Rame: effetti sul corpo umano, perché è importante, quali principi di assunzione bisogna seguire?

Il rame è un oligoelemento essenziale che è parte integrante dei processi biologici del corpo umano. Qual è l'importanza del rame e qual è la sua funzione? Quali alimenti sono fonti di rame e quando è necessario limitarne l'assunzione?

Cosa sappiamo del rame?

Il rame è un elemento naturale, presente in tracce nel nostro ambiente, soprattutto nel suolo, nella vegetazione, nell'acqua e nell'atmosfera.

È conosciuto con il nome chimico Cu, che deriva dalla parola latina cuprum, che deriva dal nome dell'isola di Cipro, dove il rame è stato estratto per la prima volta.

Il rame è un elemento del gruppo 11 della tavola periodica degli elementi chimici e si trova nel quarto periodo.

È uno dei metalli nobili, come gli altri elementi di questo gruppo - oro e argento.

Nella sua forma pura, il rame ha un colore bruno-rossastro con una brillante lucentezza metallica; è uno dei pochi metalli il cui colore naturale è diverso dal grigio o dall'argento.

È morbido, malleabile e duttile; ha un'elevata conducibilità termica ed elettrica (la seconda più alta dopo l'argento).

Non reagisce con l'acqua, ma reagisce lentamente con l'ossigeno dell'aria formando uno strato di ossido di rame marrone, che protegge il rame dalla corrosione.

Dopo alcuni anni, sulla superficie del rame inizia a formarsi uno strato verde di ossido di rame, spesso visibile sulle strutture in rame più vecchie, come ad esempio la Statua della Libertà.

Una tabella riassuntiva delle informazioni chimiche e fisiche di base sul rame

In natura, il rame è uno dei pochi metalli presenti in forma naturale, puro e direttamente utilizzabile.

È presente anche come parte di molti minerali sotto forma di solfuri di rame (calcopirite, digenite, bornite, covellite, calcocite), solfuri (enargite) e carbonati di rame (azzurrite, malachite).

Il fatto che il rame si presenti nella sua forma originaria è anche il motivo per cui era conosciuto e utilizzato dalle prime civiltà. La storia dell'uso del rame risale al 9 000 a.C..

I maggiori giacimenti di rame si trovano in Cile, Stati Uniti, Perù, Zambia e Congo.

Il rame per scopi industriali viene estratto principalmente da minerali di rame e secondariamente attraverso un processo di riciclaggio.

Attualmente, il rame è utilizzato principalmente nell'industria elettrica (come componente di fili e cavi), dove vengono sfruttate le sue proprietà conduttive.

Viene utilizzato nella fabbricazione di monete, gioielli, tubi per l'acqua, in metallurgia per la produzione di leghe (bronzo, ottone) e in architettura.

È anche un componente dei prodotti agricoli (fertilizzanti, additivi per mangimi) e dei conservanti del legno (proprietà antifungine). È usato per purificare l'acqua (dalle alghe) o come pigmento.

Quali sono gli usi medici del rame?

In medicina, il rame trova un'ampia gamma di impieghi, soprattutto per i suoi effetti contro batteri, muffe, acari e anche per le sue proprietà disinfettanti.

Viene quindi utilizzato come componente di molti materiali, dispositivi, preparati medici, ecc.

Possiamo fare diversi esempi dell'uso del rame in campo medico:

• Parte di un rivestimento con effetto antibatterico per la guarigione delle ferite
• ginecologia - dispositivi intrauterini con effetto contraccettivo
• Odontoiatria - parte del cemento dentale, produzione di ponti e corone
• Composizione di spray nasali con effetto disinfettante
• Trattamento dell'artrite reumatoide
• Disinfezione di aree, superfici o indumenti nelle strutture sanitarie - prevenzione delle infezioni nosocomiali
• Componenti di prodotti tessili - calze per la prevenzione delle infezioni fungine, materassi, materassini, cuscini o tappeti con effetto antiacaro
• Creme e unguenti cosmetici
• Componenti di superfici e imballaggi nell'industria alimentare (preparazione, conservazione e trasporto degli alimenti)
• Maschere respiratorie con effetto antivirale

In passato, il rame veniva utilizzato in Egitto e in Siria come agente antiparassitario, antivomito o astringente.

Conoscete la funzione biologica del rame?

Il rame è il terzo oligoelemento più abbondante nel corpo umano dopo il ferro e lo zinco.

Si trova nell'organismo principalmente nella forma ossidata di Cu+2 - ione rame o, in misura minore, nella forma ridotta di Cu+1.

Svolge un ruolo importante in molti processi fisiologici e biochimici dell'organismo come cofattore di enzimi chiave.

Questi enzimi sono anche coinvolti in un gran numero di processi enzimatici nell'organismo - li catalizzano.

Tra questi, la respirazione cellulare, la produzione di neurotrasmettitori e ormoni peptidici, la protezione dai radicali liberi o il corretto funzionamento di elastina, collagene e cheratina.

Altre importanti funzioni del rame nel corpo umano:

• È importante per mantenere l'omeostasi del ferro, contribuendo così indirettamente alla formazione e alla coagulazione del sangue.
• Mantiene la resistenza della pelle, dei tessuti connettivi e dei capillari sanguigni.
• Contribuisce alla funzione del sistema immunitario innato.
• Mantiene la normale funzione tiroidea.
• Grazie alla sua capacità di accettare o cedere elettroni, contribuisce alla rimozione dei radicali liberi. Ha proprietà antiossidanti e, a sua volta, pro-ossidanti.
• È un potente agente antimicrobico: ha attività antibatterica contro Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis e Bacillus subtillis.
• Ha anche effetti antivirali contro il virus della bronchite e dell'herpes simplex.
• Può anche uccidere lo sperma.

Rame - dall'assunzione all'escrezione

Il rame è un oligoelemento essenziale per la vita, ma può anche essere tossico.

La regolazione dei suoi livelli nell'organismo è quindi necessaria ed essenziale. Sono coinvolti meccanismi omeostatici che regolano l'assorbimento, la distribuzione, la ritenzione e l'escrezione del rame.

Assorbimento

Il rame entra nell'organismo principalmente attraverso gli alimenti.

L'assorbimento avviene nell'ambiente dell'intestino tenue e, in piccola parte, nello stomaco, per diffusione (soprattutto in presenza di elevate concentrazioni di rame) o tramite proteine di trasporto (in presenza di basse concentrazioni di rame).

La quantità di rame assorbita dall'organismo dipende dalla presenza di rame nella dieta. In caso di assunzione normale, viene assorbito il 55-75% del rame presente nella dieta.

L'assorbimento del rame nel tratto gastrointestinale dipende principalmente dalla sua forma chimica: gli ioni Cu+2 vengono ridotti a Cu+1 nelle cellule intestinali perché solo in questa forma sono in grado di attraversare le cellule.

L'assorbimento del rame può essere influenzato anche da alcuni componenti della dieta.

Queste sostanze possono ridurre la solubilità del rame e quindi la sua biodisponibilità. Si tratta, ad esempio, di fibre, fitati, vitamina C o alcuni zuccheri. Il rischio di ridurre l'assorbimento del rame esiste solo se vengono assunti in quantità eccessive.

Alcuni componenti alimentari competono con il rame per legarsi alle proteine di trasporto, come lo zinco e il cadmio.

Al contrario, la biodisponibilità del rame è aumentata da un'elevata assunzione di proteine.

Distribuzione e metabolismo

Una volta assorbito nel flusso sanguigno, il rame si distribuisce rapidamente nei siti in cui è necessario (soprattutto per la produzione di enzimi).

La sua distribuzione dalle cellule del sangue è controllata da una proteina nota come ATP7A o proteina di Menkes. Il rame viene trasportato dalle cellule del sangue legandosi alla proteina di trasporto albumina, alla transcupreina o agli aminoacidi.

A causa della sua natura altamente reattiva e del rischio di danni all'organismo, il rame non si trova nelle cellule come ione libero, ma sempre in forma legata.

La proteina di Menkes distribuisce il rame all'apparato di Golgi (dove forma gli enzimi proteici) e, in caso di concentrazioni crescenti, alle pellet.

Il peceno è il principale organo di stoccaggio del rame.

La proteina di Menke svolge anche un ruolo chiave nel trasporto del rame attraverso la placenta e la barriera emato-encefalica, essenziale per lo sviluppo del bambino (soprattutto del cervello).

Il rame si lega alla proteina ceruloplasmina nel fegato e viene rilasciato nel sangue. Questo processo di legame e rilascio nel sangue è ancora una volta controllato da una proteina nota come ATP7B o proteina di Wilson.

Circa il 90% del rame presente nel sangue è legato alla ceruloplasmina, che è responsabile del trasporto del rame ai tessuti dove è necessario.

Il contenuto totale di rame nell'organismo è di circa 70-80 mg, di cui il 10% nel sangue e il 90% nei tessuti.

In condizioni normali, le concentrazioni più elevate di rame si trovano nella bile, nel fegato, nel cervello, nel cuore, nelle ossa e nei reni.

I livelli di rame nel sangue variano leggermente in base al sesso, variando da 0,614 a 0,970 mg/l negli uomini e aumentando con l'età, e da 0,694 a 1,030 mg/l nelle donne.

Escrezione

La regolazione dell'escrezione del rame è il meccanismo principale per mantenere l'omeostasi e i livelli fisiologici di rame nell'organismo.

La principale via di escrezione del rame dall'organismo avviene attraverso le cellule epatiche nella bile (fino al 98%). La bile viene poi espulsa nell'intestino e il rame viene infine eliminato nelle feci.

Il trasporto del rame dal fegato alla bile è ancora una volta controllato dalla proteina ATP7B (proteina Wilson), che impedisce un accumulo eccessivo di rame nell'organismo.

Altre vie di escrezione sono l'urina o lo sfaldamento delle cellule mucose, ma la quantità di rame escreto attraverso queste vie è trascurabile.

L'escrezione del rame è un processo relativamente lento (solo il 10% in 72 ore). Un'assunzione eccessiva di rame rappresenta quindi un grave rischio per la salute, visto il suo limitato potenziale di escrezione.

Quali sono le fonti alimentari di rame?

Il rame entra nell'organismo attraverso gli alimenti, i farmaci e gli integratori. L'organismo non è in grado di sintetizzare il rame da solo.

È necessario che il corpo umano assuma il rame a intervalli regolari, poiché non dispone di un sistema specifico per immagazzinarlo.

Tra gli alimenti con un contenuto di rame relativamente elevato vi sono i funghi, la frutta, la verdura (in particolare le verdure a foglia verde, l'avocado, le olive verdi), i cereali, le noci, i semi di girasole, la carne (in particolare gli organi - fegato), il pesce e i frutti di mare (crostacei), ma anche il pepe nero e il cacao.

Il rame può interagire con elementi come ferro, zinco, molibdeno, zolfo, selenio o vitamina C. Questa interazione porta di solito a una riduzione dell'assorbimento del rame.

Nel caso degli integratori alimentari, il rame è disponibile in forma di singolo ingrediente o come parte di integratori multivitaminici - più comunemente come solfato di rame.

La necessità di integrare il rame sotto forma di integratori alimentari deve essere sempre discussa con un medico, poiché un uso eccessivo di integratori porta a disturbi nei livelli fisiologici di rame.

Qual è la dose giornaliera raccomandata di rame?

Le raccomandazioni per l'assunzione media giornaliera di rame non sono state stabilite a causa della mancanza di dati.

Tuttavia, l'Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare pubblica i valori per un'assunzione adeguata di rame. Un'assunzione adeguata è un valore medio basato sull'osservazione, che si presume sia adeguato alle esigenze della popolazione.

Esiste inoltre un limite massimo di assunzione di rame ancora tollerabile per l'uomo, che rappresenta l'assunzione massima giornaliera a lungo termine di rame da tutte le fonti, al raggiungimento della quale non vi è alcun rischio di effetti avversi sulla salute.

Riassunto tabellare dell'assunzione giornaliera adeguata e del limite superiore di assunzione di rame per età

Disturbi dell'omeostasi del rame nell'organismo

Il mantenimento dei livelli di rame all'interno dell'intervallo fisiologico è essenziale per la salute e il corretto funzionamento dell'organismo.

A questo proposito, i meccanismi di regolazione che facilitano l'omeostasi - in particolare la regolazione dell'assunzione e dell'escrezione di rame - sono l'elemento più importante.

Qualsiasi deviazione o disturbo nel funzionamento di questi meccanismi può essere una potenziale causa di carenza di rame nell'organismo o, al contrario, di un suo eccessivo accumulo.

Quali sono le conseguenze della carenza di rame?

È importante notare che la carenza di rame è una condizione relativamente rara nell'uomo.

Le cause più comuni di carenza di rame sono uno scarso apporto dietetico o problemi di assorbimento.

Le persone a rischio di sviluppare tale carenza sono:

• neonati con basso peso alla nascita
• neonati alimentati con latte vaccino
• donne in gravidanza e in allattamento
• pazienti sottoposti a nutrizione parenterale totale (nutrizione somministrata in vena)
• pazienti con disturbi alimentari, sindrome da malassorbimento o morbo di Crohn
• pazienti con diabete, bevitori cronici di alcolici, vegetariani
• persone che assumono regolarmente antiacidi (farmaci che riducono l'acidità del succo gastrico).

I sintomi visibili o evidenti della carenza di rame sono debolezza, affaticamento, perdita di pigmento (soprattutto nei capelli), eruzioni cutanee, battito cardiaco irregolare, bassa temperatura corporea.

I sintomi sistemici comprendono l'indebolimento dei vasi sanguigni, con conseguente aumento di emorragie e lividi, disturbi al midollo osseo (osteoporosi) e alle articolazioni, o un'inadeguata funzionalità della tiroide.

Vi è anche una maggiore predisposizione alle infezioni (a causa del ridotto numero di globuli bianchi) e una mancanza di globuli rossi (anemia).

Un apporto insufficiente di rame durante la gravidanza porta successivamente allo sviluppo di disturbi neurologici e immunologici persistenti nel bambino.

Quali sono le conseguenze dell'eccesso di rame?

Sebbene il rame sia un elemento essenziale per l'organismo, può anche essere pericoloso: il suo accumulo porta a molti effetti negativi.

La tossicità acuta e cronica del rame è relativamente rara, e il più delle volte è causata da incidenti, contaminazione ambientale o errori innati del metabolismo.

I sintomi di un'overdose acuta di rame sono disturbi digestivi come nausea, vomito (a volte con sangue), dolore o bruciore addominale, sapore metallico in bocca, irritazione o infiammazione dello stomaco e dell'intestino ed emorragie nel tratto digestivo.

Il rame è un forte irritante per il tratto gastrointestinale: a dosi elevate provoca irritazione e danni alla mucosa del tratto gastrointestinale e provoca la caratteristica colorazione blu-verde.

Provoca inoltre danni alla pelle (orticaria, rash), ai reni e al fegato (ittero), sangue nelle urine e problemi respiratori.

I sintomi sistemici includono letargia, depressione del sistema nervoso centrale, danni muscolari, aumento della pressione sanguigna, rottura dei globuli rossi e carenza associata.

L'inalazione di vapori contenenti rame provoca irritazione delle mucose della bocca, degli occhi e del naso, oltre a secchezza della gola, febbre, brividi, mal di testa e dolori muscolari. Possono verificarsi reazioni allergiche quando il rame viene a contatto con la pelle.

I sintomi di un'assunzione eccessiva di rame a lungo termine sono principalmente problemi digestivi come nausea, vomito e dolori addominali. Gradualmente si verificano danni al fegato, ai reni e al cervello, nonché disturbi immunitari e del sangue.

Le persone a rischio di sviluppare una tossicità cronica da rame sono:

• pazienti sottoposti a dialisi con tubi di rame
• persone che sono in contatto a lungo termine con pesticidi a base di rame
• neonati sottoposti a nutrizione parenterale totale a lungo termine

Errori congeniti del metabolismo del rame

Le malattie più comuni associate a difetti del metabolismo del rame nell'organismo sono la malattia di Menkes e la malattia di Wilson.

Entrambe sono rare patologie congenite.

La malattia di Menkes è causata da un difetto della proteina ATP7A (proteina di Menkes) dovuto a una mutazione nel gene che ne codifica la sintesi.

Poiché questa proteina controlla la distribuzione del rame dalle cellule del sangue al sangue, la sua carenza provoca anche una carenza di rame nell'organismo e una riduzione della funzione degli enzimi dipendenti dal rame.

Ciò include enzimi come la ceruloplasmina, la citocromo c ossidasi, la tirosinasi, ecc.

La malattia colpisce prevalentemente i maschi e si manifesta nella prima infanzia (già poche settimane dopo la nascita). La prognosi della malattia è sfavorevole: i pazienti muoiono solitamente entro tre anni dalla nascita.

La malattia di Menkes provoca ritardi nella crescita e nello sviluppo (anche mentale), danni cerebrali, ritardo mentale e gravi disturbi neurologici, oltre a danneggiare i tessuti connettivi, i vasi sanguigni e le ossa (fratture, osteoporosi).

I sintomi sono l'aspetto caratteristico dei capelli (riccioli molto piccoli e pigmentazione ridotta - di solito capelli grigi), la riduzione della tensione muscolare, il viso flaccido o le convulsioni.

Un altro errore innato del metabolismo del rame è la malattia di Wilson.

Si tratta di una malattia progressiva caratterizzata da un alterato trasporto e da un eccessivo accumulo di rame negli organi e nei tessuti.

La causa di queste alterazioni è un difetto della proteina ATP7B (proteina di Wilson), dovuto anche a una mutazione del gene che ne codifica la sintesi.

Questa proteina si trova principalmente nel fegato ed è responsabile del legame del rame con la proteina ceruloplasmina e dell'escrezione del rame dall'organismo attraverso la bile.

La mancanza della proteina ATP7B causa l'accumulo di frazioni libere di rame nel fegato, con conseguente cirrosi. Il rame si accumula anche in altri tessuti, come il cervello, la cornea, i reni, ecc.

Questo accumulo causa danni cerebrali, cambiamenti di personalità, problemi di coagulazione del sangue, anemia, disturbi nervosi, disturbi renali o ittero.

Una manifestazione caratteristica della malattia di Wilson e della deposizione di rame nei tessuti è la formazione di un anello marrone-dorato intorno alla periferia della cornea, l'anello di Kayser-Fleischer.

Altri sintomi sono la debolezza muscolare, la rigidità muscolare (soprattutto nelle braccia), il rallentamento dei movimenti, le vertigini e i capogiri.

Il trattamento della malattia di Menkes consiste nell'uso di rame per via endovenosa (iniettato in una vena). La diagnosi precoce e le iniezioni quotidiane possono agire come prevenzione dei danni ai nervi e prolungare la vita del paziente colpito.

L'obiettivo del trattamento della malattia di Wilson è quello di eliminare l'assorbimento del rame attraverso il tratto gastrointestinale. Questo obiettivo è più comunemente raggiunto nei seguenti modi:

• Somministrazione di zinco come antidoto: lo zinco compete con il rame per legarsi alle proteine di trasporto nelle fessure intestinali, bloccandone così l'assorbimento.
• Somministrazione di agenti chelanti, che legano il rame in complessi non assorbibili, come la D-penicillamina.
• Modifica della dieta per escludere gli alimenti ad alto contenuto di rame.

Con una diagnosi precoce della malattia di Wilson e un trattamento adeguato, i pazienti possono condurre una vita normale, a differenza della mortale malattia di Menkes.

Altre malattie legate al rame

Le alterazioni dell'omeostasi del rame provocano anche stress ossidativo e la formazione associata di radicali liberi dannosi per l'organismo.

La loro formazione può contribuire allo sviluppo di gravi disturbi neurologici come il morbo di Alzheimer o la malattia di Creutzfeldt-Jakob.

Il rame è anche legato allo sviluppo del cancro: le concentrazioni di rame nel sangue sono spesso significativamente elevate in presenza di cancro e sono correlate all'incidenza, allo sviluppo, alle dimensioni e alla progressione dei tumori.

In relazione al rame, possiamo anche citare un disturbo caratterizzato da una ridotta presenza nel sangue dell'enzima ceruloplasmina, contenente rame: si tratta dell'aceruloplasminemia.

Sebbene questo disturbo non provochi alterazioni significative nel metabolismo del rame stesso, è causa di un accumulo eccessivo e dannoso di ferro nel fegato e in altri organi.