77 В физиологических условиях эти белки, а также трансферрин и лактоферрин защищают от токсичности железа. Чтобы выполнять роль в реакции Габера-Вейсса, катализируемой железом, железо в большинстве случаев должно высвобождаться из этих белков и образовывать хелатные формы с образованием низкомолекулярных форм, таких как цитрат железа или аскорбат железа.Супероксид (O 2 · -), образующийся во время окислительного стресса, может мобилизовать железо из ферритина, 76 , 78 -80 , а перекись водорода (H 2 O 2 ) способна выделять железо из гема. . 78 , 81 -84 Гем, полученный из лизированных эритроцитов, быстро поглощается эндотелиальными клетками и высвобождает свое железо, тем самым способствуя окислительному повреждению. 85 , 86 Хотя трансферрин не выделяет свое железо при нормальном pH, при низком pH, что может иметь место в стенках артерий, железо может высвобождаться из трансферрина и вызывать окисление ЛПНП. 87 , 88 Обнаружение 10-кратного повышения экспрессии информационной РНК H-ферритина и L-ферритина в атеросклеротической аорте человека и животных по сравнению с нормальной аортой 89 убедительно указывает на то, что эти клетки подвергаются воздействию высоких количеств. комплексов низкомолекулярного железа.

В эксперименте с течением времени индукция экспрессии ферритина происходила параллельно с прогрессированием поражений. Кроме того, окраска берлинской лазурью показала присутствие отложений железа в запущенных очагах поражения, но не на ранних поражениях аорты кролика и человека.Это открытие предполагает, что экспрессия гена ферритина не только индуцируется железом, но также может стимулироваться другими, еще неизвестными факторами. Производство апоферритина в макрофагах и эндотелиальных клетках может быть защитным механизмом против повреждающего действия свободного железа 86 , 89 , 90 или окисленных ЛПНП. 91 Oberle et al. 92 показали, что выработка ферритина в эндотелиальных клетках легочной артерии крупного рогатого скота стимулируется аспирином в терапевтически значимых концентрациях.Помимо хорошо известного ингибирующего действия на агрегацию тромбоцитов, усиление выработки ферритина в эндотелиальных клетках, что делает их более устойчивыми к окислительному повреждению, 90 также может быть механизмом, с помощью которого аспирин предотвращает повреждение эндотелия при сердечно-сосудистых заболеваниях. 92 На более поздних стадиях атеросклеротического процесса больше железосодержащего ферритина обнаруживается в поражениях, а также в гладкомышечных клетках. 89 В условиях окислительного стресса этот ферритин может служить источником свободного каталитического железа. 76 , 78 , 79,89

Исследования показали, что железо может стимулировать перекисное окисление липидов in vitro 93 -96 и in vivo. 93 , 97 Было обнаружено, что содержание железа в атеросклеротических поражениях повышено по сравнению с нормальными стенками артерий. 98 -100 Содержимое этих поражений может стимулировать перекисное окисление микросом печени крысы. 98 Это перекисное окисление ингибировалось десфериоксамином, 98 - антиоксидантным хелатирующим железом агентом, который, в отличие от прооксидантных хелаторов железа, таких как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), не способствует реакции Фентона или перекисному окислению липидов. 101 , 102 Evans et al. 103 продемонстрировали, что механическое повреждение нормальных или атеросклеротических образцов артериальной стенки человека вызывает высвобождение каталитических ионов железа (и меди). Возможно, повреждение стенки сосуда способствует доступности ионов металлов, необходимых для окисления ЛПНП, что способствует развитию атеросклероза. Юань и др. 104 обнаружили железо в лизосомном аппарате пенистых клеток. Они также показали, что макрофаги, нагруженные железом или гемоглобином, могут окислять ЛПНП, а затем эндоцитозировать окисленные ЛПНП и превращаться в пенистые клетки. 105 Было показано, что процесс окисления включает секрецию железа и ингибируется десфериоксамином. Эти авторы предполагают, что макрофаги после эритрофагоцитоза содержат вторичные лизосомы с каталитически активными комплексами железа. В стенке артерии рядом с частицами ЛПНП эти макрофаги могут экзоцитозировать железо вместе с производством супероксида, например, приводя к выработке каталитически активного двухвалентного железа, которое инициирует окисление ЛПНП и, таким образом, способствует превращению этих макрофагов в пенистые клетки. 104

Неизвестно, играет ли роль нетрансферрин-связанное железо в атерогенезе in vivo. Он обнаруживается в условиях перегрузки железом или атрансферринемии, но может присутствовать в небольших количествах у здоровых людей и, таким образом, отвечать за перекисное окисление липидов in vivo. Недавно мы показали, что моноциты и макрофаги пациентов с наследственным гемохроматозом выделяют в два раза больше низкомолекулярного железа, чем клетки нормального контроля, что объясняет более высокую концентрацию потенциально каталитически активного железа в плазме у этих пациентов. 106 Было показано, что перегрузка железом увеличивает образование атеросклеротических поражений у гиперхолестеринемических кроликов, 23 , вероятно, за счет стимуляции окисления ЛПНП в интиме артерий или влияния на синтез липопротеинов в печени, что может привести к повышенной восприимчивости к окислению в интиме. . 23 , 93 Небольшое исследование, проведенное Salonen et al., 107 , проведенное на здоровых предметах, показало снижение восприимчивости к окислению липидов после 3 флеботомий с удалением 1500 мл цельной крови (содержащей приблизительно 700 мг железа).Это исследование и эксперименты Matthews et al 108 , демонстрирующие, что хелатор железа деферипрон (L1) предотвращал окисление ЛПНП и снижал цитотоксическую способность ЛПНП in vitro и снижал содержание холестерина в грудной аорте кролика in vivo, также предполагает роль для железа, возможно, в состоянии, не связанном с трансферрином, в процессе перекисного окисления липидов и атерогенеза in vivo.

Ишемия / реперфузионное повреждение при ишемической болезни сердца

Атеросклероз может привести к ишемической болезни сердца, вызывая ишемию миокарда и инфаркт.Реперфузионное повреждение, вызванное восстановлением аэробного метаболизма после периода ишемии, зависит от наличия свободных радикалов. Во время реоксигенации образуются свободные радикалы кислорода. Эти радикалы, вероятно, повреждают клетки, окисляя различные клеточные компоненты, и могут играть важную роль в индукции аритмий, вызываемых «оглушением» миокарда и вызванной реперфузией. 109 -111 Катализируя реакцию Габера-Вейсса, железо играет роль в образовании свободных радикалов кислорода.Данные свидетельствуют о том, что железо способствует повреждению, которое происходит во время ишемии и реперфузии, даже при отсутствии перегрузки железом. 112 , 113 Диета с добавками железа увеличивала степень окислительного повреждения ишемического сердца крыс. 114 Некоторые, но не все, исследования влияния хелатора десфериоксамина на ишемические события в миокарде у животных показывают положительный эффект предварительного лечения препаратом на реперфузионное повреждение. 115 -120 Есть некоторые свидетельства того, что железо мобилизуется во время ишемии органа, таким образом, оно доступно для катализа образования свободных радикалов. 121 Помимо эффекта антиоксидантов при ишемии, эти данные предполагают роль железа в возникновении реперфузионного повреждения, которое осложняет атеросклероз и ишемическую болезнь сердца.

Появляется все больше эпидемиологических данных о роли железа в развитии атеросклероза и ишемической болезни сердца. Исследования в этой области проводятся с использованием разных и иногда неправильных оценок запасов железа, что затрудняет их сравнение.Необходимы дальнейшие эпидемиологические исследования, в частности проспективные последующие исследования, сравнивающие сердечно-сосудистые события у здоровых доноров крови со здоровыми донорами. Железо может играть роль в процессе атеросклероза, катализируя образование свободных радикалов и, таким образом, усиливая перекисное окисление липопротеинов, как липидной, так и белковой составляющих, и образование окисленных ЛПНП. Катализируемое железом образование свободных радикалов также способствует повреждению реперфузии. Точный механизм перекисного окисления ЛПНП, индуцированного железом, до сих пор не выяснен.Исследования должны быть сосредоточены на точном месте, где происходит пагубное взаимодействие между железом и ЛПНП, информация, необходимая для разработки профилактических стратегий, таких как длительная антиоксидантная или хелатирующая терапия с железом. Дальнейшие исследования также должны прояснить, что является источником каталитически активного железа и какую роль нетрансферрин-связанное железо играет в перекисном окислении in vivo. Особое значение может иметь разработка нетоксичных пероральных хелаторов железа для предотвращения вызванного железом сердечно-сосудистого поражения.

Автор, ответственный за переписку: J. J. M. Marx, MD, PhD, Отделение внутренней медицины, Postnr G02.228, Университетская клиника Утрехта, PO Box 85500, 3508 GA Утрехт, Нидерланды.

Принята к публикации 21 октября 1998 г.

Это исследование было частично поддержано грантом Университетской клиники Утрехта, Утрехт, Нидерланды, и грантом Biomed 2 BMh5-CT97-2149.

2. канал WBHjortland MCMcNamara PM Менопауза и риск сердечно-сосудистых заболеваний: исследование Framingham. Ann Intern Med. 1976; 85447-452Google ScholarCrossref 3.Hjortland MCMcNamara PMKannel WB Некоторые атерогенные сопутствующие менопаузы: исследование Framingham. Am J Epidemiol. 1976; 103304-311Google Scholar4.Gordon ТКаннель WBHjortland MCMcNamara PM Менопауза и ишемическая болезнь сердца: исследование Framingham. Ann Intern Med. 1978; 89157-161Google ScholarCrossref 6.Lauffer РБ Запасы железа и международные различия в смертности от ишемической болезни сердца. Med Hypotheses. 1991; 3596-102Google ScholarCrossref 7.Cook JDLipschitz DAMiles LEFinch CA Ферритин сыворотки как мера запасов железа у здоровых людей. Am J Clin Nutr. 1974; 27681-687 Google Scholar 9. Салливан JL Железо, гематокрит и половые различия при сердечных заболеваниях. Arch Pathol Lab Med. 1993; 117966- 967Google Scholar11.Slack J Риски ишемической болезни сердца при семейных гиперлипопротеинемических состояниях. Ланцет. 1969; 21380-1382Google ScholarCrossref 12. Stone NJLevy РИФредриксон DSVerter J Ишемическая болезнь сердца у 116 родственников с семейной гиперлипопротеинемией II типа. Тираж. 1974; 49476-488Google ScholarCrossref 13. Салливан JL Накопленное железо и ишемическая болезнь сердца: эмпирическая поддержка новой парадигмы. Тираж. 1992; 861036-1037Google ScholarCrossref 14.Sullivan JL Пероральные контрацептивы и риск инфаркта миокарда. N Engl J Med. 1981; 3051531Google ScholarCrossref 15. Фрассинелли-Гундерсон EPMargen SBrown JR Iron хранится у пользователей оральных контрацептивов. Am J Clin Nutr. 1985; 41703-712Google Scholar 16. Салливан JL Донорство крови может быть полезным для донора: железо, сердечные заболевания и привлечение донора. Vox Sang. 1991; 61161-164Google ScholarCrossref 17.Salonen JTNyyssonen KKorpela HTuomilehto Я.Сеппанен RSalonen R Высокий уровень накопленного железа связан с повышенным риском инфаркта миокарда у мужчин Восточной Финляндии. Тираж. 1992; 86803-811Google ScholarCrossref 18. MacDonald HB Высокие уровни накопленного железа связаны с повышенным риском инфаркта миокарда у мужчин из восточной Финляндии. Тираж. 1993; 872063-2064Google ScholarCrossref 20. Джайлс WHAnda RFWilliamson DFYip RMarks J Железо и ишемическая болезнь сердца. Тираж. 1993; 872065-2066Google ScholarCrossref 21.Violi FIuliano LBalsano F Железо, функция тромбоцитов и ишемическая болезнь сердца: возможная связь? Тираж. 1993; 88805-806Google ScholarCrossref 22.Kiechl SAichner FGerstenbrand F и другие. Запасы железа в организме и наличие атеросклероза сонных артерий: результаты исследования Bruneck Study. Артериосклер тромб. 1994; 141625–1630Google ScholarCrossref 23.Araujo Я.А. Мано ELBrito БЫТЬ и другие. Перегрузка железом усиливает развитие атеросклеротических поражений у кроликов. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 1995; 151172–1180Google ScholarCrossref 24.Туомайнен TPPunnonen KNyyssonen К.Салонен JT Связь между запасами железа в организме и риском острого инфаркта миокарда у мужчин. Тираж. 1998; 971461–1466Google ScholarCrossref 25.Morrison HISemenciw RMMao YWigle DT Железо в сыворотке и риск острого инфаркта миокарда со смертельным исходом. Эпидемиология. 1994; 5243-246Google ScholarCrossref 26.Nichols GMBacon Б.Р. Наследственный гемохроматоз: патогенез и клиника распространенного заболевания. Am J Gastroenterol. 1989; 84851-862Google Scholar27 Салливан JL Гетерозиготный гемохроматоз как фактор риска преждевременного инфаркта миокарда. Med Hypotheses. 1990; 311-5Google ScholarCrossref 28.Kiechl SWilleit JEgger GPoewe WOberhollenzer F Запасы железа в организме и риск атеросклероза сонных артерий: предполагаемые результаты исследования Bruneck. Тираж. 1997; 963300-3307Google ScholarCrossref 29.Раурамаа РВайсанен SMercuri MRankinen TPenttila IBond MG Связь факторов риска и статуса железа в организме с атеросклерозом сонных артерий у мужчин среднего возраста из восточной Финляндии. Eur Heart J. 1994; 151020-1027Google Scholar 30.Moore MFolsom ARBarnes RWEckfeldt JH Нет связи между сывороточным ферритином и бессимптомным атеросклерозом сонных артерий: исследование риска атеросклероза в сообществах (ARIC). Am J Epidemiol. 1995; 141719-723Google Scholar31.Feder JNGnirke AThomas W и другие. Новый ген, подобный MHC класса I, мутирован у пациентов с наследственным гемохроматозом. Nat Genet. 1996; 13399-408Google ScholarCrossref 32.Santos MClevers HMarx JJM Мутации наследственного гена-кандидата гемохроматоза HLA-H в поздней кожной порфирии. N Engl J Med. 1997; 3361327-1328Google ScholarCrossref 33.Roest Мван дер Схоув YTde Valk B и другие.Гетерозиготность по наследственному гену гемохроматоза связана с сердечно-сосудистой смертностью у женщин. Тираж. В печати. ​​Google Scholar, 34. Сантос. MSchilham MWRademakers LHPMMarx JJMDeSousa MClevers H Нарушение гомеостаза железа у мышей с нокаутом B2-микроглобулина повторяет наследственный гемохроматоз у человека. J Exp Med. 1996; 1841975-1985Google ScholarCrossref 35.Nassar БАЗайед EMTitle LM и другие.Связь мутаций гена HFE, высоких запасов железа и раннего начала ишемической болезни сердца. Can J Cardiol. 1998; 14215–220 Google Scholar 36.Meyers DGStrickland DMaloley ПАСебург Дж. К. Уилсон JEMcManus BF Возможная связь снижения сердечно-сосудистых событий с донорством крови. Сердце. 1997; 78188-193Google Scholar 37.Tuomainen Т.П.Салонен RNyyssonen К.Салонен JT Когортное исследование связи между сдачей крови и риском инфаркта миокарда у 2682 мужчин в восточной Финляндии. BMJ. 1997; 314793-794Google ScholarCrossref 38.Manttari MManninen VHuttunen JK и другие. Ферритин и церулоплазмин в сыворотке как факторы риска коронарных заболеваний. Eur Heart J. 1994; 151599–1603 Google Scholar 39. Фрей GHKrider DW Ферритин сыворотки и инфаркт миокарда. W V Med J. 1994; 9013-15Google Scholar 40. Stampfer MJGrodstein FRosenberg IWillett WHennekens C Проспективное исследование ферритина плазмы и риска инфаркта миокарда у американских врачей [аннотация]. Тираж. 1993; 87688 Google Scholar 41.Solymoss BCMarcil MGilfix BMGelinas FPoitras AMCampeau L Место ферритина среди факторов риска, связанных с заболеванием коронарной артерии. Coron Artery Dis. 1994; 5231-235Google ScholarCrossref 42.Baer DMTekawa ISHurley LB Запасы железа не связаны с острым инфарктом миокарда. Тираж. 1994; 892915-2918Google ScholarCrossref 43.Бить по GHCorey PNSteele C Концептуальные и методологические вопросы, касающиеся эпидемиологии дефицита железа и их значения для изучения функциональных последствий дефицита железа. Am J Clin Nutr. 1989; 50575-588Google Scholar44.Cook JDFinch CASmith NJ Оценка железного статуса населения. Кровь. 1976; 48449-455Google Scholar 45.Magnusson MKSigfusson Н.С.игвальдасон HJohannesson GMMagnusson SThorgeirsson G Низкая железосвязывающая способность как фактор риска инфаркта миокарда. Тираж. 1994; 89102-108Google ScholarCrossref 46.Sullivan JL Низкая железосвязывающая способность: независимый фактор риска сердечных заболеваний? Тираж. 1994; 892947-2948 Google Scholar, 47. Магнуссон. MKThorgeirsson G Низкая связывающая способность железа: независимый фактор риска сердечных заболеваний? Тираж. 1994; 892948Google ScholarCrossref 48.Liao YCooper RSMcGee DL Состояние железа и ишемическая болезнь сердца: отрицательные результаты последующего эпидемиологического исследования NHANES I. Am J Epidemiol. 1994; 139704-712Google Scholar 49.Gillum RFSempos CTMakuc DMLooker ACChien CIngram DD Насыщение трансферрина в сыворотке, частота инсультов и смертность у женщин и мужчин: последующее эпидемиологическое исследование NHANES I. Am J Epidemiol. 1996; 14459-68Google ScholarCrossref 50.Sempos CTLooker ACGillum RFMakuc DM Запасы железа в организме и риск ишемической болезни сердца. N Engl J Med. 1994; 3301119–1124Google ScholarCrossref 51. Ascherio AWillett WC Связаны ли запасы железа в организме с риском ишемической болезни сердца? N Engl J Med. 1994; 3301152-1154Google ScholarCrossref 52.Salonen JTNyyssonen К.Салонен R Запасы железа в организме и риск ишемической болезни сердца. N Engl J Med. 1994; 3311159Google ScholarCrossref 53.Regnström JTornvall PKallner Анилссон JHamsten А Накопленный уровень железа и инфаркт миокарда в молодом возрасте. Атеросклероз. 1994; 106123-125Google ScholarCrossref 54.Sullivan JL Сохраненные уровни железа и инфаркт миокарда в молодом возрасте: ограничения дизайна исследования. Атеросклероз. 1995; 113125-127Google ScholarCrossref 55.Ascherio AWillett WCRimm EBGiovannucci ELStampfer MJ Диетическое потребление железа и риск коронарной болезни у мужчин. Тираж. 1994; 89969-974Google ScholarCrossref 56. Tzonou ALagiou PTrichopoulou ATsoutsos VTrichopoulos Диетическое железо и риск ишемической болезни сердца: исследование из Греции. Am J Epidemiol. 1998; 147161-166Google ScholarCrossref 57.Snowdon DAPhillips RLFraser Г.А. Употребление мяса и смертельная ишемическая болезнь сердца. Prev Med. 1984; 13490-500Google ScholarCrossref 58.Skikne BBaynes RD Поглощение железа. Брок JHHalliday JWPippard MJPowell LWeds Метаболизм железа в здоровье и болезнях. Филадельфия, Пенсильвания, WB Saunders Co, 1994; 151–226, Google Scholar, 59. Лауффер RB Упражнения как профилактика: частично ли польза для здоровья связана с низким уровнем железа? Med Hypotheses. 1991; 35103-107Google ScholarCrossref 60.Blair С.Н.Коль HWIPaffenbarger RSClark DGCooper KHGibbons LW Физическая подготовка и постоянная смертность: проспективное исследование здоровых мужчин и женщин. JAMA. 1989; 2622395-2401Google ScholarCrossref 61.Ekelund LHaskell WLJohnson JLWhaley FSCriqui MHSheps Д.С. Физическая подготовка как прогностический фактор смертности от сердечно-сосудистых заболеваний у бессимптомных мужчин в Северной Америке: последующее исследование смертности в клинике липидных исследований. N Engl J Med. 1988; 31

-1384Google ScholarCrossref 65.Pattini Ащена FGuidi GC Изменения ферритина и железа в сыворотке после лыжных гонок и гонок на выносливость на лыжероллерах. Eur J Appl Physiol. 1990; 6155-60Google ScholarCrossref 66. Робертс DSmith D Значения ферритина в сыворотке крови у высококлассных спортсменов-конькобежцев, синхронистов и конькобежцев. J Lab Clin Med. 1990; 116661-665 Google Scholar 67. Роуленд TW Дефицит железа у молодого спортсмена. Pediatr Clin North Am. 1990; 371153-1163Google Scholar68.Blum СМШерман ARBoileau RA Влияние физических упражнений на уровень железа у взрослых женщин. Am J Clin Nutr. 1986; 43456-463 Google Scholar 69. Карлсон DLMawdsley RH Спортивная анемия: обзор литературы. Am J Sports Med. 1986; 14109-112Google ScholarCrossref 70.Lakka Танюссонен К.Салонен JT Более высокие уровни физической активности в свободное время связаны с пониженным уровнем накопленного железа у финских мужчин. Am J Epidemiol. 1994; 140148-160Google Scholar 71.Steinbrecher UPZhang HF M Роль окислительно модифицированных ЛПНП при атеросклерозе. Free Radic Biol Med. 1990; 9155-168Google ScholarCrossref 72.Steinberg DPathasarathy SCarew TEKhoo JCWitzum JL Beyond cholesterol: модификации липопротеинов низкой плотности, повышающие его атерогенность. N Engl J Med. 1989; 320915-924Google ScholarCrossref 73.Холливелл BChirico S Перекисное окисление липидов: механизм, измерение и значение. Am J Clin Nutr. 1993; 57 (доп.) 715S-724S Google Scholar 74.Steinberg D Антиоксиданты и атеросклероз: текущая оценка. Тираж. 1991; 841420-1425Google ScholarCrossref 75.Haber FWeiss J Каталитическая декомпенсация перекиси водорода солями железа. Proc R Soc Lond. 1934; 147332-351Google ScholarCrossref 77.Kuehn Взаимодействия мРНК LC-протеина регулируют важные пути метаболизма клеточного железа. Br J Haematol. 1991; 791-5Google ScholarCrossref 78.Halliwell B. Роль кислородных радикалов в заболеваниях человека, особенно в сосудистой системе. Гемостаз. 1993; 23 (приложение 1) 118–126Google Scholar79.Biemond PVan Eijk HGSwaak AJGKoster JF Мобилизация железа из ферритина супероксидом, полученным из стимулированных полиморфно-ядерных лейкоцитов: возможный механизм при воспалительных заболеваниях. J Clin Invest. 1984; 731576-1579Google ScholarCrossref 80.Абдалла DSCampa AMonteiro HP Окисление липопротеинов низкой плотности стимулированными нейтрофилами и ферритином. Атеросклероз. 1992; 97149-159Google ScholarCrossref 81. Gutteridge JMC Железные промоторы реакции Фентона и перекисного окисления липидов могут высвобождаться из гемоглобина пероксидами. FEBS Lett. 1986; 201291-295Google ScholarCrossref 82.Puppo AHalliwell B Образование гидроксильных радикалов из перекиси водорода в присутствии железа: является ли гемоглобин биологическим катализатором Фентона? Biochem J. 1988; 249185-190Google Scholar 83. Gutteridge JMSmith A Антиоксидантная защита гемопексином от гемостимулированного перекисного окисления липидов. Biochem J. 1988; 256861-865Google Scholar84.Balla GJacob HSEaton JWBelcher Дж. Д. Верчеллотти GM Hemin: возможный физиологический медиатор окисления липопротеинов низкой плотности и повреждения эндотелия. Артериосклер тромб. 1991; 111700-1711Google ScholarCrossref 85.Balla Джейкоб HSBalla GNath KEaton Дж. В. Верчеллотти GM Поглощение гема эндотелиальными клетками из гемовых белков: индукция сенсибилизации и десенсибилизация к окислительному повреждению. Proc Natl Acad Sci U S A. 1993; 5-9289Google ScholarCrossref 86.Vercellotti GMBalla GBalla JNath KEaton JWJacob Гем HS и сосудистая сеть: опасность окисления, которая вызывает антиоксидантную защиту эндотелия. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol. 1994; 22207-213Google ScholarCrossref 87. Lamb DJLeake DS Железо, высвобождаемое из трансферрина при кислом pH, может катализировать окисление липопротеинов низкой плотности. FEBS Lett. 1994; 35215-18 18Google ScholarCrossref 88.Leake DS Кислый pH объясняет, почему липопротеины низкой плотности окисляются при атеросклеротических поражениях? Атеросклероз. 1997; 129149-157Google ScholarCrossref 89. Pang JHJiang MJChen YL и другие. Повышенная экспрессия гена ферритина при атеросклеротических поражениях. J Clin Invest. 1996; 972204-2212Google ScholarCrossref 90.Balla GJacob HSBalla J и другие.Ферритин: цитопротекторный антиоксидантный стратегический элемент эндотелия. J Biol Chem. 1992; 26718148-18153Google Scholar91.Juckett MBBalla JBalla GJessurun Джейкоб HSVercellotti ГМ ферритин защищает эндотелиальные клетки от окисленных липопротеидов низкой плотности in vitro. Am J Pathol. 1995; 147782-789Google Scholar92.Oberle SPolte TAbate АПодхайский HPSchroder H Аспирин увеличивает синтез ферритина в эндотелиальных клетках: новый антиоксидантный путь. Circ Res. 1998; 821016-1020Google ScholarCrossref 93.Linpisarn SSatoh KMikami TOrimo HShinjo Сёшино Y Влияние железа на перекисное окисление липидов. Int J Hematol. 1991; 54181-188Google Scholar94.Gutteridge Дж. М. Роули Д.М. Гриффитс E Низкомолекулярные комплексы железа и кислородно-радикальные реакции при идиопатическом гемохроматозе. Clin Sci. 1985; 68463-467Google Scholar 95.Fuhrman BOiknine Джавирам M-железо индуцирует перекисное окисление липидов в культивируемых макрофагах, увеличивает их способность окислительно модифицировать ЛПНП и влияет на их секреторные свойства. Атеросклероз. 1994; 11165-78Google ScholarCrossref 96.Morgan JLeake DS Окисление липопротеинов низкой плотности железом или медью при кислом pH. J Lipid Res. 1995; 362504-2512Google Scholar97.Dabbagh AJMannion TLynch SMFrei B. Влияние перегрузки железом на плазму крыс и окислительный статус печени in vivo. Biochem J. 1994; 300799-803Google Scholar98.Smith CMitchinson MJAruoma OIHalliwell B Стимуляция перекисного окисления липидов и образования гидроксильных радикалов содержимым атеросклеротических поражений человека. Biochem J. 1992; 286901-905Google Scholar 99.Swain Дж. Гаттеридж JM Прооксидант железа и меди с ферроксидазной и ксантиноксидазной активностями в атеросклеротическом материале человека. FEBS Lett. 1995; 368513-515Google ScholarCrossref 100. Стринги PSPelley МВт F Элементные изменения атеросклеротических поражений с использованием ядерной микроскопии. Cell Mol Biol. 1996; 42103-110Google Scholar101.Smith JBCusumano JCBabbs CF Количественное влияние хелаторов железа на образование гидроксильных радикалов с помощью супероксидной реакции Фентона. Free Radic Res Commun. 1990; 8101-106Google ScholarCrossref 102.Marx JJMVreugdenhil GVoest EE Хелатирующие агенты с железом неприменимы при лечении атеросклероза. Ann Intern Med. 1994; 121384-385Google ScholarCrossref 103.Evans PJSmith CMitchinson MJHalliwell B Высвобождение ионов металлов из механически разрушенной артериальной стенки человека. Последствия для развития атеросклероза. Free Radic Res. 1995; 23465-469Google ScholarCrossref 104.Юань XMLi WOlsson AGBrunk UT Железо в атероме человека и окисление ЛПНП макрофагами после эритрофагоцитоза. Атеросклероз. 1996; 12461-73Google ScholarCrossref 105.Yuan XMBrunk UTOlsson AG Влияние нагруженных железом и гемоглобином макрофагов, полученных из моноцитов человека, на окисление и поглощение ЛПНП. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 1995; 151345-1351Google ScholarCrossref 106.Moura ENoordermeer М.А.Верховен NVerheul AFMarx JJ Высвобождение железа из моноцитов человека после эритрофагоцитоза in vitro: исследование у здоровых субъектов и пациентов с наследственным гемохроматозом. Кровь. 1998; 922511-2519Google Scholar 107.Salonen JTKorpela HNyyssonen K и другие. Снижение запасов железа в организме за счет кровопускания и устойчивости липопротеинов сыворотки к окислению: рандомизированное перекрестное испытание на мужчинах-курильщиках. J Intern Med. 1995; 237161-168Google ScholarCrossref 108.Matthews AJVercellotti GMMenchaca HJ и другие. Железо и атеросклероз: ингибирование хелатором железа деферипроном (L1). J Surg Res. 1997; 7335-40Google ScholarCrossref 109.Kehrer JP Свободные радикалы как медиаторы повреждения тканей и болезней. Crit Rev Toxicol. 1993; 2321-48Google ScholarCrossref 111.Bolli R Свободные радикалы кислородного происхождения и реперфузионное повреждение миокарда: обзор. Cardiovasc Drugs Ther. 1991; 5 (приложение 2) 249-268Google ScholarCrossref 112.Voest EEVreugdenhil GMarx JJM Хелатирующие агенты с железом в условиях перегрузки, не связанной с железом. Ann Intern Med. 1994; 120490-499Google ScholarCrossref 113.Cottin YDoise JMMaupoil V и другие. Уровень железа в плазме и перекисное окисление липидов после тромболитической терапии острого инфаркта миокарда. Fundam Clin Pharmacol. 1998; 12236-241Google ScholarCrossref 114. van Jaarsveld HKuyl JMWiid NM Ишемия / реперфузионное повреждение усугубляется диетой с добавлением железа и частично предотвращается одновременным приемом антиоксидантов. Res Commun Mol Pathol Pharmacol. 1994; 86273-285Google Scholar115.Bolli РПатель BSJeroudi МО и другие. Радикальные реакции, опосредованные железом, при реперфузии способствуют «оглушению» миокарда. Am J Physiol. 1990; 259h2901- h2911Google Scholar116.van Jaarsveld HPotgieter GMBarnard SPPotgieter S Улучшение ишемической и постишемической функции митохондрий десфериоксамином: роль железа. Adv Exp Med Biol. 1990; 264361-366 Google Scholar 117.DeBoer DAClark RE Хелатирование железа в сохранении миокарда после ишемического реперфузионного повреждения: важность предварительной обработки и токсичность. Ann Thorac Surg. 1992; 53412-418Google ScholarCrossref 118.Pucheu SCoudray CTresallet NFavier Аде Лейрис J Эффект перегрузки железом в изолированном ишемизированном и реперфузированном сердце крысы. Cardiovasc Drugs Ther. 1993; 7701-711Google ScholarCrossref 119.Williams REZweier JLFlaherty JT Лечение дефероксамином во время ишемии улучшает функциональное и метаболическое восстановление и снижает вызванное реперфузией образование радикалов кислорода в сердцах кроликов. Тираж. 1991; 831006-1014Google ScholarCrossref 120.Marx JJM Ингибирование реперфузионного повреждения хелаторами железа. Авраам Ned Molecular Biology of Hematopoiesis 5. New York, NY Plenum Press, 1996; 677-683Google Scholar121.Chevion MJiang Яр-Эл РБеренштейн EUretzky Г.Китросский N Медь и железо мобилизуются после ишемии миокарда: возможные прогностические критерии повреждения тканей. Proc Natl Acad Sci U S A. 1993;

  • 2-1106Google ScholarCrossref

    Никелевые сплавы | Институт никеля

  • Никель кованый

    Чистый никель UNS N02200 используется в химической промышленности из-за его коррозионной стойкости, особенно к щелочам. Он также используется благодаря своим свойствам для защиты от электромагнитных помех и в преобразователях.

  • Никель-железные сплавы

    Они используются в качестве магнитомягких материалов, в качестве уплотнений стекло-металл и в качестве материалов с определенными свойствами теплового расширения.
    Invar® (UNS K93600), содержащий 36% никеля и остальное железо, уникален тем, что имеет почти нулевой коэффициент теплового расширения при комнатной температуре. Это делает его ценным там, где требуется высокая стабильность размеров, например, в прецизионных измерительных приборах и стержнях термостатов. Он также используется при криогенных температурах из-за очень низкой скорости теплового расширения.
    Сплавы, содержащие 72-83% никеля, обладают лучшими магнитомягкими свойствами и используются в трансформаторах, индукторах, магнитных усилителях, магнитных экранах и запоминающих устройствах.

  • Никель-медные сплавы

    Они обладают высокой устойчивостью к коррозии щелочными растворами, неокисляющими солями и морской водой. Самым известным из них является сплав 400.

  • Никель-молибденовые сплавы

    Они обладают высокой устойчивостью к восстанавливающим кислотам в отсутствие окисляющих ионов, таких как трехвалентное и двухвалентное железо или растворенный кислород.Наиболее известен сплав Б-2.

  • Никель-хромовые сплавы

    Они характеризуются высокой устойчивостью к коррозии как при нормальных, так и при высоких температурах (устойчивость к образованию накипи), хорошей жаропрочностью и высоким электрическим сопротивлением. Выделяют три основные группы сплавов:

    • Сплавы Ni-Cr (а также Ni-Cr-Fe) с высоким электрическим сопротивлением для нагревательных элементов, такие как 70-30 (UNS N06008) и C-Grade (UNS N06004)
    • Сплавы Ni-Cr (с Fe и другими легирующими элементами) с хорошей коррозионной стойкостью.Наиболее известны сплав 600 (UNS N06600) и сплав 601 (UNS N06601)
    • .
    • Сплавы Ni-Cr с жаропрочностью и сопротивлением ползучести, в основном упрочняемые старением, такие как Alloy X-750 (UNS N07750)
  • Никель-хром-железные сплавы

    В основном сплавы делятся на две группы:

    • Сплавы Ni - Cr - Fe с превосходной прочностью при высоких температурах и способностью противостоять окислению, науглероживанию и другим видам высокотемпературной коррозии.Наиболее известен сплав 800 (UNS N08800) и его варианты 800H (UNS N08810) и 800HT (UNS N08811). (Недавно эти сплавы были классифицированы как нержавеющие стали из-за высокого содержания Fe)
    • Сплавы Ni - Cr - Fe (с Mo и Cu) с превосходной коррозионной стойкостью в определенных областях применения. Вероятно, наиболее известным из них является сплав 825 (UNS N08825), который обладает исключительной стойкостью к серной кислоте. Сплав G-3 (UNS N06985) обеспечивает исключительную коррозионную стойкость к коммерческим фосфорным кислотам, а также ко многим комплексным растворам, содержащим сильно окисляющие кислоты.
  • Никель-хром-молибденовые сплавы

    Они обладают высокой устойчивостью к коррозии, из которых наиболее известен сплав C-276 (N10276). Они обладают исключительной стойкостью к восстанавливающим кислотам, таким как соляная и серная. На основе этой композиции существует ряд вариантов, в которых изменено содержание Cr и Mo и, в некоторых случаях, добавлены Cu или W, чтобы повысить коррозионную стойкость до условий, которые являются более окислительными или более восстановительными.К ним относятся сплав C-22 (N06022), сплав 59 (N08059), сплав C-2000 (UNS N06200) и сплав 686 (N06686).

  • Никель-хром-кобальтовые сплавы

    Добавление кобальта и молибдена придает сплаву 617 (UNS N06617) упрочнение твердого раствора и высокие уровни сопротивления ползучести. Добавление кобальта в HR-160 (N12160) обеспечивает исключительную стойкость к различным формам высокотемпературной коррозии, такой как сульфидирование и воздействие хлоридов как в восстановительной, так и в окислительной атмосфере.

  • Никель-титановые сплавы

    55% никель-титановый сплав (UNS N01555) (также известный как нитинол) обладает свойствами памяти формы. Формовавшись при одной температуре, а затем деформируясь при более низкой, он восстанавливает свою первоначальную форму при повторном нагревании. Температуру перехода можно регулировать путем тщательного контроля состава. Медицинские устройства и специализированные соединители - два из конкретных приложений.Этот же сплав также может претерпевать значительную упругую деформацию и по-прежнему возвращаться к своей первоначальной форме (сверхупругие свойства). Это свойство использовалось для таких разнообразных применений, как оправы для очков и амортизаторы, обеспечивающие сейсмостойкость в исторических каменных зданиях.

  • .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *