Зачем организму нужна медь

Обмен меди, как и многие другие индивидуальные особенности организма генетически запрограммированы, то есть заложены в нас при рождении. Гены — это всего лишь инструкции для синтеза белков в рибосомах. Один ген — один белок, все достаточно просто.

А вот какую функцию будет выполнять этот белок — зависит от его структуры.

Зачем организму нужна медь

Медь – это жизненно важный микроэлемент, играющий существенную роль в синтезе гемоглобина и активации ферментов дыхательной цепи. Он входит в состав костей, хряща, соединительной ткани и миелиновых оболочек.

Синонимы русские

Общая медь в крови.

Синонимы английские

Cu, Total copper, Hepatic copper.

Метод исследования

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.

Единицы измерения

Мкг/л (микрограмм на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

💊 Медь. Энергия. Настроение. Волосы. Анемия. Сахар крови. Врач эндокринолог, диетолог Ольга Павлова

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Детям в возрасте до 1 года не принимать пищу в течение 30-40 минут до исследования.
• Детям в возрасте от 1 до 5 лет не принимать пищу в течение 2-3 часов до исследования.
• Не принимать пищу в течение 12 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
• Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Медь – важный катион, входящий в состав многих ферментов. Они принимают активное участие в метаболизме железа, формировании соединительной ткани, выработке энергии на клеточном уровне, продукции меланина (пигмента, отвечающего за цвет кожи) и в нормальном функционировании нервной системы.

Основными источниками меди для человека являются такие продукты питания, как орехи, шоколад, грибы, печень, злаки и сухофрукты. Также медь может поступать в организм с водой, если она контактировала с медьсодержащими предметами, например с медьсодержащей посудой.

После поступления в желудочно-кишечный тракт медь всасывается в тонкой кишке и соединяясь с белками крови, транспортируется в печень. Большая часть меди в крови находится в связанном с церулоплазмином состоянии (около 95 %), меньшая часть связана с альбуминами сыворотки или находится в свободном состоянии. При избыточном поступлении меди с пищей печень выделяет ее излишки с желчью и она удаляется из организма с калом и мочой.

Недостаточность меди, как и ее избыток — редкие патологические состояния.

Чаще встречается перенасыщение организма медью, связанное с нарушением ее обмена либо хроническим отравлением. Наследственное заболевание, приводящее к повышенному отложению меди в тканях организма, называется болезнь Вильсона — Коновалова. Основными его симптомами являются:

• анемия;
• тошнота;
• рвота;
• боли в животе;
• желтуха;
• повышенная утомляемость;
• резкие перемены настроения;
• дрожание конечностей;
• нарушение глотания;
• неустойчивая походка;
• дистония;
• появление специфической окраски радужки глаз.

При вовлечении в патологический процесс почек может нарушиться образование мочи вплоть до анурии. Некоторые из этих симптомов иногда также проявляются при остром или хроническом отравлении медью, возникающем из-за загрязнения окружающей среды, а также вследствие заболеваний печени, которые препятствуют обмену микроэлемента.

Дефицит меди может внезапно возникнуть у людей, страдающих заболеваниями, вызывающими тяжелую мальабсорбцию (муковисцидоз, целиакия). Эти болезни сопровождаются нейтропенией, остеопорозом и микроцитарной анемией.

Редкая генетическая патология, связанная с X-хромосомой, — болезнь Менкеса («болезнь курчавых волос») ведет к дефициту меди у болеющих детей. Это заболевание, поражающее преимущественно мужчин, проявляется судорожными приступами, задержкой развития, дисплазией артерий головного мозга и необычно ломкими курчавыми волосами.

Недостаточное количество меди в крови грозит производством дефектных эритроцитов с низкой продолжительностью жизни, а также уменьшением активности ферментов, содержащих в своем составе этот микроэлемент.

Для чего используется исследование?

• Для диагностики болезни Вильсона — Коновалова (как правило, совместно с тестом на церулоплазмин).
• Для оценки состояния пациента при подозрении на отравление медью, а также при ее недостатке или при нарушениях, влияющих на обмен меди (вместе с тестом на церулоплазмин).
• Для контроля за эффективностью лечения болезни Вильсона — Коновалова и патологического состояния, вызванного избытком меди или ее излишней потерей.

Когда назначается исследование?

• Совместно с другими тестами (церулоплазмин).
• При наличии симптомов болезни Вильсона — Коновалова.
• При подозрении на острое отравление медью.
• При оценке обеспеченности организма медью.

Что означают результаты?

Референсные значения: 575 — 1725 мкг/л.

Причины повышения уровня меди:

• внутривенное введение медьсодержащих растворов;
• применение оральных контрацептивов;
• первичный билиарный цирроз;
• хронические воспалительные заболевания (ревматоидный артрит, системная красная волчанка);
• гемохроматоз;
• гипертиреоз;
• гипотиреоз;
• лейкоз;
• лимфома;
• анемия (пернициозная, железодефицитная, апластическая).

Причины снижения уровня меди:

• болезнь Менкеса («болезнь курчавых волос»);
• болезнь Вильсона – Коновалова (гепатолентикулярная дегенерация);
• заболевания желудочно-кишечного тракта (спру, целиакия, поражения тонкого кишечника);
• заболевания почек и печени;
• долгий период энтерального питания;
• квашиоркор;
• муковисцидоз;
• нарушения обмена коллагена;
• первичный остеопороз;
• саркоидоз.

Результаты исследования должны оцениваться в комплексе с анализом на церулоплазмин и клиническими данными. Изолированное повышение концентрации меди в крови не является подтверждением наличия заболевания, а лишь указывает на необходимость дальнейшего клинического поиска.

Характерными лабораторными признаками болезни Вильсона – Коновалова являются снижение концентрации меди в крови, повышение ее концентрации в моче в сочетании с пониженным уровнем церулоплазмина.

При некоторых патологических состояниях, таких как хронические заболевания печени, почек, остром гепатите, наблюдается повышенное выделение меди с мочой и ее высокий уровень в крови, при этом уровень церулоплазмина будет нормальный или повышенный.

Уменьшение содержания меди в крови и в моче, а также уменьшение концентрации церулоплазмина иногда свидетельствуют о дефиците меди.

Повышение концентрации меди во время лечения состояния, связанного с ее дефицитом и снижением концентрации церулоплазмина, говорит об эффективности проводимой терапии.

Ситуации, вызывающие сильное изменение уровня меди, чаще всего связаны с нарушением питания и/или всасывания меди, а также с какими-либо генетическими нарушениями ее утилизации и включения в процессы обмена.

Откуда берется медь в нашем организме и зачем она нужна ? Из-за чего возникает болезнь, при которой медь не выводится из тела самостоятельно, и почему она опасна? Как живут люди, у которых меди слишком много, и чем медицина может им помочь?

Чтобы меди в организме было всегда ровно столько, сколько нужно , метаболизм регулирует и выравнивает скорости ее поступления и выведения наружу. Ключевую роль в этом уравнении играет белок-транспортер меди под названием ATP7. Он работает исправно, если в его гене, в инструкции по его сборке, нет опечаток — или мутаций, как их называют биологи.

Известно уже более 800 таких опечаток в гене АТР7.

Медные люди: что важно знать о болезни Вильсона-Коновалова

Откуда берется медь в нашем организме и зачем она нужна? Из-за чего возникает болезнь, при которой медь не выводится из тела самостоятельно, и почему она опасна? Как живут люди, у которых меди слишком много, и чем медицина может им помочь?

Вместе с информационно-просветительским гуманитарным проектом «12 месяцев» мы запускаем серию материалов о редких (орфанных) генетических заболеваниях и жизни людей с ними. Читайте в ноябре рассказ о болезни Вильсона-Коновалова, которая встречается у одного из 30 тысяч человек, а также историю «медного пациента» — 38-летней Олеси Фрерихс, которая узнала о заболевании на 7 месяце беременности.

• Вероятность встретить редкого пациента у обычного врача ничтожно мала — в России редким (орфанным)считаетсязаболевание, которое обнаруживается у одного из 10 тысяч человек. В академических аудиториях им не уделяют должного внимания, а в повседневной профессиональной практике это приводит к диагностическим ошибкам, упущенному времени и поломанным судьбам.

• Информационно-просветительский гуманитарный проект «12 месяцев» — цикл материалов о редких (орфанных) заболеваниях и жизни людей с ними — реализуют студенты и ординаторы кафедры патологической анатомии Северо-Западного государственного медицинского университета имени И. И. Мечникова (Санкт-Петербург). Они изучают генетические методы диагностики и лечения, учатся разбираться в сложных вопросах медицины и рассказывать о них, находить общий язык с редкими пациентами и их родителями, работать в мультидисциплинарной команде.

Как связаны медь, гены и болезнь Вильсона-Коновалова?

Ежедневно наш организм получает с пищей не только белки, жиры, углеводы и витамины — в него поступает множество ионов металлов и других микроэлементов, необходимых для его правильного функционирования. Например, медь, которая содержится в печени и мясе, какао и бобовых, злаках и орехах.

Несмотря на небольшую суточную потребность — всего 1,5-2,5 мг, медь участвует в обмене энергии, метаболизме железа, защите клеточных мембран — то есть практически во всех физиологических процессах в нашем теле.

Обмен меди, как и многие другие индивидуальные особенности организма генетически запрограммированы, то есть заложены в нас при рождении. Гены — это всего лишь инструкции для синтеза белков в рибосомах. Один ген — один белок, все достаточно просто.

А вот какую функцию будет выполнять этот белок — зависит от его структуры.

Некоторые белки участвуют в метаболизме меди. У всех людей всасывание меди происходит в желудке и двенадцатиперстной кишке. Дальше медь транспортируется в печень, где соединяется с различными белками, затем ее часть выводится в связанном состоянии в кровь и уже после — в мочу и кал.

Чтобы меди в организме было всегда ровно столько, сколько нужно, метаболизм регулирует и выравнивает скорости ее поступления и выведения наружу.

Ключевую роль в этом уравнении играет белок-транспортер меди под названием ATP7. Он работает исправно, если в его гене, в инструкции по его сборке, нет опечаток — или мутаций, как их называют биологи. Известно уже более 800 таких опечаток в гене АТР7.

Именно из-за этих мутаций у некоторых людей белок ATP7 не работает вовсе или его функция заметно снижена. В этом случае излишки меди не выводятся из организма, а накапливаются в органах. Но много — не всегда значит хорошо. Избыток металла не дает пациентам с неработающим белком ATP7 повышенную крепкость организма, а напротив — повреждает клеточные структуры.

От избытка меди прежде всего страдает головной мозг и печень.

Такую болезнь, вызванную накоплением меди в организме из-за мутации белка ATP7, называют болезнью Вильсона — по имени Сэмюэля Уилсона (Вильсона) — британского невролога, подробно описавшего симптомы заболевания в 1912 году.

В России более распространено другое название — болезнь Вильсона-Коновалова: в 1960 году советский невропатолог Николай Коновалов существенно расширил понимание болезни. Еще реже можно встретить тройное название — Вильсона-Вестфаля-Коновалова (немецкий патолог Карл Фридрих Вестфаль описал болезнь еще в 1883 году). Сами пациенты называют себя вильсонятами.

В этом ролике — краткая история открытий на пути к познанию природы этой болезни и способов помочь пациентам.

Когда появляются симптомы и какими они могут быть?

Первые симптомы болезни Вильсона-Коновалова обычно появляются на втором или третьем десятке лет жизни в виде неврологических нарушений, например, нечеткости речи, нарушении глотания, автоматических жевательных движений, и нарушений показателей работы печени.

Болезнь умеет маскироваться: она может начаться как диспепсия (боль в верхнем отделе живота) или нарушение двигательной функции и речи. И даже самый запоминающийся ее признак — медное кольцо вокруг роговицы можно обнаружить только у половины больных.

В теле не остается ни одного органа, равнодушного к нарушению обмена меди.

Но точная диагностика этого заболевания обычно представляет собой большую проблему. Биохимическое исследование показателей обмена меди в крови считается информативным, однако достоверно подтвердить мутацию можно только при помощи генетического анализа.

Чем медицина может помочь «медным людям»?

Главный на сегодняшний день способ лечения болезни Вильсона-Коновалова был предложен еще больше полувека назад — это регулярное применение препаратов, которые связывают медь и выводят ее из организма. Важным для «вильсонят» остается соблюдение строгой диеты и, при необходимости, пересадка печени.

Прерывание терапии или неправильное лечение может привести к смерти в течение нескольких месяцев. При этом медикаментозная, лекарственная терапия эффективна не для всех пациентов — побочные эффекты препаратов могут даже утяжелять состояние некоторых людей. Поэтому наука продолжает искать ответ — чем же помочь «вильсонятам»?

Не так давно исследователи научились исправлять «опечатки» в генах. В том числе — и в ATP7. Не всегда это получается хорошо, тем не менее, генная терапия может навсегда избавить пациентов с болезнью Вильсона-Коновалова от пожизненного приема препаратов и строгой диеты.

Как исследователи пытались научиться делать такую «операцию» на генах? Первые способы замены поврежденного участка гена на здоровый, в частности, применение олигонуклеотидов — коротких фрагментов ДНК или РНК, получаемых путем химического синтеза, даже у мышей приводили к едва заметному улучшению — его точно не хватило бы для помощи человеку.

Разочарования исследователей продлились до тех пор, пока они не научились «протезировать» больной ген. Для этого копию гена без поломки помещают в структуру искусственного вируса, чтобы эта неизмененная копия гена легко проникла в клетку. Освободившись от белковой оболочки, как от скафандра, ген начинает работать — и клетка наполняется правильно работающими переносчиками для меди.

Такая генная терапия представляет собой перспективную альтернативу классическому лекарственному лечению.

Молекулярное протезирование гена АТР7 — генная терапия

Однако при проведении этого вида терапии исследователи столкнулись с проблемой: аденовирус, который использовали для доставки гена в клетку, не может внедряться в собственный генетический аппарат клеток, — и это приводило к тому, что терапия работала недолго.

Следующим шагом в разработке терапии стало применение другого носителя — так называемого аденоассоциированного вирусного вектора.

Мышам с мутацией, которая похожа на мутацию в белке ATP7, вызывающую болезнь Вильсона-Коновалова, вводили такой вектор, и эффект оказался положительным.

Аденоассоциированный вирусный вектор имеет способность встраиваться в генетический аппарат клеток, поэтому результат лечения был более долгосрочным. Однако и этого оказалось недостаточно.

Успешный опыт подогревал ажиотаж исследователей: так, в 2021 году начались первые два клинических исследования по спасению «вильсонят» методами генной терапии (NCT04884815, NCT04537377). Через несколько лет мы узнаем — помогут ли эти разработки пациентам.

Материал подготовили: Роман Деев, Максим Пушкин, Екатерина Пичугина, Алексей Паевский, Виктория Рыжкова.

Иллюстрации Владислава Ефремова.

Медь -содержащий металлофермент супероксиддисмутаза обеспечивает защиту компонентов плазмы и цитоплазмы от случайных свободных радикалов. Фермент цитохром c оксидаза важен во внутриклеточных энергетических процессах. Лизилоксидаза необходима для стабилизации внеклеточного матрикса, в том числе образования кросс-связей коллагена и эластина.

Медь (Cu)

Клинические проявления недостаточного потребления меди проявляются нарушениями формирования сердечно-сосудистой системы и костей скелета, развитием дисплазии соединительной ткани.

Суточная потребность в меди *

Среднее потребление 0,9-2.3 мг/сут. Установленные уровни потребности 0,9-3,0 мг/сут. Верхний допустимый уровень потребления 5 мг/сут.

Физиологическая потребность для взрослых – 1,0 мг/сут.

Физиологическая потребность для детей – от 0,5 до 1,0 мг/сут.

Традиционные пищевые источники меди

Содержание меди наиболее высоко в печени, мясе, морепродуктах, орехах, зерновых, какао, отрубях

Физиологическая роль меди в организме

Биологическая роль меди связана с её включением в структуру ряда ферментов и белков: к настоящему времени их известно более 20. Медь входит в состав цитохромоксидазы – терминального звена митохондриальной цепи переноса электронов, играющего важную роль в регуляции процессов биологического окисления и окислительного фосфорилирования; моноаминоксидазы, катализирующей окислительное дезаминирование катехоламинов, серотонина и др.; лизилоксидазы, участвующей в образовании поперечных сшивок в молекулах коллагена и эластина.

Микроэлемент является компонентом тирозиназы, катализирующей превращение аминокислоты тирозина в допамин, а затем в меланины (вещества, ответственные за пигментацию кожи). Медь обнаружена также в супероксиддисмутазе, защищающей клетки от токсического действия супероксидных радикалов.

Ряд важных ферментативных функций присущ упомянутому медьсодержащему белку церулоплазмину. Он катализирует окисление катехоламинов, серотонина и других ароматических аминов, участвует в окислении двухвалентного железа в трехвалентное. Именно в этом состоянии железо способно связываться с трансферрином и транспортироваться затем кровью к органам и тканям.

Таким образом, физиологическая роль меди обусловлена её участием в регуляции процессов биологического окисления и генерации АТФ, синтезе важнейших соединительнотканных белков коллагена и эластина, метаболизме железа, защите клеток от токсического действия активных форм кислорода и др.

* Методические рекомендации «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации», МР 2.3.1.2432-21

Медь входит в состав медьсодержащих белков и ферментов (около 25), играющих важную роль в ускорении процессов обмена, усилении тканевого дыхания, ускорении процесса окисления глюкозы и др. Медь вместе с железом играет важную роль в кроветворении. Медь активирует реакцию образования гема крови.

Образование этого комплекса снижает энергию активации реакции синтеза гемоглобина. Основные медьсодержащие ферменты: оксигеназы и гидроксилазы.