Miedź w organizmie

U ludzi i zwierząt, miedź pochodząca z pożywienia absorbowana jest przez błonę śluzową w komórkach, które wyściełają żołądek i jelito cienkie [Tapiero et al., 2003]. W postaci kompleksu z albuminami lub aminokwasami, transportowana jest do wątroby, następnie nerek, jelit i innych tkanek [Seńczuk, 2006].

Wydajność wchłaniania jonu metalu jest wysoka, u osób dorosłych wynosi średnio od 55 do 75% i nie spada znacząco wraz z wiekiem [Linder, Hazegh-Azam, 1996].

Miedź związana jest z ceruloplazminą, która zawiera około 90% miedzi obecnej w surowicy krwi, a jej rola polega na przetransportowaniu pierwiastka do tkanek, które go potrzebują [Osredkar, Sustar, 2011].

Około 1 mg miedzi wydalanych jest dziennie przez osobę dorosłą, głównie z żółcią. Bardzo małe ilości wydalają się innymi drogami [Tapiero et al., 2003].

Pierwiastek ten występuje we krwi w postaci kompleksu z treoniną, histydyną, kwasem glutaminowym [Seńczuk, 2006].

Fizjologiczna rola miedzi polega przede wszystkim na spełnianiu następującej funkcji: jest niezbędnym składnikiem metaloenzymów, w których miedź uczestniczy w reakcjach redoks, zmieniając stopień utleniania pomiędzy Cu (I) i Cu (II) [Stern et al., 2007].

Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem, działającym jako kofaktor szeregu istotnych w metabolizmie enzymów [Tapiero et al., 2003].

U ssaków głównymi białkami, do których miedź jest przyłączana, są ceruloplazmina i trzy inne, wszechobecnie występujące w naturze białka: oksydaza cytochromowa (ostatnie białko łańcucha oddechowego), dysmutaza ponadtlenkowa (SOD – związana z obroną przed

49

wolnymi rodnikami) oraz metalotioneina (przechowuje nadmiar miedzi oraz posiada właściwości przeciwutleniające) [Linder, Hazegh-Azam, 1996].

Ten niezbędny pierwiastek odgrywa również rolę w embriogenezie. Podczas przebiegu procesu, kiedy namnażanie się komórek jest bardzo dynamiczne, aktywność oksydazy cytochromowej i aktywność oddechowa ma bardzo duże znaczenie. W ostatnim okresie ciąży, znaczna ilość miedzi jest przenoszona do płodu z krążenia matki przez łożysko lub przez spożycie płynu owodniowego [Tapiero et al., 2003]. Zostaje związana z metalotioneiną, gromadzi się i jest przechowywana w wątrobie wraz z innymi zapasami cynku i żelaza, które zostaną wykorzystane w okresie karmienia. Po urodzeniu, duża ilość miedzi dostarczana jest noworodkowi przez mleko karmiącej matki [Tapiero et al., 2003].

2.3.4.3. Diagnostyka zaburzeń

Zarówno nadmiar, jak i niewystarczające spożycie miedzi może prowadzić do wystąpienia objawów niepożądanych [Stern et al., 2007].

Pierwszym, zauważalnym objawem świadczącym o niedoborze miedzi w organizmie człowieka i innych ssaków jest anemia [Brewer et al., 2000]. Jeśli poziom ceruloplazminy w surowicy krwi będzie bardzo niski, niedobór miedzi stanie się zauważalny. Początkowym stadium jest zahamowanie czynności szpiku kostnego objawiające się niedokrwistością, z lub bez leukopenii [Goodman et al., 2004]. Jeśli niedobór miedzi się utrzymuje, może dojść do zmniejszenia gęstości kości. Późniejszy etap niedoboru miedzi, który został zdiagnozowany u niewielkiej liczby pacjentów, wiąże się z ciężką neuropatią [Goodman et al., 2004].

Nadmierne spożycie miedzi może wiązać się z wystąpieniem działań niepożądanych. Ostra toksyczność tego pierwiastka pojawia się zazwyczaj w wyniku przypadkowego jej spożycia, jednak u niektórych osób może być wywołana chorobą lub wadami genetycznymi, które zaburzają homeostazę miedzi [Stern et al., 2007]. Poziom miedzi w organizmie związany jest także pośrednio z dużą ilością zaburzeń neurologicznych, takich jak choroby prionowe, wliczając encefalopatię gąbczastą bydła („choroba szalonych krów” – BSE) czy chorobę Alzheimera [Stern et al., 2007].

Miedź pośrednio lub bezpośrednio oddziałuje na składniki systemu obrony oksydacyjnej i w rezultacie zwiększone wytwarzanie reaktywnych form tlenu i uszkodzenia oksydacyjne lipidów, DNA i białek mogą być zauważone [Uriu-Adams, Keen, 2005].

Przewlekła toksyczność miedzi jest prawie zawsze związana z genetycznym defektem wydalania tego pierwiastka, u człowieka znana jako choroba Wilsona [Brewer, Yuzbasiyan-Gurkan, 1992]. Jest dziedziczoną autosomalnie recesywnie mutacją genu ATP7B. Pacjenci z tą chorobą cierpią na uszkodzenia mózgu i choroby wątroby. Charakterystycznym objawem jest pierścień Kaysera-Fleischera, widoczny w rogówce oka [Tapiero et al., 2003]. U około połowy pacjentów z chorobą Wilsona rozwinęła się toksyczność centralnego układu nerwowego, zmiany w rogówce pojawiają się właśnie wtedy, kiedy miedź zaczyna gromadzić się i wpływać na układ nerwowy. Nierozpoznana i nieleczona choroba postępuje nieubłaganie i ostatecznie prowadzi do zgonu [Stern et al., 2007].

Inną chorobą uwarunkowaną genetycznie jest choroba Menkesa. Jest to choroba neurodegeneracyjna, charakteryzuje ją brak możliwości metabolizowania miedzi dostarczanej w pożywieniu. U niemowląt prowadzi do śmierci [Tapiero et al., 2003].

50

Poziom miedzi może ulec zmianie w przebiegu choroby, którą jest cukrzyca. Badania wykazały, że stężenia miedzi w osoczu były wyższe u pacjentów diabetologicznych w porównaniu do pacjentów nie chorujących na cukrzycę [Uriu-Adams, Keen, 2005]. Podobnie, w wielu badaniach wykazano wyższe stężenie ceruloplazminy w surowicy pacjentów z cukrzycą typu 1 i 2, w porównaniu do osób zdrowych [Uriu-Adams, Keen, 2005].

Poziom ceruloplazminy w surowicy odgrywa również ważną rolę w chorobach układu krążenia. Badania epidemiologiczne wykazały, że podwyższony poziom enzymu jest niezależnym czynnikiem ryzyka wystąpienia chorób sercowo - naczyniowych [Jomova, Valko, 2011]. Zaobserwowano także, że podwyższony poziom stężenia miedzi w surowicy krwi związany jest z umieralnością spowodowaną chorobami wieńcowymi [Jomova, Valko, 2011]. Choroba miażdżycowa może również być związana z poziomem miedzi. Prawdopodobny powód wystąpienia tej zależności związany jest z interakcją zachodzącą pomiędzy miedzią a homocysteiną. Prowadzi to bowiem do wytworzenia wolnych rodników i utlenienia LDL („zły” cholesterol), który został znaleziony w blaszkach miażdżycowych [Jomova, Valko, 2011].

Najbardziej podwyższony poziom miedzi wykazano u pacjentów chorych na raka gruczołu sutkowego, szyjki macicy, jajnika, prostaty, płuc, raka żołądka oraz cierpiących na białaczkę. Ponadto wykazano, że poziomy miedzi w porównaniu do poziomów żelaza, cynku i selenu są bardzo często wyższe w porównaniu do osób zdrowych. Podwyższone poziomy miedzi okazały się być bezpośrednio związane z progresją raka [Gupte, Mumper, 2009]. Miedź jest istotna w procesie angiogenezy, procesu wzrostu każdego guza o wielkości powyżej kilku milimetrów. Aby zatrzymać proces wzrostu guza we wczesnym stadium, koncepcja terapii antyangiogennej zyskuje coraz większe zainteresowanie [Jomova, Valko, 2011]. W związku z tym zostało zaprojektowanych i przetestowanych kilka antyangiogennych środków, w oparciu o środki chelatujące miedź [Brem et al., 1990].

Cox i wsp. w swojej pracy próbowali określić, czy tetratiomolibdenian, silny chelator miedzi, jest zdolny do obniżenia zasobów pierwiastka w organizmie i zahamowania wzrostu płaskonabłonkowego nowotworu głowy i szyi w ortotopowym modelu mysim [Cox et al., 2001]. W modelu tym, zawiesinę komórek nowotworowych lub fragment guza umieszcza się w narządzie, z którego pierwotnie wywodzi się nowotwór [Wietrzyk et al., 2000]. Po 7 – 10 dniach od wzrostu guza, grupie badanej podawano codziennie do picia wodę, do której dodawano tetratiomolibdenian, aby osiągnąć doustną dawkę 50 mg na mysz [Cox et al., 2001]. Grupie kontrolnej podawano codziennie tylko czystą wodę. Do dziesiątego dnia zaobserwowano wyraźny wzrost guza u wszystkich myszy. Całkowita zawartość miedzi w organizmie spadła o 28% w porównaniu do wyjściowego stężenia u myszy w grupie leczonej. Po zakończeniu leczenia różnica średniej objętości guza w grupie kontrolnej była 4,7 razy większa w porównaniu do grupy leczonej tetratiomolibdenianem [Cox et al., 2001]. Ogólna szybkość hamowania wyniosła 78%. Dodatkowo, gęstość mikronaczyń została zmniejszona o 50% w grupie, której podawano tetratiomolibdenian [Cox et al., 2001]. W badaniu wykazano zdolność tetratiomolibdenianu do znaczącego hamowania zarówno wzrostu płaskonabłonkowego nowotworu głowy i szyi, jak i unaczynienia guza w ortotopowym modelu mysim, sugerując potencjalną skuteczność w leczeniu choroby u człowieka [Cox et al., 2001].

51

2.3.5. Żelazo

2.3.5.1. Ogólna charakterystyka

Żelazo należy do czwartego okresu grupy 8 układu okresowego. Jego masa molowa wynosi 55,845 a temperatura topnienia 1808 [K]. Wykazuje dobrą ciągliwość i kowalność. Występuje na kilku stopniach utleniania (od – II do + VI) [Bielański, 2012].

Wśród pierwiastków uszeregowanych w kolejności zmniejszającego się rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej, żelazo jest czwartym pierwiastkiem. Jest najbardziej rozpowszechnionym metalem ciężkim. W przyrodzie występuje w stanie związanym. Znaczenie jako rudy tego metalu mają między innymi hematyt (żelaziak czerwony), magnetyt, limonit (żelaziak brunatny) oraz syderyt [Bielański, 2012].

Na skalę techniczną żelazo otrzymuje się przez redukcję rud tlenkowych koksem. Powstaje tzw. surówka (żelazo surowe), która daje się formować przez odlewanie lub skrawanie [Bielański, 2012].Chemicznie czyste żelazo ma barwę srebrzystobiałą i wykazuje większą miękkość od żelaza z domieszkami węgla. Jest ciągliwe i kowalne [Bielański, 2012].

Żelazo w postaci stali stopowych i węglowych (stopy z węglem zawierające ok. 2% węgla) oraz żeliwa (stopy o większej zawartości węgla) znajdują zastosowanie we wszystkich rodzajach przemysłu [Seńczuk, 2006].

Proszek żelazowy wykorzystywany jest jako podgrzewacz do rąk dostępny na całym świecie, zwłaszcza w Japonii, Kanadzie i Stanach Zjednoczonych. Pod wpływem powietrza i wilgoci dochodzi do egzotermicznej reakcji w której oprócz proszku żelazowego udział biorą węgiel aktywowany, sól i wermikulit [Tam et al., 2008].

Żelazo w diecie występuje w dwóch formach: hemowej i niehemowej. Żelazo hemowe można znaleźć w produktach pochodzenia zwierzęcego, jest ono lepiej przyswajalne. Forma niehemowa występuje w produktach spożywczych pochodzenia roślinnego i jego przyswajalność jest niewielka. Wyjątek stanowi dodanie kwas askorbinowego lub białka zwierzęcego – wtedy przyswajalność żelaza niehemowego może być zwiększona nawet pięciokrotnie [Iron and Health, 2010].