Baker: Učinki na človeško telo. Zakaj je pomemben? Katera načela je treba upoštevati pri vnosu?

Baker je bistven element v sledovih, ki je sestavni del bioloških procesov v človeškem telesu. Kakšen je pomen bakra in kakšna je njegova funkcija? Katera živila so vir bakra in kdaj bi morali omejiti vnos?

Kaj vemo o bakru?

Baker je naravno prisoten element. V sledovih je prisoten v našem okolju, najpogosteje v zemlji, rastlinju, vodi in ozračju.

Poznamo ga po kemijskem imenu Cu, ki izhaja iz latinske besede cuprum. To latinsko ime izhaja iz imena otoka Ciper, saj so tam prvič izkopali baker.

Baker je element 11. skupine periodnega sistema kemijskih elementov in se nahaja v 4. periodi.

Je ena od plemenitih kovin, tako kot druga elementa te skupine - zlato in srebro.

V čisti obliki je baker obarvan rdečkasto rjavo s svetlim kovinskim sijajem. Je ena redkih kovin, katere naravna barva ni siva ali srebrna.

Je mehak, kovan in duktilen. Ima visoko toplotno in električno prevodnost (druga najvišja za srebrom).

Z vodo ne reagira, vendar pa v zraku počasi reagira s kisikom in tvori plast rjavega bakrovega oksida, ki varuje baker pred korozijo.

Po nekaj letih se na površini bakra začne tvoriti zelena plast bakrovega oksida. To je pogosto vidno na starejših bakrenih strukturah, primer je Kip svobode.

Tabelarični povzetek osnovnih kemijskih in fizikalnih podatkov o bakru

V naravi je baker ena redkih kovin, ki se pojavlja v naravni obliki - čista in neposredno uporabna.

Pojavlja se tudi kot del številnih mineralov v obliki bakrovih sulfidov (halkopirit, digenit, bornit, kovellit, halkocit), sulfosolov (enargit) in bakrovih karbonatov (azurit, malahit).

Dejstvo, da se baker pojavlja v svoji prvotni obliki, je tudi razlog, da so ga poznale in uporabljale že prve civilizacije. Zgodovina uporabe bakra sega v čas 9 000 let pred našim štetjem.

Največja nahajališča bakra so v Čilu, ZDA, Peruju, Zambiji in Kongu.

Baker za industrijske namene se pridobiva primarno iz bakrove rude, sekundarno pa s postopkom recikliranja.

Trenutno se baker uporablja predvsem v elektroindustriji (kot sestavni del žic in kablov), kjer se izkoriščajo njegove prevodne lastnosti.

Uporablja se pri izdelavi kovancev, nakita, vodovodnih cevi, v metalurgiji za proizvodnjo zlitin (bron, medenina) in v arhitekturi.

Je tudi sestavni del kmetijskih proizvodov (gnojila, krmni dodatki) in sredstev za zaščito lesa (protiglivične lastnosti). Uporablja se za čiščenje vode (iz alg) ali kot pigment.

Kako se baker uporablja v medicini?

V medicini ima baker zares širok spekter uporabe, predvsem zaradi svojih učinkov proti bakterijam, plesnim, pršicam in tudi zaradi svojih razkuževalnih lastnosti.

Zato se uporablja kot sestavni del številnih medicinskih materialov, pripomočkov, pripravkov itd.

Navedemo lahko več primerov uporabe bakra v medicini:

• del prevleke z antibakterijskim učinkom za celjenje ran
• ginekologija - intrauterini pripomočki s kontracepcijskim učinkom
• zobozdravstvo - del zobnega cementa, izdelava mostičkov in kron
• Sestava nosnih pršil z dezinfekcijskim učinkom
• Zdravljenje revmatoidnega artritisa
• Razkuževanje prostorov, površin ali oblačil v zdravstvenih ustanovah - preprečevanje bolnišničnih okužb
• Sestavina tekstila - nogavice za preprečevanje glivičnih okužb ter vzmetnice, vzmetnice, blazine ali preproge z učinkom proti pršicam
• Kozmetične kreme in mazila
• sestavni del površin in embalaže v živilski industriji (priprava, shranjevanje, prevoz živil)
• dihalne maske s protivirusnim učinkom

V preteklosti so v Egiptu in Siriji uporabljali baker kot sredstvo proti parazitom, proti bruhanju ali kot adstringentno sredstvo.

Ali poznate biološko funkcijo bakra?

Baker je za železom in cinkom tretji najpogostejši element v sledovih v človeškem telesu.

V telesu ga najdemo predvsem v oksidirani obliki Cu+2 - bakrovem ionu ali v manjši meri v reducirani obliki Cu+1.

Kot kofaktor ključnih encimov ima pomembno vlogo v številnih fizioloških in biokemičnih procesih organizma.

Ti encimi sodelujejo tudi pri številnih encimskih procesih v telesu - katalizirajo jih.

Ti vključujejo celično dihanje, proizvodnjo nevrotransmiterjev in peptidnih hormonov, zaščito pred prostimi radikali ali pravilno delovanje elastina, kolagena in keratina.

Druge pomembne funkcije bakra v človeškem telesu:

• Pomemben je za vzdrževanje homeostaze železa, s čimer posredno prispeva k nastajanju in strjevanju krvi.
• Vzdržuje trdnost kože, vezivnih tkiv in krvnih kapilar.
• Prispeva k delovanju prirojenega imunskega sistema.
• Vzdržuje normalno delovanje ščitnice.
• Zaradi svoje sposobnosti sprejemanja ali oddaje elektronov prispeva k odstranjevanju prostih radikalov. Ima antioksidativne in posledično prooksidativne lastnosti.
• Je močno protimikrobno sredstvo. Deluje proti bakterijam Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis in Bacillus subtillis.
• Ima tudi protivirusno delovanje proti virusu bronhitisa in herpesa simpleksa.
• Ubije lahko tudi spermo.

Baker - od vnosa do izločanja

Baker je bistven element v sledovih. Je nujen za življenje, vendar je lahko tudi strupen.

Zato je uravnavanje njegovih ravni v telesu potrebno in nujno. Vključeni so homeostatski mehanizmi, ki uravnavajo sprejem, porazdelitev, zadrževanje in izločanje bakra.

Absorpcija

Baker v telo vstopa predvsem s hrano.

Absorpcija poteka v okolju tankega črevesa in v manjši meri v želodcu, in sicer z difuzijo (zlasti pri visokih koncentracijah bakra) ali prek transportnih beljakovin (pri nizkih koncentracijah bakra).

Količina bakra, ki se absorbira v telo, je odvisna od prisotnosti bakra v prehrani. Pri normalnem vnosu se absorbira 55-75 % bakra v prehrani.

Absorpcija bakra v prebavilih je odvisna predvsem od njegove kemične oblike. ioni Cu+2 se v črevesnih celicah reducirajo v Cu+1, saj le v tej obliki lahko prehajajo skozi celice.

Na absorpcijo bakra lahko vplivajo tudi nekatere sestavine prehrane.

Te snovi lahko zmanjšajo topnost bakra in s tem njegovo biorazpoložljivost. Govorimo na primer o vlakninah, fitatih, vitaminu C ali nekaterih sladkorjih. Tveganje za zmanjšano absorpcijo bakra obstaja le, če jih zaužijemo v prevelikih količinah.

Nekatere sestavine hrane tekmujejo z bakrom pri vezavi na transportne beljakovine, na primer cink in kadmij.

Nasprotno pa se biološka uporabnost bakra poveča, če zaužijemo veliko beljakovin.

Porazdelitev in presnova

Ko se baker absorbira v krvni obtok, se hitro razporedi na mesta, kjer je potreben (zlasti za proizvodnjo encimov).

Njegovo porazdelitev iz krvnih celic nadzoruje beljakovina, znana kot ATP7A ali Menkesova beljakovina. Baker se iz krvnih celic prenaša z vezavo na transportno beljakovino albumin, transkuprein ali aminokisline.

Zaradi svoje zelo reaktivne narave in nevarnosti poškodb v telesu bakra v celicah ne najdemo kot prostega iona, temveč vedno v vezani obliki.

Menkesova beljakovina razporeja baker v Golgijev aparat (kjer tvori beljakovinske encime) in v primeru naraščajočih koncentracij tudi v pelete.

Pecenum je glavni organ za shranjevanje bakra.

Menkejeva beljakovina ima ključno vlogo tudi pri prenosu bakra prek posteljice in krvno-možganske pregrade. To je bistvenega pomena za razvoj otroka (zlasti možganov).

Baker se v jetrih veže na beljakovino ceruloplazmin in se sprosti v krvni obtok. Ta proces vezave in sproščanja v kri ponovno nadzoruje beljakovina, znana kot ATP7B ali Wilsonova beljakovina.

Približno 90 % bakra v krvi je vezanega na ceruloplazmin. Prav ceruloplazmin je nato odgovoren za prenos bakra v tkiva, kjer je potreben.

Skupna vsebnost bakra v telesu je približno 70-80 mg. 10 % te količine je v krvi, 90 % pa v tkivih.

V normalnih razmerah so najvišje koncentracije bakra v žolču, jetrih, možganih, srcu, kosteh in ledvicah.

Vsebnost bakra v krvi se rahlo razlikuje glede na spol: pri moških je od 0,614 do 0,970 mg/l in s starostjo narašča, pri ženskah pa od 0,694 do 1,030 mg/l.

Izločanje

Regulacija izločanja bakra je glavni mehanizem za vzdrževanje homeostaze in fizioloških ravni bakra v telesu.

Glavna pot izločanja bakra iz telesa poteka prek jetrnih celic v žolč (do 98 %). Žolč se nato izloči v črevesje in baker se nazadnje izloči z blatom.

Prenos bakra iz jeter v žolč ponovno nadzoruje beljakovina ATP7B (Wilsonova beljakovina). Ta beljakovina preprečuje prekomerno kopičenje bakra v telesu.

Drugi načini izločanja so z urinom ali s sluznico. Vendar je količina bakra, izločenega po teh poteh, zanemarljiva.

Izločanje bakra je razmeroma počasen proces (le 10 % v 72 urah). Prekomerno uživanje bakra zato zaradi njegove omejene možnosti izločanja predstavlja veliko tveganje za zdravje.

Kateri so prehranski viri bakra?

Baker vstopa v telo s hrano ali zdravili in dodatki. Telo ne more samo sintetizirati bakra.

Človeško telo mora baker vnašati v rednih časovnih presledkih, saj nima posebnega sistema za njegovo skladiščenje.

Živila z razmeroma visoko vsebnostjo bakra so gobe, sadje, zelenjava (zlasti zelena listnata zelenjava, avokado, zelene olive), žita, oreščki, sončnična semena, meso (zlasti organi - jetra), ribe in morski sadeži (školjke), pa tudi črni poper in kakav.

Baker lahko sodeluje z elementi, kot so železo, cink, molibden, žveplo, selen ali vitamin C. Ta interakcija običajno vodi do zmanjšane absorpcije bakra.

V prehranskih dopolnilih je baker na voljo v obliki posamezne sestavine ali kot del multivitaminskih dopolnil - najpogosteje kot bakrov sulfat.

O potrebi po dodajanju bakra v obliki prehranskih dopolnil se je treba vedno posvetovati z zdravnikom. Prekomerna uporaba dopolnil vodi do motenj v fizioloških ravneh bakra.

Kakšen je priporočeni dnevni vnos bakra?

Priporočila za povprečni dnevni vnos bakra zaradi pomanjkanja podatkov niso bila določena.

Vendar pa Evropska agencija za varnost hrane objavlja vrednosti za ustrezen vnos bakra. Ustrezen vnos je povprečna vrednost, ki temelji na opazovanju. Predpostavlja se, da ustreza potrebam prebivalstva.

Poleg tega obstaja tudi zgornja meja vnosa bakra, ki je za ljudi še sprejemljiva. Ta meja predstavlja največji dolgoročni dnevni vnos bakra iz vseh virov, pri katerem ni tveganja za škodljive učinke na zdravje.

Tabelarični povzetek ustreznega dnevnega vnosa in zgornje meje vnosa bakra po starosti

Motnje homeostaze bakra v telesu

Vzdrževanje ravni bakra v fiziološkem območju je bistvenega pomena za ohranjanje zdravja in pravilnega delovanja telesa.

Pri tem so najpomembnejši regulacijski mehanizmi, ki omogočajo homeostazo - zlasti uravnavanje vnosa in izločanja bakra.

Vsako odstopanje ali motnja v delovanju teh mehanizmov je lahko potencialni vzrok za pomanjkanje bakra v telesu ali, nasprotno, za njegovo prekomerno kopičenje.

Kakšne so posledice pomanjkanja bakra?

Pomembno je poudariti, da je pomanjkanje bakra pri ljudeh razmeroma redko stanje.

Najpogostejša vzroka za pomanjkanje bakra sta majhen vnos s hrano ali težave z absorpcijo.

Ljudje, pri katerih obstaja tveganje za razvoj takšnega pomanjkanja, so:

• novorojenčki z nizko porodno težo
• dojenčki, ki se hranijo s kravjim mlekom
• nosečnice in doječe matere
• bolniki, ki prejemajo popolno parenteralno prehrano (hrana, ki se daje v žilo)
• bolniki z motnjami hranjenja, sindromom malabsorpcije ali Crohnovo boleznijo
• bolniki s sladkorno boleznijo, kronični pivci alkohola, vegetarijanci
• osebe, ki redno jemljejo antacide (zdravila, ki zmanjšujejo kislost želodčnega soka)

Vidni ali opazni simptomi pomanjkanja bakra so šibkost, utrujenost, izguba pigmenta (zlasti las), kožni izpuščaji, neredno bitje srca, nizka telesna temperatura.

Sistemski simptomi so oslabljene krvne žile, ki povzročajo povečano krvavitev in modrice, motnje kostnega mozga (osteoporoza) in sklepov ali neustrezno delovanje ščitnice.

Poveča se tudi dovzetnost za okužbe (zaradi zmanjšanega števila belih krvničk) in pomanjkanje rdečih krvničk (anemija).

Nezadosten vnos bakra med nosečnostjo posledično privede do razvoja trajnih nevroloških in imunoloških motenj pri otroku.

Kakšne so posledice presežka bakra?

Čeprav je baker za telo bistven element, je lahko tudi nevaren. Njegovo kopičenje vodi do številnih škodljivih učinkov.

Akutna in kronična toksičnost bakra je razmeroma redka. Najpogosteje jo povzročijo nesreče, onesnaženje okolja ali prirojene napake presnove.

Simptomi akutnega prevelikega odmerjanja bakra so prebavne motnje, kot so slabost, bruhanje (včasih s krvjo), bolečine v trebuhu ali pekoč občutek, kovinski okus v ustih, draženje ali vnetje želodca in črevesja ter krvavitve v prebavnem traktu.

Baker je močno dražilno sredstvo za prebavila. V velikih odmerkih povzroča draženje in poškodbe sluznice prebavil ter povzroča značilno modrozeleno obarvanost.

Povzroča tudi poškodbe kože (koprivnica, izpuščaj), ledvic in jeter (zlatenica), kri v urinu in težave z dihali.

Sistemski simptomi vključujejo letargijo, depresijo osrednjega živčnega sistema, poškodbe mišic, povišan krvni tlak, razgradnjo rdečih krvničk in s tem povezano pomanjkanje.

Pri vdihavanju hlapov, ki vsebujejo baker, pride do draženja sluznice ust, oči in nosu ter suhega grla, vročine, mrzlice, glavobola in bolečin v mišicah. Pri stiku bakra s kožo lahko pride do alergijskih reakcij.

Simptomi dolgotrajnega prekomernega uživanja bakra so predvsem prebavne težave, kot so slabost, bruhanje in bolečine v trebuhu. Postopoma se pojavijo poškodbe jeter, ledvic in možganov ter imunske in krvne motnje.

Ljudje, pri katerih obstaja tveganje za razvoj kronične toksičnosti bakra, so:

• bolniki, ki se zdravijo z dializo z bakrenimi cevmi
• ljudje, ki so v dolgotrajnem stiku s pesticidi na osnovi bakra
• dojenčki, ki prejemajo dolgotrajno popolno parenteralno prehrano

prirojene napake presnove bakra

Najpogostejši bolezni, povezani z okvarami presnove bakra v telesu, sta Menkesova in Wilsonova bolezen.

Obe bolezni sta redki prirojeni motnji.

Bolezen Menkesa je posledica okvare beljakovine ATP7A (beljakovina Menkesa) zaradi mutacije v genu, ki kodira njeno sintezo.

Ker ta beljakovina nadzoruje porazdelitev bakra iz krvnih celic v kri, njeno pomanjkanje povzroči tudi pomanjkanje bakra v telesu in s tem povezano zmanjšano delovanje od bakra odvisnih encimov.

To vključuje encime, kot so ceruloplazmin, citokrom c oksidaza, tirozinaza itd.

Bolezen večinoma prizadene dečke in se pokaže v zgodnjem otroštvu (že nekaj tednov po rojstvu). Prognoza bolezni je neugodna. Bolniki običajno umrejo v treh letih po rojstvu.

Menkesova bolezen povzroča zakasnitev rasti in razvoja (tudi duševnega), poškodbe možganov, duševno zaostalost in hude nevrološke motnje. Poškoduje tudi vezivna tkiva, krvne žile in kosti (zlomi, osteoporoza).

Simptomi so značilen videz las (zelo majhni kodri in zmanjšana pigmentacija - običajno sivi lasje), zmanjšana mišična napetost, mlahav obraz ali napadi.

Druga prirojena napaka presnove bakra je Wilsonova bolezen.

To je napredujoča bolezen, za katero sta značilna moten transport in prekomerno kopičenje bakra v organih in tkivih.

Vzrok za te spremembe je okvara beljakovine ATP7B (Wilsonova beljakovina), tudi zaradi mutacije v genu, ki kodira njeno sintezo.

To beljakovino najdemo predvsem v jetrih in je odgovorna za vezavo bakra na beljakovino ceruloplazmin ter za izločanje bakra iz telesa z žolčem.

Pomanjkanje beljakovine ATP7B povzroča kopičenje prostih frakcij bakra v jetrih, kar vodi v cirozo. Baker se kopiči tudi v drugih tkivih, kot so možgani, roženica, ledvice itd.

To kopičenje povzroča poškodbe možganov, spremembo osebnosti, težave s strjevanjem krvi, anemijo, živčne motnje, ledvične motnje ali zlatenico.

Značilna manifestacija Wilsonove bolezni in odlaganja bakra v tkivih je nastanek zlato rjavega obroča na obodu roženice - Kayser-Fleischerjevega obroča.

Drugi simptomi so mišična šibkost, mišična togost (zlasti v rokah), upočasnjeni gibi, omotica in vrtoglavica.

Zdravljenje Menkesove bolezni je sestavljeno iz intravenskega bakra (vbrizgavajo ga v veno). Zgodnja diagnoza in vsakodnevne injekcije lahko delujejo kot preprečevanje poškodb živcev in lahko podaljšajo življenje obolelega bolnika.

Cilj zdravljenja Wilsonove bolezni je odpraviti privzem bakra skozi prebavila. To najpogosteje dosežemo na naslednje načine:

• Cink tekmuje z bakrom pri vezavi na transportne beljakovine v črevesnih razcepiščih in tako blokira njegovo absorpcijo.
• dajanje kelatnih sredstev. Ta vežejo baker v neabsorbilne komplekse, kot je D-penicilamin.
• Spreminjanje prehrane z izključitvijo živil z visoko vsebnostjo bakra.

Z zgodnjim diagnosticiranjem Wilsonove bolezni in ustreznim zdravljenjem lahko bolniki v nasprotju s smrtonosno Menkesovo boleznijo živijo normalno življenje.

Druge bolezni, povezane z bakrom

Motnje v homeostazi bakra povzročajo tudi oksidativni stres in s tem povezano nastajanje telesu škodljivih prostih radikalov.

Njihovo nastajanje lahko prispeva k razvoju resnih nevroloških bolezni, kot sta Alzheimerjeva bolezen ali Creutzfeldt-Jakobova bolezen.

Koncentracija bakra v krvi je pogosto znatno povišana pri rakavih obolenjih in je povezana s pojavnostjo, razvojem, velikostjo in napredovanjem tumorjev.

V povezavi z bakrom lahko omenimo tudi motnjo, za katero je značilna zmanjšana prisotnost encima ceruloplazmina, ki vsebuje baker, v krvi. Govorimo o akeruloplazminemiji.

Čeprav ta motnja ne povzroča bistvenih sprememb v presnovi samega bakra, je vzrok za prekomerno in škodljivo kopičenje železa v jetrih in drugih organih.