Kupfer: Enzymaktivator und Bakterienkiller

Der Gesamtbestand von Kupfer im menschlichen Organismus liegt bei 80 bis 100 Milligramm. Davon sind 40 Prozent im Skelett, 24 Prozent in den Muskeln, circa 9 Prozent in der Leber und circa 6 Prozent im Gehirn verteilt. Die Kupfer-Homöostase wird per Ausscheidung über die Galle geregelt, wobei die Mechanismen nicht genau bekannt sind. Der Transport im Blut erfolgt gebunden an die Proteine Transcuprein und Albumin.

Kupfer ist ein Cofaktor antioxidativer Enzyme, sogenannter Metalloenzyme, und für den Elektronentransport unverzichtbar. Darüber hinaus unterstützt das Spurenelement die Kollagenbildung durch die Vernetzung von Kollagen und Elastin. Auch in der Pigmentierung von Augen, Haar und Haut ist Kupfer unverzichtbar: Es ist in die Bildung von Melanin eingebunden.

Zudem ist Kupfer am Stoffwechsel von Botenstoffen in den neuronalen Systemen beteiligt. Es hilft bei der Synthese von Phospholipiden in der Myelinschicht der Nerven.

Auch mit dem Eisenstoffwechsel ist Kupfer eng verbandelt: Es ist in Ceruloplasmin enthalten, einem Protein, das Kupfer im Blut transportiert und an der Oxidation von zweiwertigem Eisen (Fe 2+) zu dreiwertigem Eisen (Fe 3+) beteiligt ist.

Da der genaue tägliche Kupferbedarf nicht bekannt ist, gibt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) Schätzwerte für eine angemessene Zufuhr an.

Liegt ein Kupfermangel vor, sind insbesondere der Kollagen- und Elastinstoffwechsel in Mitleidenschaft gezogen. Dabei kann es zu einer gestörten Knochenbildung und einem erhöhten Frakturrisiko sowie Veränderungen der Blutgefäße kommen.

Andere Mangelsymptome zeigen sich in Form von Pigmentstörungen von Haut und Haaren, die dann wie Struwwelpeterhaare regelrecht vom Kopf abstehen. Außerdem können neurologische Störungen und eine erhöhte Immunschwäche auftreten.

Sowohl Kupfer als auch Eisen sind an der Synthese der Erythrozyten beteiligt. Wenn eines der beiden Spurenelemente fehlt, zeigt sich das in Form einer mikrozytären Anämie, einer Blutarmut, bei der die roten Blutkörperchen zu klein sind und zu wenig Eisen enthalten.

Wechselbeziehungen bestehen auch zu dem Spurenelement Zink: eine hohe Zinkzufuhr senkt die Aufnahme von Kupfer im Körper. Aus diesem Grund ist Vorsicht geboten bei der langfristigen Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln mit Zink in Dosierungen von 50 mg pro Tag.

Generell ist die Kupfer-Versorgung in Deutschland gut und über eine vollwertige und ausgewogene Ernährung gesichert.

Liegen jedoch gastrointestinale Erkrankungen wie Colitis ulcerosa, Morbus Crohn vor und leiden Patienten an einem Kurzdarmsyndrom oder Zöliakie, können Mangelerscheinungen auftreten. In diesen Fällen nehmen Betroffene deutlich schlechter Kupfer über den Darm auf.

Mangelerscheinungen können auch beim nephrotischen Syndrom auftreten, bei dem die Nierenkörperchen, die Glomeruli, geschädigt sind.

Frühgeborene und Kleinkinder haben einen erhöhten Bedarf an Kupfer, da bei ihnen die Mobilisation des Spurenelements aus der Leber noch eingeschränkt ist. Reif geborene Säuglinge haben im letzten Trimenon ein Depot in der Leber anlegen können, das Frühgeborenen fehlt. Aus diesem Grund wird der Flaschenmilch Kupfer zugesetzt (900 µg Kupfer je Liter). Bei Säuglingen, die lediglich mit Kuhmilch ernährt werden, treten nach einigen Monaten Mangelsymptome auf.

Bei zwei sehr selten auftretenden Erbkrankheiten wird Kupfer entweder nicht ausgeschieden oder kann nicht resorbiert werden. In beiden Fällen mit fatalen Folgen.

Bei Morbus Wilson liegt eine Stoffwechselerkrankung (autosomal-rezessiv vererbt) in der Leber vor, bei der Kupfer nicht über die Galle ausgeschieden wird, sondern sich in Leber und Gehirn ansammelt. Typisch sind Kupferablagerungen auch in der Hornhaut des Auges, die als braune Veränderung der Kornea sichtbar sind (Kayser-Fleischer-Kornealring).

Diese Erkrankung endet ohne Therapie tödlich. Wird die Diagnose jedoch frühzeitig gestellt und mit entsprechenden Medikamenten behandelt (unter anderem mit Kupferchelatoren wie D-Penicillamin und Trientin), ist eine normale Lebenserwartung möglich.

Da Zink die Aufnahme von Kupfer in die Darmzellen hemmt, werden zudem hohe Zinkgaben von dreimal täglich 50 mg in der Therapie eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass eine strenge kupferarme Diät unwirksam und vor allem sehr schwer umzusetzen ist. Trotzdem sollten Lebensmittel, die sehr große Kupfermengen enthalten, vom Speiseplan gestrichen werden.

Beim Menkes-Syndrom liegt eine Störung des Kupferstoffwechsels vor. Zwar kann Kupfer aus dem Darm aufgenommen werden, allerdings wird es nicht weitertransportiert und lagert sich stattdessen in Darm, Herz, Nieren und Bauchspeicheldrüse ein. Von dieser X-chromosomal-rezessiv vererbten Erkrankung sind in Deutschland 3 bis 4 Kinder pro Jahr betroffen. Trotz zumeist früh einsetzender Therapie, einer parenteralen Verabreichung von Kupferhistidinat, ist die Lebenserwartung deutlich verringert. Erkrankte Kinder zeigen Entwicklungs- und Bewegungsstörungen, haben Schwierigkeiten beim Füttern, leiden an Muskelschwäche und Epilepsie. Charakteristisch sind Pigmentstörungen, die sich in grauen Haaren, Augenbrauen und Wimpern zeigen.

Gute Kupferquellen sind Innereien (Leber), Nüsse (Cashewnüsse, Walnüsse), Fische, Schalentiere (Garnelen), einige Gemüse (Schwarzwurzeln, Artischocken) sowie Vollkornprodukte. Auch Kakao, Schokolade, Kaffee und Tee enthalten größere Mengen des Spurenelementes.

Die Aufnahme aus der Nahrung ist von begleitenden Inhaltsstoffen abhängig. Einige wirken hemmend wie Phytat, Calcium, Eisen, Zink und Vitamin C. Resorptionsfördernd hingegen sind Aminosäuren und Oxalat.

Der Kupferstatus kann bei langfristiger Gabe von Estrogenen und oralen Kontrazeptiva erhöht sowie bei andauernder Applikation unter anderem von Antazida, Corticoiden, Laxanzien, nicht steroidalen Antirheumatika (NSAR), Virustatika und Zytostatika erniedrigt sein.

Eine Überdosierung an Kupfer allein durch die Nahrung ist nicht möglich. Die tolerierbare Gesamtzufuhr liegt laut Europäischer Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) bei 5 mg am Tag.

Akut toxisch sind Dosierungen von über 10 g am Tag. Solche Vergiftungen äußern sich in Erbrechen, Übelkeit und Durchfall.

Zu Problemen kann es bei Trinkwasser aus eigenen Brunnen oder Kupferrohren für Trinkwasserinstallationen kommen, wenn das Wasser einen niedrigen pH-Wert hat. Für alle Härtebereiche ist die Verwendung von Kupferrohren bei Wasser mit pH-Werten über 7,0 eingeschränkt.

Wenn der Kupfergehalt im Trinkwasser bei über 10 mg je Liter liegt, kann das bei Säuglingen Leberschäden hervorrufen, die in einer frühkindlichen Leberzirrhose enden.

In der hormonfreien Empfängnisverhütung in Form einer Kupferspirale spielt das Element eine wichtige Rolle. Kupfer wird dabei in winzigen Mengen abgegeben und verändert so die Schleimhaut der Gebärmutter und am Muttermund. Spermien werden dadurch weniger beweglich und können sich nicht in die Gebärmutterschleimhaut einnisten.

Außerdem kann Kupfer zum Schutz vor Mikroorganismen eingesetzt werden, es besitzt bakterizide Effekte. Dies wird beispielsweise in der Krankenhaushygiene genutzt, indem in einigen Kliniken versuchsweise Türklinken und Lichtschalter mit Kupferbeschichtungen eingebaut wurden. Studiengemäß wird dadurch die Keimbelastung deutlich reduziert.

Der Einsatz als Bakterienkiller ist nicht neu: Bereits die alten Ägypter setzten zurzeit der Pharaonen schon 4000 v. Chr. Kupfer zur Reinigung des Trinkwassers beziehungsweise zu medizinischen Zwecken in keimtötenden Wundsalben ein.

Ein ganz anderes Wirkungsfeld zeigt sich im heimischen Garten. Zur Bekämpfung einer Schneckenplage können Kupferringe, -bänder oder -drähte zum Einsatz kommen. Der Schneckenschleim reagiert mit dem Kupfer und das hält die Weichtiere davon ab, weiter zu kriechen und die Pflanzen zu schädigen.