Kupfer: Auswirkungen auf den menschlichen Körper, warum ist es wichtig und welche Grundsätze sollten bei der Aufnahme beachtet werden?

Kupfer ist ein essentielles Spurenelement, das ein wesentlicher Bestandteil der biologischen Prozesse im menschlichen Körper ist. Welche Bedeutung hat Kupfer und welche Funktion hat es? Welche Lebensmittel sind Kupferquellen und wann sollte ich meine Aufnahme einschränken?

Was wissen wir über Kupfer?

Kupfer ist ein natürlich vorkommendes Element, das in Spuren in unserer Umwelt vorkommt, vor allem im Boden, in der Vegetation, im Wasser und in der Atmosphäre.

Der chemische Name Cu leitet sich vom lateinischen Wort cuprum ab, dem Namen der Insel Zypern, auf der erstmals Kupfer abgebaut wurde.

Kupfer ist ein Element der Gruppe 11 des Periodensystems der chemischen Elemente und befindet sich in der 4.

Es gehört zu den Edelmetallen, wie auch die anderen Elemente dieser Gruppe - Gold und Silber.

In reiner Form ist Kupfer rötlich-braun gefärbt und hat einen hellen metallischen Glanz. Es ist eines der wenigen Metalle, dessen natürliche Farbe nicht grau oder silberfarben ist.

Es ist weich, formbar und dehnbar und hat eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit (die zweithöchste nach Silber).

Es reagiert nicht mit Wasser, aber mit Luftsauerstoff bildet es in einer langsamen Reaktion eine braune Kupferoxidschicht, die Kupfer vor Korrosion schützt.

Nach einigen Jahren bildet sich auf der Oberfläche des Kupfers eine grüne Kupferoxidschicht, die oft auf älteren Kupferkonstruktionen zu sehen ist, wie zum Beispiel auf der Freiheitsstatue.

Eine tabellarische Zusammenfassung der grundlegenden chemischen und physikalischen Informationen über Kupfer

In der Natur ist Kupfer eines der wenigen Metalle, die in ihrer natürlichen Form - rein und direkt verwendbar - vorkommen.

Es kommt auch als Bestandteil vieler Mineralien in Form von Kupfersulfiden (Chalkopyrit, Digenit, Bornit, Covellit, Chalkosit), Sulfosolen (Enargit) und Kupferkarbonaten (Azurit, Malachit) vor.

Die Tatsache, dass Kupfer in seiner ursprünglichen Form vorkommt, ist auch der Grund dafür, dass es bereits in den frühesten Zivilisationen bekannt war und genutzt wurde. Die Geschichte der Verwendung von Kupfer reicht bis 9 000 v. Chr. zurück.

Die größten Kupfervorkommen finden sich in Chile, den USA, Peru, Sambia und im Kongo.

Kupfer für industrielle Zwecke wird in erster Linie aus Kupfererzen und in zweiter Linie durch ein Recyclingverfahren gewonnen.

Gegenwärtig wird Kupfer hauptsächlich in der Elektroindustrie (als Bestandteil von Drähten und Kabeln) verwendet, wo seine leitenden Eigenschaften ausgenutzt werden.

Es wird bei der Herstellung von Münzen, Schmuck, Wasserrohren, in der Metallurgie für die Produktion von Legierungen (Bronze, Messing) und in der Architektur verwendet.

Es ist auch Bestandteil von landwirtschaftlichen Produkten (Düngemittel, Futtermittelzusätze) und Holzschutzmitteln (pilzhemmende Eigenschaften), es wird zur Wasserreinigung (aus Algen) oder als Pigment verwendet.

Wie wird Kupfer in der Medizin verwendet?

In der Medizin findet Kupfer vor allem wegen seiner Wirkung gegen Bakterien, Schimmelpilze und Milben sowie wegen seiner desinfizierenden Eigenschaften ein breites Anwendungsspektrum.

Es wird daher als Bestandteil vieler medizinischer Materialien, Geräte, Präparate usw. verwendet.

Wir können mehrere Beispiele für die Verwendung von Kupfer im medizinischen Bereich nennen:

• Teil einer Abdeckung mit antibakterieller Wirkung für die Wundheilung
• Gynäkologie - Intrauterinpessare mit empfängnisverhütender Wirkung
• Zahnmedizin - Bestandteil von Zahnzement, Herstellung von Brücken und Kronen
• Zusammensetzung von Nasensprays mit desinfizierender Wirkung
• Behandlung von rheumatischer Arthritis
• Desinfektion von Räumen, Flächen oder Kleidung in Gesundheitseinrichtungen - Vorbeugung von nosokomialen Infektionen
• Bestandteil von Textilien - Socken zur Vorbeugung von Pilzinfektionen sowie Matratzen, Matratzenauflagen, Kissen oder Teppiche mit milbenhemmender Wirkung
• Kosmetische Cremes und Salben
• Bestandteil von Oberflächen und Verpackungen in der Lebensmittelindustrie (Lebensmittelzubereitung, Lagerung, Transport)
• Atemschutzmasken mit antiviraler Wirkung

In der Vergangenheit wurde Kupfer in Ägypten und Syrien als Mittel gegen Parasiten, Brechreiz oder als Adstringens verwendet.

Kennen Sie die biologische Funktion von Kupfer?

Kupfer ist nach Eisen und Zink das am dritthäufigsten vorkommende Spurenelement im menschlichen Körper.

Es kommt im Körper hauptsächlich in der oxidierten Form von Cu+2 - Kupferionen oder in geringerem Maße in der reduzierten Form von Cu+1 vor.

Es spielt bei vielen physiologischen und biochemischen Prozessen des Organismus eine wichtige Rolle als Cofaktor von Schlüsselenzymen.

Diese Enzyme sind auch an einer Vielzahl von enzymatischen Prozessen im Körper beteiligt - sie katalysieren sie.

Dazu gehören die Zellatmung, die Produktion von Neurotransmittern und Peptidhormonen, der Schutz vor freien Radikalen oder die einwandfreie Funktion von Elastin, Kollagen und Keratin.

Weitere wichtige Funktionen von Kupfer im menschlichen Körper:

• Es ist wichtig für die Aufrechterhaltung der Eisenhomöostase und trägt somit indirekt zur Blutbildung und Blutgerinnung bei.
• Es hält die Festigkeit der Haut, des Bindegewebes und der Blutkapillaren aufrecht.
• Es trägt zur Funktion des angeborenen Immunsystems bei.
• Erhält die normale Funktion der Schilddrüse aufrecht.
• Aufgrund seiner Fähigkeit, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben, trägt es zum Abfangen von freien Radikalen bei und hat antioxidative und damit auch prooxidative Eigenschaften.
• Es ist ein starkes antimikrobielles Mittel und hat eine antibakterielle Wirkung gegen Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis und Bacillus subtillis.
• Es hat auch antivirale Wirkungen gegen Bronchitisviren und Herpes simplex.
• Es kann auch Spermien abtöten.

Kupfer - von der Aufnahme bis zur Ausscheidung

Kupfer ist ein essentielles Spurenelement, das lebensnotwendig ist, aber auch giftig sein kann.

Die Regulierung seines Gehalts im Körper ist daher notwendig und unerlässlich. Es sind homöostatische Mechanismen beteiligt, die die Aufnahme, Verteilung, Speicherung und Ausscheidung von Kupfer regeln.

Aufnahme

Kupfer gelangt hauptsächlich über die Nahrung in den Körper.

Die Absorption erfolgt in der Umgebung des Dünndarms und in geringem Maße im Magen, entweder durch Diffusion (insbesondere bei hohen Kupferkonzentrationen) oder über Transportproteine (bei niedrigen Kupferkonzentrationen).

Die Menge des in den Körper aufgenommenen Kupfers hängt vom Kupfergehalt der Nahrung ab. Bei normaler Aufnahme werden 55-75 % des Kupfers aus der Nahrung absorbiert.

Die Aufnahme von Kupfer im Magen-Darm-Trakt hängt hauptsächlich von seiner chemischen Form ab: Cu+2-Ionen werden in den Darmzellen zu Cu+1 reduziert, da sie nur in dieser Form die Zellen passieren können.

Die Aufnahme von Kupfer kann auch durch bestimmte Nahrungsbestandteile beeinflusst werden.

Diese Stoffe können die Löslichkeit des Kupfers und damit seine Bioverfügbarkeit verringern. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Ballaststoffe, Phytate, Vitamin C oder bestimmte Zucker. Die Gefahr einer verminderten Kupferaufnahme besteht nur, wenn sie in zu großen Mengen aufgenommen werden.

Einige Nahrungsbestandteile konkurrieren mit Kupfer um die Bindung an Transportproteine, wie z. B. Zink und Cadmium.

Umgekehrt wird die Bioverfügbarkeit von Kupfer durch eine hohe Proteinzufuhr erhöht.

Verteilung und Metabolismus

Sobald Kupfer in den Blutkreislauf aufgenommen wurde, wird es rasch an die Stellen verteilt, an denen es benötigt wird (insbesondere für die Enzymproduktion).

Seine Verteilung aus den Blutzellen wird durch ein als ATP7A oder Menkes-Protein bekanntes Protein gesteuert. Kupfer wird aus den Blutzellen durch Bindung an das Transportprotein Albumin, Transcuprein oder Aminosäuren transportiert.

Da Kupfer sehr reaktionsfreudig ist und den Körper schädigen kann, kommt es in den Zellen nicht als freies Ion, sondern immer in gebundener Form vor.

Das Menkes-Protein verteilt das Kupfer in den Golgi-Apparat (wo es Protein-Enzyme bildet) und bei steigenden Konzentrationen in die Pellets.

Das Pecenum ist das wichtigste Speicherorgan für Kupfer.

Das Menke-Protein spielt auch eine Schlüsselrolle beim Kupfertransport über die Plazenta und die Blut-Hirn-Schranke, was für die Entwicklung des Babys (insbesondere des Gehirns) wichtig ist.

Kupfer bindet sich in der Leber an das Protein Ceruloplasmin und wird in den Blutkreislauf freigesetzt. Dieser Prozess der Bindung und Freisetzung in das Blut wird wiederum von einem als ATP7B oder Wilson-Protein bekannten Protein gesteuert.

Etwa 90 % des Kupfers im Blut sind an Ceruloplasmin gebunden, das dann für den Transport des Kupfers zu den Geweben, in denen es benötigt wird, verantwortlich ist.

Der Gesamtkupfergehalt im Körper beträgt etwa 70-80 mg. 10 % dieser Menge befinden sich im Blut und 90 % in den Geweben.

Unter normalen Bedingungen befinden sich die höchsten Kupferkonzentrationen in der Galle, der Leber, dem Gehirn, dem Herzen, den Knochen und den Nieren.

Der Kupfergehalt im Blut ist je nach Geschlecht leicht unterschiedlich und liegt bei Männern zwischen 0,614 und 0,970 mg/l, wobei er mit zunehmendem Alter steigt, und bei Frauen zwischen 0,694 und 1,030 mg/l.

Ausscheidung

Die Regulierung der Kupferausscheidung ist der wichtigste Mechanismus zur Aufrechterhaltung der Homöostase und der physiologischen Kupferkonzentration im Körper.

Der Hauptausscheidungsweg von Kupfer aus dem Körper führt über die Leberzellen in die Galle (bis zu 98 %), die dann in den Darm und schließlich mit den Fäzes ausgeschieden wird.

Der Transport des Kupfers von der Leber in die Galle wird wiederum durch das ATP7B-Protein (Wilson-Protein) kontrolliert, das eine übermäßige Anhäufung von Kupfer im Körper verhindert.

Andere Ausscheidungswege sind der Urin oder die Ausscheidung über die Schleimhäute, wobei die Menge des über diese Wege ausgeschiedenen Kupfers jedoch vernachlässigbar ist.

Die Ausscheidung von Kupfer erfolgt relativ langsam (nur 10 % innerhalb von 72 Stunden), so dass eine übermäßige Kupferaufnahme angesichts des begrenzten Ausscheidungspotenzials ein großes Gesundheitsrisiko darstellt.

Welche Kupferquellen gibt es in der Nahrung?

Kupfer gelangt über die Nahrung oder über Medikamente und Nahrungsergänzungsmittel in den Körper. Der Körper ist nicht in der Lage, Kupfer selbst zu synthetisieren.

Der menschliche Körper muss Kupfer in regelmäßigen Abständen zu sich nehmen, da er über kein spezifisches System zur Kupferspeicherung verfügt.

Zu den Lebensmitteln mit einem relativ hohen Kupfergehalt gehören Pilze, Obst, Gemüse (insbesondere grünes Blattgemüse, Avocados, grüne Oliven), Getreide, Nüsse, Sonnenblumenkerne, Fleisch (insbesondere Organe - Leber), Fisch und Meeresfrüchte (Schalentiere), aber auch schwarzer Pfeffer und Kakao.

Kupfer kann mit Elementen wie Eisen, Zink, Molybdän, Schwefel, Selen oder Vitamin C interagieren. Diese Interaktion führt in der Regel zu einer verminderten Kupferaufnahme.

Bei den Nahrungsergänzungsmitteln ist Kupfer als Einzelbestandteil oder als Teil von Multivitaminpräparaten erhältlich - am häufigsten als Kupfersulfat.

Die Notwendigkeit einer Kupfersupplementierung in Form von Nahrungsergänzungsmitteln sollte immer mit einem Arzt besprochen werden, da ein übermäßiger Gebrauch von Nahrungsergänzungsmitteln zu Störungen des physiologischen Kupferspiegels führt.

Wie hoch ist die empfohlene Tagesdosis an Kupfer?

Empfehlungen für die durchschnittliche Tageszufuhr von Kupfer wurden aufgrund fehlender Daten nicht festgelegt.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit veröffentlicht jedoch Werte für eine angemessene Kupferzufuhr. Eine angemessene Zufuhr ist ein auf Beobachtungen beruhender Durchschnittswert, von dem angenommen wird, dass er dem Bedarf der Bevölkerung entspricht.

Darüber hinaus gibt es eine Obergrenze für die Kupferaufnahme, die für den Menschen noch tolerierbar ist. Dieser Grenzwert stellt die maximale langfristige tägliche Aufnahme von Kupfer aus allen Quellen dar, bei der kein Risiko für gesundheitliche Beeinträchtigungen besteht.

Tabellarische Zusammenfassung der angemessenen täglichen Aufnahme und der oberen Grenze der Kupferaufnahme nach Alter

Störungen der Kupferhomöostase im Körper

Die Aufrechterhaltung von Kupferspiegeln innerhalb des physiologischen Bereichs ist für die Erhaltung der Gesundheit und des ordnungsgemäßen Funktionierens des Körpers unerlässlich.

In dieser Hinsicht sind die Regulationsmechanismen, die die Homöostase ermöglichen - insbesondere die Regulierung der Kupferaufnahme und -ausscheidung - das wichtigste Element.

Jede Abweichung oder Störung in der Funktionsweise dieser Mechanismen kann eine mögliche Ursache für einen Kupfermangel im Körper oder im Gegenteil für eine übermäßige Anhäufung von Kupfer sein.

Was sind die Folgen von Kupfermangel?

Es ist wichtig zu wissen, dass Kupfermangel beim Menschen relativ selten vorkommt.

Die häufigsten Ursachen für einen Kupfermangel sind eine geringe Nahrungsaufnahme oder Absorptionsprobleme.

Zu den Risikopersonen für die Entwicklung eines solchen Mangels gehören:

• Neugeborene mit niedrigem Geburtsgewicht
• Säuglinge, die mit Kuhmilch gefüttert werden
• schwangere und stillende Frauen
• Patienten, die vollständig parenteral ernährt werden (Ernährung über eine Vene)
• Patienten mit Essstörungen, Malabsorptionssyndrom oder Morbus Crohn
• Patienten mit Diabetes, chronischem Alkoholkonsum, Vegetarier
• Menschen, die regelmäßig Antazida (Medikamente, die den Säuregehalt des Magensaftes reduzieren) einnehmen

Sichtbare oder spürbare Symptome von Kupfermangel sind Schwäche, Müdigkeit, Pigmentverlust (vor allem der Haare), Hautausschläge, unregelmäßiger Herzschlag, niedrige Körpertemperatur.

Zu den systemischen Symptomen gehören geschwächte Blutgefäße, die zu verstärkten Blutungen und Blutergüssen führen, Knochenmark- (Osteoporose) und Gelenkerkrankungen oder eine Schilddrüsenunterfunktion.

Außerdem besteht eine erhöhte Anfälligkeit für Infektionen (aufgrund einer verminderten Anzahl weißer Blutkörperchen) und ein Mangel an roten Blutkörperchen (Anämie).

Eine unzureichende Kupferzufuhr während der Schwangerschaft führt in der Folge zur Entwicklung anhaltender neurologischer und immunologischer Störungen beim Kind.

Was sind die Folgen eines Kupferüberschusses?

Kupfer ist zwar ein essenzielles Element für den Körper, kann aber auch gefährlich sein, da seine Anhäufung zu zahlreichen negativen Auswirkungen führt.

Eine akute und chronische Kupfervergiftung ist relativ selten und wird meist durch Unfälle, Umweltverschmutzung oder angeborene Stoffwechselstörungen verursacht.

Symptome einer akuten Kupferüberdosierung sind Verdauungsstörungen wie Übelkeit, Erbrechen (manchmal mit Blut), Bauchschmerzen oder Brennen, Metallgeschmack im Mund, Reizungen oder Entzündungen des Magens und der Därme sowie Blutungen im Verdauungstrakt.

Kupfer ist ein starkes Reizmittel für den Magen-Darm-Trakt, das in hohen Dosen die Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts reizt und schädigt und die charakteristische blaugrüne Färbung verursacht.

Es verursacht auch Schäden an der Haut (Urtikaria, Hautausschlag), den Nieren und der Leber (Gelbsucht), Blut im Urin und Atemprobleme.

Zu den systemischen Symptomen gehören Lethargie, Depression des zentralen Nervensystems, Muskelschäden, erhöhter Blutdruck, Abbau der roten Blutkörperchen und damit verbundene Mangelerscheinungen.

Das Einatmen von kupferhaltigen Dämpfen führt zu Reizungen der Mund-, Augen- und Nasenschleimhäute sowie zu trockenem Hals, Fieber, Schüttelfrost, Kopf- und Muskelschmerzen. Bei Hautkontakt mit Kupfer können allergische Reaktionen auftreten.

Symptome einer langfristigen übermäßigen Kupferaufnahme sind vor allem Verdauungsprobleme wie Übelkeit, Erbrechen und Bauchschmerzen. Nach und nach treten Leber-, Nieren- und Hirnschäden sowie Immun- und Blutstörungen auf.

Menschen mit dem Risiko, eine chronische Kupfervergiftung zu entwickeln, sind:

• Patienten, die sich einer Dialyse unter Verwendung von Kupferschläuchen unterziehen
• Personen, die langfristig mit kupferhaltigen Pestiziden in Kontakt sind
• Säuglinge, die langfristig vollständig parenteral ernährt werden

Angeborene Fehler des Kupferstoffwechsels

Die häufigsten Krankheiten, die mit Defekten des Kupferstoffwechsels im Körper einhergehen, sind die Menkes-Krankheit und die Wilson-Krankheit.

Beides sind seltene angeborene Störungen.

Die Menkes-Krankheit wird durch einen Defekt des ATP7A-Proteins (Menkes-Protein) verursacht, der auf eine Mutation in dem Gen zurückzuführen ist, das für seine Synthese kodiert.

Da dieses Protein die Verteilung von Kupfer aus den Blutzellen in das Blut steuert, führt sein Mangel auch zu einem Kupfermangel im Körper und einer damit verbundenen verminderten Funktion von kupferabhängigen Enzymen.

Dazu gehören Enzyme wie Ceruloplasmin, Cytochrom-c-Oxidase, Tyrosinase usw.

Die Krankheit betrifft vor allem Jungen und manifestiert sich in der frühen Kindheit (bereits wenige Wochen nach der Geburt). Die Prognose der Krankheit ist ungünstig, die Patienten sterben in der Regel innerhalb von drei Jahren nach der Geburt.

Die Menkes-Krankheit führt zu verzögertem Wachstum und verzögerter Entwicklung (auch geistig), zu Hirnschäden, geistiger Retardierung und schweren neurologischen Störungen. Sie schädigt auch das Bindegewebe, die Blutgefäße und die Knochen (Knochenbrüche, Osteoporose).

Symptome sind ein charakteristisches Aussehen der Haare (sehr kleine Locken und verminderte Pigmentierung - meist graues Haar), verminderte Muskelspannung, schlaffes Gesicht oder Krampfanfälle.

Eine weitere angeborene Störung des Kupferstoffwechsels ist die Wilson-Krankheit.

Dabei handelt es sich um eine fortschreitende Krankheit, die durch einen gestörten Transport und eine übermäßige Anhäufung von Kupfer in Organen und Geweben gekennzeichnet ist.

Die Ursache für diese Veränderungen ist ein Defekt des ATP7B-Proteins (Wilson-Protein), der ebenfalls auf eine Mutation des Gens zurückzuführen ist, das für seine Synthese kodiert.

Dieses Protein kommt hauptsächlich in der Leber vor und ist für die Bindung von Kupfer an das Protein Ceruloplasmin sowie für die Ausscheidung von Kupfer aus dem Körper über die Galle verantwortlich.

Ein Mangel an ATP7B-Protein führt zu einer Anhäufung von freien Kupferanteilen in der Leber, was zu einer Leberzirrhose führt. Kupfer reichert sich auch in anderen Geweben wie dem Gehirn, der Hornhaut, den Nieren usw. an.

Diese Anhäufung führt zu Hirnschäden, Persönlichkeitsveränderungen, Blutgerinnungsstörungen, Anämie, Nervenstörungen, Nierenstörungen oder Gelbsucht.

Eine charakteristische Erscheinung der Wilson-Krankheit und der Ablagerung von Kupfer im Gewebe ist die Bildung eines goldbraunen Rings am Rand der Hornhaut - der Kayser-Fleischer-Ring.

Weitere Symptome sind Muskelschwäche, Muskelsteifheit (insbesondere in den Armen), verlangsamte Bewegungen, Schwindel und Vertigo.

Die Behandlung der Menkes-Krankheit besteht aus intravenösem Kupfer (das in eine Vene gespritzt wird). Eine frühzeitige Diagnose und tägliche Injektionen können Nervenschäden vorbeugen und das Leben der betroffenen Patienten verlängern.

Das Ziel der Behandlung der Wilson-Krankheit besteht darin, die Kupferaufnahme über den Magen-Darm-Trakt zu unterbinden, was in der Regel auf folgende Weise erreicht wird:

• Verabreichung von Zink als Gegenmittel: Zink konkurriert mit Kupfer um die Bindung an die Transportproteine in den Darmspalten und blockiert so die Aufnahme von Kupfer.
• Verabreichung von Chelatbildnern, die Kupfer in nicht resorbierbaren Komplexen wie D-Penicillamin binden.
• Änderung der Ernährung, um kupferhaltige Lebensmittel auszuschließen.

Bei frühzeitiger Diagnose der Wilson-Krankheit und angemessener Behandlung können die Patienten ein normales Leben führen, anders als bei der tödlichen Menkes-Krankheit.

Andere kupferbedingte Krankheiten

Störungen der Kupferhomöostase führen auch zu oxidativem Stress und der damit verbundenen Bildung von freien Radikalen, die für den Körper schädlich sind.

Ihre Bildung kann zur Entstehung schwerer neurologischer Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit oder der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit beitragen.

Kupfer wird auch mit der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht: Die Kupferkonzentration im Blut ist bei Krebs häufig deutlich erhöht und korreliert mit dem Auftreten, der Entwicklung, der Größe und dem Fortschreiten von Tumoren.

Im Zusammenhang mit Kupfer ist auch eine Erkrankung zu nennen, die durch ein vermindertes Vorhandensein des kupferhaltigen Enzyms Ceruloplasmin im Blut gekennzeichnet ist. Man spricht von Aceruloplasminämie.

Diese Störung verursacht zwar keine wesentlichen Veränderungen im Kupferstoffwechsel selbst, ist aber die Ursache für eine übermäßige und schädliche Ansammlung von Eisen in der Leber und anderen Organen.