النحاس في الصحة

النحاس ضروري للنمو والتطور الطبيعي للأجنة البشرية والرضع والأطفال.[3] يُراكم الجنين النحاس بسرعة في كبده خلال الثلث الأخير من الحمل. عند الولادة، يكون للرضيع السليم أربعة أضعاف تركيز النحاس لدى البالغين كاملي النمو. النحاس منخفض نسبياً في الحليب البشري، ومخازن الكبد من النحاس في حديثي الولادة تنخفض بسرعة بعد الولادة، لإمداد الجسم سريع النمو بالنحاس خلال فترة الرضاعة الطبيعية. هذه الإمدادات ضرورية للقيام بوظائف الأيض مثل التنفس الخلوي، وتصنيع صبغة الميلانين والنسيج الضام، وأيض الحديد، ودفاع الجذور الحرة، والتعبير الجيني، ووظائف القلب وجهاز المناعة لدى الأطفال.

الرضع لديهم آليات بيوكيميائية خاصة لإدارة النحاس بشكل كافٍ في أجسامهم بينما تتطور الآليات الدائمة مدى الحياة وتنضج.[4]

يزيد نقص النحاس حاد في الأمهات الحوامل من خطر المشاكل الصحية في الأجنة والرضع. تشمل التأثيرات الصحية انخفاض أوزان المواليد وضعف العضلات ومشاكل الجهاز العصبي. ومع ذلك، يمكن تجنب نقص النحاس في النساء الحوامل باتباع نظام غذائي متوازن.

وبما أن توافر النحاس في الجسم يعرقله وجود فائض من الحديد والزنك، حيث يُوصف للنساء الحوامل مكملات الحديد لعلاج فقر الدم أو مكملات الزنك لعلاج نزلات البرد، لذلك يجب استشارة الأطباء للتأكد من أن المكملات الغذائية قبل الولادة تحتوي على كمية غذائية ضرورية من النحاس.

عندما يتلقى الأطفال حديثي الولادة الرضاعة الطبعية، توفر أكبادهم وحليب الثدي لأمهاتهم كميات كافية من النحاس خلال الأشهر 4-6 الأولى من الحياة.[5] عندما يفطم الأطفال، يجب أن يوفر النظام الغذائي المتوازن مصادر كافية من النحاس.

ينقص محتوى حليب البقر وحليب الأطفال الصناعي الأكبر سنًا من النحاس. ويتم تدعيم معظم حليب الصناعي الآن بالنحاس لمنع النقص.

معظم الأطفال الذين لديهم تغذية جيدة يحصلون على كميات كافية من النحاس. الأطفال المعرضون للخطر من الناحية الصحية، بما في ذلك الخدج، والذين يعانون من سوء التغذية، والذين لديهم وزن ولادة منخفض، ويعانون من العدوى، والذين يعانون من النمو التداركي واكتساب الوزن التعويضي السريع، هم أكثر عرضة لخطر نقص النحاس. ولحسن الحظ، فإن تشخيص نقص النحاس لدى الأطفال واضح وموثوق به بمجرد الاشتباه في الحالة. المكملات الغذائية تحت إشراف الطبيب عادة ما تسهل الشفاء التام.

يتم امتصاص النحاس ونقله وتوزيعه وتخزينه وإخراجه من الجسم وفقًا لعمليات الاستتباب المعقدة التي تضمن إمدادًا ثابتًا وكافيًا بالمغذيات الدقيقة وفي نفس الوقت تجنب زيادة مستواها.[1] إذا تم تناول كمية غير كافية من النحاس لفترة قصيرة من الزمن، فستنضب مخازن النحاس في الكبد. إذا استمر هذا النضوب، فقد تتطور مشكلة صحية من نقص النحاس. إذا تم تناول كميات كبيرة من النحاس، فقد ينتج عن ذلك حالة فرط النحاس. كلا هاتين الحالتين، النقص والزيادة، يمكن أن تؤديان إلى إصابة الأنسجة والمرض. ومع ذلك، وبسبب تنظيم الاستتباب، فإن جسم الإنسان قادر على موازنة مجموعة كبيرة من مدخول النحاس لتناسب احتياجات الأفراد الأصحاء.[6]

أصبحت العديد من جوانب استتباب النحاس معروفة على المستوى الجزيئي.[7][8] ترجع أهمية النحاس إلى قدرته على التصرف كمانح أو مستقبل للإلكترونات حيث تتقلب أكسدة النحاس بين Cu¹⁺(نحاسوز) و Cu²⁺(نحاسيك).[3] كعنصر مكون لحوالي عشرات الأنزيمات النحاسية، يشترك النحاس في تفاعلات الأكسدة-الاختزال في عمليات التمثيل الغذائي الأساسية مثل التنفس الميتوكوندري، وتصنيع الميلانين، وربط الكولاجين.[9] النحاس جزء لا يتجزأ من الإنزيم المضاد للتأكسد، سوبر أكسيد ديسميوتاز(Cu,Zn-SOD)، وله دور في استتباب الحديد كعامل مساعد في السيرولوبلازمين.[3] قائمة ببعض الإنزيمات الرئيسية المحتوية على النحاس ووظائفها ملخصة أدناه:

إن نقل واستقلاب النحاس في الكائنات الحية هو حاليًا موضوع بحث مهم. يتضمن نقل النحاس خلويًا تحريك النحاس من خارج الخلية إلى داخلها عبر غشاء الخلية بواسطة ناقلات متخصصة.[8] في مجرى الدم، يتم نقل النحاس في جميع أنحاء الجسم عن طريق الألبومين، والسيرولوبلازمين، وبروتينات أخرى. ينتقل غالبية النحاس في الدم (أو النحاس في المصل) عن طريق السيرولوبلازمين. يمكن أن تتراوح نسبة السيرولوبلازمين المرتبط بالنحاس من 70-95٪ ويختلف بين الأفراد حسب، على سبيل المثال، الدورة الهرمونية والوقت وحالة النحاس. يتم توجيه النحاس داخل الخلايا إلى مواقع تصنيع الأنزيمات المحتوية على النحاس في تركيبها وإلى العضيات بواسطة بروتينات متخصصة تدعى التشابيرونات المعدنية.[10][11][12] مجموعة أخرى من هذه الناقلات تحمل النحاس إلى داخل الأجزاء التحت خلوية.[12][13] توجد آليات معينة لاطلاق النحاس من الخلية. تقوم الناقلات البروتينية المتخصصة بإعادة النحاس الزائد غير المستقر للكبد للتخزين الاحتياطي و / أو للإفراز مع العصارة الصفراوية.[10][11] تضمن هذه الآليات عدم وجود أيونات نحاس سامة حرة غير مرتبطة في غالبية الأفراد (أي أولئك الذين لا يعانون من عيوب استقلاب النحاس الخلقية).

يتم ادخال النحاس إلى الخلايا عبر جدار الخلية بواسطة البروتين الناقل للغشاء البلازمي المعروف باسم ناقل النحاس 1 أو (Ctr1 (Copper Transporter 1. يرتبط Ctr1 بسرعة ببروتينات تشابيرون النحاسية داخل الخلايا. يوصل Atox1 (بروتين تشابيرون معدني نحاسي) النحاس إلى المسار الإفرازي ويرسو إما عند ATPase ناقل للنحاس (ATP7B) في الكبد أو ATP7A في خلايا أخرى. يوجه ATP7B النحاس إلى السيرولوبلازمين البلازمي أو إلى العصارة الصفراوية بالتنسيق مع تشابيرون مكتشف حديثًا، وهو Murr1، وهو البروتين المفقود في التسمم بالنحاس عند الكلاب. يوجه ATP7A النحاس داخل جهاز غولجي إلى بروتينات عدة منها دوبامين بيتا أحادي الأوكسجيناز و peptidylglycine alpha-amidating monooxygenase وأُكسيدازُ اللِّيزيل وتايروسيناز، اعتمادًا على نوع الخلية. جين CCS هو تشابيرون نحاسي لسوبر أكسيد الديسميوتاز الذي يحمي الخلايا ضد مركبات الأكسجين النشطة؛ ويقوم الجين بإصال النحاس إلى السيتوبلازم وتجويف الميتوكوندريا. يسلم Cox17 النحاس إلى الميتوكوندريا وإلى سيتوكروم سي أكسيداز عبر تشابيرونات كوكس-11 و Sco1 و Sco2. قد توجد تشابيرونات نحاس أخرى ويمكن أن تشمل الميتالوثيونين وamyloid precursor protein .[7][8] أوضحت الدراسات الجينية والتغذوية الطبيعة الأساسية لهذه البروتينات المرتبطة بالنحاس.[14]

في الثدييات يتم امتصاص النحاس في المعدة والأمعاء الدقيقة، على الرغم من ذلك، يبدو أن هناك اختلاف بين الأنواع فيما يتعلق بالمكان الذي يحدث فيه أكبر قدر من الامتصاص.[15] حيث يتم امتصاص النحاس في المعدة والاثني عشر في الفئران [16] وفي الأمعاء الدقيقة السفلية في الهامستر.[17] لا يُعرف موقع حدوث الحد الأقصى من امتصاص النحاس في البشر، ولكن يفترض أن يكون في المعدة والأمعاء العليا بسبب الظهور السريع لنظير النحاس Cu64 في البلازما بعد تناول النحاس عن طريق الفم.[18]

يترواح معدل امتصاص النحاس من 15-97 ٪، وذلك اعتمادًا على محتوى النحاس، ونوع النحاس، وتكوين النظام الغذائي.[19][20][21][22][23]

تؤثر عوامل مختلفة على امتصاص النحاس. على سبيل المثال، يتم تعزيز امتصاص النحاس عن طريق تناول البروتين الحيواني، والسيترات، والفوسفات. يتم امتصاص أملاح النحاس، بما في ذلك غلوكونات النحاس، أوأسيتات النحاس، أو كبريتات النحاس، بسهولة أكبر من أكاسيد النحاس.[24][25] إنّ وجود مستويات مرتفعة من الزنك الغذائي، وكذلك الكادميوم، وتناول كميات كبيرة من السميات والسكريات البسيطة (الفركتوز، السكروز) تمنع امتصاص الغذاء من النحاس.[26][27][28][29][30][31] علاوةً على ذلك، تمنع المستويات المنخفضة من النحاس امتصاص الحديد.[32] [33]

بعض أشكال النحاس ليست قابلة للذوبان في أحماض المعدة ولا يمكن امتصاصها من المعدة أو الأمعاء الدقيقة. أيضًا، قد تحتوي بعض الأطعمة على ألياف ترتبط بالنحاس وغير قابلة للهضم . يمكن لمدخول عالي من الزنك أن يقلل بشكل كبير من امتصاص النحاس. كما يمكن أن يؤثر مدخول الكبير من فيتامين ج أو الحديد على امتصاص النحاس، مما يذكرنا بحقيقة أنه يجب استهلاك المغذيات الدقيقة كمزيج متوازن. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل تناول كميات كبيرة من المغذيات الدقيقة لا ينصح به.[34] قد يكون الأفراد الذين يعانون من مشاكل مزمنة في الجهاز الهضمي غير قادرين على امتصاص كميات كافية من النحاس، على الرغم من أن الأطعمة التي يتناولونها غنية بالنحاس.

تم تحديد العديد من ناقلات النحاس التي يمكنها نقل النحاس عبر أغشية الخلايا.[35][36] قد توجد ناقلات نحاس أخرى خاصة بالأمعاء. يمكن تحفيز امتصاص النحاس في الأمعاء بواسطة Ctr1. ظهر Ctr1 في جميع أنواع الخلايا التي تم فحصها حتى الآن، بما في ذلك الخلايا المعوية، ويحفز نقل Cu+1 عبر غشاء الخلية.[37]

يمكن ربط الفائض من النحاس (وكذلك أيونات المعادن الثقيلة الأخرى مثل الزنك أو الكادميوم) بالميتالوثيونين واحجازه داخل الحويصلات الخلوية للخلايا المعوية (أي الخلايا السائدة في بطانة الأمعاء).

ينتقل النحاس المُفرز من خلايا الأمعاء إلى الشعيرات الدموية المصلية (أي في الغشاء الرقيق المغلف للأمعاء) حيث يرتبط بالألبومين والجلوتاثيون والأحماض الأمينية في الدم البابي.[38][39] هناك أيضًا دليل على وجود بروتين صغير يسمى transcuprein له دور محدد في نقل النحاس في البلازما.[40] قد تشارك العديد من أو جميع هذه الجزيئات المرتبطة بالنحاس في نقل النحاس في الدم. يؤخذ النحاس الموجود في الدوران البابي بشكل أساسي عن طريق الكبد. عندما يصبح في الكبد، يتم دمج النحاس في البروتينات التي تحتاج النحاس، والتي تُفرز لاحقًا في الدم. معظم النحاس (70 – 95%) الذي يفرغه الكبد يكون مدمجاً مع السيرولوبلازمين، وهو الناقل الرئيسي للنحاس في الدم. يتم نقل النحاس إلى الأنسجة خارج الكبد عن طريق السيرولوبلازمين،[41] أو الألبومين أوالأحماض الأمينية، أو يُفرغ في الصفراء.[3] يسيطر الكبد على النحاس الموجود خارجه عن طريق تنظيم إفرازه.[11]

تعتبر الصفراء المسار الرئيسي لإفراغ النحاس، وهي ذات أهمية حيوية في التحكم في مستوى النحاس في الكبد.[42][43][44] ينتج معظم النحاس الموجود في البراز من الإفراز الصفراوي. أما الباقي فمصدره النحاس غير الممتص والخلايا المتقشرة من البطانة المخاطية.

توصي منظمة الصحة العالمية بالحد الأدنى من المدخول المقبول به بحوالي 1.3 ملغ / يوم.[46] تعتبر هذه القيم كافية وآمنة لمعظم الأفراد. في أمريكا الشمالية، قام معهد الطب في الولايات المتحدة بإقرار المُخصص اليومي المُحبذ للنحاس للرجال والنساء الأصحاء عند 0.9 ملغ / يوم.[47][48] يقوم معهد الطب في الولايات المتحدة أيضاً بتحديد المستوى الأقصى المقبول للفيتامينات والمعادن عندما تكون هناك أدلة كافية من أجل الحفاظ على السلامة. في حالة النحاس، تم تحديد المستوى الأقصى المقبولعند 10 ملغ / يوم.[48] راجعت الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية موضوع السلامة نفسه وحددت المستوى الأقصى عند 5 ملغ / يوم.[49]

لم تضع منظمة الصحة العالمية الحد الأدنى من المدخول اليومي للنحاس لهذه الفئات العمرية. في أمريكا الشمالية، يُلاحظ أن المُخصص اليومي المُحبذ كما يلي: 0.34 ملغ/ يوم للأطفال من 1 إلى 3 سنوات؛ 0.44 ملغ / يوم للأعمار 4 إلى 8 سنوات؛ 0.7 مغ / يوم للأعمار 9-13 سنة؛ و 0.89 ملغ / يوم للأعمار 14-18 سنة. والمستوى الأقصى المقبول: 1 مغ / يوم للأطفال من 1 إلى 3 سنوات؛ 3 مغ / يوم للأعمار 4 - 8 سنوات؛ 5 ملغ / يوم للأعمار 9-13 سنة؛ و 8 ملغ / يوم للأعمار 14-18 سنة.[47][48]

إن الرضع المولودين مكملي شهور الحمل والخُدج أكثر حساسية لنقص النحاس من البالغين. بما أن الجنين يُراكم النحاس خلال الأشهر الثلاثة الأخيرة من الحمل، فإن الرضع الذين يولدون قبل الأوان لم يكن لديهم الوقت الكافي لتخزين ما يكفي من النحاس في أكبادهم، وبالتالي يحتاجون إلى المزيد من النحاس عند الولادة من الرضع كاملي النمو.[50]

وبالنسبة للرضع كاملي النمو، فإن المدخول الآمن والكافي من النحاس حوالي 0.2 مغ / يوم في أمريكا الشمالية. أما بالنسبة للأطفال الخُدج، فإنه أعلى بشكل ملحوظ: 1 مغ / يوم. أوصت منظمة الصحة العالمية بالحد الأدنى من المدخول المناسب، وتنصح بأن يعطى الخدج حليب مدهم بنحاس إضافي لمنع تطور نقص النحاس.[34]

في أمريكا الشمالية، وضع معهد الطب في الولايات المتحدة المُخصص اليومي المُحبذ لفترة الحمل ما مقداره 1.0 ملغ / يوم وللإرضاع 1.3 ملغ / يوم.[48] تُعرف الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية مجموعات البيانات مثل القيم الغذائية المرجعية، بأنها المتناول المرجعي للأفراد بدلاً من المُخصص اليومي المُحبذ. حيث المتناول المرجعي للأفراد في فترة اللحمل هو 1.6 ملغ / يوم، وللإرضاع 1.6 ملغم / يوم - وهذا أعلى من قيم المُخصص اليومي المُحبذ الأمريكية.[51]

يمكن أن تمنع مكملات النحاس نقصه، ولكن يجب أن تؤخذ المكملات الغذائية فقط تحت إشراف الطبيب. يوجد أشكال مختلفة من مكملات النحاس بمعدلات امتصاص مختلفة. على سبيل المثال، امتصاص النحاس من مكملات أكسيد الحديد هو أقل من امتصاصه من غلوكونات النحاس أو الكبريتات أو الكربونات.

لا ينصح عمومًا بتناول المكملات الغذائية للبالغين الأصحاء الذين يستهلكون نظامًا غذائيًا متوازنًا يتضمن مجموعة مختلفة من الأطعمة. ومع ذلك، قد تكون المكملات تحت رعاية الطبيب ضرورية للخدج أو الذين لديهم أوزان منخفضة للولادة، أو الرضع الذين يتلقون حليب صناعي غير مدعم أو حليب البقر خلال السنة الأولى، والأطفال الصغار الذين يعانون من سوء التغذية. يمكن للأطباء النظر في إضافة النحاس للدوافع التالية 1) الأمراض التي تقلل الهضم (على سبيل المثال، الأطفال الذين يعانون من الإسهال المتكرر أو العدوى؛ والكحولية)، 2) استهلاك كميات غير كافية من الطعام (على سبيل المثال، في حالات كبار السن، والمرضى، وأولئك الذين يعانون من اضطرابات الأكل أو الذين يتبعون حميات غذائية)، 3) المرضى الذين يتناولون أدوية تمنع استخدام الجسم للنحاس، 4) مرضى فقر الدم الذين يعالجون بمكملات الحديد، 5) أي شخص يتناول مكملات الزنك، و 6) أولئك الذين يعانون من مرض هشاشة العظام.

وتحتوي العديد من مكملات الفيتامينات الشائعة على النحاس كجزيئات غير عضوية صغيرة مثل أكسيد الحديد. هذه المكملات يمكن أن تؤدي إلى زيادة النحاس الحر في الدماغ حيث يمكن أن يعبر النحاس الحاجز الدموي الدماغي مباشرة. عادة، يتم معالجة النحاس العضوي في الغذاء أولاً في الكبد الذي يحافظ على مستويات النحاس الحر تحت السيطرة.[58]

هناك تقارير متضاربة حول مدى حدوث النقص في الولايات المتحدة. وتشير مراجعة واحدة إلى أن 25٪ تقريبًا من المراهقين والبالغين والأشخاص فوق 65 عامًا لا يحصلون على المخصص اليومي المحبذ للنحاس.[7] ويقول مصدر آخر أقل شيوعًا: قرر المسح الفيدرالي لاستهلاك الغذاء أنه بالنسبة للنساء والرجال فوق سن التاسعة عشر، بلغ متوسط الاستهلاك للنحاس من الأطعمة والمشروبات 1.11 و 1.54 ملغم / يوم، على التوالي. بالنسبة للنساء، استهلك 10٪ منهن أقل من متوسط الاحتياجات المقدرة، وللرجال أقل من 3٪.[61]

ظهر نقص النحاس المكتسب مؤخرًا في اعتلال النخاع الشوكي التنكسي عند البالغين[62] وفي اضطرابات الدم الشديدة بما في ذلك متلازمة خلل التنسج النقوي.[8][63][64] لحسن الحظ، يمكن التأكد من نقص النحاس من خلال وجود تراكيز منخفضة من النحاس في مصل الدم ومن السيرولوبلازمين في الدم.

ومن الحالات الأخرى المرتبطة بنقص النحاس: هشاشة العظام، والفصال العظمي، والتهاب المفاصل الروماتويدي، وأمراض القلب والأوعية الدموية، وسرطان القولون، والحالات المزمنة التي تشمل العظم والنسيج الضام والقلب والأوعية الدموية. والجهاز العصبي وجهاز المناعة.[7][65][66][67][68] يغير نقص النحاس دور المكونات الخلوية الأخرى المشاركة في نشاط مضادات الأكسدة، مثل الحديد والسيلينيوم والغلوتاثيون، وبالتالي يلعب دورًا مهمًا في الأمراض التي يرتفع فيها الإجهاد التأكسدي. يعتقد أن نقص النحاس الخفيف أكثر انتشارًا مما كان يعتقد سابقًا، ويمكن أن يضعف صحة الإنسان بطرق خفية.[3][9][57][66][69][70]

تشمل مجموعات الأفراد المعرضة لنقص النحاس الأشخاص الذين يعانون من عيوب مرض مينكيس الوراثية، والرضع منخفضي وزن الولادة، والرضع الذين يرضعون حليب البقر بدلا من حليب الثدي أو الحليب الصناعي المُدعم، والأمهات الحوامل والمرضعات، والمرضى الذين يتلقون التغذية بالحقن، والأفراد الذين يعانون من «متلازمة سوء الامتصاص»(ضعف امتصاص الغذاء)، ومرضى السكري، والأفراد الذين يعانون من الأمراض المزمنة التي تؤدي إلى انخفاض استهلاك الغذاء، مثل الكحوليين، والأشخاص الذين يعانون من اضطرابات الأكل. قد يكون كبار السن والرياضيون أكثر عرضة لنقص النحاس بسبب احتياجاتهم الخاصة التي تزيد من المتطلبات اليومية.[31] قد يقل مدخول النحاس عند النباتيين بسبب استهلاك الأطعمة النباتية التي ينخفض فيها النحاس.[28][71][72] يزيد خطر حدوث وزن الولادة المنخفض وضعف العضلات ، والمشاكل العصبية في الأجنة والرضع الذين تعاني أمهاتهم من نقص النحاس. قد يؤدي نقص النحاس في هذه المجموعات إلى حدوث فقر دم، أو تشوهات في العظام، أو ضعف النمو، أو زيادة الوزن، أو عدوى متكررة (نزلات البرد، أو الأنفلونزا، أو الالتهاب الرئوي)، أو ضعف التنسيق الحركي، أو انخفاض الطاقة.

فرط النحاس هو موضوع لكثير من البحوث الحالية. لقد برزت من تلك الدراسات العديد من الفروقات التي تفيد بأن عوامل حدوث فرط النحاس تختلف بين الأفراد الطبيعيين وأولئك الذين لديهم قابلية متزايدة للآثار الضائرة والذين يعانون من أمراض وراثية نادرة.[9][57] وقد أدى ذلك إلى تصريحات من منظمات صحية يمكن أن تكون مربكة للغير مطلعين. على سبيل المثال، وفقًا لتقرير معهد الطب الأمريكي،[48] فإن نسبة كبيرة من السكان يتناولون النحاس بكمية أقل من الموصى بها. من ناحية أخرى، خلص المجلس القومي للبحوث في الولايات المتحدة[73] في تقريره «النحاس في مياه الشرب» إلى أن هناك مخاوف من سُمية النحاس في المجموعات السكانية الحساسة، وأوصى بإجراء بحث إضافي لتحديد وتمييز المجموعات الحساسة للنحاس.

زيادة تناول النحاس يسبب اضطراب في المعدة، وغثيان، وإسهال ويمكن أن يؤدي إلى إصابة الأنسجة والمرض.

قد تكون قدرة النحاس على الأكسدة مسؤولة عن بعض سُميتها في حالات الافراط في تناوله. عند وجود تركيز عالي من النحاس، من المعروف أنه ينتج تلفًا تأكسديًا للأنظمة البيولوجية، بما في ذلك فوق أكسدة الليبيدات أو الجزيئات الضخمة الأخرى.[74]

في حين أن سبب وآلية تطور مرض الزهايمر غير مفهومة جيدًا، تشير الأبحاث إلى أنه، ومن بين العديد من الملاحظات الرئيسية الأخرى، يتراكم الحديد،[75][76] والألمنيوم،[77] والنحاس[78][79] في أدمغة مرضى الزهايمر. ومع ذلك، لم يعرف بعد ما إذا كان هذا التراكم هو سبب أو نتيجة للمرض.

ظلت الأبحاث مستمرة على مدى العقدين الماضيين لتحديد ما إذا كان النحاس مسبباً أو عاملاً وقائياً لمرض الزهايمر. على سبيل المثال، كعامل مسبب محتمل أو أحد أشكال اضطراب استتباب المعادن، تشير الدراسات إلى أن النحاس قد يلعب دورًا في زيادة نمو تجمعات البروتين في أدمغة مرضى الزهايمر،[80] ربما عن طريق إتلاف الجزيء الذي يزيل التراكم السام للأميلويد بيتا في الدماغ.[81] هناك علاقة بين النظام الغذائي الغني بالنحاس والحديد والدهون المشبعة من ناحية ومرض الزهايمر من ناحية أخرى.[82] من ناحية أخرى، تظهر الدراسات أيضًا الأدوار المفيدة المحتملة للنحاس في كونه علاجًا بدلاً من التسبب بمرض الزهايمر.[83] على سبيل المثال، ظهر أن النحاس يعمل على 1) تعزيز المعالجة الغير نشوانية للبروتين السلف للبيتا أميلويد (APP)، وبالتالي خفض إنتاج بيتا أميلويد (Aβ) في أنظمة زرع الخلايا [84][85] 2) زيادة عمر وتقليل إنتاج الأميلويد القابل للذوبان في الفئران المعدلة وراثيًا، و 3) انخفاض مستوى البيتا أميلويد في السائل الدماغي الشوكي في مرضى الزهايمر.[86]

وعلاوةً على ذلك، تم استبعاد استخدام النحاس كعلاج طويل الأمد (تناول 8 ملغ من النحاس (Cu-(II)-orotate-dihydrate) عن طريق الفم) كعامل خطر لمرض الزهايمر في تجربة سريرية مشهورة على البشر[87] وقد ثبت وجود دور مفيد للنحاس في مرض الزهايمر من خلال مستويات السائل الدماغي الشوكي من Aβ42، وهو الببتيد السام والعلامة الحيوية للمرض.[88] هناك حاجة إلى مزيد من البحوث لفهم اضطرابات استتباب المعادن في مرضى الزهايمر وكيفية معالجة هذه الاضطرابات. وبما أن هذه التجربة استخدمت Cu- (II) -orotate-dihydrate، فإنه لا تشير إلى تأثير أكسيد النحاس الموجود في المكملات.[89]

في البشر، الكبد هو العضو الأساسي لسمية النحاس. وتشمل الأعضاء المستهدفة الأخرى العظام والجهاز العصبي المركزي والجهاز المناعي.[9] يحفز استهلاك النحاس الزائد التسمم بشكل غير مباشر من خلال التفاعل مع العناصر الغذائية الأخرى. على سبيل المثال، يسبب تناول النحاس الزائد فقر الدم عن طريق التدخل في نقل الحديد و / أو التمثيل الغذائي له.[3][9]

أدى تحديد اضطرابات استقلاب النحاس الوراثية المؤدية إلى سمية النحاس الشديدة (أي مرض ويلسون) إلى إجراء بحوث في علم الوراثة الجزيئي وعلم الأحياء حول استتباب النحاس (لمزيد من المعلومات، يرجى الرجوع إلى القسم التالي حول الأمراض النحاس الوراثية). وقد كان موضع اهتمام متمركزًا حول العواقب المحتملة لسمية النحاس في السكان الطبيعيين والذين يمكن أن يكونوا عرضة للإصابة. وتشمل المجموعات السكانية المعرضة للخطر مرضى غسيل الكلى والأفراد المصابين بأمراض الكبد المزمنة. في الآونة الأخيرة، ظهر اهتمام حول الحساسية المحتملة لأمراض الكبد عند الأفراد الحاملين لزيجوت متغايرة الألائل لمرض ويلسون الوراثي (أي أولئك الذين لديهم جين طبيعي وجين متحور لمختصر الأتباز المسبب لمرض ويلسون) ولكن الذين لا يعانون من المرض (حيث يتطلب عيوب في كلا الجينين).[90] ومع ذلك، لا تتوفر حتى الآن أي بيانات تدعم أو تفند هذه الفرضية.

لوحظ تطور في الأعراض بما في ذلك ألم البطن، والصداع، والغثيان، والدوخة، والقيء، والإسهال، وتسرع القلب، وصعوبة في التنفس، وفقر الدم الانحلالي، والبيلة الدموية، ونزيف هائل في الجهاز الهضمي، والفشل الكلوي والكبدي، والموت، في تقارير عن أفراد ابتلعو عن قصد أو عن غير قصد تركيزات عالية من أملاح النحاس (حيث لا تكون الجرعات معروفة عادة ولكن سُجلت من 20–70  جرام من النحاس). .

تتميز نوبات الاضطراب الهضمي الحاد بعد ابتلاع مفرد أو متكرر لمياه الشرب التي تحتوي على مستويات مرتفعة من النحاس (عادة ما تكون أعلى من 3–6  ملغ / لتر) بالغثيان والقيء وتهيّج المعدة. تزول هذه الأعراض عندما يتم تقليل النحاس في مصدر مياه الشرب.

أجريت ثلاث دراسات تجريبية تُظهِر عتبة الاضطراب الهضمي الحاد بما يقرب من 4–5  ملغم / لتر لدى البالغين الأصحاء، على الرغم من أنه ليس من الواضح من هذه النتائج ما إذا كانت الأعراض ناجمة عن تأثيرات مهيجة شديدة من النحاس و / أو من الطعم المعدني المرير المالح.[91][92][93][94] في دراسة تجريبية للبالغين الأصحاء، بلغ متوسط عتبة التذوق لكبريتات وكلوريد النحاس في ماء الصنبور، أو الماء منزوع الأيونات، أو المياه المعدنية حوالي 2.5–3.5  ملغم / لتر.[95] وهذا أقل بقليل من العتبة التجريبية للاضطراب الهضمي الحاد.

لم يتم دراسة سمية النحاس على المدى الطويل بشكل جيد عند البشر، ولكنها نادرة في السكان الطبيعيين الذين لا يعانون من خلل وراثي في استتباب النحاس.[96]

هناك أدلة قليلة تشير إلى أن التعرض المزمن للنحاس يؤدي إلى تأثيرات جهازية غير إصابة الكبد.[73] تم الإبلاغ عن التسمم المزمن بالنحاس المؤدي إلى قصور الكبد لدى شاب بالغ دون وجود حساسية وراثية معروفة حيث استهلك 30–60  ملغ / اليوم من النحاس كمكمل معدني لمدة 3 سنوات.[97] الأفراد في الأسر الأمريكية الموردة بماء الصنبور المحتوي على أكثر من 3 ملغم / لتر من النحاس لم تظهر عليها أي آثار صحية ضارة.[98]

لم يُلاحظ أي آثار لمكملات النحاس على إنزيمات الكبد المصلية -المؤشرات الحيوية للإجهاد التأكسدي- وغيرها من النقاط الكيميائية الحيوية في المتطوعين الشباب الأصحاء الذين يعطون جرعات يومية من 6 إلى 10  ملغم / اليوم من النحاس لمدة تصل إلى 12 أسبوعًا.[99][100][101][102] الرضع الذين تتراوح أعمارهم بين 3-12 شهرًا واستهلكوا مياه تحتوي على 2 ملغم نحاس /لتر لمدة 9 أشهر لم تختلف في أعراض الجهاز الهضمي، ومعدل النمو، والمراضة، وإنزيم الكبد المصلي ومستويات البيليروبين، وغيرها من نقاط الكيميائية الحيوية.[103]) كان السيرولوبلازمين المصلي مرتفعًا بشكل مؤقت في مجموعة الرضع المعرضة لمدة 9 أشهر ويشبه المجموعة المقابلة المعرضة لمدة 12 شهرًا، مما يشير إلى التكيف الاستتبابي و / أو نضوج الاستجابة.[8]

لم يرتبط التعرّض عن طريق الجلد بالسمية الجهازية، لكن تفيد التقارير السردية بوجود استجابة تحسسية ضد النيكل والتفاعل المتصالب مع النحاس أو تهيج الجلد من النحاس.[9] يبرز عند العمال الذين تعرضوا لمستويات عالية من النحاس (مما أدى إلى تناول كمية مقدرة بـ 200  ملغم Cu / د) علامات تشير إلى سمية النحاس (على سبيل المثال، ارتفاع مستويات النحاس في الدم، تضخم الكبد). ومع ذلك، قد تسهم حالات أخرى من التعرّض لمبيدات الآفات أو التعرض في عمليات التعدين والصهر في هذه التأثيرات.[9]

على الرغم من وجود عددٍ من المؤشرات المفيدة في تشخيص نقص النحاس، فلا توجد مؤشرات حيوية موثوقة لزيادة النحاس في المدخول الغذائي. المؤشر الأكثر موثوقية لزيادة النحاس هو تركيز النحاس في الكبد. ومع ذلك، فإن قياس هذه النقطة عند الإنسان البشر استقضائية ولا يتم إجراؤها عمومًا إلا في حالات الاشتباه بتسمم بالنحاس. لا ترتبط مستويات المرتفعة من النحاس أو السيرولولاسين المصلي بشكل موثوق بسُمية النحاس، حيث يمكن أن يحدث ارتفاع في التركيز عن طريق الالتهاب والعدوى والمرض والأورام الخبيثة والحمل وغيرها من عوامل الإجهاد البيولوجية. تختلف مستويات الإنزيمات المحتوية على النحاس، مثل سيتوكروم سي أوكسيداز، وفوق أكسيد الدسموتاز، ودايميناز أكسيداز، ليس فقط في الاستجابة لحالة النحاس ولكن أيضًا في الاستجابة لمجموعة متنوعة من العوامل الفيزيولوجية والبيوكيميائية الأخرى، وبالتالي فهي علامات متناقضة لزيادة النحاس.[104]

وقد ظهر في السنوات الأخيرة مرشح كمؤشر حيوي جديد لفائض النحاس ونقصه. هذا المؤشر المحتمل هو عبارة عن بروتين تشابيرن، والذي يسلم النحاس للبروتين المضاد للأكسدة فوق أكسيد الدسموتاز 1 (SOD1) (فوق أكسيد الدسموتاز بالزنك والنحاس). يطلق عليه «تشابيرون النحاس لـ (CCS)» (SOD1)، وتدعم بيانات حيوانية ممتازة استخدامه كمؤشر لنقص النحاس وزيادته في الخلايا التي يمكن الوصول إليها (مثل كريات الدم الحمراء). يجري اختبار CCS حاليًا كمؤشر حيوي لدى البشر.[105]

وُصِف مرض مينكس، وهو حالة وراثية لنقص النحاس، لأول مرة من قبل جون مينكس في عام 1962. وهو اضطراب نادر مرتبط بكرموسوم X ويؤثر على ما يقرب من 1,000,000 مولود حي، معظمهم من الأولاد.[7] لا يستطيع الكبد في مرضى مينكس امتصاص النحاس الأساسي اللازم للمرضى للبقاء على قيد الحياة. يتوفى المريض عادة في مرحلة الطفولة المبكرة: حيث يموت معظم الأفراد المصابين قبل عمر 10 سنوات، على الرغم من بقاء العديد من المرضى حتى سن المراهقة وأوائل العشرينات.[107]

البروتين الذي ينتجه جين مينكس هو المسؤول عن نقل النحاس عبر القناة الهضمية والحاجز الدموي الدماغي.[8][107] الطفرة في الجينات التي تشفر أتباز النحاس تبقي النحاس محاصراً في بطانة الأمعاء الدقيقة. وبالتالي، لا يمكن ضخ النحاس من الخلايا المعوية إلى الدم لنقله إلى الكبد وبالتالي إلى بقية الجسم.[107][108] وبالتالي يشبه المرض النقص الغذائي الشديد في النحاس على الرغم من الابتلاع الكافي للنحاس.

وتشمل أعراض المرض الشعر الخشن الجاف ناقص الصبغة، وغيره من مشاكل حديثي الولادة، بما في ذلك عدم القدرة على التحكم في درجة حرارة الجسم، والتخلف العقلي، والعيوب الهيكلية، ونمو الأنسجة الضامة غير الطبيعية.[109]

يظهر على مرضى مينكس اضطرابات عصبية حادة، على ما يبدو بسبب عدم وجود العديد من الأنزيمات المعتمدة على النحاس اللازمة لنمو الدماغ،[57][110] بما في ذلك انخفاض نشاط سيتوكروم سي أكسيداز.[107] يرجع الشعر الهش، ناقص الصبغة ذو المظهر المجعد، إلى قصور في انزيم نحاسي غير معروف. وينتج عن انخفاض نشاط أُكسيداز الليزيل حدوث خلل في الكولاجين والإيلاستين وخلل في النسيج الضام بما في ذلك أم الدم الأبهرية، والجلد الرخو، والعظام الهشة.

مع التشخيص المبكر والعلاج الذي يتكون من حقن يومية من مادة الهيستدين النحاسيية التي تُعطى داخل الصفاق وداخل القراب في الجهاز العصبي المركزي، حيث تمكن هذه الحقن من تجنب بعض المشاكل العصبية الشديدة والبقاء على قيد الحياة لفترة طويلة. ومع ذلك، يحتفظ مرضى مينكس باضطرابات غير طبيعية في العظام والنسيج الضام ويظهر عليهم تخلف عقلي خفيف إلى حاد.[108] حتى مع التشخيص المبكر والعلاج، فإن مرض مينكس يكون مميتًا في الغالب.

يؤدي البحث المستمر في مرض مينكس إلى فهم أكبر لاستتباب النحاس،[79] والآليات البيوكيميائية المعنية بالمرض، والطرق الممكنة لعلاجه.[111] تم تصميم الفحوصات لبحث نقل النحاس عبر الحاجز الدموي الدماغي، والتي تستند إلى دراسات أجريت على فئران معدلة وراثيًا، لمساعدة الباحثين على فهم السبب الأساسي لنقص النحاس في مرض مينكس. يتم تغيير التركيب الجيني «للفئران المعدلة جينيًا» بطرق تساعد الباحثين على اكتساب وجهات نظر جديدة حول نقص النحاس. لقد كان البحث حتى الآن قيمًا: يمكن «إيقاف» الجينات تدريجياً لاستكشاف درجات متفاوتة من نقص النحاس.

كما لاحظ الباحثون في أنابيب اختبار أن الحمض النووي التالف في خلايا مريض مينكس يمكن إصلاحه. في الوقت المناسب، يمكن العثور على الإجراءات اللازمة لإصلاح الجينات التالفة في جسم الإنسان.

مرض ويلسون هو اضطراب وراثي صبغي جسمي نادر متنحٍ (محمول على كروموسوم 13) يؤثر على نقل النحاس مما يسبب زيادة في النحاس في الكبد.[79][112][113] وهذا يؤدي إلى تسمم الكبد، من بين أعراض أخرى.[114] ويعتبر المرض قابلًا للعلاج الآن.

ينشأ داء ويلسون عن طريق طفرات في البروتين الذي ينقل النحاس من الكبد إلى الصفراء للإفراز.[79] ينطوي المرض على ضعف دمج النحاس في السيرولوبلازمين وضعف إخراج النحاس في العصارة الصفراوية وعادة ما يحدث هذا بسبب طفرات تضعف وظيفة مضخة ويلسون للنحاس. هذه الطفرات الجينية تؤدي إلى التسمم بالنحاس بسبب تراكم النحاس الزائد، في الغالب في الكبد والدماغ ، وبدرجة أقل، في الكلى والعينين وغيرها من الأعضاء.[115]

يصيب هذا المرض حوالي 1 / 30.000 رضيعًا من كلا الجنسين،[9] وقد يصبح سريريًا واضحًا في أي وقت من الرضاعة إلى المراحل الأولى للبلوغ. يتراوح عمر بداية مرض ويلسون من 3 إلى 50 عامًا. تشمل الأعراض الأولية وجود اضطرابات في الكبد أو الجهاز العصبي أو الأمراض النفسية، ونادراً ما توجد أعراض في الكلى أو الجهاز الهيكلي أو الغدد الصماء. يتطور المرض مع تعميق اليرقان وتطور اعتلال دماغي، واضطرابات شديدة في التخثر، ترتبط في بعض الأحيان بالتخثر داخل الأوعية، والقصور الكلوي النهائي. يظهر نوع غريب من الرعاش في الأطراف العليا وبطء في الحركة وتغيرات في المزاج. تظهر حلقات كايزر-فلايشر، وتكون بلون بني صدئ في الحواف الخارجية للقزحية بسبب ترسب النحاس في 90٪ من المرضى، مع بدء النحاس في التراكم والتأثير على الجهاز العصبي.[116]

تقريبًا، يتوفى المريض دائمًا إذا لم يتم علاج المرض.[57] لحسن الحظ، فإن تحديد الطفرات في جين «مضخة أتباز ويلسون» الذي ينشأ منه معظم حالات مرض ويلسون، جعلت اختبار الحمض النووي للتشخيص ممكنًا.

إذا تم تشخيص المرض وعلاجه في وقت مبكر بما فيه الكفاية، قد يعيش المرضى الذين يعانون من مرض ويلسون حياة طويلة ومنتجة.[111] يتم معالجة داء ويلسون عن طريق استخدام د-بنيسيلامين (الذي يلتقط ويربط النحاس ويمكّن المرضى من إفراز النحاس الفائض المتراكم في الكبد) فيما يعترف بالعلاج بالاستخلاب، ويمكن العلاج بكبريتات الزنك أو خلات الزنك، وتقييد كمية النحاس في المدخول الغذائي، مثل الابتعاد عن تناول الشوكولاتة والمحار والفطر.[57] يعتبر العلاج بالزنك العلاج المفضل الآن. حيث ينتج الزنك كتلة مخاطية من خلال تنشيط الميتالوثيونين، والذي يقوم بدوره بربط النحاس بخلايا الغشاء المخاطي حتى ينزلق وينتهي في البراز.[117] ويتنافس مع الحديد على الامتصاص في الأمعاء عن طريق بروتين يسمى الناقل المعدني ثنائي التكافؤ (DMT1). في الآونة الأخيرة، أظهرت العلاجات التجريبية التي تستخدم tetrathiomolybdate نتائج واعدة. يبدو أن Tetrathiomolybdate هو شكل ممتاز من العلاج الأولي في المرضى الذين يعانون من أعراض عصبية. على النقيض من العلاج بنسيلامين، نادرًا ما يسمح العلاج الأولي مع tetrathiomolybdate بتدهور عصبي آخر، والذي لا يمكن علاجه في كثير من الأحيان.[118]

تم وصف أكثر من 100 عيوب وراثية مختلفة تؤدي إلى مرض ويلسون وهي متاحة على الإنترنت في . بعض الطفرات لديها طابع جغرافي.[119]

يحمل العديد من مرضى ويلسون طفرات مختلفة على كل كروموسوم 13 (أي أنه مركب متغاير الزيجوت).[57] حتى في الأفراد الذين يحملون طفرات متماثلة الزيجوت، قد يختلف ظهور وشدة المرض.[116][120] الأفراد ذوو الطفرات الحادة متماثلة الزيجوت (على سبيل المثال، تلك التي تقطع البروتين) يبدأ فيها المرض في وقت مبكر. قد تكون شدة المرض أيضًا دالة للعوامل البيئية، بما في ذلك كمية النحاس في النظام الغذائي أو التباين في وظيفة البروتينات الأخرى التي تؤثر على استتباب النحاس.

لقد تم اقتراح أن الطفرات الجينية لمرض ويلسون متغايرة الزيجوت، قد تكون أكثر قابلية لمواجهة كميات مرتفعة من النحاس من عامة الناس.[73] وقد قدر معدل حدوث متغاير الزيجوت بـ 1/90 شخص من إجمالي عدد السكان.[9] ومع ذلك، لا يوجد دليل لدعم هذه التكهنات.[8] علاوة على ذلك، لا تشير مراجعة البيانات حول الأمراض الصبغية الجسمية المتنحية أحادية الأليلات عند البشر إلى احتمال تضرر الحاملين لزيجوت متغاير بشكل سلبي نتيجة حالتهم الوراثية المتغيرة.

أمراض أخرى تظهر فيها اضطرابات في استقلاب النحاس وتشمل تشمع الأطفال الهنود (ICC) والتسمم بالنحاس المستوطن في تيرول (ETIC)، والتسمم بالنحاس مجهول السبب (ICT)، والمعروف أيضًا باسم تشمع الأطفال غير الهنود. التسمم بالنحاس مجهول السبب هو مرض وراثي معترف به في أوائل القرن العشرين في منطقة تيرول بالنمسا وفي منطقة بونه في الهند.[57]

ICC ، ICT ، و ETIC هي متلازمات تحدث في سن الطفولة وتتشابه في مسبباتها وأعراضها.[121] ويبدو أن كل هذه المتلازمات لها مكون وراثي وتنشأ من ارتفاع في مدخول النحاس.

في حالات ICC، فإن كمية النحاس المرتفعة ناتجة عن تسخين و / أو تخزين الحليب في أوانٍ من النحاس أو النحاس الأصفر. من ناحية أخرى، ترجع حالات ICT إلى ارتفاع تركيز النحاس في إمدادات المياه.[9][122] على الرغم من أن التعرض لتركيزات مرتفعة من النحاس توجد عادة في كلا المرضين، ويكن يبدو أن بعض الحالات تتطور لدى الأطفال الذين يرضعون من الثدي فقط أو الذين يتلقون مستويات منخفضة من النحاس في إمدادات المياه.[122] تتمثل الفرضية السائدة حاليًا في أن ICT ناتجة عن آفة وراثية تؤدي إلى ضعف استقلاب النحاس مضافًا إليه كمية عالية من مدخول النحاس. وقد تم دعم هذه الفرضية من خلال تكرار وجود قرابة عصب بين الوالدين في معظم هذه الحالات، وهي غائبة في المناطق ذات محتوى مرتفع من النحاس في مياه الشرب والتي لا تحدث فيها هذه المتلازمات.[122]

يبدو أن التسمم بالنحاس مجهول السبب آخذ في التلاشي نتيجة لزيادة التنوع الوراثي بين السكان المتضررين بالتزامن مع البرامج التعليمية لضمان استخدام أواني الطهي مطلية بالقصدير بدلاً من الأواني والمقليات النحاسية التي تختلط مباشرة بالأطعمة المطبوخة. لم ترتبط حالات تليف الكبد في مرحلة الطفولة المبكرة التي تم تحديدها في ألمانيا على مدى 10 سنوات بمصادر خارجية من النحاس أو بتركيز مرتفع للمعادن في الكبد.[123] اليوم، تنشأ حالات تلقائية من تسمم النحاس مجهول السبب.

إن تركيز النحاس في التربة غير موحد حول العالم. في العديد من المناطق، تحتوي التربة على مستويات غير كافية من النحاس. التربة التي تقل فيها كمية النحاس بشكل طبيعي غالبًا ما تتطلب مكملات النحاس قبل زراعة المحاصيل، مثل الحبوب.

يمكن أن يؤدي نقص النحاس في التربة إلى فشل المحاصيل. يمثل نقص النحاس مشكلة رئيسية في الإنتاج العالمي الغذاء، مما يؤدي إلى خسائر في الإنتاجية وانخفاض جودة الإنتاج. يمكن للأسمدة النيتروجينية أن تزيد من نقص النحاس في التربة الزراعية.

إن أهم محصولين غذائيين في العالم، وهما الأرز والقمح، أكثر عرضة لنقص النحاس. كذلك هناك العديد من الأطعمة الهامة الأخرى، بما في ذلك الحمضيات، والشوفان، والسبانخ والجزر. من ناحية أخرى، بعض الأطعمة بما في ذلك جوز الهند، وفول الصويا والهليون ليست حساسة لنقص النحاس في التربة.

والاستراتيجية الأكثر فعالية لمواجهة نقص النحاس هي تغذية التربة بمكملات النحاس، وعادة ما يكون ذلك على شكل كبريتات النحاس. كما يستخدم حمأة الصرف الصحي في بعض المناطق لتجديد الأراضي الزراعية بالمواد العضوية والمعادن الشحيحة، بما في ذلك النحاس.

في المواشي، تظهر الأبقار والأغنام مؤشرات عندما تعاني نقص النحاس. الرنح الحيواني، وهو مرض يصيب الخراف مرتبط بنقص النحاس، ويسبب تكاليف باهظة على المزارعين في جميع أنحاء العالم، لا سيما في أوروبا وأمريكا الشمالية والعديد من البلدان الاستوائية. بالنسبة للخنازير، فقد ثبت أن النحاس محفز نمو مهم.