I metalli e lo stress ossidativo: il rame

a cura di Luigi Campanella

rameIl nostro organismo ha sviluppato nella sua evoluzione dei metodi di difesa molto complessi e delicati, ma queste difese non sono sempre efficaci al 100%, in particolare nell’eliminare i radicali liberi dall’organismo; esistono infatti delle situazioni, patologiche e non, in cui la produzione di radicali liberi aumenta in modo tale che la “barriera” di difese antiossidanti di ciascun individuo non è più in grado di neutralizzarli: si creano le condizioni di stress ossidativo. Il perdurare del rischio ossidativo, dovuto a queste molecole altamente reattive, può determinare delle reazioni a carico delle strutture cellulari che innescano processi di invecchiamento su tutti i tessuti (e che generano, tra l’altro, malattie della pelle, infiammazioni, perdita di elasticità dei vasi sanguigni e persino tumori), non immediatamente visibili, ma che si manifestano nel corso tempo. Sono sempre più numerosi gli studi di tecniche analitiche finalizzate alla determinazione del grado di stess ossidativo dell’organismo, attraverso la rilevazione della quantità di radicali liberi presenti nel sangue o in altri liquidi biologici. Proprio da questi studi è emersa una stringente correlazione tra l’aumento di radicali liberi e la presenza di diversi fattori scatenanti quali il fumo di sigaretta, lo stress psico-fisico, l’inquinamento ambientale, l’assunzione di farmaci, malattie (allergie, infiammazioni, infezioni, ipertensione, diabete, ecc.), l’eccessiva esposizione solare, regimi alimentari non bilanciati e diete dimagranti drastiche, e anche un’attività fisica molto intensa, inoltre l’uso della pillola contraccettiva e gli estrogeni utilizzati durante la menopausa. In tutti questi casi quindi si rende utile l’apporto esterno di agenti antiossidanti in grado di disattivare o stabilizzare i radicali liberi prima che attacchino la cellula, senza dimenticare che anche normali condizioni di salute non mettono completamente al riparo dallo stress ossidativo. L’efficienza del sistema antiossidante dell’organismo diminuisce fisiologicamente con l’età, e ciò conduce ad un aumento del rischio di patologie età-dipendenti.

Le sostanze vegetali rappresentano la principale fonte di sostanze antiossidanti, non solo per il loro contenuto vitaminico, ma soprattutto per la presenza di miscele complesse e uniche di composti chimici, come i flavonoidi e i polifenoli. Una dieta ricca di frutta e verdura può ridurre il rischio di patologie croniche e degenerative, non tanto in relazione alle vitamine contenute, ma al fitocomplesso di antiossidanti e all’azione concentrata di diversi composti chimici. Il rame, talvolta indicato come antiossidante, non possiede di per sé questa attività, ma è necessario per garantire la funzionalità dei sistemi antiossidanti dell’organismo; in bassissime concentrazioni (tracce) è necessario allo svolgersi delle normali funzioni metaboliche, ma è tossico a dosaggi superiori.

Il rame, grazie ai suoi due stati ossidativi, partecipa all’attività di metalloenzimi che trasferiscono elettroni (ossidasi): citocromo-ossidasi, tioloossidasi, DOPA ossidasi e superossido dismutasi. Risulta di conseguenza un elemento essenziale per il metabolismo energetico a livello cellulare, per la produzione di tessuto connettivo e per la sintesi di peptidi neuroattivi (catecolamine, encefaline). Partecipa alla catena respiratoria, nterviene nella sintesi dell’emoglobina (con il ferro) e nell’attività di cheratinizzazione e pigmentazione dei capelli e della cute. Ha inoltre influenza sulla funzionalità cardiaca. Il contenuto totale nell’organismo varia da 50 a 120 mg di cui 40% nei muscoli, 15% nel fegato, 10% nel cervello, 10% nel sangue ed il restante nel cuore e nei reni.

Il rame ingerito come solfato di rame incomincia ad essere tossico a partire da 10 mg/die. L’assunzione di rame con gli alimenti è molto meglio tollerata, ed è stato suggerito che la soglia di tolleranza  possa essere aumentata a 35 mg. In attesa di ulteriori verifiche le raccomandazioni europee suggeriscono di mantenere la soglia di tossicità a 10 mg/die (Commission of the european Communities, 1993).

Function and Regulation of Human Copper-Transporting  Physiol Rev 87: 1011–1046, 2007; doi:10.1152/physrev.00004.2006ATPases SVETLANA LUTSENKO, NATALIE L. BARNES, MEE Y. BARTEE, AND OLEG Y. DMITRIEV

Function and Regulation of Human Copper-Transporting Physiol Rev 87: 1011–1046, 2007; doi:10.1152/physrev.00004.2006ATPases
SVETLANA LUTSENKO, NATALIE L. BARNES, MEE Y. BARTEE, AND OLEG Y. DMITRIEV

Il rame è contenuto in maggiori quantità nel fegato e nel rene, nei molluschi ed in alcuni frutti (avocado, noci, nocciole, uva secca). In genere, una dieta equilibrata fornisce quantità adeguate di rame.

In Italia i livelli di ingestione giornaliera sono compresi tra 3 e 4.5 mg per persona al giorno (con punte di 5.3 mg per giorno in Lombardia). Gli alimenti che risultano le maggiori fonti di rame in Italia sono gli amilacei, la frutta, le carni, il pesce e le uova. Per i bambini, le raccomandazioni sono calcolate con metodo fattoriale sulla base del contenuto tissutale (1.38 microgrammi/g), delle perdite endogene e dell’assorbimento, stimando  nel 50% della quota ingerita. Si raccomandano livelli di ingestione che vadano da 30 microgrammi/kg/die per bambini di 1-6 anni a 18 microgrammi/kg/die per adolescenti di 15-18 anni di età (Commission of the european Communities, 1993).

Model for intestinal Cu absorption and peripheral distribution. From the following article Mechanisms for copper acquisition, distribution and regulation Byung-Eun Kim, Tracy Nevitt & Dennis J Thiele Nature Chemical Biology 4, 176 - 185 (2008) Published online: 15 February 2008 doi:10.1038/nchembio.72

Model for intestinal Cu absorption and peripheral distribution.
From the following article
Mechanisms for copper acquisition, distribution and regulation
Byung-Eun Kim, Tracy Nevitt & Dennis J Thiele
Nature Chemical Biology 4, 176 – 185 (2008) Published online: 15 February 2008
doi:10.1038/nchembio.72

I neonati prematuri di peso inferiore a 1500 g necessitano di maggiori apporti di rame, poiché non si è verificato l’accumulo di rame che copre normalmente il fabbisogno del bambino fino all’epoca dello svezzamento. Il livello raccomandato da un gruppo di esperti dell’OMS è di 80 microgrammi/kg/die.

In gravidanza si pensa che l’aumento del fabbisogno legato al feto sia ampiamente soddisfatto dagli alimenti metabolici materni. Non è pertanto necessario raccomandare assunzioni più elevate di quelle dell’adulto.

Il latte umano è particolarmente ricco di rame (0.22 mg/dl); durante l’allattamento si verifica un aumento dell’apporto di 0.3 mg/die per la produzione di 750 ml di latte al giorno, stimato nel 50% la quota assorbita dalla dieta.

Negli adulti, studi metabolici di bilancio non forniscono dati conclusivi sui fabbisogni di rame. Sembra però che il bilancio possa essere raggiunto  con quantità di circa 1.2 mg/die.

L’escrezione del rame viene attraverso le urine, il sudore, la bile. Il circolo enteroepatico e la modulazione dell’assorbimento intestinale concorrono al mantenimento dell’omeostasi dell’elemento.

Stati di carenza in rame sono stati osservati nell’infanzia in neonati pretermine, in lattanti alimentati con latte vaccino non modificato, in bambini malnutriti. Nell’adulto si rivelano casi di carenza in soggetti in nutrizione parenterale totale, nella malnutrizione proteico-energetica, in soggetti con dieta ricca di zinco e povera di proteine e con dieta particolarmente ricca di fibre.

Un’alterazione genetica con un alterato assorbimento e trasporto del rame è presente nella sindrome di Menkes, caratterizzata da un grave stato di carenza. Le manifestazioni carenziali sono: neutropenia, leucopenia, anormalità scheletriche (grave osteoporosi e fratture patologiche anche nell’infanzia), aumento della suscettibilità alle infezioni, soprattutto di tipo respiratorio, anemia nelle forme prolungate e severe. La carenza di rame può essere rilevata da basse concentrazioni plasmatiche di rame e di ceruloplasmina.

Non sono noti casi di tossicità di rame se non per ingestione volontaria o per accidentale contaminazione di bevande. Gli effetti della tossicità acuta sono l’emolisi intravascolare, la necrosi epatocellulare ed alterazioni a carico del tubolo renale. In caso di esposizione cronica a bevande contaminate da parte di tubazioni o di recipienti il rame si accumula nel fegato, provocando necrosi epatocellulare, insufficienza e cirrosi epatiche; sono particolarmente suscettibili neonati e bambini. L’assorbimento del rame introdotto con gli alimenti avviene al livello del tenue, tramite il legame con una metallotioneina; la quota assorbita è stimata tra il 35 e il 70%. L’assorbimento è favorito in condizioni di pH acido, è inibito dai fitati, dal calcio, da altri oligoelementi, in particolare dallo zinco, il cui metabolismo è legato a quello del rame.

ceruloplasminaIl rame viene trasportato in circolo per la maggior parte legato alla ceruloplasmina (90-95%): la concentrazione plasmatica normale è di circa 100  microgrammmi/dl. La ceruloplasmina partecipa all’ossidazione di numerosi substrati tra cui l’adrenalina, la serotonina, l’ascorbato, il Fe2+ (ossidato a Fe3+), il Mn+2 (ossidato a Mn+3), potrebbe inoltre agire da “scavenger” nei confronti dei radicali liberi nel plasma.

È stata valutata l’influenza del rame ione sulla capacità antiox; così nel caso di un antiossidante endogeno, il glutatione, e di tre esogeni, l’acido ascorbico (naturale), il trolox (analogo sintetico di un antiossidante naturale), il n-propilgallato (sintetico), attraverso la determinazione delle costanti di formazione dei complessi antiossidante/rame, si è cercato di interpretare il ruolo del metallo.

acido ascorbico

acido ascorbico

glutatione

glutatione

n-propil-gallato

n-propil-gallato

trolox

trolox

Gli antiossidanti citati sono leganti polidentati e coordinano il rame con formazione di complessi. La stabilità di questi complessi è definita quantitativamente dai valori delle costanti di formazione K. I valori di K sono stati determinati sperimentalmente, a 25 °C, in

presenza di perclorato di sodio 1M (elettrolita di supporto), con il metodo della voltammetria ciclica, seguendo una procedura classica riportata in letteratura. I complessi tra mole di rame ione e moli di agente chelante sono rispettivamente, 1:3 per l’acido ascorbico, 1:2 per il glutatione, 1:4 per il n-propilgallato, 1:2 per il trolox. Il rame è coordinato attraverso gli atomi di zolfo, di azoto del gruppo amminico, dell’ossigeno dei gruppi carbossilici del glutatione ed attraverso gli atomi di ossigeno dei gruppo ossidrilici e carbossilici di acido ascorbico, n-propilgallato, trolox. Gli alti valori di K (≥ 1010) indicano la formazione di complessi stabili a struttura ciclica. Peraltro si rileva che la scala del potere antiossidante e quella della stabilità dei complessi vanno nello stesso ordine e che i due antiossidanti più forti sono caratterizzati da un minore valore del rapporto metallo/legante.

L’effetto del rame sulla capacità antiossidante degli antiossidanti considerati risulta positivo: infatti i complessi risultano più antiossidanti dei complessanti da soli. Il rame ione, aggiunto alle soluzioni degli antiossidanti ad una concentrazione ≥ 10-3 mol/L, influenza – con correlazione lineare – la capacità antiossidante. Gli effetti più rilevanti si manifestano sugli antiossidanti esogeni n-propilgallato (sintetico) e acido ascorbico (naturale). Non appare una correlazione fra la stabilità dei complessi e l’incremento del potere antiossidante. Le differenze di stabilità sono relativamente modeste, ma se si considerano il trolox ed il n-propilgallato i cui complessi con il rame sono rispettivamente il più debole ed il più stabile fra quelli formati si vede che il rapporto massimo rmax fra la capacità antiossidante dopo e prima dell’aggiunta del rame è per entrambi intorno a 6. È quindi da prevedere che è sufficiente una complessazione mediamente stabile (K = 1010) per garantire una stabilità all’antiossidante e quindi una sua maggiore attività.

Antiossidante

Capacitò Antiossidante

rmax

[Sale di rame]=0 [Cu(NO3)2•3H20]=10-2 mol/L [CuSO4)
=10-2 mol/L
[CuCl2•2H20]
=10-2 mol/L
Acido Ascorbico 1.00 6.343 4.693 3.959 6.343
Glutatione 0.298 2.210 1.127 5.652 18.966
n-propilgallato 1.822 7.921 7.045 11.063 6.071
Trolox 1.020 2.948 5.793 1.694 5.679

per approfondire: http://it.wikipedia.org/wiki/Rame

http://en.wikipedia.org/wiki/Copper_in_health

Judith R Turnlund, Human whole-body copper metabolism Am J Clin Nutr May 1998 vol. 67 no. 5 960S-964S  scaricabile da http://ajcn.nutrition.org/content/67/5/960S.full.pdf+html

2 thoughts on “I metalli e lo stress ossidativo: il rame

  1. Segnalo che, presumibilmente per ragioni di formato di visualizzazione, nel testo la lettera greca “my” appare come “m”, e quindi si legge “milligrammi” anche dove dovrebbe intendersi “microgrammi”. Per il resto, ottimo articolo!
    E.S.

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