Miedź w zdrowiu - Copper in health
Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym, który jest niezbędny dla zdrowia wszystkich żywych istot (ludzi, roślin, zwierząt i mikroorganizmów ). U ludzi miedź jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania narządów i procesów metabolicznych . Organizm ludzki posiada złożone mechanizmy homeostatyczne , które starają się zapewnić stały dopływ dostępnej miedzi, jednocześnie eliminując nadmiar miedzi za każdym razem, gdy to nastąpi. Jednak, podobnie jak wszystkie niezbędne elementy i składniki odżywcze, zbyt duże lub zbyt małe spożycie miedzi w pożywieniu może skutkować odpowiednim stanem nadmiaru lub niedoboru miedzi w organizmie, z których każdy ma swój unikalny zestaw niekorzystnych skutków zdrowotnych.
Codzienne normy żywieniowe dla miedzi zostały ustalone przez różne agencje zdrowia na całym świecie. Normy przyjęte przez niektóre kraje zalecają różne poziomy spożycia miedzi dla dorosłych, kobiet w ciąży, niemowląt i dzieci, odpowiadające różnemu zapotrzebowaniu na miedź na różnych etapach życia.
Picie z miedzianych naczyń
Indianie od czasów starożytnych używali miedzianych naczyń do przechowywania wody pitnej ze względu na jej właściwości przeciwdrobnoustrojowe i wspomaganie trawienia, co teraz potwierdzają badania naukowe. Niezbędne jest regularne czyszczenie naczynia, w którym przechowywana jest woda, aby zapobiec utlenianiu. Zazwyczaj używane są miedziane butelki lub naczynia do przechowywania.
Optymalne poziomy miedzi
Niedobór i toksyczność miedzi mogą być pochodzenia genetycznego lub niegenetycznego. Badania nad chorobami genetycznymi miedzi , które są przedmiotem intensywnej międzynarodowej działalności badawczej, rzuciły światło na to, w jaki sposób organizm ludzki wykorzystuje miedź i dlaczego jest ona ważna jako niezbędny mikroskładnik odżywczy . Badania zaowocowały również skutecznymi metodami leczenia schorzeń związanych z genetycznym nadmiarem miedzi, wzmacniając pacjentów, których życie było kiedyś zagrożone.
Naukowcy specjalizujący się w dziedzinie mikrobiologii , toksykologii , żywienia i oceny ryzyka zdrowotnego pracują razem nad zdefiniowaniem dokładnych poziomów miedzi, które są niezbędne do zachowania niezbędnego charakteru, jednocześnie unikając niedoboru lub nadmiernego spożycia miedzi. Oczekuje się, że wyniki tych badań zostaną wykorzystane do dopracowania rządowych programów zaleceń żywieniowych, które mają pomóc chronić zdrowie publiczne.
Życie
Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym (tj. mikroelementem ), który jest niezbędny dla zdrowia roślin, zwierząt i ludzi. Jest również niezbędny do normalnego funkcjonowania mikroorganizmów tlenowych (wymagających tlenu) .
Miedź wchodzi w skład różnych białek i metaloenzymów, które pełnią istotne funkcje metaboliczne; mikroskładnik odżywczy jest niezbędny do prawidłowego wzrostu, rozwoju i utrzymania kości, tkanki łącznej , mózgu, serca i wielu innych narządów ciała. Miedź bierze udział w tworzeniu czerwonych krwinek , wchłanianiu i wykorzystywaniu żelaza, metabolizmie cholesterolu i glukozy oraz syntezie i uwalnianiu podtrzymujących życie białek i enzymów . Enzymy te z kolei wytwarzają energię komórkową i regulują transmisję nerwową, krzepnięcie krwi i transport tlenu.
Miedź stymuluje układ odpornościowy do zwalczania infekcji , naprawy uszkodzonych tkanek i wspomagania gojenia. Miedź pomaga również neutralizować „ wolne rodniki ”, które mogą powodować poważne uszkodzenia komórek.
Niezbędność miedzi została po raz pierwszy odkryta w 1928 roku, kiedy wykazano, że szczury karmione mlekiem z niedoborem miedzi nie były w stanie wytworzyć wystarczającej ilości czerwonych krwinek. Niedokrwistość został rozwiązany przez dodawanie popiołu zawierającego miedź z roślinnych lub zwierzęcych źródeł.
Jako niezbędny pierwiastek śladowy, dzienne zapotrzebowanie dietetyczne na miedź zostało zalecone przez wiele rządowych agencji zdrowia na całym świecie.
Płody, niemowlęta i dzieci
Miedź jest niezbędna do prawidłowego wzrostu i rozwoju płodów ludzkich , niemowląt i dzieci . Płód ludzki szybko gromadzi miedź w wątrobie w trzecim trymestrze ciąży. W chwili urodzenia zdrowe niemowlę ma czterokrotnie więcej miedzi niż dorosły dorosły. Mleko ludzkie ma stosunkowo niską zawartość miedzi, a zapasy w wątrobie noworodka gwałtownie spadają po urodzeniu, dostarczając miedź do szybko rosnącego organizmu w okresie karmienia piersią . Zapasy te są niezbędne do wykonywania takich funkcji metabolicznych, jak oddychanie komórkowe , synteza barwnika melaniny i tkanki łącznej, metabolizm żelaza, obrona przed wolnymi rodnikami, ekspresja genów oraz normalne funkcjonowanie serca i układu odpornościowego u niemowląt.
Niemowlęta mają specjalne mechanizmy biochemiczne do odpowiedniego zarządzania miedzią w ich ciałach, podczas gdy trwałe, trwające całe życie mechanizmy rozwijają się i dojrzewają.
Poważny niedobór miedzi u ciężarnych matek zwiększa ryzyko wystąpienia problemów zdrowotnych u płodów i niemowląt. Odnotowane skutki zdrowotne obejmują niską wagę urodzeniową, osłabienie mięśni i problemy neurologiczne . Jednak niedoborów miedzi u kobiet w ciąży można uniknąć dzięki zrównoważonej diecie .
Ponieważ dostępność miedzi w organizmie jest utrudniona przez nadmierne spożycie żelaza i cynku , kobiety w ciąży przepisały suplementy żelaza w leczeniu anemii lub suplementy cynku w leczeniu przeziębienia, powinny skonsultować się z lekarzem, aby upewnić się, że suplementy prenatalne, które mogą przyjmować, mają również znaczenie odżywcze. ilości miedzi.
Kiedy noworodki są karmione piersią, ich wątroba i mleko matki dostarczają wystarczającej ilości miedzi przez pierwsze 4-6 miesięcy życia. Kiedy dzieci są odstawiane od piersi, zbilansowana dieta powinna zapewniać odpowiednie źródła miedzi.
Mleko krowie i niektóre starsze preparaty dla niemowląt są zubożone w miedź. Większość formuł jest teraz wzbogacona miedzią, aby zapobiec wyczerpaniu.
Większość dobrze odżywionych dzieci ma odpowiednie spożycie miedzi. Dzieci z obniżonym stanem zdrowia, w tym wcześniaki, niedożywione , z niską masą urodzeniową, cierpiące na infekcje i szybko nadrabiające tempo wzrostu , są bardziej narażone na niedobory miedzi. Na szczęście diagnoza niedoboru miedzi u dzieci jest jasna i wiarygodna w przypadku podejrzenia choroby. Suplementy pod kontrolą lekarza zazwyczaj ułatwiają powrót do zdrowia.
Homeostaza
Miedź jest wchłaniana, transportowana, rozprowadzana, magazynowana i wydalana w organizmie zgodnie ze złożonymi procesami homeostatycznymi , które zapewniają stałe i wystarczające zaopatrzenie w mikroskładniki przy jednoczesnym unikaniu nadmiernego poziomu. Jeśli przez krótki czas zostanie spożyta niewystarczająca ilość miedzi, zapasy miedzi w wątrobie zostaną wyczerpane. Jeśli to ubytek będzie trwał nadal, może rozwinąć się stan niedoboru miedzi. W przypadku spożycia zbyt dużej ilości miedzi może dojść do nadmiernego stanu. Oba te stany, niedobór i nadmiar, mogą prowadzić do uszkodzenia tkanek i chorób. Jednak dzięki regulacji homeostatycznej organizm ludzki jest w stanie zbilansować szeroki zakres spożycia miedzi na potrzeby zdrowych osób.
Wiele aspektów homeostazy miedzi jest znanych na poziomie molekularnym. Życie MIEDZI jest ze względu na jego zdolność do działania jako donora elektronów lub akceptora jako przepływów o stopniu utlenienia pomiędzy Cu 1+ ( miedzi ) i Cu 2+ ( miedziowego ). Jako składnik kilkunastu miedzioenzymów, miedź bierze udział w kluczowych reakcjach redoks (tj. oksydacyjno-redukcyjnych) w podstawowych procesach metabolicznych, takich jak oddychanie mitochondrialne , synteza melaniny i sieciowanie kolagenu . Miedź jest integralną częścią enzymu antyoksydacyjnego miedziowo-cynkowej dysmutazy ponadtlenkowej i odgrywa rolę w homeostazie żelaza jako kofaktor ceruloplazminy. Poniżej podsumowano listę niektórych kluczowych enzymów zawierających miedź i ich funkcji:
| Enzymy | Funkcjonować |
|---|---|
| Oksydazy aminowe | Grupa enzymów utleniających aminy pierwszorzędowe (np. tyramina, histydyna i poliaminy) |
| Ceruloplazmina ( ferroksydaza I) | Oksydaza wielomiedziowa w plazmie, niezbędna do transportu żelaza |
| Oksydaza cytochromu c | Końcowy enzym oksydazy w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym, biorący udział w transporcie elektronów |
| beta-hydroksylaza dopaminowa | Uczestniczy w metabolizmie katecholamin , katalizuje konwersję dopaminy do norepinefryny |
| Hefajstyna | Wielu miedź ferroxidase , udział w transporcie żelaza w poprzek błony śluzowej jelita do krążenia wrotnego |
| Oksydaza lizylowa | Sieciowanie kolagenu i elastyny |
| alfa-amidująca monooksygenaza peptydyloglicyny (PAM) | Wielofunkcyjny enzym zaangażowany w dojrzewanie i modyfikację kluczowych neuropeptydów (np. neuroprzekaźników , peptydów neuroendokrynnych ) |
| Dysmutaza ponadtlenkowa (Cu, Zn) | Enzym wewnątrzkomórkowy i zewnątrzkomórkowy zaangażowany w obronę przed reaktywnymi formami tlenu (np. niszczenie rodników ponadtlenkowych ) |
| Tyrozynaza | Enzym katalizujący produkcję melaniny i innych pigmentów |
Transport i metabolizm miedzi w organizmach żywych jest obecnie przedmiotem wielu aktywnych badań. Transport miedzi na poziomie komórkowym polega na przemieszczaniu miedzi pozakomórkowej przez błonę komórkową do komórki za pomocą wyspecjalizowanych transporterów. W krwiobiegu miedź jest transportowana w organizmie przez albuminę , ceruloplazminę i inne białka. Większość miedzi we krwi (lub miedzi surowicy) jest związana z ceruloplazminą. Proporcja miedzi związanej z ceruloplazminą może wynosić od 70 do 95% i różni się u poszczególnych osób, w zależności na przykład od cyklu hormonalnego, pory roku i statusu miedzi. Miedź wewnątrzkomórkowa jest kierowana do miejsc syntezy enzymów wymagających miedzi oraz do organelli przez wyspecjalizowane białka zwane metalochaperonami . Inny zestaw tych transporterów przenosi miedź do przedziałów subkomórkowych. Istnieją pewne mechanizmy uwalniania miedzi z komórki. Wyspecjalizowane transportery zwracają nadmiar niezmagazynowanej miedzi do wątroby w celu jej dodatkowego przechowywania i/lub wydalania z żółcią . Mechanizmy te zapewniają, że jest mało prawdopodobne, aby wolna niezwiązana toksyczna miedź jonowa istniała w większości populacji (tj. u osób bez genetycznych defektów metabolizmu miedzi).
Miedź jest importowana do komórek przez ścianę komórkową przez białko transportujące błony plazmatyczne znane jako Copper Transporter 1 lub Ctr1. Ctr1 szybko wiąże się z wewnątrzkomórkowymi białkami opiekuńczymi miedzi. Atox1 dostarcza miedź do szlaku wydzielniczego i łączy się z transportującą miedź ATP-azą ATP7B w wątrobie lub ATP7A w innych komórkach. ATP7B kieruje miedź do ceruloplazminy osocza lub do wydalania z żółcią w połączeniu z nowo odkrytym białkiem opiekuńczym, Murr1, białkiem, którego brakuje w psiej zatruciu miedzią. ATP7A kieruje miedź w sieci trans aparatu Golgiego do białek beta-monooksygenazy dopaminowej , alfa-amidującej monooksygenazy peptydyloglicyny , oksydazy lizylowej i tyrozynazy , w zależności od typu komórki. CCS jest chaperonem miedzi dla dysmutazy nadtlenkowej Cu/Zn, która chroni komórki przed reaktywnymi formami tlenu; dostarcza miedź w cytoplazmie i przestrzeni międzymitochondrialnej. Cox17 dostarcza miedź do mitochondriów do oksydazy cytochromu c za pośrednictwem białek opiekuńczych Cox11, Sco1 i Sco2. Mogą istnieć inne białka opiekuńcze miedzi, które mogą obejmować metalotioneinę i białko prekursorowe amyloidu (APP). Badania genetyczne i żywieniowe zilustrowały zasadniczą naturę tych białek wiążących miedź.
Wchłanianie
U ssaków miedź jest wchłaniana w żołądku i jelicie cienkim, chociaż wydaje się, że między gatunkami występują różnice pod względem miejsca maksymalnej absorpcji. Miedź jest wchłaniana z żołądka i dwunastnicy u szczurów oraz z dolnej części jelita cienkiego u chomików. Miejsce maksymalnej absorpcji miedzi nie jest znane u ludzi, ale przyjmuje się, że jest to żołądek i górna część jelita ze względu na szybkie pojawianie się 64 Cu w osoczu po podaniu doustnym.
Absorpcja miedzi waha się od 15 do 97%, w zależności od zawartości miedzi, formy miedzi i składu diety.
Na wchłanianie miedzi wpływają różne czynniki. Na przykład wchłanianie miedzi jest zwiększane przez spożycie białka zwierzęcego , cytrynianu i fosforanu . Sole miedzi, takie glukonianu miedzi , octan miedzi lub siarczan miedzi , są łatwiej absorbowane niż tlenków miedzi . Podwyższony poziom cynku w diecie , a także kadmu , wysokie spożycie fitynianu i cukrów prostych ( fruktoza , sacharoza ) hamują wchłanianie miedzi. Ponadto niski poziom miedzi w diecie hamuje wchłanianie żelaza.
Niektóre formy miedzi nie są rozpuszczalne w kwasach żołądkowych i nie mogą być wchłaniane z żołądka lub jelita cienkiego. Ponadto niektóre produkty spożywcze mogą zawierać niestrawny błonnik, który wiąże się z miedzią. Wysokie spożycie cynku może znacznie zmniejszyć wchłanianie miedzi. Ekstremalne spożycie witaminy C lub żelaza może również wpływać na wchłanianie miedzi, przypominając nam, że mikroelementy należy spożywać jako zbilansowaną mieszankę. To jeden z powodów, dla których nie zaleca się ekstremalnego spożycia jednego mikroelementu. Osoby z przewlekłymi problemami trawiennymi mogą nie być w stanie wchłonąć wystarczającej ilości miedzi, mimo że spożywane przez nich pokarmy są bogate w miedź.
Zidentyfikowano kilka transporterów miedzi, które mogą przenosić miedź przez błony komórkowe. Mogą istnieć inne jelitowe transportery miedzi. Wychwyt miedzi w jelitach może być katalizowany przez Ctr1. Ctr1 ulega ekspresji we wszystkich dotychczas zbadanych typach komórek, w tym w enterocytach, i katalizuje transport Cu+1 przez błonę komórkową.
Nadmiar miedzi (jak również innych jonów metali ciężkich, takich jak cynk lub kadm) może być wiązany przez metalotioneinę i sekwestrowany w pęcherzykach wewnątrzkomórkowych enterocytów (tj. dominujących komórek błony śluzowej jelita cienkiego).
Dystrybucja
Miedź uwalniana z komórek jelitowych przemieszcza się do naczyń włosowatych błony surowiczej (tj. cienkiej błony wyściełającej), gdzie wiąże się z albuminą , glutationem i aminokwasami we krwi wrotnej. Istnieją również dowody na to, że małe białko, transkupreina , odgrywa specyficzną rolę w transporcie miedzi w osoczu Kilka lub wszystkie z tych cząsteczek wiążących miedź mogą uczestniczyć w transporcie miedzi w surowicy. Miedź z krążenia wrotnego jest pobierana głównie przez wątrobę. W wątrobie miedź jest albo włączana do białek wymagających miedzi, które są następnie wydzielane do krwi. Większość miedzi (70-95%) wydalanej przez wątrobę jest wbudowywana do ceruloplazminy , głównego nośnika miedzi we krwi. Miedź jest transportowana do tkanek pozawątrobowych przez ceruloplazminę , albuminę i aminokwasy lub wydalana z żółcią . Regulując uwalnianie miedzi, wątroba wywiera homeostatyczną kontrolę nad miedzią pozawątrobową.
Wydalanie
Żółć jest głównym szlakiem wydalania miedzi i jest niezwykle ważna w kontrolowaniu poziomu miedzi w wątrobie. Większość miedzi w kale pochodzi z wydalania z żółcią; pozostała część pochodzi z niewchłoniętej miedzi i miedzi z złuszczonych komórek błony śluzowej.
| Zakres dawki | Przybliżone dzienne spożycie | Wyniki zdrowotne |
|---|---|---|
| Śmierć | ||
| Poważna dysfunkcja i zaburzenie metabolizmu innych składników odżywczych; wątrobiany
„detoksykacja” i homeostaza przytłoczone |
||
| Toksyczny | >5,0 mg/kg masy ciała | Indukowany metalotioneiną żołądkowo-jelitową (możliwe różne skutki ostrego i przewlekłego)
narażenie) |
| 100 μg/kg masy ciała | Utrzymany plateau absorpcji; mechanizmy homeostatyczne regulują wchłanianie miedzi | |
| Odpowiedni | 34 μg/kg masy ciała | homeostaza wychwytu, sekwestracji i wydalania przez wątrobę; zależne od glutationu pobieranie miedzi; wiązanie z metalotioneiną; i lizosomalne wydalanie miedzi |
| 11 μg/kg masy ciała | Prawidłowe wydalanie z żółcią i wychwyt żołądkowo-jelitowy | |
| 9 μg/kg masy ciała | Zmniejszone złogi w wątrobie; konserwacja miedzi endogennej; żołądkowo-jelitowy
zwiększona absorpcja |
|
| Niepełny | 8,5 μg/kg masy ciała | Ujemny bilans miedzi |
| 5,2 μg/kg masy ciała | defekty funkcjonalne, takie jak zmniejszona aktywność oksydazy lizylowej i dysmutazy ponadtlenkowej; zaburzony metabolizm substratów | |
| 2 μg/kg masy ciała | Zakłócone pule peryferyjne; poważne dysfunkcje i zaburzenia metabolizmu innych osób
składniki odżywcze; śmierć |
Zalecenia dietetyczne
Różne krajowe i międzynarodowe organizacje zajmujące się odżywianiem i zdrowiem mają normy dotyczące spożycia miedzi na poziomie uznanym za odpowiedni do utrzymania dobrego stanu zdrowia. Normy te są okresowo zmieniane i aktualizowane w miarę pojawiania się nowych danych naukowych. Standardy czasami różnią się w zależności od kraju i organizacji.
Dorośli ludzie
Światowa Organizacja Zdrowia zaleca minimalną dopuszczalną dawkę około 1,3 mg / dzień. Wartości te uważa się za odpowiednie i bezpieczne dla większości populacji ogólnej. W Ameryce Północnej amerykański Instytut Medycyny (IOM) ustalił zalecaną dietę (RDA) na miedź dla zdrowych dorosłych mężczyzn i kobiet na 0,9 mg/dzień. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, IOM określa również tolerowane górne poziomy spożycia (UL) dla witamin i minerałów, jeśli dowody są wystarczające. W przypadku miedzi UL ustalono na 10 mg/dzień. Europejski Urząd Bezpieczeństwa Żywności przeglądowi samo pytanie bezpieczeństwa i ustawić jej UL w dawce 5 mg / dobę.
Młodzież, dzieci i niemowlęta
Światowa Organizacja Zdrowia nie opracowała minimalnego dziennego spożycia dla tych grup wiekowych. W Ameryce Północnej RDA są następujące: 0,34 mg/dzień dla dzieci w wieku 1–3 lat; 0,44 mg/dzień przez 4-8 lat; 0,7 mg/dzień przez 9-13 lat; i 0,89 mg/dobę przez 14-18 lat. ULs wynoszą: 1 mg/dzień dla dzieci w wieku 1–3 lat; 3 mg/dzień przez 4-8 lat; 5 mg/dzień przez 9-13 lat; i 8 mg/dzień przez 14-18 lat.
Niemowlęta urodzone o czasie i wcześniaki są bardziej wrażliwe na niedobór miedzi niż dorośli. Ponieważ płód gromadzi miedź w ciągu ostatnich 3 miesięcy ciąży, niemowlęta urodzone przedwcześnie nie miały wystarczająco dużo czasu, aby zgromadzić odpowiednie zapasy miedzi w wątrobie i dlatego wymagają więcej miedzi po urodzeniu niż niemowlęta urodzone o czasie.
W przypadku niemowląt urodzonych o czasie, w Ameryce Północnej zalecane bezpieczne i odpowiednie spożycie wynosi około 0,2 mg/dzień. W przypadku wcześniaków jest znacznie wyższy: 1 mg/dzień. Światowa Organizacja Zdrowia zaleciła podobne minimalne odpowiednie spożycie i zaleca, aby wcześniakom podawać mieszankę z dodatkiem dodatkowej miedzi, aby zapobiec rozwojowi niedoboru miedzi.
Kobiety w ciąży i karmiące piersią
W Ameryce Północnej IOM ustaliła RDA dla ciąży na 1,0 mg/dzień, a dla laktacji na 1,3 mg/dzień. Europejski Urząd Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) odnosi się do wspólnego zestawu informacji jako wartości Dietary Reference, z zasysanym populacji referencyjnej (PRI) zamiast RDA. PRI dla ciąży wynosi 1,6 mg/dzień, dla laktacji 1,6 mg/dzień - więcej niż RDA w USA.
Źródła jedzenia
Miedź jest niezbędnym minerałem śladowym, którego organizm ludzki nie może wytworzyć. Musi być spożywany ze źródeł dietetycznych.
Żywność dostarcza praktycznie całą miedź spożywaną przez ludzi. Najlepsze źródła żywieniowe to owoce morza (zwłaszcza skorupiaki ), podroby (np. wątroba), produkty pełnoziarniste , rośliny strączkowe (np. fasola i soczewica ) oraz czekolada . Orzechy, w tym orzeszki ziemne i pekan , są szczególnie bogate w miedź, podobnie jak zboża, takie jak pszenica i żyto , oraz kilka owoców, w tym cytryny i rodzynki . Inne źródła żywności zawierające miedź to zboża , ziemniaki , groch , czerwone mięso , grzyby , niektóre ciemnozielone warzywa liściaste (takie jak jarmuż ) i owoce ( kokosy , papaja i jabłka ). Herbata , ryż i kurczak mają stosunkowo niską zawartość miedzi, ale mogą dostarczać rozsądną ilość miedzi, gdy są spożywane w znacznych ilościach.
Zbilansowana dieta zawierająca różnorodne produkty spożywcze z różnych grup żywności to najlepszy sposób na uniknięcie niedoboru miedzi. Zarówno w krajach rozwiniętych, jak i rozwijających się, dorośli, małe dzieci i młodzież, którzy spożywają zboże, proso , bulwy lub ryż wraz z roślinami strączkowymi (fasolą) lub małymi ilościami ryb lub mięsa, niektórych owoców i warzyw oraz niektórych olejów roślinnych, są prawdopodobnie uzyskają odpowiednią ilość miedzi, jeśli ich całkowite spożycie żywności jest odpowiednie pod względem kalorii. W krajach rozwiniętych, w których spożycie czerwonego mięsa jest wysokie, spożycie miedzi prawdopodobnie będzie również odpowiednie.
Miedź jako naturalny pierwiastek skorupy ziemskiej występuje w większości wód powierzchniowych i gruntowych na świecie, chociaż rzeczywiste stężenie miedzi w wodach naturalnych różni się geograficznie. Woda pitna może zawierać 20-25% miedzi zawartej w diecie.
W wielu regionach świata miedziane przewody rurowe do transportu wody pitnej mogą być źródłem miedzi dietetycznej. Rury miedziane mogą wypłukiwać niewielkie ilości miedzi, szczególnie w pierwszym lub dwóch latach eksploatacji. Następnie na wewnętrznej stronie rur miedzianych zwykle tworzy się powierzchnia ochronna, która opóźnia ługowanie.
We Francji i niektórych innych krajach do ubijania białka jaj tradycyjnie używa się misek miedzianych , ponieważ miedź pomaga stabilizować wiązania w białku podczas ubijania i ubijania . Podczas tego procesu z miski mogą wydostawać się niewielkie ilości miedzi i przedostawać się do białka jaja.
Suplementacja
Suplementy miedzi mogą zapobiegać niedoborowi miedzi. Suplementy miedzi nie są lekami na receptę i są dostępne w sklepach z witaminami i ziołami oraz w sklepach spożywczych i sklepach internetowych. Różne formy suplementacji miedzią mają różne szybkości wchłaniania. Na przykład, wchłanianie miedzi z suplementów tlenku miedzi jest mniejsze niż w przypadku glukonianu , siarczanu lub węglanu miedzi .
Suplementacja generalnie nie jest zalecana dla zdrowych osób dorosłych, które spożywają dobrze zbilansowaną dietę, która obejmuje szeroką gamę produktów spożywczych. Jednakże suplementacja pod opieką lekarza może być konieczna w przypadku wcześniaków lub dzieci z niską masą urodzeniową, niemowląt karmionych mieszanką niewzbogaconą lub mlekiem krowim w pierwszym roku życia oraz niedożywionych małych dzieci. Lekarze mogą rozważyć suplementację miedzi w przypadku 1) chorób ograniczających trawienie (np. dzieci z częstymi biegunkami lub infekcjami ; alkoholicy ), 2) niewystarczającego spożycia pokarmu (np. osoby starsze , niedołężne , z zaburzeniami odżywiania lub na diecie), 3) pacjenci przyjmujący leki, które blokują wykorzystanie miedzi przez organizm, 4) pacjenci z niedokrwistością, którzy są leczeni suplementami żelaza, 5) każdy, kto przyjmuje suplementy cynku i 6) osoby cierpiące na osteoporozę .
Wiele popularnych suplementów witaminowych zawiera miedź jako małe cząsteczki nieorganiczne, takie jak tlenek miedzi. Te suplementy mogą powodować nadmiar wolnej miedzi w mózgu, ponieważ miedź może bezpośrednio przekraczać barierę krew-mózg. Zwykle miedź organiczna w żywności jest najpierw przetwarzana przez wątrobę, która kontroluje poziom wolnej miedzi.
Niedobór miedzi i nadmierne warunki zdrowotne (niegenetyczne)
Jeśli spożyte zostaną niewystarczające ilości miedzi, zapasy miedzi w wątrobie ulegną wyczerpaniu, a niedobór miedzi doprowadzi do choroby lub uszkodzenia tkanki (aw skrajnych przypadkach do śmierci). Toksyczność spowodowaną niedoborem miedzi można leczyć zbilansowaną dietą lub suplementacją pod nadzorem lekarza. Wręcz przeciwnie, podobnie jak wszystkie substancje, nadmierne spożycie miedzi na poziomie znacznie przekraczającym limity Światowej Organizacji Zdrowia może stać się toksyczne. Ostra toksyczność miedzi jest ogólnie związana z przypadkowym spożyciem. Objawy te ustępują, gdy źródło pokarmu o wysokiej zawartości miedzi nie jest już spożywane.
W 1996 roku Międzynarodowy Program Bezpieczeństwa Chemicznego, agencja stowarzyszona ze Światową Organizacją Zdrowia, stwierdziła, że „istnieje większe ryzyko skutków zdrowotnych z powodu niedoboru miedzi niż z powodu nadmiernego spożycia miedzi”. Ten wniosek został potwierdzony w ostatnich badaniach narażenia na wiele dróg.
Uwarunkowania zdrowotne niegenetycznego niedoboru i nadmiaru miedzi opisano poniżej.
Niedobór miedzi
Istnieją sprzeczne doniesienia na temat zakresu niedoboru w Stanach Zjednoczonych. Jeden przegląd wskazuje, że około 25% nastolatków, dorosłych i osób powyżej 65 roku życia nie spełnia zalecanego dodatku dietetycznego dla miedzi. Inne źródło jest mniej powszechne: federalne badanie spożycia żywności wykazało, że w przypadku kobiet i mężczyzn w wieku powyżej 19 lat średnie spożycie żywności i napojów wynosiło odpowiednio 1,11 i 1,54 mg/dzień. W przypadku kobiet 10% spożywało mniej niż szacowane średnie zapotrzebowanie, w przypadku mężczyzn mniej niż 3%.
Nabyty niedobór miedzi powiązano ostatnio z postępującą mieloneuropatią w wieku dorosłym i rozwojem ciężkich zaburzeń krwi, w tym zespołu mielodysplastycznego . Na szczęście niedobór miedzi można potwierdzić bardzo niskim stężeniem metali w surowicy i ceruloplazminy we krwi.
Inne stany związane z niedoborem miedzi obejmują osteoporozę , chorobę zwyrodnieniową stawów , reumatoidalne zapalenie stawów , chorobę sercowo-naczyniową, raka okrężnicy i stany przewlekłe obejmujące kości, tkankę łączną, serce i naczynia krwionośne. układ nerwowy i układ odpornościowy. Niedobór miedzi zmienia rolę innych składników komórkowych zaangażowanych w aktywność przeciwutleniającą, takich jak żelazo, selen i glutation , i dlatego odgrywa ważną rolę w chorobach, w których stres oksydacyjny jest podwyższony. Marginalny, tj. „łagodny” niedobór miedzi, uważany za bardziej rozpowszechniony niż wcześniej sądzono, może w subtelny sposób wpływać na zdrowie człowieka.
Populacje podatne na niedobór miedzi obejmują osoby z wadami genetycznymi związanymi z chorobą Menkesa , niemowlęta z niską masą urodzeniową, niemowlęta karmione mlekiem krowim zamiast mleka matki lub mieszanką wzbogaconą, matki w ciąży i karmiące piersią, pacjenci otrzymujący całkowite żywienie pozajelitowe , osoby z „zespołem złego wchłaniania”. (upośledzone wchłanianie pokarmowe), diabetyków , osób z chorobami przewlekłymi, które powodują niskie spożycie pokarmów, takich jak alkoholicy oraz osoby z zaburzeniami odżywiania. Osoby starsze i sportowcy mogą również być bardziej narażeni na niedobór miedzi ze względu na specjalne potrzeby, które zwiększają dzienne zapotrzebowanie. Wegetarianie mogą mieć zmniejszone spożycie miedzi z powodu spożywania pokarmów roślinnych, w których biodostępność miedzi jest niska. Płody i niemowlęta kobiet z poważnym niedoborem miedzi mają zwiększone ryzyko niskiej masy urodzeniowej, osłabienia mięśni i problemów neurologicznych. Niedobory miedzi w tych populacjach mogą powodować anemię, nieprawidłowości kości, zaburzenia wzrostu, przyrost masy ciała, częste infekcje (przeziębienia, grypa, zapalenie płuc), słabą koordynację ruchową i niską energię.
Nadmiar miedzi
Nadmiar miedzi jest przedmiotem wielu aktualnych badań. Z badań wynika, że czynniki nadmiaru miedzi różnią się w normalnych populacjach w porównaniu z tymi ze zwiększoną podatnością na działania niepożądane i rzadkimi chorobami genetycznymi. Doprowadziło to do oświadczeń organizacji zajmujących się zdrowiem, które mogą być mylące dla niedoinformowanych. Na przykład, zgodnie z raportem amerykańskiego Instytutu Medycyny, poziomy spożycia miedzi przez znaczny procent populacji są niższe niż poziomy zalecane. Z drugiej strony amerykańska National Research Council stwierdziła w swoim raporcie Copper in Drinking Water, że istnieje obawa o toksyczność miedzi w podatnych populacjach i zaleciła przeprowadzenie dodatkowych badań w celu zidentyfikowania i scharakteryzowania populacji wrażliwych na miedź.
Nadmierne spożycie miedzi powoduje rozstrój żołądka, nudności i biegunkę oraz może prowadzić do uszkodzenia tkanek i chorób.
Potencjał utlenienia miedzi może być odpowiedzialny za pewne z jej toksyczność w nadmiarze w przypadku spożycia. Przy wysokich stężeń miedzi znane jest wytwarzanie oksydacyjnego uszkodzenia do systemów biologicznych, w tym peroksydacji z lipidami i innymi makrocząsteczkami .
Chociaż przyczyna i postęp choroby Alzheimera nie są dobrze poznane, badania wskazują, że wśród kilku innych kluczowych obserwacji, żelazo , glin i miedź gromadzą się w mózgach pacjentów z chorobą Alzheimera. Jednak nie wiadomo jeszcze, czy ta kumulacja jest przyczyną, czy konsekwencją choroby.
Przez ostatnie dwie dekady trwały badania mające na celu ustalenie, czy miedź jest czynnikiem sprawczym czy zapobiegawczym w chorobie Alzheimera. Na przykład, jako możliwy czynnik sprawczy lub ekspresję zaburzenia homeostazy metali , badania wskazują, że miedź może odgrywać rolę w zwiększaniu wzrostu grudek białkowych w mózgach z chorobą Alzheimera, prawdopodobnie poprzez uszkodzenie cząsteczki, która usuwa toksyczne nagromadzenie amyloidu beta (Aβ) w mózgu. Istnieje związek między dietą bogatą w miedź i żelazo oraz tłuszczami nasyconymi a chorobą Alzheimera. Z drugiej strony, badania wykazują również potencjalną korzystną rolę miedzi w leczeniu, a nie wywoływaniu choroby Alzheimera. Na przykład wykazano, że miedź 1) promuje nieamyloidogenne przetwarzanie białka prekursorowego amyloidu beta ( APP ), zmniejszając w ten sposób produkcję amyloidu beta (Aβ) w systemach hodowli komórkowej 2) wydłuża czas życia i zmniejsza wytwarzanie rozpuszczalnego amyloidu u myszy transgenicznych APP oraz 3) niższe poziomy Aβ w płynie mózgowo-rdzeniowym u pacjentów z chorobą Alzheimera.
Ponadto długotrwałe leczenie miedzią (doustne przyjmowanie 8 mg miedzi (Cu-(II)-orotan-dihydrat)) zostało wykluczone jako czynnik ryzyka choroby Alzheimera w odnotowanym badaniu klinicznym na ludziach i potencjalnie korzystna rola miedzi w Choroba Alzheimera została wykazana na poziomach Aβ42 w płynie mózgowo-rdzeniowym, toksycznego peptydu i biomarkera choroby. Potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć zaburzenia homeostazy metali u pacjentów z chorobą Alzheimera oraz sposoby leczenia tych zaburzeń w sposób terapeutyczny. Ponieważ w tym eksperymencie użyto dihydratu orotanu Cu-(II), nie ma on związku z wpływem tlenku miedzi w suplementach.
Toksyczność miedzi w wyniku nadmiernej ekspozycji
U ludzi wątroba jest głównym organem toksycznym wywołanym miedzią. Inne narządy docelowe obejmują kości oraz ośrodkowy układ nerwowy i odpornościowy. Nadmierne spożycie miedzi powoduje również toksyczność pośrednio poprzez interakcję z innymi składnikami odżywczymi. Na przykład nadmierne spożycie miedzi powoduje anemię, zakłócając transport żelaza i/lub metabolizm.
Identyfikacja genetycznych zaburzeń metabolizmu miedzi prowadzących do ciężkiej toksyczności miedzi (tj. choroby Wilsona ) pobudziła badania nad genetyką molekularną i biologią homeostazy miedzi (dalsze informacje znajdują się w następnym rozdziale dotyczącym chorób genetycznych miedzi). Wiele uwagi skupiono na potencjalnych konsekwencjach toksyczności miedzi w normalnych i potencjalnie podatnych populacjach. Potencjalnie wrażliwe subpopulacje obejmują pacjentów poddawanych hemodializie i osoby z przewlekłą chorobą wątroby. Ostatnio wyrażono zaniepokojenie potencjalną wrażliwością na choroby wątroby u osób, które są heterozygotycznymi nosicielami wad genetycznych choroby Wilsona (tj. mających jeden normalny i jeden zmutowany gen ATPazy miedzi Wilsona), ale które nie mają choroby (co wymaga wad w oba istotne geny). Jednak do chwili obecnej nie są dostępne żadne dane, które wspierałyby lub obalają tę hipotezę.
Ostre ekspozycje
W przypadku doniesień o celowym lub przypadkowym spożyciu przez ludzi wysokich stężeń soli miedzi (dawki zwykle nieznane, ale zgłaszane jako 20–70 gramów miedzi), obserwowano postęp objawów, w tym ból brzucha, ból głowy, nudności, zawroty głowy, wymioty i biegunkę , tachykardia , zaburzenia oddechowe, niedokrwistość hemolityczna , krwiomocz , masywne krwawienia z przewodu pokarmowego, wątroby i niewydolność nerek, i śmierci.
Epizody ostrych zaburzeń żołądkowo-jelitowych po jednorazowym lub wielokrotnym spożyciu wody pitnej zawierającej podwyższony poziom miedzi (zwykle powyżej 3–6 mg/l) charakteryzują się nudnościami, wymiotami i podrażnieniem żołądka. Objawy te ustępują, gdy zawartość miedzi w źródle wody pitnej jest zmniejszona.
Przeprowadzono trzy badania eksperymentalne, które wykazały próg ostrego zaburzenia żołądkowo-jelitowego wynoszący około 4–5 mg/l u zdrowych osób dorosłych, chociaż z tych wyników nie wynika jasno, czy objawy są spowodowane ostrym działaniem drażniącym miedzi i/lub metalicznym, gorzkim , słony smak. W badaniu eksperymentalnym z udziałem zdrowych osób dorosłych średni próg smaku dla siarczanu miedzi i chlorku w wodzie z kranu, wodzie dejonizowanej lub wodzie mineralnej wynosił 2,5-3,5 mg/l. To jest tuż poniżej eksperymentalnego progu ostrego zaburzenia żołądkowo-jelitowego.
Ekspozycje przewlekłe
Długoterminowa toksyczność miedzi nie została dobrze zbadana u ludzi, ale jest rzadka w normalnych populacjach, które nie mają dziedzicznego defektu homeostazy miedzi.
Niewiele jest dowodów wskazujących na to, że przewlekła ekspozycja ludzi na miedź powoduje skutki ogólnoustrojowe inne niż uszkodzenie wątroby. Przewlekłe zatrucie miedzią prowadzące do niewydolności wątroby zostało zgłoszone u młodego dorosłego mężczyzny bez znanej podatności genetycznej, który spożywał 30-60 mg/d miedzi jako suplement mineralny przez 3 lata. Osoby mieszkające w amerykańskich gospodarstwach domowych zaopatrzonych w wodę z kranu zawierającą >3 mg/l miedzi nie wykazywały żadnych negatywnych skutków zdrowotnych.
Nie zaobserwowano wpływu suplementacji miedzią na enzymy wątrobowe w surowicy, biomarkery stresu oksydacyjnego i inne biochemiczne punkty końcowe u zdrowych młodych ochotników otrzymujących dzienne dawki miedzi od 6 do 10 mg/d przez okres do 12 tygodni. Niemowlęta w wieku 3–12 miesięcy, które spożywały wodę zawierającą 2 mg Cu/l przez 9 miesięcy, nie różniły się od równoczesnej grupy kontrolnej pod względem objawów ze strony przewodu pokarmowego (GIT), tempa wzrostu, zachorowalności, poziomu enzymów wątrobowych i bilirubiny w surowicy oraz innych biochemicznych punktów końcowych .) Poziom ceruloplazminy w surowicy był przejściowo podwyższony w grupie eksponowanych niemowląt w wieku 9 miesięcy i podobnie jak w grupie kontrolnej w wieku 12 miesięcy, co sugeruje adaptację homeostatyczną i/lub dojrzewanie odpowiedzi homeostatycznej.
Ekspozycja skórna nie była związana z toksycznością ogólnoustrojową, ale anegdotyczne doniesienia o reakcjach alergicznych mogą być uczuleniem na nikiel i reakcją krzyżową z miedzią lub podrażnieniem skóry przez miedź. Pracownicy narażeni na wysoki poziom miedzi w powietrzu (skutkujący szacowanym spożyciem 200 mg Cu/d) rozwinęli objawy sugerujące toksyczność miedzi (np. podwyższony poziom miedzi w surowicy, hepatomegalia). Jednak inne współwystępujące narażenia na środki pestycydowe lub w górnictwie i hutnictwie mogą przyczyniać się do tych skutków. Skutki inhalacji miedzi są dokładnie badane w ramach sponsorowanego przez przemysł programu dotyczącego powietrza w miejscu pracy i bezpieczeństwa pracowników. Oczekuje się, że ten wieloletni wysiłek badawczy zostanie sfinalizowany w 2011 roku.
Pomiary podwyższonego stanu miedzi
Chociaż wiele wskaźników jest użytecznych w diagnozowaniu niedoboru miedzi, nie ma wiarygodnych biomarkerów nadmiaru miedzi wynikającego z spożycia w diecie. Najbardziej wiarygodnym wskaźnikiem nadmiaru miedzi jest stężenie miedzi w wątrobie. Jednak pomiar tego punktu końcowego u ludzi jest inwazyjny i generalnie nie jest przeprowadzany, z wyjątkiem przypadków podejrzenia zatrucia miedzią. Podwyższone poziomy miedzi lub ceruolplazminy w surowicy nie są wiarygodnie związane z toksycznością miedzi, ponieważ podwyższenie stężeń może być wywołane stanem zapalnym, infekcją, chorobą, nowotworami złośliwymi, ciążą i innymi stresorami biologicznymi. Poziomy enzymów zawierających miedź, takich jak oksydaza cytochromu c, dysmutaza ponadtlenkowa i oksydaza diaminazy, różnią się nie tylko w odpowiedzi na stan miedzi, ale także w odpowiedzi na różne inne czynniki fizjologiczne i biochemiczne, a zatem są niespójnymi markerami nadmiaru miedzi .
W ostatnich latach pojawił się nowy kandydat na biomarker nadmiaru i niedoboru miedzi. Ten potencjalny marker to białko opiekuńcze, które dostarcza miedź do białka antyoksydacyjnego SOD1 (miedź, dysmutaza nadtlenkowa cynku). Nazywa się go „miedzianym opiekuńczym dla SOD1” (CCS), a doskonałe dane na zwierzętach potwierdzają jego zastosowanie jako markera w dostępnych komórkach (np. erytrocytach ) zarówno niedoboru, jak i nadmiaru miedzi. CCS jest obecnie testowany jako biomarker u ludzi.
Dziedziczne choroby metaboliczne miedzi
Kilka rzadkimi chorobami genetycznymi ( choroba Wilsona , chorobę Menkesa , idiopatyczne miedzi zatrucia, Indian dzieciństwa marskość ) są związane z niewłaściwym wykorzystaniem miedzi w organizmie. Wszystkie te choroby obejmują mutacje z genów zawierających kod genetyczny do wytwarzania specyficznych białek zaangażowanych w absorpcji i rozkładu miedzi. Kiedy te białka są dysfunkcyjne, miedź gromadzi się w wątrobie lub organizm nie wchłania miedzi.
Choroby te są dziedziczne i nie można ich nabyć. Dostosowanie poziomu miedzi w diecie lub wodzie pitnej nie wyleczy tych stanów (chociaż dostępne są terapie radzenia sobie z objawami genetycznego nadmiaru miedzi).
Badanie genetycznych chorób metabolizmu miedzi i związanych z nimi białek pozwala naukowcom zrozumieć, w jaki sposób organizm ludzki wykorzystuje miedź i dlaczego jest ona ważna jako niezbędny mikroskładnik odżywczy.
Choroby wynikają z defektów dwóch podobnych pomp miedzianych, Menkesa i Wilson Cu-ATPas. ATPaza Menkesa jest wyrażana w tkankach, takich jak budujące skórę fibroblasty, nerki, łożysko, mózg, jelita i układ naczyniowy, podczas gdy ATPaza Wilsona jest wyrażana głównie w wątrobie, ale także w gruczołach sutkowych i prawdopodobnie w innych wyspecjalizowanych tkankach. Ta wiedza prowadzi naukowców w kierunku możliwych sposobów leczenia genetycznych chorób miedzi.
Choroba Menkesa
Choroba Menkesa , genetyczny stan niedoboru miedzi, została po raz pierwszy opisana przez Johna Menkesa w 1962 roku. Jest to rzadkie zaburzenie sprzężone z chromosomem X, które dotyka około 1/20.000 żywych urodzeń, głównie chłopców. Wątroby pacjentów z chorobą Menkesa nie mogą wchłonąć niezbędnej miedzi niezbędnej do przeżycia pacjentów. Śmierć zwykle następuje we wczesnym dzieciństwie: większość dotkniętych chorobą osób umiera przed ukończeniem 10 roku życia, chociaż kilku pacjentów dożyło nastolatków i wczesnych 20 lat.
Białko wytwarzane przez gen Menkesa jest odpowiedzialne za transport miedzi przez błonę śluzową przewodu pokarmowego (GIT) i barierę krew-mózg . Defekty mutacyjne w genie kodującym ATPazę miedzi powodują, że miedź pozostaje uwięziona w wyściółce jelita cienkiego. W związku z tym miedź nie może być wypompowana z komórek jelitowych do krwi w celu transportu do wątroby, a w konsekwencji do reszty organizmu. Choroba przypomina zatem poważny niedobór miedzi w pożywieniu pomimo odpowiedniego spożycia miedzi.
Objawy choroby obejmują szorstkie, łamliwe, odbarwione włosy i inne problemy noworodków, w tym niezdolność do kontrolowania temperatury ciała, upośledzenie umysłowe, wady szkieletu i nieprawidłowy wzrost tkanki łącznej.
Pacjenci Menkesa wykazują poważne nieprawidłowości neurologiczne, najwyraźniej z powodu braku kilku enzymów zależnych od miedzi, niezbędnych do rozwoju mózgu, w tym zmniejszonej aktywności oksydazy cytochromu c. Kruche, perwersyjne, hipopigmentowane włosy o stalowym wyglądzie są spowodowane niedoborem niezidentyfikowanego miedzioenzymu. Zmniejszona aktywność oksydazy lizylowej powoduje wadliwą polimeryzację kolagenu i elastyny oraz odpowiadające im nieprawidłowości tkanki łącznej, w tym tętniaki aorty , luźną skórę i kruche kości.
Przy wczesnej diagnozie i leczeniu polegającym na codziennym wstrzykiwaniu histydyny miedziowej dootrzewnowo i dooponowo do ośrodkowego układu nerwowego można uniknąć niektórych poważnych problemów neurologicznych i wydłużyć przeżycie. Jednak pacjenci z chorobą Menkesa zachowują nieprawidłowe zaburzenia kości i tkanki łącznej oraz wykazują łagodne do ciężkiego upośledzenie umysłowe. Nawet przy wczesnej diagnozie i leczeniu choroba Menkesa jest zwykle śmiertelna.
Trwające badania nad chorobą Menkesa prowadzą do lepszego zrozumienia homeostazy miedzi, mechanizmów biochemicznych związanych z chorobą i możliwych sposobów jej leczenia. Badania nad transportem miedzi przez barierę krew/mózg, oparte na badaniach genetycznie zmienionych myszy, mają pomóc naukowcom zrozumieć podstawową przyczynę niedoboru miedzi w chorobie Menkesa. Struktura genetyczna „ myszy transgenicznych ” zmienia się w sposób, który pomaga naukowcom uzyskać nowe spojrzenie na niedobór miedzi. Dotychczasowe badania były cenne: geny można stopniowo „wyłączać” w celu zbadania różnych stopni niedoboru.
Naukowcy wykazali również w probówkach, że uszkodzone DNA w komórkach pacjenta Menkesa można naprawić. Z czasem można znaleźć procedury potrzebne do naprawy uszkodzonych genów w ludzkim ciele.
choroba Wilsona
Choroba Wilsona jest rzadkim autosomalnym ( chromosom 13 ) recesywnym zaburzeniem genetycznym transportu miedzi, które powoduje gromadzenie się nadmiaru miedzi w wątrobie. Powoduje to między innymi toksyczność wątroby. Choroba jest teraz uleczalna.
Choroba Wilsona jest spowodowana defektami mutacji białka, które transportuje miedź z wątroby do żółci w celu jej wydalenia. Choroba obejmuje słabe wbudowywanie miedzi do ceruloplazminy i upośledzone wydalanie miedzi z żółcią i jest zwykle wywoływane przez mutacje upośledzające funkcję ATPazy miedzi Wilsona. Te mutacje genetyczne powodują zatrucie miedzią z powodu nadmiernej akumulacji miedzi, głównie w wątrobie i mózgu oraz, w mniejszym stopniu, w nerkach, oczach i innych narządach.
Choroba, która dotyka około 1/30 000 niemowląt obu płci, może stać się klinicznie widoczna w dowolnym momencie od niemowlęctwa do wczesnej dorosłości. Wiek zachorowania na chorobę Wilsona waha się od 3 do 50 lat. Początkowe objawy obejmują zaburzenia wątrobowe , neurologiczne lub psychiatryczne oraz, rzadko, objawy nerkowe , kostne lub endokrynologiczne . Choroba postępuje z pogłębiającą się żółtaczką i rozwojem encefalopatii , ciężkimi zaburzeniami krzepnięcia, czasami z wykrzepianiem wewnątrznaczyniowym oraz zaawansowaną przewlekłą chorobą nerek . Uwidacznia się swoisty rodzaj drżenia kończyn górnych, spowolnienie ruchu i zmiany temperamentu. Pierścienie Kaysera-Fleischera , rdzawobrązowe przebarwienia na zewnętrznych brzegach tęczówki, spowodowane osadzaniem się miedzi obserwowanym u 90% pacjentów, stają się widoczne, gdy miedź zaczyna się gromadzić i wpływać na układ nerwowy.
Prawie zawsze śmierć następuje, jeśli choroba nie jest leczona. Na szczęście identyfikacja mutacji w genie ATPazy Wilsona leżących u podstaw większości przypadków choroby Wilsona umożliwiła przeprowadzenie testów DNA w celu diagnozy.
Jeśli zostaną odpowiednio wcześnie zdiagnozowane i leczone, pacjenci z chorobą Wilsona mogą żyć długo i produktywnie. Choroba Wilsona zarządza miedzi chelatacji z D-penicyloaminą (która wychwytuje i wiąże się z miedzi i umożliwia pacjentom wydalanie nadmiaru miedzi zgromadzonego w wątrobie), terapię z siarczanem cynku lub octan cynku, i ograniczających spożycia metali, takich jak eliminacja czekolady, ostryg i grzybów. Terapia cynkowa jest obecnie leczeniem z wyboru. Cynk wytwarza blokadę śluzówki poprzez indukcję metalotioneiny, która wiąże miedź w komórkach śluzówki, dopóki nie złuszczą się i są wydalane z kałem. i konkuruje z miedzią o wchłanianie w jelicie przez DMT1 (transporter metali dwuwartościowych 1). Niedawno eksperymentalne leczenie tetratiomolibdenianem przyniosło obiecujące wyniki. Tetratiomolibdenian wydaje się być doskonałą formą leczenia początkowego u pacjentów z objawami neurologicznymi. W przeciwieństwie do terapii penicylaminami, początkowe leczenie tetratiomolibdenianem rzadko prowadzi do dalszego, często nieodwracalnego, pogorszenia stanu neurologicznego.
Opisano ponad 100 różnych defektów genetycznych prowadzących do choroby Wilsona, które są dostępne w Internecie pod adresem [1] . Niektóre z mutacji mają klaster geograficzny.
Wielu pacjentów Wilsona nosi różne mutacje na każdym chromosomie 13 (tj. są złożonymi heterozygotami ). Nawet u osób, które są homozygotyczne pod względem mutacji, początek i ciężkość choroby mogą się różnić. Osoby homozygotyczne pod kątem poważnych mutacji (np. te skrócone białko) mają wcześniejszy początek choroby. Ciężkość choroby może być również funkcją czynników środowiskowych, w tym ilości miedzi w diecie lub zmienności funkcji innych białek, które wpływają na homeostazę miedzi.
Sugerowano, że heterozygotyczni nosiciele mutacji genu choroby Wilsona mogą być potencjalnie bardziej podatni na zwiększone spożycie miedzi niż populacja ogólna. W całej populacji oszacowano częstość występowania heterozygotyczności na 1/90 osób. Jednak nie ma dowodów na poparcie tej spekulacji. Co więcej, przegląd danych dotyczących jednoallelowych chorób autosomalnych recesywnych u ludzi nie sugeruje, że na nosicieli heterozygotycznych prawdopodobnie niekorzystnie wpływa ich zmieniony status genetyczny.
Inne choroby, w których pojawiają się nieprawidłowości w metabolizmie miedzi, obejmują marskość wątroby u dzieci w Indiach (ICC), endemiczną tyrolską zatrucie miedzią (ETIC) oraz idiopatyczną zatrucie miedzią (ICT), znaną również jako nieindyjska marskość wątroby u dzieci. ICT to choroba genetyczna rozpoznana na początku XX wieku przede wszystkim w tyrolskim regionie Austrii oraz w regionie Pune w Indiach .
ICC, ICT i ETIC to zespoły niemowlęce, które mają podobną etiologię i wygląd . Oba wydają się mieć składnik genetyczny i wkład zwiększonego spożycia miedzi.
W przypadku ICC zwiększone spożycie miedzi jest spowodowane podgrzewaniem i/lub przechowywaniem mleka w naczyniach miedzianych lub mosiężnych. Z drugiej strony przypadki ICT są spowodowane podwyższonym stężeniem miedzi w źródłach wody. Chociaż ekspozycja na podwyższone stężenia miedzi jest powszechnie spotykana w obu chorobach, niektóre przypadki wydają się rozwijać u dzieci karmionych wyłącznie piersią lub otrzymujących tylko niski poziom miedzi w wodzie. Obecnie dominującą hipotezą jest to, że ICT są spowodowane zmianą genetyczną powodującą upośledzenie metabolizmu miedzi w połączeniu z wysokim spożyciem miedzi. Hipotezę tę potwierdza częstość występowania pokrewieństwa rodzicielskiego w większości tych przypadków, które nie występuje na obszarach o podwyższonym stężeniu miedzi w wodzie pitnej i gdzie te zespoły nie występują.
Wydaje się, że ICT zanikają w wyniku większej różnorodności genetycznej w dotkniętych populacjach w połączeniu z programami edukacyjnymi mającymi zapewnić, że zamiast miedzianych garnków i patelni, które są bezpośrednio narażone na gotowane potrawy, używa się konserwowych przyborów kuchennych. Przewaga przypadków marskości wątroby we wczesnym dzieciństwie zidentyfikowanych w Niemczech w okresie 10 lat nie była związana ani z zewnętrznymi źródłami miedzi, ani z podwyższonym stężeniem metali w wątrobie Obecnie występują tylko sporadyczne spontaniczne przypadki ICT.
Nowotwór
Zbadano rolę miedzi w angiogenezie związanej z różnymi typami nowotworów. Chelator miedzi, tetratiomolibdenian , który wyczerpuje zapasy miedzi w organizmie, jest badany jako środek antyangiogenny w badaniach pilotażowych i klinicznych. Lek może hamować angiogenezę guza w raku wątrobowokomórkowym , międzybłoniaku opłucnej , raku jelita grubego , raku płaskonabłonkowym głowy i szyi , raku piersi i raku nerki . Kompleks miedzi z syntetyczną pochodną salicylaldehydu pirazolo-hydrazonu (SPH) indukował apoptozę ludzkich komórek śródbłonka pępowinowego (HUVEC) i wykazywał działanie antyangiogenetyczne in vitro.
Stwierdzono, że pierwiastek śladowy miedź promuje wzrost guza. Kilka dowodów z modeli zwierzęcych wskazuje, że nowotwory koncentrują wysoki poziom miedzi. Tymczasem w niektórych nowotworach u ludzi znaleziono dodatkową ilość miedzi. Ostatnio zaproponowano strategie terapeutyczne ukierunkowane na miedź w guzie. Po podaniu ze specyficznym chelatorem miedzi, w nowotworach powstawałyby na stosunkowo wysokim poziomie kompleksy miedzi. Kompleksy miedzi są często toksyczne dla komórek, dlatego komórki nowotworowe zostały zabite, podczas gdy normalne komórki w całym ciele pozostały żywe dla niższego poziomu miedzi.
Niektóre chelatory miedzi uzyskują bardziej skuteczną lub nową bioaktywność po utworzeniu kompleksów miedź-chelator. Stwierdzono, że Cu2+ był krytycznie potrzebny do apoptozy indukowanej PDTC w komórkach HL-60. Kompleks miedziowy pochodnych benzoilohydrazonu salicylaldehydu (SBH) wykazał zwiększoną skuteczność hamowania wzrostu w kilku liniach komórek nowotworowych w porównaniu z SBH bez metalu.
SBH mogą reagować z wieloma rodzajami kationów metali przejściowych, tworząc w ten sposób szereg kompleksów. Kompleksy miedź-SBH były bardziej cytotoksyczne niż kompleksy innych metali przejściowych (Cu > Ni > Zn = Mn > Fe = Cr > Co) w komórkach MOLT-4 , ustalonej linii komórek ludzkiej białaczki T-komórkowej. SBH, a zwłaszcza ich kompleksy miedzi, okazały się silnymi inhibitorami syntezy DNA i wzrostu komórek w kilku ludzkich liniach komórek rakowych i liniach komórek rakowych gryzoni.
Stwierdzono, że pochodne pirazolo-hydrazonu aldehydu salicylowego (SPH) hamują wzrost komórek raka płuc A549. SPH ma identyczne ligandy dla Cu 2+ jak SBH. Stwierdzono, że kompleks Cu-SPH indukuje apoptozę w komórkach raka płuc A549, H322 i H1299.
Antykoncepcja z miedzianymi wkładkami wewnątrzmacicznymi
Miedziana wkładka domaciczna (IUD) to rodzaj długo działającej odwracalnej antykoncepcji, która jest uważana za jedną z najskuteczniejszych form kontroli urodzeń.
Zdrowie roślin i zwierząt
Oprócz tego, że jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla ludzi, miedź jest niezbędna dla zdrowia zwierząt i roślin oraz odgrywa ważną rolę w rolnictwie .
Zdrowie roślin
Stężenia miedzi w glebie nie są jednolite na całym świecie. Na wielu obszarach gleby mają niewystarczający poziom miedzi. Gleby z naturalnym niedoborem miedzi często wymagają suplementacji miedzi przed uprawą roślin rolniczych, takich jak zboża.
Niedobory miedzi w glebie mogą prowadzić do nieurodzaju. Niedobór miedzi jest głównym problemem w światowej produkcji żywności, powodując straty w plonach i obniżoną jakość produkcji. Nawozy azotowe mogą pogorszyć niedobór miedzi w glebach rolniczych.
Dwie najważniejsze uprawy żywności na świecie, ryż i pszenica , są bardzo podatne na niedobór miedzi. Podobnie jak kilka innych ważnych produktów spożywczych, w tym cytrusy , owies , szpinak i marchew . Z drugiej strony niektóre pokarmy, w tym orzechy kokosowe , soja i szparagi , nie są szczególnie wrażliwe na gleby z niedoborem miedzi.
Najskuteczniejszą strategią przeciwdziałania niedoborom miedzi jest uzupełnianie gleby w miedź, zwykle w postaci siarczanu miedzi. Osady ściekowe są również wykorzystywane na niektórych obszarach do uzupełniania gruntów rolnych substancjami organicznymi i metalami śladowymi, w tym miedzią.
Zdrowie zwierząt
U zwierząt gospodarskich bydło i owce często wykazują oznaki niedoboru miedzi. Swayback , choroba owiec związana z niedoborem miedzi, nakłada ogromne koszty na rolników na całym świecie, szczególnie w Europie , Ameryce Północnej i wielu krajach tropikalnych. Wykazano, że w przypadku świń miedź jest znakomitym stymulatorem wzrostu.