Χαλκός και υγεία

Το χημικό στοιχείο Χαλκός (Cuprum) είναι μέταλλο με ατομικό αριθμό 29 και ατομικό βάρος 63,546. Έχει θερμοκρασία τήξης 1084,6 ^οC και θερμοκρασία βρασμού 2.567 ^οC. Το σύμβολό του είναι το “Cu” και ανήκει στην ομάδα της 1ης κύριας σειράς των στοιχείων μετάπτωσης.

Το αγγλικό όνομα του χαλκού "copper" προέρχεται από το λατινικό Cuprum, το οποίο συνδέεται με το νησί της Κύπρου, όπου εξορυσσόταν στην ρωμαϊκή εποχή.

Ο χαλκός βρίσκεται και αυτοφυής στην φύση, ενώ τα κυριότερα ορυκτά του είναι:

(τα δύο τελευταία είναι ημιπολύτιμοι λίθοι)

Ο χαλκός είναι μέταλλο με χαρακτηριστικό ερυθρό χρώμα και μεταλλική λάμψη. Είναι μαλακός, δύστηκτος, όλκιμος, μπορεί να σφυρηλατηθεί και είναι πολύ καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού. Λόγω της ιδιότητάς του να απορροφά ατμοσφαιρικό αέρα όταν είναι τηγμένος, τον οποίο αποβάλλει ψυχόμενος, δεν μπορούν να κατασκευασθούν χυτά αντικείμενα από χαλκό.

Επιπλέον, ο χαλκός:

δεν εμφανίζει σχιστότητα,
κάνει ανώμαλα σπασίματα,
είναι τελείως αδιαφανής (ακόμη και σε λεπτά ελάσματα),
δεν εμφανίζει μαγνητικές ιδιότητες και
σε επαφή με άλλα μέταλλα εμφανίζει διαφορά δυναμικού (φαινόμενο Galvani)

Ο χαλκός είναι απαραίτητος για τον ανθρώπινο οργανισμό, είτε με τη μορφή μονοσθενούς χαλκού (Cu⁺¹) είτε με τη μορφή δισθενούς χαλκού (Cu⁺²). Έχει την ιδιότητα να παίρνει και να δίνει εύκολα ηλεκτρόνια γεγονός που ερμηνεύει το σημαντικό του ρόλο στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις και τη δέσμευση ελεύθερων ριζών [1].

ΤΡΟΦΙΜΑ	mg/100g
Στρείδια	7,6
Θαλάσσια σαλιγκάρια	7,2
Συκώτι αρνιού	6
Καβούρια	4,8
Μαγιά μπύρας	3,3
Ελιές	1,6
Φουντούκια	1,4
Γαρίδες	0,8
Μπακαλιάρος	0,6
Ψωμί ολικής αλέσεως	0,25
Αρακάς	0,2

_{http://www.douni.gr/?section=ingredients&id=14&icategory=2}

Ο χαλκός υπάρχει σε ελάχιστα ίχνη σχεδόν σε όλα τα τρόφιμα, αλλά επαρκούν για να καλύψουν τις ανθρώπινες ανάγκες. Καθημερινά προσλαμβάνονται 2 - 5 mg/24h ενώ η συνολική ποσότητα του Cu⁺ στον οργανισμό είναι περίπου 80 - 120 mg. Ωστόσο, ο Βρετανικός Δείκτης Διαιτητικής Πρόσληψης (Reference Nutrient Intake, RNI) θεωρεί ως βέλτιστο όριο την τιμή 1,2 mg για τους ενήλικες, ενώ για τις γυναίκες σε θηλασμό απαιτούνται υψηλότερα ποσά. Ακόμη, επειδή, όταν λαμβάνεται υψηλή δόση ψευδαργύρου (Zn), μειώνονται τα επίπεδα χαλκού, μπορεί να είναι απαραίτητη τότε η λήψη συμπληρώματος χαλκού [3].

Ο χαλκός βρίσκεται σε μεγαλύτερη συγκέντρωση στο ήπαρ και σε μικρότερες ποσότητες στον εγκέφαλο, στην καρδιά, στα νεφρά και στη σπλήνα [4]. Απαιτείται για την επινεφριδιακή παραγωγή ορμονών, την παραγωγή θυροειδικών ορμονών, τον μυϊκό τόνο, την αναπαραγωγή [12], τη ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων [15], την επισκευή ιστού, τη χρώση μαλλιών και δέρματος, τη σωστή ανάπτυξη των βρεφών και των παιδιών [12].

Η βιολογική δράση του χαλκού

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].

Συνθέτει ορισμένα οξειδωτικά ένζυμα

Ο χαλκός είναι ένα οξειδωτικό συστατικό, στο σώμα όμως έχει αντιοξειδωτική δράση αποτελώντας συστατικό του ενζύμου υπεροξειδική δισμουτάση (SOD). Αυτό το ένζυμο προστατεύει τα κύτταρα από βλάβες που προκαλούν οι ελεύθερες ρίζες [3]. Επιπλέον, χρησιμοποιείται για τη σύνθεση της υπεροξειδάσης του κυτοχρώματος C, της ουρικάσης και της τυροσινάσης [2].

Ένζυμα	Λειτουργία
Αμίνη	Ομάδα ενζύμων που οξειδώνουν πρωτοταγείς αμίνες (π.χ., τυραμίνη, ιστιδίνη και πολυλαμίνες)
Σερουλοπλασμίνη (ferroxidase Ι)	Πολυ-οξειδάση χαλκού στο πλάσμα, που είναι απαραίτητη για τη μεταφορά σιδήρου
Οξειδάση C κυτοχρώματος	Τερματικό ένζυμο οξειδάσης σε μιτοχονδριακή αναπνευστική αλυσίδα, που εμπλέκεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων
Β-υδροξειλάση ντοπαμίνης	Συμμετέχει στο μεταβολισμό κατεχολαμίνης, καταλύει τη μετατροπή ντοπαμίνης σε νορεπινεφρίνη
Hephaestin	Multi-copper ferroxidase, εμπλέκεται στην μεταφορά σιδήρου σε όλο τον εντερικό βλεννογόνο στην πυλαία κυκλοφορία
Λυσυλική οξειδάση	Διασταυρούμενη σύνδεση του κολλαγόνου και της ελαστίνης
Πεπτια-αμιδιώσεως μόνο-οξυγενάση (PAM)	Πολυλειτουργικό ένζυμο που εμπλέκεται στην ωρίμανση και την τροποποίηση των βασικών νευροπεπτιδίων (π.χ., νευροδιαβιβαστές, νευροενδοκρινή πεπτίδια)
Υπεροξειδική δισμουτάση (Cu, Zn)	Ενδοκυτταρικό και εξωκυτταρικό ένζυμο που εμπλέκεται στην άμυνα εναντίον αντιδραστικού είδους οξυγόνου (π.χ., καταστροφή των ριζών υπεροξειδίου)
Τυροσινάση	Ένζυμο που καταλύει την μελανίνη και ό,τι παράγει χρωστική

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].

Παίρνει μέρος στο μεταβολισμό της χοληστερόλης και της γλυκόζης [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].

Επιπλέον, ο χαλκός

παραμένει αποτελεσματικός ακόμη και μετά από την επαναλαμβανόμενη υγρή και ξηρή απόξεση και επαναμόλυνση,
δεν είναι επιβλαβής για τον άνθρωπο και το περιβάλλον,
διαθέτει εγγενείς αντιμικροβιακές ιδιότητες, επομένως δεν έχουν προστεθεί χημικές ουσίες και
είναι πλήρως ανακυκλώσιμος.

Η αντιμικροβιακή δράση του χαλκού

Σύμφωνα με μια έρευνα που έγινε στο North Shore-Long Island Jewish Health System της Αμερικής, στα εξωτερικά ιατρεία Λοιμωδών νόσων, όπου εγκατέστησαν υλικά από χαλκό στα καθίσματα αιμοληψίας, απέδειξαν ότι ο αντιμικροβιακός χαλκός εμφανίζει το «φαινόμενο του φωτοστέφανου». Παρατηρήθηκε μείωση των μολύνσεων κατά 70% στις γύρω επιφάνειες που είχε τοποθετηθεί ο χαλκός. Συγκεκριμένα, η πλειοψηφία των δειγμάτων από τα καθίσματα με τον χαλκό ήταν κάτω από το επίπεδο επικινδυνότητας για τους ασθενείς (5 cfu/cm²), ενώ αντίθετα η πλειοψηφία των δειγμάτων από τα καθίσματα χωρίς τον χαλκό ήταν πάνω από αυτό το επίπεδο [15].

Η Υπηρεσία Προστασίας του περιβάλλοντος (EPA) στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής ενέκρινε την εγγραφή αυτών των κραμάτων χαλκού ως «αντιμικροβιακά υλικά με οφέλη για τη δημόσια υγεία».

Στον κατάλογο των αντιμικροβιακών προϊόντων χαλκού από αυτά τα κράματα ανήκουν:

τα τραπέζια των κρεβατιών στα νοσοκομεία,
οι διακόπτες κλήσης προσωπικού στα νοσοκομεία,
οι χειρολαβές,
οι κουπαστές κρεβατιού,
οι νεροχύτες,
οι βρύσες,
τα πόμολα,
τα υλικά της τουαλέτας,
τα πληκτρολόγια των Η/Υ,
οι λαβές στο καλάθι αγορών κλπ.

Τα πόμολα χαλκού που χρησιμοποιούνται στα νοσοκομεία μειώνουν τη μετάδοση λοιμωδών νόσων και της νόσου των Λεγεωνάριων (Legionnaires), η οποία καταστέλλεται από τους σωλήνες χαλκού στα υδραυλικά συστήματα [13]. Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (WHO) στις εγκαταστάσεις νοσοκομειακής περίθαλψης συμβαίνουν ανά τον κόσμο 7 εκατομμύρια λοιμώξεις (περίπου 4 εκατομμύρια στην Ε.Ε.), οι οποίες κοστίζουν πάνω από 80 εκατομμύρια δολάρια παγκοσμίως, και από αυτές οι 37.000 περίπου οδηγούν στο θάνατο [15].

Οι ικανότητες του αντιμικροβιακού χαλκού έναντι ενός ευρέος φάσματος μικροοργανισμών

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.

Clostridium difficile

Το Clostridium difficile είναι ένα αναερόβιο βακτήριο, αιτία δυνητικά απειλητικών για τη ζωή ασθενειών, όπως οι νοσοκομειακές λοιμώξεις, ειδικά στις ανεπτυγμένες χώρες. Τα C. difficileendospores μπορούν να επιβιώσουν έως πέντε μήνες πάνω σε επιφάνειες, και μεταδίδονται από τα χέρια των εργαζόμενων στην υγειονομική περίθαλψη στο νοσοκομειακό περιβάλλον. Είναι υπεύθυνο για μια σειρά από επιπλοκές στην υγεία του εντέρου. Πρόσφατα αξιολογήθηκε η βιωσιμότητα του C. difficile σε κράματα χαλκού όπου βγήκαν τα εξής αποτελέσματα:

C11000 (99, 9% χαλκός): σχεδόν ολική θανάτωση σε 3 ώρες.
C51000 (95% χαλκός)
C70600 (90% χαλκός): σχεδόν ολική θανάτωση σε 5 ώρες.
C26000 (70% χαλκός): σχεδόν ολική θανάτωση σε 48 ώρες.
C75200 (65% χαλκός): σχεδόν ολική θανάτωση σε 1 ώρα.

Ιός της γρίπης Α (Η1Ν1)

Η γρίπη είναι μια μολυσματική ασθένεια από ένα ιικό παθογόνο διαφορετικό από εκείνο που παράγει το κοινό κρυολόγημα. Τα συμπτώματα της γρίπης, τα οποία είναι πιο σοβαρά από αυτά του κρυολογήματος, περιλαμβάνουν:

πυρετό
πονόλαιμο
πόνοι των μυών
έντονο πονοκέφαλο
βήχα
αδυναμία
γενική δυσφορία

Η γρίπη των πτηνών μπορεί να προκαλέσει πνευμονία, η οποία μπορεί να είναι θανατηφόρα, ειδικά σε μικρά παιδιά και ηλικιωμένους. Τα ενεργά σωματίδια του ιού της γρίπης Α μειώθηκαν κατά 75% μετά από επώαση για μία ώρα σε χαλκό. Μετά από έξι ώρες τα σωματίδια μειώθηκαν κατά 99,9%.

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.

Μύκητες

Η αντιμυκητική αποτελεσματικότητα του χαλκού συγκρίθηκε με αλουμίνιο στους εξής οργανισμούς που μπορούν να προκαλέσουν μολύνσεις στον άνθρωπο:

Aspergillus spp.
Fusarium spp.
Penicillium chrysogenum
Aspergillus niger
Candida albicans

Τελικά, ένα αυξημένο ποσοστό των σπορίων των μυκήτων βρέθηκε απενεργοποιημένο στις επιφάνειες του χαλκού, και ενώ στο αλουμίνιο σημειώθηκε αύξηση του Aspergillus niger, στον χαλκό αντίθετα ανεστάλη η ανάπτυξη του πάνω και γύρω από τα κράματα χαλκού [13]. Ακόμη, ο αντιμικροβιακός χαλκός προσβάλλει τα:

Campylobacter jejuni
Enterobacter aerogenes
Legionella pneumophilia
Listeria monocytogenes
Poliovirus
Pseudomonas aeruginosa
Salmonella enteriditis
Tubercle bacillus [17]

Τα αντιμικροβιακά κράματα χαλκού έχουν εγκατασταθεί σε εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης σε Ηνωμένο Βασίλειο, Ιρλανδία, Ιαπωνία, Κορέα, Γαλλία, Δανία και Βραζιλία, καθώς και στο σύστημα διέλευσης του μετρό στο Σαντιάγο της Χιλής και υπολογίζεται ότι μεταξύ του 2011- 2014 θα εγκατασταθούν σε περίπου 30 σταθμούς [13].
Στην Ελλάδα εδρεύει το Ελληνικό Ινστιτούτο Ανάπτυξης Χαλκού (Ε.Ι.Α.Χ.), όπου αποτελεί επίσημος φορέας πιστοποίησης για την αντιμικροβιακή δράση προϊόντων χαλκού και κραμάτων του με το σήμα Cu⁺ (σε Ελλάδα, Βουλγαρία και Κύπρο). Το 2011 πραγματοποιήθηκε η πρώτη τοποθέτηση αντιμικροβιακού χαλκού στο νοσοκομείο «Αττικόν», Γενικό Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Ελλάδας σε κάγκελα κρεβατιών, χάλκινες βάσεις για ορούς, χάλκινα πόμολα και κουπαστές. Το 2012 το Πειραϊκό Θεραπευτήριο του Πειραιά έγινε το πρώτο ελληνικό νοσοκομείο με αποδεδειγμένα αποτελέσματα της δράσης του αντιμικροβιακού χαλκού σε Μονάδα Εντατικής Θεραπείας (ΜΕΘ). Αφού έγινε η τοποθέτηση του αντιμικροβιακού χαλκού (Εικόνα 5) στη νέα ΜΕΘ διαπιστώθηκε η μείωση της μικροβιακής χλωρίδας από το επιστημονικό προσωπικό του Ε.Ι.Α.Χ. (με σύγκριση των δειγμάτων πριν και μετά την τοποθέτηση του χαλκού), ενώ ο έλεγχος των δειγμάτων έγινε στο Μικροβιολογικό Εργαστήριο του Αρεταίειου Νοσοκομείου του Πανεπιστημίου Αθηνών, το οποίο πρόσφατα (Μάρτιος 2013) πιστοποιήθηκε επίσημα με βεβαίωση από το Ε.Ι.Α.Χ. «για την εφαρμογή των πρωτοκόλλων διαπίστευσης αντιμικροβιακής δράσης πρώτης ύλης αλλά και τελικών προϊόντων αντιμικροβιακού χαλκού και κραμάτων του, όπως αυτά έχουν καθοριστεί από τον Διεθνή Οργανισμό Χαλκού (ICA/ECI) και το Ε.Ι.Α.Χ.». Στις αρχές του 2013, παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα της αντιμικροβιακής δράσης του χαλκού στη Β' Μονάδα Εντατικής Νοσηλείας Νεογνών (ΜΕΝΝ) του Παιδιατρικού Νοσοκομείου Αγία Σοφία, όπου παρατηρήθηκε μείωση της μικροβιακής χλωρίδας πάνω από 95% στα σημεία εφαρμογής των κραμάτων χαλκού, ενώ λόγω της ύπαρξης του φαινομένου του φωτοστέφανου υπήρξε μείωση κατά 70-75% σε ακτίνα άνω των 50 εκατοστών. Η ΜΕΝΝ πιστοποιήθηκε από το E.I.A.X. ως αντιμικροβιακή (15].
Ο χαλκός απορροφάται από τον εντερικό βλεννογόνο σε ποσοστό 50-70% και όσο αυξάνεται η πρόσληψή του, τόσο ελαττώνεται το ποσοστό του χαλκού που απορροφάται. Ύστερα, μέρος του ιοντικού χαλκού οδηγείται στο ήπαρ, μέσω της πυλαίας κυκλοφορίας, και η υπόλοιπη ποσότητα μεταφέρεται σε άλλους ιστούς και κυρίως τα νεφρά. Ο χαλκός προσλαμβάνεται στους ιστούς μέσω της κυτταροπλασμίνης, της αλβουμίνης και των ενώσεων χαλκού με χαμηλό μοριακό βάρος. Ο συνδεδεμένος με τη μεταλλοθειονίνη χαλκός στα κύτταρα του βλεννογόνου, χάνεται όταν τα κύτταρα αυτά απομακρύνονται από την εντερική ροή. Η ενσωμάτωση του ηπατικού χαλκού πραγματοποιείται στην κυτταροπλασμίνη, και μετά ελευθερώνεται στο αίμα για τη μεταφορά της και σε άλλους ιστούς [19].

Η αλληλεπίδραση του Cu⁺ με μικροθρεπτικά συστατικά

Zn. Ο ψευδάργυρος έχει ανταγωνιστική δράση εναντίον του Cu⁺ μέσω της ενεργοποίησης της σύνθεσης της μεταλλοθειονίνης από τον Zn στα κύτταρα του βλεννογόνου του εντέρου. Η μεταλλοθειονίνη ενώνεται ισχυρά με τον χαλκό, έτσι το μέταλλο δεν είναι διαθέσιμο για μεταφορά στην κυκλοφορία και τελικά χάνεται στα κόπρανα όταν τα κύτταρα του βλεννογόνου αποπίπτουν.
Το μολυβδένιο αντιδρά ισχυρά με τον Cu⁺ με τις θειομολυβδάτες να αποτελούν ισχυρούς συστεμικούς ανταγωνιστές του χαλκού. Αυτό παρατηρείται μόνο όταν η πρόσληψη βαρέων μετάλλων είναι υψηλότερη από αυτή που ο άνθρωπος μπορεί να καταναλώσει.
Η βιταμίνη Ε, το σελήνιο και το μαγγάνιο αλληλεπιδρούν με τον χαλκό ως αντιοξειδωτικά σε μεταβολικό περιβάλλον.
Ο μεταβολισμός του ιωδίου επηρεάζεται από την ανεπάρκεια Cu⁺ προκαλώντας υποθυρεοειδισμό.
Φάρμακα όπως η πενικιλλαμίνη και οι θειομολυβδάτες περιορίζουν τη συσσώρευση χαλκού στο ανθρώπινο σώμα.
Τα αντισυλληπτικά χάπια αυξάνουν τα επίπεδα χαλκού στο ανθρώπινο σώμα.
Η υπερβολική χρήση αντιόξινων αναστέλλει την απορρόφηση του χαλκού, ενώ την περιορίζουν οι υψηλές προσλήψεις θειούχων αμινοξέων.
Αντίθετα, αυξημένη απορρόφηση του μετάλλου παρατηρείται σε δίαιτες υψηλές σε πρωτεΐνη [18].

Ο κύριος παράγοντας απομάκρυνσης του χαλκού από το σώμα είναι η αππέκριση από τη χολή (μικρή ποσότητα απομακρύνεται με τα ούρα, τα νύχια και το τρίχωμα) [18] και έχει ζωτική σημασία για τον έλεγχο των επιπέδων του χαλκού ήπατος. Το μεγαλύτερο ποσοστό αππέκρισης χαλκού στα κόπρανα προέρχεται από την χολική αππέκριση, ενώ το υπόλοιπο ποσοστό προέρχεται από τα κατεστραμμένα κύτταρα του βλεννογόνου [19].

Πιθανολογούμενο φάσμα του μεταβολισμού του χαλκού

Δόση	Προσέγγιση καθημερινής πρόσληψης	Αποτελέσματα στην Υγεία
		Θάνατος
		Δυσλειτουργία και διαταραχή του μεταβολισμού των άλλων θρεπτικών συστατικών. Ηπατική «αποτοξίνωση» και συγκλονισμένη ομοιόσταση
Τοξικός	>5,0 mg/kg βάρος σώματος	Επαγόμενη γαστρεντερική μεταλλοθειονεΐνη (πιθανές διαφορετικές επιδράσεις της οξείας και χρόνιας έκθεσης)
	100 μg/kg βάρος σώματος	Διατηρείται το υψίπεδο της απορρόφησης. Ομοιοστατικοί μηχανισμοί ρυθμίζουν την απορρόφηση του χαλκού
Επαρκής	34 μg/kg βάρος σώματος	Ηπατική πρόσληψη, απομόνωση και αποβολή αποτέλεσμα της ομοιόστασης. Γλουταθειόνη-εξαρτώμενη πρόσληψη του χαλκού. Σύνδεση με τη μεταλλοθειονεΐνη. Λυσοσωμική απέκκριση του χαλκού
	11 μg/kg βάρος σώματος	Κανονική χολική έκκριση και γαστρεντερική πρόσληψη
	9 μg/kg βάρος σώματος	Μείωση ηπατικής κατάθεσης. Διατήρηση του ενδογενούς χαλκού. Αυξημένη γαστρεντερική απορρόφηση
Ελλιπής	8,5 μg/kg βάρος σώματος	Αρνητικό ισοζύγιο χαλκού
	5,2 μg/kg βάρος σώματος	Λειτουργικά ελαττώματα, όπως μειωμένη δραστηριότητα λυσυλικής οξειδάσης και υπερυπεροξειδικής δισμουτάσης. Διαταραγμένος μεταβολισμός υποστρώματος
	2 μg/kg βάρος σώματος	Περιφερική διαταραχή. Ακαθάριστη δυσλειτουργία και διαταραχές του μεταβολισμού των άλλων θρεπτικών συστατικών. Θάνατος

Χαλκός και παθήσεις στον άνθρωπο

Αυξημένα ποσοστά χαλκού παρατηρούνται στις εξής περιπτώσεις:

Πρωτοπαθής χολική κίρρωση.
Πρωτοπαθής σκληρυντική χολαγγειΐτιδα.
Λοιμώξεις.
Φλεγμονές.
Λευχαιμίες.
Αναιμίες.
Τυφοειδής πυρετός.
Αιμοχρωμάτωση.
Θυρεοτοξίκωση.
Πελάγρα.
Πνευμονική φυματίωση.
Ρευματικός πυρετός.
Οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου.
Ρευματοειδής αρθρίτιδα.
Συστηματικός ερυθηματώδης λύκος.
Τραύμα.
Κακοήθη νεοπλάσματα.
Κύηση.
Δηλητηρίαση με χαλκό.
Παρατεταμένη παρεντερική διατροφή.
Υποσιτισμός.
Δυσαπορρόφηση.
Νεφρωσικό σύνδρομο.
Ινοκυστική νόσο.
Σιδηροπενικές αναιμίες.
Οικογενής υποχαλκαιμία [2].
Μειωμένα ποσοστά χαλκού [2]. Γενικά συμπτώματα: αναιμία, ουδετεροπενία, κατάγματα, υποχρωματισμός, διαταραχή της ανάπτυξης, αυξημένη συχνότητα λοιμώξεων, ανωμαλίες στο μεταβολισμό της γλυκόζης και της χοληστερόλης, καρδιαγγειακές διαταραχές [18]

Παθήσεις μείωσης του χαλκού στον άνθρωπο

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].

Μέθοδοι προσδιορισμού χαλκού

Φωτομετρική μέθοδος, που βασίζεται στην απελευθέρωση του χαλκού από τη σερουλοπλασμίνη σε όξινο περιβάλλον και η μετέπειτα σύνδεσή του με ένα χρωμογόνο για το σχηματισμό έγχρωμου συμπλόκου.
Ατομική απορρόφηση, που είναι η καλύτερη μέθοδος αλλά παρεμποδίζεται από κάποιες ουσίες, όπως: οιστρογόνα, αντισυλληπτικά, καρβαμαζεπίνη, φαινοβαρβιτάλη, φαινυντοΐνη και ψευδάργυρος.
Η συγκέντρωση του δείγματος σε χαλκό υπολογίζεται από την σχέση: C_Cu= AΔ/ ΑΠ ͯ 220 (mg/dL) - όπου Π = πρότυπο
Κατάλληλο δείγμα για τον προσδιορισμό του χαλκού αποτελεί ο ορός (μη αιμολυμένος) σε ειδικό σωληνάριο και τα ούρα 24ώρου που έχουν συλλεχθεί σε πλαστικό δοχείο με συντηρητικό HCl [2].

Πηγές

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A7%CE%B1%CE%BB%CE%BA%CF%8C%CF%82
Παπαϊωάννου Α, Πλαγεράς Π. Εξειδικευμένα Θέματα Κλινικής Χημείας, Εκδόσεις Πασχαλίδη 2012, Αθήνα, ISBN 978- 960- 489- 189- 4.
http://www.douni.gr/?section=ingredients&id=14&icategory=2
https://web.archive.org/web/20130727203028/http://vitamines-metalla.blogspot.gr/2012/08/blog-post_8287.html
http://www.xtr.gr/simboules_gimnaston/1502/Mathete_perissotera_gia_tis_Bitamines_kai_metalla Αρχειοθετήθηκε 2013-05-24 στο Wayback Machine.
http://proionta-tis-fisis.blogspot.com/2013/01/blog-post_6417.html
http://www.iatronet.gr/article.asp?art_id=14127 Αρχειοθετήθηκε 2013-04-25 στο Wayback Machine.
http://www.ygeianews.gr/section/diatrofi/content/o-xalkos-prostateuei-ton-egkefalo Αρχειοθετήθηκε 2013-05-15 στο Wayback Machine.
http://naturespirit.jimdo.com/greek/vivasan/%CE%B2%CE%B9%CF%84%CE%B1%CE%BC%CE%B9%CE%BD%CE%B5%CF%83-all-day-fit/^{[νεκρός σύνδεσμος]}
http://physrev.physiology.org/content/87/3/1011/F7.expansion^{[νεκρός σύνδεσμος]}
http://respi-gam.net/node/2087 Αρχειοθετήθηκε 2013-08-12 στο Wayback Machine.
http://glutenfreeworks.com/blog/2010/07/28/understanding-copper-deficiency-in-celiac-disease/#.UU3g0BzBoms
http://fe-mail.gr/pages/posts/greece_europe_world/greece_europe_world3145.php Αρχειοθετήθηκε 2010-11-29 στο Wayback Machine.
Ε.Ι.Α.Χ., https://web.archive.org/web/20130902234616/http://www.copper.org.gr/
https://web.archive.org/web/20130701044844/http://antimicrobialcopper.com/gr/%CE%B3%CE%B9%CE%B1%CF%84%CE%AF-%CE%B1%CE%BD%CF%84%CE%B9%CE%BC%CE%B9%CE%BA%CF%81%CE%BF%CE%B2%CE%B9%CE%B1%CE%BA%CF%8C%CF%82-%CF%87%CE%B1%CE%BB%CE%BA%CF%8C%CF%82/%CE%B5%CE%B9%CF%83%CE%B1%CE%B3%CF%89%CE%B3%CE%AE-%CF%83%CF%84%CE%BF%CE%BD-%CE%B1%CE%BD%CF%84%CE%B9%CE%BC%CE%B9%CE%BA%CF%81%CE%BF%CE%B2%CE%B9%CE%B1%CE%BA%CF%8C-%CF%87%CE%B1%CE%BB%CE%BA%CF%8C.aspx
http://www.copper.org.gr/mediaupload/publications/Frequent%20questions.pdf^{[νεκρός σύνδεσμος]}
http://estia.hua.gr:8080/dspace/bitstream/123456789/1003/1/renta.pdf^{[νεκρός σύνδεσμος]}
http://en.wikipedia.org/wiki/Copper_in_health
https://web.archive.org/web/20160314075710/http://panacea.med.uoa.gr/topic.aspx?id=255