Mangan este un element chimic cu simbolul elementului Mn. Este al 12-lea cel mai abundent element din scoarța Pământului la aproximativ 0.1% - hidrosferă (suprafață și subsol de apă) și litosferă (scoarța Pământului, inclusiv partea exterioară a mantalei exterioare) incluse - și al treilea cel mai abundent metal de tranziție după de fier și titan. Dintre stările de oxidare posibile Mn-3 până la Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + și Mn7 + sunt cele mai semnificative. În sistemele biologice, Mn2 + (mangan II) este forma predominantă împreună cu Mn3 +. Mangan este un element constitutiv> 100 minerale inclusiv sulfuri, oxizi, carbonați, silicați, fosfați și borați. Mangan II sare, cu excepția manganului fosfat și carbonatul de mangan, sunt de obicei ușor solubili în de apă, în timp ce compușii manganului în stări de oxidare mai ridicate sunt de obicei puțin solubili. În organismul uman, manganul joacă rolul unei componente integrale specifice a anumitor enzime, la fel ca antioxidant superoxid dismutază (MnSOD, conversia anionilor superoxid formați endogen în timpul respirației celulare în hidrogen peroxid, care se reduce la de apă de altul enzime și astfel detoxifiat) și arginază (degradarea aminoacidului arginină la ornitină și uree), care este integrat în ciclul ureei (conversia azot (N) care conține produse de degradare, în special amoniu (NH4 +) în uree, care se excretă prin rinichi → dezintoxicare of amoniac (NH3)), joacă un rol esențial. În plus, manganul - fie prin schimbarea conformațională a proteinei, fie prin legarea la substrat - este un activator sau, respectiv, cofactor, de numeroase enzime, cum ar fi glicoziltransferaza în sinteza glicozaminoglicanilor (liniari construiți din unități de dizaharide repetate, acid polizaharide) și proteoglicanii (glicoproteine puternic glicozilate constând dintr-o proteină și unul sau mai mulți glicozaminoglicanii legați covalent), respectiv, este o componentă importantă a matricei extracelulare (matricea extracelulară, substanța intercelulară, ECM, ECM; țesut aflat între celule - în spațiul intercelular ), ca cartilaj și os. Legarea manganului (Mn2 + la Mn7 +) de liganzii săi are loc preferențial prin oxigen (simbolul elementului: O). Manganul este un oligoelement care este esențial (necesar pentru viață) pe de o parte și are o toxicitate ridicată (toxicitate) pe de altă parte, manganul divalent (Mn2 +) fiind mai toxic decât trivalentul (Mn3 +). În consecință, trebuie avută grijă la ingerarea manganului în cantități adecvate, dar nu în doze excesive. Manganul este prezent în toate țesuturile vegetale și animale datorită apariției sale omniprezente (latină ubique: „distribuită peste tot”), organele de reproducere ale plantelor fiind cele mai bogate în mangan. În timp ce cantități mari de mangan se găsesc uneori în alimentele de origine vegetală, cum ar fi cerealele integrale, orezul, leguminoasele (leguminoase), nuci, legume cu frunze verzi, fructe și frunze de ceai, conținutul de mangan din alimentele de origine animală, cum ar fi carnea, peștele și lapte, și în amidon foarte purificat și zahăr produsele sunt de obicei foarte scăzute.
Absorbție
Manganul furnizat oral intră în intestinului subtire pentru absorbție. Până în prezent, există puține cunoștințe despre mecanism. Unii autori au demonstrat că manganul are același lucru absorbție cale cu oligoelement de fier. În consecință, manganul sub formă de Mn2 + este absorbit în enterocite (celule ale intestinului subțire epiteliu) predominant în duoden (duoden) și jejun (jejun) cu ajutorul transportorului de metal divalent-1 (DMT-1), care transportă metale de tranziție divalente împreună cu protoni (H +). Acest proces este dependent de energie și are loc în conformitate cu cinetica de saturație. Conform lui Tallkvist și colab. (2000), manganul (Mn2 +) - analog cu de fier (Fe2 +) - pătrunde în fluxul sanguin prin membrana basolaterală (orientată departe de intestin) a enterocitelor prin intermediul proteinei de transport feroportin-1. Fie că este pasiv absorbție mecanismul este disponibil pentru mangan, pe lângă absorbția activă necesită investigații suplimentare. Rata de absorbție a manganului din alimente în condiții fiziologice este între 3-8%. Poate fi mai mare la sugari și copii mici, cu un nivel scăzut de aprovizionare cu mangan sau cu un aport scăzut de mangan. Atunci când aprovizionarea cu mangan depășește cerința, biodisponibilitate scade. Nivelul absorbției manganului este influențat de numeroase componente dietetice:
- Calciul - conform mai multor studii, suplimentarea cu calciu la 500 mg / zi are ca rezultat scăderea biodisponibilității manganului, cu fosfat de calciu și carbonat cu cel mai mare efect și calciu din lapte având cel mai mic efect; alte studii au arătat doar efecte minime ale suplimentării cu calciu asupra metabolismului manganului
- Magneziu - cu supliment de magneziu de aproximativ 200 mg / zi, absorbția de mangan este redusă
- Fosfați - fosfați dietetici, cum ar fi din carne vindecată, brânză procesată și băuturi răcoritoare, afectează absorbția intestinală (care afectează intestinul) de mangan
- Acidul fitic, acid oxalic, taninuri - fitații din cereale, leguminoase etc., oxalații, de exemplu, din legumele de varză, spanac și cartofi dulci și taninurile din ceai reduc biodisponibilitatea manganului
- Fier - inhibarea reciprocă a absorbției → fierul și manganul concurează pentru aceleași mecanisme de absorbție și transport, de exemplu, DMT-1.
- Absorbția de mangan dintr-o masă scade odată cu creșterea conținutului de fier din dietă, deoarece expresia DMT-1 este reglată în jos în enterocite (celule ale epiteliului intestinal subțire)
- Potrivit lui Davis și Greger (1992), suplimentarea cu fier - 60 mg / zi timp de 4 luni - este asociată cu scăderea nivelului seric de mangan și reducerea activității superoxid dismutazei (MnSOD) dependente de mangan în leucocite (globule albe din sânge), indicând o scădere a manganului stare
- Aprovizionarea individuală cu fier este un factor major care influențează manganul biodisponibilitate. Dacă deficit de fier este prezentă, absorbția de mangan poate fi crescută de 2-3 ori datorită expresiei crescute a DMT-1 în enterocite. „Depozite complete de fier” - măsurabile după ser feritinei nivelurile (proteine de stocare a fierului) - pe de altă parte, sunt asociate cu o scădere a absorbției intestinale de mangan - datorită reglării în jos (reglării în jos) a sintezei celulare DMT-1. Având în vedere faptul că depozitele mai mari de fier sunt în general detectabile la bărbați în comparație cu femeile, bărbații în general absorb mai puțin mangan decât femeile.
- Cobalt - Cobaltul și manganul interferează reciproc cu absorbția intestinală, deoarece ambele metale de tranziție utilizează DMT-1
În plus, aportul excesiv de fibre alimentare, din oligoelemente cadmiu și cupru, de rafinat carbohidrati precum industrial zahăr și produse din făină albă, precum și mărite alcool consum, duce, de asemenea, la scăderea absorbției de mangan. În mod similar, utilizarea anumitor medicamente, cum ar fi magneziu-conținând antiacide (neutralizant stomac acid), laxative (laxative) și antibiotice, este asociat cu afectarea absorbției intestinale de mangan după ce sunt luate împreună cu alimente care conțin Mn sau suplimente. Spre deosebire de factorii enumerați mai sus, lapte crește biodisponibilitate de mangan.
Transportul și distribuția în organism
Manganul absorbit este transportat sub formă liberă sau legat de alfa-2-macroglobuline (proteine a sânge plasmă) prin portal nervură la ficat. Acolo, majoritatea manganului intră în circulația enterohepatică (ficat-intestin circulaţie), care implică livrarea de la ficat cu bilă la intestin, absorbția reintestinală și transportul portal la ficat. O mică parte din mangan este eliberată din ficat în sânge și, după o schimbare a valenței de la Mn2 + la Mn3 +, care are loc prin oxidare prin coeruloplasmină (alfa-2 globulină de sânge plasmă), este legat de transferină (beta globulina, care este în primul rând responsabilă de transportul fierului) sau o proteină de transport specifică, cum ar fi beta-1 globulina, care trebuie preluată de țesuturile extrahepatice (în afara ficatului). Deoarece manganul concurează cu fierul pentru același transport proteine, legarea manganului la transferină este mărită în deficit de fier, întrucât este redus în exces de fier. Nivelurile ridicate de fier din organism pot în cele din urmă conduce la concentrații reduse de mangan în țesuturi și astfel la activitate redusă a enzimelor dependente de mangan. Manganul este, de asemenea, transportat în sânge plasma ca o componentă a eritrocite (globule roșii) - legat de porfirină (colorant chimic organic format din patru inele pirolice). Conținutul de mangan din corpul uman este de aproximativ 10-40 mg. Țesutul mediu concentrare de mangan variază între 0.17-0.28 mg / kg greutate corporală și este semnificativ mai mică decât cea a fierului și zinc. Aproximativ 25% din totalul manganului din corp se găsește în os, în principal în măduvă osoasă. Concentrații mari de mangan pot fi, de asemenea, detectate în ficat, rinichi, pancreas (pancreas), glanda pituitară (glanda pituitară) și intestinală epiteliu (intestinal membranei mucoase). Manganul se găsește și în păr, mușchi, glandă mamară și sudoare. La copii și animale tinere, manganul este concentrat preferențial în specificații creier regiuni. Intracelular (în interiorul celulelor), manganul este localizat în principal în mitocondriile („Centrale energetice” ale celulelor), unde oligoelementul acționează ca o componentă integrală sau activator al anumitor sisteme enzimatice, cum ar fi piruvat carboxilază (gluconeogeneză (nouă formare de glucoză de la precursori organici fără carbohidrați, cum ar fi piruvatul)) și prolidaza (furnizarea aminoacidului prolină pentru sinteza colagen (cea mai importantă proteină structurală a matricei extracelulare, cum ar fi cartilaj, os, tendoane, piele și nave)). Mai mult, o piscină de mangan este disponibilă în lizozomi (organite celulare care stochează enzime pentru degradarea materialelor endogene (celulare) și exogene (necelulare) - bacteriene, virale etc.) și în nucleu, printre altele. Depozitare specifică proteine, Cum ar fi feritinei pentru fier, nu sunt cunoscute pentru mangan. Astfel, spre deosebire de fier și cupru, oligoelementul nu este stocat în ficat la aporturi mari, ci se acumulează (se acumulează) în anumite țesuturi, cum ar fi creier. Din acest motiv, manganul are un efect toxic (otrăvitor) în doze mari. Intoxicațiile cu mangan datorate aportului alimentar excesiv nu au fost observate. În cazul aportului de apă potabilă și minerală cu un conținut ridicat de mangan (mangan maxim admis concentrare în apă potabilă: 0.05 mg / l), aport pe termen lung de mangan suplimente, și expunerea cronică profesională - inhalare de praf sau vapori care conțin Mn (> 1 mg / m3 aer) în minele de mangan, fabricile de mangan, topitorii de metale, fabricile din industria metalică și fabricile de prelucrare a Mn - pot duce, totuși, la intoxicație cu oligoelementul, în special la copii din cauza acumulării preferențiale de mangan în creier [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Mangan din apă potabilă și suplimente este mai disponibil decât din alimente, rezultând acumularea mai mare a oligoelementului în corp, în primul rând în creier. Particulele de mangan inhalate prin intermediul tractului respiratorspre deosebire de manganul absorbit intestinal, sunt transportate direct în creier fără a fi mai întâi metabolizate (metabolizate) în ficat. Concentrații mari de Mn3 + conduce la conversia oxidativă a neurotransmițător dopamina la un compus trihidroxi care dăunează neuronilor care sintetizează dopamina din central sistem nervos (SNC). Simptomele intoxicației cu mangan rezultă astfel dintr-o dopamina deficiență și afectează în special SNC. În plus, deteriorarea ficatului, pancreasului și plămânilor - tuse, bronșită (inflamația bronhiilor) Şi pneumonie (inflamația plămânilor) datorită particulelor de mangan inhalate - poate apărea, de asemenea. Intoxicația ușoară cu mangan duce la simptome nespecifice, cum ar fi transpirația abundentă, obosealăși amețeli. La niveluri mai ridicate de mangan, simptomele nervoase centrale sunt proeminente, începând cu apatie (lipsă de apariție), astenie (slăbiciune), anorexie (pierderea poftei de mâncare), insomnie (tulburări de somn) și mialgie (mușchi durere) și progresează către tulburări senzoriale, anomalii reflexe, musculare crampe, și instabilitatea mersului cu latero-, pro- și retropulsie (tendința de a cădea în lateral, înainte, înapoi). În stadiile târzii, simptome similare cu boala Parkinson (tulburare neurologică caracterizată printr - un deficit de dopamina), cum ar fi rigoarea (rigiditatea musculară), tremur (tremur muscular), instabilitate posturală (instabilitate posturală), bradikinezie (mișcări încetinite) la akinezie (lipsa mișcării) și / sau tulburări mentale, cum ar fi iritabilitate, agresivitate, depresiune, dezorientare, memorie pierderea și halucinații - „nebunie manganică”. Aceste simptome răspund parțial la terapie cu L-dopa (L-3,4-dihidroxifenilalanină pentru sinteza endogenă a dopaminei). Pe lângă persoanele care au inhalat particule de mangan sau au consumat apă potabilă și minerală bogată în Mn sau suplimente care conțin Mn de mulți ani datorită ocupației lor, există de asemenea, un risc crescut de intoxicație cu mangan la următoarele grupuri de persoane sau boli:
- Persoanele, în special nou-născuții, sugarii și copiii mici, pe bază de nutriție parenterală totală (TPE, formă de hrănire artificială care ocolește tractul gastrointestinal) - concentrația excesivă de mangan în soluția de perfuzie și / sau contaminarea soluției nutritive cu mangan pot provoca intoxicație; sugarii cu TPE care conțin Mn sunt expuși la concentrații de mangan de aproximativ 100 de ori mai mari decât sugarii alăptați
- Boală hepatică cronică - formarea afectată a bilei în ficat și livrarea redusă în intestin duce la scăderea excreției de mangan în scaun, având ca rezultat creșterea concentrațiilor serice de mangan
- Nou-născuți - concentrație preferențială de mangan în creier, parțial datorită expresiei crescute a receptorilor de transferină în neuroni în curs de dezvoltare și parțial datorită eliminării limitate a manganului cu fecale (scaun) ca urmare a funcției hepatice care nu a fost încă complet maturizată pentru a produce bilă
- Copii - spre deosebire de adulți, sugarii și copiii au absorbție intestinală mai ridicată de mangan și biliară mai mică (afectează bila) excreție de mangan (excreție de mangan)
- Vârstnici (> 50 de ani) - sunt mai predispuși să aibă boli hepatice asociate cu scăderea excreției de mangan și creșterea concentrațiilor serice de mangan comparativ cu adulții tineri
- Deficiență de fier - absorbția de mangan este crescută datorită încorporării crescute a DMT-1 în membrana de la marginea periei a enterocitelor (celule ale intestinului subțire) epiteliu).
Datorită riscului ridicat de intoxicație, un UL specific (engleză: Tolerable Upper Intake Level - cantitate maximă de micronutrienți care nu provoacă efecte secundare la aproape toți indivizii de orice vârstă atunci când este luat zilnic) pentru mangan. Potrivit FNB (Food and Nutrition Board, Institute of Medicine), UL pentru copii cu vârsta cuprinsă între 1-3, 4-8 și 9-13 ani este de 2 mg, 3 mg și respectiv 6 mg / zi; pentru adolescenți (14-18 ani), 9 mg / zi; iar pentru adulți (≥ 19 ani), 11 mg / zi. Pentru sugari (0-12 luni), nu a fost încă stabilit un UL pentru mangan. Aici, aportul de mangan ar trebui să fie exclusiv lapte matern sau înlocuitori și alimente ale laptelui matern. Deoarece vârstnicii (> 50 de ani) sunt mai susceptibili la intoxicația cu mangan decât adulții tineri datorită, printre altele, unei incidențe mai mari a bolilor hepatice, Grupul Național de Experți din Marea Britanie a stabilit un aport total acceptabil de mangan (nivel maxim sigur de mangan care nu va provoca efecte adverse cu un aport zilnic pe viață din toate sursele) de 8.7 mg / zi pentru această grupă de vârstă.
Excreţie
Excreția de mangan este în mare parte prin bilă cu fecale (scaun) (99%) și doar ușor prin rinichi cu urină (<0.1%). Excreția de mangan la om este bifazică, cu perioade de înjumătățire de 13-34 de zile. Homeostazia manganului este reglementată în primul rând prin ajustarea excreției endogene (endogene), mai degrabă decât prin absorbția intestinală. Ficatul este de o importanță crucială în acest proces, eliberând mangan în intestin cu bilă în cantități variabile, în funcție de starea de aprovizionare. În excesul de mangan, excreția depășește reabsorbția intestinală, în timp ce în deficiență, mai mult mangan este reabsorbit în intestin decât excretat prin fecale. La nou-născuți, această reglementare homeostatică nu este încă pe deplin dezvoltată. Spre deosebire de reabsorbția de mangan, excreția de mangan rămâne neafectată de starea de aprovizionare endogenă a altor substanțe chimice similare. oligoelemente, după cum arată studiile cu mangan radiomarcat.
