Doba od objavenia esenciálneho významu zinku pre ľudský organizmus je pomerne krátka, ale veľmi intenzívna. Početné štúdie a výskum potvrdzujú univerzálnosť tohto stopového prvku a jeho zapojenie do početných fyziologických procesov. Deficit Zn sa významne podieľa na globálnych ochoreniach. Aj keď závažný deficit je vo vyspelých krajinách výnimočný, nedostatočný nutričný príjem Zn vedúci k menej akútnym prejavom nedostatku má vysokú prevalenciu.
Kto je Ananda S. Prasad
O veľkých objavoch niekedy rozhodne náhoda. Avšak treba byť na ňu dobre pripravený vedomosťami, záujmom, vytrvalosťou a pracovitosťou. Bolo to tak aj v prípade prof. Ananda S. Prasada, ktorého právom môžeme považovať za objaviteľa esenciálneho významu zinku (Zn) pre zdravie človeka. Prof. Prasad, lekár indického pôvodu, v roku 1957 úspešne ukončil doktorandské štúdium na Univerzite v Minnesote, USA. Mladý zanietený lekár sa chcel venovať hematológii.
Pôvodné nasadenie v Iráne a klinický rébus
Nemôžeme sa preto čudovať jeho prvotnému sklamaniu nad ponukou, ktorú dostal od prof. Reimanna na začiatku sľubne sa rozbiehajúcej kariéry. Išlo o dvojročný pobyt v novootvorenej univerzitnej nemocnici v chudobnej iránskej provincii Šíráz. Prasad ponuku nakoniec prijal a už o dva týždne ho v Šíráze čakal rébus, ktorý dramaticky ovplyvnil jeho život. Dvadsaťjedenročný pacient, ktorého Prasadovi priviedol iránsky lekár J. A. Halsted, vzrastom a vývojom pripomínal 8 - 10-ročného chlapca; mal výraznú rastovú a pohlavnú retardáciu, nevyvinuté pohlavné sekundárne znaky, drsnú kožu na tvári, znaky mentálnej retardácie a výraznú anémiu. Práve tá robila Prasadovi najväčší problém. Nedala sa totiž vysvetliť deficitom železa, to by u pacienta musela nastať ťažká strata krvi. Navyše anémiu z nedostatku železa nikdy nesprevádza rastová a pohlavná retardácia.
Širší súbor pacientov a hľadanie príčiny
Tento pacient nebol jediný a za pár dní mal Prasad ďalších 12 pacientov s rovnakými symptómami, ktorých začal intenzívne a detailne vyšetrovať. V ich podrobnej anamnéze ho zaujali najmä informácie, ako sa títo pacienti stravujú - ich potrava bola veľmi jednoduchá a nutrične chudobná, jedli výlučne chlieb z nekvasenej múky, takmer žiadne mliečne výrobky a mäso, zriedka zeleninu. Navyše ľudia z chudobných oblastí Iránu bežne konzumovali hlinu (medicínsky sa tento jav označuje ako geofágia; ide o určitú anomália, avšak v niektorých civilizáciách sa aj dnes považuje za úplne normálny typ správania a prijímania potravy).
Hypotéza: fytáty, geofágia a stopové prvky
Fytáty (prítomné v rastlinnej potrave) a organické fosfáty (prítomné v hline a zemine) vytvárajú nerozpustné komplexy so stopovými prvkami, ktoré sa potom nevstrebávajú a dochádza k ich deficitu. Tvorba takýchto komplexov bola známa v prípade železa, ale že by sa týkala aj iných príbuzných alebo podobných stopových prvkov? V riešení rébusu Prasadovi pomohla jednoduchá periodická tabuľka chemických prvkov a tip nie náhodou padol na Zn.
Prečítajte si tiež: ako bol objavený zinok
Predchádzajúce poznatky o zinku v biológii
O tom bolo už dávnejšie známe, že je dôležitý pre rast húb Aspergillus niger (publikované už roku 1869), rastlín (1926), potkanov (1934) či hydiny (1958). V roku 1955 sa publikovala spojitosť Zn a parakeratózy pri ošípaných. Ale že by Zn bol nevyhnutný aj pre človeka?
Prasadove publikácie a dokázanie deficitu
V roku 1961 Prasad publikoval 16-stránkový článok „Syndrome of Iron Deficiency, Anemia, Hepatosplenomegaly, Hypogonadism, Dwarfism, and Geophagia.” v prestížnom časopise American Journal of Medicine. Veľmi podrobne v ňom opísal symptómy, ktorými trpelo asi 10 % obyvateľstva v Šíráze a ktoré sa dovtedy nepovažovali za komplexný zdravotný problém. V článku Prasad predstavil aj svoje hypotézy, že ich možnou príčinou by mohol byť nutričný deficit Zn.
Ďalší výskum v Egypte a terapeutický dôkaz
Publikácia vyvolala obrovský rozruch v odborných kruhoch a Prasadovi priniesla ďalšiu skvelú príležitosť. Dostal pozvanie od prof. W. J. Darbyho z Univerzity vo Vanderbilte, ktorý viedol výskum pre americké námorníctvo v Egypte. Tu sa Prasad ďalej venoval štúdiu dwarfizmu a ten dokázal a publikoval aj u egyptských chlapcov. Trpeli ním aj dievčatá, avšak s nimi rodičia nevyhľadávali odbornú pomoc. Prasada navyše nepríjemne šokovalo, že postihnutí jedinci zomierali veľmi mladí v dôsledku ťažkých infekcií. To mu vnuklo myšlienku, že Zn zohráva v ľudskom organizme oveľa zložitejšiu a komplexnejšiu úlohu, než je len regulácia rastu a vývoja a že bude súvisieť s imunitným systémom.
Počas štúdia v Egypte sa Prasadovi a jeho tímu podarilo nielen dokázať deficit Zn u daných pacientov, ale aj potvrdiť, že podávaním Zn u daných pacientov sa v priebehu šiestich mesiacov normalizoval pohlavný vývoj a v závislosti od veku pacienta aj jeho telesná výška. Prasad musel mať špeciálne povolenie amerického námorníctva a egyptskej vlády na podávanie 15 mg Zn vo forme sulfátu v podobe pripravených kapsúl, nakoľko neexistoval žiaden liek, ktorý by Zn obsahoval.
Odmietanie, uznanie a zaradenie do parenterálnej výživy
Napriek fantastickým dôkazom trvalo však viac než 10 rokov, kým sa Prasadove hypotézy, podložené publikovanými výsledkami, stali realitou. V roku 1978 Úrad pre kontrolu potravín a liekov v USA (Food and Drug Administration - FDA) zaradil Zn do povinnej súčasti parenterálnej výživy a opäť bol za tým Prasad. Všeobecne sa vedelo, že malnutriční pacienti napriek dostatočnej rehydratácii a parenterálnemu príjmu nutrientov často zomierajú na ťažké infekcie do 2 - 3 mesiacov. V Harperovej nemocnici Prasad so súhlasom FDA nariadil pridať Zn do parenterálneho roztoku.
Prečítajte si tiež: Koenzým Q10: Dôležitý antioxidant pre vaše telo
Kontroverzie a presvedčenie o rozšírenosti deficitu
Prasad dosiahol celosvetové uznanie, avšak mnohí americkí vedci a kolegovia v danom čase v jeho objave nevideli žiaden veľký praktický význam. Keď profesor W. Bean z Univerzity v Iowe zaradil do knihy Rare Diseases aj Prasadov syndróm deficitu Zn, Prasad s ním nesúhlasil aj napriek tomu, že knihu považoval za výbornú. Prasad bol presvedčený, že deficit Zn nie je vôbec zriedkavý a netýka sa len rozvojových krajín. Vo vyspelých krajinách je dokonca rizikovejší, pretože ide najmä o chronický deficit mierneho charakteru s ťažšie rozpoznateľnými symptómami. Je paradoxné, že práve vo vyspelých štátoch s nadbytkom jedla nie je nutričný deficit Zn niečím ojedinelým.
Príčiny deficitu zinku
Spôsob stravovania, nevyvážená strava, ako aj skupiny ľudí so špecifickými nutričnými potrebami sú rozhodujúce pre možný vznik deficitu Zn, čo následne vedie k narušeniu celého spektra fyziologických pochodov závislých od Zn (Zn je súčasťou viac než 300 enzýmov a 1 000 transkripčných faktorov). Častým a významným je aj deficit Zn z iných príčin, napr. v dôsledku gastrointestinálnych ochorení, pri chronickom renálnom poškodení či cirhóze pečeni.
Moderná história a terapeutické využitie
Viac než 50-ročná moderná história Zn dnes nenecháva nikoho na pochybách o jeho univerzálnosti a význame pre zdravie človeka. Jeho intenzívne štúdium na najnižšej bunkovej úrovni dáva prísľub, že súčasné terapeutické využitie Zn nie je zďaleka vyčerpané. Spomeňme aspoň niektoré úspechy.
- Liečba zinkom znižuje mortalitu u detí s akútnou diareou, dnes je súčasťou liečebných odporúčaní WHO a zachraňuje životy miliónov detí.
- Liečba zinkom je nevyhnutná aj u ľudí s genetickými ochoreniami ako Wilsonova choroba, acrodermatitis enteropathica či kosáčikovitá anémia.
- Môže byť veľmi prospešná aj pri bežnom prechladnutí; randomizované štúdie ukázali skrátenie trvania symptómov pri suplementácii zinkom.
- Rizikovú skupinu s nedostatkom Zn predstavujú starší ľudia; jeho suplementácia u nich zlepšuje bunkovú imunitnú odpoveď, znižuje oxidačný stres a potláča tvorbu zápalových cytokínov.
- Zn sa cielene využíva pri liečbe vekom podmienenej makulárnej degenerácie, ktorá postihuje asi štvrtinu ľudí nad 65 rokov a jej pokročilé štádiá spôsobujú slepotu asi v polovici prípadov.
Zinok ako chemický prvok a jeho využitie
Zinok je modrobiely kov, na lome kryštalický a lesklý. Je krehký. Na vzduchu je stály, pretože sa pokrýva vrstvičkou oxidu. Zinok Zincum (z nem. Zink) je chemický prvok v periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zn a protónové číslo 30. Zinok je mäkký ľahko taviteľný kov, používa sa od stredoveku. Slúži ako súčasť rôznych zliatin. V zemskej kôre je pomerne bohato zastúpený. Hlavným minerálom a rudou pre priemyselnú výrobu zinku je sfalerit, chemicky sulfid zinočnatý ZnS. Ďalším minerálom zinku je smithsonit (predtým kalamín), uhličitan zinočnatý ZnCO3 a oxid zinočnatý - zinkit. Vzácne sa v prírode môžeme stretnúť aj elementárnym, kovovým zinkom.
Historické poznatky o ťažbe a spracovaní
Nálezy z bane v Zawar (Rajasthan, India) dokazujú, že už v 9. storočí bol destiláciou vyrobený čistý zinok. Vo veľkom meradle bol kovový zinok vyrábaný až od 12. storočia v Indii, odkiaľ sa výroba rozšírila do Číny. V Európe sa za objaviteľa kovového zinku väčšinou považuje Andreas Sigismund Marggraf, ktorý v r. 1746 dokázateľne vyrobil kovový zinok. Zinok sa získava pražením rúd na oxid zinočnatý, ktorý sa po zlisovaní s uhoľným prachom redukuje. Vyredukované pary zinku sa v osobitnej kolóne frakčne kondenzujú, v hornej časti sa získava zinok bohatý na kadmium, v strednej časti 99,995 % zinok a v spodnej časti sa hromadí zinková huba.
Prečítajte si tiež: Zemská Kôra: Zinok a Hliník
Priemyselné využitie
Polovica svetovej ťažby zinku ide na pozinkovanie plechu a drôtu na laná. Pozinkovanie sa robí máčaním v tavive a ponorením do roztaveného zinku. Pozinkovaným plechom sa pokrývajú strechy, klampiari z neho robia odkvapové rúry, vedrá, vane. Vyrábajú sa z neho elektródy galvanických článkov, objímky žiaroviek a pod. Zo zlúčenín zinku, ktoré sú všetky jedovaté, je známy oxid zinočnatý ako zinková bieloba, dobrá krycia farba. Chloridom zinočnatým sa impregnujú železničné podvaly a telefónne stĺpy proti hnilobe.
Zinok v prírode a na Slovensku
V prírode sa zinok vyskytuje najmä v sfalerite, smitsonite a hemimorfite. Zinok sa ťaží aj u nás; u nás sa zinok ťaží v Banskej Štiavnici. Z nášho okresu poznáme dve náleziská polymetalického charakteru, kde sa ťažil aj zinok. Prvé je v katastri obce Slovenská Ľupča. Ložisko Stráža sa nachádza na úbočí vrchu Stráž. Druhým polymetalickým náleziskom je lokalita Drienok pri Ponikách.
Biologický význam a zastúpenie v organizme
Zinok je zaujímavý aj biologicky. Vo fialke je ho až 0,05 %, v zuboch 0,02 % a v popole niektorých lastúr 10 - 15 %. Zinok je dôležitou súčasťou potravín (stopový prvok), využíva sa v lekárnictve, kozmetike, pri výrobe farbív, polovodičov, pyrotechniky, gumy. Je dôležitým biogénnym prvkom, nevyhnutným pre funkciu mnohých enzýmov a imunitný systém. Zinok je súčasťou niektorých enzýmov. Jeho funkcia v ľudskom organizme bola dlho neznáma.
Význam objavu: od lokálneho syndrómu k globálnemu dopadu
Prasadova práca zmenila pohľad na tento prvok z lokálneho fenoménu v Šíráze na globálne zdravotnícke opatrenia. Liečba zinkom dnes znižuje mortalitu u detí s akútnou diareou a je súčasťou liečebných odporúčaní WHO a UNICEF. Keď sa iniciovali prvé liečebné programy diarey v Indii, Pakistane a Bangladéši, správu o tom zachytil pri návšteve týchto krajín aj Bill Gates. Zn má dnes mnohé preukázané terapeutické a preventívne indikácie, ktoré zachraňujú životy a zlepšujú kvalitu života miliónov ľudí.
Vybrané referencie a pramene (výber)
- Prasad AS. A Modern detective story. Wise Traditions Conference 2012.
- Prasad AS. Discovery of human zinc deficiency: its impact on human health and disease. Adv Nutr 2013; 4 (2): 176-190.
- Prasad AS, Halsted AJ, Nadimi M. Syndrome of iron deficiency anemia, hepatosplenomegaly, hypogonadism, dwarfism and geophagia.
- World Health Organization and United Nations Children Fund. Clinical management of acute diarrhoea. WHO/UNICEF Joint Statement.
| Oblasť | Úloha zinku |
|---|---|
| Rast a vývoj | Podpora rastu, ovplyvnenie pohlavného vývoja |
| Imunitný systém | Regulácia imunity, zníženie rizika ťažkých infekcií |
| Metabolizmus | Komponent >300 enzýmov, >1000 transkripčných faktorov |
| Preventívna/liečebná aplikácia | Akútna hnačka, bežné prechladnutie, makulárna degenerácia, genetické choroby |
Jedno však je isté - bude potrebné nemalé úsilie, odhodlanie, vytrvalosť a aj kúsok šťastia, ako to bolo v prípade prof. Prasada.