Kupfer

copper

Kupfer (chemisches Symbol: Cu) gehört zu den Übergangsmetallen mit der Ordnungszahl 29. Es ist ein für den lebenden Organismus sehr wichtiges essenzielles Spurenelement.

Kupfer kommt hauptsächlich in der Oxidationsstufe +2 vor, Verbindungen mit ein- und dreiwertigem Kupfer sind selten. Im Blutplasma liegt Cu zu 90 % an Coeruloplasmin, in den Organen an verschiedene Proteine (Cerebrocuprein, Metallothionein) gebunden vor. Es ist Bestandteil einer großen Zahl von Enzymen. In ungebundener Form ist es potenziell toxisch.

Relative Atommasse: 63,546.

Kupfer ist nach Eisen und Zink das dritthäufigste Spurenelement im Organismus. Zugeführt wird es über die Nahrung und Getränke. Es wird im proximalen Dünndarm resorbiert. Vom Plasma wird es, an Transportproteine (Transcuprein, Histidin, Albumin) gebunden, zur Leber transportiert, wo es in Coeruloplasmin und andere Cu-Enzyme eingebaut wird. Hauptspeicherorte sind Leber und Gehirn. Die Ausscheidung erfolgt über die Galle mit dem Stuhl, in geringen Mengen auch über die Nieren. Im Vollblut verteilt sich Kupfer zu 61 % auf Plasma, 31 % auf Erythrozyten und 8 % auf Thrombo- und Leukozyten. Interaktion ist mit Eisen und Zink bekannt. Kupfer unterliegt einer ausgeprägten homöostatischen Regulierung.

Körperbestand: 80–150 mg. Bedarf: Männer 0,80 mg/Tag, Frauen 0,70 mg/Tag. Empfohlene Zufuhr: nach EU-Daten 1,1 mg/Tag, nach der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) für Säuglinge 0,2–0,7 mg/Tag, für Kinder bis 7 Jahre 0,5–1,0 mg/Tag, für ältere Kinder und Erwachsene 1,0–1,5 mg/Tag, in der Schwangerschaft und Stillzeit 1,5–3,0 mg/Tag. Tolerierbare Aufnahme pro Tag: 175 μg/kg KG. Kupferreich sind Leber, Nieren, Schellfisch, Nüsse, Hülsenfrüchte, Vollkorn.

Kupfer übt seine Hauptfunktionen als Bestandteil zahlreicher Enzyme aus und ist somit an vielen Stoffwechselprozessen beteiligt. Wichtige Cu-Enzyme sind: Ferrioxidase I (= Coeruloplasmin, Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺), Cytochromoxidase (oxidatve Phosphorylierung), Superoxiddismutase (Schutz vor Radikalen), Lysyloxidase (Vernetzung von Elastin und Kollagen), Tyrosinase (Pigmentierung), Butyryl-CoA-Dehydrogenase (Fettsäureoxidation), Cholesterolhydrolasen (Cholesterolabbau) und Dopamin-β-hydroxylase (Adrenalin-/Noradrenalinsynthese, Katecholamine).

Die bekannteste Kupferstoffwechselstörung ist der Morbus Wilson (hepatolentikuläre Degeneration), eine autosomal vererbte Erkrankung (Defekt im ATPase-Gen ATP-7B, auch Wilson-Gen genannt) mit einer Inzidenz von 1 : 30.000 bei Lebendgeborenen, die durch Transport- und Ausscheidungsstörungen des Kupfers gekennzeichnet ist. Im Serum ist Kupfer sehr stark vermindert, Coeruloplasmin in der Regel ebenfalls, dagegen ist der Kupfergehalt des Urins und bestimmter Organe, hauptsächlich der Leber, des Gehirns und der Hornhaut (Kayser-Fleischer-Ring) sehr stark erhöht. Klinisch werden, abhängig vom Grad der Kupfereinlagerung, eine chronische Lebererkrankung (Steatose bis akutes Leberversagen) sowie neurologische und psychiatrische Symptome, Nierenschäden, kardiologische Störungen und Beeinträchtigungen des Skeletts (Osteoporose, Arthrose) beobachtet. Die Behandlung erfolgt mit D-Penicillamin (Penicillamin), BAL (Dimercaprol, British Anti-Lewisite) oder Thiomolybdat mit dem Ziel, das Kupfer auszuschleusen. Auch eine Therapie mit Zink (Senkung der Kupferresorption infolge der Interaktion) ist möglich.

Kupfermangel, erkennbar an erniedrigten Kupferwerten im Serum und im Urin und in der Leber, ist selten und meist die Folge unzureichender Zufuhr, erhöhten Bedarfs, von Kupferverlusten, gestörter Absorption oder der Interaktion, z. B. mit Zink, Eisen oder Chelatbildnern, sowie dem Vorliegen von genetischen Defekten. Typische Mangelerscheinungen sind hypochrome Anämie bei Kindern (gestörte Erythropoese), Störungen in der Cholesterin- sowie in der Elastin- und Kollagensynthese (Gefäßschäden, Osteoporose) oder Pigmentstörungen (Menkes-Syndrom, „kinky hair disease“, Albinismus).

Erhöhte Kupferwerte im Serum, die meist unspezifisch und diagnostisch nur begrenzt verwertbar sind, findet man bei akuten und chronischen Infektionen, verschiedenen Tumoren, schweren Leber- und Pankreasschädigungen und Galleabflussstörungen, bei Herz-Kreislauf-Krankheiten und Herzinfarkt sowie bei Stress oder im Schock und bei erhöhter Zufuhr. Serumkupfer ist auch in der Schwangerschaft und bei Therapie mit Estrogenen oder hormonellen Kontrazeptiva etwa zweifach erhöht.

Die Toxizität des Kupfers ist zwar gering, doch sind Vergiftungen durch erhöhte Zufuhr aus der Arbeitsumwelt, über Cu-haltige Gefäße und Wasserleitungen oder leicht lösliche Kupferverbindungen sowie in suizidaler Absicht möglich. Akute Vergiftungen äußern sich in Erbrechen, Übelkeit und Durchfall, in schweren Fällen sind Ikterus und Hämolyse, auch Koma und Tod möglich. Chronische Vergiftungen durch Trinkwasser, das aus Brunnen über Cu-haltige Leitungen oder Boiler transportiert wird, kommen auch heute noch vor. Typisch sind ein Anstieg des Kupfers im Serum, die Speicherung in der Leber mit schwerster Leberschädigung, die besonders bei Kleinstkindern unter dem Krankheitsbild der „Indian Childhood Cirrhosis“ zum Tod führen kann.

Serum, Heparinplasma, Urin, Organgewebe.

Vollblut: 20 °C 7 Tage. Serum/Plasma: 20 °C 14 Tage, 4–8 °C 14 Tage, −20 °C 1 Jahr. Urin: 20 °C 3 Tage, 4–8 °C 7 Tage, −20 °C 1 Jahr. Organgewebe: −20 °C 1 Jahr.

Spurenelementfreie Abnahme- und Aufbewahrungsgefäße und Reagenzien verwenden. Starke Stauung vermeiden.

Serum/Plasma: Flammenatomabsorptionsspektrometrie, Photometrie. Urin, Gewebe: elektrothermische Atomabsorptionsspektrometrie, potenziometrische Strippinganalyse.

μg/dL, μg/d, μg/g.

μmol/L, μmol/d, μmol/g.

μmol/L = 0,1574 × μg/dL, μg/dL = 6,3546 × μmol/L.

μmol/d (g) = 0,01574 × μg/d (g), μg/d (g) = 63,546 × μmol/d (g)

Serum: 13–24 μmol/L (85–155 μg/dL). Urin: 0,1–0,8 μmol/L (5–50 μg/L) (Brätter und Wissenschaftlicher Beirat 1992). Leber: 15–50 μg/g TG (Maier-Dobersberger 1999).

Serum: 11–22 μmol/L (70–140 μg/dL) (Brätter und Wissenschaftlicher Beirat 1992). Urin, Leber: s. Frauen.

Serum: Neugeborene 1,8–8,0 μmol/L (10–50 μg/dL), Kleinkinder im 1. Lebensjahr ansteigend von 2,7 bis 20,5 μmol/L (17–130 μg/dL), ab 2. Lebensjahr wie Männer. Urin: wie Frauen, Leber bei Neugeborenen etwa 8–10-mal höher als bei Erwachsenen, danach abfallend auf Erwachsenenwerte.

Verdacht auf Störungen des Kupferstoffwechsels, die als Kupferverteilungsstörungen, Kupfermangel oder Kupferüberschuss vorliegen und sowohl Auslöser als auch Folge von Krankheiten sein können. Verdacht auf Morbus Wilson, Überwachung einer Zinktherapie. Verdacht auf Kupferintoxikation.

Infolge der homöostatischen Regulation werden geringe Änderungen der Kupferkonzentration im Organismus ausgeglichen, was die Beurteilung des Kupferstatus, der am besten durch Cu im Serum und Coeruloplasmin beschrieben wird, erschwert. Schwere Störungen im Kupferstoffwechsel sind durch die Bestimmung in Serum, Urin (entscheidend bei Morbus Wilson) oder Organgewebe zu erkennen. Geschlechts- und Altersunterschiede sowie Einflüsse durch Hormone und das Rauchen sind zu beachten, die ergänzende Bestimmung von Enzymaktivitäten ist zu empfehlen.

Grenzwert im Trinkwasser: 2,0 mg Cu/L (Trinkwasser-VO 2016).

Erkennung von Störungen des Kupferstoffwechsels sowie von Kupfermangel oder übermäßiger Aufnahme, Belastung oder Vergiftung durch Kupfer.