Miedź: wpływ na organizm ludzki, dlaczego jest ważna i jakich zasad należy przestrzegać?

Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym, który jest integralną częścią procesów biologicznych w organizmie człowieka. Jakie jest znaczenie miedzi i jaka jest jej funkcja? Które pokarmy są źródłem miedzi i kiedy należy ograniczyć jej spożycie?

Co wiemy o miedzi?

Miedź jest naturalnie występującym pierwiastkiem, obecnym w śladowych ilościach w naszym środowisku, najczęściej w glebie, roślinności, wodzie i atmosferze.

Znana jest pod nazwą chemiczną Cu, która pochodzi od łacińskiego słowa cuprum. Ta łacińska nazwa pochodzi od nazwy wyspy Cypr, ponieważ to właśnie tam po raz pierwszy wydobyto miedź.

Miedź jest pierwiastkiem z grupy 11 układu okresowego pierwiastków chemicznych i znajduje się w czwartym okresie.

Jest jednym z metali szlachetnych, podobnie jak inne pierwiastki z tej grupy - złoto i srebro.

W czystej postaci miedź ma kolor czerwonawo-brązowy z jasnym metalicznym połyskiem. Jest to jeden z niewielu metali, których naturalny kolor jest inny niż szary lub srebrny.

Jest miękka, plastyczna i ciągliwa. Ma wysoką przewodność cieplną i elektryczną (drugą najwyższą po srebrze).

Nie wchodzi w reakcję z wodą, ale w powietrzu wchodzi w powolną reakcję z tlenem, tworząc warstwę brązowego tlenku miedzi, który chroni miedź przed korozją.

Po kilku latach na powierzchni miedzi zaczyna tworzyć się zielona warstwa tlenku miedzi, co często można zaobserwować na starszych konstrukcjach miedzianych, czego przykładem jest Statua Wolności.

Tabelaryczne podsumowanie podstawowych informacji chemicznych i fizycznych na temat miedzi

W przyrodzie miedź jest jednym z niewielu metali, które występują w swojej naturalnej postaci - czystej i nadającej się do bezpośredniego wykorzystania.

Występuje również jako część wielu minerałów w postaci siarczków miedzi (chalkopiryt, digenit, bornit, kawelit, chalkokit), sulfosoli (enargit) i węglanów miedzi (azuryt, malachit).

Fakt, że miedź występuje w swojej pierwotnej formie jest również powodem, dla którego była ona znana i wykorzystywana przez najwcześniejsze cywilizacje. Historia wykorzystania miedzi sięga 9 000 lat p.n.e..

Największe złoża miedzi znajdują się w Chile, USA, Peru, Zambii i Kongo.

Miedź do celów przemysłowych jest wydobywana głównie z rud miedzi, a następnie w procesie recyklingu.

Obecnie miedź wykorzystywana jest głównie w przemyśle elektrycznym (jako składnik przewodów i kabli), gdzie wykorzystuje się jej właściwości przewodzące.

Jest wykorzystywana w produkcji monet, biżuterii, rur wodociągowych, w metalurgii do produkcji stopów (brąz, mosiądz) oraz w architekturze.

Jest również składnikiem produktów rolnych (nawozy, dodatki paszowe) i środków do konserwacji drewna (właściwości przeciwgrzybicze). Jest używana do oczyszczania wody (z alg) lub jako pigment.

Jakie są medyczne zastosowania miedzi?

W medycynie miedź znajduje naprawdę szeroki zakres zastosowań, głównie ze względu na jej działanie przeciwko bakteriom, pleśniom, roztoczom, a także ze względu na jej właściwości dezynfekujące.

Dlatego też jest ona wykorzystywana jako składnik wielu materiałów medycznych, urządzeń, preparatów itp.

Możemy podać kilka przykładów zastosowania miedzi w medycynie:

• Część pokrycia o działaniu antybakteryjnym do gojenia ran
• Ginekologia - wkładki wewnątrzmaciczne o działaniu antykoncepcyjnym
• Stomatologia - część cementu dentystycznego, produkcja mostów i koron
• Skład aerozoli do nosa o działaniu dezynfekującym
• Leczenie reumatoidalnego zapalenia stawów
• Dezynfekcja obszarów, powierzchni lub odzieży w placówkach opieki zdrowotnej - zapobieganie zakażeniom szpitalnym
• Składnik tekstyliów - skarpetki zapobiegające infekcjom grzybiczym, a także materace, podkładki pod materace, poduszki lub dywany o działaniu przeciwroztoczowym
• Kremy i maści kosmetyczne
• Składnik powierzchni i opakowań w przemyśle spożywczym (przygotowywanie, przechowywanie, transport żywności)
• Maski oddechowe o działaniu przeciwwirusowym

W przeszłości miedź była stosowana w Egipcie i Syrii jako środek przeciwpasożytniczy, przeciwwymiotny lub ściągający.

Czy znasz biologiczną funkcję miedzi?

Miedź jest trzecim najobficiej występującym pierwiastkiem śladowym w organizmie człowieka po żelazie i cynku.

Występuje w organizmie głównie w postaci utlenionej Cu+2 - jon miedzi lub, w mniejszym stopniu, w postaci zredukowanej Cu+1.

Odgrywa ważną rolę w wielu procesach fizjologicznych i biochemicznych organizmu jako kofaktor kluczowych enzymów.

Enzymy te są również zaangażowane w wiele procesów enzymatycznych w organizmie - katalizują je.

Należą do nich m.in. oddychanie komórkowe, produkcja neuroprzekaźników i hormonów peptydowych, ochrona przed wolnymi rodnikami czy prawidłowe funkcjonowanie elastyny, kolagenu i keratyny.

Inne ważne funkcje miedzi w organizmie człowieka:

• Jest ważna dla utrzymania homeostazy żelaza, przez co pośrednio przyczynia się do tworzenia i krzepnięcia krwi.
• Utrzymuje wytrzymałość skóry, tkanek łącznych i naczyń włosowatych.
• Przyczynia się do funkcjonowania wrodzonego układu odpornościowego.
• Utrzymuje prawidłowe funkcjonowanie tarczycy.
• Ze względu na swoją zdolność do przyjmowania lub oddawania elektronów, przyczynia się do wychwytywania wolnych rodników. Ma właściwości przeciwutleniające i, z kolei, pro-utleniające.
• Jest silnym środkiem przeciwdrobnoustrojowym i wykazuje działanie przeciwbakteryjne przeciwko Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis i Bacillus subtillis.
• Ma również działanie przeciwwirusowe przeciwko wirusowi zapalenia oskrzeli, opryszczce pospolitej.
• Może również zabijać plemniki.

Miedź - od spożycia do wydalania

Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym, który jest niezbędny do życia, ale może być również toksyczny.

Regulacja jej poziomu w organizmie jest zatem konieczna i niezbędna. Zaangażowane są mechanizmy homeostatyczne, które regulują wchłanianie, dystrybucję, retencję i wydalanie miedzi.

Wchłanianie

Miedź dostaje się do organizmu głównie z pożywieniem.

Wchłanianie odbywa się w środowisku jelita cienkiego i w niewielkim stopniu w żołądku, poprzez dyfuzję (szczególnie przy wysokich stężeniach miedzi) lub za pośrednictwem białek transportowych (przy niskich stężeniach miedzi).

Ilość miedzi wchłoniętej do organizmu zależy od obecności miedzi w diecie. Przy normalnym spożyciu wchłaniane jest 55-75% miedzi zawartej w diecie.

Wchłanianie miedzi w przewodzie pokarmowym zależy głównie od jej formy chemicznej. Jony Cu+2 są redukowane do Cu+1 w komórkach jelitowych, ponieważ tylko w tej formie są w stanie przejść przez komórki.

Na wchłanianie miedzi mogą również wpływać niektóre składniki diety.

Substancje te mogą zmniejszać rozpuszczalność miedzi, a tym samym jej biodostępność. Mowa tu na przykład o błonniku, fitynianach, witaminie C czy niektórych cukrach. Ryzyko zmniejszonego wchłaniania miedzi istnieje tylko wtedy, gdy są one przyjmowane w nadmiernych ilościach.

Niektóre składniki żywności konkurują z miedzią o wiązanie z białkami transportowymi, takimi jak cynk i kadm.

I odwrotnie, biodostępność miedzi jest zwiększona przez wysokie spożycie białka.

Dystrybucja i metabolizm

Po wchłonięciu do krwiobiegu miedź jest szybko rozprowadzana do miejsc, w których jest potrzebna (zwłaszcza do produkcji enzymów).

Jej dystrybucja z komórek krwi jest kontrolowana przez białko znane jako ATP7A lub białko Menkesa. Miedź jest transportowana z komórek krwi poprzez wiązanie się z białkiem transportowym albuminą, transkupreiną lub aminokwasami.

Ze względu na swój wysoce reaktywny charakter i ryzyko uszkodzenia organizmu, miedź nie występuje w komórkach jako wolny jon, ale zawsze w postaci związanej.

Białko Menkesa rozprowadza miedź do aparatu Golgiego (gdzie tworzy enzymy białkowe) oraz, w przypadku rosnących stężeń, do granulocytów.

Pecenum jest głównym organem magazynującym miedź.

Białko Menke odgrywa również kluczową rolę w transporcie miedzi przez łożysko i barierę krew-mózg, co jest niezbędne dla rozwoju dziecka (zwłaszcza mózgu).

Miedź wiąże się z białkiem ceruloplazminą w wątrobie i jest uwalniana do krwiobiegu. Ten proces wiązania i uwalniania do krwi jest ponownie kontrolowany przez białko znane jako ATP7B lub białko Wilsona.

Około 90% miedzi we krwi jest związane z ceruloplazminą. To właśnie ceruloplazmina jest odpowiedzialna za transport miedzi do tkanek, w których jest ona potrzebna.

Całkowita zawartość miedzi w organizmie wynosi około 70-80 mg. 10% tej ilości znajduje się we krwi, a 90% w tkankach.

W normalnych warunkach najwyższe stężenia miedzi znajdują się w żółci, wątrobie, mózgu, sercu, kościach i nerkach.

Poziom miedzi we krwi różni się nieznacznie w zależności od płci i wynosi od 0,614 do 0,970 mg/l u mężczyzn i wzrasta wraz z wiekiem oraz od 0,694 do 1,030 mg/l u kobiet.

Wydalanie

Regulacja wydalania miedzi jest głównym mechanizmem utrzymującym homeostazę i fizjologiczny poziom miedzi w organizmie.

Główną drogą wydalania miedzi z organizmu są komórki wątroby do żółci (do 98%). Żółć jest następnie wydalana do jelit, a miedź jest ostatecznie wydalana z kałem.

Transport miedzi z wątroby do żółci jest ponownie kontrolowany przez białko ATP7B (białko Wilsona). Białko to zapobiega nadmiernemu gromadzeniu się miedzi w organizmie.

Inne drogi wydalania to mocz lub złuszczanie komórek błony śluzowej, jednak ilość miedzi wydalanej tymi drogami jest znikoma.

Wydalanie miedzi jest stosunkowo powolnym procesem (tylko 10% w ciągu 72 godzin). Nadmierne spożycie miedzi stanowi zatem poważne zagrożenie dla zdrowia ze względu na jej ograniczony potencjał wydalania.

Jakie są źródła miedzi w diecie?

Miedź dostaje się do organizmu poprzez żywność lub leki i suplementy. Organizm nie jest w stanie samodzielnie syntetyzować miedzi.

Konieczne jest, aby organizm ludzki przyjmował miedź w regularnych odstępach czasu, ponieważ nie ma on specjalnego systemu do jej przechowywania.

Pokarmy o stosunkowo wysokiej zawartości miedzi obejmują grzyby, owoce, warzywa (zwłaszcza zielone warzywa liściaste, awokado, zielone oliwki), zboża, orzechy, nasiona słonecznika, mięso (zwłaszcza narządy - wątroba), ryby i owoce morza (skorupiaki), ale także czarny pieprz i kakao.

Miedź może wchodzić w interakcje z takimi pierwiastkami jak żelazo, cynk, molibden, siarka, selen czy witamina C. Interakcja ta zazwyczaj prowadzi do zmniejszonego wchłaniania miedzi.

W przypadku suplementów diety miedź jest dostępna w postaci pojedynczych składników lub jako część suplementów multiwitaminowych - najczęściej jako siarczan miedzi.

Potrzeba suplementacji miedzi w postaci suplementów diety powinna być zawsze skonsultowana z lekarzem. Nadmierne stosowanie suplementów prowadzi do zaburzeń fizjologicznego poziomu miedzi.

Jakie jest zalecane dzienne spożycie miedzi?

Zalecenia dotyczące średniego dziennego spożycia miedzi nie zostały ustalone ze względu na brak danych.

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności publikuje jednak wartości dotyczące odpowiedniego spożycia miedzi. Odpowiednie spożycie to średnia wartość oparta na obserwacjach. Zakłada się, że jest ona odpowiednia dla potrzeb populacji.

Ponadto istnieje również górny limit spożycia miedzi, który jest nadal tolerowany przez ludzi. Limit ten reprezentuje maksymalne długoterminowe dzienne spożycie miedzi ze wszystkich źródeł, przy którym nie ma ryzyka niekorzystnego wpływu na zdrowie.

Tabelaryczne podsumowanie odpowiedniego dziennego spożycia i górnego limitu spożycia miedzi według wieku

Zaburzenia homeostazy miedzi w organizmie

Utrzymanie poziomu miedzi w zakresie fizjologicznym jest niezbędne dla zachowania zdrowia i prawidłowego funkcjonowania organizmu.

W tym względzie najważniejszym elementem są mechanizmy regulacyjne, które ułatwiają homeostazę - w szczególności regulacja przyjmowania i wydalania miedzi.

Wszelkie odchylenia lub zaburzenia w funkcjonowaniu tych mechanizmów mogą być potencjalną przyczyną niedoboru miedzi w organizmie lub wręcz przeciwnie - jej nadmiernego nagromadzenia.

Jakie są konsekwencje niedoboru miedzi?

Należy zauważyć, że niedobór miedzi jest stosunkowo rzadkim stanem u ludzi.

Najczęstszymi przyczynami niedoboru miedzi są niskie spożycie w diecie lub problemy z wchłanianiem.

Osoby zagrożone wystąpieniem takiego niedoboru to m.in:

• noworodki z niską masą urodzeniową
• niemowlęta karmione mlekiem krowim
• kobiety w ciąży i karmiące piersią
• pacjenci otrzymujący całkowite żywienie pozajelitowe (żywienie podawane dożylnie)
• pacjenci z zaburzeniami odżywiania, zespołem złego wchłaniania lub chorobą Leśniowskiego-Crohna
• pacjenci z cukrzycą, osoby przewlekle spożywające alkohol, wegetarianie
• osoby regularnie przyjmujące leki zobojętniające (leki zmniejszające kwasowość soku żołądkowego).

Widoczne lub zauważalne objawy niedoboru miedzi to osłabienie, zmęczenie, utrata pigmentu (zwłaszcza włosów), wysypki skórne, nieregularne bicie serca, niska temperatura ciała.

Objawy ogólnoustrojowe obejmują osłabienie naczyń krwionośnych prowadzące do zwiększonego krwawienia i powstawania siniaków, zaburzenia szpiku kostnego (osteoporoza) i stawów lub nieprawidłowe funkcjonowanie tarczycy.

Występuje również zwiększona podatność na infekcje (ze względu na zmniejszoną liczbę białych krwinek) i brak czerwonych krwinek (niedokrwistość).

Niewystarczające spożycie miedzi podczas ciąży prowadzi następnie do rozwoju trwałych zaburzeń neurologicznych i immunologicznych u dziecka.

Jakie są konsekwencje nadmiaru miedzi?

Chociaż miedź jest niezbędnym pierwiastkiem dla organizmu, może być również niebezpieczna. Jej nagromadzenie prowadzi do wielu niekorzystnych skutków.

Ostra i przewlekła toksyczność miedzi występuje stosunkowo rzadko, najczęściej jest spowodowana wypadkami, skażeniem środowiska lub wrodzonymi błędami metabolizmu.

Objawami ostrego przedawkowania miedzi są zaburzenia trawienia, takie jak nudności, wymioty (czasami z krwią), ból brzucha lub pieczenie, metaliczny smak w ustach, podrażnienie lub zapalenie żołądka i jelit oraz krwawienie w przewodzie pokarmowym.

Miedź działa silnie drażniąco na przewód pokarmowy. W dużych dawkach powoduje podrażnienie i uszkodzenie błony śluzowej przewodu pokarmowego oraz charakterystyczne niebiesko-zielone zabarwienie.

Powoduje również uszkodzenia skóry (pokrzywka, wysypka), nerek i wątroby (żółtaczka), krew w moczu i problemy z oddychaniem.

Objawy ogólnoustrojowe obejmują senność, depresję ośrodkowego układu nerwowego, uszkodzenie mięśni, podwyższone ciśnienie krwi, rozpad czerwonych krwinek i związane z tym niedobory.

Wdychanie oparów zawierających miedź powoduje podrażnienie błon śluzowych jamy ustnej, oczu i nosa, a także suchość w gardle, gorączkę, dreszcze, bóle głowy i mięśni. W przypadku kontaktu miedzi ze skórą mogą wystąpić reakcje alergiczne.

Objawy długotrwałego nadmiernego spożycia miedzi to głównie problemy trawienne, takie jak nudności, wymioty i bóle brzucha. Stopniowo dochodzi do uszkodzenia wątroby, nerek i mózgu, zaburzeń odporności i krwi.

Osoby zagrożone rozwojem przewlekłej toksyczności miedzi to:

• pacjenci poddawani dializie przy użyciu miedzianych rurek
• osoby mające długotrwały kontakt z pestycydami na bazie miedzi
• niemowlęta otrzymujące długotrwałe całkowite żywienie pozajelitowe.

Wrodzone błędy metabolizmu miedzi

Najczęstszymi chorobami związanymi z defektami metabolizmu miedzi w organizmie są choroba Menkesa i choroba Wilsona.

Obie te choroby są rzadkimi zaburzeniami wrodzonymi.

Choroba Menkesa jest spowodowana defektem białka ATP7A (białka Menkesa) w wyniku mutacji w genie kodującym jego syntezę.

Ponieważ białko to kontroluje dystrybucję miedzi z komórek krwi do krwi, jego niedobór powoduje również niedobór miedzi w organizmie i związane z tym obniżone funkcjonowanie enzymów zależnych od miedzi.

Obejmuje to enzymy takie jak ceruloplazmina, oksydaza cytochromu c, tyrozynaza itp.

Choroba dotyka głównie chłopców i objawia się we wczesnym dzieciństwie (już kilka tygodni po urodzeniu). Rokowanie w tej chorobie jest niekorzystne. Pacjenci zwykle umierają w ciągu trzech lat od urodzenia.

Choroba Menkesa powoduje opóźnienie wzrostu i rozwoju (w tym umysłowego), uszkodzenie mózgu, upośledzenie umysłowe i poważne zaburzenia neurologiczne. Uszkadza również tkanki łączne, naczynia krwionośne i kości (złamania, osteoporoza).

Objawy to charakterystyczny wygląd włosów (bardzo małe loki i zmniejszona pigmentacja - zwykle siwe włosy), zmniejszone napięcie mięśni, wiotka twarz lub drgawki.

Innym wrodzonym błędem metabolizmu miedzi jest choroba Wilsona.

Jest to postępująca choroba charakteryzująca się upośledzonym transportem i nadmiernym gromadzeniem miedzi w narządach i tkankach.

Przyczyną tych zmian jest defekt białka ATP7B (białko Wilsona), również spowodowany mutacją w genie kodującym jego syntezę.

Białko to znajduje się głównie w wątrobie i jest odpowiedzialne za wiązanie miedzi z białkiem ceruloplazminą, a także za wydalanie miedzi z organizmu przez żółć.

Brak białka ATP7B powoduje gromadzenie się wolnych frakcji miedzi w wątrobie, prowadząc do marskości wątroby. Miedź gromadzi się również w innych tkankach, takich jak mózg, rogówka, nerki itp.

Nagromadzenie to powoduje uszkodzenie mózgu, zmiany osobowości, problemy z krzepnięciem krwi, niedokrwistość, zaburzenia nerwowe, zaburzenia nerek lub żółtaczkę.

Charakterystycznym objawem choroby Wilsona i odkładania się miedzi w tkankach jest powstawanie złotobrązowego pierścienia na obwodzie rogówki - pierścienia Kaysera-Fleischera.

Inne objawy obejmują osłabienie mięśni, sztywność mięśni (zwłaszcza w ramionach), spowolnione ruchy, zawroty głowy i zawroty głowy.

Leczenie choroby Menkesa polega na dożylnym podawaniu miedzi (wstrzykiwanej do żyły). Wczesna diagnoza i codzienne zastrzyki mogą zapobiegać uszkodzeniu nerwów i przedłużyć życie chorego pacjenta.

Celem leczenia choroby Wilsona jest wyeliminowanie wchłaniania miedzi przez przewód pokarmowy. Najczęściej osiąga się to w następujący sposób:

• Podawanie cynku jako antidotum. Cynk konkuruje z miedzią o wiązanie z białkami transportowymi w szczelinach jelitowych, blokując w ten sposób jej wchłanianie.
• Podawanie środków chelatujących, które wiążą miedź w niewchłanialne kompleksy, takie jak D-penicylamina.
• Modyfikacja diety w celu wykluczenia pokarmów bogatych w miedź.

Dzięki wczesnemu rozpoznaniu choroby Wilsona i odpowiedniemu leczeniu, pacjenci mogą prowadzić normalne życie, w przeciwieństwie do śmiertelnej choroby Menkesa.

Inne choroby związane z miedzią

Zaburzenia homeostazy miedzi skutkują również stresem oksydacyjnym i związanym z nim powstawaniem wolnych rodników, które są szkodliwe dla organizmu.

Ich powstawanie może przyczyniać się do rozwoju poważnych zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera czy choroba Creutzfeldta-Jakoba.

Miedź jest również powiązana z rozwojem nowotworów. Stężenie miedzi we krwi jest często znacznie podwyższone w obecności nowotworów i koreluje z występowaniem, rozwojem, rozmiarem i progresją nowotworów.

W związku z miedzią możemy również wspomnieć o zaburzeniu charakteryzującym się zmniejszoną obecnością enzymu ceruloplazminy zawierającego miedź we krwi. Mówimy o aceruloplazminemii.

Chociaż zaburzenie to nie powoduje znaczących zmian w metabolizmie samej miedzi, jest przyczyną nadmiernego i szkodliwego gromadzenia się żelaza w wątrobie i innych narządach.