Χαλκός και υγεία

Βοηθά στην απορρόφηση και χρησιμοποίηση του σιδήρου (Fe)

Ο χαλκός απορροφάται από το δωδεκαδάκτυλο (επηρεάζεται αρνητικά από την υψηλή πρόσληψη ανταγωνιστικών ιόντων όπως σιδήρου, καδμίου και κυρίως ψευδαργύρου) με άγνωστο μηχανισμό, που ίσως είναι παρόμοιος με αυτόν του σιδήρου, πιθανόν με τη σύνδεσή του με τη μεταλλοθειονίνη, πρωτεΐνη που συνδέεται και με άλλα βαρέα μέταλλα. Αφού απορροφηθεί, στο αίμα συνδέεται ισχυρά με την α2- σφαιρίνη σερουλοπλασμίνη. Στον ορό περίπου το 93% του Cu βρίσκεται συνδεδεμένο στη σερουλοπλασμίνη και το υπόλοιπο στην αλβουμίνη ή στην μεταλλοθειονίνη. Ελάχιστες ποσότητες βρίσκονται ελεύθερες ή ενωμένες με αμινοξέα [2]. Ακόμη, επιδρά θετικά στη μεταφορά Fe [5].

Ενισχύει το ανοσοποιητικό σύστημα

Μελέτες σε ζώα έχουν δείξει ότι η ανεπάρκεια του χαλκού αυξάνει την ευαισθησία στις λοιμώξεις και το ποσοστό θανάτων από αυτές. Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι ακόμη και η πολύ μικρή ανεπάρκεια χαλκού στον άνθρωπο, μειώνει σημαντικά, τόσο τον αριθμό των ουδετερόφιλων πολυμορφοπύρηνων (είδος λευκών αιμοσφαιρίων) στην περιφερική κυκλοφορία, όσο και την ικανότητά τους να σκοτώνουν μικροοργανισμούς, ενώ άλλες μελέτες in vitro και με ζώα έχουν δείξει ότι ακόμη και η οριακή ανεπάρκειά του μειώνει τα επίπεδα της ιντερλευκίνης [2] και περιορίζει τον πολλαπλασιασμό των Τ - κυττάρων [6].

Συμβάλλει στην αιμοποίηση, στον σχηματισμό της αιμοσφαιρίνης και τη μεταφορά οξυγόνου

Ο χαλκός συμβάλλει στο σχηματισμό της αιμοσφαιρίνης που είναι απαραίτητη για τη μεταφορά οξυγόνου στα ερυθροκύτταρα του αίματος [7]. Επομένως, η αναιμία αποτελεί ένδειξη ανεπάρκειας χαλκού και σιδήρου. Επιπλέον, ο χαλκός απαιτείται για τη μεταφορά Fe στο μυελό των οστών και για το σχηματισμό ερυθρών αιμοσφαιρίων του αίματος [4].

Συμβάλλει στη λειτουργία του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (ΚΝΣ)

Στο ΚΝΣ απαιτείται χαλκός για το σχηματισμό της μυελίνης (προστατευτικό περίβλημα των νευρών), επειδή είναι σημαντικός για τη φυσιολογική μεταφορά των νευρικών ώσεων. Η ελάττωσή του μπορεί να είναι επιζήμια για τη μνήμη, τη σκέψη και την προσωπικότητα. Επιστημονική έρευνα απέδειξε ότι ο χαλκός προστατεύει τον εγκέφαλο από τη νόσο Αλτσχάιμερ, ενώ το πειραματικό φάρμακο PBT2 (περιέχει Cu και Zn), το οποίο αναπτύχθηκε από την Εταιρεία Ερευνών Νευροεκφυλιστικών Διαταραχών, βελτίωσε την μνήμη και τη γνωστική λειτουργία σε πάσχοντες από τη νόσο [8].

Συνδέεται με τον Σακχαρώδη Διαβήτη

Ο χαλκός βοηθά στη μείωση του σακχάρου του αίματος και του γαλακτικού οξέος στους ιστούς των ασθενών με Σακχαρώδη Διαβήτη [9].

Συμμετέχει στη διαδικασία παραγωγής ενέργειας

Ο χαλκός φροντίζει να παραμένουν υψηλά τα επίπεδα ενέργειας του οργανισμού, βοηθώντας έτσι να απορροφηθεί αποτελεσματικά ο Fe [5]. Πιο συγκεκριμένα, στον χαμηλό βασικό χαλκό οι Cu - ATPάσες του δικτύου trans-Golgi (TGN), παραδίνουν τον χαλκό προς τα εκκρινόμενα χαλκο - εξαρτώμενα ένζυμα. Όταν ο χαλκός είναι αυξημένος, οι Cu-ATPάσες μετεγκαθίστανται σε κυστίδια, που μπορεί να είναι ή όχι σε ενεργή μορφή, ανάλογα με την συγκέντρωση του χαλκού ενδοκυστικά. Στη συνέχεια, τα κυστίδια που περιέχουν χαλκό παραδίνονται στη κυτταροπλασματική μεμβράνη, όπου ο συσσωρευμένος χαλκός απελευθερώνει τις Cu-ATPάσες με ενδοκυττάρωση. Η Apo Atox1 αφαιρεί τον ρυθμιστικό χαλκό από την NH₂- τελική περιοχή και έτσι μπορεί να διευκολυνθεί η επιστροφή της ATPάσης στο TGN [1].

Συνθέτει την ελαστίνη (σε συνεργασία με τη βιταμίνη C και το Zn)

Υπάρχουν τέσσερα μόρια τροποελαστίνης, που συνδέονται μεταξύ τους με εγκάρσιες γέφυρες μέσω πεπτιδίων υδροξυλισίνης με στόχο το σχηματισμό ώριμης ελαστίνης. Αυτή η σύνδεση καταλύεται από την οξειδάση της λυσίνης (ένζυμο), περιέχει Cu⁺⁺ και υπάρχει ανεπάρκεια σε καταστάσεις με ένδεια χαλκού. Π.χ. σε πειραματόζωα με έλλειψη χαλκού παρουσιάστηκαν βαρειές ανωμαλίες εμφυσηματοειδούς χαρακτήρα στους πνεύμονες λόγω της αδυναμίας παραγωγής ώριμης ελαστίνης [11].

Συμμετέχει στο σχηματισμό των οστών και του συνδετικού ιστού

Το κολλαγόνο είναι βασικό συστατικό του δέρματος [6].

Επηρεάζει την πήξη του αίματος

Ο χαλκός είναι σημαντικό συστατικό των παραγόντων πήξης 5 και 8 (και οι δύο είναι σημαντικοί για τη πήξη του αίματος). Επομένως, η ανεπάρκεια του χαλκού αυξάνει τη δράση του παράγοντα 8 με αποτέλεσμα τον σχηματισμό ανώμαλων θρόμβων αίματος [12].

Επηρεάζει τους καρδιακούς παλμούς

Μια μελέτη σε γυναίκες μετά την εμμηνόπαυση απέδειξε ότι η μακροπρόθεσμη, ελεγχόμενη ανεπάρκεια χαλκού από την διατροφή μπορεί να αναπτύξει κοιλιακές αρρυθμίες [12].

Συνδέεται με τον καρκίνο

Μελέτες έδειξαν πως η ανεπάρκεια χαλκού συνδέεται με τον καρκίνο του παχέος εντέρου, καθώς αυτό το μέταλλο αποτελεί συμπαράγοντας του ενζύμου στη δραστηριότητα του ενζύμου λυσυλική οξειδάση, που με τη σειρά του εμπλέκεται στη δραστηριότητα του καταστολέα του όγκου [12].

Escherichia coli

Η E. coli Ο157:Η7 είναι ένα ισχυρό, ιδιαίτερα μολυσματικό και τροφιμογενές παθογόνο. Προκαλεί διάρροια, έντονο άλγος και ναυτία. Σε σοβαρές λοιμώξεις προκαλεί αιμολυτική κολίτιδα (αιματηρή διάρροια), αιμολυτικό ουραιμικό σύνδρομο (νεφρική νόσος) και θάνατο. Η E. coli Ο157:Η7 αποτελεί σοβαρή απειλή για τη δημόσια υγεία, λόγω της αυξημένης επίπτωσης σε παιδιά (μέχρι 14 ετών), σε ηλικιωμένους και σε ανοσοκατασταλμένα άτομα, που διατρέχουν τον κίνδυνο να υποστούν τα πιο σοβαρά συμπτώματα.
Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι οι επιφάνειες από κράμα χαλκού σκοτώνουν την E. coli Ο157:Η7, σε ποσοστό μεγαλύτερο του 99, 9%, μετά από 1 - 2 ώρες. Σε κράμα χαλκού που περιέχει 99,9% χαλκό (C11000) η E. coli πεθαίνει μέσα σε 90 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου (20 οC) και μέσα σε 270 λεπτά σε χαμηλή θερμοκρασία (4 οC).

MRSA

Ο ανθεκτικός στη μεθικιλλίνη Staphylococcus aureus είναι ένα επικίνδυνο στέλεχος, επειδή είναι ανθεκτικός στα αντιβιοτικά β- λακτάμης. Πρόσφατα στελέχη του βακτηρίου, EMRSA-15 και EMRSA-16, είναι ιδιαίτερα μεταδοτικά και ανθεκτικά. Αυτό έχει πολύ μεγάλη σημασία για όσους ασχολούνται με τη μείωση της επίπτωσης των ενδονοσοκομειακών λοιμώξεων από MRSA. Έρευνες απέδειξαν την δραματική και σχεδόν πλήρη θανάτωση (99,9%) του MRSA από αντιμικροβιακό κράμα χαλκού C11000 μέσα σε 75 λεπτά στους 20 οC.

Αδενοϊοί

Οι Αδενοϊοί είναι μια ομάδα ιών που μολύνουν τις μεμβράνες του αναπνευστικού ιστού, του ουροποιητικού συστήματος, των οφθαλμών και των εντέρων. Οι Αδενοϊοί αντιπροσωπεύουν περίπου το 10% των οξέων αναπνευστικών μολύνσεων σε παιδιά και αποτελούν συχνή αιτία της διάρροιας. Σε μια πρόσφατη μελέτη, το 75% των σωματιδίων αδενοϊού απενεργοποιήθηκαν σε χαλκό (C11000) εντός 1 ώρας και μέσα σε έξι ώρες απενεργοποιήθηκαν το 99,999% των σωματιδίων του αδενοϊού.

Νόσος του Wilson

Η νόσος Wilson (ή ηπατοφακοειδής εκφύλιση [2]) είναι μια σπάνια αυτοσωμική (χρωμόσωμα 13) υπολειπόμενη γενετική διαταραχή της μεταφοράς του χαλκού, που προκαλεί την περίσσεια συσσώρευση χαλκού στο ήπαρ. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την τοξικότητα του ήπατος, μεταξύ των άλλων συμπτωμάτων (η νόσος πλέον είναι θεραπεύσιμη). Η νόσος οφείλεται σε μεταλλακτικά ελαττώματα μιας πρωτεΐνης που μεταφέρει χαλκό από το ήπαρ στη χολή για έκκριση. Η ασθένεια προκαλεί λανθασμένη ενσωμάτωση του χαλκού εντός της σερουλοπλασμίνης (ελαττωμένη παραγωγή της πρωτεΐνης υπεύθυνης για τη μεταφορά χαλκού, <20 mg/dL στον ορό [2]) και ελαττωμένη απέκκριση του χαλκού στη χολή και συνήθως προκαλείται από μεταλλάξεις αλλοιώνοντας τη λειτουργία της Wilson ATPάσης του χαλκού. Αυτές οι γενετικές μεταλλάξεις προκαλούν δηλητηρίαση από χαλκό που οφείλεται σε υπερβολική συσσώρευση χαλκού, κυρίως στο ήπαρ και στον εγκέφαλο και, σε μικρότερο βαθμό, στους νεφρούς, στα μάτια και σε άλλα όργανα.

Η ασθένεια, η οποία επηρεάζει περίπου 1/30.000 βρέφη και των δύο φύλων, μπορεί να γίνει κλινικά εμφανής ανά πάσα στιγμή από την παιδική ηλικία έως την πρώιμη ενήλικη ζωή. Η ηλικία της έναρξης της νόσου του Wilson κυμαίνεται από 3 έως 50 ετών. Τα αρχικά συμπτώματα περιλαμβάνουν ηπατικές, νευρολογικές ή ψυχιατρικές διαταραχές και σπάνια νεφρικές, σκελετικές ή συμπτωματολογία των ενδοκρινών αδένων. Η νόσος εξελίσσεται με την εμφάνιση ίκτερου και την ανάπτυξη εγκεφαλοπάθειας, σοβαρές ανωμαλίες θρόμβωσης, βραδυκινησία και το δακτύλιο Kayser-Fleischer (σκουριασμένος καστανός αποχρωματισμός στην εξωτερική στεφανή της ίριδας στο 90% των ασθενών). Η παρουσία αυξημένων ποσοτήτων χαλκού στο αίμα, μπορεί να οδηγήσει σε αιμολυτική αναιμία (αντίδραση Coombs = αρνητική) ενώ περιστασιακά η νόσος έχει συσχετισθεί με ενδοαγγειακή πήξη και νεφρική ανεπάρκεια τελικού σταδίου. 
 
Εάν η νόσος παραμείνει αθεράπευτη, σχεδόν πάντα επέρχεται θάνατος. Αν διαγνωστεί και αντιμετωπιστεί έγκαιρα, οι ασθενείς ζουν πολύ και με παραγωγική ζωή [19]. Η θεραπεία της νόσου γίνεται με την πενικιλλαμίνη, ανεξαρτήτως βαρύτητας των συμπτωμάτων. Το φάρμακο αυτό δεσμεύει το χαλκό και διευκολύνει την αποβολή του. Με τον τρόπο αυτό εμποδίζεται η εξέλιξη σε κίρρωση. Ωστόσο, έχει σημαντικές παρενέργειες, όπως αντιδράσεις υπερευαισθησίας, πυρετό, εξάνθημα, λεμφαδενοπάθεια, λευκοπενία και θρομβοπενία. Οι παρενέργειες αυτές μπορεί να απαιτήσουν την προσωρινή διακοπή του φαρμάκου ή τη λήψη κορτικοστεροειδών. Εναλλακτικές θεραπείες είναι η τριεντίνη και ο Zn. Η θεραπεία συνεχίζεται εφʼ όρου ζωής. Σε περίπτωση ανάπτυξης κίρρωσης, ο ασθενής οδηγείται σε μεταμόσχευση ήπατος [20].

Σύνδρομο του Menkes

Το σύνδρομο του Menkes (ή σύνδρομο περίεργων συρματοειδών μαλλιών, Steery Hair Syndrome [2]) είναι μια γενετική πάθηση ανεπάρκειας χαλκού, που περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Δρ. John Menkes το 1962. Πρόκειται για μια σπάνια φυλοσύνδετη διαταραχή που επηρεάζει περίπου 1/200.000 γεννήσεις, κυρίως τα αγόρια. Το ήπαρ σε αυτή την ασθένεια δεν μπορεί να απορροφήσει σημαντική ποσότητα χαλκού που απαιτείται για την επιβίωση. Ο θάνατος επέρχεται συνήθως στην πρώιμη παιδική ηλικία: τα περισσότερα προσβεβλημένα άτομα πεθαίνουν πριν από την ηλικία των 10 ετών (αρκετοί ασθενείς επιβιώνουν μέχρι την εφηβεία και τις αρχές των 20 ετών [19]). Το σύνδρομο οφείλεται στην κληρονομική δυσαπορρόφηση χαλκού από το λεπτό έντερο [2].
Τα συμπτώματα της νόσου περιλαμβάνουν χονδροειδή, εύθραυστα αποχρωματισμένα μαλλιά και άλλα νεογνικά προβλήματα, συμπεριλαμβανομένης της ανικανότητας ελέγχου της θερμοκρασίας του σώματος, νοητική υστέρηση, σκελετικές ανωμαλίες και ανώμαλη αύξηση του συνδετικού ιστού. Οι ασθενείς παρουσιάζουν σοβαρές νευρολογικές ανωμαλίες, προφανώς λόγω της έλλειψης χαλκού εξαρτώμενου από τα ένζυμα που απαιτούνται για την ανάπτυξη του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένης της μειωμένης δραστηριότητας της οξειδάσης C του κυτοχρώματος. Τα εύθραυστα μαλλιά με ατσάλινη εμφάνιση οφείλονται σε ανεπάρκεια ενός αγνώστου χαλκοενζύμου. Η μειωμένη λυσυλική οξειδάση αποτελεί αποτέλεσμα της διαταραχής του κολλαγόνου και της ελαστίνης πολυμερισμού, που οδηγεί σε ανωμαλίες του αντίστοιχου συνδετικού ιστού, όπως των ανευρυσμάτων της αορτής, χαλαρό δέρμα, και εύθραυστα οστά. Με την έγκαιρη διάγνωση και τη θεραπεία που αποτελείται από καθημερινές ενέσεις ιστιδίνης χαλκού ενδοπεριτοναϊκώς και ενδοθηλιακώς στο κεντρικό νευρικό σύστημα, ορισμένα από τα σοβαρά νευρολογικά προβλήματα μπορούν να αποφευχθούν και να παραταθεί η επιβίωση. Ωστόσο, ακόμη και με την έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία, η ασθένεια Menkes είναι συνήθως θανατηφόρα [19].