Mangán: Definíció, szintézis, felszívódás, szállítás és eloszlás

Mangán kémiai elem, az Mn elem szimbólummal. Ez a földkéreg 12. leggyakoribb eleme, körülbelül 0.1% - hidroszféra (felszíni és felszín alatti) víz) és a litoszféra (a földkéreg a külső palást külső részét is beleértve) - és a harmadik leggyakoribb átmeneti fém vasaló és titán. A lehetséges oxidációs állapotok közül az Mn-3 - Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + és Mn7 + a legjelentősebb. Biológiai rendszerekben az Mn2 + (mangán II) az uralkodó forma az Mn3 + mellett. Mangán > 100 alkotóeleme ásványok beleértve a szulfidokat, oxidokat, karbonátokat, szilikátokat, foszfátokat és borátokat. Mangán II sók, kivéve a mangánt foszfát és a mangán-karbonát, általában könnyen oldódnak víz, míg a magasabb oxidációs állapotú mangánvegyületek általában kevéssé oldódnak. Az emberi szervezetben a mangán bizonyos szerves komponensek szerepét tölti be enzimek, mint például a antioxidáns szuperoxid-diszmutáz (MnSOD, a sejtlégzés során endogén módon képződött szuperoxid-anionok átalakulása hidrogén peroxid, amely redukálódik víz más által enzimek és így méregtelenítve) és argináz (az aminosav lebomlása arginin hogy ornitin és karbamid), amely beépül a karbamidciklusba ( nitrogén (N) -tartalmú bomlástermékek, különösen ammónium (NH4 +) karbamiddá, amely a vesén keresztül ürül → méregtelenítés of ammónia (NH3)) alapvető szerepet játszanak. Ezenkívül a mangán - akár a fehérje konformációs változásával, akár a szubsztrátumhoz való kötődéssel - számos aktivátor vagy kofaktor enzimek, mint például a glikozil-transzferáz a glikozaminoglikánok szintézisében (lineáris, ismétlődő diszacharid egységekből építve, savas poliszacharidok) és a proteoglikánok (erősen glikozilezett glikoproteinek, amelyek egy fehérjéből és egy vagy több kovalensen kötött glikozaminoglikánból állnak), az extracelluláris mátrix (extracelluláris mátrix, sejtközi anyag, ECM, ECM; a sejtek között fekvő szövet - az intercelluláris térben) fontos alkotóeleme ), mint például porcogó és csont. A mangán (Mn2 + az Mn7 + -hoz) kötődése ligandumaihoz előnyösen keresztül történik oxigén (elem szimbólum: O). A mangán egy nyomelem, amely egyrészt elengedhetetlen (szükséges az élethez), másrészt magas toxicitással (toxicitással) bír, a kétértékű mangán (Mn2 +) mérgezőbb, mint a háromértékű (Mn3 +). Ennek megfelelően ügyelni kell a mangán megfelelő mennyiségben történő bevitelére, de nem túlzott adagokban. A mangán minden növényi és állati szövetben jelen van mindenütt előfordulása miatt (latin nyelvű ubique: „mindenhol elterjedt”), a növények reproduktív szervei a leggazdagabbak a mangánban. Míg a növényi eredetű élelmiszerekben, például teljes kiőrlésű gabonákban, rizsben, hüvelyesekben (hüvelyesek) néha nagy mennyiségű mangán található, diófélék, zöld leveles zöldségek, gyümölcsök és tealevelek, az állati eredetű élelmiszerek, például hús, hal és mangántartalom tejés erősen tisztított keményítőben és cukor termékek általában nagyon alacsonyak.

Abszorpció

A szájon át beadott mangán belép a vékonybél mert abszorpció. A mechanizmusról a mai napig kevés ismeret áll rendelkezésre. Egyes szerzők bebizonyították, hogy a mangán ugyanaz abszorpció útvonal a nyomelemgel vasaló. Ennek megfelelően a mangán Mn2 + formájában felszívódik az enterocitákba (a vékonybél sejtjeibe hámszövet) túlnyomórészt a patkóbél (duodenum) és a jejunum (jejunum) a kétértékű fémtranszporter-1 (DMT-1) segítségével, amely a kétértékű átmeneti fémeket protonokkal (H +) együtt szállítja. Ez a folyamat energiától függ, és a telítési kinetika szerint történik. Tallkvist és munkatársai (2000) szerint a mangán (Mn2 +) - analóg vasaló (Fe2 +) - az enterociták bazolaterális membránján keresztül (a béltől elfelé nézve) a ferroportin-1 transzportfehérje segítségével jut be a véráramba. Akár passzív abszorpció Az aktív felszívódás mellett a mangán mechanizmusa rendelkezésre áll további vizsgálatokat igényel. Fiziológiai körülmények között a táplálékból származó mangán felszívódási aránya 3-8% között van. Magasabb lehet csecsemőknél és kisgyermekeknél, rossz mangánellátási állapotban vagy alacsony mangánfogyasztásban. Ha a mangánkészlet meghaladja a követelményt, annak biohasznosulás csökken. A mangán felszívódásának szintjét számos étrendi összetevő befolyásolja:

  • Kalcium - számos tanulmány szerint az 500 mg / nap dózisú kalcium-kiegészítés a mangán biohasznosulásának csökkenését eredményezi, a legnagyobb hatást kalcium-foszfát és -karbonát, a legkevésbé pedig a tejből származó kalcium jelenti; néhány más tanulmány a kalciumpótlásnak csak minimális hatását mutatta ki a mangán metabolizmusára
  • Magnézium - kb. 200 mg / nap magnézium-kiegészítéssel csökken a mangán felszívódása
  • Foszfát - étrendi foszfátok, például pácolt húsokból, ömlesztett sajtokból és üdítőkből, rontják a mangán bélrendszeri (a bélrendszert befolyásoló) felszívódását
  • Fitinsav, oxálsav, tanninok - gabonafélékből, hüvelyesekből stb. Származó fitátok, például káposztafélékből származó oxalátok, spenót és édesburgonya, valamint a teából származó tanninok csökkentik a mangán biohasznosulását
  • Vas - az abszorpció kölcsönös gátlása → A vas és a mangán azonos abszorpciós és transzportmechanizmusokért versenyeznek, például a DMT-1-ért.
    • Az étkezésből származó mangán felszívódása csökken, mivel az étrendben lévő vas tartalma növekszik, mivel a DMT-1 expresszió az enterocitákban (a vékonybél hám sejtjeiben) csökken.
    • Davis és Greger (1992) szerint a 60 hónapig tartó 4 mg / nap vaspótlás a szérum mangánszint csökkenésével és a leukociták (fehérvérsejtek) csökkent mangánfüggő szuperoxid-diszmutáz (MnSOD) aktivitásával jár, ami a mangán csökkenését jelzi. állapot
    • Az egyéni vasellátás a mangánt befolyásoló fő tényező biohasznosulás. Ha vashiány jelen van, a mangán felszívódása 2-3-szorosára növekedhet a DMT-1 enterocitákban történő fokozott expressziója miatt. „Teljes vasraktárak” - mérhető szérummal ferritin (vasraktár fehérje) szintek - másrészt a bél mangánfelvételének csökkenésével járnak együtt - a celluláris DMT-1 szintézis downregulációja (downregulation) miatt. Annak fényében, hogy a férfiaknál a magasabb vasraktárak általában kimutathatók a nőkhöz képest, a férfiak általában kevesebb mangánt szívnak fel, mint a nők.
  • Kobalt - A kobalt és a mangán zavarja egymás bélfelszívódását, mert mindkét átmenetifém a DMT-1-et használja

Ezen túlmenően, a túlzott bevitele élelmi rost, az nyomelemek kadmium és a réz, finomított szénhidrátok mint például az ipari cukor és fehér lisztből készült termékek, valamint megnövekedett alkohol fogyasztása szintén a mangán felszívódásának csökkenéséhez vezet. Hasonlóképpen bizonyos gyógyszerek alkalmazása, mint pl magnézium-tartalmú savkötők (semlegesítő gyomor sav), hashajtók (hashajtók), és antibiotikumok, a bél mangán felszívódásának károsodásával jár, ha Mn-tartalmú ételekkel együtt szedik őket kiegészítők. A fent felsorolt ​​tényezőkkel ellentétben tej növeli a biohasznosulás mangán.

Szállítás és eloszlás a testben

Az abszorbeált mangánt szabad formában szállítják vagy alfa-2-makroglobulinokhoz kötik (fehérjék az vér plazma) a portálon keresztül ér hoz máj. Ott a mangán többsége belép a enterohepatikus keringés (máj-bél keringés), amely magában foglalja a máj val vel epe a bélbe, a reintesztinális felszívódás és a portális transzport a májba. A mangán egy kis része felszabadul a májból a véráramba, és valencia-változás után Mn2 + -ról Mn3 + -ra változik, amely oxidációval koeruloplazmin (alfa-2 globulin) vér plazma), kötődik transzferrin (béta-globulin, amely elsősorban a vasszállításért felelős) vagy egy speciális transzportfehérje, például béta-1-globulin, amelyet az extrahepatikus (a májon kívüli) szövetek vesznek fel. Mivel a mangán ugyanazzal a szállításért versenyez a vassal fehérjék, a mangán kötése transzferrin ben megnövekszik vashiány, míg a vasfelesleg csökken. A test magas vasszintje végső soron képes vezet a szövetekben csökkent mangánkoncentrációra és ezáltal a mangánfüggő enzimek csökkent aktivitására. A mangánt is szállítják vér plazma a komponenseként vörösvértesteket (vörösvértestek) - porfirinhez kötve (szerves kémiai festék, amely négy pirrolgyűrűből áll). Az emberi test mangántartalma körülbelül 10-40 mg. Az átlagos szövet koncentráció a mangán 0.17-0.28 mg / testtömeg-kg között változik, és lényegesen alacsonyabb, mint a vasé és cink. A teljes test mangánjának körülbelül 25% -a található csontban, elsősorban a csontvelő. A mangán magas koncentrációja a májban is kimutatható, vese, hasnyálmirigy (hasnyálmirigy), agyalapi mirigy (agyalapi mirigy) és a bél hámszövet (bél nyálkahártya). Mangán is található haj, izom, emlőmirigy és verejték. Gyermekeknél és fiatal állatoknál a mangán előnyösen specifikusan koncentrálódik agy régiók. Intracellulárisan (a sejteken belül) a mangán főleg a mitokondrium (A sejtek „energiaerőművei”), ahol a nyomelem szerves komponensként vagy aktivátorként működik bizonyos enzimrendszerekben, mint pl. piruvát karboxiláz (glükoneogenezis (a szőlőcukor szerves nem szénhidrát-prekurzorokból, például piruvátból) és a prolidáz (a prolin aminosav biztosítása a kollagén (az extracelluláris mátrix legfontosabb szerkezeti fehérje, mint pl porcogó, csontok, inak, bőr és a hajók)). Ezenkívül mangánkészlet áll rendelkezésre többek között a lizoszómákban (sejtorganellákban, amelyek enzimeket tárolnak az endogén (sejtes) és az exogén (nem sejtes) anyagok - baktériumok, vírusok stb.) Lebontásához, valamint a magban. Specifikus tárolás fehérjék, Mint például a ferritin a vas, mangánról nem ismertek. Így ellentétben a vas és réz, a nyomelem nem tárolódik a májban nagy mennyiségben, hanem felhalmozódik (felhalmozódik) bizonyos szövetekben, például a agy. Emiatt a mangán nagy adagokban mérgező (mérgező) hatást fejt ki. A túlzott táplálékfelvétel miatt mangán-mérgezéseket nem figyeltek meg. Magas mangántartalmú ivóvíz és ásványvíz (maximálisan megengedett mangán) bevitele esetén koncentráció ivóvízben: 0.05 mg / l), mangán hosszú távú bevitele kiegészítőkés foglalkozási krónikus expozíció - belélegzés Mn-tartalmú porok vagy gőzök (> 1 mg / m3 levegő) mennyisége a mangánbányákban, mangánmalmokban, fémkohókban, fémipari gyárakban és Mn-feldolgozó üzemekben - azonban a nyomelem mérgezését eredményezheti, különösen gyermekeknél a mangán preferenciális felhalmozódása miatt a agy [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Mangán ivóvízből és kiegészítők jobban hozzáférhető, mint táplálékból, ami a nyomelem nagyobb felhalmozódását eredményezi a testben, elsősorban az agyban. A mangán részecskék belélegezve légutaka bélben felszívódó mangánnal ellentétben közvetlenül az agyba szállítják anélkül, hogy először a májban metabolizálódnának (metabolizálódnának). Magas Mn3 + koncentráció vezet oxidatív átalakulásához neurotranszmitter dopamin trihidroxivegyületté, amely károsítja a központi dopaminszintetizáló idegsejteket idegrendszer (CNS). A mangánmérgezés tünetei tehát a dopamin hiányt, és különösen befolyásolja a központi idegrendszert. Ezenkívül a máj, a hasnyálmirigy és a tüdő károsodása - köhögés, hörghurut (hörgők gyulladása) És tüdőgyulladás (tüdőgyulladás) a belélegzett mangánrészecskék miatt - szintén előfordulhatnak. Az enyhe mangánmérgezés nem specifikus tüneteket eredményez, például erős izzadás, fáradtságés szédülés. A mangán magasabb szintjén a központi idegrendszeri tünetek hangsúlyosak, kezdve apátia (kedvetlenség), aszténia (gyengeség), étvágytalanság (étvágytalanság), álmatlanság (alvászavarok) és myalgia (izom fájdalom) és előrehalad az érzékszervi zavarokig, a reflex rendellenességekig, az izmokig görcsökés a járás bizonytalansága latero-, pro- és retropulzióval (oldalra, előre, hátra esés hajlam). A késői szakaszban a tünetek hasonlóak Parkinson kór (neurológiai rendellenesség, amelyet a dopamin), például szigor (izommerevség), remegés (izomremegés), testtartási instabilitás (poszturális instabilitás), bradykinesia (lelassult mozgások) és akinesia (mozgáshiány), és / vagy mentális rendellenességek, mint ingerlékenység, agresszivitás, depressziódezorientáció, emlékezet veszteség, és hallucinációk - „mangán őrület”. Ezek a tünetek részben reagálnak terápia L-dopával (L-3,4-dihidroxifenilalanin az endogén dopaminszintézishez). Azon személyek mellett, akik foglalkozásuk miatt hosszú évek óta mangánrészecskéket szívtak be, vagy Mn-tartalmú ivóvizet és ásványvizet vagy Mn-tartalmú étrendet fogyasztottak, a mangánmérgezés fokozott kockázata a következő egyének vagy betegségek csoportjaiban is:

  • Egyének, különösen újszülöttek, csecsemők és kisgyermekek teljes parenterális táplálékon (TPE, a gyomor-bél traktust megkerülő mesterséges táplálás) - az infúziós oldat túlzott mangánkoncentrációja és / vagy a tápoldat mangánnal való szennyeződése mérgezést okozhat; az Mn-tartalmú TPE-n lévő csecsemők körülbelül 100-szor magasabb mangán-koncentrációnak vannak kitéve, mint a szoptatott csecsemők
  • Krónikus májbetegség - az epe károsodása a májban és a bélbe jutás csökkenése a mangán székletürítésének csökkenéséhez vezet, ami a szérum mangánkoncentrációjának növekedését eredményezi
  • Újszülöttek - a mangán preferenciális koncentrációja az agyban, részben a transzferrin receptorok fokozott expressziójának köszönhetően a fejlődő idegsejtekben, részben pedig a mangán korlátozott eliminációjának az ürülékkel (széklet) az epe termelésének még nem teljesen érett májfunkciója miatt
  • Gyermekek - szemben a felnőttekkel, a csecsemőknél és a gyermekeknél a bél mangán felszívódása magasabb és az epe alacsonyabb (az epét befolyásolja) a mangán kiválasztása (mangán kiválasztása)
  • Idősek (> 50 év) - nagyobb valószínűséggel vannak májbetegségeik, amelyek a mangán kiválasztódásának csökkenésével és a szérum mangán koncentrációjának növekedésével járnak, a fiatal felnőttekhez képest
  • Vashiány - a mangán felszívódása megnő, mivel a DMT-1 fokozottan beépül az enterociták (a vékonybél sejtjei) kefe határmembránjába hámszövet).

A nagy mérgezésveszély miatt a mangánra specifikus UL (angolul: Tolerable Upper Intake Level - maximum micronutrient, amely nem okoz mellékhatásokat szinte minden életkorú egyénnél). Az FNB (Élelmezési és Táplálkozási Testület, Orvostudományi Intézet) szerint az 1-3, 4-8, illetve 9-13 éves gyermekek UL értéke 2, 3, illetve 6 mg / nap; serdülőknél (14-18 év) 9 mg / nap; felnőtteknél (≥ 19 év) 11 mg / nap. Csecsemők (0-12 hónap) esetében még nem állapítottak meg mangánra vonatkozó UL-t. Itt a mangánbevitelnek kizárólagosan keresztül kell történnie anyatej vagy anyatej-helyettesítők és ételek. Mivel az idősek (> 50 évnél idősebbek) hajlamosabbak a mangánmérgezésre, mint a fiatal felnőttek, többek között a májbetegségek gyakoribb előfordulása miatt, az Egyesült Királyság Nemzeti Szakértői Csoportja elfogadható teljes mangánfelvételt (biztonságos maximális mangán, amely nem fog okozni mellékhatások napi, az egész életen át tartó bevitel minden forrásból) 8.7 mg / nap ebben a korcsoportban.

Kiválasztás

A mangán kiválasztása nagyrészt a epe az ürülékkel (széklet) (99%), és csak kis mértékben a vese a vizelettel (<0.1%). Az emberben a mangán kiválasztása kétfázisú, felezési ideje 13-34 nap. A mangán homeosztázist elsősorban az endogén (endogén) kiválasztás beállításával szabályozzák, nem pedig a bél felszívódásával. A máj döntő fontosságú ebben a folyamatban, mivel a mangán felszabadul a belekben a epe változó mennyiségben, az ellátás állapotától függően. A mangánfeleslegben a kiválasztás meghaladja a bél újrafelszívódását, míg hiány esetén több mangán felszívódik a bélben, mint a székleten keresztül. Újszülötteknél ez a homeosztatikus szabályozás még nincs teljesen kidolgozva. A mangán újbóli felszívódásával ellentétben a mangán kiválasztását továbbra sem befolyásolja más kémiailag hasonló nyomelemek, amint azt a radioaktívan jelzett mangánnal végzett vizsgálatok mutatják.