نحاس
ملخص
يعد النحاس عاملاً مساعدًا أساسيًا لإنزيمات الأكسيداز التي تحفز تفاعلات تقليل الأكسدة في مسارات التمثيل الغذائي المختلفة. تشارك هذه الإنزيمات المعتمدة على النحاس، أو الإنزيمات النحاسية، على سبيل المثال، في إنتاج الطاقة (ATP)، واستقلاب الحديد، وتكوين النسيج الضام، والنقل العصبي.(معلومات اكثر)
نادرًا ما يتم وصف قصور النحاس الغذائي لدى البشر؛ ومع ذلك، قد يحدث استنفاد النحاس بسبب عيوب معوية، أو تناول كميات كبيرة من الزنك التكميلي، أو بسبب حالات وراثية مثل مرض مينكس. يتأثر امتصاص النحاس المعوي بشدة في مرض مينكس، مما يؤدي إلى نقص النحاس الجهازي. تشمل أعراض انخفاض النحاس في الجسم فقر الدم، وتشوهات العظام والأنسجة الضامة، والخلل العصبي.(معلومات اكثر)
يعد تقييم حالة النحاس لدى البشر أمرًا صعبًا، نظرًا لعدم وجود مؤشرات حيوية محددة للكشف عن نقص النحاس المعتدل أو دون السريري. وبالتالي فإن تطوير مؤشرات حيوية أكثر دقة وحساسية للحالة التغذوية للنحاس يعد مجالًا بالغ الأهمية للبحث المستقبلي.(معلومات اكثر)
يؤدي اختلال توازن النحاس لدى البشر إلى زيادة مخاطر إزالة المعادن من العظام وهشاشة العظام ومرض الكبد الدهني والوفيات الناجمة عن أمراض الكبد وأمراض القلب والأوعية الدموية والأمراض العصبية التنكسية. في بعض الحالات المرضية، قد لا يكون اختلال توازن النحاس نتيجة أولية بل قد يكون ثانويًا لبعض جوانب تطور المرض.(معلومات اكثر)
إن تقييم كمية النحاس في الغذاء بدقة أمر صعب، وذلك لأن محتوى النحاس في العديد من الأطعمة لم يتم تحديده بشكل قاطع. ومع ذلك، فإن اللحوم العضوية، والمحار، والمكسرات، والبذور، وحبوب نخالة القمح، ومنتجات الحبوب الكاملة تعتبر مصادر جيدة للنحاس الغذائي.(معلومات اكثر)
تعتبر سمية النحاس نادرة، وترتبط غالبًا بمرض ويلسون، وهو خلل خلقي نادر في التمثيل الغذائي يسبب زيادة في النحاس في البداية في الكبد ثم لاحقًا في أنسجة أخرى، وخاصة الدماغ. تشمل التأثيرات السامة لزيادة النحاس في مرض ويلسون تعطيل التمثيل الغذائي للدهون، بالإضافة إلى تلف الميتوكوندريا. كما لوحظ تراكم النحاس السام في تليف الكبد لدى الأطفال الهنود وتليف الكبد لدى الأطفال المتوطن في تيرول (أو التسمم النحاسي مجهول السبب). لم يتم ربط أي عيوب وراثية سببية بهذه الاضطرابات الأخيرة، على الرغم من اقتراح زيادة قابلية النحاس الزائدة.(معلومات اكثر)
النحاس (Cu) هو عنصر أثري أساسي للإنسان والثدييات الأخرى. في الأنظمة البيولوجية، يتحول النحاس بسهولة بين النحاس (Cu) والنحاس (Cu).1+) والنحاس (Cu2+) الأشكال. تكمن خصائص الأكسدة والاختزال للنحاس في دوره المهم في تفاعلات الأكسدة والاختزال وفي التخلص من الجذور الحرة (1). على الرغم من أن أبقراط يُقال إنه وصف مركبات النحاس لعلاج الأمراض منذ عام 400 قبل الميلاد (2)، إلا أن العلماء ما زالوا يكتشفون معلومات جديدة بشأن وظائف النحاس في جسم الإنسان (3).
وظيفة
يُعد النحاس ضروريًا لعمل العديد من الإنزيمات الأساسية المعروفة باسم إنزيمات النحاس، والتي تعد أجزاءً لا يتجزأ من مسارات أيضية مختلفة (4، 5). فيما يلي توضيح للوظائف الفسيولوجية لهذه الإنزيمات المعتمدة على النحاس، والمسارات الكيميائية الحيوية التي تعمل بها (6، 7).
إنتاج الطاقة
إنزيم السيتوكروم المعتمد على النحاسcيلعب الأوكسيديز (CCO) دورًا مهمًا في إنتاج الطاقة الخلوية في الميتوكوندريا عن طريق تحفيز اختزال الأكسجين الجزيئي (O2)2) إلى الماء (ح2O)، وبالتالي توليد تدرج كهربائي مطلوب لإنتاج ATP (8). النحاس النشط للأكسدة والاختزال الموجود داخل مجمع إنزيم CCO مطلوب لتفاعلات نقل الإلكترون التي تعتبر بالغة الأهمية لوظيفته.
تكوين الأنسجة الضامة
إن إنزيم النحاس الآخر، أوكسيديز الليزيل (LOX)، مطلوب لترابط ألياف الكولاجين والإيلاستين، وهو أمر ضروري لتكوين الأنسجة الضامة القوية والمرنة. إن وظيفة LOX ضرورية لتكوين العظام والحفاظ على الأنسجة الضامة في القلب والأوعية الدموية (2).
استقلاب الحديد
أكاسيداز النحاس المتعدد (MCOs) عبارة عن أكاسيداز حديدي تعتمد على النحاس وتعمل في توازن الحديد. تعمل MCOs على أكسدة الحديد الحديدي (Fe2+) إلى الحديديك (Fe3+) الشكل، الذي يتيح الارتباط بالترانسفيرين (حامل الحديد الرئيسي) في الدم، مما يسمح بنقل الحديد إلى مواقع الاستخدام (على سبيل المثال، نخاع العظم). تشتمل العناصر MCOs على: (1) السيرولوبلازمين (CP)، الذي يحتوي على 60% -95% من نحاس البلازما؛ (2) شكل مرتبط بغشاء من CP (GPI-CP)، يتم التعبير عنه في الدماغ والأنسجة الأخرى؛ و (3) إنزيمات الفيروكسيديز المرتبطة بالغشاء هيفايستين (HEPH) وزيكلوبين، والتي تعمل في الأمعاء والمشيمة، على التوالي (9، 10). خروج المغلوب CP (Cp-/-) الفئران تتراكم الحديد الكبدي الزائد ولكن لديها حالة نحاس طبيعية (11، 12). وبالمثل، فإن البشر الذين يعانون من Aceruloplasminemia، الذين يفتقرون إلى الشلل الدماغي الوظيفي، يظهرون زيادة في الحديد في الكبد والدماغ وشبكية العين ولكن ليس لديهم عيوب ملحوظة في توازن النحاس (13). علاوة على ذلك، فإن امتصاص الحديد الغذائي وتعبئة الحديد من مواقع التخزين (مثل الكبد) يضعف في نقص النحاس، عندما يتم تقليل نشاط CP وHEPH، مما يدعم بشكل أكبر دور MCOs في استقلاب الحديد (14).
الجهاز العصبي المركزي
تعتمد العديد من العمليات الفسيولوجية داخل الدماغ والجهاز العصبي، بما في ذلك تخليق النواقل العصبية وتكوين الميالين وصيانته، على التحفيز الذي يتم بوساطة إنزيمات النحاس. على سبيل المثال، يحفز إنزيم الدوبامين هيدروكسيلاز تحويل الدوبامين إلى الناقل العصبي نورإبينفرين (15). كما أن CCO مطلوب لتخليق الفسفوليبيدات، وهي مكونات بنيوية أساسية لغلاف الميالين (2).
التخليق الحيوي للميلانين
إن إنزيم تيروزيناز النحاسي (TYR) مطلوب لعملية التخليق الحيوي للميلانين في الخلايا الصبغية، وهو أمر بالغ الأهمية للتصبغ الطبيعي للشعر والجلد والعينين (2). ومن المرجح أن يفسر انخفاض نشاط إنزيم تيروزيناز النحاسي ظاهرة نقص النحاس لدى الحيوانات المعملية والزراعية التي تعاني من نقص النحاس، وفقدان الصبغة الملحوظ لدى المرضى الذين يعانون من نقص النحاس الشديد والذين يعانون من مرض مينكس.
مضادات الأكسدة
تعمل إنزيم أكسيد الفائق ديسميوتاز (SOD) كمضاد للأكسدة عن طريق تحفيز تحويل أنواع الأكسجين التفاعلية، مثل أنيون الأكسجين الفائق (O2)2-) وجذر الهيدروكسيل (•OH)، إلى بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) ، والذي يتم تحويله لاحقًا إلى ماء بواسطة أنظمة مضادة للأكسدة أخرى (16). يحتوي شكلان من SOD على النحاس: النحاس/الزنك SOD (SOD1)، والذي يتم التعبير عنه في معظم الخلايا، بما في ذلك خلايا الدم الحمراء؛ والـ SOD خارج الخلية (EcSOD)، والذي يتم التعبير عنه بشكل كبير في الرئتين ويوجد بمستويات أقل في البلازما (2). أيضًا، كما هو موضح أعلاه، يحتوي السيرولوبلازمين على خصائص مضادة للأكسدة تتعلق باستقلاب الحديد. نشاط الفيروكسيديز للسيرولوبلازمين قد يمنع الحديدوز (Fe2+) من المشاركة في التفاعلات الضارة المولدة للجذور الحرة عبر كيمياء فنتون (16).
تنظيم التعبير الجيني
يبدو أن مسارات التعبير الجيني المرتبطة بالنحاس يتم تنظيمها بشكل أساسي على مستوى ما بعد الترجمة، في بعض الحالات من خلال آليات مرتبطة بنقل البروتين تستجيب لمستويات النحاس داخل الخلايا (17). قد يؤثر النحاس السيتوبلازمي أيضًا على مستويات تعبير mRNA لجينات معينة، بطريقة تعتمد على الجرعة (18-20)، مما يشير إلى التنظيم النسخي المحتمل. على سبيل المثال، قد يغير النحاس داخل الخلايا حالة الأكسدة والاختزال في الخلايا وبالتالي يحفز الإجهاد التأكسدي، والذي يمكن أن ينشط مسارات نقل الإشارة التي تزيد من التعبير عن الجينات التي تشفر البروتينات المشاركة في إزالة السموم من أنواع الأكسجين التفاعلية (21).
التفاعلات الغذائية
حديد
إن الحالة الغذائية الكافية للنحاس ضرورية لعملية التمثيل الغذائي للحديد وإنتاج خلايا الدم الحمراء ووظائفها. ويؤدي نقص النحاس إلى فقر الدم المشابه لنقص الحديد، ويتراكم الحديد في أكباد الحيوانات التي تعاني من نقص النحاس. وقد يرتبط تطور فقر الدم أثناء نقص النحاس بانخفاض نشاط CP، وضعف إطلاق الحديد من المخازن في الكبد، وانخفاض توصيل الحديد إلى نخاع العظام، مما يؤدي إلى تكون كريات الدم الحمراء المقيدة بالحديد (انظر التمثيل الغذائي للحديد) (2). ومع ذلك، قد لا تكون هذه هي القصة كاملة، كما اقترح مؤخرًا الباحث المخضرم في مجال النحاس، الدكتور جوزيف ر. بروهسكا (جامعة مينيسوتا، دولوث) (22). كما يقلل نقص النحاس من نشاط CP لدى البشر، مما يؤدي إلى زيادة تحميل الحديد في الكبد وبالتالي زيادة خطر التلف التأكسدي وتليف الكبد (14). تعمل مكملات النحاس عن طريق الفم على استعادة مستويات CP الطبيعية في المصل ونشاط فيروكسيديز البلازما، وتصحيح عيوب التمثيل الغذائي للحديد لدى الأشخاص الذين يعانون من نقص النحاس (23). وعلاوة على ذلك، امتص الرضع الذين تناولوا تركيبة تحتوي على نسبة عالية من الحديد كمية أقل من النحاس مقارنة بالرضع الذين تناولوا تركيبة تحتوي على نسبة منخفضة من الحديد، مما يشير إلى أن تناول كميات كبيرة من الحديد قد يتداخل مع امتصاص النحاس عند الرضع (24). وقد تأكدت هذه الملاحظة أيضًا في الفئران والجرذان، حيث تسبب ارتفاع نسبة الحديد الغذائي في نقص النحاس، وبالتالي زيادة متطلبات النحاس الغذائية (25، 26).
الزنك
الإفراط في تناول الزنك التكميلي، بجرعات 50 ملغ / يوم أو أكثر لفترات طويلة من الزمن، قد يؤدي إلى استنفاد النحاس. قد تتعلق هذه الآلية بزيادة تخليق الميتالوثيونين (MT)، وهو بروتين مرتبط بالزنك والنحاس داخل الخلايا. لدى MT تقارب أقوى للنحاس من الزنك، لذا فإن المستويات العالية من MT الناجمة عن الزنك الزائد قد تحبس النحاس داخل الخلايا المعوية مما يحد من توافره البيولوجي. ومع ذلك، تم التشكيك في هذه الفرضية من خلال الدراسات التي أجريت على الفئران التي تعاني من نقص MT، حيث لا يزال ارتفاع الزنك المعوي يقلل من امتصاص النحاس، مما يشير إلى أن ارتفاع الزنك قد يمنع ناقل النحاس (27). على العكس من ذلك، لم يتم العثور على أن تناول كميات كبيرة من النحاس يؤثر على الحالة التغذوية للزنك (2، 24). علاوة على ذلك، فإن مكملات الزنك بجرعة 10 ملغ/يوم لمدة ثمانية أسابيع أعادت نسب النحاس/الزنك الطبيعية في البلازما لدى 65 شخصًا خضعوا لغسيل الكلى على المدى الطويل والذين أظهروا في البداية انخفاضًا في الزنك في الدم وارتفاعًا في النحاس. ومع ذلك، ما إذا كان تحسين حالة الزنك والنحاس لدى مرضى غسيل الكلى يمكن أن يؤثر على النتائج السريرية (28).
الفركتوز
تأتي الأدلة على تفاعلات النحاس والفركتوز بشكل أساسي من الدراسات التي تستخدم حيوانات التجارب. أدت الأنظمة الغذائية عالية الفركتوز إلى تفاقم نقص النحاس في ذكور الجرذان، ولكن ليس في الخنازير التي يكون جهازها الهضمي يشبه البشر من الناحية التشريحية والوظيفية. أيضًا، لم تؤدي المستويات العالية جدًا من الفركتوز الغذائي (20٪ من إجمالي السعرات الحرارية) إلى استنفاد النحاس لدى البشر، مما يشير إلى أن تناول الفركتوز لا يؤدي إلى استنفاد النحاس عند المستويات ذات الصلة بالنظم الغذائية العادية (2، 24). ومع ذلك، قد يكون ارتفاع استهلاك الفركتوز وانخفاض توافر النحاس من عوامل الخطر لنقص النحاس الوظيفي لدى المرضى الذين يعانون من مرض الكبد الدهني غير الكحولي (29).
فيتامين سي
على الرغم من أن مكملات فيتامين سي قد تسببت في نقص النحاس لدى خنازير غينيا (30)، فإن تأثير مكملات فيتامين سي على الحالة الغذائية للنحاس لدى البشر أقل وضوحًا. أشارت دراستان صغيرتان أجريتا على رجال بالغين أصحاء صغار إلى أن نشاط أوكسيديز السيرولوبلازمين قد يضعف بسبب جرعات عالية نسبيًا من فيتامين سي التكميلي. في إحدى الدراسات، أدى تناول فيتامين سي بمقدار 1500 مجم / يوم لمدة شهرين إلى انخفاض كبير في نشاط أوكسيديز السيرولوبلازمين (31). في الدراسة الأخرى، أدت مكملات فيتامين سي بمقدار 605 مجم / يوم لمدة ثلاثة أسابيع إلى انخفاض نشاط أوكسيديز السيرولوبلازمين، على الرغم من عدم انخفاض امتصاص النحاس (32). لم تجد أي من هاتين الدراستين أن مكملات فيتامين سي تؤثر سلبًا على الحالة الغذائية للنحاس.
نقص
يعتبر نقص النحاس الغذائي الواضح سريريًا أو الصريح أمرًا غير شائع نسبيًا. قد تنخفض مستويات النحاس في الدم و CP إلى 30٪ من المعدل الطبيعي في حالات النقص الشديد في النحاس. ويلاحظ نقص ضغط الدم أيضًا في الاضطرابات الوراثية لاستقلاب النحاس، بما في ذلك مرض ويلسون (WD) والأسيرولوبلازمين في الدم؛ ومع ذلك، لم يتم ربط أي من الاضطراب بانخفاض تناول النحاس الغذائي. إحدى العلامات السريرية الأكثر شيوعًا لنقص النحاس هي فقر الدم الذي لا يستجيب للعلاج بالحديد ولكن يتم تصحيحه عن طريق مكملات النحاس. تم الافتراض بأن فقر الدم هذا يمكن أن ينجم عن خلل في تعبئة الحديد بسبب انخفاض نشاط الشلل الدماغي، ومع ذلك فإن الأفراد الذين يعانون من فقر الدم الموروث في الدم لا يصابون دائمًا بفقر الدم العلني (33). علاوة على ذلك، في الخنازير التي تعاني من نقص النحاس، يكون امتصاص الحديد المعوي ضعيفًا ولكن توزيع الحديد بين الأنسجة/الأعضاء يكون طبيعيًا (34-36). إن انخفاض الحديد في الدم بسبب انخفاض الامتصاص هو سبب غير محتمل لفقر الدم هذا لأن إعطاء الحديد عن طريق الوريد لم يصححه. الافتراض البديل هو أن فقر الدم الناجم عن نقص النحاس يحدث بشكل أساسي بسبب ضعف إنتاج الهيموجلوبين وتكاثر خلايا الدم الحمراء، وقصر عمر كريات الدم الحمراء. وبالتالي من المرجح أن تتطلب هذه العمليات الفسيولوجية النحاس. قد يؤدي نقص النحاس أيضًا إلى قلة العدلات، مما قد يزيد من القابلية للإصابة بالعدوى. أظهرت دراسات استنفاد النحاس أن انخفاض النحاس قد يؤثر على سلالات خلايا الدم الحمراء والنخاع الشوكي، مما يدعم دور النحاس في تنظيم تكاثر خلايا الدم ونضجها (37، 38). من الواضح أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد الآليات الكامنة وراء فقر الدم الناجم عن نقص النحاس وقلة العدلات (4، 39). علاوة على ذلك، تم وصف هشاشة العظام وغيرها من التشوهات في نمو العظام عند الرضع والأطفال الصغار الذين يعانون من نقص النحاس ومنخفضي الوزن عند الولادة. قد تشمل السمات الأقل شيوعًا لنقص النحاس ضعف النمو، وتصبغ الجلد، وتطور الأمراض العصبية (2، 8).
المؤشرات الحيوية لحالة النحاس
حاليًا، لا يوجد مؤشر حيوي حساس ومحدد للكشف عن نقص النحاس لدى البشر (5، 40-42). تنخفض تركيزات النحاس في الدم (43) والسيرولوبلازمين في حالة نقص النحاس الشديد (3، 6). ومع ذلك، يتأثر كلا المعيارين أيضًا بالحمل والالتهاب والعدوى (5)، مما يحد من فائدة هذه الاختبارات لتقدير حالة النحاس في الجسم. حددت الأعمال التجريبية مؤخرًا مؤشرات حيوية أخرى مرتبطة بالنحاس، بما في ذلك إنزيم أكسيد ديسميوتاز النحاس/الزنك الفائق في كريات الدم الحمراء (SOD1) ومرافق النحاس لإنزيم أكسيد ديسميوتاز الفائق (44-46)، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التحقق التجريبي، بما في ذلك الاختبارات السريرية على البشر.
