Rame

Cos’è

Cos'è il rame?

Il rame ("copper" in lingua inglese) è un elemento chimico con il simbolo Cu (dal latino "cuprum") e numero atomico 29.

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Come il ferro e lo zinco, anche il rame è un metallo-micronutriente essenziale per tutti gli organismi viventi superiori – lo stesso non vale per i microorganismi. Implicato soprattutto nelle reazioni di ossidoriduzione e nella sintesi proteica, ad esempio per la produzione di certi enzimi, nell'organismo umano svolge un ruolo fondamentale per la costituzione del catalizzatore biologico respiratorio citocromo C ossidasi – anche noto come complesso IV, EC 1.9.3.1. Il corpo di un adulto contiene 1,4 - 2,1 milligrammi di rame per chilogrammo di peso ed i tessuti più ricchi sono: parenchima epatico, muscolare e osseo.

Lo Sapevi che…

Nei molluschi e nei crostacei, il rame è un costituente dell'emocianina del pigmento ematico; in questi organismi svolge la stessa funzione del ferro per l'emoglobina dell'uomo e molti altri vertebrati.

Il fabbisogno nutrizionale di rame per il nostro organismo è oggettivamente moderato e non si tratta di un fattore nutrizionale di cui, normalmente, è facile entrare in deficit; la sua carenza è più probabile se associata a quadri di malnutrizione generale. Tra i cibi più ricchi di rame citiamo: frattaglie, molluschi, crostacei, semi oleosi e germe dei semi amidacei. L'assorbimento – intestinale – è inficiato, oltre che dalla sua presenza nei cibi, anche dalla composizione generale dei pasti – ad esempio per l'eventuale presenza di grosse quantità di ferro, zinco o chelanti antinutrizionali. Il suo metabolismo può venire interessato da patologie ereditarie anche di grave entità.

Ruolo Biologico

Ruolo biologico del rame

Il ruolo biologico del rame iniziò con la comparsa dell'ossigeno nell'atmosfera terrestre. Il rame è un oligoelemento essenziale sia nel regno animale che vegetale, ma non in quello di batteri e virus.

In natura il rame costituisce soprattutto proteine, come enzimi e trasportatori, che svolgono diversi ruoli di catalisi e trasferimento di elettroni biologici o di ossigeno – processi che sfruttano la facile interconversione del rame tipo I e II – Cu (I) e Cu (II).

Il rame è essenziale nella respirazione aerobica di tutte le cellule eucariote. Nei mitocondri, si trova nell'enzima citocromo C ossidasi, l'ultima proteina nella fosforilazione ossidativa che lega l'O2 tra uno ione di rame e uno di ferro, trasferendo 8 elettroni alla molecola di O2 e riducendola quindi, per il conseguente legame con l'idrogeno, a due molecole di acqua.

Il rame si trova anche in molti enzimi superossido dismutasi, proteine che catalizzano la decomposizione dei superossidi convertendoli, mediante dismutazione, in ossigeno e perossido di idrogeno.

Approfondimento

La reazione dell'enzima superossido dismutasi è la seguente:

Cu2 + -SOD + O2- → Cu + -SOD + O2 (riduzione del rame, ossidazione del superossido)

Cu + -SOD + O2- + 2H + → Cu2 + -SOD + H2O2 (ossidazione del rame, riduzione del superossido)

La proteina emocianina è il vettore dell'ossigeno nella maggior parte dei molluschi e alcuni artropodi, come il crostaceo preistorico Limulus polyphemus. Poiché l'emocianina è color blu, questi organismi hanno il sangue dello stesso colore e non rosso – invece tipico della nostra emoglobina a base di ferro.

Diverse proteine del rame, come le "proteine del rame blu", non interagiscono direttamente con i substrati e non sono enzimi. Questi polipeptidi trasmettono invece gli elettroni tramite il processo chiamato "trasferimento di elettroni".

Metabolismo

Metabolismo del rame nell'organismo umano

Il rame è assorbito nell'intestino ed immesso nel circolo sanguigno, dove si lega all'albumina e viene trasportato fino al fegato. Dopo la metabolizzazione epatica, è distribuito agli altri tessuti soprattutto grazie alla proteina ceruloplasmina. Quest'ultima veicola anche il rame secreto nel latte materno dei mammiferi ed è particolarmente ben assorbibile. Per maggiori informazioni consulta: Ceruloplasmina.

Normalmente il rame fluisce in una circolazione enteroepatica – un "riciclo" di pressappoco 5 mg / die – mentre solo 1 mg / die è assorbito con la dieta ed espulso. Se necessario, l'organismo è in grado di eliminare quello in eccesso attraverso la bile, che non verrà pertanto riassorbita in misura significativa dall'intestino.

Il corpo umano contiene rame in misura di circa 1,4 - 2,1 mg / kg di peso – contenuti soprattutto nel fegato, nei muscoli e nelle ossa.

Dieta

Fabbisogno di rame fonte IOM

Nel 2001, la "U.S. Institute of Medicine" (IOM) ha aggiornato i requisiti medi stimati (estimated average requirements - EAR) e le razioni dietetiche raccomandate (recommended dietary allowances - RDA) per il rame. Quando non sono disponibili informazioni sufficienti a stabilire EAR e RDA, ad esempio per ciò che riguarda i neonati, viene utilizzata una stima definita assunzione adeguata (adeguate intake - AI).

Assunzione adeguata di rame

Le AI per il rame fino a un anno di età corrispondono a:

  • 200 μg / die di rame per maschi e femmine 0-6 mesi
  • 220 μg / die di rame per maschi e femmine di 7-12 mesi.

Razione dietetica raccomandata di rame

Le RDA per il rame sono:

  • 340 μg / die di rame per maschi e femmine di 1-3 anni
  • 440 μg / die di rame per maschi e femmine di 4-8 anni
  • 700 μg / die di rame per maschi e femmine di 9-13 anni
  • 890 μg / die di rame per i maschi e femmine di 14-18 anni
  • 900 μg / die di rame per i maschi e femmine di 19 anni o più
  • 1000 μg / die di rame per femmine gravide di 14-50 anni
  • 1300 μg / die di rame per le femmine in allattamento di 14-50 anni.

Livelli di assunzione superiori tollerabili di rame

Per quanto interessa il livello di sicurezza, con dati sufficienti a stabilirli, l'IOM impone anche livelli di assunzione superiori tollerabili (tolerable upper intake levels - UL). Nel caso del rame, l'UL è fissato a 10 mg / die.

Nota: collettivamente le EAR, le RDA, le IA e le UL sono indicate come referenze di assunzione dietetica (Dietary Reference Intakes – DRI).

Fabbisogno di rame fonte EFSA

L'autorità europea per la sicurezza alimentare (European Food Safety Authority - EFSA) fa riferimento alla serie collettiva di informazioni come Dietary Reference Values (DRV), con Population Reference Intake (PRI) al posto dell'RDA e Average Requirement (AR) anziché EAR. Per le donne e gli uomini dai 18 anni in su, le IA sono fissate rispettivamente a 1,3 e 1,6 mg / die. Le IA per la gravidanza e l'allattamento sono di 1,5 mg / die. Per i bambini di età 1-17 anni le IA aumentano con l'età da 0,7 a 1,3 mg / die – sono quindi superiori alle RDA degli Stati Uniti. L' EFSA ha fissato la sua UL a 5 mg / die, ovvero la metà del valore degli Stati Uniti.

Rame in etichetta alimentare negli USA

Ai fini dell'etichettatura degli integratori alimentari e alimenti dietetici negli Stati Uniti, l'importo di rame in una porzione è espresso in percentuale del valore giornaliero (% day value - % DV).

Il 100% del DV era di 2,0 mg, ma a partire dal 27 maggio 2016 è stato rivisto a 0,9 mg per portarlo in linea con la RDA.

Alimenti

Alimenti ricchi di rame

Tra gli alimenti ricchi di rame si trovano sia cibi di origine animale che vegetale. Sono esempi tipici: fegato come alimento, rognone o rene come alimento, ostriche, granchi, aragosta, cacao, noci, pecan, arachidi, semi di girasole e relativo olio, germe di mais e relativo olio, crusca di frumento o di segale, fagioli, lenticchie, cacao, cioccolato ecc.

Sono fonti secondarie: carni, soprattutto l'agnello, ed alcuni frutti come i limoni, le mele, la papaya, il cocco ecc, i funghi e il lievito di birra.

L'argomento è meglio sviluppato alla pagina: Rame negli Alimenti.

 

Carenza

Sintomi della carenza nutrizionale di rame

Per il suo ruolo nel facilitare l'assorbimento del ferro, la carenza nutrizionale di rame può causare sintomi simili all'anemia sideropenica, con possibilità di:

Diagnosi della carenza nutrizionale di rame

Lo stato di carenza grave di rame può essere riscontrato testando i livelli plasmatici del minerale – o rame sierico – di ceruloplasmina e di superossido dismutasi nei globuli rossi. Nota: questi parametri non sono sensibili alla carenza marginale di rame nella dieta. In alternativa è possibile ricorrere all'analisi dell'attività dell'enzima citocromo c ossidasi nei leucociti e nelle piastrine, ma non è chiaro se i risultati di questo test diano risultati effettivamente ripetibili.

Tossicità

Tossicità del rame alimentare

Osservando alcuni tentativi di suicidio, si è riscontrato che quantità eccessive di rame – sotto forma di sali – possono indurre tossicità acuta, probabilmente a causa dell'ossidoriduzione e della generazione di specie reattive dell'ossigeno dannose per il DNA.

In vari animali da allevamento, come ad esempio il coniglio, la quantità tossica di sali di rame equivale a 30 mg / kg. Per assicurare una crescita soddisfacente sono necessarie almeno 3 ppm / die, e 100, 200, 500 ppm, possono influenzare favorevolmente il metabolismo anabolico e quindi il tasso di crescita delle bestie.

Negli esseri umani, di norma, è improbabile che si verifichino casi di tossicità cronica, grazie ai sistemi di trasporto che regolano l'assorbimento e l'escrezione del minerale.

Tuttavia, mutazioni autosomiche recessive nelle proteine ​​di trasporto del rame possono disabilitare questi sistemi, portando alla Malattia di Wilson con accumulo di rame – anche negli occhi, tipicamente indicati come Anelli di Kayser-Fleischer – e cirrosi epatica nelle persone che hanno ereditato due geni difettosi. Per maggiori informazioni su farmaci e cura della malattia di Wilson leggi anche l'articolo dedicato.

Livelli eccessivi di rame sono stati anche collegati al peggioramento dei sintomi della malattia di Alzheimer.

Tossicità dell'esposizione al rame

Negli Stati Uniti, la Occupational Safety and Health Administration (OSHA) ha designato un limite di esposizione consentito (PEL) alle polveri di rame e ai relativi fumi sul posto di lavoro di 1 mg / m3 – media ponderata nel tempo (TWA). La National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) ha fissato un limite di esposizione raccomandata (REL) di 1 mg / m3 TWA. Il valore "immediatamente pericoloso per la vita e la salute" (IDLH) è di 100 mg / m3.

Il rame è anche un costituente della pianta di tabacco, che assorbe rapidamente i metalli dal terreno circostante per accumularli nelle foglie. Col tabagismo, oltre a quello dei costituenti tossici della combustione – di cui è ampiamente documentata la nocività – si sospetta un ruolo potenzialmente dannoso anche di questi elementi.

Medicina Popolare

Rame nella medicina popolare

Recentemente sono entrati in commercio alcuni indumenti da compressione contenenti rame intrecciato. Tali capi d'abbigliamento avrebbero indicazioni terapeutiche promiscue, unendo la funzione di compressione suggerita dalla medicina convenzionale per il trattamento di alcuni specifici disturbi al "potenziale energetico" del materiale invece stabilito dalla medicina popolare.

Materiale

Proprietà e caratteristiche del rame come materiale

Come materiale vanta proprietà di morbidezza, malleabilità, estrema duttilità ed elevata conduttività sia termica che elettrica. La superficie del rame puro, appena esposto – quindi non ancora ossidato – ha colore rosso-arancio. Il rame è usato come conduttore di calore ed elettricità, come materiale di costruzione e come componente di varie leghe, ad esempio l'argento usato in gioielleria, il cupronichel usato per fabbricare ferramenta e monete marine e la costantana usata per estensimetri e termocoppie utili alla misurazione della temperatura.

Approfondimento

Il rame è uno dei pochi metalli che si trovano in natura nella forma già utilizzabile – metallo nativo. Ciò ne ha consentito l'uso da parte dell'uomo già nell'8000 a.C. Fu il primo metallo ad essere fuso dal suo minerale (5000 a.C.), il primo ad essere stampato (4000 a.C.) ed il primo a costituire una lega intenzionale con un altro metallo, lo stagno, per creare bronzo (3500 a.C.).

In passato – già in epoca romana – il rame era ampiamente estratto ed utilizzato per varie applicazioni. I composti più frequentemente rinvenuti dai reperti sono i sali di rame (rame II o Cu II), che spesso conferiscono un colore blu o verde ai minerali tipo: azurite, malachite e turchese – ampiamente usati come pigmenti. Il rame utilizzato negli edifici, di solito come rivestimento, si ossida formando una patina verdognola. Il rame viene talvolta usato anche nell'arte decorativa, sia nella sua forma metallica elementare che in altri composti. Vari elaborati del rame sono utilizzati come agenti batteriostatici, fungicidi e conservanti del legno.

Antibiofouling - antibioaccumulatore

Il rame è un composto biostatico, cioè non permette la crescita di batteri e molte altre forme di vita.

È quindi un efficacissimo antbiofouling e pertanto, già in passato, ha trovato abbondante utilizzo nel settore nautico – prima in purezza, poi in lega muntz (40% zinco) o vernice al rame. Il rame è stato necessario per strutturare e rivestire componenti e superfici collocati al di sotto della linea di galleggiamento – opera viva dell'imbarcazione – sui quali generalmente si sviluppano alghe, mitili, gramostini (denti di cane), patelle ecc.

Grazie alla proprietà di "antibioaccumulatore", le leghe di rame sono poi diventate materiali fondamentali nella reticolazione in acquacoltura; hanno inoltre ottime proprietà antimicrobiche, strutturali e di resistenza alla corrosione.

Rame antimicrobico

Le superfici di contatto antibatteriche in lega di rame hanno proprietà naturali che distruggono un'ampia gamma di microrganismi – ad esempio E. coli O157: H7, lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA), lo Staphylococcus, il Clostridium difficile, il virus dell'influenza A, l'adenovirus e vari miceti. Pulite regolarmente, centinaia di leghe di rame hanno dimostrato di uccidere oltre il 99,9% dei batteri patologici in sole due ore. La "United States Environmental Protection Agency" (EPA) ha approvato la registrazione di queste leghe di rame come "materiale antimicrobico con benefici per la salute pubblica", consentendo ai produttori di rivendicarne i benefici. Inoltre, l'EPA ha approvato una lunga lista di prodotti antimicrobici in rame ottenuti da queste leghe, ad esempio i corrimani, le ringhiere, i lavandini, i rubinetti, i pomelli per le porte, la ferramenta per WC, le tastiere dei computer, attrezzature per i centri benessere e le maniglie dei carrelli per la spesa. Le maniglie di rame sono usate negli ospedali per ridurre il trasferimento di patogeni. Il batterio della "malattia del legionario" o "legionellosi" (Legionella pneumophila) viene soppresso dall'utilizzo dei tubi di rame nei sistemi idraulici. I prodotti in lega di rame antimicrobico vengono installati nelle strutture sanitarie nei paesi di: Regno Unito, Irlanda, Giappone, Corea, Francia, Danimarca e Brasile, oltre che nel sistema di trasporto della metropolitana a Santiago, in Cile, dove – tra il 2011 e il 2014 – in circa 30 stazioni verranno installati i corrimani in lega di rame e zinco.

Approfondimento

Chromobacterium violaceum e Pseudomonas fluorescens possono mobilizzare il rame solido come composto del cianuro.

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Ultima modifica dell'articolo: 06/08/2018

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