Tembaga: Efek pada tubuh manusia. Mengapa penting? Prinsip-prinsip asupan apa yang harus diikuti?

Tembaga adalah elemen penting yang merupakan bagian integral dari proses biologis dalam tubuh manusia. Apa pentingnya tembaga dan apa fungsinya? Makanan apa saja yang merupakan sumber tembaga dan kapan saya harus membatasi asupannya?

Apa yang kita ketahui tentang tembaga?

Tembaga adalah elemen yang terbentuk secara alami, terdapat dalam jumlah kecil di lingkungan kita, paling sering di tanah, tumbuh-tumbuhan, air, dan atmosfer.

Unsur ini dikenal dengan nama kimia Cu, yang berasal dari kata Latin cuprum, yang berasal dari nama pulau Siprus, karena di sinilah tembaga pertama kali ditambang.

Tembaga adalah unsur kelompok 11 dari tabel periodik unsur kimia dan ditemukan pada periode ke-4.

Tembaga adalah salah satu logam mulia, seperti halnya elemen lain dalam kelompok ini - emas dan perak.

Dalam bentuknya yang murni, tembaga berwarna coklat kemerahan dengan kilau logam yang cerah. Tembaga adalah salah satu dari sedikit logam yang memiliki warna alami selain abu-abu atau perak.

Tembaga bersifat lunak, mudah dibentuk dan ulet, serta memiliki konduktivitas panas dan listrik yang tinggi (tertinggi kedua setelah perak).

Tembaga tidak bereaksi dengan air, tetapi bereaksi dengan oksigen di udara melalui reaksi yang lambat untuk membentuk lapisan oksida tembaga berwarna coklat, yang melindungi tembaga dari korosi.

Setelah beberapa tahun, lapisan oksida tembaga berwarna hijau mulai terbentuk di permukaan tembaga. Hal ini sering terlihat pada struktur tembaga yang lebih tua, contohnya adalah Patung Liberty.

Ringkasan tabel informasi kimia dan fisika dasar tentang tembaga

Di alam, tembaga adalah salah satu dari sedikit logam yang muncul dalam bentuk alami - murni dan dapat digunakan secara langsung.

Tembaga juga terjadi sebagai bagian dari banyak mineral dalam bentuk sulfida tembaga (kalkopirit, digenit, bornit, kovelit, kalkosit), sulfosol (enargit), dan karbonat tembaga (azurit, perunggu).

Fakta bahwa tembaga muncul dalam bentuk aslinya juga menjadi alasan mengapa tembaga dikenal dan digunakan oleh peradaban paling awal. Sejarah penggunaan tembaga dimulai sejak tahun 9.000 SM.

Deposit tembaga terbesar ditemukan di Chili, Amerika Serikat, Peru, Zambia, dan Kongo.

Tembaga untuk keperluan industri diekstraksi terutama dari bijih tembaga dan kedua melalui proses daur ulang.

Saat ini, tembaga terutama digunakan dalam industri listrik (sebagai komponen kawat dan kabel), di mana sifat konduktifnya dieksploitasi.

Tembaga juga digunakan dalam pembuatan koin, perhiasan, pipa air, metalurgi untuk produksi paduan (perunggu, kuningan), dan arsitektur.

Tembaga juga merupakan komponen produk pertanian (pupuk, aditif pakan) dan pengawet kayu (sifat anti-jamur). Tembaga digunakan untuk memurnikan air (dari ganggang) atau sebagai pigmen.

Apa saja kegunaan medis dari tembaga?

Dalam dunia kedokteran, tembaga memiliki kegunaan yang sangat luas, terutama karena efeknya terhadap bakteri, jamur, tungau, dan juga karena sifat disinfektannya.

Oleh karena itu, tembaga digunakan sebagai komponen dari banyak bahan medis, perangkat, sediaan, dll.

Kami dapat memberikan beberapa contoh penggunaan tembaga di bidang medis:

• Bagian dari penutup dengan efek antibakteri untuk penyembuhan luka
• Ginekologi - alat kontrasepsi dalam rahim dengan efek kontrasepsi
• Kedokteran gigi - bagian dari semen gigi, produksi jembatan dan mahkota gigi
• Komposisi semprotan hidung dengan efek disinfektan
• Pengobatan artritis reumatoid
• Desinfeksi area, permukaan, atau pakaian di fasilitas perawatan kesehatan - pencegahan infeksi nosokomial
• Komponen tekstil - kaus kaki untuk mencegah infeksi jamur serta kasur, bantalan kasur, bantal atau karpet dengan efek anti-tungau
• Krim dan salep kosmetik
• Komponen permukaan dan kemasan dalam industri makanan (persiapan, penyimpanan, pengangkutan makanan)
• Masker pernapasan dengan efek antivirus

Di masa lalu, tembaga digunakan di Mesir dan Suriah sebagai agen anti-parasit, anti-muntah, atau zat.

Tahukah Anda fungsi biologis tembaga?

Tembaga adalah elemen ketiga yang paling melimpah dalam tubuh manusia setelah besi dan seng.

Tembaga ditemukan di dalam tubuh terutama dalam bentuk teroksidasi Cu+2 - ion tembaga atau, pada tingkat yang lebih rendah, dalam bentuk tereduksi Cu+1.

Ini memainkan peran penting dalam banyak proses fisiologis dan biokimia organisme sebagai kofaktor enzim kunci.

Enzim-enzim ini juga terlibat dalam sejumlah besar proses enzimatik di dalam tubuh - enzim-enzim ini mengkatalisasinya.

Ini termasuk respirasi seluler, produksi neurotransmiter dan hormon peptida, perlindungan terhadap radikal bebas atau fungsi elastin, kolagen, dan keratin yang tepat.

Fungsi penting lainnya dari tembaga dalam tubuh manusia:

• Penting untuk menjaga homeostasis zat besi, sehingga secara tidak langsung berkontribusi pada pembentukan dan pembekuan darah.
• Mempertahankan kekuatan kulit, jaringan ikat, dan kapiler darah.
• Berkontribusi pada fungsi sistem kekebalan tubuh bawaan.
• Mempertahankan fungsi tiroid yang normal.
• Karena kemampuannya untuk menerima atau melepaskan elektron, ia berkontribusi pada pembersihan radikal bebas. Ini memiliki sifat antioksidan dan, pada gilirannya, sifat pro-oksidan.
• Ini adalah agen antimikroba yang kuat. Ini memiliki aktivitas antibakteri terhadap Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis dan Bacillus subtillis.
• Ini juga memiliki efek antivirus terhadap virus bronkitis, herpes simpleks.
• Itu juga dapat membunuh sperma.

Tembaga - dari asupan hingga ekskresi

Tembaga adalah elemen penting yang sangat penting bagi kehidupan, tetapi juga bisa menjadi racun.

Oleh karena itu, pengaturan kadarnya di dalam tubuh sangat penting dan esensial. Mekanisme homeostatis terlibat yang mengatur penyerapan, distribusi, retensi, dan ekskresi tembaga.

Penyerapan

Tembaga masuk ke dalam tubuh terutama melalui makanan.

Penyerapan terjadi di lingkungan usus halus dan sebagian kecil di lambung, baik melalui difusi (terutama pada konsentrasi tembaga yang tinggi) atau melalui protein pengangkut (pada konsentrasi tembaga yang rendah).

Jumlah tembaga yang diserap ke dalam tubuh tergantung pada keberadaan tembaga dalam makanan. Dalam asupan normal, 55-75% tembaga dalam makanan diserap.

Penyerapan tembaga dalam saluran pencernaan terutama tergantung pada bentuk kimianya. Ion Cu+2 direduksi menjadi Cu+1 di dalam sel usus karena hanya dalam bentuk ini mereka dapat melewati sel.

Penyerapan tembaga juga dapat dipengaruhi oleh komponen makanan tertentu.

Zat-zat ini dapat mengurangi kelarutan tembaga dan dengan demikian ketersediaan hayati. Kita berbicara, misalnya, tentang serat, fitat, vitamin C atau gula tertentu. Ada risiko berkurangnya penyerapan tembaga hanya jika dikonsumsi dalam jumlah berlebihan.

Beberapa komponen makanan bersaing dengan tembaga untuk mengikat protein pengangkut, seperti seng dan kadmium.

Sebaliknya, ketersediaan hayati tembaga meningkat dengan asupan protein yang tinggi.

Distribusi dan metabolisme

Setelah diserap ke dalam aliran darah, tembaga dengan cepat didistribusikan ke tempat-tempat yang membutuhkannya (terutama untuk produksi enzim).

Distribusinya dari sel darah dikendalikan oleh protein yang dikenal sebagai ATP7A atau protein Menkes. Tembaga diangkut dari sel darah dengan mengikat protein pengangkut albumin, transkuprein, atau asam amino.

Karena sifatnya yang sangat reaktif dan berisiko merusak tubuh, tembaga tidak ditemukan dalam sel sebagai ion bebas, tetapi selalu dalam bentuk terikat.

Protein Menkes mendistribusikan tembaga ke aparatus Golgi (di mana ia membentuk enzim protein) dan, dalam kasus peningkatan konsentrasi, ke pelet.

Pecenum adalah organ penyimpanan utama untuk tembaga.

Protein Menke juga memainkan peran kunci dalam pengangkutan tembaga melintasi plasenta dan sawar darah-otak, yang sangat penting untuk perkembangan bayi (terutama otak).

Tembaga berikatan dengan protein ceruloplasmin di dalam hati dan dilepaskan ke dalam aliran darah. Proses pengikatan dan pelepasan ke dalam darah ini sekali lagi dikontrol oleh protein yang dikenal sebagai ATP7B atau protein Wilson.

Sekitar 90% dari tembaga dalam darah terikat pada ceruloplasmin. Ceruloplasmin inilah yang kemudian bertanggung jawab untuk mengangkut tembaga ke jaringan yang membutuhkannya.

Total kandungan tembaga dalam tubuh adalah sekitar 70-80 mg. 10% dari jumlah ini ada di dalam darah dan 90% di dalam jaringan.

Dalam kondisi normal, konsentrasi tembaga tertinggi ada di empedu, hati, otak, jantung, tulang, dan ginjal.

Kadar tembaga dalam darah sedikit berbeda menurut jenis kelamin, berkisar antara 0,614 hingga 0,970 mg/l pada pria dan meningkat seiring bertambahnya usia, dan 0,694 hingga 1,030 mg/l pada wanita.

Ekskresi

Regulasi ekskresi tembaga merupakan mekanisme utama untuk menjaga homeostasis dan tingkat fisiologis tembaga dalam tubuh.

Rute utama ekskresi tembaga dari tubuh adalah melalui sel-sel hati ke dalam empedu (hingga 98%). Empedu kemudian diekskresikan ke dalam usus dan tembaga akhirnya diekskresikan melalui tinja.

Pengangkutan tembaga dari hati ke empedu sekali lagi dikontrol oleh protein ATP7B (protein Wilson). Protein ini mencegah akumulasi tembaga yang berlebihan di dalam tubuh.

Rute ekskresi lainnya adalah melalui urin atau pengelupasan sel mukosa. Namun, jumlah tembaga yang diekskresikan melalui rute-rute ini dapat diabaikan.

Ekskresi tembaga adalah proses yang relatif lambat (hanya 10% dalam 72 jam). Oleh karena itu, asupan tembaga yang berlebihan dapat menimbulkan risiko kesehatan yang besar mengingat potensi ekskresinya yang terbatas.

Apa saja sumber-sumber makanan dari tembaga?

Tembaga masuk ke dalam tubuh melalui makanan atau obat-obatan dan suplemen. Tubuh tidak dapat mensintesis tembaga sendiri.

Tubuh manusia perlu mengonsumsi tembaga secara berkala, karena tubuh tidak memiliki sistem khusus untuk menyimpannya.

Makanan dengan kandungan tembaga yang relatif tinggi termasuk jamur, buah, sayuran (terutama sayuran berdaun hijau, alpukat, zaitun hijau), sereal, kacang-kacangan, biji bunga matahari, daging (terutama organ hati), ikan dan makanan laut (kerang-kerangan), tetapi juga lada hitam dan kakao.

Tembaga memiliki potensi untuk berinteraksi dengan unsur-unsur seperti besi, seng, molibdenum, belerang, selenium atau vitamin C. Interaksi ini biasanya menyebabkan berkurangnya penyerapan tembaga.

Dalam hal suplemen makanan, tembaga tersedia dalam bentuk bahan tunggal atau sebagai bagian dari suplemen multivitamin - paling umum sebagai tembaga sulfat.

Kebutuhan akan suplementasi tembaga dalam bentuk suplemen makanan harus selalu didiskusikan dengan dokter. Penggunaan suplemen yang berlebihan dapat menyebabkan gangguan pada kadar tembaga fisiologis.

Berapa asupan harian tembaga yang direkomendasikan?

Rekomendasi asupan harian rata-rata tembaga belum ditetapkan karena kurangnya data.

Namun, Otoritas Keamanan Pangan Eropa menerbitkan nilai untuk asupan tembaga yang memadai. Asupan yang memadai adalah nilai rata-rata berdasarkan pengamatan, yang diasumsikan memadai untuk kebutuhan populasi.

Selain itu, ada juga batas atas asupan tembaga yang masih dapat ditoleransi untuk manusia. Batas ini mewakili asupan harian maksimum tembaga jangka panjang dari semua sumber yang tidak berisiko menimbulkan efek kesehatan yang merugikan.

Tabel ringkasan asupan harian yang memadai dan batas atas asupan tembaga berdasarkan usia

Gangguan homeostasis tembaga dalam tubuh

Mempertahankan kadar tembaga dalam kisaran fisiologis sangat penting untuk menjaga kesehatan dan fungsi tubuh.

Dalam hal ini, mekanisme pengaturan yang memfasilitasi homeostasis - khususnya, pengaturan asupan dan ekskresi tembaga - adalah elemen yang paling penting.

Setiap penyimpangan atau gangguan dalam fungsi mekanisme ini dapat menjadi penyebab potensial defisiensi tembaga dalam tubuh atau, sebaliknya, akumulasi yang berlebihan.

Apa konsekuensi dari kekurangan tembaga?

Penting untuk dicatat bahwa kekurangan tembaga adalah kondisi yang relatif jarang terjadi pada manusia.

Penyebab paling umum dari kekurangan tembaga adalah asupan makanan yang rendah atau masalah penyerapan.

Orang yang berisiko mengalami defisiensi tersebut meliputi:

• bayi baru lahir dengan berat badan lahir rendah
• bayi yang diberi susu sapi
• wanita hamil dan menyusui
• pasien yang menerima nutrisi parenteral total (nutrisi yang diberikan melalui pembuluh darah)
• pasien dengan gangguan makan, sindrom malabsorpsi atau penyakit Crohn
• pasien dengan diabetes, peminum alkohol kronis, vegetarian
• orang yang secara teratur mengonsumsi antasida (obat yang mengurangi keasaman sari lambung)

Gejala kekurangan tembaga yang terlihat atau nyata adalah kelemahan, kelelahan, kehilangan pigmen (terutama dari rambut), ruam kulit, detak jantung tidak teratur, suhu tubuh rendah.

Gejala sistemik meliputi pembuluh darah yang melemah yang menyebabkan peningkatan perdarahan dan memar, gangguan sumsum tulang (osteoporosis) dan persendian, atau fungsi tiroid yang tidak memadai.

Ada juga peningkatan kerentanan terhadap infeksi (karena berkurangnya jumlah sel darah putih) dan kekurangan sel darah merah (anemia).

Asupan tembaga yang tidak mencukupi selama kehamilan kemudian menyebabkan perkembangan gangguan neurologis dan imunologis yang menetap pada anak.

Apa konsekuensi dari kelebihan tembaga?

Meskipun tembaga merupakan elemen penting bagi tubuh, tembaga juga bisa berbahaya, dan akumulasinya dapat menyebabkan banyak efek samping.

Keracunan tembaga akut dan kronis relatif jarang terjadi, dan paling sering disebabkan oleh kecelakaan, kontaminasi lingkungan, atau kesalahan metabolisme bawaan.

Gejala overdosis tembaga akut adalah gangguan pencernaan seperti mual, muntah (terkadang disertai darah), sakit perut atau rasa terbakar, rasa logam di mulut, iritasi atau radang lambung dan usus, dan pendarahan di saluran pencernaan.

Dalam dosis tinggi, tembaga menyebabkan iritasi dan kerusakan pada selaput lendir saluran pencernaan dan menyebabkan warna biru kehijauan yang khas.

Tembaga juga menyebabkan kerusakan pada kulit (urtikaria, ruam), ginjal dan hati (penyakit kuning), darah dalam air seni dan masalah pernapasan.

Gejala sistemik termasuk kelesuan, depresi sistem saraf pusat, kerusakan otot, peningkatan tekanan darah, kerusakan sel darah merah dan defisiensi terkait.

Menghirup uap yang mengandung tembaga dapat menyebabkan iritasi pada selaput lendir mulut, mata dan hidung, serta tenggorokan kering, demam, menggigil, sakit kepala dan nyeri otot. Reaksi alergi dapat terjadi ketika tembaga bersentuhan dengan kulit.

Gejala-gejala dari asupan tembaga yang berlebihan dalam jangka panjang terutama adalah masalah pencernaan seperti mual, muntah dan sakit perut, dan secara bertahap dapat menyebabkan kerusakan hati, ginjal dan otak, gangguan kekebalan tubuh dan darah.

Orang yang berisiko mengalami keracunan tembaga kronis adalah:

• pasien yang menjalani dialisis dengan menggunakan pipa tembaga
• orang yang melakukan kontak jangka panjang dengan pestisida berbahan dasar tembaga
• bayi yang menerima nutrisi parenteral total jangka panjang

Kesalahan bawaan metabolisme tembaga

Penyakit yang paling umum yang terkait dengan cacat metabolisme tembaga dalam tubuh adalah penyakit Menkes dan penyakit Wilson.

Keduanya merupakan kelainan bawaan yang jarang terjadi.

Penyakit Menkes disebabkan oleh cacat pada protein ATP7A (protein Menkes) karena mutasi pada gen yang mengkode sintesisnya.

Karena protein ini mengontrol distribusi tembaga dari sel darah ke dalam darah, maka kekurangannya juga menyebabkan defisiensi tembaga dalam tubuh dan berkurangnya fungsi enzim yang bergantung pada tembaga.

Ini termasuk enzim seperti ceruloplasmin, sitokrom c oksidase, tirosinase, dll.

Penyakit ini terutama menyerang anak laki-laki dan bermanifestasi pada masa kanak-kanak awal (sedini beberapa minggu setelah lahir). Prognosis penyakit ini tidak baik. Penderita biasanya meninggal dalam waktu tiga tahun setelah lahir.

Penyakit Menkes menyebabkan keterlambatan pertumbuhan dan perkembangan (termasuk mental), kerusakan otak, keterbelakangan mental, dan gangguan neurologis yang parah. Penyakit ini juga merusak jaringan ikat, pembuluh darah, dan tulang (patah tulang, osteoporosis).

Gejalanya adalah penampilan rambut yang khas (ikal yang sangat kecil dan pigmentasi yang berkurang - biasanya uban), berkurangnya ketegangan otot, wajah yang lembek atau kejang.

Kesalahan bawaan metabolisme tembaga lainnya adalah penyakit Wilson.

Ini adalah penyakit progresif yang ditandai dengan gangguan transportasi dan akumulasi tembaga yang berlebihan dalam organ dan jaringan.

Penyebab perubahan ini adalah cacat pada protein ATP7B (protein Wilson), juga karena mutasi pada gen yang mengkode sintesisnya.

Protein ini terutama ditemukan di hati dan bertanggung jawab untuk mengikat tembaga ke protein ceruloplasmin dan juga untuk ekskresi tembaga dari tubuh melalui empedu.

Kekurangan protein ATP7B menyebabkan akumulasi fraksi tembaga bebas dalam hati, yang menyebabkan sirosis. Tembaga juga terakumulasi dalam jaringan lain seperti otak, kornea, ginjal, dll.

Akumulasi ini menyebabkan kerusakan otak, perubahan kepribadian, masalah pembekuan darah, anemia, gangguan saraf, gangguan ginjal atau penyakit kuning.

Manifestasi khas penyakit Wilson dan penumpukan tembaga dalam jaringan adalah terbentuknya cincin berwarna cokelat keemasan di sekeliling pinggiran kornea - cincin Kayser-Fleischer.

Gejala lainnya termasuk kelemahan otot, kekakuan otot (terutama pada lengan), gerakan yang melambat, pusing dan vertigo.

Pengobatan untuk penyakit Menkes terdiri dari tembaga intravena (disuntikkan ke dalam pembuluh darah). Diagnosis dini dan suntikan setiap hari dapat bertindak sebagai pencegah kerusakan saraf dan dapat memperpanjang usia pasien yang terkena.

Tujuan pengobatan untuk penyakit Wilson adalah untuk menghilangkan penyerapan tembaga melalui saluran pencernaan, yang paling sering dicapai dengan cara-cara berikut ini:

• Pemberian seng sebagai penawar. Seng bersaing dengan tembaga untuk mengikat protein pengangkut di celah usus, sehingga menghalangi penyerapannya.
• Pemberian zat pengkelat, yang mengikat tembaga ke dalam kompleks yang tidak dapat diserap seperti D-penisilin.
• Memodifikasi diet untuk mengecualikan makanan yang mengandung tembaga tinggi.

Dengan diagnosis dini penyakit Wilson dan pengobatan yang memadai, pasien dapat menjalani kehidupan normal, tidak seperti penyakit Menkes yang mematikan.

Penyakit terkait tembaga lainnya

Gangguan pada homeostasis tembaga juga mengakibatkan stres oksidatif dan pembentukan radikal bebas yang berbahaya bagi tubuh.

Pembentukannya dapat berkontribusi pada perkembangan gangguan neurologis yang serius seperti penyakit Alzheimer atau penyakit Creutzfeldt-Jakob.

Konsentrasi tembaga dalam darah sering kali meningkat secara signifikan dengan adanya kanker dan berkorelasi dengan kejadian, perkembangan, ukuran dan perkembangan tumor.

Sehubungan dengan tembaga, kami juga dapat menyebutkan kelainan yang ditandai dengan berkurangnya keberadaan enzim ceruloplasmin yang mengandung tembaga dalam darah, yang disebut sebagai aceruloplasminemia.

Meskipun kelainan ini tidak menyebabkan perubahan signifikan dalam metabolisme tembaga itu sendiri, ini adalah penyebab akumulasi zat besi yang berlebihan dan berbahaya di hati dan organ lainnya.