Koppar: Effekter på människokroppen. Varför är det viktigt? Vilka principer för intag bör följas?

Koppar är ett viktigt spårämne som är en integrerad del av biologiska processer i människokroppen. Vilken betydelse har koppar och vad är dess funktion? Vilka livsmedel är källor till koppar och när bör jag begränsa mitt intag?

Vad vet vi om koppar?

Koppar är ett naturligt förekommande grundämne. Det finns i spårmängder i vår miljö, oftast i jord, vegetation, vatten och atmosfären.

Koppar har det kemiska namnet Cu, som kommer från det latinska ordet cuprum. Det latinska namnet kommer från namnet på ön Cypern, eftersom det var där koppar först utvanns.

Koppar är ett grundämne i grupp 11 i det periodiska systemet över kemiska grundämnen och återfinns i den 4:e perioden.

Det är en av ädelmetallerna, liksom de andra grundämnena i denna grupp - guld och silver.

I ren form har koppar en rödbrun färg med en klar metallisk lyster. Det är en av de få metaller vars naturliga färg inte är grå eller silver.

Koppar är mjuk, formbar och seg. Den har hög termisk och elektrisk ledningsförmåga (näst högst efter silver).

Den reagerar inte med vatten, men reagerar med syre i luft genom en långsam reaktion och bildar ett lager av brun kopparoxid, som skyddar koppar från korrosion.

Efter några år börjar ett grönt lager av kopparoxid att bildas på kopparens yta. Detta kan ofta ses på äldre kopparstrukturer, ett exempel är Frihetsgudinnan.

En sammanfattning i tabellform av grundläggande kemisk och fysikalisk information om koppar

I naturen är koppar en av de få metaller som förekommer i sin naturliga form - ren och direkt användbar.

Den förekommer också som en del av många mineraler i form av kopparsulfider (kopparkis, digenit, bornit, covellit, chalkocit), sulfosoler (enargit) och kopparkarbonater (azurit, malakit).

Det faktum att koppar förekommer i sin ursprungliga form är också anledningen till att den var känd och användes av de tidigaste civilisationerna. Historien om kopparanvändning går tillbaka till 9 000 f.Kr.

De största kopparfyndigheterna finns i Chile, USA, Peru, Zambia och Kongo.

Koppar för industriella ändamål utvinns i första hand ur kopparmalm och i andra hand genom en återvinningsprocess.

För närvarande används koppar främst inom elindustrin (som en komponent i ledningar och kablar), där dess ledande egenskaper utnyttjas.

Koppar används vid tillverkning av mynt, smycken och vattenledningar, inom metallurgin för framställning av legeringar (brons, mässing) och inom arkitekturen.

Det är också en beståndsdel i jordbruksprodukter (gödningsmedel, fodertillsatser) och träskyddsmedel (antisvampegenskaper). Det används för att rena vatten (från alger) eller som pigment.

Vilka är de medicinska användningsområdena för koppar?

Inom medicinen har koppar ett mycket brett användningsområde, främst på grund av dess effekter mot bakterier, mögel och kvalster och även på grund av dess desinficerande egenskaper.

Koppar används därför som en komponent i många medicinska material, anordningar, preparat osv.

Vi kan ge flera exempel på koppars användning inom det medicinska området:

• Del av ett skydd med antibakteriell effekt för sårläkning
• Gynekologi - intrauterina anordningar med preventiv effekt
• Tandvård - del av dentalcement, tillverkning av broar och kronor
• Sammansättning av nässprayer med desinficerande effekt
• Behandling av reumatoid artrit
• Desinfektion av områden, ytor eller kläder på vårdinrättningar - förebyggande av nosokomiala infektioner
• Komponent i textilier - strumpor för att förhindra svampinfektioner samt madrasser, bäddmadrasser, kuddar eller mattor med en kvalsterhämmande effekt
• Kosmetiska krämer och salvor
• Komponenter på ytor och förpackningar inom livsmedelsindustrin (livsmedelsberedning, förvaring, transport)
• Andningsmasker med antiviral effekt

Förr i tiden användes koppar i Egypten och Syrien som ett medel mot parasiter, kräkningar och sammandragningar.

Känner du till kopparns biologiska funktion?

Koppar är det tredje vanligaste spårämnet i människokroppen efter järn och zink.

Det finns i kroppen främst i den oxiderade formen Cu+2 - kopparjon eller, i mindre utsträckning, i den reducerade formen Cu+1.

Det spelar en viktig roll i många fysiologiska och biokemiska processer i organismen som en kofaktor för viktiga enzymer.

Dessa enzymer är också involverade i ett stort antal enzymatiska processer i kroppen - de katalyserar dem.

Dessa inkluderar cellandning, produktion av neurotransmittorer och peptidhormoner, skydd mot fria radikaler eller korrekt funktion av elastin, kollagen och keratin.

Andra viktiga funktioner för koppar i människokroppen:

• Det är viktigt för att upprätthålla järnhomeostas, vilket indirekt bidrar till blodbildning och koagulering.
• Det upprätthåller styrkan i huden, bindväven och blodkapillärerna.
• Det bidrar till funktionen hos det medfödda immunsystemet.
• Upprätthåller normal sköldkörtelfunktion.
• På grund av sin förmåga att ta upp eller avge elektroner bidrar det till nedbrytningen av fria radikaler. Det har antioxidativa och, i sin tur, prooxidativa egenskaper.
• Det är ett kraftfullt antimikrobiellt medel. Det har antibakteriell aktivitet mot Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis och Bacillus subtillis.
• Det har också antivirala effekter mot bronkitvirus och herpes simplex.
• Det kan också döda spermier.

Koppar - från intag till utsöndring

Koppar är ett essentiellt spårämne. Det är livsnödvändigt men kan också vara giftigt.

Reglering av dess nivåer i kroppen är därför nödvändigt och avgörande. Homeostatiska mekanismer är involverade som reglerar upptag, distribution, retention och utsöndring av koppar.

Absorption

Koppar kommer in i kroppen huvudsakligen via födan.

Absorptionen sker i tunntarmens miljö och i liten utsträckning i magsäcken, antingen genom diffusion (särskilt vid höga kopparkoncentrationer) eller via transportproteiner (vid låga kopparkoncentrationer).

Mängden koppar som absorberas i kroppen beror på förekomsten av koppar i kosten. Vid normalt intag absorberas 55-75 % av kopparn i kosten.

Absorptionen av koppar i mag-tarmkanalen beror huvudsakligen på dess kemiska form. Cu+2-joner reduceras till Cu+1 i tarmcellerna eftersom det endast är i denna form som de kan passera genom cellerna.

Absorptionen av koppar kan också påverkas av vissa kostkomponenter.

Dessa ämnen kan minska kopparens löslighet och därmed dess biotillgänglighet. Vi talar till exempel om fibrer, fytater, vitamin C eller vissa sockerarter. Det finns en risk för minskat kopparupptag endast om de intas i alltför stora mängder.

Vissa livsmedelskomponenter konkurrerar med koppar om bindning till transportproteiner, t.ex. zink och kadmium.

Omvänt ökar biotillgängligheten för koppar vid högt proteinintag.

Distribution och metabolism

När koppar har absorberats i blodomloppet distribueras det snabbt till de platser där det behövs (särskilt för enzymproduktion).

Dess distribution från blodcellerna styrs av ett protein som kallas ATP7A eller Menkes-protein. Koppar transporteras från blodcellerna genom att binda till transportproteinet albumin, transcuprein eller aminosyror.

På grund av dess mycket reaktiva natur och risk för skador på kroppen finns koppar inte i cellerna som en fri jon, utan alltid i bunden form.

Menkes-proteinet distribuerar koppar till Golgi-apparaten (där det bildar proteinenzymer) och, vid ökande koncentrationer, till pelletsen.

Pecenum är det huvudsakliga lagringsorganet för koppar.

Menkes protein spelar också en nyckelroll i transporten av koppar över placentan och blod-hjärnbarriären. Detta är avgörande för barnets utveckling (särskilt hjärnan).

Koppar binds till proteinet ceruloplasmin i levern och släpps ut i blodomloppet. Denna process med bindning och frisättning i blodet styrs återigen av ett protein som kallas ATP7B eller Wilsons protein.

Ungefär 90% av kopparn i blodet är bunden till ceruloplasmin. Det är ceruloplasmin som sedan ansvarar för att transportera kopparn till de vävnader där den behövs.

Den totala kopparhalten i kroppen är cirka 70-80 mg. 10% av denna mängd finns i blodet och 90% i vävnaderna.

Under normala förhållanden finns de högsta koncentrationerna av koppar i gallan, levern, hjärnan, hjärtat, skelettet och njurarna.

Kopparnivåerna i blodet varierar något beroende på kön, från 0,614 till 0,970 mg/l hos män och ökar med åldern, och från 0,694 till 1,030 mg/l hos kvinnor.

Utsöndring

Reglering av kopparutsöndringen är den viktigaste mekanismen för att upprätthålla homeostas och fysiologiska nivåer av koppar i kroppen.

Huvudvägen för utsöndring av koppar från kroppen är via levercellerna till gallan (upp till 98 %). Gallan utsöndras sedan till tarmarna och koppar utsöndras slutligen i avföringen.

Transporten av koppar från levern till gallan styrs återigen av ATP7B-proteinet (Wilson-proteinet). Detta protein förhindrar överdriven ackumulering av koppar i kroppen.

Andra utsöndringsvägar är via urin eller slemhinneceller, men den mängd koppar som utsöndras via dessa vägar är försumbar.

Utsöndringen av koppar är en relativt långsam process (endast 10 % på 72 timmar). Ett för högt kopparintag utgör därför en stor hälsorisk med tanke på dess begränsade utsöndringspotential.

Vilka är kostkällorna till koppar?

Koppar kommer in i kroppen via livsmedel eller läkemedel och kosttillskott. Kroppen kan inte syntetisera koppar på egen hand.

Det är nödvändigt för människokroppen att ta in koppar med jämna mellanrum, eftersom den inte har ett specifikt system för att lagra det.

Livsmedel med en relativt hög kopparhalt inkluderar svamp, frukt, grönsaker (särskilt gröna bladgrönsaker, avokado, gröna oliver), spannmål, nötter, solrosfrön, kött (särskilt organ - lever), fisk och skaldjur, men också svartpeppar och kakao.

Koppar kan interagera med ämnen som järn, zink, molybden, svavel, selen eller vitamin C. Denna interaktion leder vanligtvis till minskat upptag av koppar.

När det gäller kosttillskott finns koppar tillgängligt som enskild ingrediens eller som en del av multivitamintillskott - oftast som kopparsulfat.

Behovet av koppartillskott i form av kosttillskott bör alltid diskuteras med en läkare. Överdriven användning av kosttillskott leder till störningar i fysiologiska kopparnivåer.

Vad är det rekommenderade dagliga intaget av koppar?

Rekommendationer för det genomsnittliga dagliga intaget av koppar har inte fastställts på grund av brist på data.

Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet publicerar dock värden för ett tillräckligt intag av koppar. Ett tillräckligt intag är ett medelvärde som baseras på observationer. Det antas vara tillräckligt för att tillgodose befolkningens behov.

Dessutom finns det en övre gräns för kopparintag som fortfarande är tolerabelt för människor. Denna gräns motsvarar det maximala långsiktiga dagliga intaget av koppar från alla källor vid vilket det inte finns någon risk för negativa hälsoeffekter.

Sammanfattning i tabellform av adekvat dagligt intag och övre gräns för intag av koppar per ålder

Störningar i kopparhomeostasen i kroppen

Att bibehålla kopparnivåerna inom det fysiologiska intervallet är viktigt för att bibehålla hälsan och en väl fungerande kropp.

I detta avseende är de regleringsmekanismer som underlättar homeostas - i synnerhet regleringen av kopparintag och utsöndring - det viktigaste elementet.

Varje avvikelse eller störning i dessa mekanismers funktion kan vara en potentiell orsak till kopparbrist i kroppen eller, tvärtom, dess överdrivna ackumulering.

Vilka är konsekvenserna av kopparbrist?

Det är viktigt att notera att kopparbrist är ett relativt sällsynt tillstånd hos människor.

De vanligaste orsakerna till kopparbrist är lågt intag via kosten eller absorptionsproblem.

Personer som löper risk att utveckla en sådan brist är t.ex:

• nyfödda med låg födelsevikt
• spädbarn som får komjölk
• gravida och ammande kvinnor
• patienter som får total parenteral nutrition (näring som ges i en ven)
• patienter med ätstörningar, malabsorptionssyndrom eller Crohns sjukdom
• patienter med diabetes, kroniska alkoholdrickare, vegetarianer
• personer som regelbundet tar antacida (läkemedel som minskar surhetsgraden i magsaften)

Synliga eller märkbara symtom på kopparbrist är svaghet, trötthet, pigmentförlust (särskilt från håret), hudutslag, oregelbunden hjärtrytm, låg kroppstemperatur.

Systemiska symptom inkluderar försvagade blodkärl som leder till ökad blödning och blåmärken, benmärgs- (osteoporos) och ledstörningar, eller otillräcklig sköldkörtelfunktion.

Det finns också en ökad mottaglighet för infektioner (på grund av ett minskat antal vita blodkroppar) och brist på röda blodkroppar (anemi).

Otillräckligt kopparintag under graviditeten leder senare till utveckling av ihållande neurologiska och immunologiska störningar hos barnet.

Vilka är konsekvenserna av kopparöverskott?

Även om koppar är ett viktigt grundämne för kroppen kan det också vara farligt. Dess ackumulering leder till många negativa effekter.

Akut och kronisk koppartoxicitet är relativt sällsynt. Det orsakas oftast av olyckor, miljöföroreningar eller medfödda fel i ämnesomsättningen.

Symtom på akut överdosering av koppar är matsmältningsbesvär som illamående, kräkningar (ibland med blod), buksmärtor eller sveda, metallsmak i munnen, irritation eller inflammation i mage och tarmar samt blödningar i matsmältningskanalen.

Koppar är starkt irriterande för mag-tarmkanalen. I höga doser orsakar det irritation och skador på slemhinnan i mag-tarmkanalen och orsakar den karakteristiska blågröna färgen.

Det orsakar också skador på huden (urtikaria, utslag), njurarna och levern (gulsot), blod i urinen och andningsbesvär.

Systemiska symptom är letargi, depression i centrala nervsystemet, muskelskador, förhöjt blodtryck, nedbrytning av röda blodkroppar och därmed sammanhängande bristsjukdomar.

Inandning av kopparhaltiga ångor leder till irritation av slemhinnorna i mun, ögon och näsa, samt torr hals, feber, frossa, huvudvärk och muskelvärk. Allergiska reaktioner kan uppstå när koppar kommer i kontakt med huden.

Symtom på långvarigt överdrivet kopparintag är främst matsmältningsproblem som illamående, kräkningar och buksmärtor. Gradvis uppstår lever-, njur- och hjärnskador, immun- och blodsjukdomar.

Personer som löper risk att utveckla kronisk koppartoxicitet är

• patienter som genomgår dialys med kopparrör
• personer som är i långvarig kontakt med kopparbaserade bekämpningsmedel
• spädbarn som får långvarig total parenteral nutrition

Medfödda fel i kopparmetabolismen

De vanligaste sjukdomarna som är förknippade med defekter i kopparmetabolismen i kroppen är Menkes sjukdom och Wilsons sjukdom.

Båda är sällsynta medfödda sjukdomar.

Menkes sjukdom orsakas av en defekt i ATP7A-proteinet (Menkes protein) på grund av en mutation i den gen som kodar för dess syntes.

Eftersom detta protein styr fördelningen av koppar från blodkropparna till blodet, orsakar dess brist också kopparbrist i kroppen och därmed nedsatt funktion hos kopparberoende enzymer.

Detta inkluderar enzymer som ceruloplasmin, cytokrom c-oxidas, tyrosinas etc.

Sjukdomen drabbar främst pojkar och manifesterar sig i tidig barndom (så tidigt som några veckor efter födseln). Prognosen för sjukdomen är ogynnsam. Patienterna dör vanligtvis inom tre år efter födseln.

Menkes sjukdom orsakar försenad tillväxt och utveckling (även mentalt), hjärnskador, mental retardation och allvarliga neurologiska störningar. Den skadar också bindväv, blodkärl och skelett (frakturer, osteoporos).

Symtomen är karakteristiskt hårutseende (mycket små lockar och minskad pigmentering - vanligtvis grått hår), minskad muskelspänning, slappt ansikte eller kramper.

Ett annat medfött fel i kopparmetabolismen är Wilsons sjukdom.

Detta är en progressiv sjukdom som kännetecknas av försämrad transport och överdriven ackumulering av koppar i organ och vävnader.

Orsaken till dessa förändringar är en defekt i ATP7B-proteinet (Wilson-protein), också på grund av en mutation i genen som kodar för dess syntes.

Detta protein finns huvudsakligen i levern och ansvarar för att binda koppar till proteinet ceruloplasmin och även för utsöndringen av koppar från kroppen genom gallan.

Brist på ATP7B-protein orsakar ackumulering av fria kopparfraktioner i levern, vilket leder till cirros. Koppar ackumuleras också i andra vävnader såsom hjärnan, hornhinnan, njurarna etc.

Denna ansamling orsakar hjärnskador, personlighetsförändringar, blodkoagulationsproblem, anemi, nervstörningar, njursjukdomar eller gulsot.

En karakteristisk manifestation av Wilsons sjukdom och avlagringen av koppar i vävnaderna är bildandet av en guldbrun ring runt periferin av hornhinnan - Kayser-Fleischer-ringen.

Andra symtom är muskelsvaghet, muskelstelhet (särskilt i armarna), långsamma rörelser, yrsel och svindel.

Behandlingen av Menkes sjukdom består av intravenös koppar (injiceras i en ven). Tidig diagnos och dagliga injektioner kan förebygga nervskador och kan förlänga livet för den drabbade patienten.

Målet med behandlingen av Wilsons sjukdom är att eliminera kopparupptaget via mag-tarmkanalen. Detta uppnås oftast på följande sätt:

• Administrering av zink som motgift. Zink konkurrerar med koppar om bindning till transportproteiner i tarmspalten och blockerar därmed dess absorption.
• Administrering av kelatbildare, som binder koppar till oabsorberbara komplex, t.ex. D-penicillamin.
• Ändring av kosten för att utesluta livsmedel med hög kopparhalt.

Med tidig diagnos av Wilsons sjukdom och adekvat behandling kan patienterna leva normala liv, till skillnad från den dödliga Menkes-sjukdomen.

Andra kopparrelaterade sjukdomar

Störningar i kopparhomeostasen leder också till oxidativ stress och därmed bildandet av fria radikaler som är skadliga för kroppen.

Bildandet av fria radikaler kan bidra till utvecklingen av allvarliga neurologiska sjukdomar som Alzheimers sjukdom eller Creutzfeldt-Jakobs sjukdom.

Koppar är också kopplat till utvecklingen av cancer. Kopparkoncentrationerna i blodet är ofta kraftigt förhöjda vid förekomst av cancer och korrelerar med förekomst, utveckling, storlek och progression av tumörer.

I samband med koppar kan vi också nämna en sjukdom som kännetecknas av en minskad förekomst av det kopparhaltiga enzymet ceruloplasmin i blodet. Vi talar om aceruloplasminemi.

Även om denna sjukdom inte orsakar betydande förändringar i själva kopparmetabolismen, är den orsaken till överdriven och skadlig ackumulering av järn i levern och andra organ.