Как медь влияет на организм человека: Влияние меди на организм человека

за что отвечает, к чему приводит дефицит

 

Медь участвует во многих процессах, проистекающих в организме. Например, вместе с железом она принимает участие в образовании эритроцитов – красных клеток крови. Также она является ключевой составляющей коллагена – нашего основного структурного белка. В частности, участвует в создании сетки из коллагеновых и эластиновых волокон. От того, насколько хорошо она сплетена, зависит упругость кожи и сосудов.

Важная бьюти-функция меди – непосредственное участие в образовании пигментов волос и кожи. Например, когда вы лежите на пляже, организм в режиме аврала производит пигмент меланин, чтобы защитить кожу от повреждающего действия солнца. Как результат – вы загораете, а тело при этом тратит значительную часть от небольшого запаса меди, имеющегося в организме. А если вы принимаете солнечные ванны, будучи на строгой диете, не удивляйтесь, если из-за недостатка важнейшего металла организм даст сбой.

 

Дефицит меди

Если в вашем рационе не хватает белковой пищи, это неизбежно приведет к дефициту меди.

А он, в свою очередь, может отразиться даже на загаре, не говоря о внутренних процессах. Чрезмерные повреждения кожи из-за отсутствующего меланина впоследствии приводят к раннему старению, преждевременному обвисанию, появлению глубоких морщин.

Медь может интенсивно расходоваться в периоды активного роста – например, во время беременности. Если расход элемента повышен, его нужно компенсировать полноценным питанием, в котором содержится достаточное количество животного белка.

 

Откуда получить?

Лучший источник меди – говяжья печень. Если вы ее не любите, можно налегать на морепродукты, особенно креветки и крабы. Сразу за ними, хотя и с существенным отрывом, идут семечки и орехи, грибы и даже шоколад. Но сравните сами: в ста граммах крабового мяса содержится две суточных нормы меди, а в таком же количестве печени – полторы, а орехов кешью для такого же эффекта придется съесть минимум стакан. А это – целая куча дополнительных калорий.

А лучше (и приятнее!) всего набирать норму меди из разных продуктов – печени, морепродуктов, орехов, семян, грибов, кураги, чернослива, бананов, фасоли. Помимо того, что сделаете суточную норму необходимого металла, вы получите гораздо больше витаминов и минералов, чем при одинаково скудном рационе.

 

Как сохранить медь?

Мало «наесть» необходимый элемент – не менее важно не растерять его. Перечислим основные ситуации, в которых это может произойти:

● Злоупотребление алкоголем. Не можете отказаться от бокала вина или пива, закусывайте их правильно – раками, креветками, устрицами и мидиями.

● Слишком много фруктозы в рационе (проще говоря, фруктового сахара). Чтобы ценный металл не расходовался в никуда, употребляйте фрукты и соки отдельно от главных блюд.

● Прием железосодержащих препаратов. Железо уменьшает всасывание меди, поэтому важно делать перерывы в курсах лечения, чтобы организм успевал восстанавливать запасы нужных веществ.

● Неправильно составленный рацион. Продукты с высоким содержанием меди не рекомендуется есть с хлебом или большим количеством овощей – содержащиеся в них фитаты могут образовывать комплексы с металлом, а после – и вовсе выводить медь из организма.

 

Обед или перекус?

Сделать «супермедный» обед у вас вряд ли получится – вряд ли вы будете есть чистое крабовое мясо, печень или орехи. А если добавить к печени гарнир, к крабам – салат, а к орехам – остальные ингредиенты для пирога, потеряется большая часть ценного элемента.

Получается, что намного полезнее перекусывать продуктами с высоким содержанием меди – например, отварить себе блюдо креветок или обжарить на сухой сковороде ассорти из орехов. И с аппетитом съесть под любимый сериал или журнал – в общем, совместить приятное с полезным.

 

 

Зачем организму нужна медь? | Еженедельник АПТЕКА

Медь является необходимым микроэлементом для жизнедеятельности человеческого организма. Большая ее часть находится в печени, головном мозгу, сердце, почках и скелетных мышцах. Медь способствует образованию коллагена, всасыванию железа и играет важную роль в производстве энергии. Рекомендуемая суточная норма составляет 900 мкг для подростков и взрослых. Дефицит данного элемента встречается редко, и часто спровоцирован генетическими дефектами метаболизма данного микроэлемента или чрезмерным уровнем употребления цинка (150 мг/сут или выше) или витамина C (1500 мг/сут). Наличие дефицита меди наблюдалось у грудных детей, которых кормили коровьим молоком вместо грудного из-за низкого содержания меди в коровьем молоке. Поскольку этот элемент накапливается в печени, ее недостаточность развивается медленно.

Медь входит в состав самых разных продуктов. Большая часть фруктов и овощей содержат небольшое количество меди. В свою очередь, наиболее богатыми источниками данного микроэлемента являются такие пищевые продукты, как говяжья печень (85 г — 12, 4 тыс. мкг), устрицы (85 г — 3,6 тыс. мкг), крабовое мясо (85 г — 1 тыс. мкг), грибы (1 стакан — 790 мкг), орехи кешью (28 г — 622 мкг), чечевица (1 стакан — 497 мкг), миндаль, (28 г — 292 мкг) и шоколад (28 г — 198 мкг).

Нехватка меди в организме может привести к повышенному риску развития инфекционных заболеваний, остеопороза, нарушений неврологических функций и роста. Также на фоне ее дефицита может возникнуть депигментация волос и кожи. Недостаточное употребление меди приводит к нейтропении, то есть, к снижению уровня нейтрофилов в крови. Основная функция нейтрофилов в организме человека — борьба с инфекционными заболеваниями, то есть, чем ниже их уровень, тем больше вероятность развития инфекций.

Тяжелый дефицит меди связан с низкой минеральной плотностью костной ткани и риском развития остеопороза у лиц пожилого возраста. Медь также играет важную роль в поддержании уровня коллагена и эластина — основных структурных компонентов человеческого тела. Без достаточного количества меди ткани организма начнут разрушаться.

По материалам http://www.medicalnewstoday.com

Влияние меди на организм человека: польза и вред

Медь – всем прекрасно знакомый металл, которые встречается повсеместно в нашей жизни. Монеты, трубопроводы, теплообменники и т.п. прочно вошли в наш обиход. Однако кроме промышленного и технического назначения медь играет важную роль и в медицине. Серноокислая медь применяется в форме противомикробных и прижигающих средств. Различные соли, мази используются при лечебных и физиотерапевтических процедурах, профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата. В этой статье рассмотрим влияние меди на организм человека, а также, какую пользу и вред может нанести это вещество.

Физиологическая роль

Может показаться, что для организма человека медь не особо важный макроэлемент и употребление в форме препаратов должно быть обоснованным. Однако она поступает именно с повседневной пищей. Отдельные фрукты и овощи могут содержать ее до 230 мг. Большой объем содержат морские продукты, бобовые, капуста, морковь, яблоки и т.д.

До 95 процентов поступившей в организм меди всасывается в желудочно-кишечном тракте, с максимальной концентрацией в желудке. Наиболее усваиваемая – двухвалентная медь.

Принято считать, что оптимальной интенсивностью приема является 2-3 миллиграмма в сутки. Если элемента поступает недостаточно, то в организме может возникать дефицит.

Вещество находится во всех клетках, тканях и органах. При этом в максимальной концентрации – в печени, почках, крови, головном мозге и других.

Медь чрезвычайно важный элемент, входящий в состав большинства витаминных комплексов. Гормоны, пигменты, ферменты также насыщены ею. Особое влияние оказывает на стабилизацию структуры костей, кровеносных сосудов, сухожилий.

Кроме прочего, элемент имеет выраженные противовоспалительные свойства, способен смягчать симптомы аутоиммунных болезней, помогает усваиваться железу.

Положительное влияние на организм

Принято считать, что медь сопровождает человека с зарождения цивилизации. Именно из этого металла изготавливались первые металлические вилки, ложки, тарелки.

Одной из главных задач элемента в организме является синтез гемоглобина. Также это один из компонентов меланина, отвечающего за цвет волос, кожи, усвояемость витамина Д и скорость загара на солнце.

Польза для нашего организма главным образом в следующих эффектах:

• Окислительно-восстановительный;
• Антивоспалительный;
• Участие в воспроизводстве коллагена, влияющих на характер эластичности кожных покровов;
• Защищает кости от повреждений;
• Повышение иммунитета, нормализация функционирования эндокринной системы;
• Восстановление желудочно-кишечного тракта.

Негативные факторы

При поступлении в организм в достаточных объемах и не превышении допустимой нормы полезные свойства неоспоримы. Однако при нарушении условий приема, можно говорить уже не о пользе, а о негативном влиянии.

Когда происходит перенасыщение, возникают болевые ощущения в мышцах, нарушается режим сна, возникают депрессивные состояния. Возможно развитие преждевременного старения. Чтобы исключить отрицательные явления и не наносить вреда, необходимо выяснить собственные нормы потребления.

Суточная норма потребления

Взрослый человек, ведущий средней активности образ жизни, должен в сутки употреблять около 3 миллиграмм меди. Во время беременности, кормления (лактации) женщина должна потреблять чуть больше – 4-3 миллиграмм в сутки.

В случае с ребенком все будет зависеть от возраста и его веса. Для примера, у детей от 1 года до 3 лет норма – 1 миллиграмм. До 6 лет – 1,5 мг. В возрасте от 7 до 12 уже 2 миллиграмма. С двенадцати лет и более от 2,5 мг.

Увеличение нормы оправдано у спортсменов и людей, имеющих значительные физические нагрузки, а также для людей пожилого возраста. В случае злоупотребления спиртными напитками, сигаретами также суточный объем увеличивается. Повышение потребления меди также должно происходить при снижении иммунитета, стрессе, воспалениях, циррозе печени и др.

Признаки и симптомы недостатка меди в организме

При недостатке данного макроэлемента могут нарушаться основные физиологические процессы, возникать серьезные нарушения и болезни. Обычно человеку достаточно тех объемов меди, которая поступает в организм вместе с обычной пищей. Недостаток может обуславливаться нарушением метаболизма и обмена веществ. Не редко явление встречается у детей до 1 года, так как в молоке объема этого элемента не много. Особенно риску подвержены малыши, рожденные раньше срока.

По некоторым исследованиям ученых имеются данные, связывающие дефицит с возникновением популярных в ХХ веке заболеваний – онкологии, сердечно-сосудистых, ожирения, диабета, инфаркта.

Возможной причиной является плохое усвоение железа, приводящее к нарушению состава крови. Также происходит дестабилизация сердечно-сосудистой, костной систем и соединительных тканей.

К основным проявлениям дефицита меди относится:

• Снижение количества усваиваемого железа, понижение уровня гемоглобина, возникновение анемии.
• Нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы. Повышается риск развития ишемической болезни сердца.
• Нарушается минерализация костной ткани, развивается остеопороз, переломы.
• Повышается предрасположенность к бронхиту, астме, дерматозам.
• Повреждаются оболочки нервных клеток, развивается рассеянный склероз.
• Изменяется пигментация волос.
• Нарушается работа эндокринной системы.
• Угнетаются функции иммунной системы.
• Организм ускоряет свое старение.

Список заболеваний достаточно обширный. Кроме обозначенных выше, он включает в себя множество других вплоть до снижения умственных способностей человека. При первых признаках (выпадение волос, изменение цвета кожи, пигментных пятен, сыпи) необходимо обращаться к врачу. С первого взгляда может показаться, что ничего серьезного, но это могут быть первые признаки серьезного заболевания.

Избыток меди и интоксикация

Отрицательно на организм влияет не только недостаток, но и переизбыток макроэлемента. Причиной может стать отравление парами/частицами вещества во время работы на производстве или при применении медных столовых приборов. Как уже говорилось, выше спровоцировать может нарушенный обмен веществ. Фиксировались случаи интоксикации после употребления грязной воды и после взаимодействия с пестицидами.

Необходимо проявлять особую бдительность при возникновении следующих признаков:

• Возникновение нервозных состояний, бессонницы, снижения памяти.
• Появление мышечной и головной боли, судорог, раздражение слизистой глаз, расширение зрачков, появление конъюнктивита.
• Повышение температуры тела, озноб, чрезмерное потоотделение.
• Боли в области грудной клетки.

Последствиями отравления могут стать возникновение атеросклероза, болезни Альцгеймера. Уже при незначительном переизбытке повреждается печень.

Депрессия и тревожные симптомы – одни из сопутствующих симптомов. Может развиваться шизофрения.

Опасным для человека считается употребление более 200-250 грамм меди в сутки. Эта доза провоцирует серьезные отравления.

Источники поступления меди в организм

Не все знают, что одни и те же продукты могут иметь различный объем макроэлемента. Объясняется это насыщенностью медью земли, в которой произрастал продукт.

Если у человека наблюдается недостаток меди, то не всегда нужно повышать ее содержание, путем употребления специальных препаратов. Во многих обычных продуктах имеются достаточные запасы необходимого вещества. Наиболее ценными являются:

• Крупы.
• Печень, почки животных.
• Морепродукты.
• Овощи.
• Орехи.

При особой необходимости может потребоваться особая диета на основе приведенных выше базисных продуктов.

Источником меди могут быть не только продукты, но и специальные препараты, БАДы, витаминные комплексы.

Медь (Cu, Cuprum) — влияние на организм, польза и вред, описание

История меди

Медь называют одним из первых металлов, которые человек освоил в древности и пользуется им до сегодняшнего дня. Добыча меди была доступной, потому что руду необходимо было плавить при сравнительно невысокой температуре. Первой рудой, из которой стали добывать медь, была малахитовая руда (calorizator). Каменный век в истории человечества сменился именно медным, когда предметы быта, орудия труда и оружие из меди получили самое широкое распространение.

Общая характеристика меди

Медь является элементом XI группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 29 и атомную массу 63,546. Принятое обозначение – Cu (от латинского Cuprum).

Нахождение в природе

Медь достаточно широко представлена в земной коре, в осадочных породах, в водах морских и пресных водоёмах, в сланцах. Распространена как в виде соединений, так и в самостоятельном варианте.

Физические и химические свойства

Медь является пластичным, так называемым переходным металлом, имеет золотисто-розовый цвет. При контакте с воздухом на поверхности меди образуется оксидная плёнка, придающая металлу желтовато-красный оттенок. Известны основные сплавы меди – с цинком (латунь), с оловом (бронза), с никелем (мельхиор).

Суточная потребность в меди

Потребность в меди у взрослого человека составляет 2 мг в день (около 0,035 мг/ 1 кг веса).

Продукты питания богатые медью

Медь – один из самых важных микроэлементов для организма, поэтому продукты питания, богатые медью, должны быть в рационе каждого.

Это:

Признаки нехватки меди

Признаками недостаточного количества меди в организме служат: анемия и ухудшение дыхания, потеря аппетита, расстройства желудка, нервозность, депрессивные состояния, быстрая утомляемость, нарушения пигментации кожи и волос, ломкость и выпадение волос, сыпи на кожных покровах, частые инфекции. Возможны внутренние кровотечения.

Признаки избытка меди

Переизбыток меди характеризуется бессонницей, нарушениями мозговой активности, эпилепсией, проблемами с менструальным циклом.

Взаимодействия с другими

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента.

Применение меди в жизни

Медь имеет огромное значение в народном хозяйстве, её основное применение – электротехника, но металл широко используется для чеканки монет, часто – в произведениях искусства. Медь также используется в медицине, архитектуре и строительстве.

Полезные свойства меди и его влияние на организм

Требуется для превращения железа организма в гемоглобин. Делает возможным использование аминокислоты тирозин, позволяя ей проявлять свое действие как фактору пигментации волос и кожи. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь также участвует в процессах роста и размножения. Принимает участие в образовании коллагена и эластина и синтезе эндорфинов – гормонов «счастья».

Автор: Виктория Н. (специально для Calorizator.ru)
Копирование данной статьи целиком или частично запрещено.

ВЛИЯНИЕ МЕДИ НА ОГРАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

ВЛИЯНИЕ МЕДИ НА ОГРАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Григорьева У.С. 1

---

1МБОУ СОШ №12 «Центр образования»

Акимова О.В. 1Матвеева А.М. 1

---

1МБОУ СОШ № 12 «Центр образования»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

1.Введение.

 

Богат и интересен мир металлов. Медь — поливалентный металл XI группы таблицы Менделеева. Самой устойчивой степенью окисления меди является 2+, затем 1+.  Реже можно получить соединения меди со степенями окисления 3+, 4+ и 5+.

Считается, что своё латинское название (Cuprum) этот металл получил благодаря острову Кипр, на котором более 5000 лет назад находились медные рудники и местные жители освоили технологии переработки медной руды в различные изделия. Однако, археологам встречались медные изделия и гораздо более позднего периода. Так, в Ираке была найдена медная подвеска, датируемая 8700 г до н.э. Следовательно, человечество пользуется медью уже как минимум на протяжении 10000 лет.

Несмотря на это, медики заинтересовались ее влиянием на организм человека лишь в конце 18 века. В 1893 году ученый из Швейцарии К. Негель объявил об антисептических свойствах меди. После этого было сделано открытие о решающей роли меди в обмене веществ всех живых организмов на планете и она была отнесена к важным микроэлементам.

Из 100-150 мг (по некоторым данным — 250 мг) меди, распределенной в организме человека, 10% приходится на клетки печени. Человеческий организм испытывает постоянную потребность в меди, т.к. не может использовать ее повторно. Поэтому ежедневно с пищей человек обязательно должен получать 2-3 мг меди.

В наибольшем количестве этот элемент  содержат такие продукты как:

— орехи (500-1450 мкг),

— макаронные изделия (650-700 мкг),

— морепродукты (500-900 мкг),

— злаковые (470-530 мкг)

— печень крупнорогатого скота (3000-3800 мкг).

2. Основная часть проекта.

Актуальность темы исследования:

Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и ее сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры.

Цель исследования:

Изучение специфических свойства меди, ее биологическую роль, степени воздействия на здоровье человека.

Задачи исследования:

Проанализировать собранный теоретический материал о меди, ее свойства, применение, путях поступления в организм человека, последствиях их воздействия.

Провести эксперимент, показывающий влияние ионов меди на биологические системы.

Методы исследования:

1. Сбор и анализ информации по теме с использованием различных литературных источников.

2. Эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.

3. Теоретическая часть проекта.

I. Характеристика меди.

Медь. Положение в периодической системе Д.И.Менделеева: медь (порядковый номер 29) находится в 4-м периоде, 1-ой группе, побочной подгруппе.
Cu – МЕДЬ. Это красноватый до желто-красного металл, относительно мягкий, тугоплавкий и пластичный. Медь обладает очень высокой электро- и теплопроводностью. Она легко прокатывается в листы и вытягивается в проволоку. На воздухе поверхностный слой окисляется до оксида меди (II). Металл растворяется в кислотах, обладающих окислительными свойствами, в частности в азотной и концентрированных серной и соляной в приутствии кислорода. Содержание меди в земной коре 0, 0047 %. Иногда встречается и самородная медь.

II. Положительная роль меди:

в желудочно-кишечном тракте абсорбируется до 95% поступившей в организм меди,

медь принимает участие в синтезе эритроцитов и лейкоцитов,

усиливая активность работы гормонов, воздействует на работу эндокринной системы,

укрепляет стенки кровеносных сосудов,

способствует повышению иммунитета и нейтрализации радикалов,

медь играет важную роль в процессе выработки половых гормонов у женщин,

влияет на правильную работу пищеварения, то есть на железы внутренней секреции,

действуя вместе с витамином С, мешает проникновению в организм воспалительным и микробным веществам,

влияет на изменение цвета волос, кожи и ногтей.

III. Отрицательное влияние меди:

Токсическая доза для человека: более 250 мг.

функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессия, бессонница),

при вдыхании паров может проявляться «медная лихорадка» (озноб, высокая температура, проливной пот, судороги в икроножных мышцах),

нарушения функций печени и почек.

поражение печени с развитием цирроза и вторичным поражением головного мозга, связанным с наследственным нарушением обмена меди и белков (болезнь Вильсона-Коновалова).

IV. Историческая справка.

По мнению французского учёного М.Бертло, человечество познакомилось с медью не менее 5 тыс. лет назад. По мнению других исследователей – раньше. Медь, а затем её сплав – бронза – обозначили целую эпоху в истории развития человечества – медный и бронзовые века. Бронза вытеснила каменные и медные орудия труда.

Бронза, как и медь, оказалась прекрасным материалом для чеканки и скульптуры. В V в. до н.э. люди научились отливать бронзовые статуи. При сплавлении меди с цинковой пылью получается другой замечательный металл – латунь.
Медь наряду с золотом и серебром встречается в самородном состоянии (самый крупный из когда-либо найденных самородков меди весил 420 т). Она обладает хорошей ковкостью, легко обрабатывается. Хотя медное орудие было не таким твёрдым, как камень, но затупившееся остриё его можно было заточить и использовать снова. В рукописях, найденных при раскопках одной из гробниц в Фивах, содержались секреты «получения» золота из меди египетскими жрецами.
В 3-м тысячелетии до н.э. в Египте было сооружено одно из семи чудес света — пирамида Хеопса. Эта величественная гробница фараона сложена из 2 миллионов 300 тысяч каменных глыб весом по 2,5 т, и каждая из них была добыта и обработана медным инструментом. Токсическое действие меди.

Медь относят к группе высокотоксичных металлов. Ионы меди способны блокировать ферменты и нару­шать их каталитическую функцию. Медь в организме играет важную роль в поддержании нормального со­става крови, т.к. активизирует железо печени для об­разования гемоглобина.
При отравлении медью появляются следующие симптомы: соли меди вызывают расстройство цен­тральной нервной системы, печени и почек, поражение зубов и слизистой рта, вызывают гастриты, язвенную болезнь желудка, снижение иммунобиологической ре­активности, разрушают эритроциты. При малых кон­центрациях возможны анемия и заболевания костной ткани. Избыток меди может вызвать желтуху.
Источники загрязнения: промышленные выбросы, отходы, стоки предприятий цветной металлургии, вы­хлопные газы автотранспорта, медьсодержащие удо­брения и пестициды, сжигание топлива.

VI. Применение меди в медицине.

В медицине медь в виде сульфата меди также применяется в качестве антисептического и вяжущего средства в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата медь используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат меди применяют как рвотное средство. Нитрат меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

В 1893 году швейцарский ботаник Карл Негель доложил научному миру о своем открытии — антимикробном действии меди и серебра. Негели наблюдал гибель микроорганизмов в воде при концентрациях в ней металлов, составляющих миллионные доли от количества раствора, т.е. следовые. Эти свойства меди и серебра были названы олигодинамическими, от греческих слов «олигос» и «динамис». В буквальном переводе: «действие следа». Дальнейшими исследованиями было установлено, что наибольшим олигодинамическим действием обладает серебро. Действие меди в 4-5 раз слабее. Но взятые вместе, эти металлы многократно усиливают свойства друг друга. И свойства не только антимикробные.

4. Методика исследования.

При взаимодействии ионов меди с иодидом калия образуются осадок:
Cu ⁺² + 2 I ^— = CuI ₂ (бурый)

При действии гидроксид ионов на ионы меди образуются осадок:
Cu⁺² + 2 OH ^— = Cu(OH)₂ (голубой)

5. Экспериментальная часть проекта.

Опыт 1. Исследование влияния ионов меди на биологические системы.
Цель: убедиться в раз­рушительном действии солей меди на белки.
В 2 пробирки налили по 2 мл раствора белка.

В пробирку №1 – контрольный образец.

В пробирку №2 добавили 1 мл хлорида меди (II).

Опыт 2. Изменение в структуре куриного белка при приливании медного купороса разной концентрации.

Цель: выяснить влияние концентрации ионов меди на биологические системы.
В химический стакан № 1 добавили 10 мл 5% раствора медного купороса.
В химический стакан № 2 добавили 10 мл 20% раствора медного купороса.

6. Результаты исследования.

Опыт 1. Исследование влияния ионов тяжелых ме­таллов на биологические системы.

№пробирки	Состав веществ	Результат
1	Чистый белок
2	2 мл белка+1 мл хлорида меди (II).	Белок свернулся, образовался голубой сгусток.

Вывод №1. Ионы меди разрушают струк­туру белка. Этот процесс называется денатурацией.
Опыт 2. Изменение в структуре куриного белка при приливании медного купороса разной концентрации.

№пробирки	Состав веществ	Результат
1	2 мл белка +1мл 5% раствора медного купороса.	Денатурация белка происходит в небольшом количестве, часть белка прореагировала, образовался осадок голубого цвета.
2	2 мл белка +1 мл 20% раствора медного купороса.	Денатурация белка происходит сильно, прореагировал весь белок.

Вывод №2. При увеличении концентрации ионов меди усиливается процесс денатурации белка.

7. Выводы.

Соли меди вызывают на обратимое осаждение белков; под их воздействием происходит значительное изменение свойств (денатурация) белков и они после осаждения теряют способность растворяться в воде и в разбавленных солевых растворах, а также теряется физиологическая активность.

Обсуждение проблемы сохранения здоровья человека связано с проблемой ограничения в окружающей среде количества загрязнителей. Прежде всего, каждый человек должен сам заботиться о своем здоровье. Для этого необходимо постоянно расширять знания о себе и окружающем мире. Ваше здоро­вье в ваших руках. Берегите себя и своих близких.

Заключение.

Малые дозы меди влияют на обмен углеводов в организме (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и других. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

Целебные свойства меди известны с древности. В старину медью лечили глистные заболевания, эпилепсию, хорею, малокровие, менингит. Медь способна убивать микробов; работники медных заводов никогда не болели холерой. Кузнецы, опоясанные медной проволокой, никогда не страдали радикулитами. Для лечения болей в суставах, отложения солей используют старинное средство в виде медного кольца, которое носят на пальце несколько месяцев, боли при этом уменьшаются, а подвижность в суставах увеличивается. В старину существовал оригинальный и простой способ лечения лихорадки. Раскаленный екатерининский пятак из чистой меди бросали в сосуд с горячей водой и давали пить больному эту воду по 1 столовой ложке 3 раза в день. Больным эпилепсией вкладывали в руки медные монеты, шарики и кольца.

Но, стоит подчеркнуть, что в больших количествах медь очень опасна для организма. Отравление медью приводит к тяжелейшим заболеваниям — анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона (медная болезнь или гепатоцеребральная дистрофия). И хотя у человека отравление медью возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения меди из организма, в больших дозах медь вызывает рвоту. Также может наступить общее отравление медью (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние). Это всегда следует помнить при лечении медью. Поэтому прежде чем проводить лечение медной водой необходимо проконсультироваться с врачом.

9. Список использованных источников и литературы.

Венецкий, С.И. Рассказы о металлах/С.И. Венецкий//М.: Металлургия – 1970. – С. 45-67.

Девяткин, В.В., Ляхова, Ю.М. Химия для любо­знательных, или о чем не узнаешь на уроке/В.В. Девяткин//Ярославль: Академия разви­тия.- 2000. – С. 50 – 55.

Зоммер, К. Аккумулятор знаний по химии/К. Зоммер//М: Мир. – 1989. – С. 12-15.

 

Просмотров работы: 300

Влияние меди на организм человека Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Bulletin of Medical Internet Conferences (ISSN 2224-6150)

2017. Volume 7. Issue 6

Ю: 2017-06-2076-Т-14334 Тезис

Попов Д.А.

Влияние меди на организм человека

ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, кафедра общей биологии, фармакогнозии и ботаники

Научный руководитель: к.б.н. Андронова Т.А.

Медь — химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546, валентность 1 и 2. При окислении покрывается пленкой с красным оттенком. Не подвергается химическому воздействию воды и воздуха.

Действие микроэлемента крайне важно в организме человека:

1. Входит в состав ферментов, например, супероксиддисмутазы, участвующей в нейтрализации свободных радикалов кислорода.

2. Участвует в выработке энергии за счет переработки жиров, углеводов и белков.

3. Контролирует кровяное давление за счет синтеза простагландина. Аппликации меди (медные браслеты) снижают температуру, снимают боль, успокаивают нервную систему, оказывают антисептическое действие.

4. В комплексе с аскорбиновой кислотой предотвращает болезнетворное действие некоторых видов бактерий.

5. Обеспечивает правильную работу желез, участвующих в процессе пищеварения.

6. Играет важную роль в выработке женских половых гормонов.

Нехватка меди способна вызвать серьезные нарушения в работе организма. Ученые связывают дефицит ее с развитием таких заболеваний как: рак, болезни сердца, ожирение, сахарный диабет и инфаркт миокарда.

С другой стороны избыток меди может сопровождаться: ухудшением памяти, бессонницей, нервозным состоянием, раздражением слизистых и конъюнктивитом, головной и мышечной болью.

В организм человека медь может поступать со следующими продуктами: печень (больше в говяжьей), арахис, грецкий орех, фисташки, фундук, креветки, бобовые, гречка, рис, пшеница, овсянка, макаронные изделия.

Цель работы: выяснить осведомленность студентов — медиков о роли меди в организме человека.

Материал и методы. Чтобы выяснить, насколько студенты-медики осведомлены о роли меди, был проведён анонимный опрос 70 человек, обучающихся в СГМУ им. В.И. Разумовского. Результаты опроса показали:

64% — знают о биологической роли меди в организме человека; 11% — не знают о роли этого элемента 25% — не задумывались над этим вопросом.

Заключение. Из этого следует, что о роли меди студенты в большей степени осведомлены, и это окажет благотворное влияние на их компетентность в будущем как специалистов.

Ключевые слова: медь, микроэлемент, нехватка, избыток, источник

www.medconfer.com

© Bulletin of Medical Internet Conferences, 2017

описание, свойства и норма для организма

Медь относится к группе металлов. Представляет собой пластичное вещество золотисто-розовой расцветки (см. фото). При окислении покрывается пленкой с красным оттенком. Не подвергается химическому воздействию воды и воздуха.

Название происходит от латинского слова Cuprum, которое в свою очередь было получено от названия греческого острова Кипр. В славянских языках слова «медь» и «медный» были обнаружены в самых древних рукописях. А алхимики именовали ее «венерой», ведь именно на острове Кипр эта богиня явилась на свет.

В истории существует целая эпоха, когда медь и бронза (более твердый сплав олова и меди) были одними из самых используемых веществ. Они довольно активно применялись для изготовления орудий труда, применявшихся даже при постройке египетских пирамид. Также в ходу был сплав меди и цинка под названием латунь.

Сегодня этот металл активно используется при производстве проводов электротехники, в теплообменниках и радиаторах благодаря высоким теплопроводным свойствам. Также из этого вещества производят различные трубы для транспортировки воды, для отопления и холодильных машин.

Действие меди и ее влияние на организм человека

Действие макроэлемента крайне важно в организме человека, оно распространяется на функционирование кровеносных сосудов; отвечает медь за состояние кожи, выработку иммунитета и прочие реакции.

Биохимия меди заключается в участии ее в ферментативных реакциях, в качестве катализирующего компонента.

Меди было присвоено звание «металла жизни». Стоит перечислить все качества этого элемента, чтобы понять, что такое название было дано ему вполне заслужено:

• является важным антиоксидантом в составе ферментов, благодаря чему влияет на выработку коллагена, меланина, гистамина, а также ведет борьбу со свободными радикалами;
• на пару с железом принимает активное участие в формировании эритроцитов и гемоглобина – основных компонентов крови, (поэтому кроветворение считают самой важной функцией элемента), а сами кровеносные сосуды делает эластичными и прочными;
• обеспечивает функцию инсулина;
• участвует в выработке энергии за счет переработки белков, жиров и углеводов, попадающих в организм с пищей;
• контролирует кровяное давление за счет синтеза фермента простагландина;
• в комплексе с аскорбиновой кислотой предотвращает болезнетворное влияние инфекций и некоторых видов бактерий;
• обладает противовоспалительным эффектом;
• обеспечивает правильную работу желез, участвующих в процессе пищеварения;
• транспортирует железо, которое без ее участия начнет накапливаться без потребности и перестанет выполнять свои функции;
• играет важную роль в выработке женских половых гормонов;
• влияет на реакции фосфолипидов в мембранах клеток головного мозга и нервной системы.

Такие качества довольно уникальны, учитывая то, что в нашем организме содержится всего 75-150 мг элемента. Более половины всего вещества концентрируется в мозге и печени и чуть менее 50% распространены по всем мышцам и костному скелету.

Экскурс в историю

Даже в древности люди были абсолютно уверены в полезных качествах меди, например, знаменитые греки Аристотель и Эмпедокл держали медь при себе всегда: первый спал с медным шариком в руке, другой ученый вообще носил обувь с медной подошвой. Сама Клеопатра носила браслеты сделанные из ранее упомянутого вещества, которые помогали сохранять ее кожу молодой и упругой. Сегодня же мы знаем, что все дело в правильной выработке белка.

Известно, что медь применяли для лечения эпилепсии, малокровия, менингита, заражения паразитами. Медная проволока, обмотанная вокруг пояса, позволяла избегать радикулитов, кольца из металла уменьшали боли в суставах и увеличивали их подвижность. А на медных рудниках и заводах практически не наблюдались вспышки холеры и чумы.

Также знаменит был способ лечения лихорадки, при котором пятак из меди раскаливали и в таком виде бросали в горячую воду. Этот «настой» больной должен был пить в течении дня. Говорят, такая монета, приложенная к вискам, помогает избавиться от головной боли. Осталось только найти монету царских времен. 🙂

Кстати, на Руси из сплавов элемента делали самовары, благодаря чему его частички с чаем попадали в организм.

Суточная норма

Суточная норма макроэлемента колеблется в зависимости от некоторых обстоятельств от 0,7 до 5 мг. Например, взрослым потребуется 1-2 мг, а детям от 1 до 3 мг.

Потребность возрастает при беременности и в период лактации до 3 мг в сутки. Также увеличить дозы необходимо спортсменам и  людям, чья деятельность связана с физическими нагрузками, людям преклонного возраста. Как ни странно, «напарниками по несчастью» являются те, кто злоупотребляет алкоголем и никотином. Еще увеличенные дозы потребуются при сниженном иммунитете, стрессовых состояниях, воспалительных процессах, гастрите, атеросклерозе, циррозе печени и анемии.

Недостаток (дефицит) меди — причины и симптомы

Недостаток макроэлемента вызывает отклонения в физиологических процессах организма. Еще 100 лет назад ученый А. Залманов писал, что все болезни изначально являются одинаковыми процессами и для их лечения, прежде всего, необходимо систематизировать обмен веществ. А современные методы терапии, наоборот делают все возможное, чтобы усугубить ситуацию при помощи антибиотиков, которые убивая одни микробы, порождают другие, более устойчивые. Он называл это «фармацевтической вахканалией» химической промышленности.

Нехватка меди способна вызвать серьезные нарушения в работе всего организма, а также некоторые болезни. Ученые связывают дефицит металла с развитием таких заболеваний 20 века: онкологией, болезнями сердца, ожирением, сахарным диабетом и инфарктом миокарда.

Причины заключаются в возможном неусвоении железа, которое приводит к нарушениям в составе крови. Может нарушиться вся сердечно-сосудистая система, дестабилизируется функция костной и соединительной тканей.

Недостаток меди приводит к дефициту фермента меланина, что вызывает раковое заболевание кожи – меланому и увеличивает риски развития этой болезни на других органах. Кстати, ранняя седина также может быть вызвана этой причиной, т.к. происходит депигментация волосяного покрова.

Еще недостаток меди способен вызывать осложнения при затянувшихся или хронических воспалительных процессах. Причина в том, что запасы элемента исчерпываются, а соответственно перестают вырабатываться ферменты и ситуация может значительно усугубляться.

Список болезней довольно широк и заставляет задуматься: анемия, бронхиты, астма, невриты, глаукома, остеопороз, импотенция, подагра. Еще не стоит забывать, про  псориаз, туберкулез, эпилепсию, токсикоз, дистрофию мышечной ткани. Отрицательное влияние сказывается и на умственных способностях человека.

Прекрасный пол может пострадать еще в подростковом возрасте, ведь нехватка приводит к задержке полового развития, нарушению менструальной функции и бесплодию. У более взрослых представительниц прекрасной половины человечества возможен такой симптом, как ускорение старения, которое выражается не только внешне, но и в нарушении нормальной жизнедеятельности организма.

Обычно человеку достаточно того количества меди, которое он получает с пищей, поэтому ее недостаток чаще всего обусловлен нарушением обмена веществ в организме. Причинами также могут служить преизбыток цинка, аскорбиновой кислоты, молибдена и фруктозы. Но дефицит может быть частым явлением среди детей до 1 года, т.к. в грудном молоке меди очень мало, впрочем как и в коровьем, так что в этом отношении животное молоко не является полноценной заменой материнскому. Особенно подвержены нехватке недоношенные дети.

Еще подобный процесс может возникнуть при недостатке белков или неполноценных окислительно-восстановительных процессах, а также при приеме противовоспалительных препаратов, как стероидного характера, так и нестероидного, антибиотиков.

Обращайте внимание на первые признаки, выражающиеся в выпадении волос, изменении цвета кожи или ее пигментации, появлении сыпи и обязательно обращайтесь к врачу. Столь «невинные» признаки могут быть симптомами серьезных заболеваний.

Избыток меди и отравление этим химическим элементом

Переизбыток макроэлемента весьма токсичен для организма. Несмотря на всю полезность меди, все должно быть в меру. Причинами могут послужить интоксикация парами и частицами элемента при работе на профильных производствах или использование в быту медной посуды. Еще важным фактором может послужить нарушение обмена элемента в организме. Наблюдались случаи, когда отравления происходили при употреблении загрязненной воды и  у рабочих сельскохозяйственной деятельности при применении пестицидов на основе соединений меди.

Обращайте внимание на такие признаки:

• ухудшение памяти, бессонница, нервозное состояние;
• слезотечение, раздражение слизистых и конъюнктивит, чихание, головная и мышечная боль;
• высокая температура, повышенное потоотделение, судороги в конечностях.

Токсичным считается прием более 200-250 грамм меди за сутки, что вызывает серьезные отравления. Такой преизбыток приводит к развитию заболеваний печени и почек, поражению головного мозга, аллергическим реакциям, атеросклерозу, болезни бронхов, шизофрении.

В каких пищевых источниках содержится?

Продукты питания, в которых содержится медь, достаточно разнообразны и доступны. Из животных продуктов обязательно следует отметить баранину, телятину и, на всякий случай, верблюжатину. Также не забываем про морепродукты, они являются богатым кладезем элемента.

Из действительно доступных каждому человеку, но не менее полезных во всех смыслах в список попали картофель, орехи, грибы, гречка, пшеница, овес, яичный желток, какао, мята, рябина, петрушка, чернослив.

Молочные продукты очень бедны медью, и кроме того, способны ее «дисквалифицировать» в  других продуктах, поэтому их употребление следует отделить от основного приема пищи хотя бы на час. Такое же действие оказывают полуфабрикаты и продукты фаст-фуда.

Термическая обработка практически не повлияет на количество меди в продуктах.

Взаимодействие с другими веществами довольно активно, но последствия могут быть разными. Положительное влияние оказывает совместная деятельность с кобальтом и железом в умеренных количествах. А вот сотрудничество не складывается с алкоголем, гормональными препаратами, фитатами из злаков, высоким содержанием фруктозы и аскорбиновой кислоты, молибденом, цинком, магнием и витамином А.

Показания к назначению в лечебных целях

Показания к назначению макроэлемента в медицинских (лечебных) целях:

• в качестве антисептика;
• при лечении конъюнктивита в виде капель;
• лечение ожогов фосфором;
• рвотное средство;
• глазная мазь при трахоме;
• гипохромная анемия у детей;
• лечение опорно-двигательного аппарата;
• для изготовления внутриматочных спиралей для контрацепции.

Cуточная норма

Необходимая суточная норма: 1000 — 4000 мкг

Продукты содержащие медь

• Шиитаке сушеные

• Баранья печень

• Какао-порошок

• Говяжья печень

• Свиная печень

• Бразильский орех

• Вяленые томаты

Польза для здоровья, рекомендуемое потребление, источники и риски

Медь — важный микроэлемент, необходимый для выживания. Он содержится во всех тканях организма и играет роль в создании красных кровяных телец и поддержании нервных клеток и иммунной системы.

Он также помогает организму образовывать коллаген и усваивать железо, а также играет роль в производстве энергии.

Большая часть меди в организме содержится в печени, мозге, сердце, почках и скелетных мышцах.

Как слишком много, так и слишком мало меди могут повлиять на работу мозга.Нарушения связаны с болезнью Менкеса, Вильсона и Альцгеймера.

Дефицит встречается редко, но может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям и другим проблемам.

В этой статье рассматривается польза меди для здоровья, источники и любые потенциальные риски для здоровья.

Поделиться на Pinterest Медь — полезный материал, но это также ценный минерал, содержащийся в продуктах питания.

Медь — важное питательное вещество для организма.

Вместе с железом он позволяет организму образовывать эритроциты.

Он помогает поддерживать здоровье костей, кровеносных сосудов, нервов и иммунную функцию, а также способствует усвоению железа.

Достаточное количество меди в рационе может помочь предотвратить сердечно-сосудистые заболевания и остеопороз.

Здоровье сердечно-сосудистой системы

Низкий уровень меди связан с высоким уровнем холестерина и высоким кровяным давлением. Одна группа исследователей предположила, что некоторым пациентам с сердечной недостаточностью могут быть полезны добавки с медью.

Исследования на животных связывают низкий уровень меди с сердечно-сосудистыми заболеваниями, но остается неясным, окажет ли дефицит такое же влияние на людей.

Передача нейронных сигналов

В 2016 году профессор Крис Чанг, химик, участник программы Sackler Sabbatical Exchange в Беркли, Калифорния, разработал и использовал флуоресцентный зонд для отслеживания движения меди в нервных клетках и из них.

Профессор Чанг говорит: «Медь подобна переключателю тормоза или диммера, по одному на каждую нервную клетку».

Его команда обнаружила, что если большое количество меди попадает в клетку, это, по-видимому, снижает передачу сигналов нейронов. Когда уровень меди в этой клетке падает, передача сигналов возобновляется.

Иммунная функция

Слишком мало меди может привести к нейтропении. Это недостаток лейкоцитов или нейтрофилов, которые борются с инфекцией.

Человек с низким уровнем нейтрофилов более подвержен инфекционным заболеваниям.

Остеопороз

Тяжелый дефицит меди связан с более низкой минеральной плотностью костей и более высоким риском остеопороза.

Необходимы дополнительные исследования того, как маргинальный дефицит меди может повлиять на здоровье костей и как добавки меди могут помочь предотвратить и лечить остеопороз.

Производство коллагена

Медь играет важную роль в поддержании коллагена и эластина, основных структурных компонентов нашего тела. Ученые выдвинули гипотезу о том, что медь может обладать антиоксидантными свойствами и что полезное для здоровья потребление вместе с другими антиоксидантами может помочь предотвратить старение кожи.

Без достаточного количества меди организм не может заменить поврежденную соединительную ткань или коллаген, который составляет основу кости.

Это может привести к ряду проблем, включая дисфункцию суставов, поскольку ткани тела начинают разрушаться.

Артрит

Исследования на животных показали, что медь может помочь предотвратить или замедлить развитие артрита, и для этой цели люди носят медные браслеты. Однако никакие исследования на людях не подтвердили этого.

Антиоксидантное действие

Медь может также обладать антиоксидантной функцией. Это может помочь снизить выработку свободных радикалов.

Свободные радикалы могут повредить клетки и ДНК, что приведет к раку и другим заболеваниям.

Рекомендуемая суточная доза (RDA) составляет около 900 микрограммов (мкг) в день для подростков и взрослых.

Верхний предел для взрослых в возрасте 19 лет и старше составляет 10 000 мкг или 10 миллиграммов (мг) в день. Потребление выше этого уровня может быть токсичным.

Как дефицит меди, так и токсичность меди в Соединенных Штатах (США) редки.

Хотя дефицит меди встречается редко, некоторые состояния здоровья и другие факторы могут увеличить риск.

К ним относятся:

• генетические дефекты метаболизма меди
• проблемы абсорбции
• слишком высокое потребление добавок цинка или витамина C
• некоторые состояния, такие как демиелинизация центральной нервной системы (ЦНС), полинейропатия, миелопатия и воспаление зрительного нерва

Поскольку медь хранится в печени, ее дефицит со временем развивается медленно.

Цинк и витамин C

Высокое потребление цинка (150 мг в день или больше) и витамина C (более 1500 мг в день) может вызвать дефицит меди, конкурируя с медью за всасывание в кишечнике.

Причины дефицита у младенцев

Дефицит меди был замечен у младенцев, потребляющих коровье молоко вместо смеси. Коровье молоко имеет низкое содержание меди. В идеале детей младше 1 года следует кормить грудью, а в противном случае — искусственной смесью. Коровье молоко не содержит необходимых питательных веществ для человеческого младенца.

Низкий уровень меди может привести к:

Болезни обмена веществ могут повлиять на то, как организм усваивает витамины и минералы.

Болезнь Менкеса

Болезнь Менкеса, Х-сцепленное рецессивное заболевание, отрицательно влияет на метаболизм меди в головном мозге. Это может привести к нарушению нормального развития и задержке нервного развития у младенцев в возрасте от 6 до 8 недель. Ребенок с этим заболеванием может не дожить до 3-х летнего возраста.

Подкожные инъекции меди могут помочь нормализовать уровень меди в крови, но помогут ли они нормализовать уровень меди в головном мозге, зависит от типа генетической мутации.

Одно клиническое испытание показало, что лечение младенцев до появления симптомов может помочь улучшить крупную моторику, мелкую моторику и адаптивные навыки, личные и социальные навыки, а также развитие языковой нервной системы у детей. Это также улучшило рост.

Другие эффекты дефицита меди

Дефицит меди также связан с:

• повышенным риском инфицирования
• остеопорозом
• депигментацией волос и кожи
• анемией, поскольку медь способствует образованию красных кровяных телец

Слишком мало или слишком много меди может повредить ткань мозга.

У взрослых наблюдается нейродегенерация в результате дисбаланса меди. Это может быть связано с проблемами с механизмами, участвующими в метаболизме меди для использования в головном мозге.

Высокий уровень меди может привести к окислительному повреждению мозга. Например, при болезни Вильсона высокие уровни меди накапливаются в печени, мозге и других жизненно важных органах.

Возможная связь с болезнью Альцгеймера

Чрезмерное накопление меди также связано с болезнью Альцгеймера.

Профессор Чанг и его коллеги выдвинули гипотезу, что когда медь накапливается необычным образом, это может вызвать образование амилоидных бляшек на нервной клетке.

Накопление амилоидных бляшек может привести к болезни Альцгеймера и другим нейродегенеративным расстройствам.

Медь содержится в самых разных продуктах питания.

Хорошие источники включают:

• устрицы и другие моллюски
• цельнозерновые
• фасоль
• картофель
• дрожжи
• темная зелень
• какао
• сухофрукты
• черный перец
• мясные субпродукты, например, почки и печень
• орехи, такие как кешью и миндаль

Большинство фруктов и овощей содержат мало меди, но она присутствует в цельнозерновых продуктах и ​​добавляется в некоторые сухие завтраки и другие обогащенные продукты.

Добавки меди доступны, но лучше сначала попытаться получить необходимые витамины и минералы с пищей, чтобы снизить риск дисбаланса. Мало кому нужно принимать медные добавки.

Кроме того, питательные вещества в пище работают вместе, создавая более значительный эффект, чем эффект, достигаемый изолированным приемом отдельных питательных веществ.

Большинство поливитаминных добавок содержат 2 мг меди, что составляет половину безопасного и адекватного диапазона потребления, установленного Советом по пищевым продуктам и питанию (FNB).

Добавки меди могут взаимодействовать со следующим:

• противозачаточные таблетки и гормональная терапия
• нестероидные противовоспалительные средства (НПВП), такие как аспирин и ибупрофен
• пеницилламин, используемый для снижения уровня меди при болезни Вильсона
• аллопуринол, лечение подагры
• циметидин или тагамет, использование при язве желудка и желудочном рефлюксе
• добавки цинка

Эти продукты могут снижать или повышать уровни меди в крови, что приводит к дисбалансу.

Токсичность меди

Не сообщалось о побочных эффектах от нормального диетического потребления меди, но симптомы могут появиться, если есть:

• чрезмерное потребление
• высокий уровень меди в питьевой воде, такой как колодезная или хранятся в медных трубах
• Воздействие химикатов с высоким содержанием меди
• Использование медных кастрюль

Признаки токсичности меди включают:

• тошноту, рвоту, диарею и боль в желудке
• головную боль
• головокружение
• слабость
• металлический привкус во рту

Более серьезные последствия встречаются редко, но они включают:

Повышенный уровень меди в сыворотке связан с более высоким риском сердечно-сосудистых заболеваний.

Вода, содержащая более 6 мг меди на литр, может вызвать проблемы с желудком. Если питьевая вода вызывает симптомы, пациенту следует пройти тестирование.

Дефицит меди может иметь негативные последствия для здоровья, но редко встречается у здоровых людей, соблюдающих сбалансированную диету.

Потребность в питательных веществах сначала должна удовлетворяться с помощью пищевых продуктов, а затем добавки могут использоваться как резерв.

Любой, кто рассматривает возможность приема добавки, должен сначала проконсультироваться с врачом.Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) не контролирует качество и чистоту пищевых добавок.

Физиологическая роль меди — Медь в питьевой воде

Эта глава начинается с обсуждения основных принципов содержания меди. Описаны кинетика меди в организме и отдельные роли меди на клеточном и молекулярном уровне. Кроме того, представлены факторы, влияющие на биодоступность меди.

Эссенциальность

Медь является незаменимой и токсичной для живых систем.Как важный металл, медь необходима для адекватного роста, целостности сердечно-сосудистой системы, эластичности легких, неоваскуляризации, нейроэндокринной функции и метаболизма железа. В среднем взрослый человек потребляет с пищей около 1 мг меди в день; примерно половина из них абсорбируется (Harris 1997). Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения рекомендует 30 микрограммов (мкг) на килограмм (кг) веса тела в день, что соответствует примерно 2 мг в день для среднего взрослого человека (ВОЗ, 1996). Совет по пищевым продуктам и питанию (FNB) рекомендует диетическое потребление меди в количестве 1.5–3,0 мг в день для взрослых (NRC 1989). Медь обязательна для ферментов, участвующих в аэробном метаболизме, таких как цитохром-с-оксидаза в митохондриях, лизилоксидаза в соединительной ткани, дофаминмонооксигеназа в головном мозге и церулоплазмин. В качестве кофактора апо-медь-цинк супероксиддисмутазы (апо-CuZnSOD) медь защищает белки, мембранные липиды и нуклеиновые кислоты от повреждения свободными радикалами в широком диапазоне клеток и органов. Серьезный дефицит меди, либо генные дефекты из-за мутаций, либо низкое потребление меди с пищей, хотя и относительно редко у людей, связаны с умственной отсталостью, анемией, гипотермией, нейтропенией, диареей, гипертрофией сердца, хрупкостью костей, нарушением иммунной функции, слабой соединительной тканью. , нарушение функций центральной нервной системы (ЦНС), периферическая невропатия и потеря кожи, меха (у животных) или цвета волос (Linder and Goode 1991; Uauy et al.1998; Cordano 1998; Персиваль 1998).

Биохимия и физиология

Медь, поступающая с пищей, может частично всасываться в желудке, где сильнокислая среда освобождает связанные ионы меди из частично переваренных частиц пищи. Однако большая часть попавшей внутрь меди попадает в двенадцатиперстную кишку и подвздошную кишку, которые являются основными местами абсорбции. В результате образования комплексов с аминокислотами, органическими кислотами или другими хелатирующими агентами высокая фракция меди становится растворимой в кишечном тракте.Исследования изолированных сегментов двенадцатиперстной кишки предполагают, что ионы меди проникают в клетки слизистой оболочки кишечника путем простой диффузии и выходят на базолатеральную поверхность другим способом (Bremner 1980). Недавние сообщения показывают, что существует двухвалентный переносчик, который может транспортировать медь (Rolfs and Hedinger 1999).

Базолатеральный транспорт заметно снижается при болезни Менкеса, что приводит к системному дефициту меди. Исследования этого заболевания привели к предсказанию наличия медь-транспортирующей аденозинтрифосфатазы (АТФазы) в базолатеральной мембране клеток слизистой оболочки.АТФаза, транспортирующая медь, предположительно разряжает медь в серозные капилляры, где медь связывается с альбумином и аминокислотами для транспортировки в печень через портальную систему кровообращения. Из печени медь транспортируется во внепеченочные ткани с альбумином, аминокислотами и, в меньшей степени, церулоплазмином (Dunn et al. 1991).

Большая часть циркулирующей меди возвращается в печень в виде меди, связанной с церулоплазмином. Церулоплазмин, сиалогликопротеин, постоянно секретируется из печени в кровь.Когда церулоплазмин возвращается в печень, сиаловая кислота может быть удалена внешними эндотелиальными клетками с последующим эндоцитозом десиалированного белка через рецептор асиалогликопротеина в паренхиме печени (Irie and Tavassoli 1986). Точно так же удаление меди из церулоплазмина ускоряет ее поглощение паренхимными клетками печени (Holtzman and Gaumnitz 1970).

Как обсуждалось в главе 4, болезнь Вильсона, генетическое заболевание, характеризующееся накоплением меди в основном в печени и головном мозге, свидетельствует о потенциальной роли биосинтеза церулоплазмина в гомеостазе меди в печени.Медьсодержащие фрагменты церулоплазмина обнаруживаются в желчи здоровых людей и обычно отсутствуют в желчи пациентов с Вильсоном.

Хотя многие пациенты Wilson не синтезируют достаточное количество церулоплазмина, это снижение уровня церулоплазмина желчных путей наблюдается даже у пациентов Wilson, у которых концентрация белка в крови достаточно нормальная. Это наблюдение предполагает, что секреция меди, связанной с церулоплазмином, с желчью составляет большую часть выделяемой меди (Iyengar et al.1988 г.). При ацерулоплазминемии, генетическом дефекте биосинтеза церулоплазмина, церулоплазмин в кровотоке полностью отсутствует (Harris et al. 1995). Тем не менее, у пациента с ацерулоплазминемией не развивается болезнь Вильсона, и медь не накапливается в печени при ацерулоплазминемии. Таким образом, для выведения меди с желчью и для поддержания нормального гомеостаза меди в печени необходимы факторы, помимо церулоплазмина. Ключ к идентификации таких факторов был получен в результате исследований липофушиноподобных гранул, которые накапливаются в печени пациентов, страдающих первичным билиарным циррозом и неспособных выводить медь из организма.Эти гранулы, по-видимому, возникают из первичных лизосом и могут содержать фрагменты деградации связанной с металлотионеином меди (Humbert et al. 1982). Исследования на крысах Wistar показывают, что выведение меди с желчью происходит в глутатион-зависимой (быстрой) фазе и в глутатион-независимой (медленной) фазе (Houwen et al. 1990). Не удалось определить, какая фаза связана с церулоплазмином.

Второй фермент АТФаза, переносящий медь, необходим для транспортировки ионов меди в компартмент Гольджи для включения в апоцерулоплазмин (Murata et al.1995). Было показано, что несколько типов клеток имеют рецепторы церулоплазмина. Однако вышеприведенное наблюдение поддерживает, но не определяет роль церулоплазмина в доставке меди в ткани. Рецепторы были обнаружены на многих типах клеток. Клетки K562 способны взаимодействовать с церулоплазмином in vitro и транспортировать связанную с церулоплазмином медь к клеточным ферментам (Percival and Harris 1991). В отличие от трансферрина, который доставляет железо посредством рецепторно-опосредованного эндоцитоза всего белка, белок церулоплазмин не подвергается эндоцитозу (за исключением клеток печени) и доставляет связанную медь к компонентам на поверхности клетки.Таким образом, роль белка ограничивается клеточной мембраной, а для транспортировки меди внутрь требуются транспортные белки в мембране. Аскорбат способствует высвобождению меди, а хелаторы меди предотвращают ее абсорбцию клеткой (Percival and Harris 1989, 1990).

Когда крысам скармливают избыток меди, она избирательно накапливается в перипортальных и средних зонах долек печени (Fuentealba et al. 1989), что позволяет предположить, что портальный кровоток определяет расположение меди (Haywood 1981).У некоторых пациентов с хроническим циррозом меди также накапливается в лизосомах (Humbert et al. 1982), что позволяет предположить, что эти органеллы участвуют в накоплении меди или, что более вероятно, в выделении меди при высоких концентрациях меди (Gross et al. 1989). ¹ Металлотионеин — это небольшой белок, богатый цистеином, который прочно связывает медь. Считается, что этот белок играет роль как в хранении меди, так и во внутреннем движении меди (Казинс, 1985). В высоких концентрациях медь может стимулировать синтез металлотионеина.В нормальных условиях медь существует в чрезвычайно низких концентрациях в виде свободного иона в цитозоле. Следовательно, лиганды, связывающие медь, являются ключевыми регуляторами движения меди и адаптации к токсическим эффектам. Лиганды защищают от токсичности и помогают нацеливать белки на включение меди. Лиганды, связывающие медь, включают глутатион (GSH), аминокислоты, АТФ и недавно идентифицированные металло-шапероны меди. Было показано, что все эти лиганды переносят медь внутри клетки из одного места в другое и делают медь доступной для внутриклеточных ферментов (Sternlieb 1980; DiSilvestro and Cousins ​​1983; Holt et al.1986; Харрис 1995).

Многочисленные биохимические исследования и исследования питания были посвящены механизмам абсорбции и метаболизма меди. Задача состоит в том, чтобы объяснить, как чрезвычайно малые количества меди могут проходить через клеточные мембраны и превращаться в ферменты, которым медь необходима для функционирования. Некоторое понимание было получено из исследований дрожжей. Дрожжи опосредуют транспорт меди с помощью отдельных систем с низким и высоким сродством для поглощения меди (Eide 1998). Ген дрожжей CTR1 (транспорт меди 1) был первым обнаруженным геном транспорта меди (Dancis et al.1994а, б). CTR1 кодирует трансмембранный белок, который избирательно транспортирует Cu (I). Гомологичный человеческий ген hCTR1 , кодирующий белок-переносчик, был идентифицирован в клетках HeLa (Zhou and Gitschier 1997). Поскольку вышеуказанные переносчики распознают только Cu (I), фермент редуктазы должен восстанавливать Cu ²⁺ перед переносом в клетку. Два гена редуктазы, которые могут восстанавливать Cu ²⁺ для транспорта, были идентифицированы у дрожжей (Hassett and Kosman 1995; Georgatsou et al.1997). Система редуктазы, которая использует НАДН в качестве донора электронов для восстановления меди, была обнаружена в клетках печени крыс (van den Berg and McArdle 1994).

Клетки в определенной культуральной среде поглощают медь. Высокоаффинные мембранные пермеазы позволяют ионам меди в микромолярных концентрациях проходить через фосфолипидный бислой и попадать в цитоплазму. Быстрое поглощение не зависит от АТФ, что позволяет предположить наличие системы пассивного носителя (Schmitt et al., 1983; Tong and McArdle, 1995). В общем, химическая форма, валентное состояние и относительные концентрации конкурирующих металлов влияют на количество поглощаемой меди.Выбранные аминокислоты, такие как гистидин и глутамин (Harris and Sass-Kortsak 1967), и ионы, такие как натрий, хлорид и бикарбонат (Alda and Garay 1990), стимулируют трансмембранное перемещение меди in vitro, тогда как хелаторы цинка и меди, такие как фитат, снижают всасывание.

Глутатион представляет собой повсеместно распространенный цистеинсодержащий трипептид, присутствует в миллимолярных количествах в печени, мозге, почках и других тканях (Deneke and Fanburg 1989). Глутатион активно связывает медь. В клетках гепатомы происходит быстрый оборот комплекса GSH-Cu (I).Этот оборот согласуется с участием GSH в восстановлении Cu (II) до Cu (I), потенциально облегчая его связывание с металлотионеином (Freedman and Peisach 1989a; Freedman and Peisach 1989b).

Клетки млекопитающих и дрожжей имеют небольшие полипептиды, которые связывают Cu (I) и передают ее выбранным реципиентам. Эти белки, называемые шаперонами меди или металло-шаперонами, временно связывают Cu (I) в богатой цистеином области пептидной цепи (Valentine and Gralla 1997). Шапероны перемещают ионы меди из одного места клетки в другое, иногда пересекая мембраны органелл.Шаперон способствует быстрому обмену меди с белками-мишенями (Portnoy et al. 1999). Мишени включают оксидазу цитохрома c в митохондриях, ATP7B в транс-Гольджи и apoCuZnSOD в цитозоле клетки. Известно, что три шаперона, впервые описанные у дрожжей, имеют аналоги у человека. ATOX1 (ранее HAh2) является гомологом ATX1 человека и широко экспрессируется во всех тканях. ATX1 и ATOX1 специфически доставляют медь по секреторному пути, где мишенями являются мембраносвязанные медные АТФазы, которые регулируют поток меди в компартменты клетки.Примеры включают Ccc2p, который доставляет медь к мульти-медной оксидазе (Fet3p), необходимой для поглощения железа дрожжами, и ATP7B (продукт гена болезни Вильсона), который доставляет медь к апоцерулоплазмину в транс-Гольджи печени. Правильная функция ATP7B важна для выведения меди с желчью. COX17 является шапероном, который транспортирует медь к цитохромоксидазе в митохондриях дрожжевых клеток (Amaravadi et al. 1997). Гомолог человека — hCOX17. LYS7, белок величиной 27 килодальтон (кДа), который доставляет медь к apoCuZnSOD (Culotta et al.1997, 1999), имеет человеческий аналог, обозначенный CCS (медный шаперон для SOD). Дрожжевые мутанты, дефектные по LYS7, не могут включать медь в SOD 1 и, следовательно, дефектны по активности SOD1. CCS сопоставим по размеру и имеет 28% идентичность последовательности с LYS7. Оба белка содержат единственную консенсусную медьсвязывающую последовательность MHCXXC.

Факторы, влияющие на биодоступность

Количество меди, усваиваемой с пищей, может значительно варьироваться в зависимости от других пищевых компонентов.Однако в целом примерно половина меди, потребляемой с пищей, обычно всасывается в желудочно-кишечном тракте. Примерно две трети абсорбированной меди быстро выделяется с желчью (Lönnerdal 1998; Turnlund 1998; Wapnir 1998) (). Таким образом, примерно 80–90% пищевой меди обычно выводится с калом. Таким образом, гомеостаз меди в первую очередь регулируется на уровне желудочно-кишечного тракта посредством экскреции с желчью, при этом почки выделяют лишь небольшое количество меди. Небольшое количество меди также выделяется с волосами и потом.Было показано, что биодоступность или доля меди, абсорбируемая из желудочно-кишечного тракта, зависит от возраста человека, количества меди в желудочно-кишечном тракте и различных пищевых компонентов. Что касается диетических компонентов, то медь в мясе, как сообщается, более биодоступна, чем в овощах. Ожидается, что биодоступность меди также будет зависеть от формы присутствующей меди (Baker et al. 1991). Поглощение растворимых или ионных форм выше, чем менее растворимых или нерастворимых минеральных форм или меди, отложенных в почве.

Рисунок 2-1

Обзор абсорбции, транспорта и выведения меди. Печень получает медь из кишечника через портальную систему кровообращения и перераспределяет медь в ткани через церулоплазмин, альбумин и аминокислоты. Почти половина потребляемой меди (подробнее …)

У взрослых абсорбция варьируется в зависимости от количества меди в рационе. Исследования на животных показывают, что степень абсорбции может составлять примерно 10% при очень высоком потреблении меди и около 70% при низком потреблении меди.Среднее значение для типичного рациона животных и людей составляет 30-40% (Lönnerdal 1996, 1998; Turnlund et al. 1998; Wapnir 1998). Turnlund et al. (1998) измерили количество меди, выделяемой людьми с фекалиями в течение 12 дней после пероральной или внутривенной дозы меди для четырех и пяти субъектов, соответственно. Внутривенная доза позволяет оценить эндогенную экскрецию в кишечник. Удержание при пероральном приеме, по оценке по меди в кале, было самым высоким, когда концентрация меди в пище была самой низкой: 67% при 0.38 мг в день, 54% — по 0,66 мг в день и 44% — по 2,49 мг в день (Turnlund et al. 1998). Однако расчетный общий процент, который был фактически абсорбирован желудочно-кишечным трактом до эндогенной (или желчной) экскреции обратно в желудочно-кишечный тракт, составлял 77%, 73% и 66%, соответственно, для трех доз. Таким образом, изменения в эндогенной экскреции (с желчью), а не в абсорбции ЖКТ, являются основным механизмом регуляции общей меди в организме. В частности, изменение эндогенной экскреции между самой низкой и самой высокой дозами колебалось от 12% до 34% (Turnlund et al.1998), хотя эти данные могут неадекватно отражать долгосрочный гомеостаз из-за краткосрочного характера исследования. Таким образом, увеличение экскреции меди с калом с увеличением дозы меди является функцией снижения абсорбции и увеличения секреции желчи, причем последнее имеет больший эффект.

Влияние возраста

Исследования на крысах показывают, что абсорбция и удержание меди может быть особенно высокой в ​​неонатальный период и что она снижается к моменту отлучения от груди (обобщено Lönnerdal 1996, 1998).Данные о абсорбции у младенцев немногочисленны; однако исследования баланса меди (то есть количества меди в организме) показывают аналогичное снижение удержания (функции абсорбции и выведения с желчью) меди с возрастом у доношенных детей. Отрицательный баланс меди (потеря меди из организма, превышающая потребление с пищей) может возникать у недоношенных детей как следствие пониженного внутриутробного накопления меди и низкого потребления меди с пищей (Widdowson 1974; Sann et al. 1980; Hillman et al.1981; Lönnerdal 1996, 1998; Кордано 1998). Исследования как на животных, так и на людях показывают, что в пределах изученного диапазона потребления абсорбция и удержание меди линейно возрастают с количеством потребляемой, хотя процент удерживаемой с пищей меди уменьшается (Lönnerdal et al. 1985; Lönnerdal 1996). Например, у 14-дневных детенышей молочной крысы процент меди, оставшейся из еды (0,5 мл), содержащей 0,2 мг меди на литр, составлял примерно 30%, и был ближе к 20%, когда еда содержала 2 мг. меди на литр.Однако важно отметить, что хотя процент меди, оставшейся из муки с высоким содержанием меди, был ниже, чем из муки с низким содержанием меди, общее количество меди, удерживаемой из муки с высоким содержанием меди, было в 7 раз выше, чем из муки с высоким содержанием меди. мука с низким содержанием меди (Lönnerdal et al. 1985).

Из-за роста тканей и повышенной экспрессии некоторых белков меди в послеродовой период процент поглощенной меди, удерживаемой организмом, выше у младенцев, чем у взрослых. Имеется мало информации о поглощении или удержании меди с пищей у детей ясельного и раннего возраста.

Диетические и другие взаимодействия

Ранние исследования на целых животных показали, что на скорость и количество ионов меди, переносимых через эпителий кишечника, положительно влияют пищевые аминокислоты, но отрицательно — аскорбат и конкурирующие ионы металлов (Bremner 1980; Hogan and Rauser 1981 ; L’Abbe and Fischer 1984; Oestreicher and Cousins ​​1985; Fields et al. 1986). Хлорид-ионы и бикарбонат, по-видимому, стимулируют клеточное поглощение (Alda and Garay 1990). Транспорт через мембрану считался свойством транспортных белков, которые сами по себе подвержены антагонистическим эффектам конкурирующих металлов, в основном цинка и двухвалентного железа.Исследования дрожжей и бактерий привели к открытию мембранных белков, которые переносят ионы меди через клеточные мембраны.

Сообщается, что абсорбция меди выше у младенцев, которые потребляют грудное молоко, а не коровье (Lönnerdal 1996 1998). Такая повышенная биодоступность может быть объяснена большей связью меди с липидами и сывороткой в ​​грудном молоке, чем в коровьем молоке, где большая часть меди связана с казеином (Wapnir 1998).

В литературе указывается, что усвоение меди выше, когда в рационе используется животный, а не растительный белок (т.е., вегетарианец) (Srikumar et al. 1992; Lönnerdal 1996; Wapnir 1998). Исследования на экспериментальных животных показали, что фитаты и пищевые волокна обычно снижают биодоступность меди; однако влияние на биодоступность у людей менее очевидно (Turnlund 1988; Lönnerdal 1996). Снижение уровня меди в сыворотке крови указывает на то, что добавленные в рацион фитаты или α-целлюлоза могут изменить использование или распределение меди (Turnlund 1988). В целом влияние фитатов и пищевых волокон на абсорбцию меди оказывается меньше, чем влияние на абсорбцию других двухвалентных катионов, таких как цинк (Wapnir 1998).

Диетические различия были обнаружены у пациентов с болезнью Вильсона. Наблюдения за двумя пациентами Вильсона, соблюдающими лактовегетарианскую диету, показывают, что биодоступность меди снижается примерно на 25% (Brewer et al. 1993b). У первого из двух пациентов на этой диете не было симптомов (т.е. нормальная функция печени и нормальное обследование с помощью щелевой лампы на предмет колец Кайзера-Флейшера) в течение 12 лет, несмотря на то, что он имел типичное среднесуточное потребление меди и не принимал анти-медную терапию. Второй пациент на 2 года перестал принимать антикоперную терапию, а затем перешел на лактовегетарианскую диету.После переключения ее сывороточная активность трансаминазы и транспептидазы (аланинаминотрансаминаза, аспаратаминотрансаминаза и гамма-глутамилтранфераза печени), которые ранее были повышены, в течение следующего года улучшилась. При последнем наблюдении примерно через 2 года после начала диеты пациент оставался клинически здоровым. У других пациентов с болезнью Вильсона, которые прекратили терапию противозачаточными препаратами, наблюдались серьезные проблемы через 3-4 месяца и серьезное ухудшение состояния в среднем через 1,5 года (Брюэр и Юзбасиян-Гуркан, 1992).

Углеводы, такие как фруктоза, были изучены на предмет их влияния на усвоение и метаболизм меди. Фруктоза, или фруктозная составляющая сахарозы, вводимая крысам, увеличивала экскрецию меди с фекалиями и мочой (Lönnerdal 1996). Влияние фруктозы на баланс меди у людей не изучено.

На основании исследований на крысах считается, что аскорбиновая кислота снижает уровень меди в плазме и печени за счет уменьшения абсорбции меди, а пониженное всасывание меди позже стимулирует абсорбцию меди и подавляет выведение с желчью (Van den Berg et al.1994). Уменьшение абсорбции вызвано восстановлением ионов меди (Cu ²⁺ ) до ионов меди (Cu ¹⁺ ), которые усваиваются хуже (Lönnerdal 1996). Высокий уровень аскорбиновой кислоты может также снизить активность церулоплазминоксидазы, хотя общий эффект аскорбиновой кислоты на абсорбцию и метаболизм меди у людей может быть меньше, чем у животных (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988). Введение аскорбиновой кислоты с цинком в дозе 1 г в день пациентам с болезнью Вильсона не показало взаимодействия аскорбиновой кислоты и цинка на баланс меди или абсорбцию меди ⁶⁴ (Brewer et al.1993а). Аскорбиновая кислота не оказывала заметного влияния на эффективность цинка для контроля баланса меди у этих пациентов.

Аминокислоты, такие как гистидин и цистеин, уменьшают абсорбцию меди, образуя комплексы, которые плохо всасываются (Lönnerdal 1996). Гистидин также усиливает ингибирующее действие цинка на абсорбцию меди у крыс (Wapnir and Balkman 1991). С другой стороны, комплексы меди с другими аминокислотами и органическими кислотами могут привести к биодоступности, аналогичной биодоступности растворимого сульфата меди (Wapnir 1998).

На основании исследований, проведенных на сегодняшний день, цинк является основным минералом и диетическим элементом, влияющим на усвоение меди. Влияние избытка цинка на снижение абсорбции меди хорошо задокументировано у ряда видов (см. Сводку в Turnlund 1998; Wapnir 1998), а цинк эффективно использовался при лечении болезни Вильсона (Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1987; Brewer and Yuzbasiyan-Gurkan 1992; Brewer et al. 1994; Brewer et al. 1998). У беременных крыс употребление кормов с высоким содержанием цинка может привести к дефициту меди у плода (Reinstein et al.1984). У людей потребление добавок цинка (50 мг в день в течение 6-8 недель) может привести к снижению активности медно-цинковой супероксиддисмутазы эритроцитов (Fisher et al. 1984; Yadrick et al. 1989; Johnson et al. 1998). , предполагая, что постоянное потребление цинка в таком количестве может привести к состоянию маргинального статуса меди. Учитывая вышеупомянутую возможность, Институт медицины рекомендовал, по крайней мере, беременным женщинам вводить добавки с медью (2 мг) при приеме добавок цинка (25 мг или более) (IOM 1990).

Помимо цинка, различные другие минералы, такие как железо, олово, кальций, фосфор, кадмий и молибден, взаимодействуют с абсорбцией и метаболизмом меди, хотя их влияние по сравнению с цинком относительно незначительно или спорно у людей (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988; Wapnir 1998). Эти минералы представляют собой катионы, которые могут конкурировать за поглощение в пищеварительном тракте, тем самым снижая абсорбцию. Эти минералы также могут влиять на утилизацию и выведение меди. Например, давно известно, что молибден вызывает дефицит меди у жвачных животных, но оказывает незначительное влияние на нежвачных.Наряду с цинком для поддерживающей терапии тетратиомолибдат в настоящее время используется для начального лечения пациентов с неврологической или психиатрической формой болезни Вильсона. Тетратиомолибат действует, блокируя абсорбцию меди при приеме с пищей и образуя комплекс с медью в сыворотке крови при приеме отдельно от еды (Brewer et al. 1996).

Подобно другим металлам, биодоступность меди в почве или взвешенных частицах в воде, вероятно, зависит от ее минеральной или поверхностно сорбированной формы, растворимости и размера частиц (Davis et al.1993; Руби и др. 1996). Как показано для свинца, растворимость и биодоступность могут сильно различаться в зависимости от химической и физической формы (Ruby et al. В печати). Ацетат и сульфат меди значительно более растворимы и, следовательно, более биодоступны, чем оксид меди (Johnson et al. 1998; Wapnir 1998), сульфиды меди (например, халькопирит) и другие менее растворимые минералы. Медь в почве и отложениях также сильно адсорбируется на компоненты почвы, такие как глинистые минералы, водное железо и оксиды марганца (Tyler and McBride, 1982), что приводит к снижению растворимости и подвижности.

Физиологическая роль меди — Медь в питьевой воде

Эта глава начинается с обсуждения основных принципов содержания меди. Описаны кинетика меди в организме и отдельные роли меди на клеточном и молекулярном уровне. Кроме того, представлены факторы, влияющие на биодоступность меди.

Эссенциальность

Медь является незаменимой и токсичной для живых систем. Как важный металл, медь необходима для адекватного роста, целостности сердечно-сосудистой системы, эластичности легких, неоваскуляризации, нейроэндокринной функции и метаболизма железа.В среднем взрослый человек потребляет с пищей около 1 мг меди в день; примерно половина из них абсорбируется (Harris 1997). Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения рекомендует 30 микрограммов (мкг) на килограмм (кг) веса тела в день, что соответствует примерно 2 мг в день для среднего взрослого человека (ВОЗ, 1996). Совет по пищевым продуктам и питанию (FNB) рекомендует взрослым потреблять с пищей 1,5–3,0 мг меди в день (NRC 1989). Медь обязательна для ферментов, участвующих в аэробном метаболизме, таких как цитохром-с-оксидаза в митохондриях, лизилоксидаза в соединительной ткани, дофаминмонооксигеназа в головном мозге и церулоплазмин.В качестве кофактора апо-медь-цинк супероксиддисмутазы (апо-CuZnSOD) медь защищает белки, мембранные липиды и нуклеиновые кислоты от повреждения свободными радикалами в широком диапазоне клеток и органов. Серьезный дефицит меди, либо генные дефекты из-за мутаций, либо низкое потребление меди с пищей, хотя и относительно редко у людей, связаны с умственной отсталостью, анемией, гипотермией, нейтропенией, диареей, гипертрофией сердца, хрупкостью костей, нарушением иммунной функции, слабой соединительной тканью. , нарушение функций центральной нервной системы (ЦНС), периферическая невропатия и потеря кожи, меха (у животных) или цвета волос (Linder and Goode 1991; Uauy et al.1998; Cordano 1998; Персиваль 1998).

Биохимия и физиология

Медь, поступающая с пищей, может частично всасываться в желудке, где сильнокислая среда освобождает связанные ионы меди из частично переваренных частиц пищи. Однако большая часть попавшей внутрь меди попадает в двенадцатиперстную кишку и подвздошную кишку, которые являются основными местами абсорбции. В результате образования комплексов с аминокислотами, органическими кислотами или другими хелатирующими агентами высокая фракция меди становится растворимой в кишечном тракте.Исследования изолированных сегментов двенадцатиперстной кишки предполагают, что ионы меди проникают в клетки слизистой оболочки кишечника путем простой диффузии и выходят на базолатеральную поверхность другим способом (Bremner 1980). Недавние сообщения показывают, что существует двухвалентный переносчик, который может транспортировать медь (Rolfs and Hedinger 1999).

Базолатеральный транспорт заметно снижается при болезни Менкеса, что приводит к системному дефициту меди. Исследования этого заболевания привели к предсказанию наличия медь-транспортирующей аденозинтрифосфатазы (АТФазы) в базолатеральной мембране клеток слизистой оболочки.АТФаза, транспортирующая медь, предположительно разряжает медь в серозные капилляры, где медь связывается с альбумином и аминокислотами для транспортировки в печень через портальную систему кровообращения. Из печени медь транспортируется во внепеченочные ткани с альбумином, аминокислотами и, в меньшей степени, церулоплазмином (Dunn et al. 1991).

Большая часть циркулирующей меди возвращается в печень в виде меди, связанной с церулоплазмином. Церулоплазмин, сиалогликопротеин, постоянно секретируется из печени в кровь.Когда церулоплазмин возвращается в печень, сиаловая кислота может быть удалена внешними эндотелиальными клетками с последующим эндоцитозом десиалированного белка через рецептор асиалогликопротеина в паренхиме печени (Irie and Tavassoli 1986). Точно так же удаление меди из церулоплазмина ускоряет ее поглощение паренхимными клетками печени (Holtzman and Gaumnitz 1970).

Как обсуждалось в главе 4, болезнь Вильсона, генетическое заболевание, характеризующееся накоплением меди в основном в печени и головном мозге, свидетельствует о потенциальной роли биосинтеза церулоплазмина в гомеостазе меди в печени.Медьсодержащие фрагменты церулоплазмина обнаруживаются в желчи здоровых людей и обычно отсутствуют в желчи пациентов с Вильсоном.

Хотя многие пациенты Wilson не синтезируют достаточное количество церулоплазмина, это снижение уровня церулоплазмина желчных путей наблюдается даже у пациентов Wilson, у которых концентрация белка в крови достаточно нормальная. Это наблюдение предполагает, что секреция меди, связанной с церулоплазмином, с желчью составляет большую часть выделяемой меди (Iyengar et al.1988 г.). При ацерулоплазминемии, генетическом дефекте биосинтеза церулоплазмина, церулоплазмин в кровотоке полностью отсутствует (Harris et al. 1995). Тем не менее, у пациента с ацерулоплазминемией не развивается болезнь Вильсона, и медь не накапливается в печени при ацерулоплазминемии. Таким образом, для выведения меди с желчью и для поддержания нормального гомеостаза меди в печени необходимы факторы, помимо церулоплазмина. Ключ к идентификации таких факторов был получен в результате исследований липофушиноподобных гранул, которые накапливаются в печени пациентов, страдающих первичным билиарным циррозом и неспособных выводить медь из организма.Эти гранулы, по-видимому, возникают из первичных лизосом и могут содержать фрагменты деградации связанной с металлотионеином меди (Humbert et al. 1982). Исследования на крысах Wistar показывают, что выведение меди с желчью происходит в глутатион-зависимой (быстрой) фазе и в глутатион-независимой (медленной) фазе (Houwen et al. 1990). Не удалось определить, какая фаза связана с церулоплазмином.

Второй фермент АТФаза, переносящий медь, необходим для транспортировки ионов меди в компартмент Гольджи для включения в апоцерулоплазмин (Murata et al.1995). Было показано, что несколько типов клеток имеют рецепторы церулоплазмина. Однако вышеприведенное наблюдение поддерживает, но не определяет роль церулоплазмина в доставке меди в ткани. Рецепторы были обнаружены на многих типах клеток. Клетки K562 способны взаимодействовать с церулоплазмином in vitro и транспортировать связанную с церулоплазмином медь к клеточным ферментам (Percival and Harris 1991). В отличие от трансферрина, который доставляет железо посредством рецепторно-опосредованного эндоцитоза всего белка, белок церулоплазмин не подвергается эндоцитозу (за исключением клеток печени) и доставляет связанную медь к компонентам на поверхности клетки.Таким образом, роль белка ограничивается клеточной мембраной, а для транспортировки меди внутрь требуются транспортные белки в мембране. Аскорбат способствует высвобождению меди, а хелаторы меди предотвращают ее абсорбцию клеткой (Percival and Harris 1989, 1990).

Когда крысам скармливают избыток меди, она избирательно накапливается в перипортальных и средних зонах долек печени (Fuentealba et al. 1989), что позволяет предположить, что портальный кровоток определяет расположение меди (Haywood 1981).У некоторых пациентов с хроническим циррозом меди также накапливается в лизосомах (Humbert et al. 1982), что позволяет предположить, что эти органеллы участвуют в накоплении меди или, что более вероятно, в выделении меди при высоких концентрациях меди (Gross et al. 1989). ¹ Металлотионеин — это небольшой белок, богатый цистеином, который прочно связывает медь. Считается, что этот белок играет роль как в хранении меди, так и во внутреннем движении меди (Казинс, 1985). В высоких концентрациях медь может стимулировать синтез металлотионеина.В нормальных условиях медь существует в чрезвычайно низких концентрациях в виде свободного иона в цитозоле. Следовательно, лиганды, связывающие медь, являются ключевыми регуляторами движения меди и адаптации к токсическим эффектам. Лиганды защищают от токсичности и помогают нацеливать белки на включение меди. Лиганды, связывающие медь, включают глутатион (GSH), аминокислоты, АТФ и недавно идентифицированные металло-шапероны меди. Было показано, что все эти лиганды переносят медь внутри клетки из одного места в другое и делают медь доступной для внутриклеточных ферментов (Sternlieb 1980; DiSilvestro and Cousins ​​1983; Holt et al.1986; Харрис 1995).

Многочисленные биохимические исследования и исследования питания были посвящены механизмам абсорбции и метаболизма меди. Задача состоит в том, чтобы объяснить, как чрезвычайно малые количества меди могут проходить через клеточные мембраны и превращаться в ферменты, которым медь необходима для функционирования. Некоторое понимание было получено из исследований дрожжей. Дрожжи опосредуют транспорт меди с помощью отдельных систем с низким и высоким сродством для поглощения меди (Eide 1998). Ген дрожжей CTR1 (транспорт меди 1) был первым обнаруженным геном транспорта меди (Dancis et al.1994а, б). CTR1 кодирует трансмембранный белок, который избирательно транспортирует Cu (I). Гомологичный человеческий ген hCTR1 , кодирующий белок-переносчик, был идентифицирован в клетках HeLa (Zhou and Gitschier 1997). Поскольку вышеуказанные переносчики распознают только Cu (I), фермент редуктазы должен восстанавливать Cu ²⁺ перед переносом в клетку. Два гена редуктазы, которые могут восстанавливать Cu ²⁺ для транспорта, были идентифицированы у дрожжей (Hassett and Kosman 1995; Georgatsou et al.1997). Система редуктазы, которая использует НАДН в качестве донора электронов для восстановления меди, была обнаружена в клетках печени крыс (van den Berg and McArdle 1994).

Клетки в определенной культуральной среде поглощают медь. Высокоаффинные мембранные пермеазы позволяют ионам меди в микромолярных концентрациях проходить через фосфолипидный бислой и попадать в цитоплазму. Быстрое поглощение не зависит от АТФ, что позволяет предположить наличие системы пассивного носителя (Schmitt et al., 1983; Tong and McArdle, 1995). В общем, химическая форма, валентное состояние и относительные концентрации конкурирующих металлов влияют на количество поглощаемой меди.Выбранные аминокислоты, такие как гистидин и глутамин (Harris and Sass-Kortsak 1967), и ионы, такие как натрий, хлорид и бикарбонат (Alda and Garay 1990), стимулируют трансмембранное перемещение меди in vitro, тогда как хелаторы цинка и меди, такие как фитат, снижают всасывание.

Глутатион представляет собой повсеместно распространенный цистеинсодержащий трипептид, присутствует в миллимолярных количествах в печени, мозге, почках и других тканях (Deneke and Fanburg 1989). Глутатион активно связывает медь. В клетках гепатомы происходит быстрый оборот комплекса GSH-Cu (I).Этот оборот согласуется с участием GSH в восстановлении Cu (II) до Cu (I), потенциально облегчая его связывание с металлотионеином (Freedman and Peisach 1989a; Freedman and Peisach 1989b).

Клетки млекопитающих и дрожжей имеют небольшие полипептиды, которые связывают Cu (I) и передают ее выбранным реципиентам. Эти белки, называемые шаперонами меди или металло-шаперонами, временно связывают Cu (I) в богатой цистеином области пептидной цепи (Valentine and Gralla 1997). Шапероны перемещают ионы меди из одного места клетки в другое, иногда пересекая мембраны органелл.Шаперон способствует быстрому обмену меди с белками-мишенями (Portnoy et al. 1999). Мишени включают оксидазу цитохрома c в митохондриях, ATP7B в транс-Гольджи и apoCuZnSOD в цитозоле клетки. Известно, что три шаперона, впервые описанные у дрожжей, имеют аналоги у человека. ATOX1 (ранее HAh2) является гомологом ATX1 человека и широко экспрессируется во всех тканях. ATX1 и ATOX1 специфически доставляют медь по секреторному пути, где мишенями являются мембраносвязанные медные АТФазы, которые регулируют поток меди в компартменты клетки.Примеры включают Ccc2p, который доставляет медь к мульти-медной оксидазе (Fet3p), необходимой для поглощения железа дрожжами, и ATP7B (продукт гена болезни Вильсона), который доставляет медь к апоцерулоплазмину в транс-Гольджи печени. Правильная функция ATP7B важна для выведения меди с желчью. COX17 является шапероном, который транспортирует медь к цитохромоксидазе в митохондриях дрожжевых клеток (Amaravadi et al. 1997). Гомолог человека — hCOX17. LYS7, белок величиной 27 килодальтон (кДа), который доставляет медь к apoCuZnSOD (Culotta et al.1997, 1999), имеет человеческий аналог, обозначенный CCS (медный шаперон для SOD). Дрожжевые мутанты, дефектные по LYS7, не могут включать медь в SOD 1 и, следовательно, дефектны по активности SOD1. CCS сопоставим по размеру и имеет 28% идентичность последовательности с LYS7. Оба белка содержат единственную консенсусную медьсвязывающую последовательность MHCXXC.

Факторы, влияющие на биодоступность

Количество меди, усваиваемой с пищей, может значительно варьироваться в зависимости от других пищевых компонентов.Однако в целом примерно половина меди, потребляемой с пищей, обычно всасывается в желудочно-кишечном тракте. Примерно две трети абсорбированной меди быстро выделяется с желчью (Lönnerdal 1998; Turnlund 1998; Wapnir 1998) (). Таким образом, примерно 80–90% пищевой меди обычно выводится с калом. Таким образом, гомеостаз меди в первую очередь регулируется на уровне желудочно-кишечного тракта посредством экскреции с желчью, при этом почки выделяют лишь небольшое количество меди. Небольшое количество меди также выделяется с волосами и потом.Было показано, что биодоступность или доля меди, абсорбируемая из желудочно-кишечного тракта, зависит от возраста человека, количества меди в желудочно-кишечном тракте и различных пищевых компонентов. Что касается диетических компонентов, то медь в мясе, как сообщается, более биодоступна, чем в овощах. Ожидается, что биодоступность меди также будет зависеть от формы присутствующей меди (Baker et al. 1991). Поглощение растворимых или ионных форм выше, чем менее растворимых или нерастворимых минеральных форм или меди, отложенных в почве.

Рисунок 2-1

Обзор абсорбции, транспорта и выведения меди. Печень получает медь из кишечника через портальную систему кровообращения и перераспределяет медь в ткани через церулоплазмин, альбумин и аминокислоты. Почти половина потребляемой меди (подробнее …)

У взрослых абсорбция варьируется в зависимости от количества меди в рационе. Исследования на животных показывают, что степень абсорбции может составлять примерно 10% при очень высоком потреблении меди и около 70% при низком потреблении меди.Среднее значение для типичного рациона животных и людей составляет 30-40% (Lönnerdal 1996, 1998; Turnlund et al. 1998; Wapnir 1998). Turnlund et al. (1998) измерили количество меди, выделяемой людьми с фекалиями в течение 12 дней после пероральной или внутривенной дозы меди для четырех и пяти субъектов, соответственно. Внутривенная доза позволяет оценить эндогенную экскрецию в кишечник. Удержание при пероральном приеме, по оценке по меди в кале, было самым высоким, когда концентрация меди в пище была самой низкой: 67% при 0.38 мг в день, 54% — по 0,66 мг в день и 44% — по 2,49 мг в день (Turnlund et al. 1998). Однако расчетный общий процент, который был фактически абсорбирован желудочно-кишечным трактом до эндогенной (или желчной) экскреции обратно в желудочно-кишечный тракт, составлял 77%, 73% и 66%, соответственно, для трех доз. Таким образом, изменения в эндогенной экскреции (с желчью), а не в абсорбции ЖКТ, являются основным механизмом регуляции общей меди в организме. В частности, изменение эндогенной экскреции между самой низкой и самой высокой дозами колебалось от 12% до 34% (Turnlund et al.1998), хотя эти данные могут неадекватно отражать долгосрочный гомеостаз из-за краткосрочного характера исследования. Таким образом, увеличение экскреции меди с калом с увеличением дозы меди является функцией снижения абсорбции и увеличения секреции желчи, причем последнее имеет больший эффект.

Влияние возраста

Исследования на крысах показывают, что абсорбция и удержание меди может быть особенно высокой в ​​неонатальный период и что она снижается к моменту отлучения от груди (обобщено Lönnerdal 1996, 1998).Данные о абсорбции у младенцев немногочисленны; однако исследования баланса меди (то есть количества меди в организме) показывают аналогичное снижение удержания (функции абсорбции и выведения с желчью) меди с возрастом у доношенных детей. Отрицательный баланс меди (потеря меди из организма, превышающая потребление с пищей) может возникать у недоношенных детей как следствие пониженного внутриутробного накопления меди и низкого потребления меди с пищей (Widdowson 1974; Sann et al. 1980; Hillman et al.1981; Lönnerdal 1996, 1998; Кордано 1998). Исследования как на животных, так и на людях показывают, что в пределах изученного диапазона потребления абсорбция и удержание меди линейно возрастают с количеством потребляемой, хотя процент удерживаемой с пищей меди уменьшается (Lönnerdal et al. 1985; Lönnerdal 1996). Например, у 14-дневных детенышей молочной крысы процент меди, оставшейся из еды (0,5 мл), содержащей 0,2 мг меди на литр, составлял примерно 30%, и был ближе к 20%, когда еда содержала 2 мг. меди на литр.Однако важно отметить, что хотя процент меди, оставшейся из муки с высоким содержанием меди, был ниже, чем из муки с низким содержанием меди, общее количество меди, удерживаемой из муки с высоким содержанием меди, было в 7 раз выше, чем из муки с высоким содержанием меди. мука с низким содержанием меди (Lönnerdal et al. 1985).

Из-за роста тканей и повышенной экспрессии некоторых белков меди в послеродовой период процент поглощенной меди, удерживаемой организмом, выше у младенцев, чем у взрослых. Имеется мало информации о поглощении или удержании меди с пищей у детей ясельного и раннего возраста.

Диетические и другие взаимодействия

Ранние исследования на целых животных показали, что на скорость и количество ионов меди, переносимых через эпителий кишечника, положительно влияют пищевые аминокислоты, но отрицательно — аскорбат и конкурирующие ионы металлов (Bremner 1980; Hogan and Rauser 1981 ; L’Abbe and Fischer 1984; Oestreicher and Cousins ​​1985; Fields et al. 1986). Хлорид-ионы и бикарбонат, по-видимому, стимулируют клеточное поглощение (Alda and Garay 1990). Транспорт через мембрану считался свойством транспортных белков, которые сами по себе подвержены антагонистическим эффектам конкурирующих металлов, в основном цинка и двухвалентного железа.Исследования дрожжей и бактерий привели к открытию мембранных белков, которые переносят ионы меди через клеточные мембраны.

Сообщается, что абсорбция меди выше у младенцев, которые потребляют грудное молоко, а не коровье (Lönnerdal 1996 1998). Такая повышенная биодоступность может быть объяснена большей связью меди с липидами и сывороткой в ​​грудном молоке, чем в коровьем молоке, где большая часть меди связана с казеином (Wapnir 1998).

В литературе указывается, что усвоение меди выше, когда в рационе используется животный, а не растительный белок (т.е., вегетарианец) (Srikumar et al. 1992; Lönnerdal 1996; Wapnir 1998). Исследования на экспериментальных животных показали, что фитаты и пищевые волокна обычно снижают биодоступность меди; однако влияние на биодоступность у людей менее очевидно (Turnlund 1988; Lönnerdal 1996). Снижение уровня меди в сыворотке крови указывает на то, что добавленные в рацион фитаты или α-целлюлоза могут изменить использование или распределение меди (Turnlund 1988). В целом влияние фитатов и пищевых волокон на абсорбцию меди оказывается меньше, чем влияние на абсорбцию других двухвалентных катионов, таких как цинк (Wapnir 1998).

Диетические различия были обнаружены у пациентов с болезнью Вильсона. Наблюдения за двумя пациентами Вильсона, соблюдающими лактовегетарианскую диету, показывают, что биодоступность меди снижается примерно на 25% (Brewer et al. 1993b). У первого из двух пациентов на этой диете не было симптомов (т.е. нормальная функция печени и нормальное обследование с помощью щелевой лампы на предмет колец Кайзера-Флейшера) в течение 12 лет, несмотря на то, что он имел типичное среднесуточное потребление меди и не принимал анти-медную терапию. Второй пациент на 2 года перестал принимать антикоперную терапию, а затем перешел на лактовегетарианскую диету.После переключения ее сывороточная активность трансаминазы и транспептидазы (аланинаминотрансаминаза, аспаратаминотрансаминаза и гамма-глутамилтранфераза печени), которые ранее были повышены, в течение следующего года улучшилась. При последнем наблюдении примерно через 2 года после начала диеты пациент оставался клинически здоровым. У других пациентов с болезнью Вильсона, которые прекратили терапию противозачаточными препаратами, наблюдались серьезные проблемы через 3-4 месяца и серьезное ухудшение состояния в среднем через 1,5 года (Брюэр и Юзбасиян-Гуркан, 1992).

Углеводы, такие как фруктоза, были изучены на предмет их влияния на усвоение и метаболизм меди. Фруктоза, или фруктозная составляющая сахарозы, вводимая крысам, увеличивала экскрецию меди с фекалиями и мочой (Lönnerdal 1996). Влияние фруктозы на баланс меди у людей не изучено.

На основании исследований на крысах считается, что аскорбиновая кислота снижает уровень меди в плазме и печени за счет уменьшения абсорбции меди, а пониженное всасывание меди позже стимулирует абсорбцию меди и подавляет выведение с желчью (Van den Berg et al.1994). Уменьшение абсорбции вызвано восстановлением ионов меди (Cu ²⁺ ) до ионов меди (Cu ¹⁺ ), которые усваиваются хуже (Lönnerdal 1996). Высокий уровень аскорбиновой кислоты может также снизить активность церулоплазминоксидазы, хотя общий эффект аскорбиновой кислоты на абсорбцию и метаболизм меди у людей может быть меньше, чем у животных (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988). Введение аскорбиновой кислоты с цинком в дозе 1 г в день пациентам с болезнью Вильсона не показало взаимодействия аскорбиновой кислоты и цинка на баланс меди или абсорбцию меди ⁶⁴ (Brewer et al.1993а). Аскорбиновая кислота не оказывала заметного влияния на эффективность цинка для контроля баланса меди у этих пациентов.

Аминокислоты, такие как гистидин и цистеин, уменьшают абсорбцию меди, образуя комплексы, которые плохо всасываются (Lönnerdal 1996). Гистидин также усиливает ингибирующее действие цинка на абсорбцию меди у крыс (Wapnir and Balkman 1991). С другой стороны, комплексы меди с другими аминокислотами и органическими кислотами могут привести к биодоступности, аналогичной биодоступности растворимого сульфата меди (Wapnir 1998).

На основании исследований, проведенных на сегодняшний день, цинк является основным минералом и диетическим элементом, влияющим на усвоение меди. Влияние избытка цинка на снижение абсорбции меди хорошо задокументировано у ряда видов (см. Сводку в Turnlund 1998; Wapnir 1998), а цинк эффективно использовался при лечении болезни Вильсона (Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1987; Brewer and Yuzbasiyan-Gurkan 1992; Brewer et al. 1994; Brewer et al. 1998). У беременных крыс употребление кормов с высоким содержанием цинка может привести к дефициту меди у плода (Reinstein et al.1984). У людей потребление добавок цинка (50 мг в день в течение 6-8 недель) может привести к снижению активности медно-цинковой супероксиддисмутазы эритроцитов (Fisher et al. 1984; Yadrick et al. 1989; Johnson et al. 1998). , предполагая, что постоянное потребление цинка в таком количестве может привести к состоянию маргинального статуса меди. Учитывая вышеупомянутую возможность, Институт медицины рекомендовал, по крайней мере, беременным женщинам вводить добавки с медью (2 мг) при приеме добавок цинка (25 мг или более) (IOM 1990).

Помимо цинка, различные другие минералы, такие как железо, олово, кальций, фосфор, кадмий и молибден, взаимодействуют с абсорбцией и метаболизмом меди, хотя их влияние по сравнению с цинком относительно незначительно или спорно у людей (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988; Wapnir 1998). Эти минералы представляют собой катионы, которые могут конкурировать за поглощение в пищеварительном тракте, тем самым снижая абсорбцию. Эти минералы также могут влиять на утилизацию и выведение меди. Например, давно известно, что молибден вызывает дефицит меди у жвачных животных, но оказывает незначительное влияние на нежвачных.Наряду с цинком для поддерживающей терапии тетратиомолибдат в настоящее время используется для начального лечения пациентов с неврологической или психиатрической формой болезни Вильсона. Тетратиомолибат действует, блокируя абсорбцию меди при приеме с пищей и образуя комплекс с медью в сыворотке крови при приеме отдельно от еды (Brewer et al. 1996).

Подобно другим металлам, биодоступность меди в почве или взвешенных частицах в воде, вероятно, зависит от ее минеральной или поверхностно сорбированной формы, растворимости и размера частиц (Davis et al.1993; Руби и др. 1996). Как показано для свинца, растворимость и биодоступность могут сильно различаться в зависимости от химической и физической формы (Ruby et al. В печати). Ацетат и сульфат меди значительно более растворимы и, следовательно, более биодоступны, чем оксид меди (Johnson et al. 1998; Wapnir 1998), сульфиды меди (например, халькопирит) и другие менее растворимые минералы. Медь в почве и отложениях также сильно адсорбируется на компоненты почвы, такие как глинистые минералы, водное железо и оксиды марганца (Tyler and McBride, 1982), что приводит к снижению растворимости и подвижности.

Физиологическая роль меди — Медь в питьевой воде

Эта глава начинается с обсуждения основных принципов содержания меди. Описаны кинетика меди в организме и отдельные роли меди на клеточном и молекулярном уровне. Кроме того, представлены факторы, влияющие на биодоступность меди.

Эссенциальность

Медь является незаменимой и токсичной для живых систем. Как важный металл, медь необходима для адекватного роста, целостности сердечно-сосудистой системы, эластичности легких, неоваскуляризации, нейроэндокринной функции и метаболизма железа.В среднем взрослый человек потребляет с пищей около 1 мг меди в день; примерно половина из них абсорбируется (Harris 1997). Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения рекомендует 30 микрограммов (мкг) на килограмм (кг) веса тела в день, что соответствует примерно 2 мг в день для среднего взрослого человека (ВОЗ, 1996). Совет по пищевым продуктам и питанию (FNB) рекомендует взрослым потреблять с пищей 1,5–3,0 мг меди в день (NRC 1989). Медь обязательна для ферментов, участвующих в аэробном метаболизме, таких как цитохром-с-оксидаза в митохондриях, лизилоксидаза в соединительной ткани, дофаминмонооксигеназа в головном мозге и церулоплазмин.В качестве кофактора апо-медь-цинк супероксиддисмутазы (апо-CuZnSOD) медь защищает белки, мембранные липиды и нуклеиновые кислоты от повреждения свободными радикалами в широком диапазоне клеток и органов. Серьезный дефицит меди, либо генные дефекты из-за мутаций, либо низкое потребление меди с пищей, хотя и относительно редко у людей, связаны с умственной отсталостью, анемией, гипотермией, нейтропенией, диареей, гипертрофией сердца, хрупкостью костей, нарушением иммунной функции, слабой соединительной тканью. , нарушение функций центральной нервной системы (ЦНС), периферическая невропатия и потеря кожи, меха (у животных) или цвета волос (Linder and Goode 1991; Uauy et al.1998; Cordano 1998; Персиваль 1998).

Биохимия и физиология

Медь, поступающая с пищей, может частично всасываться в желудке, где сильнокислая среда освобождает связанные ионы меди из частично переваренных частиц пищи. Однако большая часть попавшей внутрь меди попадает в двенадцатиперстную кишку и подвздошную кишку, которые являются основными местами абсорбции. В результате образования комплексов с аминокислотами, органическими кислотами или другими хелатирующими агентами высокая фракция меди становится растворимой в кишечном тракте.Исследования изолированных сегментов двенадцатиперстной кишки предполагают, что ионы меди проникают в клетки слизистой оболочки кишечника путем простой диффузии и выходят на базолатеральную поверхность другим способом (Bremner 1980). Недавние сообщения показывают, что существует двухвалентный переносчик, который может транспортировать медь (Rolfs and Hedinger 1999).

Базолатеральный транспорт заметно снижается при болезни Менкеса, что приводит к системному дефициту меди. Исследования этого заболевания привели к предсказанию наличия медь-транспортирующей аденозинтрифосфатазы (АТФазы) в базолатеральной мембране клеток слизистой оболочки.АТФаза, транспортирующая медь, предположительно разряжает медь в серозные капилляры, где медь связывается с альбумином и аминокислотами для транспортировки в печень через портальную систему кровообращения. Из печени медь транспортируется во внепеченочные ткани с альбумином, аминокислотами и, в меньшей степени, церулоплазмином (Dunn et al. 1991).

Большая часть циркулирующей меди возвращается в печень в виде меди, связанной с церулоплазмином. Церулоплазмин, сиалогликопротеин, постоянно секретируется из печени в кровь.Когда церулоплазмин возвращается в печень, сиаловая кислота может быть удалена внешними эндотелиальными клетками с последующим эндоцитозом десиалированного белка через рецептор асиалогликопротеина в паренхиме печени (Irie and Tavassoli 1986). Точно так же удаление меди из церулоплазмина ускоряет ее поглощение паренхимными клетками печени (Holtzman and Gaumnitz 1970).

Как обсуждалось в главе 4, болезнь Вильсона, генетическое заболевание, характеризующееся накоплением меди в основном в печени и головном мозге, свидетельствует о потенциальной роли биосинтеза церулоплазмина в гомеостазе меди в печени.Медьсодержащие фрагменты церулоплазмина обнаруживаются в желчи здоровых людей и обычно отсутствуют в желчи пациентов с Вильсоном.

Хотя многие пациенты Wilson не синтезируют достаточное количество церулоплазмина, это снижение уровня церулоплазмина желчных путей наблюдается даже у пациентов Wilson, у которых концентрация белка в крови достаточно нормальная. Это наблюдение предполагает, что секреция меди, связанной с церулоплазмином, с желчью составляет большую часть выделяемой меди (Iyengar et al.1988 г.). При ацерулоплазминемии, генетическом дефекте биосинтеза церулоплазмина, церулоплазмин в кровотоке полностью отсутствует (Harris et al. 1995). Тем не менее, у пациента с ацерулоплазминемией не развивается болезнь Вильсона, и медь не накапливается в печени при ацерулоплазминемии. Таким образом, для выведения меди с желчью и для поддержания нормального гомеостаза меди в печени необходимы факторы, помимо церулоплазмина. Ключ к идентификации таких факторов был получен в результате исследований липофушиноподобных гранул, которые накапливаются в печени пациентов, страдающих первичным билиарным циррозом и неспособных выводить медь из организма.Эти гранулы, по-видимому, возникают из первичных лизосом и могут содержать фрагменты деградации связанной с металлотионеином меди (Humbert et al. 1982). Исследования на крысах Wistar показывают, что выведение меди с желчью происходит в глутатион-зависимой (быстрой) фазе и в глутатион-независимой (медленной) фазе (Houwen et al. 1990). Не удалось определить, какая фаза связана с церулоплазмином.

Второй фермент АТФаза, переносящий медь, необходим для транспортировки ионов меди в компартмент Гольджи для включения в апоцерулоплазмин (Murata et al.1995). Было показано, что несколько типов клеток имеют рецепторы церулоплазмина. Однако вышеприведенное наблюдение поддерживает, но не определяет роль церулоплазмина в доставке меди в ткани. Рецепторы были обнаружены на многих типах клеток. Клетки K562 способны взаимодействовать с церулоплазмином in vitro и транспортировать связанную с церулоплазмином медь к клеточным ферментам (Percival and Harris 1991). В отличие от трансферрина, который доставляет железо посредством рецепторно-опосредованного эндоцитоза всего белка, белок церулоплазмин не подвергается эндоцитозу (за исключением клеток печени) и доставляет связанную медь к компонентам на поверхности клетки.Таким образом, роль белка ограничивается клеточной мембраной, а для транспортировки меди внутрь требуются транспортные белки в мембране. Аскорбат способствует высвобождению меди, а хелаторы меди предотвращают ее абсорбцию клеткой (Percival and Harris 1989, 1990).

Когда крысам скармливают избыток меди, она избирательно накапливается в перипортальных и средних зонах долек печени (Fuentealba et al. 1989), что позволяет предположить, что портальный кровоток определяет расположение меди (Haywood 1981).У некоторых пациентов с хроническим циррозом меди также накапливается в лизосомах (Humbert et al. 1982), что позволяет предположить, что эти органеллы участвуют в накоплении меди или, что более вероятно, в выделении меди при высоких концентрациях меди (Gross et al. 1989). ¹ Металлотионеин — это небольшой белок, богатый цистеином, который прочно связывает медь. Считается, что этот белок играет роль как в хранении меди, так и во внутреннем движении меди (Казинс, 1985). В высоких концентрациях медь может стимулировать синтез металлотионеина.В нормальных условиях медь существует в чрезвычайно низких концентрациях в виде свободного иона в цитозоле. Следовательно, лиганды, связывающие медь, являются ключевыми регуляторами движения меди и адаптации к токсическим эффектам. Лиганды защищают от токсичности и помогают нацеливать белки на включение меди. Лиганды, связывающие медь, включают глутатион (GSH), аминокислоты, АТФ и недавно идентифицированные металло-шапероны меди. Было показано, что все эти лиганды переносят медь внутри клетки из одного места в другое и делают медь доступной для внутриклеточных ферментов (Sternlieb 1980; DiSilvestro and Cousins ​​1983; Holt et al.1986; Харрис 1995).

Многочисленные биохимические исследования и исследования питания были посвящены механизмам абсорбции и метаболизма меди. Задача состоит в том, чтобы объяснить, как чрезвычайно малые количества меди могут проходить через клеточные мембраны и превращаться в ферменты, которым медь необходима для функционирования. Некоторое понимание было получено из исследований дрожжей. Дрожжи опосредуют транспорт меди с помощью отдельных систем с низким и высоким сродством для поглощения меди (Eide 1998). Ген дрожжей CTR1 (транспорт меди 1) был первым обнаруженным геном транспорта меди (Dancis et al.1994а, б). CTR1 кодирует трансмембранный белок, который избирательно транспортирует Cu (I). Гомологичный человеческий ген hCTR1 , кодирующий белок-переносчик, был идентифицирован в клетках HeLa (Zhou and Gitschier 1997). Поскольку вышеуказанные переносчики распознают только Cu (I), фермент редуктазы должен восстанавливать Cu ²⁺ перед переносом в клетку. Два гена редуктазы, которые могут восстанавливать Cu ²⁺ для транспорта, были идентифицированы у дрожжей (Hassett and Kosman 1995; Georgatsou et al.1997). Система редуктазы, которая использует НАДН в качестве донора электронов для восстановления меди, была обнаружена в клетках печени крыс (van den Berg and McArdle 1994).

Клетки в определенной культуральной среде поглощают медь. Высокоаффинные мембранные пермеазы позволяют ионам меди в микромолярных концентрациях проходить через фосфолипидный бислой и попадать в цитоплазму. Быстрое поглощение не зависит от АТФ, что позволяет предположить наличие системы пассивного носителя (Schmitt et al., 1983; Tong and McArdle, 1995). В общем, химическая форма, валентное состояние и относительные концентрации конкурирующих металлов влияют на количество поглощаемой меди.Выбранные аминокислоты, такие как гистидин и глутамин (Harris and Sass-Kortsak 1967), и ионы, такие как натрий, хлорид и бикарбонат (Alda and Garay 1990), стимулируют трансмембранное перемещение меди in vitro, тогда как хелаторы цинка и меди, такие как фитат, снижают всасывание.

Глутатион представляет собой повсеместно распространенный цистеинсодержащий трипептид, присутствует в миллимолярных количествах в печени, мозге, почках и других тканях (Deneke and Fanburg 1989). Глутатион активно связывает медь. В клетках гепатомы происходит быстрый оборот комплекса GSH-Cu (I).Этот оборот согласуется с участием GSH в восстановлении Cu (II) до Cu (I), потенциально облегчая его связывание с металлотионеином (Freedman and Peisach 1989a; Freedman and Peisach 1989b).

Клетки млекопитающих и дрожжей имеют небольшие полипептиды, которые связывают Cu (I) и передают ее выбранным реципиентам. Эти белки, называемые шаперонами меди или металло-шаперонами, временно связывают Cu (I) в богатой цистеином области пептидной цепи (Valentine and Gralla 1997). Шапероны перемещают ионы меди из одного места клетки в другое, иногда пересекая мембраны органелл.Шаперон способствует быстрому обмену меди с белками-мишенями (Portnoy et al. 1999). Мишени включают оксидазу цитохрома c в митохондриях, ATP7B в транс-Гольджи и apoCuZnSOD в цитозоле клетки. Известно, что три шаперона, впервые описанные у дрожжей, имеют аналоги у человека. ATOX1 (ранее HAh2) является гомологом ATX1 человека и широко экспрессируется во всех тканях. ATX1 и ATOX1 специфически доставляют медь по секреторному пути, где мишенями являются мембраносвязанные медные АТФазы, которые регулируют поток меди в компартменты клетки.Примеры включают Ccc2p, который доставляет медь к мульти-медной оксидазе (Fet3p), необходимой для поглощения железа дрожжами, и ATP7B (продукт гена болезни Вильсона), который доставляет медь к апоцерулоплазмину в транс-Гольджи печени. Правильная функция ATP7B важна для выведения меди с желчью. COX17 является шапероном, который транспортирует медь к цитохромоксидазе в митохондриях дрожжевых клеток (Amaravadi et al. 1997). Гомолог человека — hCOX17. LYS7, белок величиной 27 килодальтон (кДа), который доставляет медь к apoCuZnSOD (Culotta et al.1997, 1999), имеет человеческий аналог, обозначенный CCS (медный шаперон для SOD). Дрожжевые мутанты, дефектные по LYS7, не могут включать медь в SOD 1 и, следовательно, дефектны по активности SOD1. CCS сопоставим по размеру и имеет 28% идентичность последовательности с LYS7. Оба белка содержат единственную консенсусную медьсвязывающую последовательность MHCXXC.

Факторы, влияющие на биодоступность

Количество меди, усваиваемой с пищей, может значительно варьироваться в зависимости от других пищевых компонентов.Однако в целом примерно половина меди, потребляемой с пищей, обычно всасывается в желудочно-кишечном тракте. Примерно две трети абсорбированной меди быстро выделяется с желчью (Lönnerdal 1998; Turnlund 1998; Wapnir 1998) (). Таким образом, примерно 80–90% пищевой меди обычно выводится с калом. Таким образом, гомеостаз меди в первую очередь регулируется на уровне желудочно-кишечного тракта посредством экскреции с желчью, при этом почки выделяют лишь небольшое количество меди. Небольшое количество меди также выделяется с волосами и потом.Было показано, что биодоступность или доля меди, абсорбируемая из желудочно-кишечного тракта, зависит от возраста человека, количества меди в желудочно-кишечном тракте и различных пищевых компонентов. Что касается диетических компонентов, то медь в мясе, как сообщается, более биодоступна, чем в овощах. Ожидается, что биодоступность меди также будет зависеть от формы присутствующей меди (Baker et al. 1991). Поглощение растворимых или ионных форм выше, чем менее растворимых или нерастворимых минеральных форм или меди, отложенных в почве.

Рисунок 2-1

Обзор абсорбции, транспорта и выведения меди. Печень получает медь из кишечника через портальную систему кровообращения и перераспределяет медь в ткани через церулоплазмин, альбумин и аминокислоты. Почти половина потребляемой меди (подробнее …)

У взрослых абсорбция варьируется в зависимости от количества меди в рационе. Исследования на животных показывают, что степень абсорбции может составлять примерно 10% при очень высоком потреблении меди и около 70% при низком потреблении меди.Среднее значение для типичного рациона животных и людей составляет 30-40% (Lönnerdal 1996, 1998; Turnlund et al. 1998; Wapnir 1998). Turnlund et al. (1998) измерили количество меди, выделяемой людьми с фекалиями в течение 12 дней после пероральной или внутривенной дозы меди для четырех и пяти субъектов, соответственно. Внутривенная доза позволяет оценить эндогенную экскрецию в кишечник. Удержание при пероральном приеме, по оценке по меди в кале, было самым высоким, когда концентрация меди в пище была самой низкой: 67% при 0.38 мг в день, 54% — по 0,66 мг в день и 44% — по 2,49 мг в день (Turnlund et al. 1998). Однако расчетный общий процент, который был фактически абсорбирован желудочно-кишечным трактом до эндогенной (или желчной) экскреции обратно в желудочно-кишечный тракт, составлял 77%, 73% и 66%, соответственно, для трех доз. Таким образом, изменения в эндогенной экскреции (с желчью), а не в абсорбции ЖКТ, являются основным механизмом регуляции общей меди в организме. В частности, изменение эндогенной экскреции между самой низкой и самой высокой дозами колебалось от 12% до 34% (Turnlund et al.1998), хотя эти данные могут неадекватно отражать долгосрочный гомеостаз из-за краткосрочного характера исследования. Таким образом, увеличение экскреции меди с калом с увеличением дозы меди является функцией снижения абсорбции и увеличения секреции желчи, причем последнее имеет больший эффект.

Влияние возраста

Исследования на крысах показывают, что абсорбция и удержание меди может быть особенно высокой в ​​неонатальный период и что она снижается к моменту отлучения от груди (обобщено Lönnerdal 1996, 1998).Данные о абсорбции у младенцев немногочисленны; однако исследования баланса меди (то есть количества меди в организме) показывают аналогичное снижение удержания (функции абсорбции и выведения с желчью) меди с возрастом у доношенных детей. Отрицательный баланс меди (потеря меди из организма, превышающая потребление с пищей) может возникать у недоношенных детей как следствие пониженного внутриутробного накопления меди и низкого потребления меди с пищей (Widdowson 1974; Sann et al. 1980; Hillman et al.1981; Lönnerdal 1996, 1998; Кордано 1998). Исследования как на животных, так и на людях показывают, что в пределах изученного диапазона потребления абсорбция и удержание меди линейно возрастают с количеством потребляемой, хотя процент удерживаемой с пищей меди уменьшается (Lönnerdal et al. 1985; Lönnerdal 1996). Например, у 14-дневных детенышей молочной крысы процент меди, оставшейся из еды (0,5 мл), содержащей 0,2 мг меди на литр, составлял примерно 30%, и был ближе к 20%, когда еда содержала 2 мг. меди на литр.Однако важно отметить, что хотя процент меди, оставшейся из муки с высоким содержанием меди, был ниже, чем из муки с низким содержанием меди, общее количество меди, удерживаемой из муки с высоким содержанием меди, было в 7 раз выше, чем из муки с высоким содержанием меди. мука с низким содержанием меди (Lönnerdal et al. 1985).

Из-за роста тканей и повышенной экспрессии некоторых белков меди в послеродовой период процент поглощенной меди, удерживаемой организмом, выше у младенцев, чем у взрослых. Имеется мало информации о поглощении или удержании меди с пищей у детей ясельного и раннего возраста.

Диетические и другие взаимодействия

Ранние исследования на целых животных показали, что на скорость и количество ионов меди, переносимых через эпителий кишечника, положительно влияют пищевые аминокислоты, но отрицательно — аскорбат и конкурирующие ионы металлов (Bremner 1980; Hogan and Rauser 1981 ; L’Abbe and Fischer 1984; Oestreicher and Cousins ​​1985; Fields et al. 1986). Хлорид-ионы и бикарбонат, по-видимому, стимулируют клеточное поглощение (Alda and Garay 1990). Транспорт через мембрану считался свойством транспортных белков, которые сами по себе подвержены антагонистическим эффектам конкурирующих металлов, в основном цинка и двухвалентного железа.Исследования дрожжей и бактерий привели к открытию мембранных белков, которые переносят ионы меди через клеточные мембраны.

Сообщается, что абсорбция меди выше у младенцев, которые потребляют грудное молоко, а не коровье (Lönnerdal 1996 1998). Такая повышенная биодоступность может быть объяснена большей связью меди с липидами и сывороткой в ​​грудном молоке, чем в коровьем молоке, где большая часть меди связана с казеином (Wapnir 1998).

В литературе указывается, что усвоение меди выше, когда в рационе используется животный, а не растительный белок (т.е., вегетарианец) (Srikumar et al. 1992; Lönnerdal 1996; Wapnir 1998). Исследования на экспериментальных животных показали, что фитаты и пищевые волокна обычно снижают биодоступность меди; однако влияние на биодоступность у людей менее очевидно (Turnlund 1988; Lönnerdal 1996). Снижение уровня меди в сыворотке крови указывает на то, что добавленные в рацион фитаты или α-целлюлоза могут изменить использование или распределение меди (Turnlund 1988). В целом влияние фитатов и пищевых волокон на абсорбцию меди оказывается меньше, чем влияние на абсорбцию других двухвалентных катионов, таких как цинк (Wapnir 1998).

Диетические различия были обнаружены у пациентов с болезнью Вильсона. Наблюдения за двумя пациентами Вильсона, соблюдающими лактовегетарианскую диету, показывают, что биодоступность меди снижается примерно на 25% (Brewer et al. 1993b). У первого из двух пациентов на этой диете не было симптомов (т.е. нормальная функция печени и нормальное обследование с помощью щелевой лампы на предмет колец Кайзера-Флейшера) в течение 12 лет, несмотря на то, что он имел типичное среднесуточное потребление меди и не принимал анти-медную терапию. Второй пациент на 2 года перестал принимать антикоперную терапию, а затем перешел на лактовегетарианскую диету.После переключения ее сывороточная активность трансаминазы и транспептидазы (аланинаминотрансаминаза, аспаратаминотрансаминаза и гамма-глутамилтранфераза печени), которые ранее были повышены, в течение следующего года улучшилась. При последнем наблюдении примерно через 2 года после начала диеты пациент оставался клинически здоровым. У других пациентов с болезнью Вильсона, которые прекратили терапию противозачаточными препаратами, наблюдались серьезные проблемы через 3-4 месяца и серьезное ухудшение состояния в среднем через 1,5 года (Брюэр и Юзбасиян-Гуркан, 1992).

Углеводы, такие как фруктоза, были изучены на предмет их влияния на усвоение и метаболизм меди. Фруктоза, или фруктозная составляющая сахарозы, вводимая крысам, увеличивала экскрецию меди с фекалиями и мочой (Lönnerdal 1996). Влияние фруктозы на баланс меди у людей не изучено.

На основании исследований на крысах считается, что аскорбиновая кислота снижает уровень меди в плазме и печени за счет уменьшения абсорбции меди, а пониженное всасывание меди позже стимулирует абсорбцию меди и подавляет выведение с желчью (Van den Berg et al.1994). Уменьшение абсорбции вызвано восстановлением ионов меди (Cu ²⁺ ) до ионов меди (Cu ¹⁺ ), которые усваиваются хуже (Lönnerdal 1996). Высокий уровень аскорбиновой кислоты может также снизить активность церулоплазминоксидазы, хотя общий эффект аскорбиновой кислоты на абсорбцию и метаболизм меди у людей может быть меньше, чем у животных (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988). Введение аскорбиновой кислоты с цинком в дозе 1 г в день пациентам с болезнью Вильсона не показало взаимодействия аскорбиновой кислоты и цинка на баланс меди или абсорбцию меди ⁶⁴ (Brewer et al.1993а). Аскорбиновая кислота не оказывала заметного влияния на эффективность цинка для контроля баланса меди у этих пациентов.

Аминокислоты, такие как гистидин и цистеин, уменьшают абсорбцию меди, образуя комплексы, которые плохо всасываются (Lönnerdal 1996). Гистидин также усиливает ингибирующее действие цинка на абсорбцию меди у крыс (Wapnir and Balkman 1991). С другой стороны, комплексы меди с другими аминокислотами и органическими кислотами могут привести к биодоступности, аналогичной биодоступности растворимого сульфата меди (Wapnir 1998).

На основании исследований, проведенных на сегодняшний день, цинк является основным минералом и диетическим элементом, влияющим на усвоение меди. Влияние избытка цинка на снижение абсорбции меди хорошо задокументировано у ряда видов (см. Сводку в Turnlund 1998; Wapnir 1998), а цинк эффективно использовался при лечении болезни Вильсона (Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1987; Brewer and Yuzbasiyan-Gurkan 1992; Brewer et al. 1994; Brewer et al. 1998). У беременных крыс употребление кормов с высоким содержанием цинка может привести к дефициту меди у плода (Reinstein et al.1984). У людей потребление добавок цинка (50 мг в день в течение 6-8 недель) может привести к снижению активности медно-цинковой супероксиддисмутазы эритроцитов (Fisher et al. 1984; Yadrick et al. 1989; Johnson et al. 1998). , предполагая, что постоянное потребление цинка в таком количестве может привести к состоянию маргинального статуса меди. Учитывая вышеупомянутую возможность, Институт медицины рекомендовал, по крайней мере, беременным женщинам вводить добавки с медью (2 мг) при приеме добавок цинка (25 мг или более) (IOM 1990).

Помимо цинка, различные другие минералы, такие как железо, олово, кальций, фосфор, кадмий и молибден, взаимодействуют с абсорбцией и метаболизмом меди, хотя их влияние по сравнению с цинком относительно незначительно или спорно у людей (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988; Wapnir 1998). Эти минералы представляют собой катионы, которые могут конкурировать за поглощение в пищеварительном тракте, тем самым снижая абсорбцию. Эти минералы также могут влиять на утилизацию и выведение меди. Например, давно известно, что молибден вызывает дефицит меди у жвачных животных, но оказывает незначительное влияние на нежвачных.Наряду с цинком для поддерживающей терапии тетратиомолибдат в настоящее время используется для начального лечения пациентов с неврологической или психиатрической формой болезни Вильсона. Тетратиомолибат действует, блокируя абсорбцию меди при приеме с пищей и образуя комплекс с медью в сыворотке крови при приеме отдельно от еды (Brewer et al. 1996).

Подобно другим металлам, биодоступность меди в почве или взвешенных частицах в воде, вероятно, зависит от ее минеральной или поверхностно сорбированной формы, растворимости и размера частиц (Davis et al.1993; Руби и др. 1996). Как показано для свинца, растворимость и биодоступность могут сильно различаться в зависимости от химической и физической формы (Ruby et al. В печати). Ацетат и сульфат меди значительно более растворимы и, следовательно, более биодоступны, чем оксид меди (Johnson et al. 1998; Wapnir 1998), сульфиды меди (например, халькопирит) и другие менее растворимые минералы. Медь в почве и отложениях также сильно адсорбируется на компоненты почвы, такие как глинистые минералы, водное железо и оксиды марганца (Tyler and McBride, 1982), что приводит к снижению растворимости и подвижности.

Физиологическая роль меди — Медь в питьевой воде

Эта глава начинается с обсуждения основных принципов содержания меди. Описаны кинетика меди в организме и отдельные роли меди на клеточном и молекулярном уровне. Кроме того, представлены факторы, влияющие на биодоступность меди.

Эссенциальность

Медь является незаменимой и токсичной для живых систем. Как важный металл, медь необходима для адекватного роста, целостности сердечно-сосудистой системы, эластичности легких, неоваскуляризации, нейроэндокринной функции и метаболизма железа.В среднем взрослый человек потребляет с пищей около 1 мг меди в день; примерно половина из них абсорбируется (Harris 1997). Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения рекомендует 30 микрограммов (мкг) на килограмм (кг) веса тела в день, что соответствует примерно 2 мг в день для среднего взрослого человека (ВОЗ, 1996). Совет по пищевым продуктам и питанию (FNB) рекомендует взрослым потреблять с пищей 1,5–3,0 мг меди в день (NRC 1989). Медь обязательна для ферментов, участвующих в аэробном метаболизме, таких как цитохром-с-оксидаза в митохондриях, лизилоксидаза в соединительной ткани, дофаминмонооксигеназа в головном мозге и церулоплазмин.В качестве кофактора апо-медь-цинк супероксиддисмутазы (апо-CuZnSOD) медь защищает белки, мембранные липиды и нуклеиновые кислоты от повреждения свободными радикалами в широком диапазоне клеток и органов. Серьезный дефицит меди, либо генные дефекты из-за мутаций, либо низкое потребление меди с пищей, хотя и относительно редко у людей, связаны с умственной отсталостью, анемией, гипотермией, нейтропенией, диареей, гипертрофией сердца, хрупкостью костей, нарушением иммунной функции, слабой соединительной тканью. , нарушение функций центральной нервной системы (ЦНС), периферическая невропатия и потеря кожи, меха (у животных) или цвета волос (Linder and Goode 1991; Uauy et al.1998; Cordano 1998; Персиваль 1998).

Биохимия и физиология

Медь, поступающая с пищей, может частично всасываться в желудке, где сильнокислая среда освобождает связанные ионы меди из частично переваренных частиц пищи. Однако большая часть попавшей внутрь меди попадает в двенадцатиперстную кишку и подвздошную кишку, которые являются основными местами абсорбции. В результате образования комплексов с аминокислотами, органическими кислотами или другими хелатирующими агентами высокая фракция меди становится растворимой в кишечном тракте.Исследования изолированных сегментов двенадцатиперстной кишки предполагают, что ионы меди проникают в клетки слизистой оболочки кишечника путем простой диффузии и выходят на базолатеральную поверхность другим способом (Bremner 1980). Недавние сообщения показывают, что существует двухвалентный переносчик, который может транспортировать медь (Rolfs and Hedinger 1999).

Базолатеральный транспорт заметно снижается при болезни Менкеса, что приводит к системному дефициту меди. Исследования этого заболевания привели к предсказанию наличия медь-транспортирующей аденозинтрифосфатазы (АТФазы) в базолатеральной мембране клеток слизистой оболочки.АТФаза, транспортирующая медь, предположительно разряжает медь в серозные капилляры, где медь связывается с альбумином и аминокислотами для транспортировки в печень через портальную систему кровообращения. Из печени медь транспортируется во внепеченочные ткани с альбумином, аминокислотами и, в меньшей степени, церулоплазмином (Dunn et al. 1991).

Большая часть циркулирующей меди возвращается в печень в виде меди, связанной с церулоплазмином. Церулоплазмин, сиалогликопротеин, постоянно секретируется из печени в кровь.Когда церулоплазмин возвращается в печень, сиаловая кислота может быть удалена внешними эндотелиальными клетками с последующим эндоцитозом десиалированного белка через рецептор асиалогликопротеина в паренхиме печени (Irie and Tavassoli 1986). Точно так же удаление меди из церулоплазмина ускоряет ее поглощение паренхимными клетками печени (Holtzman and Gaumnitz 1970).

Как обсуждалось в главе 4, болезнь Вильсона, генетическое заболевание, характеризующееся накоплением меди в основном в печени и головном мозге, свидетельствует о потенциальной роли биосинтеза церулоплазмина в гомеостазе меди в печени.Медьсодержащие фрагменты церулоплазмина обнаруживаются в желчи здоровых людей и обычно отсутствуют в желчи пациентов с Вильсоном.

Хотя многие пациенты Wilson не синтезируют достаточное количество церулоплазмина, это снижение уровня церулоплазмина желчных путей наблюдается даже у пациентов Wilson, у которых концентрация белка в крови достаточно нормальная. Это наблюдение предполагает, что секреция меди, связанной с церулоплазмином, с желчью составляет большую часть выделяемой меди (Iyengar et al.1988 г.). При ацерулоплазминемии, генетическом дефекте биосинтеза церулоплазмина, церулоплазмин в кровотоке полностью отсутствует (Harris et al. 1995). Тем не менее, у пациента с ацерулоплазминемией не развивается болезнь Вильсона, и медь не накапливается в печени при ацерулоплазминемии. Таким образом, для выведения меди с желчью и для поддержания нормального гомеостаза меди в печени необходимы факторы, помимо церулоплазмина. Ключ к идентификации таких факторов был получен в результате исследований липофушиноподобных гранул, которые накапливаются в печени пациентов, страдающих первичным билиарным циррозом и неспособных выводить медь из организма.Эти гранулы, по-видимому, возникают из первичных лизосом и могут содержать фрагменты деградации связанной с металлотионеином меди (Humbert et al. 1982). Исследования на крысах Wistar показывают, что выведение меди с желчью происходит в глутатион-зависимой (быстрой) фазе и в глутатион-независимой (медленной) фазе (Houwen et al. 1990). Не удалось определить, какая фаза связана с церулоплазмином.

Второй фермент АТФаза, переносящий медь, необходим для транспортировки ионов меди в компартмент Гольджи для включения в апоцерулоплазмин (Murata et al.1995). Было показано, что несколько типов клеток имеют рецепторы церулоплазмина. Однако вышеприведенное наблюдение поддерживает, но не определяет роль церулоплазмина в доставке меди в ткани. Рецепторы были обнаружены на многих типах клеток. Клетки K562 способны взаимодействовать с церулоплазмином in vitro и транспортировать связанную с церулоплазмином медь к клеточным ферментам (Percival and Harris 1991). В отличие от трансферрина, который доставляет железо посредством рецепторно-опосредованного эндоцитоза всего белка, белок церулоплазмин не подвергается эндоцитозу (за исключением клеток печени) и доставляет связанную медь к компонентам на поверхности клетки.Таким образом, роль белка ограничивается клеточной мембраной, а для транспортировки меди внутрь требуются транспортные белки в мембране. Аскорбат способствует высвобождению меди, а хелаторы меди предотвращают ее абсорбцию клеткой (Percival and Harris 1989, 1990).

Когда крысам скармливают избыток меди, она избирательно накапливается в перипортальных и средних зонах долек печени (Fuentealba et al. 1989), что позволяет предположить, что портальный кровоток определяет расположение меди (Haywood 1981).У некоторых пациентов с хроническим циррозом меди также накапливается в лизосомах (Humbert et al. 1982), что позволяет предположить, что эти органеллы участвуют в накоплении меди или, что более вероятно, в выделении меди при высоких концентрациях меди (Gross et al. 1989). ¹ Металлотионеин — это небольшой белок, богатый цистеином, который прочно связывает медь. Считается, что этот белок играет роль как в хранении меди, так и во внутреннем движении меди (Казинс, 1985). В высоких концентрациях медь может стимулировать синтез металлотионеина.В нормальных условиях медь существует в чрезвычайно низких концентрациях в виде свободного иона в цитозоле. Следовательно, лиганды, связывающие медь, являются ключевыми регуляторами движения меди и адаптации к токсическим эффектам. Лиганды защищают от токсичности и помогают нацеливать белки на включение меди. Лиганды, связывающие медь, включают глутатион (GSH), аминокислоты, АТФ и недавно идентифицированные металло-шапероны меди. Было показано, что все эти лиганды переносят медь внутри клетки из одного места в другое и делают медь доступной для внутриклеточных ферментов (Sternlieb 1980; DiSilvestro and Cousins ​​1983; Holt et al.1986; Харрис 1995).

Многочисленные биохимические исследования и исследования питания были посвящены механизмам абсорбции и метаболизма меди. Задача состоит в том, чтобы объяснить, как чрезвычайно малые количества меди могут проходить через клеточные мембраны и превращаться в ферменты, которым медь необходима для функционирования. Некоторое понимание было получено из исследований дрожжей. Дрожжи опосредуют транспорт меди с помощью отдельных систем с низким и высоким сродством для поглощения меди (Eide 1998). Ген дрожжей CTR1 (транспорт меди 1) был первым обнаруженным геном транспорта меди (Dancis et al.1994а, б). CTR1 кодирует трансмембранный белок, который избирательно транспортирует Cu (I). Гомологичный человеческий ген hCTR1 , кодирующий белок-переносчик, был идентифицирован в клетках HeLa (Zhou and Gitschier 1997). Поскольку вышеуказанные переносчики распознают только Cu (I), фермент редуктазы должен восстанавливать Cu ²⁺ перед переносом в клетку. Два гена редуктазы, которые могут восстанавливать Cu ²⁺ для транспорта, были идентифицированы у дрожжей (Hassett and Kosman 1995; Georgatsou et al.1997). Система редуктазы, которая использует НАДН в качестве донора электронов для восстановления меди, была обнаружена в клетках печени крыс (van den Berg and McArdle 1994).

Клетки в определенной культуральной среде поглощают медь. Высокоаффинные мембранные пермеазы позволяют ионам меди в микромолярных концентрациях проходить через фосфолипидный бислой и попадать в цитоплазму. Быстрое поглощение не зависит от АТФ, что позволяет предположить наличие системы пассивного носителя (Schmitt et al., 1983; Tong and McArdle, 1995). В общем, химическая форма, валентное состояние и относительные концентрации конкурирующих металлов влияют на количество поглощаемой меди.Выбранные аминокислоты, такие как гистидин и глутамин (Harris and Sass-Kortsak 1967), и ионы, такие как натрий, хлорид и бикарбонат (Alda and Garay 1990), стимулируют трансмембранное перемещение меди in vitro, тогда как хелаторы цинка и меди, такие как фитат, снижают всасывание.

Глутатион представляет собой повсеместно распространенный цистеинсодержащий трипептид, присутствует в миллимолярных количествах в печени, мозге, почках и других тканях (Deneke and Fanburg 1989). Глутатион активно связывает медь. В клетках гепатомы происходит быстрый оборот комплекса GSH-Cu (I).Этот оборот согласуется с участием GSH в восстановлении Cu (II) до Cu (I), потенциально облегчая его связывание с металлотионеином (Freedman and Peisach 1989a; Freedman and Peisach 1989b).

Клетки млекопитающих и дрожжей имеют небольшие полипептиды, которые связывают Cu (I) и передают ее выбранным реципиентам. Эти белки, называемые шаперонами меди или металло-шаперонами, временно связывают Cu (I) в богатой цистеином области пептидной цепи (Valentine and Gralla 1997). Шапероны перемещают ионы меди из одного места клетки в другое, иногда пересекая мембраны органелл.Шаперон способствует быстрому обмену меди с белками-мишенями (Portnoy et al. 1999). Мишени включают оксидазу цитохрома c в митохондриях, ATP7B в транс-Гольджи и apoCuZnSOD в цитозоле клетки. Известно, что три шаперона, впервые описанные у дрожжей, имеют аналоги у человека. ATOX1 (ранее HAh2) является гомологом ATX1 человека и широко экспрессируется во всех тканях. ATX1 и ATOX1 специфически доставляют медь по секреторному пути, где мишенями являются мембраносвязанные медные АТФазы, которые регулируют поток меди в компартменты клетки.Примеры включают Ccc2p, который доставляет медь к мульти-медной оксидазе (Fet3p), необходимой для поглощения железа дрожжами, и ATP7B (продукт гена болезни Вильсона), который доставляет медь к апоцерулоплазмину в транс-Гольджи печени. Правильная функция ATP7B важна для выведения меди с желчью. COX17 является шапероном, который транспортирует медь к цитохромоксидазе в митохондриях дрожжевых клеток (Amaravadi et al. 1997). Гомолог человека — hCOX17. LYS7, белок величиной 27 килодальтон (кДа), который доставляет медь к apoCuZnSOD (Culotta et al.1997, 1999), имеет человеческий аналог, обозначенный CCS (медный шаперон для SOD). Дрожжевые мутанты, дефектные по LYS7, не могут включать медь в SOD 1 и, следовательно, дефектны по активности SOD1. CCS сопоставим по размеру и имеет 28% идентичность последовательности с LYS7. Оба белка содержат единственную консенсусную медьсвязывающую последовательность MHCXXC.

Факторы, влияющие на биодоступность

Количество меди, усваиваемой с пищей, может значительно варьироваться в зависимости от других пищевых компонентов.Однако в целом примерно половина меди, потребляемой с пищей, обычно всасывается в желудочно-кишечном тракте. Примерно две трети абсорбированной меди быстро выделяется с желчью (Lönnerdal 1998; Turnlund 1998; Wapnir 1998) (). Таким образом, примерно 80–90% пищевой меди обычно выводится с калом. Таким образом, гомеостаз меди в первую очередь регулируется на уровне желудочно-кишечного тракта посредством экскреции с желчью, при этом почки выделяют лишь небольшое количество меди. Небольшое количество меди также выделяется с волосами и потом.Было показано, что биодоступность или доля меди, абсорбируемая из желудочно-кишечного тракта, зависит от возраста человека, количества меди в желудочно-кишечном тракте и различных пищевых компонентов. Что касается диетических компонентов, то медь в мясе, как сообщается, более биодоступна, чем в овощах. Ожидается, что биодоступность меди также будет зависеть от формы присутствующей меди (Baker et al. 1991). Поглощение растворимых или ионных форм выше, чем менее растворимых или нерастворимых минеральных форм или меди, отложенных в почве.

Рисунок 2-1

Обзор абсорбции, транспорта и выведения меди. Печень получает медь из кишечника через портальную систему кровообращения и перераспределяет медь в ткани через церулоплазмин, альбумин и аминокислоты. Почти половина потребляемой меди (подробнее …)

У взрослых абсорбция варьируется в зависимости от количества меди в рационе. Исследования на животных показывают, что степень абсорбции может составлять примерно 10% при очень высоком потреблении меди и около 70% при низком потреблении меди.Среднее значение для типичного рациона животных и людей составляет 30-40% (Lönnerdal 1996, 1998; Turnlund et al. 1998; Wapnir 1998). Turnlund et al. (1998) измерили количество меди, выделяемой людьми с фекалиями в течение 12 дней после пероральной или внутривенной дозы меди для четырех и пяти субъектов, соответственно. Внутривенная доза позволяет оценить эндогенную экскрецию в кишечник. Удержание при пероральном приеме, по оценке по меди в кале, было самым высоким, когда концентрация меди в пище была самой низкой: 67% при 0.38 мг в день, 54% — по 0,66 мг в день и 44% — по 2,49 мг в день (Turnlund et al. 1998). Однако расчетный общий процент, который был фактически абсорбирован желудочно-кишечным трактом до эндогенной (или желчной) экскреции обратно в желудочно-кишечный тракт, составлял 77%, 73% и 66%, соответственно, для трех доз. Таким образом, изменения в эндогенной экскреции (с желчью), а не в абсорбции ЖКТ, являются основным механизмом регуляции общей меди в организме. В частности, изменение эндогенной экскреции между самой низкой и самой высокой дозами колебалось от 12% до 34% (Turnlund et al.1998), хотя эти данные могут неадекватно отражать долгосрочный гомеостаз из-за краткосрочного характера исследования. Таким образом, увеличение экскреции меди с калом с увеличением дозы меди является функцией снижения абсорбции и увеличения секреции желчи, причем последнее имеет больший эффект.

Влияние возраста

Исследования на крысах показывают, что абсорбция и удержание меди может быть особенно высокой в ​​неонатальный период и что она снижается к моменту отлучения от груди (обобщено Lönnerdal 1996, 1998).Данные о абсорбции у младенцев немногочисленны; однако исследования баланса меди (то есть количества меди в организме) показывают аналогичное снижение удержания (функции абсорбции и выведения с желчью) меди с возрастом у доношенных детей. Отрицательный баланс меди (потеря меди из организма, превышающая потребление с пищей) может возникать у недоношенных детей как следствие пониженного внутриутробного накопления меди и низкого потребления меди с пищей (Widdowson 1974; Sann et al. 1980; Hillman et al.1981; Lönnerdal 1996, 1998; Кордано 1998). Исследования как на животных, так и на людях показывают, что в пределах изученного диапазона потребления абсорбция и удержание меди линейно возрастают с количеством потребляемой, хотя процент удерживаемой с пищей меди уменьшается (Lönnerdal et al. 1985; Lönnerdal 1996). Например, у 14-дневных детенышей молочной крысы процент меди, оставшейся из еды (0,5 мл), содержащей 0,2 мг меди на литр, составлял примерно 30%, и был ближе к 20%, когда еда содержала 2 мг. меди на литр.Однако важно отметить, что хотя процент меди, оставшейся из муки с высоким содержанием меди, был ниже, чем из муки с низким содержанием меди, общее количество меди, удерживаемой из муки с высоким содержанием меди, было в 7 раз выше, чем из муки с высоким содержанием меди. мука с низким содержанием меди (Lönnerdal et al. 1985).

Из-за роста тканей и повышенной экспрессии некоторых белков меди в послеродовой период процент поглощенной меди, удерживаемой организмом, выше у младенцев, чем у взрослых. Имеется мало информации о поглощении или удержании меди с пищей у детей ясельного и раннего возраста.

Диетические и другие взаимодействия

Ранние исследования на целых животных показали, что на скорость и количество ионов меди, переносимых через эпителий кишечника, положительно влияют пищевые аминокислоты, но отрицательно — аскорбат и конкурирующие ионы металлов (Bremner 1980; Hogan and Rauser 1981 ; L’Abbe and Fischer 1984; Oestreicher and Cousins ​​1985; Fields et al. 1986). Хлорид-ионы и бикарбонат, по-видимому, стимулируют клеточное поглощение (Alda and Garay 1990). Транспорт через мембрану считался свойством транспортных белков, которые сами по себе подвержены антагонистическим эффектам конкурирующих металлов, в основном цинка и двухвалентного железа.Исследования дрожжей и бактерий привели к открытию мембранных белков, которые переносят ионы меди через клеточные мембраны.

Сообщается, что абсорбция меди выше у младенцев, которые потребляют грудное молоко, а не коровье (Lönnerdal 1996 1998). Такая повышенная биодоступность может быть объяснена большей связью меди с липидами и сывороткой в ​​грудном молоке, чем в коровьем молоке, где большая часть меди связана с казеином (Wapnir 1998).

В литературе указывается, что усвоение меди выше, когда в рационе используется животный, а не растительный белок (т.е., вегетарианец) (Srikumar et al. 1992; Lönnerdal 1996; Wapnir 1998). Исследования на экспериментальных животных показали, что фитаты и пищевые волокна обычно снижают биодоступность меди; однако влияние на биодоступность у людей менее очевидно (Turnlund 1988; Lönnerdal 1996). Снижение уровня меди в сыворотке крови указывает на то, что добавленные в рацион фитаты или α-целлюлоза могут изменить использование или распределение меди (Turnlund 1988). В целом влияние фитатов и пищевых волокон на абсорбцию меди оказывается меньше, чем влияние на абсорбцию других двухвалентных катионов, таких как цинк (Wapnir 1998).

Диетические различия были обнаружены у пациентов с болезнью Вильсона. Наблюдения за двумя пациентами Вильсона, соблюдающими лактовегетарианскую диету, показывают, что биодоступность меди снижается примерно на 25% (Brewer et al. 1993b). У первого из двух пациентов на этой диете не было симптомов (т.е. нормальная функция печени и нормальное обследование с помощью щелевой лампы на предмет колец Кайзера-Флейшера) в течение 12 лет, несмотря на то, что он имел типичное среднесуточное потребление меди и не принимал анти-медную терапию. Второй пациент на 2 года перестал принимать антикоперную терапию, а затем перешел на лактовегетарианскую диету.После переключения ее сывороточная активность трансаминазы и транспептидазы (аланинаминотрансаминаза, аспаратаминотрансаминаза и гамма-глутамилтранфераза печени), которые ранее были повышены, в течение следующего года улучшилась. При последнем наблюдении примерно через 2 года после начала диеты пациент оставался клинически здоровым. У других пациентов с болезнью Вильсона, которые прекратили терапию противозачаточными препаратами, наблюдались серьезные проблемы через 3-4 месяца и серьезное ухудшение состояния в среднем через 1,5 года (Брюэр и Юзбасиян-Гуркан, 1992).

Углеводы, такие как фруктоза, были изучены на предмет их влияния на усвоение и метаболизм меди. Фруктоза, или фруктозная составляющая сахарозы, вводимая крысам, увеличивала экскрецию меди с фекалиями и мочой (Lönnerdal 1996). Влияние фруктозы на баланс меди у людей не изучено.

На основании исследований на крысах считается, что аскорбиновая кислота снижает уровень меди в плазме и печени за счет уменьшения абсорбции меди, а пониженное всасывание меди позже стимулирует абсорбцию меди и подавляет выведение с желчью (Van den Berg et al.1994). Уменьшение абсорбции вызвано восстановлением ионов меди (Cu ²⁺ ) до ионов меди (Cu ¹⁺ ), которые усваиваются хуже (Lönnerdal 1996). Высокий уровень аскорбиновой кислоты может также снизить активность церулоплазминоксидазы, хотя общий эффект аскорбиновой кислоты на абсорбцию и метаболизм меди у людей может быть меньше, чем у животных (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988). Введение аскорбиновой кислоты с цинком в дозе 1 г в день пациентам с болезнью Вильсона не показало взаимодействия аскорбиновой кислоты и цинка на баланс меди или абсорбцию меди ⁶⁴ (Brewer et al.1993а). Аскорбиновая кислота не оказывала заметного влияния на эффективность цинка для контроля баланса меди у этих пациентов.

Аминокислоты, такие как гистидин и цистеин, уменьшают абсорбцию меди, образуя комплексы, которые плохо всасываются (Lönnerdal 1996). Гистидин также усиливает ингибирующее действие цинка на абсорбцию меди у крыс (Wapnir and Balkman 1991). С другой стороны, комплексы меди с другими аминокислотами и органическими кислотами могут привести к биодоступности, аналогичной биодоступности растворимого сульфата меди (Wapnir 1998).

На основании исследований, проведенных на сегодняшний день, цинк является основным минералом и диетическим элементом, влияющим на усвоение меди. Влияние избытка цинка на снижение абсорбции меди хорошо задокументировано у ряда видов (см. Сводку в Turnlund 1998; Wapnir 1998), а цинк эффективно использовался при лечении болезни Вильсона (Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1978; Hoogenraad et al. 1987; Brewer and Yuzbasiyan-Gurkan 1992; Brewer et al. 1994; Brewer et al. 1998). У беременных крыс употребление кормов с высоким содержанием цинка может привести к дефициту меди у плода (Reinstein et al.1984). У людей потребление добавок цинка (50 мг в день в течение 6-8 недель) может привести к снижению активности медно-цинковой супероксиддисмутазы эритроцитов (Fisher et al. 1984; Yadrick et al. 1989; Johnson et al. 1998). , предполагая, что постоянное потребление цинка в таком количестве может привести к состоянию маргинального статуса меди. Учитывая вышеупомянутую возможность, Институт медицины рекомендовал, по крайней мере, беременным женщинам вводить добавки с медью (2 мг) при приеме добавок цинка (25 мг или более) (IOM 1990).

Помимо цинка, различные другие минералы, такие как железо, олово, кальций, фосфор, кадмий и молибден, взаимодействуют с абсорбцией и метаболизмом меди, хотя их влияние по сравнению с цинком относительно незначительно или спорно у людей (Lönnerdal 1996; Turnlund 1988; Wapnir 1998). Эти минералы представляют собой катионы, которые могут конкурировать за поглощение в пищеварительном тракте, тем самым снижая абсорбцию. Эти минералы также могут влиять на утилизацию и выведение меди. Например, давно известно, что молибден вызывает дефицит меди у жвачных животных, но оказывает незначительное влияние на нежвачных.Наряду с цинком для поддерживающей терапии тетратиомолибдат в настоящее время используется для начального лечения пациентов с неврологической или психиатрической формой болезни Вильсона. Тетратиомолибат действует, блокируя абсорбцию меди при приеме с пищей и образуя комплекс с медью в сыворотке крови при приеме отдельно от еды (Brewer et al. 1996).

Подобно другим металлам, биодоступность меди в почве или взвешенных частицах в воде, вероятно, зависит от ее минеральной или поверхностно сорбированной формы, растворимости и размера частиц (Davis et al.1993; Руби и др. 1996). Как показано для свинца, растворимость и биодоступность могут сильно различаться в зависимости от химической и физической формы (Ruby et al. В печати). Ацетат и сульфат меди значительно более растворимы и, следовательно, более биодоступны, чем оксид меди (Johnson et al. 1998; Wapnir 1998), сульфиды меди (например, халькопирит) и другие менее растворимые минералы. Медь в почве и отложениях также сильно адсорбируется на компоненты почвы, такие как глинистые минералы, водное железо и оксиды марганца (Tyler and McBride, 1982), что приводит к снижению растворимости и подвижности.

Медь в здоровье человека

Этот документ любезно предоставлен CDA UK.

Мы не можем жить без этого

Медь — один из относительно небольшой группы металлических элементов, которые необходимы для здоровья человека. Эти элементы, наряду с аминокислотами и жирными кислотами, а также витаминами, необходимы для нормальных метаболических процессов. Однако, поскольку организм не может синтезировать медь, человеческий рацион должен обеспечивать ее регулярное поступление для усвоения.

Сколько меди в вашем теле?

Тело взрослого человека содержит от 1 до 1.4 и 2,1 мг меди на килограмм массы тела. Следовательно, здоровый человек весом 60 килограммов содержит примерно десятую часть грамма меди. Однако это небольшое количество необходимо для общего благополучия человека.

Как это работает?

Медь в сочетании с определенными белками производит ферменты, которые действуют как катализаторы, помогающие ряду функций организма. Некоторые помогают обеспечить энергию, необходимую для биохимических реакций. Другие участвуют в преобразовании меланина для пигментации кожи, а третьи помогают формировать поперечные связи в коллагене и эластине и, таким образом, поддерживать и восстанавливать соединительные ткани.Это особенно важно для сердца и артерий. Исследования показывают, что дефицит меди является одним из факторов, повышающих риск развития ишемической болезни сердца.

Достаточно ли нам?

До недавнего времени считалось, что большинство людей потребляют достаточное количество меди. Однако современные исследования показали, что это не так. Например, в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах многие типичные блюда были проанализированы на содержание металлов.Согласно недавним опросам, только 25% населения США потребляют количество меди в день, которое, по оценкам Совета США по пищевым продуктам и питанию Национальной академии наук США, является достаточным. Типичные диеты в США обеспечивают лишь около половины этого количества, а некоторые диеты в основном в промышленно развитых странах содержат менее 40% рекомендованной нормы. В Соединенном Королевстве в настоящее время рекомендуется, чтобы суточная доза варьировалась от 0,4 мг / день для детей в возрасте 1-3 лет до 1,2 мг / день для взрослых.Кроме того, более поздние исследования показывают, что существуют серьезные сомнения относительно адекватности диет, содержащих менее 1 мг меди в день для взрослых.

Может у нас слишком много?

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FAA), вероятно, предложат, чтобы среднее потребление меди населением не превышало 12 мг / день для взрослых мужчин и 10 мг / день для взрослых женщин. Они считаются самыми низкими дозами, которые могут вызвать малейшие биохимические доказательства нежелательных эффектов у всех, кроме небольшого числа членов популяции.Люди, страдающие индийским циррозом в детстве или наследственными заболеваниями, такими как болезнь Вильсона, сохраняют чрезмерное количество меди в организме и страдают от поражения печени, часто со смертельным исходом. Симптомы острого отравления медью включают тошноту, рвоту, боль в животе и мышцах. Избыток меди из организма можно удалить с помощью специальных хелатирующих агентов или путем потребления большого количества цинка.

Что такое продукты, богатые медью?

Некоторые продукты особенно богаты медью.К ним относятся большинство орехов (особенно бразильский и кешью), семена (особенно мак и подсолнечник), нут, печень и устрицы. Натуральные продукты, такие как злаки, мясо и рыба, обычно содержат достаточно меди, чтобы обеспечить до 50% необходимого количества меди в сбалансированной диете. Кроме того, дополнительную часть дневной нормы потребления в Соединенном Королевстве можно получить из питьевой воды, передаваемой по медным трубам. Однако в большинстве регионов содержания меди в воде недостаточно для обеспечения баланса необходимого нормального суточного потребления этого элемента.Кроме того, следует принимать во внимание, что некоторые фильтры для воды заявлены для удаления металлов, включая важный элемент медь, из питьевой воды.

Медь в медицине

Медь использовалась в качестве лекарства на протяжении тысяч лет, включая лечение ран грудной клетки и очистку питьевой воды. Совсем недавно исследования показали, что медь помогает предотвратить воспаление при артрите и подобных заболеваниях. Продолжаются исследования противоязвенных и противовоспалительных препаратов, содержащих медь, и их использования в радиологии, а также для лечения судорог и эпилепсии.Хотя нет никаких эпидемиологических доказательств того, что медь может предотвратить артрит, были утверждения, что ношение медных браслетов действительно облегчает симптомы.

Токсичность меди

Острое отравление медью — редкое явление, в основном связанное с случайным употреблением растворов нитрата меди или сульфата меди, которые следует хранить в недоступном для дома месте. Эти и органические соли меди являются сильнодействующим рвотным средством, и непреднамеренные большие дозы обычно выводятся через рвоту.Хроническое отравление медью также очень редко, и некоторые сообщения относятся к пациентам с заболеваниями печени. Способность здоровой печени человека выделять медь значительна, и в первую очередь по этой причине не было зарегистрировано ни одного случая хронического отравления медью.

Медь для здоровья

Наш ежедневный рацион должен обеспечивать определенное количество меди в следовых количествах по ряду причин для поддержания здоровья человека. Растениям и животным также нужна медь для поддержания здорового роста, который затем приносит пользу людям через пищевую цепочку.Медь легко доступна в различных продуктах питания, и нормальный сбалансированный рацион должен обеспечивать адекватное ежедневное количество меди без необходимости в дополнительных добавках. Однако следует понимать, что изменения в привычках питания и введение ограниченных диет, контролируемых с медицинской точки зрения, могут привести к неадекватному потреблению меди.

Дополнительная литература

1. «Медь, здоровье и безопасность человека», Джордж Э. Сайфер, International Copper Association Limited, 260 Мэдисон-авеню, Нью-Йорк, NY 10016, США.
2. «Медь в здоровье человека», Техническая записка TN 34, Ассоциация развития меди, Orchard House, Mutton Lane, Potters Bar, Herts EN6 3AP, UK.
3. «Медь в питании растений, животных и человека», Техническая записка TN 35, Ассоциация развития меди, Orchard House, Mutton Lane, Potters Bar, Herts EN6 3AP, UK.
4. «Медь, Справочник пищевых добавок», The Vitamin Connection, январь / февраль 1992 г.
5. «Референсные значения пищевой энергии и питательных веществ для Соединенного Королевства — Отчет по здравоохранению и социальным вопросам 41», Министерство здравоохранения, HMSO, Лондон, 1991 г.

Медь, необходимая для здоровья человека

Клетки
Высвобождение клеточной энергии (АТФ) внутри митохондрий зависит от решающего участия медьсодержащего фермента. Не менее важной функцией меди как кофактора является нейтрализация свободных радикалов, которые в противном случае окислили бы и разрушили здоровые клетки. Дефицит меди может привести к раку и сердечным заболеваниям.

Медь необходима для реакций в митохондриях, которые управляют метаболизмом клеток. На этой иллюстрации показан разрез митохондрии. (Предоставлено Gida.de.)

Сердце
Медь необходима для синтеза коллагена. Он находится в соединительной ткани, которая является основной поддерживающей и связывающей тканью тела. Медь также необходима для здорового мышечного тонуса и функционирования и поэтому играет жизненно важную роль в сердце.Дефицит меди может привести к сердечной недостаточности.

Мышцы и соединительная ткань сердца содержат эластин и коллаген. Медь является кофактором лизилоксидазы, фермента, участвующего в сшивании этих молекул с образованием прочной ткани. (Предоставлено Gida.de.)

Кровеносные сосуды
Медь служит кофактором фермента, участвующего в свертывании крови. Кровеносные сосуды окружены и защищены соединительной тканью, а медь помогает поддерживать их эластичность, особенно для аорты и более мелких артерий.Дефицит меди может привести к проблемам с кровообращением и снижению артериального давления.

Медь необходима для широкого спектра биологических функций, которые играют важную роль в поддержании здоровья кожи, а именно для ее тонуса, заживления ран и защиты от ультрафиолета (УФ).

Медь необходима для производства коллагена и эластина, двух компонентов, которые обеспечивают поддержку и эластичность кожи. В качестве кофактора фермента тирозиназы медь участвует в синтезе пигмента кожи меланина, который обеспечивает защиту от УФ-излучения.Дефицит меди может привести к дегенерации кожи и потере пигментации.

Кость
Коллаген является основным структурным материалом кости. Сшивка молекул коллагена влияет на прочность костей. В этом процессе участвуют ферменты с кофакторами меди. Дефицит меди может привести к переломам, аномалиям скелета и остеопорозу.

Иммунная система
Медь необходима для поддержания здорового количества лейкоцитов; многие из этих лейкоцитов являются фагоцитами, которые поглощают и уничтожают микроорганизмы.Дефицит меди может привести к ослаблению иммунной системы, снижению количества лейкоцитов и увеличению заболеваемости пневмонией.

Медь необходима для здоровой иммунной системы.

Диетические источники меди

Медь доступна из большого количества свежих и обработанных пищевых продуктов. Хорошие источники включают зерна, орехи (особенно бразильские и кешью), мясо (печень и почки), моллюски, бобовые (горох и фасоль) и семена. Темный шоколад также является богатым источником меди.Сбалансированная диета должна позволить вам удовлетворить ваши ежедневные потребности в меди.

.