Mangan: za kaj je koristen v človeškem telesu? Viri v hrani in vodi

Mangan in njegove lastnosti

Mangan je mineralni element, znan po kemijskem imenu Mn, ki izhaja iz latinske besede manganum.

Je dvanajsti najpogostejši element na planetu. V sledovih je tudi pomembna sestavina živih organizmov.

Mangan v človeškem telesu: ali je koristen? Kako prepoznati njegovo pomanjkanje ali presežek?

Mangan je kot kemični element leta 1774 prvič prepoznal švedski kemik Carl Wilhelm Scheele, in sicer kot del minerala piroluzita.

Istega leta ga je s segrevanjem piroluzita izoliral še en švedski kemik Johan Gottlieb Gahn.

Ime mangan izvira iz latinske besede "magnes", kar v prevodu pomeni magnet. To se spet nanaša na njegov mineral piroluzit, za katerega je bilo ugotovljeno, da ima magnetne lastnosti.

Mangan je element iz 7. skupine periodnega sistema kemijskih elementov in se nahaja v 4. periodi.

Uvrščen je v skupino elementov, ki se imenujejo prehodni elementi ali tudi prehodne kovine.

To ime izvira iz časov, ko so kemiki elementom v sredini periodnega sistema pripisovali prehodne lastnosti med alkalnimi kovinami in nekovinami.

Po lastnostih je mangan srebrno-siv kovinski element, ki lahko spominja na železo. Vendar je v primerjavi z železom trši in zelo krhek.

Je reaktiven in zelo lahko oksidira. Na zraku površinsko oksidira, v vodi pa razpade. Mangan in nekatere njegove spojine imajo paramagnetne lastnosti.

Tabelarični povzetek osnovnih kemijskih in fizikalnih podatkov o manganu

Mangan se sprošča v zrak, tla in vodo zaradi naravne erozije zemlje. V prosti obliki ga skoraj ni, prav zaradi njegove reaktivnosti in dejstva, da se zlahka oksidira.

Zato se pojavlja v obliki anorganskih ali organskih spojin. Prevladujejo organske spojine.

V naravi je večinoma razširjen v obliki mineralov. Najpogostejši minerali so oksidi, silikati ali karbonati. Na primer že omenjeni piroluzit (MnO2) ali braunit, psilomelan, rodohrozid.

Danes se mangan in njegove spojine pomembno uporabljajo v industriji v različnih sektorjih.

Največji delež mangana (do 90 % celotne letne proizvodnje) se uporablja v proizvodnji jekla za izboljšanje njegovih lastnosti - povečanje preoblikovalnosti, trdnosti in trajnosti.

Druge uporabe mangana so:

• Dodaja se aluminijevim zlitinam kot zaščitno sredstvo proti koroziji.
• Uporablja se kot pigment, na primer za barvanje stekla, keramike ali dragih kamnov.
• Uporablja se za odstranjevanje zelene barve stekla, ki jo povzroča prisotnost železa.
• Vključen je v baterije.
• V kmetijstvu se uporablja kot dodatek v gnojilih (zlasti za agrume), pesticidih ali sredstvih za uničevanje plesni.
• Izkoriščajo se tudi dezinfekcijski in antiseptični učinki nekaterih manganovih spojin.
• V medicini se uporablja kot kontrastno sredstvo pri slikovnih preiskavah in je pomembna sestavina mleka za dojenčke ali parenteralne prehrane.

Kakšna je funkcija mangana v človeškem telesu?

Mangan je bistven element v sledovih. Ljudje ga potrebujemo le v majhnih količinah. Kljub temu je njegova prisotnost v človeškem telesu ključna za ohranjanje zdravja in normalnih funkcij.

Telo ne more samo proizvajati mangana in je odvisno od njegovega vnosa iz zunanjega okolja.

Osnovna oblika, v kateri se mangan nahaja v živih organizmih, je ion ^Mn2+ ali ^Mn3+.

Mangan ima več pomembnih fizioloških funkcij.

Njegova glavna vloga je povezana z encimi in delovanjem encimskih sistemov v telesu. Mangan je bodisi sestavni del teh encimov (potreben za njihovo tvorbo) bodisi sodeluje pri aktivaciji obstoječih encimov (potreben za njihovo delovanje).

Kateri encimi so vključeni? Dejansko govorimo o širokem spektru encimov iz skupine oksidoreduktov, transferaz, hidrolaz, lias, izomeraz ali ligaz.

V tem razponu encimov najdemo celo encime, ki so strogo odvisni od prisotnosti mangana v telesu. Brez zadostne količine mangana se ti encimi ne tvorijo niti ne aktivirajo.

Primeri vključujejo:

• Glutaminska sinteza - Deluje v možganih, kjer razgrajuje nekatere strupene snovi (presnovna funkcija).
• Superoksid dismutaza - Glavni antioksidativni encim v celicah. Reaktivne kisikove vrste pretvarja v vodo in jih tako ščiti pred poškodbami (antioksidativna funkcija).
• Arginaza - Encim v jetrih, ki je potreben za razgradnjo strupenega amoniaka, ki nastaja med presnovnimi procesi (presnovna funkcija).
• Piruvat karboksilaza - ključni encim za tvorbo glukoze (presnovna funkcija).

Glavne fiziološke funkcije in procese, pri katerih mangan sodeluje z vplivom na encime, lahko torej povzamemo na naslednji način:

• Normalni razvoj organizma
• Vpliv na imunološke, živčne in spolne hormonske funkcije
• antioksidativno delovanje
• uravnavanje presnove sladkorja, maščob in beljakovin
• tvorba energije v celicah
• Rast kosti in hrustanca
• strjevanje krvi
• uravnavanje ravni sladkorja v krvi z vplivom na proizvodnjo inzulina
• Razvoj možganov in njihovih funkcij
• celjenje ran z vplivom na proizvodnjo kolagena

Mangan - od vnosa do izločanja

Absorpcija

Mangan lahko vstopi v telo po več poteh. Najpogostejše poti so prek prebavnega trakta, vdihavanja (inhalacije), parenteralno ali s stikom s kožo.

Med temi potmi prevladuje oralna pot absorpcije, tj. vnos mangana skozi usta. Absorpcija poteka v okolju prebavnega trakta.

Glavni viri mangana so voda, hrana, prehranska dopolnila ali začetne formule za dojenčke.

Mangan se specifično absorbira v tankem črevesu z dvema mehanizmoma - pasivno difuzijo ali aktivnim transportom, ki zahteva energijo. Hitrost absorpcije je razmeroma visoka.

Nosilci, prek katerih mangan prehaja skozi črevesne celice, niso namenjeni posebej manganu. Prenašajo tudi druge kovinske elemente, kot so železo, baker, cink ali kalcij.

Ti med seboj tekmujejo za določen nosilec, kar lahko vpliva na hitrost absorpcije posameznega elementa.

Od skupne zaužite količine mangana se ga v prebavnem traktu absorbira le približno 3-5 %.

Stopnja absorpcije mangana pri ženskah je na splošno višja kot pri moških. To je verjetno posledica razlike v ravni železa med spoloma.

To odraža dejstvo, da železo in mangan za absorpcijo uporabljata isti transporter. Če je raven železa nižja, ima torej mangan več možnosti, da se veže na transporter.

Tudi zato so lahko dnevne prehranske potrebe po vnosu mangana pri ženskah nižje.

Drugi dejavnik, ki vpliva na absorpcijo, je starost. Dojenčki in otroci imajo večji vnos mangana. To temelji na naravno večji potrebi po manganu med rastjo in razvojem otroka.

Drugi načini absorpcije mangana (tj. že omenjeno vdihavanje ali prehod preko kože) najpogosteje vključujejo ljudi, ki pri svojem delu pridejo v stik z manganom, kot so industrijski delavci, rudarji, varilci itd.

Mangan se daje parenteralno (intravensko) nedonošenčkom ali ljudem, ki prejemajo popolno parenteralno prehrano, kot del vzdrževanja ustreznega dnevnega vnosa hranil, vključno z manganom.

Distribucija in predpisi

Absorbirani mangan pride v kri iz prebavnega trakta in se razporedi po različnih delih telesa.

Fiziološka koncentracija v krvi je od 4 do 15 mg/l. Pri ženskah je običajno za približno 30 % višja kot pri moških (zaradi višje stopnje absorpcije).

Mangan se v krvi veže na rdeče krvničke, ki ga prenašajo. prenaša se kot ioni ^Mn2+ ali ^Mn3+. Prevladuje ^Mn2+.

Organi, v katerih so največje količine mangana, so jetra, trebušna slinavka, kosti, debelo črevo, ledvice in možgani (od 0,15 do 1,3 mg/kg). V manjši meri pa sečila ali eritrociti.

Mangan ima sposobnost prehajanja čez krvno-možgansko pregrado, krvno-možgansko pregrado, placento in se izloča tudi v materinem mleku.

Vzdrževanje ravni mangana na fiziološki ravni je pomembno za zdravje in pravilno delovanje telesa. V ta proces so vključeni regulacijski mehanizmi, ki vzdržujejo tako imenovano homeostazo.

Jetra so glavni organ, ki uravnava mangan v telesu. Nadzorujejo njegov vnos in izločanje skozi črevesje.

Po eni strani vplivajo na prenašalce, ki se nahajajo v črevesju, in tako uravnavajo absorpcijo. Po drugi strani zajemajo odvečni mangan iz krvi in ga z žolčem (ki nastaja v jetrih) izločajo nazaj v črevesje.

Zaradi strogega uravnavanja količine mangana, ki se že absorbira v črevesju, je toksičnost zaradi prekomernega vnosa hrane zelo redka.

Najobčutljivejši organ na presežek mangana v telesu so možgani. Pri toksičnosti so prav motnje v delovanju možganov in osrednjega živčnega sistema najbolj očitni in tudi najhujši simptomi.

Izločanje

Glavni način izločanja mangana je žolč, potem ko ga prevzamejo jetra.

Skupaj z žolčem ponovno vstopi v črevesje in se nato iz telesa izloči z blatom.

Bolniki z boleznimi jeter so zato lahko dovzetni za presežek mangana in s tem zastrupitev z manganom.

Poleg tega se mangan v zelo majhnih količinah izloča tudi z urinom, mlekom ali znojem.

Kakšen je priporočeni dnevni vnos mangana?

Priporočila za povprečni dnevni vnos mangana zaradi pomanjkanja podatkov niso bila določena.

Vendar pa Evropska agencija za varnost hrane objavlja vrednosti za ustrezen vnos mangana. Ustrezen vnos je povprečna vrednost, ki temelji na opazovanju. Predpostavlja se, da ustreza potrebam prebivalstva.

Tabela ustreznega dnevnega vnosa mangana po starosti

Prehranski viri mangana

Za večino prebivalstva sta hrana in pitna voda glavna vira mangana, ki lahko zadostno pokrijeta potreben dnevni vnos.

Živila z večjo vsebnostjo mangana so oreščki (lešniki, mandlji, pekan), riž, pšenični kalčki, otrobi, oves, stročnice, zelenolistna zelenjava, sadje (ananas), čaj, čokolada in morski sadeži (zlasti školjke).

Količina mangana v pitni vodi je odvisna od lokacije in stopnje onesnaženosti. giblje se od 1 µg/l do 2 mg/l.

Trenutno so na trgu na voljo prehranska dopolnila, ki vsebujejo mangan, vendar le v obliki pripravkov z več sestavinami - multivitaminskih ali mineralnih dodatkov.

Poleg manganovega sulfata pa se pogosto uporabljajo tudi manganov sulfat, manganov askorbat ali aminokislinski kompleksi z manganom.

Potencialna interakcija med manganom in živili se lahko pojavi ob sočasnem uživanju fitinske kisline, ki je prisotna v oreščkih, semenih, fižolu, soji ali žitih, in oksalne kisline, ki je prisotna v zelju, špinači ali sladkem krompirju.

V obeh primerih je absorpcija mangana rahlo ovirana.

Absorpcija mangana se rahlo zmanjša tudi pri sočasnem uživanju taninov, ki jih je veliko v čajih.

Poleg tega že omenjeno železo v prebavnem traktu pri visokih vsebnostih zmanjšuje absorpcijo mangana. Kalcij in fosfor prav tako zmanjšujeta stopnjo absorpcije mangana.

In magnezij, ki poleg zmanjšanja absorpcije celo poveča izločanje mangana.

Kako prepoznati pomanjkanje in presežek mangana?

Mangan sodeluje v številnih bioloških procesih v človeškem telesu in je praktično nepogrešljiv. Kljub temu lahko njegovo prekomerno kopičenje predstavlja potencialno tveganje.

Meja med dobro in škodljivo ravnjo mangana je precej tanka. Zato je pomembno, da regulativni mehanizmi v telesu delujejo dovolj dobro, da vzdržujejo homeostazo mangana.

Motnje te homeostaze in razvoj pomanjkanja ali presežka mangana običajno povzročijo zdravstvene zaplete ali neželene učinke.

Pomanjkanje mangana

Obstoj nezadostnih količin mangana v telesu je redko stanje, ki ga pri ljudeh skoraj ne opazimo.

V hrani in pitni vodi je namreč dovolj mangana za pokritje dnevnih potreb.

Pojave in zaplete, ki jih povzroča pomanjkanje mangana, so preučevali le eksperimentalno in z umetnim povzročanjem pomanjkanja (večinoma pri živalih).

Pomanjkanje mangana je povzročilo naslednje zaplete:

• upočasnitev rasti in razvoja kosti
• nepravilnosti v obliki skeleta
• poslabšanje reproduktivne funkcije
• poslabšanje gibljivosti
• poslabšano presnovo maščob, beljakovin in ogljikovih hidratov, pretirano toleranco za glukozo
• Spremembe razpoloženja
• Prirojene okvare

V nekaj primerih so pri ljudeh opazili pomanjkanje mangana. V teh primerih so se pojavili simptomi, kot so vnetne kožne bolezni, upočasnjena rast las in nohtov, zmanjšana raven holesterola, zmanjšana strjevanje krvi ali povečana raven kalcija in fosforja v krvi.

Presežek mangana

Pri manganu je veliko pogostejša nasprotna situacija, tj. njegovo kopičenje v telesu.

Presežek je najpogosteje posledica prekomernega zaužitja ali vdihavanja mangana. Povzroči ga lahko tudi odpoved regulativnih procesov, ki vzdržujejo homeostazo.

Skupine tveganja za nastanek presežka mangana v telesu so:

• dojenčki in otroci - zaradi naravno višje stopnje absorpcije mangana v prebavnem traktu
• dojenčki, ki se hranijo z umetnim mlekom, in bolniki, ki prejemajo parenteralno prehrano
• bolniki s prirojeno motnjo prenašalca v jetrih, ki sodeluje pri izločanju mangana
• Bolniki s kronično boleznijo jeter, ki povzroča slabo delovanje jeter v smislu izločanja odvečnega mangana v žolč
• Bolniki s pomanjkanjem železa - pomanjkanje železa poveča stopnjo absorpcije mangana v prebavilih
• Osebe, ki opravljajo nevarna dela, pri katerih so koncentracije mangana povišane - varilci, rudarji, jeklarji; običajno gre za vdihavanje manganovih spojin

Glavni ciljni organ toksičnosti mangana so možgani. Prizadetost možganov se kaže z značilnimi nevrološkimi simptomi - enotno imenovanimi manganizem.

Pri manganizmu so posebej prizadete duševne in motorične sposobnosti posameznika.

Manganizem se razvije v daljšem časovnem obdobju. V zgodnjih fazah se pri obolelem lahko pojavijo upočasnjene reakcije, razdražljivost, depresija, nihanje razpoloženja, kompulzivno ali agresivno vedenje, halucinacije ali intelektualne motnje.

Kasneje se pojavijo splošna šibkost, izguba obrazne mimike, težave z govorom, prekomerno slinjenje in potenje, nehoteni gibi okončin, tresenje, togost mišic, spremembe hoje (hoja v predklonu), težave s spretnostjo in ravnotežjem ter pogostejši padci.

Vendar se ne odzivajo na levodopo, zdravilo, ki se uporablja za zdravljenje Parkinsonove bolezni.

Poleg simptomov, povezanih s poškodbami možganov, lahko manganizem povzroči tudi motnje v delovanju jeter (cirozo, motnje v delovanju jetrnih encimov) ali srčno-žilne motnje (pospešen srčni utrip, znižan krvni tlak).

Glavni simptomi prekomerne inhalacijske izpostavljenosti manganu so kašelj, bronhitis, pljučnica in oslabljeno delovanje pljuč.