ทองแดง (Copper, Cu)

ทองแดงเป็นโลหะอ่อน นิ่มและเหนียว นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีมาก เป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในรูปของโลหะที่ใช้งานได้โดยตรง มนุษย์รู้จักใช้ทองแดงทำหลังคา เครื่องประดับ ส่วนผสมของสีทาเครื่องเคลือบ และสารกันเชื้อราในเนื้อไม้ มาหลายพันปีก่อนคริสตกาล

ทองแดงจัดเป็นธาตุที่มีมากมายบนผิวโลก สารประกอบของทองแดงก็มีมากมายในอาหารทั่วไป สารประกอบทองแดงมี 2 รูป คือ

1. Copper (I) (cuprous, Cu¹⁺) เช่น cuprous oxide (Cu₂O), cuprous chloride (Cu₂Cl₂), และ cuprous sulfide (Cu₂S)
2. Copper (II) (cupric, Cu²⁺) เช่น cupric oxide (CuO), cupric chloride (CuCl₂), และ cupric sulfate (CuSO₂)

ส่วน copper (III) (cuprate) และ copper (IV) เป็นสารประกอบตัวกลางที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมี มีสภาพอยู่ไม่นาน ในที่นี้จะไม่กล่าวถึง

cuprous สามารถดูดซึมได้เลย แต่ cupric ต้องถูกรีดิวส์ให้เป็น cuprous ก่อนถึงจะดูดซึมได้ การรีดิวส์ cupric เป็น cuprous ต้องอาศัยวิตามินซี แต่เมื่อดูดซึมเข้าไปแล้ว cuprous จะถูกเปลี่ยนเป็น cupric เพราะจับกับอัลบูมินในเลือดได้ดีกว่าและเสถียรกว่า

ร่างกายไม่สะสมทองแดง จะมีไว้ใช้งานที่ตับเพียง 50-120 mg เท่านั้น เพราะทองแดงที่มากเกินไปจะมีพิษ ร่างกายควบคุมระดับทองแดงในเลือดให้อยู่ในช่วง 10–25 mcmol/L (63.5–158.9 mcg/dL) โดยจำกัดการดูดซึมหากรับประทานมาก และขับทิ้งทางน้ำดีออกมาทางอุจจาระเมื่อใช้งานเสร็จ

บทบาทของทองแดงในร่างกาย

ทองแดงเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์มากมาย เรียกว่า "cuproenzymes" ซึ่งมีหน้าที่เผาผลาญอาหารให้เป็นพลังงาน, เกี่ยวข้องกับเมตาบอลิซึมของธาตุเหล็ก (Fe), เปลี่ยน dopamin เป็น norepinephrine, สร้างเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เม็ดสี เม็ดเลือดขาว หลอดเลือดใหม่, ควบคุมการแสดงออกของยีน, ช่วยพัฒนาสมองของเด็ก ทองแดงยังเป็นส่วนประกอบให้กระดูกแข็งแรงขึ้น

cuproenzymes ที่สำคัญที่สุดคือ ceruloplasmin และ hephaestin ที่ oxidize Fe²⁺ ให้เป็น Fe³⁺ Fe³⁺ เป็นรูปเหล็กที่จับกับโปรตีน transferrin ตัวพาธาตุเหล็กเข้าเซลล์ทางตัวรับ transferrin (TR)

นอกจากนี้ ทองแดงยังเป็นปัจจัยร่วมของเอนไซม์ superoxide dismutase ซึ่งคอยทำลาย superoxide (อนุมูลอิสระ) ให้เป็น hydrogen peroxide (H₂O₂) แล้วถูก glutathione peroxidase เปลี่ยนให้เป็นน้ำอีกที

แหล่งอาหารที่มีทองแดงสูง

แหล่งอาหารที่มีทองแดงสูงได้แก่ โกโก้ ช็อคโกแลต ตับ อาหารทะเล ถั่วทุกชนิด เห็ด มันเทศ หน่อไม้ อะโวคาโด วันหนึ่งเราต้องการเพียง 0.9 มิลลิกรัม

ข้าวขัดสี รวมทั้งที่แปรรูปเป็นแป้ง จะเสียทองแดงไปกว่าครึ่ง อาหารปิ้งย่างจนไหม้เกรียมจะลดการดูดซึมของทองแดง การต้มผักนานเกินไปก็จะสูญเสียทองแดงไปในน้ำต้มผัก

ผู้ที่รับประทานอาหารเสริมที่มีธาตุสังกะสี (Zinc) ในปริมาณมากเป็นประจำจะลดการดูดซึมของธาตุทองแดง เพราะโปรตีน thionein ที่เป็นแหล่งเก็บสะสมสังกะสีจะถูกผลิตเพิ่มขึ้นมารองรับสังกะสีที่กินเข้าไป แต่ทองแดงก็จับกับ thionein ได้และรวดเร็วกว่า เมื่อจับแล้วจะกลายเป็น cuprous-metallothionein อยู่ในเซลล์ของลำไส้เล็ก ดูดซึมเข้ากระแสเลือดไม่ได้ เมื่อไม่มีทองแดง ก็ไม่มี cuproenzymes ธาตุเหล็กก็จะเข้าเซลล์ไปเป็นองค์ประกอบของเม็ดเลือดแดงไม่ได้ด้วย ดังนั้น การรับประทานสังกะสีเป็นอาหารเสริมโดยไม่จำเป็นจะมีโอกาสขาดทั้งธาตุทองแดงและธาตุเหล็ก

ภาวะขาดทองแดง

ภาวะขาดทองแดงมี 2 แบบ คือ

1. ขาดทองแดงตั้งแต่เกิด จากยีน ATP7A กลายพันธุ์ ทำให้ดูดซึมธาตุทองแดงไม่ได้ ยีนนี้อยู่บนโครโมโซม X จึงพบแต่ในทารกเพศชาย ประมาณ 1 ต่อ 100,000-250,000 คน เกิดกลุ่มอาการที่เรียกว่า Menkes syndrome โดยทารกจะท้องเสียเรื้อรัง อาเจียน เลี้ยงไม่โต เส้นเลือดแตกง่าย ผมขดแข็ง หักง่าย ผิวขาวเผือก กระดูกบาง ปัญญาอ่อน ชัก มี aortic aneurysm มักเสียชีวิตก่อนอายุ 10 ปีแม้จะให้ copper histidine ฉีดตั้งแต่ที่วินิจฉัยได้ (โดยฉีดขนาด 250 mcg เข้าใต้ผิวหนัง วันละ 2 ครั้ง เช้า-เย็น จนถึง 1 ขวบ จากนั้นฉีด 250 mcgเข้าใต้ผิวหนัง วันละครั้ง จนถึงอายุ 3 ขวบ หากยังมีชีวิตอยู่ให้เฝ้าระวังการทำงานของไตและปรับขนาดยาตามระดับทองแดงและ ceruloplasmin ในเลือด)
2. ขาดทองแดงจากโรคหลังคลอด ได้แก่
• ภาวะขาดอาหารอย่างรุนแรง
• ท้องเสียเรื้อรัง
• โรคทางเดินอาหารที่ทำให้ดูดซึมสารอาหารไม่ได้ เช่น Celiac sprue, Cystic fibrosis
• ถูกตัดกระเพาะอาหารออกไป เพราะทองแดงดูดซึมที่กระเพาะและลำไส้เล็กส่วนต้น (ผู้ป่วยกลุ่มนี้มักขาดวิตามิน B₁₂ ด้วย)
• การรับประทานธาตุสังกะสีมากเกินไป

ผู้ป่วยกลุ่มนี้นอกจากจะมีประวัติหรือแสดงอาการของโรคตั้งต้นแล้ว ยังมีโลหิตจางที่ไม่ตอบสนองต่อการให้ธาตุเหล็ก เม็ดเลือดขาวชนิดนิวโตรฟิลต่ำ กระดูกบาง และมีความผิดปกติของสมองและไขสันหลัง (ซึ่งอาจทำให้แยกยากจากภาวะขาดวิตามิน B₁₂ และโฟเลต)

การวินิจฉัยอาศัยการตรวจเลือดดูระดับของทองแดงและเอนไซม์ ceruloplasmin (ค่าปกติ 20-35 mg/dL) การรักษาต้องแก้ที่สาเหตุ และให้ทองแดงเสริมจนกว่าจะแก้สาเหตุได้

อาหารเสริมของทองแดงมีหลายรูป แต่ละรูปให้ปริมาณทองแดงต่างกัน ดังนี้

• Copper carbonate ให้ทองแดง 57% ของน้ำหนักสาร
• Cupric chloride ให้ทองแดง 47% ของน้ำหนักสาร
• Cupric acetate ให้ทองแดง 35% ของน้ำหนักสาร
• Copper sulfate ให้ทองแดง 25% ของน้ำหนักสาร (แนะนำให้ใช้รูปนี้ ในขนาด 1.5-3 mg/วัน)

Cupric oxide มีทองแดงถึง 80% ของน้ำหนักสาร แต่ดูดซึมไม่ได้เลย เพราะอยู่ในรูป Cu²⁺ ที่คงทน ไม่ถูกรีดิวส์ แต่ก็ยังมีอาหารเสริมหลายยี่ห้อที่ใช้รูปนี้ขายตามท้องตลาด

พิษของทองแดง

พิษของทองแดงก็มี 2 แบบ คือ

1. แบบที่เป็นตั้งแต่เกิด ได้แก่ โรควิลสัน (Wilson disease) เป็นโรคพันธุกรรมที่มียีน ATP7B บนโครโมโซมที่ 23 กลายพันธุ์ ทำให้ไม่สามารถใช้งานทองแดงและกำจัดทองแดงออกทางน้ำดีได้ ระดับทองแดงในเลือดจะสูง แต่ ceruloplasmin ในเลือดจะต่ำ และทองแดงที่สะสมในตับมากเข้า ๆ จะทำให้ตับแข็ง ทองแดงที่ท้นจากตับออกมาจะไปทำลายสมอง ไต ระบบสืบพันธุ์ ทำให้เม็ดเลือดแดงแตก ทองแดงที่สะสมที่รอบกระจกตาและที่ม่านตาทั้งสองข้างเกิดเป็นวงแหวนสีทองแดงที่เรียกว่า Kayser-Fleischer ring

โรควิลสันถ่ายทอดแบบ autosomal recessive จึงพบได้ทั้งเพศชายและหญิง อุบัติการณ์ประมาณ 1:30000 คน และมีประชากรประมาณ 1.1% ที่มียีนผิดปกติแต่ไม่แสดงอาการ

เด็กที่เป็นโรควิลสันจะเริ่มแสดงอาการตั้งแต่อายุ 2 ขวบ (เฉลี่ยที่ 5-6 ขวบ) โดยจะมีอาการตัวเหลือง ตาเหลือง ขาบวม ท้องโต มีจ้ำเลือดออกง่าย เหนื่อย ซีด สั่น พูดลำบาก กลืนลำบาก แขนเกร็ง ขาแข็ง การเคลื่อนไหวผิดปกติไม่สัมพันธ์กัน อาจแสดงอาการสับสนคล้ายผู้ป่วยโรคจิต บางครั้งจะมีปัสสาวะเป็นสีน้ำโคล่าเพราะเม็ดเลือดแดงแตก และมีวงแหวน Kayser-Fleischer ring ที่รอบกระจกตา (ในคนเอเชียอาจสังเกตยาก)

เกณฑ์วินิจฉัย ต้องมี 3 ใน 6 ข้อ

1. ประวัติการมีโรคตับในครอบครัวตั้งแต่อายุยังน้อย
2. ตรวจพบ Kayser-Fleischer ring จาก slit-lamp
3. ปริมาณทองแดงในปัสสาวะ 24 ชั่วโมง > 100 mcg/day (ปกติ ≤ 30 mcg/day)
4. Serum ceruloplasmin < 5 mg/dL หรือ < 20 mg/dL ร่วมกับมีอาการตับแข็งและอาการทางระบบประสาท
5. ตรวจชิ้นเนื้อตับพบทองแดงสะสมเป็นจำนวนมาก
6. ตรวจ DNA พบยีนกลายพันธุ์ ATP7B บนโครโมโซมที่ 23 (ไม่สามารถใช้เป็นข้อวินิจฉัยเดี่ยวได้เพราะบางคนมียีนผิดปกติแต่ไม่แสดงอาการ)

การรักษาต้องให้ยาขับทองแดงออกทางปัสสาวะ เช่น penicillamine (Cuprimine), trientine dihydrochloride (Syprine) และยาลดการดูดซึมของทองแดง เช่น Zinc Acetate (Galzin), tetrathiomolybdate ยาตัวหลังช่วยจับทองแดงในกระแสเลือดเพื่อลดพิษด้วย รายที่ตับวายและอายุยังน้อยอาจพิจารณาทำการปลูกถ่ายตับใหม่

อาหารของผู้ป่วยโรควิลสันต้องงดอาหารที่มีธาตุทองแดงสูงดังตารางข้างต้น

2. แบบที่เป็นพิษจากการกินเข้าไป

อุบัติเหตุจากการรับประทานอาหารที่เป็นกรดบรรจุในภาชนะทองแดง หรืออุ่นอาหารในภาชนะทองแดง หรือดื่มน้ำที่ปนเปื้อนธาตุทองแดงเข้าไป อาจเกิดพิษของทองแดงได้ แต่ส่วนใหญ่อาการไม่รุนแรง เป็นแค่คลื่นไส้ อาเจียน ท้องเสีย ไม่นาน

ที่รุนแรงกว่าคือพวกที่ตั้งใจกิน copper sulfate ที่เป็นอาหารเสริมเป็นจำนวนมากเพื่อฆ่าตัวตาย พวกนี้จะมีตับวาย เม็ดเลือดแดงแตก และอาจถึงขั้นเสียชีวิตถ้ารักษาไม่ทัน

การรักษาต้องล้างท้อง (ถ้าเพิ่งกินมาไม่นาน), ให้ยาขับทองแดง หรืออาจใช้วิธีฟอกเลือด (hemodialysis) ถ้าทำได้

บรรณานุกรม

1. "Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา British Nutrition Foundation. (26 มีนาคม 2563).
2. "Nutrition Requirements." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา British Nutrition Foundation. (30 มกราคม 2563).
3. "Thai RDI." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา กระทรวงสาธารณสุข. (1 กุมภาพันธ์ 2563).
4. "Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Oregon State University. (26 มีนาคม 2563).
5. "Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา NIH. (29 มีนาคม 2563).
6. "copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา whfoods.org. (29 มีนาคม 2563).
7. "12.9 Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Nutrition Flexbook. (26 มีนาคม 2563).
8. "- Elements - 33: COPPER." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา apjcn.nhri.org.tw. (26 มีนาคม 2563).
9. "Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา Wikipedia. (26 มีนาคม 2563).
10. Larry E. Johnson. 2018. "Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา MSD Manual. (26 มีนาคม 2563).
11. Larry E. Johnson. 2018. "Wilson Disease." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา MSD Manual. (26 มีนาคม 2563).
12. George J. Brewer, et al. "Wilson Disease." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา NORD. (27 มีนาคม 2563).
13. Daisy Whitbread. 2019. "Top 10 Foods Highest in Copper." [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา MYFOODDATA. (26 มีนาคม 2563).