الدور الحيوي للزنك
:إعداد أ.د.عبد الرحمن محمد محمد عطا مصر

يعتبر الزنك من العناصر المعدنية النادرة (الصغرى) اللّازمة لقيام الجسم بالعمليّات الحيويّة على الوجه الأكمل، ولعلّ أوّل من عرف أهمّية هذا العنصر هو العالم Raulin سنة 1869 من خلال دراساته على العمليّات الحيوية في الفطر (Aspergillus niger). بينما في الحيوان فعُرفت أهمّية الزّنك في العمليّات الحيويّة من خلال الأبحاث التي قام بها فريق عمل يتكوّن من العلماء Todd, Evelym, and Hart سنة 1934.

وحتى هذا التّاريخ، لم يُعرف بعد أعراض نقص الزّنك في الحيوان والإنسان إلى أن وصف العالم Ananda Prasad في السّتينات من القرن العشرين أعراض هذا النّقص والذي سجّله في مصر وإيران على أفراد يعانون من عدوى بكتيريّة وطفيليّة وفطريّة حيث لوحظ تغيّرات في الجلد وتضخّم الكبد والطّحال واضمحلال الأعضاء التّناسلية وفقر الدّم فضلاً عن التّخلّف العقلي، إلّا أنّه تمّت علاجهم بمكمّلات غذائيّة غنيّة في هذا العنصر (باستثناء فقر الدّم فكان الحديد هو العلاج). وقد برّر العلماء بأنّ الفيتات  (phytates) الموجودة في الحبوب التي تتناولها هذه الشعوب بكثرة دون التّغذية على الّلحوم تعيق امتصاص الزنك.

إلّا أنّه في الإنسان توجد طفرة وراثية يطلّق عليها إسم  acrodermatitis enteropathica

(AE) ترجع الى جين متنحّي يعيق امتصاص الزّنك حيث يعاني الأفراد الذين يحملون هذا الجين من التهاب الجلد والخلل في الوظائف المناعيّة وتأخّر النمو والإسهال والثّعلبة ((alopecia وفي بعض الأحيان التّخلّف العقلي.

وترجع أهمّية الزنك في إتمام كافة العمليّات الحيويّة بالجسم نظراً لأنّه:

• يلعب دوراً هامّاً في قيام أكثر من 300 إنزيم بوظائفهم حيث يدخل في تركيب الكثير منها كعامل مرافق مثل:
• Glutamic dehydrogenase
• phosphatase -Alkaline
• RNA polymerase

هذه الإنزيمات هامّة في التّمثيل الغذائي للكربوهيدرات والبروتينات والدّهون

• كما تمّ التعرّف على أنّ إنزيم الكربونك انهيدريز carbonic anhydrase وتنقيته في عام 1940. حيث لوحظ أنّه يحتوي على الزنك بنسبة 0.33٪، وهذا الإنزيم يحفّز تحوّل حمض الكربونيك إلى ثاني أكسيد الكربون وH₂O والعكس وهو تفاعل هام جدّاً في الرحم لتكوين كربونات كالسيوم القشرة. وكونه أحد مكونات انزيم الكربونك انهيدريز، فإنّه يسهّل نقل ثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الرئتين.
  • يلعب الزّنك دوراً هامّاً في خفض حالات موت الخلايا المبرمج Apoptosis، ولكن يجب الأخذ في الإعتبار أنّ الخلايا النّاضجة أكثر مقاومة لموت الخلايا المبرمج النّاجم عن نقص الزّنك، وقد يكون ذلك بسبب ارتفاع مستوى البروتين المضاد للموت المبرمج (( BCL-2 في هذه الخلايا
  • تتطلّب عمليّة تخليقDNA وRNA عنصر الزّنك حيث يدخل في تركيب إنزيمات البلمرة الخاصّة بــهم، وتشير الأبحاث أنّ 10% من الجينوم البشري مشفر لبروتينات تحتوي على زنك.
  • تحفيز الغدد الصّماء على إفراز الهرمونات فضلاً عن تنشيط الكثير من الهرمونات مثل الإنسولين – الجلوكاجون – الهرمونات الجنسية – هرمون النّمو
  • ضروري للإستفادة من فيتامين أ
  • نقص الزنك يزيد من أكسدة الدّهون في الميتوكوندريا وبالتالي توليد الطّاقة.
  • المحافظة على شهيّة الحيوان، فنقص الزّنك يؤدّي إلى فقد الشّهية بنسبة قد تصل إلى 30%، ويرجع ذلك لحدوث انخفاض تركيز النّاقلات العصبيّة في المخّ. وفي دراسة على الفئران لوحظ أنّ المجموعة التي تغذّت على علف فقير في الزّنك ترفض تناول الكربوهيدرات وتبحث عن البروتين والدّهون، ولقد أوضح العلماء أنّ ذلك قد يرجع إلى نقص الإنزيمات اللّازمة لتمثيل الكربوهيدرات لأنّ الحامض النووي RNA المعتمد على الزّنك والمطلوب لتخليق هذه الإنزيمات فاقد القدرة على التّرجمة، أوضحت الدّراسات أنّ فقدان الشّهية النّاجم عن نقص الزّنك قلّل من إفراز هرمون gonadotrophin-releasing hormone(GnRH) وبالتالي إنخفاض النّشاط التّناسلي للحيوان
  • أمّا عن علاقة الزنك بالجلد والهيكل العظمي فلوحظ أنّ الحيوانات تصاب بعرض مرضي يطلّق عليه Parakeratosisحيث يحدث زيادة في سمك الجلد وتصلّبه و جفافه ومن ثم تشققه وهو أحد أعراض نقص الزّنك في جميع الحيوانات. وعادةً ما تصاب الدّواجن بالتهاب جلدي حاد في القدمين وضعف في التّريش جرّاء هذا النقص، كما يؤخّر نقص الزّنك بشكل كبير معدّل إلتئام الجروح. من ناحية أخرى، فإنّ الزّنك عنصر هامّ وضروري للنّمو السليم للهيكل العظمي خاصةً أثناء التّطوّر الجنيني.
  • وفي ما يتعلّق بالزّنك وعلاقته بالإجهاد التّأكسدي oxidative stressفهو جزء لا غنى عنه في نظام مضّاد الأكسدة Antioxidant systemفي الحيوانات. فمن المعروف أنّ عمليّات  التّمثيل الغذائي الطبيعي تؤدّي إلى إنتاج "أنواع من مشتقّات  الأكسجين النشطة " (reactive oxygen species) والتي يطلق عليها الشّقوق الحرّة ((Free Radicals وهي عبارة عن ذرّات أو جزيئات فاقدة إلكترون )ويبقي فيها الكترون غير مزدوج)  مما يجعلها في حالة نشطة غير مستقرة تبحث عن من يمنحها او يعوّضها هذا الإلكترون، فإن لم يتوفّر لها ذلك فإنّها تتفاعل وتأكسد مكوّنات الخليّة مثل البروتين والدّهون (قد تسبّب تدمير الغشاء الخلوي المتكوّن من طبقة مزدوجة من الفوسفوليبدات) والكربوهيدرات وكذلك DNA (تسبّب حدوث طفرات في المادّة الوراثيّة أو سرطانات).

  أنواع الشوارد الحرّة:

  مركّبات مشتقّة من الأوكسجين (Oxygen derived products)

   ويطلق عليها Reactive Oxygen Species (ROS)  مثل

  O₂^-- (superoxide) سوبر أوكسيد

   H₂O₂ (hydrogen peroxide) فوق أكسيد الهيدروجين

   (ClO^- (hypochlorite هيبو كلوريت

  مركّبات مشتقّة من النّتروجين (Nitrogen derived products)

  ويطلق عليها Reactive Nitrogen  Species (RNS)

  نتريك أوكسيد      NO (nitric oxide)

    NO₂ (nitrogen dioxide) ثاني أوكسيد النتروجين

    HNO₂ (nitrous acid) حامض النيتروز

    NH₂Cl (monochloramine) أحادي الكلور أمين

  وترجع أهمّية الزّنك في نظام مضّاد الأكسدة من خلال ثلاث محاور هي:

  • يدخل في تركيب إنزيم سوبر أوكسيد ديسماتيز (superoxide dismutase)وهو أوّل إنزيم يتعامل مع الشّوارد الحرّة حيث يتعامل مع السوبر أوكسيد ويحوّله إلى فوق أكسيد الهيدروجين والذي بدوره يتحوّل إلى ماء جرّاء فعل إنزيم الجلوتاثيون بيروكسيديز
  • مضّاد لعمليّة يطلق عليها الأكسدة النّشطة لبعض المعادن (غير العضوية مثل النحاس والحديد)

  (redox-active transition metals - inorganic copper and iron)

  ممّا يمنع تكوين شقائق الهيدروكسيل الحرّة من فوق أكسيد الهيدروجين

  • يحفّز وينشّط إنتاج مركّبات أخرى مثل Metallothionein وهو بروتين غني في الحامض الأميني السيستين (حيث يشارك بنسبة 30% من جملة الأحماض الأمينية المكوّنة له) ويتكوّن من مقطعين ألفا وبيتا. ترتبط الوحدة ألفا بأربع إيونات زنك بينما ترتبط الوحدة بيتا بثلاث أيونات زنك (شكل 1) والذي يعمل كمضّاد للأكسدة من خلال استنزاف الشّوارد الحرّة وازاحتها من الجسم، وهذا البروتين يوجد ويخلق في كثير من أعضاء الجسم مثل الكبد والأمعاء والكلية والبنكرياس (يتمركز في غشاء أجسام جولجي) ويحميها من الفعل الضّار للشوارد الحرّة ومن فعل العناصر الثّقيلة مثل الكادميوم والزّئبق والفضّة والزرنيخ من خلال الإرتباط بمجموعة الثيول الموجودة في السستين.

    من ذلك يتّضح أنّ دور الزّنك في مواجهة الشّوارد الحرّة لا يتمّ بصور مباشرة بل من خلال تنشيط مركّبات وأنزيمات فعّالة في هذه المواجهة

    • الزّنك يلعب دوراً هامّاً في قيام الجهاز المناعي بوظائفه، فكما أوضحنا سلفاً أنّ الزنك يلعب دوراً هامّاً في تخليق الأحماض النّووية DNA & RNA وبالتّالي انقسام وتمايز الخلايا وقيامها بوظائفها الحيوية، ولعلّ ما يميّز الجهاز المناعي هو انقسام خلاياه بمعدّل فائق أثناء الإستجابة المناعيّة وذلك لزيادة القوّة المواجهة للميكروبات الممرضة، وأدوار الزّنك الأخرى في أداء الجهاز المناعي متشعّبة ومتنوّعة فعلى سبيل المثال لا الحصر:
    • عندما تخترق الميكروبات الجلد أو أي نسيج طلائي فإنّ الخلايا الملاصقة لموقع الإختراق تقوم بإنتاج كيموكاينات (أحد المنظّمات التي ينتجها الجهاز المناعي) تسبّب تمدّد الشّعيرات الدّموية ويزداد نفاذيتها ممّا يسمح لكرات الدّم البيضاء المتعادلة من الإنجذاب تجاه منطقة الإصابة كي تتعامل مع جموع الميكروبات الغازيّة، ويشجّع الزنك الكرات المتعادلة من الإنجذاب لمنطقة الإصابة جرّاء استقبال الكيموكينات، فضلاً عن تشجيع عمليّة الإلتهام والتي تعتمد في آليّاتها على تكوين ما يُعرف بإسم مصيدة كرات الدّم البيضاء المتعادلة (neutrophil extracellular traps - NETs).، ويجب الأخذ في عين الإعتبار أنّ مصيدة كرات الدّم البيضاء المتعادلة لوحظ أنّها تحتوي على أحد مضّادات الميكروبات الببتيدية (peptide antimicrobial) والتي يطلق عليه (Calprotectin) حيث يتّحد مع إيونات الزّنك والمنجنيز خارج الخليّة ويحرم الميكروبات منها ممّا يزيد من القوّة المناعيّة
    • تسبح كرات الدّم البيضاء الأحاديّة (Monocytes) في تيّار الدّم ثمّ تهاجر إلى أنسجة الجسم كي تتحوّل إلى خلايا التهاميّة ((Macrophages حيث تلتصق بالنّسيج الطّلائي للشعيرات الدّمويّة جرّاء فعل الكيموكينات مثل monocyte chemoattractant protein-1 - MCP-1))، وكما هو الحال مع الخلايا المتعادلة فإنّ الزّنك يدعم عمليّة الإلتصاق ومن ثمّ الهجرة. ولكن يجب الأخذ في عين الإعتبار أنّ نقص الزّنك يزيد قدرة هذه الخلايا على إنتاج الشّوارد الحرّة واللّازمة لقتل الميكروبات التي قامت بإلتهامها، بينما عمليّة انتاج مجموعة سيتوكينات ما قبل الإلتهاب مثلIL-1β IL-6, and TNF-αتحتاج إلى مزيد من الزّنك. من ناحية أخرى، تلعب الخلايا الإلتهاميّة دوراً هامّاً في حجب العناصر النّادرة عن الميكروبات كما هو الحال مع الخلايا المتعادلة ممّا يؤدّي إلى تجويعها وحدوث حالة تسمّم لها.
    • يلعب الزّنك دوراً هامّاً في تمايز ونضج الخلايا الشجيرية، هذا فضلاً عن إظهار المزيد من جزيئات MHCII ومن ثم زيادة التّعاون مع خلاياT_H
    • نقص الزنك يؤدي إلى تخفيض قوّة خلايا(Natural killer cells) في مهاجمة وتحليل الخلايا المصابة.
    • على الرّغم من أنّ الزّنك يؤثّر على تتطوّر ونضج خلايا B إلّا أنّ هذا التّأثير أقلّ حدّة ممّا يحدث مع خلايا T ، والنّقص في مستوى الزّنك يقلّل من مستوى الأجسام المناعيّة
    • نقص الزّنك يؤدّي إلى اضمحلال الغدّة الثيموسية وانخفاض عدد خلايا Tويرجع ذلك إلى أنّ هرمون الثيمولين المفرز من النّسيج الطّلائي للغدة الثيموسية يحتاج إلى الزّنك كعامل مرافق cofactor))، وهو هرمون ضروري لنضج وتمايز خلايا T وعلى ذلك فإنّ أيّ إنخفاض في مستوي الزّنك في العليقة سوف يؤثّر سلباً على أعداد ووظائف خلايا T، ويحدث خلل في النّسبة بين أنواع خلاياT_Hوهما خلاياT_H1 (المنشّطة لكلا من الخلايا الاتّهامية وخلايا T_C) وخلاياT_H2 (المشطة لخلايا B).
    • كما أنّ نقص الزّنك لفترة طويلة يؤدّي إلى انخفاض قدرة خلايا T_H1على إنتاج السيتوكاينات التّالية

    IFNγ , IL-2, and TNF-α بينما تستمرّ قدرة خلايا T_H2  على إنتاج IL-4, IL-6, IL-10 دون تأثّر، وهذا يعتبر أحد أسباب ضعف الإستجابة المناعيّة عند الإصابة  بالفيرس أو البكتيريا

    الثّبات الذّاتي للزنك 

    على الرّغم من الأهمّية الحيويّة للزّنك إلّا أنّ ما يتضمّنه الجسم قليل جدّاً فعلى سبيل المثال كلّ ما يحتويه جسم الإنسان يتراوح بين 2-4 جرام من الزّنك بينما في الدّجاج يتراوح مقداره ما بين 80 -120 مليجرام، هذا وينتشر الزّنك في كافّة أنسجة الجسم ولكن النّسبة الأعلى منه توجد في الكبد والجلد والعضلات الهيكليّة والأعضاء التّناسلية والعين والخلايا العصبيّة. ويتراوح تركيزه في بلازما أو سيرم الدّم ما بين

     1.45–3.4مليجرام/لتر دمّ ( 1.45–3.4 ppmجزء في المليون) حيث يرتبط 60% منه بالألبيومين و30% بالألفا جلوبيولين و10% بالترانسفرين. ومن الأهمّية نفهم أنّه لا يوجد نظام لتخزين الزنك في الجسم (كما هو الحال مع الحديد – الكالسيوم – الفوسفور) بل يجب تناوله يوميّاً حيث يخرج من الجسم (عن طريق البول وإفرازات العضلات – إلخ...) بصورة ثابتة للمحافظة على مستواه في الدّم ضمن نظام الثّبات الذّاتي. هذا وتشير التّوصيات الصّادرة من قبل NRC  سنة 1994 بأنّه يجب إضافة الزّنك في العليقة بنسبة لا تقلّ عن 40 مليجرام/كجم علف، بينما في التّوصيات الحديثة التّطبيقية لشركات إنتاج قطعان السّلالات التّجارية فيجب أن يتوفّر الزّنك بنسبة تصل إلى 120 مليجرام/كجم عليقة وهذا يعني أنّ الدّجاجة البيّاضة يجب أن تتناول 12-14 مليجرام يوميّاً بينما دجاج أمّهات التّسمين فيجب أن تتناول من 18 – 20 مليجرام يوميّاً. أمّا في الإنسان  فيجب أن يتناول حوالي 8 - 11 مليجرام زنك يوميّاً.

    مصادر الزّنك:

    • غير عضوي مثل أكسيد الزنك (ZnO) وكبريتات الزّنك (ZnSO4)
    • عضوي حيث يرتبط فيه الزّنك بأحد الأحماض الأمينية مثل المثيونين والجليسين.

    ويجب الأخذ في الإعتبار أنّ امتصاص عنصر الزّنك من ملح أكسيد الزنك من ملح كبريتات الزّنك والذي تتميّز بقابلتها العالية  للذوبان في الماء، ولكن يعيب الأخير أنّه يسمح لأيونات بعض المعادن بتعزيز تكوين الشوارد الحرّة والتي يمكن أن تسهّل التّفاعلات التي تؤدّي إلى تكسير الفيتامينات وتحلّل الدّهون والزّيوت، ممّا يقلّل من القيمة الغذائيّة للعلف. بينما يكون الأكسيد أقلّ تفاعلاً  ولكنّه أيضاً أقلّ امتصاصاً.

    ويجب الأخذ في عين الإعتبار أنّ مصادر الزّنك العضوي تتميّز بسرعة الإمتصاص والإستقرار كما أنّ هذه الصورة تحمي الزّنك من التّفاعلات الكيميائيّة أثناء الهضم والتي قد تجعله غير متاح للطائر. كما يتميّز  الزّنك العضوي بالثبات البيولوجي ودعم الجهاز الهضمي، وربّما يؤدّي ذلك إلى تقليل إفراز المعادن في الزّرق وتلوّث البيئة.

    جودة البيض

    تحتاج عمليّة تكوين بلورات كربونات الكالسيوم إلى بعض الإنزيمات مثل الكربونك انهيدريز، وهو إنزيم يدخل في تركيبة الزّنك كعامل ملازم (Cofactors) هذا ويعتبر المنجنيز أيضاً عامل ملازم  للأنزيمات  المسؤلة عن تكوين مادّة الميوكوبولي سكريد (المخاط متعدّد السّكر) وهي مادّة عضويّة مهمّة في تكوين قشرة البيض. وعلى ذلك، يمكن أن يؤثّر الزّنك والكالسيوم والمنجنيز على الخصائص الهيكلية لقشر البيضة من خلال التّأثير على تكوين بلورات كربونات الكالسيوم وتعديل التّركيب البلوري لقشر البيض.

    وعلى ذلك فإنّ نقص مستوى الزّنك في العلائق يخفّض من إنتاج البيض ونسبة الفقس فضلاً عن إنتاج كتاكيت مشوّه هيكليّاً حيث تقلّ الإنقسامات الخلويّة في نسيج العظم ممّا يؤدّي إلى تقزّم وتضخّم عظام الجنين  مع تضخّم مفصل العرقوب هذا فضلاً عن سوء التريّش حيث يصبح الرّيش مجعّداً وبارز بصورة عاموديّة على الجلد ويستمرّ هذا الخلل بعد الفقس فيلاحظ انخفاض معدّلات النّمو والإستجابة المناعيّة وضعف كفاءة التّحويل الغذائي وفقدان الشّهية وارتفاع نسبة النّافق وانخفاض نسبة الرّماد في العظام.

    السمّية النّاجمة عن زيادة مستوى الزّنك في العليقة 

    لا يعني فوائد الزّنك المذكورة سلفاً في العمليّات الحيويّة أن نفرط في إضافته لعلائق الدّواجن حيث أنّ الزّيادة منه تؤدّي إلى:

    • انخفاض معدّل نمو الكتاكيت جرّاء انخفاض معدّل إفراز GH من الغدّة النّخامية وILGF-1 من الكبد، كما ترتفع نسبة النّافق
    • يتعارض التّركيز العالي منه مع تمثيل وامتصاص بعض العناصر المعدنيّة الأخرى مثل الحديد والنّحاس والسيلينيوم والكالسيوم فيعاني الطائر من نقصهم
    • حدوث أضرار في القونصة والبنكرياس والكبد، فتغذية الكتاكيت على علائق مرتفعة في تركيز الزّنك (900 مليجرام/كجم وزن حي) أدّى إلى حدوث احتقان في الأوعية الدّموية بالكبد – تضخّم خلايا النّسيج الضام– تضخّم المرارة– تضخّم خلايا الكبد– وحدوث تنكرز وتليف خلايا الكبد cirrhosis - تجمع كرات الدّم البيضاء المتعادلة واللّيمفاوية في جيوب الكبد
    • إعطاء دجاج الأمّهات ودجاج بيض المائدة علائق بها 1% أو 2% زنك تجبر الطّيور على الدّخول في قلش إجباري، حيث يقلّ استهلاك العليقة لتصل إلى 10 إلى 15% من جملة استهلاكها في الوضع الطبيعي - وتضمحل الحويصلات المبيضية - ويتوقّف إنتاج البيض، كما يؤدّي ارتفاع الزّنك في العليقة إلى انخفاض تركيز ايونات الكالسيوم في الدّم والتي هي هامّة لإفراز هرمونات GnRH& LH وبالتّالي إفراز هرمونات الجنس الأسترودية.