Cupru: Efecte asupra organismului uman. De ce este important? Ce principii de aport trebuie respectate?

Cuprul este un oligoelement esențial care face parte integrantă din procesele biologice din corpul uman. Care este importanța cuprului și care este funcția sa? Ce alimente sunt surse de cupru și când ar trebui să îmi limitez consumul?

Ce știm despre cupru?

Cuprul este un element natural. Este prezent în cantități infime în mediul nostru înconjurător, cel mai frecvent în sol, vegetație, apă și atmosferă.

Este cunoscut sub denumirea chimică Cu, care provine din cuvântul latin cuprum. Acest nume latin provine de la numele insulei Cipru, deoarece aici a fost exploatat pentru prima dată cuprul.

Cuprul este un element din grupa 11 a tabelului periodic al elementelor chimice și se găsește în perioada a patra.

Este unul dintre metalele nobile, la fel ca și celelalte elemente din această grupă - aurul și argintul.

În forma sa pură, cuprul este colorat în maro-roșcat, cu un luciu metalic strălucitor. Este unul dintre puținele metale a căror culoare naturală este alta decât gri sau argintiu.

Este moale, maleabil și ductil. Are o conductivitate termică și electrică ridicată (a doua ca mărime după argint).

Nu reacționează cu apa, însă reacționează cu oxigenul din aer printr-o reacție lentă pentru a forma un strat de oxid de cupru brun, care protejează cuprul de coroziune.

După câțiva ani, pe suprafața cuprului începe să se formeze un strat verde de oxid de cupru. Acest lucru poate fi observat adesea pe structurile de cupru mai vechi, un exemplu fiind Statuia Libertății.

Un rezumat tabelar al informațiilor chimice și fizice de bază despre cupru

În natură, cuprul este unul dintre puținele metale care apar în forma lor naturală - pur și direct utilizabil.

De asemenea, apare ca parte a multor minerale sub formă de sulfuri de cupru (calcopirită, digenit, bornit, covelită, calcocite), sulfosoli (enargit) și carbonați de cupru (azurit, malahit).

Faptul că cuprul se găsește în forma sa originală este, de asemenea, motivul pentru care a fost cunoscut și utilizat de cele mai vechi civilizații. Istoria utilizării cuprului datează din anul 9 000 î.Hr.

Cele mai mari zăcăminte de cupru se găsesc în Chile, SUA, Peru, Zambia și Congo.

Cuprul în scopuri industriale este extras în primul rând din minereuri de cupru și, în al doilea rând, printr-un proces de reciclare.

În prezent, cuprul este utilizat în principal în industria electrică (ca o componentă a firelor și cablurilor), unde sunt exploatate proprietățile sale conductive.

Este utilizat la fabricarea monedelor, a bijuteriilor, a țevilor de apă, în metalurgie pentru producerea de aliaje (bronz, alamă) și în arhitectură.

Este, de asemenea, o componentă a produselor agricole (îngrășăminte, aditivi pentru hrana animalelor) și a produselor de conservare a lemnului (proprietăți antifungice). Este utilizat pentru purificarea apei (din alge) sau ca pigment.

Care sunt utilizările medicale ale cuprului?

În medicină, cuprul își găsește o gamă foarte largă de utilizări, în special datorită efectelor sale împotriva bacteriilor, mucegaiurilor, acarienilor și, de asemenea, datorită proprietăților sale dezinfectante.

Prin urmare, este utilizat ca o componentă a multor materiale medicale, dispozitive, preparate etc.

Putem da câteva exemple de utilizare a cuprului în domeniul medical:

• Parte a unui înveliș cu efect antibacterian pentru vindecarea rănilor
• Ginecologie - dispozitive intrauterine cu efect contraceptiv
• Stomatologie - parte a cimentului dentar, producția de punți și coroane
• Compoziție de spray-uri nazale cu efect dezinfectant
• Tratamentul artritei reumatoide
• Dezinfectarea zonelor, suprafețelor sau îmbrăcămintei în unitățile sanitare - prevenirea infecțiilor nosocomiale
• Componentă a textilelor - șosete pentru prevenirea infecțiilor fungice, precum și saltele, saltele, perne sau covoare cu efect antiacarieni
• Creme și unguente cosmetice
• Componente ale suprafețelor și ambalajelor din industria alimentară (prepararea, depozitarea, transportul alimentelor)
• Măști respiratorii cu efect antiviral

În trecut, cuprul era folosit în Egipt și Siria ca agent antiparazitar, antivomitiv sau astringent.

Cunoașteți funcția biologică a cuprului?

Cuprul este al treilea cel mai abundent oligoelement din corpul uman, după fier și zinc.

El se găsește în organism în principal sub forma oxidată de Cu+2 - ion de cupru sau, într-o măsură mai mică, sub forma redusă de Cu+1.

Joacă un rol important în multe procese fiziologice și biochimice ale organismului ca și cofactor al unor enzime cheie.

Aceste enzime sunt, de asemenea, implicate într-un număr mare de procese enzimatice din organism - le catalizează.

Printre acestea se numără respirația celulară, producția de neurotransmițători și hormoni peptidici, protecția împotriva radicalilor liberi sau buna funcționare a elastinei, colagenului și cheratinei.

Alte funcții importante ale cuprului în corpul uman:

• Este important pentru menținerea homeostaziei fierului, contribuind astfel indirect la formarea și coagularea sângelui.
• Menține rezistența pielii, a țesuturilor conjunctive și a capilarelor sanguine.
• Contribuie la funcționarea sistemului imunitar înnăscut.
• Menține funcția tiroidiană normală.
• Datorită capacității sale de a accepta sau de a ceda electroni, contribuie la eliminarea radicalilor liberi. Are proprietăți antioxidante și, la rândul său, pro-oxidante.
• Este un agent antimicrobian puternic. Are activitate antibacteriană împotriva Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis și Bacillus subtillis.
• De asemenea, are efecte antivirale împotriva virusului bronșitei, herpes simplex.
• De asemenea, poate ucide sperma.

Cuprul - de la aport la excreție

Cuprul este un oligoelement esențial. Este esențial pentru viață, dar poate fi și toxic.

Prin urmare, reglarea nivelurilor sale în organism este necesară și esențială. Sunt implicate mecanisme homeostatice care reglează absorbția, distribuția, retenția și excreția cuprului.

Absorbție

Cuprul intră în organism în principal prin intermediul alimentelor.

Absorbția are loc în mediul intestinului subțire și, într-o mică măsură, în stomac, fie prin difuzie (în special la concentrații ridicate de cupru), fie prin intermediul proteinelor de transport (la concentrații scăzute de cupru).

Cantitatea de cupru absorbită în organism depinde de prezența cuprului în alimentație. În cazul unui aport normal, 55-75 % din cuprul din alimentație este absorbit.

Absorbția cuprului în tractul gastrointestinal depinde în principal de forma sa chimică. Ionii de Cu+2 sunt reduși la Cu+1 în celulele intestinale, deoarece numai în această formă pot trece prin celule.

Absorbția cuprului poate fi, de asemenea, influențată de anumite componente alimentare.

Aceste substanțe pot reduce solubilitatea cuprului și, prin urmare, biodisponibilitatea acestuia. Este vorba, de exemplu, despre fibre, fitați, vitamina C sau anumite zaharuri. Există riscul unei absorbții reduse a cuprului doar dacă acestea sunt luate în cantități excesive.

Unele componente alimentare concurează cu cuprul pentru legarea la proteinele de transport, cum ar fi zincul și cadmiul.

În schimb, biodisponibilitatea cuprului este crescută de aportul ridicat de proteine.

Distribuție și metabolism

Odată absorbit în fluxul sanguin, cuprul este distribuit rapid către locurile unde este necesar (în special pentru producerea de enzime).

Distribuția sa din celulele sanguine este controlată de o proteină cunoscută sub numele de ATP7A sau proteina Menkes. Cuprul este transportat din celulele sanguine prin legarea la proteina de transport albumină, transcupreină sau aminoacizi.

Din cauza naturii sale foarte reactive și a riscului de deteriorare a organismului, cuprul nu se găsește în celule ca ion liber, ci întotdeauna într-o formă legată.

Proteina Menkes distribuie cuprul în aparatul Golgi (unde formează enzimele proteice) și, în cazul unor concentrații în creștere, în granule.

Pecinginea este principalul organ de stocare a cuprului.

Proteina Menke joacă, de asemenea, un rol cheie în transportul cuprului prin placentă și prin bariera hematoencefalică, ceea ce este esențial pentru dezvoltarea copilului (în special a creierului).

Cuprul se leagă de proteina ceruloplasmină în ficat și este eliberat în fluxul sanguin. Acest proces de legare și eliberare în sânge este din nou controlat de o proteină cunoscută sub numele de ATP7B sau proteina lui Wilson.

Aproximativ 90% din cuprul din sânge este legat de ceruloplasmină. Ceruloplasmina este cea care este apoi responsabilă pentru transportul cuprului către țesuturile unde este necesar.

Conținutul total de cupru din organism este de aproximativ 70-80 mg. 10% din această cantitate se află în sânge și 90% în țesuturi.

În condiții normale, cele mai mari concentrații de cupru se găsesc în bilă, ficat, creier, inimă, oase și rinichi.

Nivelul de cupru din sânge variază ușor în funcție de sex, variind de la 0,614 la 0,970 mg/l la bărbați și crescând odată cu vârsta, și de la 0,694 la 1,030 mg/l la femei.

Excreție

Reglarea excreției cuprului este principalul mecanism de menținere a homeostaziei și a nivelurilor fiziologice de cupru în organism.

Principala cale de excreție a cuprului din organism este prin intermediul celulelor hepatice în bilă (până la 98 %). Bila este apoi excretată în intestine, iar cuprul este excretat în final în fecale.

Transportul cuprului din ficat în bilă este din nou controlat de proteina ATP7B (proteina Wilson). Această proteină previne acumularea excesivă de cupru în organism.

Alte căi de excreție sunt prin urină sau prin descuamarea celulelor mucoaselor. Cu toate acestea, cantitatea de cupru excretată prin aceste căi este neglijabilă.

Excreția cuprului este un proces relativ lent (doar 10% în 72 de ore). Prin urmare, un aport excesiv de cupru reprezintă un risc major pentru sănătate, având în vedere potențialul său limitat de excreție.

Care sunt sursele alimentare de cupru?

Cuprul intră în organism prin alimente sau prin medicamente și suplimente. Organismul nu este capabil să sintetizeze singur cuprul.

Este necesar ca organismul uman să ia cupru la intervale regulate, deoarece nu are un sistem specific de stocare a acestuia.

Printre alimentele cu un conținut relativ ridicat de cupru se numără ciupercile, fructele, legumele (în special legumele cu frunze verzi, avocado, măslinele verzi), cerealele, nucile, semințele de floarea-soarelui, carnea (în special organele - ficatul), peștele și fructele de mare (crustaceele), dar și piperul negru și cacaua.

Cuprul are potențialul de a interacționa cu elemente precum fierul, zincul, molibdenul, sulful, seleniul sau vitamina C. Această interacțiune duce, de obicei, la o absorbție redusă a cuprului.

În cazul suplimentelor alimentare, cuprul este disponibil sub formă de ingredient unic sau ca parte a suplimentelor multivitaminice - cel mai frecvent sub formă de sulfat de cupru.

Necesitatea suplimentării cu cupru sub formă de suplimente alimentare trebuie discutată întotdeauna cu un medic. Utilizarea excesivă a suplimentelor duce la perturbări ale nivelurilor fiziologice de cupru.

Care este doza zilnică recomandată de cupru?

Recomandările privind aportul zilnic mediu de cupru nu au fost stabilite din cauza lipsei de date.

Cu toate acestea, Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară publică valorile pentru un aport adecvat de cupru. Un aport adecvat este o valoare medie bazată pe observații. Se presupune că este adecvat pentru nevoile populației.

În plus, există, de asemenea, o limită superioară a aportului de cupru care este încă tolerabilă pentru oameni. Această limită reprezintă aportul zilnic maxim de cupru pe termen lung din toate sursele, la care nu există niciun risc de efecte adverse asupra sănătății.

Rezumat tabelar al aportului zilnic adecvat și al limitei superioare a aportului de cupru în funcție de vârstă

Tulburări ale homeostaziei cuprului în organism

Menținerea nivelurilor de cupru în intervalul fiziologic este esențială pentru menținerea sănătății și buna funcționare a organismului.

În acest sens, mecanismele de reglare care facilitează homeostazia - în special, reglarea aportului și excreției de cupru - reprezintă elementul cel mai important.

Orice deviere sau perturbare a funcționării acestor mecanisme poate fi o cauză potențială a deficitului de cupru în organism sau, dimpotrivă, a acumulării sale excesive.

Care sunt consecințele deficienței de cupru?

Este important de reținut că deficiența de cupru este o afecțiune relativ rară la om.

Cele mai frecvente cauze ale deficienței de cupru sunt aportul alimentar scăzut sau problemele de absorbție.

Persoanele care prezintă riscul de a dezvolta o astfel de deficiență includ:

• nou-născuții cu greutate mică la naștere
• sugarii hrăniți cu lapte de vacă
• femeile însărcinate și cele care alăptează
• pacienții care primesc nutriție parenterală totală (nutriție administrată într-o venă)
• pacienții cu tulburări de alimentație, sindrom de malabsorbție sau boala Crohn
• pacienți cu diabet, consumatori cronici de alcool, vegetarieni
• persoanele care iau în mod regulat antiacide (medicamente care reduc aciditatea sucului gastric)

Simptomele vizibile sau sesizabile ale deficienței de cupru sunt slăbiciune, oboseală, pierderea pigmentului (mai ales din păr), erupții cutanate, bătăi neregulate ale inimii, temperatură scăzută a corpului.

Simptomele sistemice includ slăbirea vaselor de sânge, ceea ce duce la creșterea sângerărilor și a vânătăilor, afecțiuni ale măduvei osoase (osteoporoză) și ale articulațiilor sau o funcție tiroidiană inadecvată.

Există, de asemenea, o sensibilitate crescută la infecții (din cauza numărului redus de globule albe) și o lipsă de globule roșii (anemie).

Un aport insuficient de cupru în timpul sarcinii duce ulterior la apariția unor tulburări neurologice și imunologice persistente la copil.

Care sunt consecințele excesului de cupru?

Deși cuprul este un element esențial pentru organism, poate fi și periculos. Acumularea sa duce la numeroase efecte adverse.

Toxicitatea acută și cronică a cuprului este relativ rară. Ea este cauzată cel mai adesea de accidente, de contaminarea mediului sau de erori înnăscute de metabolism.

Simptomele supradozajului acut de cupru sunt tulburări digestive, cum ar fi greață, vărsături (uneori cu sânge), dureri abdominale sau arsuri, gust metalic în gură, iritații sau inflamații ale stomacului și intestinelor și sângerări în tractul digestiv.

Cuprul este un puternic iritant pentru tractul gastrointestinal. În doze mari, acesta provoacă iritații și leziuni ale mucoasei tractului gastrointestinal și provoacă colorația caracteristică albastru-verzui.

De asemenea, provoacă leziuni ale pielii (urticarie, erupții cutanate), rinichilor și ficatului (icter), sânge în urină și probleme respiratorii.

Simptomele sistemice includ letargie, depresie a sistemului nervos central, leziuni musculare, creșterea tensiunii arteriale, degradarea globulelor roșii și deficiențe asociate.

Inhalarea vaporilor care conțin cupru are ca rezultat iritarea membranelor mucoase ale gurii, ochilor și nasului, precum și uscăciunea gâtului, febră, frisoane, dureri de cap și dureri musculare. Pot apărea reacții alergice atunci când cuprul intră în contact cu pielea.

Simptomele unui aport excesiv de cupru pe termen lung sunt în principal probleme digestive, cum ar fi greață, vărsături și dureri abdominale. Treptat, apar leziuni hepatice, renale și cerebrale, tulburări imunitare și sanguine.

Persoanele cu risc de a dezvolta toxicitate cronică a cuprului sunt:

• pacienții care fac dializă folosind tuburi de cupru
• persoanele care sunt în contact pe termen lung cu pesticide pe bază de cupru
• sugarii care primesc nutriție parenterală totală pe termen lung

erorile înnăscute ale metabolismului cuprului

Cele mai frecvente boli asociate cu defecte în metabolismul cuprului în organism sunt boala Menkes și boala Wilson.

Ambele sunt tulburări congenitale rare.

Boala Menkes este cauzată de un defect al proteinei ATP7A (proteina Menkes) din cauza unei mutații în gena care codifică sinteza acesteia.

Deoarece această proteină controlează distribuția cuprului din celulele sanguine în sânge, deficitul său determină, de asemenea, o deficiență de cupru în organism și o funcție redusă asociată a enzimelor dependente de cupru.

Aceasta include enzime precum ceruloplasmina, citocrom c oxidază, tirozinaza etc.

Boala afectează cu precădere băieții și se manifestă în copilăria timpurie (la câteva săptămâni după naștere). Prognosticul bolii este nefavorabil. Pacienții mor de obicei în termen de trei ani de la naștere.

Boala Menkes provoacă întârzieri în creștere și dezvoltare (inclusiv mentală), leziuni cerebrale, retard mintal și tulburări neurologice grave. De asemenea, afectează țesuturile conjunctive, vasele de sânge și oasele (fracturi, osteoporoză).

Simptomele sunt aspectul caracteristic al părului (bucle foarte mici și pigmentare redusă - de obicei păr gri), tensiune musculară redusă, față flască sau convulsii.

O altă eroare înnăscută a metabolismului cuprului este boala Wilson.

Aceasta este o boală progresivă, caracterizată prin transportul deficitar și acumularea excesivă de cupru în organe și țesuturi.

Cauza acestor modificări este un defect al proteinei ATP7B (proteina Wilson), datorat, de asemenea, unei mutații în gena care codifică sinteza acesteia.

Această proteină se găsește în principal în ficat și este responsabilă de legarea cuprului de proteina ceruloplasmină și, de asemenea, de excreția cuprului din organism prin bilă.

Lipsa proteinei ATP7B determină acumularea de fracții libere de cupru în ficat, ceea ce duce la ciroză. Cuprul se acumulează și în alte țesuturi, cum ar fi creierul, corneea, rinichii etc.

Această acumulare provoacă leziuni cerebrale, modificări ale personalității, probleme de coagulare a sângelui, anemie, tulburări nervoase, tulburări renale sau icter.

O manifestare caracteristică a bolii Wilson și a depunerii cuprului în țesuturi este formarea unui inel brun-auriu la periferia corneei - inelul Kayser-Fleischer.

Alte simptome includ slăbiciune musculară, rigiditate musculară (în special la nivelul brațelor), mișcări încetinite, amețeli și vertij.

Tratamentul pentru boala Menkes constă în cupru intravenos (injectat într-o venă). Diagnosticul precoce și injecțiile zilnice pot acționa ca o prevenire a deteriorării nervilor și pot prelungi viața pacientului afectat.

Scopul tratamentului pentru boala Wilson este de a elimina absorbția cuprului prin intermediul tractului gastrointestinal. Acest lucru se realizează cel mai frecvent în următoarele moduri:

• Administrarea de zinc ca antidot. Zincul concurează cu cuprul pentru legarea la proteinele de transport din fantele intestinale, blocând astfel absorbția acestuia.
• Administrarea de agenți chelați. Aceștia leagă cuprul în complexe neabsorbabile, cum ar fi D-penicilamina.
• Modificarea dietei pentru a exclude alimentele bogate în cupru.

Cu un diagnostic precoce al bolii Wilson și un tratament adecvat, pacienții pot duce o viață normală, spre deosebire de boala mortală Menkes.

Alte boli legate de cupru

Tulburările în homeostazia cuprului duc, de asemenea, la stres oxidativ și la formarea asociată de radicali liberi care sunt dăunători pentru organism.

Formarea acestora poate contribui la dezvoltarea unor afecțiuni neurologice grave, cum ar fi boala Alzheimer sau boala Creutzfeldt-Jakob.

Cuprul este, de asemenea, legat de dezvoltarea cancerului. Concentrațiile de cupru din sânge sunt adesea semnificativ ridicate în prezența cancerului și sunt corelate cu incidența, dezvoltarea, dimensiunea și progresia tumorilor.

În legătură cu cuprul, putem menționa, de asemenea, o afecțiune caracterizată printr-o prezență redusă în sânge a enzimei ceruloplasmina care conține cupru. Vorbim de aceruloplasminemie.

Deși această tulburare nu provoacă modificări semnificative în metabolismul cuprului în sine, ea este cauza acumulării excesive și dăunătoare de fier în ficat și în alte organe.