ताँबा

ताँबा

सारांश

कॉपर ऑक्सीडेज एंजाइम के लिए एक आवश्यक सहकारक है जो विभिन्न चयापचय मार्गों में ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करता है। ये कॉपर-आश्रित एंजाइम, या कप्रोएंजाइम, उदाहरण के लिए, ऊर्जा (एटीपी) उत्पादन, लौह चयापचय, संयोजी ऊतक निर्माण और न्यूरोट्रांसमिशन में भाग लेते हैं।(अधिक जानकारी)

मनुष्यों में आहार से तांबे की कमी का वर्णन बहुत कम किया गया है; हालाँकि, आंतों के दोष, अत्यधिक पूरक जिंक सेवन या मेनकेस रोग जैसी आनुवंशिक स्थितियों के कारण तांबे की कमी हो सकती है। मेनकेस रोग में आंतों में तांबे का अवशोषण गंभीर रूप से बिगड़ जाता है, जिससे प्रणालीगत तांबे की कमी हो जाती है। शरीर में तांबे की कमी के लक्षणों में एनीमिया, हड्डी और संयोजी ऊतक असामान्यताएं और तंत्रिका संबंधी शिथिलता शामिल हैं।(अधिक जानकारी)

मनुष्यों में तांबे की स्थिति का आकलन करना चुनौतीपूर्ण है, क्योंकि मध्यम या उप-नैदानिक ​​तांबे की कमी का पता लगाने के लिए कोई निश्चित बायोमार्कर मौजूद नहीं है। इसलिए तांबे की पोषण संबंधी स्थिति के अधिक सटीक और संवेदनशील बायोमार्कर का विकास भविष्य के शोध के लिए एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है।(अधिक जानकारी)

मनुष्यों में कॉपर असंतुलन से हड्डियों के विखनिजीकरण और ऑस्टियोपोरोसिस, फैटी लीवर रोग, लीवर रोग मृत्यु दर और हृदय और न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों का जोखिम बढ़ जाता है। कुछ रोग स्थितियों में, कॉपर होमियोस्टेसिस का असंयम प्राथमिक परिणाम नहीं हो सकता है, बल्कि रोग रोगजनन के कुछ पहलू के लिए द्वितीयक हो सकता है।(अधिक जानकारी)

आहार में तांबे के सेवन का सही आकलन करना मुश्किल है क्योंकि कई खाद्य पदार्थों में तांबे की मात्रा का पुख्ता तौर पर पता नहीं लगाया जा सका है। हालांकि, ऑर्गन मीट, शेलफिश, नट्स, बीज, गेहूं-चोकर वाले अनाज और साबुत अनाज उत्पादों को आहार तांबे के अच्छे स्रोत के रूप में पहचाना जाता है।(अधिक जानकारी)

कॉपर विषाक्तता दुर्लभ है, जो अक्सर विल्सन रोग से जुड़ी होती है, चयापचय की एक दुर्लभ जन्मजात त्रुटि जो शुरू में यकृत में और फिर बाद में अन्य ऊतकों, विशेष रूप से मस्तिष्क में कॉपर ओवरलोड का कारण बनती है। विल्सन रोग में कॉपर ओवरलोड के विषाक्त प्रभावों में लिपिड चयापचय में व्यवधान, साथ ही माइटोकॉन्ड्रिया को नुकसान शामिल है। विषाक्त कॉपर संचय भारतीय बाल्यावस्था सिरोसिस और स्थानिक टायरोलियन शिशु सिरोसिस (या इडियोपैथिक कॉपर टॉक्सिकोसिस) में भी देखा जाता है। इन बाद के विकारों से कोई कारणात्मक आनुवंशिक दोष नहीं जोड़ा गया है, हालांकि अतिरिक्त कॉपर के प्रति संवेदनशीलता में वृद्धि प्रस्तावित की गई है।(अधिक जानकारी)

तांबा (Cu) मनुष्यों और अन्य स्तनधारियों के लिए एक आवश्यक ट्रेस तत्व है। जैविक प्रणालियों में, तांबा आसानी से क्यूप्रस (Cu) और कॉपर (Cu) के बीच स्थानांतरित हो जाता है।¹⁺) और क्यूप्रिक (Cu²⁺) रूपों। तांबे के रेडॉक्स गुण ऑक्सीकरण-अपचयन प्रतिक्रियाओं और मुक्त कणों को हटाने में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका को रेखांकित करते हैं (1)। हालाँकि हिप्पोक्रेट्स के बारे में कहा जाता है कि उन्होंने 400 ईसा पूर्व में ही बीमारियों के इलाज के लिए तांबे के यौगिकों को निर्धारित किया था (2), वैज्ञानिक अभी भी मानव शरीर में तांबे के कार्यों के बारे में नई जानकारी खोज रहे हैं (3)।

समारोह

कॉपर कई आवश्यक एंजाइमों के कार्य के लिए महत्वपूर्ण है जिन्हें कप्रोएंजाइम के रूप में जाना जाता है, जो विभिन्न चयापचय मार्गों के अभिन्न अंग हैं (4, 5)। इन कॉपर-निर्भर एंजाइमों के शारीरिक कार्य, और वे जैव रासायनिक मार्ग जिनमें वे कार्य करते हैं (6, 7), नीचे उल्लिखित हैं।

ऊर्जा उत्पादन

तांबे पर निर्भर एंजाइम साइटोक्रोमcऑक्सीडेज (सीसीओ) आणविक ऑक्सीजन (O) की कमी को उत्प्रेरित करके माइटोकॉन्ड्रिया में सेलुलर ऊर्जा उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है₂) को पानी (H) में₂O), जिससे एक विद्युत प्रवणता उत्पन्न होती है जो ATP उत्पादन (8) के लिए आवश्यक है। CCO एंजाइम कॉम्प्लेक्स में मौजूद रेडॉक्स-सक्रिय कॉपर इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक है जो इसके कार्य के लिए महत्वपूर्ण हैं।

संयोजी ऊतक निर्माण

एक अन्य क्यूप्रोएंजाइम, लाइसिल ऑक्सीडेज (LOX), कोलेजन और इलास्टिन फाइबर के क्रॉस-लिंकिंग के लिए आवश्यक है, जो मजबूत और लचीले संयोजी ऊतक के निर्माण के लिए आवश्यक है। LOX फ़ंक्शन हड्डियों के निर्माण और हृदय और रक्त वाहिकाओं में संयोजी ऊतक के रखरखाव के लिए महत्वपूर्ण है (2)।

लौह चयापचय

मल्टी-कॉपर ऑक्सीडेस (एमसीओ) कॉपर-निर्भर फेरोक्सिडेस हैं जो आयरन होमियोस्टेसिस में कार्य करते हैं। एमसीओ फेरस आयरन (Fe²⁺) को फेरिक (Fe .) में बदलें³⁺) रूप, जो रक्त में ट्रांसफ़रिन (मुख्य लौह वाहक) से बंधने में सक्षम बनाता है, इस प्रकार लौह को उपयोग के स्थानों (जैसे, अस्थि मज्जा) तक पहुँचाने की अनुमति देता है। MCO में शामिल हैं: (1) सेरुलोप्लास्मिन (CP), जिसमें 60%-95% प्लाज़्मा कॉपर होता है; (2) CP (GPI-CP) का एक झिल्ली-बद्ध रूप, जो मस्तिष्क और अन्य ऊतकों में व्यक्त होता है; और (3) झिल्ली-बद्ध फ़ेरोक्सीडेसेस हेफ़ेस्टिन (HEPH) और ज़ाइक्लोपेन, जो क्रमशः आंत और प्लेसेंटा में कार्य करते हैं (9, 10)। CP नॉकआउट (Cp^-/-) चूहों में अतिरिक्त यकृत लोहा जमा हो जाता है, लेकिन उनमें सामान्य तांबा स्थिति होती है (11, 12)। इसी तरह, एसेरुलोप्लाज़मीनीमिया वाले मनुष्य, जिनमें कार्यात्मक सीपी की कमी होती है, यकृत, मस्तिष्क और रेटिना में लौह की अधिकता प्रदर्शित करते हैं, लेकिन तांबे के होमियोस्टेसिस में कोई अवलोकनीय दोष नहीं होता है (13)। इसके अलावा, तांबे की कमी में आहार लोहे का अवशोषण और भंडारण स्थलों (जैसे, यकृत) से लोहे का संचलन बाधित होता है, जब सीपी और एचईपीएच गतिविधि कम हो जाती है, जो लोहे के चयापचय में एमसीओ की भूमिका का समर्थन करता है (14)।

केंद्रीय तंत्रिका तंत्र

मस्तिष्क और तंत्रिका तंत्र के भीतर कई शारीरिक प्रक्रियाएँ, जिनमें न्यूरोट्रांसमीटर संश्लेषण और माइलिन का निर्माण और रखरखाव शामिल है, कप्रोएंजाइम द्वारा मध्यस्थता वाले उत्प्रेरण पर निर्भर करती हैं। उदाहरण के लिए, डोपामाइन-हाइड्रॉक्सिलेज, डोपामाइन को न्यूरोट्रांसमीटर नोरेपिनेफ्रिन में परिवर्तित करने में उत्प्रेरक का काम करता है (15)। इसके अलावा, फ़ॉस्फ़ोलिपिड्स के जैवसंश्लेषण के लिए CCO की आवश्यकता होती है, जो माइलिन म्यान के महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक हैं (2)।

मेलेनिन जैवसंश्लेषण

क्यूप्रोएंजाइम टायरोसिनेस (TYR) मेलानोसाइट्स में मेलेनिन के जैवसंश्लेषण के लिए आवश्यक है, जो बालों, त्वचा और आँखों के सामान्य रंजकता के लिए महत्वपूर्ण है (2)। कम TYR गतिविधि संभवतः तांबे की कमी वाले प्रयोगशाला और कृषि पशुओं में देखी जाने वाली एक्रोमोट्रीचिया और मेनकेस रोग के साथ गंभीर रूप से तांबे की कमी वाले रोगियों में देखी गई विवर्णता को स्पष्ट करती है।

ऑक्सीकरण

सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेस (एसओडी) प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों, जैसे सुपरऑक्साइड आयन (O) के रूपांतरण को उत्प्रेरित करके एक एंटीऑक्सिडेंट के रूप में कार्य करता है^2-) और हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (•OH) को हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂), जिसे बाद में अन्य एंटीऑक्सीडेंट सिस्टम द्वारा पानी में बदल दिया जाता है (16)। SOD के दो रूपों में तांबा होता है: तांबा/जस्ता SOD (SOD1), जो लाल रक्त कोशिकाओं सहित अधिकांश कोशिकाओं में व्यक्त होता है; और बाह्यकोशिकीय SOD (EcSOD), जो फेफड़ों में अत्यधिक व्यक्त होता है और प्लाज्मा में निम्न स्तर पर पाया जाता है (2)। साथ ही, जैसा कि ऊपर बताया गया है, सेरुलोप्लास्मिन में आयरन मेटाबोलिज्म से संबंधित एंटीऑक्सीडेंट गुण होते हैं। सेरुलोप्लास्मिन की फेरोक्सिडेज गतिविधि फेरस आयरन (Fe²⁺) को फेंटन रसायन विज्ञान (16) के माध्यम से हानिकारक मुक्त-कट्टरपंथी-उत्पादक प्रतिक्रियाओं में भाग लेने से रोका जा सकता है।

जीन अभिव्यक्ति का विनियमन

कॉपर से संबंधित जीन अभिव्यक्ति मार्ग मुख्य रूप से अनुवाद के बाद के स्तर पर विनियमित होते हैं, कुछ मामलों में प्रोटीन ट्रैफ़िकिंग से संबंधित तंत्रों के माध्यम से जो इंट्रासेल्युलर कॉपर स्तरों (17) पर प्रतिक्रिया करते हैं। साइटोसोलिक कॉपर खुराक पर निर्भर तरीके से (18-20) विशिष्ट जीन के mRNA अभिव्यक्ति स्तरों को भी प्रभावित कर सकता है, जो संभावित ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, इंट्रासेल्युलर कॉपर कोशिकाओं की रेडॉक्स स्थिति को बदल सकता है और इस प्रकार ऑक्सीडेटिव तनाव को प्रेरित कर सकता है, जो सिग्नल ट्रांसडक्शन मार्गों को सक्रिय कर सकता है जो प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के विषहरण में शामिल प्रोटीन को एन्कोड करने वाले जीन की अभिव्यक्ति को बढ़ाता है (21)।

पोषक तत्वों की पारस्परिक क्रिया

लोहा

सामान्य लौह चयापचय और लाल रक्त कोशिका उत्पादन और कार्य के लिए पर्याप्त तांबा पोषण स्थिति आवश्यक है। तांबे की कमी से लौह की कमी जैसा एनीमिया होता है, और तांबे की कमी वाले जानवरों के जिगर में लोहा जमा हो जाता है। तांबे की कमी के दौरान एनीमिया का विकास कम सीपी गतिविधि, यकृत में भंडार से खराब लौह रिलीज और एरिथ्रोइड मज्जा में कम लौह वितरण से जुड़ा हो सकता है, जिससे लौह-प्रतिबंधित एरिथ्रोपोइसिस ​​होता है (लौह चयापचय देखें) (2)। हालाँकि, यह पूरी कहानी नहीं हो सकती है, जैसा कि हाल ही में लंबे समय से तांबे के शोधकर्ता, डॉ। जोसेफ आर। प्रोहास्का (मिनेसोटा विश्वविद्यालय, डुलुथ) (22) द्वारा सुझाया गया था। तांबे की कमी मनुष्यों में सीपी गतिविधि को भी कम करती है, जिससे यकृत में लौह का अधिभार होता है और इस प्रकार ऑक्सीडेटिव क्षति और यकृत सिरोसिस (14) का जोखिम बढ़ जाता है। मौखिक तांबे के पूरक ने सामान्य सीरम सीपी स्तर और प्लाज्मा फेरोक्सिडेस गतिविधि को बहाल किया, और तांबे की कमी वाले विषय में लौह चयापचय दोषों को ठीक किया (23)। इसके अलावा, उच्च लौह तत्व वाले फार्मूले को खिलाए गए शिशुओं ने कम लौह तत्व वाले फार्मूले को खिलाए गए शिशुओं की तुलना में कम तांबा अवशोषित किया, जिससे पता चलता है कि उच्च लौह तत्व का सेवन शिशुओं में तांबे के अवशोषण में बाधा उत्पन्न कर सकता है (24)। चूहों और चूहों में भी इस अवलोकन की पुष्टि की गई, जहां उच्च आहार लौह तत्व के कारण तांबे की कमी हुई, जिससे तांबे की पोषण संबंधी आवश्यकता बढ़ गई (25, 26)।

जस्ता

50 मिलीग्राम/दिन या उससे अधिक की खुराक पर पूरक जिंक का अत्यधिक सेवन, लंबे समय तक, तांबे की कमी का कारण बन सकता है। यह तंत्र मेटालोथियोनीन (एमटी) के बढ़े हुए संश्लेषण से संबंधित हो सकता है, जो एक इंट्रासेल्युलर जिंक- और कॉपर-बाइंडिंग प्रोटीन है। जिंक की तुलना में एमटी में कॉपर के लिए अधिक आकर्षण होता है, इसलिए अतिरिक्त जिंक द्वारा प्रेरित एमटी के उच्च स्तर एंटरोसाइट्स के भीतर कॉपर को फंसा सकते हैं, जिससे इसकी जैव उपलब्धता सीमित हो सकती है। हालांकि, एमटी-कमी वाले चूहों में किए गए अध्ययनों से इस धारणा पर सवाल उठाया गया था, जिसमें उच्च एंटरल जिंक ने अभी भी कॉपर अवशोषण को कम कर दिया था, यह सुझाव देते हुए कि उच्च जिंक एक कॉपर ट्रांसपोर्टर को अवरुद्ध कर सकता है (27)। इसके विपरीत, उच्च कॉपर सेवन जिंक पोषण संबंधी स्थिति को प्रभावित करने वाला नहीं पाया गया है (2, 24)। इसके अलावा, आठ सप्ताह के लिए 10 मिलीग्राम/दिन पर जिंक अनुपूरण ने दीर्घकालिक हेमोडायलिसिस पर 65 विषयों में सामान्य प्लाज्मा कॉपर/जिंक अनुपात को बहाल किया, जिन्होंने शुरू में कम सीरम जिंक और उच्च कॉपर का प्रदर्शन किया था। हालांकि, हेमोडायलिसिस रोगियों की जिंक और कॉपर की स्थिति में सुधार से नैदानिक ​​परिणामों पर असर पड़ सकता है या नहीं, इसका आकलन किया जाना चाहिए (28)।

फ्रुक्टोज

कॉपर-फ्रक्टोज इंटरैक्शन के साक्ष्य मुख्य रूप से प्रायोगिक जानवरों पर किए गए अध्ययनों से प्राप्त होते हैं। उच्च-फ्रक्टोज आहार ने नर चूहों में कॉपर की कमी को बढ़ा दिया, लेकिन सूअरों में नहीं, जिनकी जठरांत्र प्रणाली शारीरिक और कार्यात्मक रूप से मनुष्यों की तरह अधिक है। साथ ही, आहार फ्रुक्टोज के बहुत उच्च स्तर (कुल कैलोरी का 20%) के परिणामस्वरूप मनुष्यों में कॉपर की कमी नहीं हुई, यह दर्शाता है कि फ्रुक्टोज के सेवन से सामान्य आहार के लिए प्रासंगिक स्तरों पर कॉपर की कमी नहीं होती है (2, 24)। हालांकि, उच्च फ्रुक्टोज खपत और कम कॉपर उपलब्धता गैर-अल्कोहल फैटी लीवर रोग (29) वाले रोगियों में कार्यात्मक कॉपर की कमी के लिए जोखिम कारक हो सकते हैं।

विटामिन सी

हालांकि विटामिन सी की खुराक से गिनी पिग में कॉपर की कमी हुई है (30), लेकिन मनुष्यों में कॉपर की पोषण संबंधी स्थिति पर विटामिन सी की खुराक का प्रभाव कम स्पष्ट है। स्वस्थ, युवा वयस्क पुरुषों में दो छोटे अध्ययनों से संकेत मिलता है कि पूरक विटामिन सी की अपेक्षाकृत उच्च खुराक से सेरुलोप्लास्मिन ऑक्सीडेज गतिविधि बाधित हो सकती है। एक अध्ययन में, दो महीने तक 1,500 मिलीग्राम/दिन विटामिन सी के सेवन से सीपी ऑक्सीडेज गतिविधि में उल्लेखनीय गिरावट आई (31)। दूसरे अध्ययन में, तीन सप्ताह तक 605 मिलीग्राम/दिन विटामिन सी की खुराक लेने से सीपी ऑक्सीडेज गतिविधि में कमी आई, हालांकि कॉपर अवशोषण में कमी नहीं आई (32)। इनमें से किसी भी अध्ययन में विटामिन सी की खुराक से कॉपर की पोषण संबंधी स्थिति पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं पाया गया।

कमी

चिकित्सकीय रूप से स्पष्ट या स्पष्ट, आहार तांबे की कमी अपेक्षाकृत असामान्य है। गंभीर तांबे की कमी के मामलों में सीरम तांबा और सीपी का स्तर सामान्य से 30% तक गिर सकता है। हाइपोक्यूप्रेमिया, विल्सन रोग (WD) और एसेरुलोप्लास्मिनेमिया सहित तांबे के चयापचय के आनुवंशिक विकारों में भी देखा जाता है; हालाँकि, इनमें से किसी भी विकार को कम आहार तांबे के सेवन से नहीं जोड़ा गया है। तांबे की कमी के सबसे आम नैदानिक ​​लक्षणों में से एक एनीमिया है जो लोहे के उपचार के प्रति अनुत्तरदायी है लेकिन तांबे के पूरक द्वारा ठीक किया जाता है। यह अनुमान लगाया गया था कि यह एनीमिया सीपी गतिविधि में कमी के कारण दोषपूर्ण लौह संचलन से उत्पन्न हो सकता है, फिर भी वंशानुगत एसेरुलोप्लास्मिनेमिया वाले व्यक्ति हमेशा स्पष्ट एनीमिया विकसित नहीं करते हैं (33)। इसके अलावा, तांबे की कमी वाले सूअरों में, आंतों में लोहे का अवशोषण खराब होता है लेकिन ऊतकों/अंगों के बीच लोहे का वितरण सामान्य होता है (34-36)। कम अवशोषण से कम सीरम आयरन इस एनीमिया का एक असंभावित कारण है क्योंकि लोहे के अंतःशिरा प्रावधान ने इसे ठीक नहीं किया। एक वैकल्पिक धारणा यह है कि तांबे की कमी से होने वाला एनीमिया मुख्य रूप से हीमोग्लोबिन उत्पादन और लाल रक्त कोशिका प्रसार में कमी और एरिथ्रोसाइट जीवनकाल में कमी के कारण होता है। इसलिए इन शारीरिक प्रक्रियाओं में तांबे की आवश्यकता होती है। तांबे की कमी से न्यूट्रोपेनिया भी हो सकता है, जो संक्रमण के प्रति संवेदनशीलता को बढ़ा सकता है। तांबे की कमी के अध्ययनों ने प्रदर्शित किया है कि कम तांबे से एरिथ्रोइड और माइलॉयड कोशिका वंश प्रभावित हो सकते हैं, जो रक्त कोशिका प्रसार और परिपक्वता के नियमन में तांबे की भूमिका का समर्थन करते हैं (37, 38)। तांबे की कमी से प्रेरित एनीमिया और न्यूट्रोपेनिया (4, 39) के अंतर्निहित तंत्र को और अधिक परिभाषित करने के लिए स्पष्ट रूप से अधिक शोध की आवश्यकता है। इसके अलावा, तांबे की कमी वाले, कम वजन वाले शिशुओं और छोटे बच्चों में ऑस्टियोपोरोसिस और हड्डियों के विकास की अन्य असामान्यताओं का वर्णन किया गया है। तांबे की कमी की कम आम विशेषताओं में विकास में कमी, रंगहीनता और तंत्रिका संबंधी विकृतियों का विकास शामिल हो सकता है (2, 8)।

तांबे की स्थिति के बायोमार्कर

वर्तमान में, मनुष्यों में तांबे की कमी का पता लगाने के लिए कोई संवेदनशील और विशिष्ट बायोमार्कर नहीं है (5, 40-42)। गंभीर तांबे की कमी में रक्त तांबा (43) और सेरुलोप्लास्मिन सांद्रता कम हो जाती है (3, 6)। हालाँकि, ये दोनों पैरामीटर गर्भावस्था, सूजन और संक्रमण (5) से भी प्रभावित होते हैं, इस प्रकार शरीर में तांबे की स्थिति का अनुमान लगाने के लिए इन परखों की उपयोगिता सीमित हो जाती है। प्रायोगिक कार्य ने हाल ही में अन्य तांबे से संबंधित बायोमार्करों की पहचान की है, जिसमें एरिथ्रोसाइट कॉपर Cu/Zn सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेस (SOD1) और सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेस के लिए कॉपर चैपरोन (44-46) ​​शामिल हैं, लेकिन मनुष्यों में नैदानिक ​​परीक्षण सहित आगे के प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता है।