I fatti sul rame

Cos'è il rame?

Il rame è un elemento metallico bruno-rossastro chiaro con il simbolo "Cu" e il numero atomico 29 nella tavola periodica degli elementi. Il nome rame deriva dalla parola Cipro, l'isola dove i romani si rifornivano di rame. È stato il primo metallo ad essere ampiamente utilizzato dagli esseri umani.

Il rame puro presente in natura è chiamato "rame nativo". Il rame si trova in natura anche mescolato con altri elementi in numerosi composti, molti dei quali caratterizzati dal colore blu-verde. Turchese, malachite e azzurrite sono tre composti di rame dai colori brillanti usati come pietre preziose. Il solfato di rame e l'ossido di rame sono due importanti composti del rame utilizzati nell'industria e nell'agricoltura. Il rame può essere miscelato con altri metalli per formare leghe, come bronzo (rame e stagno) e ottone (rame e zinco).

Il rame ossidato, ovvero il rame esposto all'aria, sviluppa una patina verde, o "patina", che può essere osservata su vecchi penny di rame, sulla Statua della Libertà e sui tetti di rame.

Dove si trova il rame?

Il rame è naturalmente presente nelle rocce, sia nella sua forma pura che in composti. I processi geologici, meteorologici e biologici disperdono il rame nell'aria, nel suolo e nell'acqua, nonché negli organismi.

I più grandi depositi di minerale di rame conosciuti al mondo si trovano a Chuquicamata nelle Ande cilene, mentre il più grande deposito di rame nativo si trova nella Penisola superiore del Michigan. I maggiori produttori di rame sono il Cile, che fornisce il 35 percento del rame mondiale, e gli Stati Uniti, che ne producono circa l'11 percento. Anche il Canada, i paesi dell'ex Unione Sovietica, lo Zambia, la Cina, la Polonia e la Repubblica Democratica del Congo sono nazioni produttrici di rame.

L'attività umana è responsabile di gran parte del rame presente oggi nell'aria, nel suolo e nell'acqua. Le attività industriali come fonderie, fonderie, centrali elettriche, inceneritori e altre fonti di combustione emettono rame nell'atmosfera, dove può tornare alla terra sotto forma di precipitazioni. Le fonderie e altri impianti di produzione del rame emettono elevate concentrazioni di rame nell'aria e nel suolo circostanti. Le miniere di rame possono essere una fonte significativa di inquinamento. Il rame e altri minerali presenti nelle scorie, i rifiuti rimasti dopo che il minerale è stato estratto dalla roccia, finiscono nel suolo e nei corsi d'acqua. L'acqua può essere inquinata anche da una serie di altre fonti di rame, tra cui il deflusso agricolo delle aziende agricole che utilizzano pesticidi a base di rame.

Il rame è un elemento essenziale per tutti gli organismi viventi, pertanto è presente negli alimenti che mangiamo – siano essi vegetali o animali – e nei tessuti umani.

Quali sono gli usi del rame?

Gli esseri umani utilizzano il rame da quasi diecimila anni. Sin dai tempi antichi, il rame è stato utilizzato da solo e in combinazione con altri metalli per realizzare armi, strumenti, articoli per la casa e opere d'arte.

L'elevata conduttività del rame lo ha reso il metallo prescelto nello sviluppo dell'ingegneria elettrica nel XVIII e XIX secolo. Il rame è il terzo metallo più ampiamente consumato a livello globale, dopo acciaio e alluminio. Oggi, l'edilizia rappresenta il maggiore consumo di rame. Il rame è utilizzato nella costruzione di case e altri edifici, nella fabbricazione di automobili e aeroplani e per tubi idraulici. L'industria elettrica e dei prodotti elettrici è il secondo maggiore consumatore di rame. Il rame è utilizzato anche nelle telecomunicazioni. Una quantità significativa di rame utilizzato negli Stati Uniti proviene da rottami riciclati e rottami rimasti dalla produzione di rame.

Un penny americano in lega di rame del 1936, un penny in acciaio zincato del 1943 e un moderno penny in zinco rivestito in rame del 2004. Credito fotografico: Programma di ricerca sui metalli tossici di Dartmouth

I penny degli Stati Uniti erano realizzati in rame puro dal 1793 al 1837. Negli anni successivi, erano realizzati in varie leghe di rame, tra cui bronzo e ottone. Nel 1943, quando le forniture di rame furono destinate allo sforzo bellico della seconda guerra mondiale, la maggior parte dei penny coniati era in acciaio zincato. Dal 1982, i penny contengono solo il 2,5 percento di rame: sono zinco con un sottile rivestimento di rame.

Il solfato di rame, un sale di rame naturale e artificiale, è utilizzato come fungicida sulle colture, come pesticida per uccidere lumache e limacce e come trattamento delle acque per uccidere la vegetazione acquatica. Questa sostanza chimica ha una grave tossicità cronica con implicazioni per i lavoratori agricoli e l'ambiente.

Moderni bracciali in rame o lega di rame dello Zimbabwe. Credito fotografico: Dartmouth Toxic Metals Research Program

I composti di rame sono anche usati per preservare il legno e come prodotti chimici per la concia delle pelli e come mordenti (fissativi) nella tintura tessile. Il rame è ancora oggi usato per opere d'arte e gioielli in tutto il mondo. In alcune parti dell'Africa, bracciali e opere d'arte in rame sono realizzati con fili di rame e scarti di scarto. In molte parti dell'Asia meridionale e sud-orientale, rame, ottone e bronzo sono ampiamente usati in pentole, piatti, statue religiose e opere d'arte. I Navajo e altre nazioni tribali del sud-ovest degli Stati Uniti a volte usano il rame nei gioielli.

Abbiamo bisogno del rame per la salute?

Cibi che contengono rame. Credito fotografico: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Il rame è un nutriente essenziale per tutti gli esseri viventi. Il rame è un componente di oltre 30 enzimi nel corpo umano, tra cui alcuni coinvolti nella sintesi del collagene. Negli esseri umani, il rame è necessario per lo sviluppo sano del tessuto connettivo, delle coperture nervose e delle ossa. È anche coinvolto nel metabolismo del ferro e dell'energia. La carenza di rame, sebbene rara, può causare anemia e anomalie del tessuto connettivo, delle ossa e del sistema nervoso.

Le linee guida Dietary Reference Intake (DRI), stabilite nel 2001 dall'US Food and Nutrition Board del National Academies Institute of Medicine, stabiliscono sia le dosi dietetiche raccomandate (RDA) sia i livelli massimi di assunzione di rame. La raccomandazione di assunzione del gruppo è di 0,9 milligrammi di rame al giorno per gli adulti, di più per le donne che allattano (1,3 milligrammi) e di meno per i bambini (0,34 milligrammi per i bambini fino a tre anni e 0,44 milligrammi per i bambini tra i quattro e gli otto anni). Il limite massimo è di 10 milligrammi al giorno per gli adulti sani. Poiché il corpo non sintetizza il rame, questo livello essenziale di rame deve provenire dall'alimentazione.

Buone fonti di rame alimentare sono fegato e altre frattaglie, ostriche, noci, semi, cioccolato fondente e cereali integrali. Un po' di rame è presente anche in patate, uvetta, funghi, ceci e altri legumi. Bere acqua fornita in tubi di rame può contribuire all'assunzione di rame.

Un eccesso di zinco nella dieta può causare carenza di rame.

Il rame può rappresentare un rischio per la salute?

Proprio come una certa quantità di rame è essenziale per una buona salute, una quantità eccessiva può essere dannosa. Un essere umano sano può espellere una certa quantità di rame in eccesso. Tuttavia, dosi elevate, esposizione a lungo termine e determinate vie di esposizione possono sopraffare i processi biologici che espellono il rame in eccesso dal corpo.

L'inalazione di polvere e fumi di rame (provenienti da impianti di produzione e lavorazione del rame) può influenzare il tratto respiratorio causando tosse, starnuti e dolore al petto. Può anche influenzare negativamente il tratto gastrointestinale causando nausea e diarrea. Anche la funzionalità epatica ed endocrina può essere compromessa. Alcuni studi hanno mostrato cambiamenti nel sangue, inclusa una diminuzione dell'emoglobina e della conta degli eritrociti dopo l'esposizione al rame per inalazione. La polvere e i fumi di rame possono causare irritazione agli occhi, mal di testa e dolori muscolari.

L'ingestione di grandi quantità di composti di rame (come il solfato di rame) può causare la morte per insufficienza del sistema nervoso, epatica e renale. Alcuni studi hanno dimostrato che l'ingestione di rame può anche essere implicata nella malattia coronarica e nell'ipertensione, sebbene altri studi abbiano dimostrato che la carenza di rame può svolgere un ruolo nella malattia coronarica. Livelli elevati di rame nell'acqua potabile possono causare vomito, dolore addominale, nausea, diarrea e sono stati segnalati in persone che bevono acqua da tubi di rame.

Lo zinco e gli agenti chelanti possono essere utilizzati per rimuovere il rame in eccesso dal corpo.

Non è noto che il rame abbia un ruolo nel cancro o nei difetti congeniti.

Chi è a rischio di avvelenamento da rame?

Grandi dosi di composti contenenti rame, come il solfato di rame, sono velenose anche per chi ha un fegato sano. Tuttavia, alcune persone sono a maggior rischio di tossicità da rame. Le persone con determinate malattie del fegato e quelle con un'incapacità ereditaria di metabolizzare il rame sono particolarmente sensibili alla tossicità da rame, come le persone con la malattia di Menkes, l'aceruloplasminemia ereditaria e la malattia di Wilson.

La penicillamina, la cui struttura chimica è qui mostrata, viene utilizzata come agente chelante nel trattamento della malattia di Wilson. Credito fotografico: Programma di ricerca sui metalli tossici di Dartmouth

Le persone affette dalla malattia di Wilson, un'incapacità ereditaria recessiva di eliminare il rame dal corpo, sono particolarmente a rischio di sviluppare livelli tossici di rame nei loro tessuti, in particolare nel fegato e nel cervello. Se non curata, questa condizione può portare a insufficienza epatica, gravi problemi neurologici o psichiatrici e morte.

La malattia di Wilson può essere trattata efficacemente usando l'acetato di zinco, che blocca l'assorbimento del rame. Anche gli agenti chelanti sono efficaci perché si legano al rame nel corpo e ne consentono l'escrezione nelle urine. Entrambi i tipi di trattamento devono essere continui per tutta la vita del paziente. Anche la riduzione del rame nella dieta può ridurre i sintomi, sebbene questo da solo non sia un trattamento efficace. I portatori della malattia, ovvero le persone con una copia del gene difettoso, non svilupperanno la malattia ma potrebbero avere un metabolismo del rame leggermente anomalo. Sebbene la malattia di Wilson si riscontri solo in una persona su 30,000 in tutto il mondo, fino a una persona su 100 potrebbe essere portatrice del gene della malattia. Esistono diversi metodi per la diagnosi della malattia, come l'analisi delle urine e la biopsia epatica. Non è ancora disponibile uno screening genetico per identificare gli individui a rischio perché la malattia è causata da una qualsiasi delle 200 mutazioni.

Esistono altre condizioni che coinvolgono la tossicità del rame che sembrano avere un legame genetico. La cirrosi infantile indiana, che colpisce i bambini dei paesi dell'Asia meridionale, sembra essere il risultato di una predisposizione genetica alla sensibilità al rame combinata con un'elevata esposizione al rame (spesso proveniente dal latte bollito in pentole di rame o ottone). Condizioni simili nei bambini si sono verificate in altre parti del mondo dove l’acqua conteneva alti livelli di rame. Ancora una volta, questi bambini sembrano avere una predisposizione genetica verso uno scarso metabolismo del rame.

Le persone che vivono vicino o lavorano in strutture di produzione di rame come miniere, fonderie o impianti di raffinazione, o nella produzione di rame sono a rischio elevato di esposizione a quantità eccessive di rame. L'esposizione può verificarsi tramite inalazione di polvere di rame e fumi di rame.

Il rame nell'ambiente è un rischio per la salute?

La risposta a questa domanda è complessa. Il rame è un nutriente necessario e si trova naturalmente nell'ambiente in rocce, terreno, aria e acqua. Entriamo in contatto con il rame da queste fonti ogni giorno, ma la quantità è solitamente minima. Parte di quel rame, in particolare nell'acqua, può essere assorbito e utilizzato dal corpo. Ma gran parte del rame con cui entriamo in contatto è strettamente legato ad altri composti, il che non lo rende né utile né tossico. È importante ricordare che la tossicità di una sostanza si basa sulla quantità a cui un organismo è esposto e sulla durata e sulla via dell'esposizione.

Ci sono fonti di rame nell’ambiente che rappresentano un rischio per la salute. È noto che circa la metà dei siti di rifiuti pericolosi presenti nell'elenco delle priorità nazionali dell'EPA contengono rame. L’aria e il suolo vicino agli impianti di lavorazione del rame, come le fonderie, in genere presentano livelli di rame molto più elevati rispetto ad altre aree. Il deflusso agricolo può contenere pesticidi a base di rame. Questi possono rappresentare un rischio per la salute degli esseri umani. Tuttavia, il rame si lega molto facilmente ai composti presenti nel suolo e nell’acqua, riducendone la biodisponibilità per l’uomo.

Una potenziale fonte di eccessiva esposizione al rame negli esseri umani proviene dall’acqua potabile trasferita attraverso tubi di rame e dispositivi per lavelli in ottone. Piccole quantità di rame proveniente dagli impianti idraulici penetrano nell'acqua, in particolare nell'acqua calda e nell'acqua rimasta nei tubi per diverse ore o durante la notte. L’acqua acida (pH basso) liscivierà più rame rispetto all’acqua più basica (pH alto). È probabile che l'acqua dolce contenga più rame dell'acqua dura perché non contiene i minerali che formano uno strato protettivo all'interno dei tubi, impedendo la lisciviazione del rame. Le macchie d'acqua blu-verdi sotto i rubinetti sono un indicatore della presenza di rame nell'acqua. Alcune persone che bevono acqua con alti livelli di rame possono avvertire nausea, vomito, dolore addominale e diarrea. La quantità di rame che si trova tipicamente nell’acqua degli impianti idraulici in rame di solito non è una minaccia per la salute.

Usare solo acqua fredda dal rubinetto per bere e preparare il cibo può ridurre la quantità di rame che fuoriesce dall'impianto idraulico. Far scorrere l'acqua finché non diventa molto fredda dopo che è rimasta nei tubi durante la notte o per più di sei ore ridurrà anche i livelli di rame. Assicurarsi che nessun elettrodomestico sia collegato a terra all'impianto idraulico può ridurre la corrosione dei tubi. Anche i filtri per l'acqua possono rimuovere il rame dall'acqua. Controllare l'etichetta del produttore del filtro per vedere se il rame è una delle sostanze chimiche filtrate.

Esistono linee guida o standard federali sul rame?

Ai sensi del Safe Drinking Water Act federale, l’Environmental Protection Agency (EPA) degli Stati Uniti limita la quantità di rame nelle forniture pubbliche di acqua potabile a 1,3 mg per litro. Ai sensi del Superfund Act, l'EPA considera 5,000 libbre di rame o 10 libbre di solfato rameico in un'area come una "sostanza pericolosa".

La Food and Drug Administration (FDA) statunitense non consente più di 1 mg di rame per litro di acqua in bottiglia. Il National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) e l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) hanno ciascuno i propri standard per la quantità di rame e fumi di rame consentiti sul posto di lavoro.

Dove posso saperne di più sul rame?

L'Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) dei Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie ha pubblicato un'eccellente dichiarazione sulla salute pubblica sul rame, disponibile sul sito dell'Agency for Toxic Substance & Disease Registry.

L'Agenzia per le sostanze tossiche e il registro delle malattie (ATSDR) dei Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie ha un profilo tossicologico approfondito sul rame presso l'Agenzia per le sostanze tossiche e il registro delle malattie.