Estimar o risco do excesso de cobre em populações humanas

ABSTRACT

Avaliação do risco de nutrientes assume uma única população com uma distribuição normal de índices de necessidades e excesso. Os níveis tóxicos estão, por definição, acima do nível superior; para o cobre, entretanto, por falta de biomarcadores não invasivos e sensíveis de armazenamento ou danos precoces decorrentes do excesso, o excesso se baseia na ocorrência pouco freqüente de doença clínica, como cirrose hepática inexplicada. Examinamos as limitações desta abordagem para o cobre dada a muito baixa prevalência de doença clínica e subclínica e sugerimos que o risco populacional para o excesso de cobre seja baseado na carga hepática de cobre como uma medida potencialmente quantificável. O desafio que temos pela frente é desenvolver biomarcadores que prevejam o risco da população de armazenamento elevado de cobre hepático e, portanto, a possibilidade de doença numa população.

INTRODUÇÃO

Avaliação tradicional do risco de défice e excesso de nutrientes assume uma única população com necessidades que seguem uma distribuição normal; com base nisso, estabelece-se uma necessidade média e uma ingestão recomendada para cobrir uma percentagem fixa (97,5) do grupo. Um nível superior define a extremidade superior da faixa considerada segura. Os níveis tóxicos estão, por definição, acima do nível superior. Examinamos as limitações da aplicação desta abordagem às populações conhecidas e potencialmente susceptíveis ao cobre e propomos um método potencial para quantificar o risco populacional do excesso de cobre com base nos dados disponíveis.

A prova da essencialidade nutricional do cobre em humanos é estabelecida com base na presença de cobre no organismo, na demonstração dos efeitos adversos se este for removido da dieta e, finalmente, no efeito benéfico de o restaurar. O teor de cobre no corpo inteiro em adultos é de ≈80 mg (intervalo: 50-120 mg), com as concentrações mais elevadas encontradas no fígado e cérebro (5.1 e 6.3 μg/g de peso húmido, respectivamente; 1, 2). O cobre hepático representa a principal forma de armazenamento, enquanto que o elevado conteúdo nos gânglios basais do cérebro é explicado pelo papel do cobre no metabolismo dos neurotransmissores. Os pacientes que recebem nutrição intravenosa sem adição de minerais desenvolvem deficiência, apresentando anemia e neutropenia dentro de algumas semanas de privação de cobre, que são revertidas pelo fornecimento de cobre (2). As necessidades de cobre e sua base e o potencial para deficiência e excesso são apresentados em outros artigos deste suplemento.

Humans podem se adaptar à exposição excessiva ao cobre dos alimentos, água ou suplementos, diminuindo a fração absorvida à medida que a exposição aumenta (3, 4). Alguns metais e outros componentes da dieta interferem na absorção do cobre, enquanto que a proteína e a histidina aumentam a absorção. Como foi apontado na seção deste suplemento sobre o metabolismo intestinal do cobre, o intestino não só é responsável pela absorção regulada de cobre, mas também serve como um local de armazenamento, evitando assim que o excesso de cobre entre no sangue portal. Em condições normais, a transferência do cobre para o fígado é complexada com proteínas através da veia porta. O cobre no enterócito é ligado principalmente à metalotionina. Se, por qualquer razão, a capacidade de armazenamento da metalotionina for excedida, a metalotionina é desnaturada, perdendo-se assim a sua capacidade de ligar o cobre, o que provoca a morte celular. De facto, este é mais um potencial mecanismo de protecção no intestino representando uma primeira linha de defesa contra o excesso de cobre (4, 5).

A captação de cobre da circulação portal ocorre nos capilares fenestrados; assim, os hepatócitos e as células de Kupfer são expostos ao cobre. Uma vez que o cobre entra no hepatócito através de transportadores específicos (CTR1, ATP7A), ele é absorvido por chaperones específicos que definem o destino final do metal em termos de proteínas funcionais, das quais a citocromo c oxidase, superóxido dismutase e ceruloplasmina são as mais importantes. O excesso de cobre é ligado à metalotionina, enquanto o cobre necessário para a atividade da ferroxidase é transferido para o Golgi com o correspondente apo-ceruloplasmina para exportação para outros órgãos através da circulação sistêmica. Assim, o cobre é secretado do fígado para a circulação sistêmica predominantemente ligado à ceruloplasmina ou ligado a pequenos peptídeos. A captação celular em alguns tecidos é mediada por receptores de superfície celular específicos para a ceruloplasmina. Se houver excesso de cobre nos hepatócitos, o ATP7B transloca do Golgi para um sistema de transporte vesicular responsável pelo transporte e é secretado para o canal biliar. O cobre também pode ser excretado para o canaliculi ligado ao glutationa ou armazenado em lisossomas ligados à metalotionina ou a proteínas lisossômicas (6, 7). A distribuição exata do cobre nestes sistemas de transporte alternativos não é conhecida, mas aparentemente a via lisossômica para a excreção é induzida apenas na presença do excesso de cobre hepático. A excreção biliar é a principal forma de eliminação do cobre em humanos e é o fator crítico de prevenção em resposta à alta exposição (7, 8). O funcionamento deste sistema requer não só a presença das respectivas proteínas relacionadas com o cobre e o sistema vesicular derivado do Golgi, mas também as proteínas estruturais citoesqueléticas necessárias para a secreção no canalículo (7, 8). Este sistema intrincado e redundante explica a dificuldade em induzir o excesso de cobre no fígado; a modelagem matemática das respostas biológicas das respostas regulatórias dos enterócitos e do sistema de captação e excreção hepática baseada em dados reais sugere que a capacidade de humanos saudáveis se adaptarem ao excesso de cobre é de pelo menos 10 vezes as necessidades diárias de cobre (5-9). Os dados homeostáticos predizem que as reservas hepáticas irão aumentar; contudo, se as vias de excreção estiverem intactas, a excreção biliar irá aumentar linearmente com exposições até 20-30 vezes a necessidade média sem evidência de efeitos adversos.

RISCO DE EXCESSO DE COPÉRCITO

É>80 y desde que o neurologista londrino SAK Wilson definiu uma síndrome familiar de degeneração lenticular progressiva associada à cirrose hepática. A doença de Wilson é hoje reconhecida como uma desordem genética autossômica recessiva caracterizada por um defeito na excreção biliar de cobre; o cobre se acumula no fígado e no cérebro causando alterações na estrutura e função destes órgãos (10). Avanços consideráveis foram alcançados na elucidação das características clínicas, bioquímicas, genéticas e histológicas, assim como no manejo de pacientes com esta doença. A clonagem do gene da doença de Wilson acelerou nossa compreensão da doença; entretanto, a aplicação em larga escala da triagem genética ainda não foi resolvida. O gene da doença de Wilson está distribuído em todo o mundo e tem sido demonstrado na maioria das raças. A estimativa atual de prevalência é ≈1:30 000 nascidos vivos; a freqüência do gene varia entre 0,3% e 0,7%, correspondendo a uma taxa de heterozigotos portadores de ≈1:100.

Outros exemplos de toxicidade crônica do cobre incluem cirrose infantil indiana e cirrose infantil tirolesa (11, 12); estes casos estão relacionados à alta exposição ao cobre devido ao leite animal armazenado ou aquecido em recipientes de cobre ou de liga de cobre. As participações associadas à cirrose são normalmente 50-100 vezes superiores ao que um bebé amamentado recebe; a susceptibilidade genética pode contribuir para explicar o risco individual. O cobre pode agir em sinergia com as toxinas ambientais. Essas ocorrências incomuns envolvem ou exposição extremamente alta ao cobre (11, 12) ou práticas dietéticas não convencionais, tais como tomar suplementos sem aprovação médica. A cirrose infantil associada ao cobre é uma condição extremamente rara; para a toxicidade idiopática do cobre, a incidência estimada com base em dados prospectivos da Alemanha é de 1:500 000 a 1:1 000 000 (13). Os dados para a cirrose infantil indiana da Índia revelam um declínio dramático desta condição, resultante da prevenção de recipientes de cobre para armazenamento e aquecimento de leite. Observações mais recentes do distrito de Pune baseadas em internações hospitalares revelam grandes quedas na prevalência; nenhum caso foi diagnosticado desde 1974 (11). Em conclusão, a cirrose/idiopatia do cobre na infância indiana é uma doença de etiologia desconhecida. A explicação mais provável para esta condição parece ser uma combinação de um defeito geneticamente determinado no metabolismo do cobre e uma alta ingestão de cobre. A contribuição relativa de cada factor permanece por determinar; a gestão de risco neste caso inclui conselhos práticos e a disseminação das directrizes existentes.

A toxicidade a longo prazo do cobre em exposições moderadamente elevadas tem sido menos estudada. Um estudo realizado em 7 cidades de Massachusetts com um total de 64 124 anos de exposição de crianças menores de 6 anos, com concentrações de cobre na água potável variando de 8,4 a 8,8 mg/L, não mostrou uma maior prevalência de mortes devido a doenças hepáticas (14) do que em cidades com baixo teor de cobre na água potável. Uma avaliação sistemática da associação de doenças hepáticas infantis e do teor de cobre na água potável no Reino Unido não mostrou associação entre estas variáveis (15). A gama de consumo aceitável para prevenir a deficiência e toxicidade do cobre deve ser baseada na protecção de populações saudáveis e não deve ser esperado que cumpra os requisitos ou previna o excesso de indivíduos com susceptibilidade especial. Condições de doença ou alterações genéticas no metabolismo do cobre que determinam a sensibilidade especial para o excesso ou déficit merecem a atenção das autoridades de saúde pública com base na relevância dessas condições dentro de um determinado contexto ecológico. Os cortes superiores e inferiores para o intervalo de ingestão oral aceitável são definidos usando um modelo baseado na população para a avaliação dos riscos de saúde associados à deficiência ou ao excesso. O corte inferior deve ser suficiente para atender às necessidades da maioria dos indivíduos da população. Da mesma forma, o ponto de corte superior deve proteger a maioria dos indivíduos contra o risco de toxicidade. Este modelo de avaliação de risco homeostático, aplicável aos elementos essenciais, foi proposto pelo Programa Internacional de Segurança Química da Organização Mundial de Saúde como base para a avaliação de risco dos elementos essenciais (16).

EXPOSIÇÃO AO EXCESSO DO CÚPULO

A exposição da população ao cobre é principalmente através da água potável e depende de vários factores: a composição da água, o tempo de contacto estagnado entre a água e a tubagem, a idade da tubagem, os procedimentos de instalação das tubagens de cobre, o uso de tubagens de cobre nas redes de distribuição de água, e os hábitos de consumo de água da população. A concentração de cobre após o transporte e distribuição da água numa tubagem de cobre depende da composição química da água, principalmente do seu pH e alcalinidade. Outras variáveis de composição como o carbono inorgânico dissolvido, substâncias orgânicas e outros compostos também desempenham um papel na liberação de subprodutos de cobre (17, 18). Ilustrada na Figura 1 está a distribuição cumulativa da exposição ao cobre de alimentos e água (linhas quebradas) em relação às distribuições populacionais de necessidades fisiológicas ou de quantidades tóxicas representadas pelas curvas em forma de sino.

Risco de excesso de cobre em populações humanas aparentemente saudáveis podem ser levantadas hipóteses sob condições de exposição relativamente raras. Estas incluem o seguinte. 1) Populações expostas a alta ingestão de cobre, ou seja, indivíduos que consomem água contendo >5 mg Cu/L ou aqueles na população em geral com alta ingestão de cobre de alimentos ou suplementos nutricionais ricos em cobre, podem estar em risco de excesso de cobre. Os alimentos podem representar >90% da ingestão de cobre em adultos se a água tiver baixo teor de cobre (<0,1 mg/L). Se o teor de água em cobre for superior (1-2 mg/L), pode ser responsável por até 50% do consumo total. Nos bebés que consomem fórmulas artificiais com suplemento de cobre, a contribuição da água pode ser <10%, enquanto que se a fórmula não for fortificada com cobre, a água pode contribuir com >50% da ingestão total de cobre, especialmente quando o teor de água em cobre é de 1-2 mg/L (19). A situação das pessoas que tomam cobre como suplemento difere; há um caso relatado na literatura descrita por O’Donohue et al (20) de um homem que após tomar um suplemento de 30 mg/d durante 2 y e depois 60 mg/d para o ano seguinte, uma ingestão estimada de 600-900 μ g – kg-1 – d-1, desenvolveu insuficiência hepática grave e necessitou de um transplante hepático para sobreviver.

2) Fórmulas para lactentes que consomem leite em pó contendo cobre e água da torneira contendo >2 mg/L podem também exceder o limite superior da Organização Mundial de Saúde de 150 μg – kg-1 – d-1. No entanto, um estudo controlado num grupo de 100 bebés saudáveis que consomem perto do dobro dessa quantidade durante 1 y de água com 2 mg Cu/L não apresentou evidências bioquímicas ou clínicas de problemas de saúde (19). Estudos populacionais na Alemanha também não demonstraram uma ligação entre a exposição ao cobre da água com concentrações de ≈0.8 mg/L e evidências clínicas ou laboratoriais de anomalias hepáticas (21).

3) Finalmente, grupos populacionais que podem ter maior susceptibilidade ao excesso de cobre como resultado de defeitos genéticos ou interacções gene-nutrientes, por exemplo, pessoas heterozigotas para o gene da doença de Wilson, podem estar em risco de excesso de cobre (ver B na Figura 1). Este grupo pode representar até 1% da população em geral considerando a prevalência da doença de Wilson em diferentes regiões geográficas. Por enquanto, permanece desconhecido se estes sujeitos têm maior suscetibilidade a acumular cobre sob exposições consideradas seguras para a população geral.

Dados de segurança a longo prazo de populações normais são limitados, e estudos prospectivos controlando a exposição ao longo do tempo são extremamente difíceis de conduzir. Estudos controlados de 3-6 mo foram conduzidos avaliando respostas à exposição a 8-10 mg Cu/d (22, 23). Os níveis superiores actuais para o cobre são 8-10 mg/d; isto constitui o limite do que pode ser eticamente avaliado em humanos normais. Assim, pode não ser possível demonstrar evidência de doença clássica, a menos que fatores genéticos condicionem uma maior suscetibilidade. Marcadores para avaliar os efeitos precoces da acumulação excessiva de cobre antes da ocorrência de qualquer alteração patológica podem permitir avaliar o risco de uma forma ética e válida. Se tal marcador estivesse disponível, poderia ser implementada uma gestão de risco eficaz, visando indivíduos ou grupos populacionais susceptíveis. Infelizmente, o problema não é resolvido por marcadores de exposição; a necessidade é de biomarcadores específicos de carga de cobre hepático que predizeriam o armazenamento em níveis compatíveis com a cirrose hepática. Mesmo marcadores de doença subclínica seriam inadequados, pois uma vez desencadeado o processo inflamatório que leva à fibrose, poderia ser tarde demais para ações preventivas.

RISCO QUANTIFICANTE DE EXCESSÃO DE CÚPERO

Correntemente, o único marcador de sobrecarga de cobre hepático é a medida seriada do conteúdo de cobre realizada em biópsias hepáticas. O teor normal de cobre no fígado varia de 15 a 55 μg/g de fígado seco. Praticamente todos os pacientes não tratados com doença de Wilson têm concentrações elevadas de cobre hepático, variando de 250 a 3000 μg/g fígado seco. O achado de uma concentração normal de cobre hepático exclui eficazmente o diagnóstico de doença de Wilson não tratada. Contudo, uma concentração elevada de cobre hepático por si só é insuficiente para estabelecer o diagnóstico da doença de Wilson, porque concentrações >250 μg/g podem ser encontradas em outras doenças hepáticas crónicas, incluindo cirrose biliar primária, colangite esclerosante primária, obstrução ou atresia biliar extra-hepática, hepatite crónica activa, colestase intra-hepática da infância e cirrose infantil indiana. Um marcador alternativo poderia ser a concentração e o nível de saturação da ceruloplasmina; infelizmente, este indicador é responsivo a baixos consumos de cobre mas não aumenta a presença de excesso de cobre. A concentração sérica normal de ceruloplasmina é de 200 a 400 mg/L; embora as concentrações sejam baixas em recém-nascidos humanos, aumentam gradualmente durante os primeiros 2 anos de vida, coincidindo com o declínio pós-natal na concentração de cobre hepático. As concentrações estão abaixo da faixa normal em ≈90% de todos os pacientes com doença de Wilson. Podem surgir dificuldades em relação aos 10% de portadores heterozigóticos do gene da doença de Wilson que manifestam diminuição das concentrações séricas de ceruloplasmina, mas nunca desenvolvem sintomas ou sinais clínicos da doença. Estes indivíduos, que representam ≈1:2000 pessoas na população geral, podem apresentar um dilema diagnóstico difícil se desenvolverem fortuitamente hepatite ou cirrose secundária a outras etiologias, imitando assim as características clínicas, bioquímicas e histológicas da doença de Wilson.

Estudos sistemáticos em humanos sugerem que o consumo de bebidas ou água potável com cobre acima de 5-6 mg/L resulta em náuseas, vômitos e diarréia em >5% das pessoas expostas (24). Assim, a atual diretriz da Organização Mundial da Saúde para água potável foi fixada em 2 mg/L. Este valor foi considerado seguro para exposição crônica da população, pois por enquanto não há evidências do contrário, exceto para pacientes com doença de Wilson (24). No entanto, um grupo de peritos da Academia Nacional de Ciências dos EUA pediu para examinar se o limite americano de 1,3 mg Cu/L em água poderia ser aumentado para 2 mg/L manteve o nível existente porque apenas metade dos peritos aceitaram a mudança proposta (25, 26). A metade restante estava preocupada com os potenciais efeitos crónicos na saúde, devido à frequência incerta da susceptibilidade genética. Eles consideraram que até 1% da população era heterozigota para o gene da doença de Wilson e potencialmente outro 1% poderia ter outros genes de susceptibilidade, portanto a necessidade de definir o efeito a longo prazo deste nível de exposição em indivíduos geneticamente susceptíveis.

Even se tivéssemos o marcador perfeito para a doença de Wilson, com um poder preditivo de 100%, seria necessário um grande tamanho de amostra para demonstrar a presença ou ausência de risco com poder suficiente para orientar a acção preventiva a nível da população. Mostrado na Tabela 1 é o risco específico para vários potenciais desfechos clínicos e subclínicos e o risco populacional global de qualquer efeito mensurável considerando diferentes níveis de exposição da população com base no modelo apresentado na Figura 1. Os parâmetros são baseados nas frequências conhecidas de defeitos genéticos que definem o aumento da susceptibilidade a níveis de exposição mais baixos. É aparente que em exposições habituais seria extremamente raro encontrar sinais clínicos ou mesmo subclínicos; assim, a única medida sensível para o excesso de cobre seriam os índices que predizem a carga de cobre no fígado. Por exemplo, se a prevalência de indivíduos heterozigotos é de 1%, e todos aqueles que carregam um gene anormal têm acúmulo excessivo de cobre no fígado, desde que tivéssemos o biomarcador perfeito precisaríamos >3000 sujeitos para demonstrar com 90% de potência e 0,05 significância um risco relativo de 2:1 de acúmulo de excesso de cobre em relação ao normal. Se o risco relativo fosse de 10:1, precisaríamos de um pouco menos de sujeitos (27). Entretanto, se selecionássemos cirrose hepática como o resultado relevante, precisaríamos entre 100 000 e 500 000 sujeitos para demonstrar um risco relativo de 10:1 com 90% de potência e significância de <0,05. Este grande número é necessário porque a cirrose ainda seria bastante rara, talvez no máximo 1 por 10 000, considerando que o estado homozigoto se manifesta clinicamente em média apenas 1 em 30 000. Estes números seriam ainda maiores se apenas uma fração da população fosse exposta ao determinado nível de cobre (27).