Manganas yra cheminis elementas su elemento simboliu Mn. Tai yra 12-as labiausiai paplitęs Žemės plutos elementas, kuriame yra apie 0.1% - hidrosfera (paviršiaus ir požeminis vanduo) ir litosfera (Žemės pluta, įskaitant išorinę apvalkalo išorinę dalį) - ir trečias pagal gausumą pereinamasis metalas po geležies ir titano. Iš galimų oksidacijos būsenų reikšmingiausios yra Mn-3 iki Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + ir Mn7 +. Biologinėse sistemose Mn2 + (manganas II) yra vyraujanti forma kartu su Mn3 +. Manganas yra> 100 sudedamoji dalis naudingosios iškasenos įskaitant sulfidus, oksidus, karbonatus, silikatus, fosfatus ir boratus. II manganas druskos, išskyrus manganą fosfatas ir mangano karbonatas, paprastai lengvai tirpsta vanduo, tuo tarpu mangano junginiai, turintys aukštesnę oksidacijos būseną, paprastai yra mažai tirpūs. Žmogaus organizme manganas atlieka tam tikro sudėtinio komponento vaidmenį fermentai (enzimai), toks kaip antioksidantas superoksido dismutazė (MnSOD, ląstelių kvėpavimo metu endogeniškai susidariusių superoksido anijonų konversija į vandenilis peroksidas, kuris yra sumažintas iki vanduo kitų fermentai (enzimai) ir taip detoksikuojama) ir arginazė (aminorūgšties skaidymas argininas į ornitiną ir karbamido), kuris yra integruotas į karbamido ciklą ( azotas (N) turintys skilimo produktai, ypač amonis (NH4 +) į šlapalą, kuris išsiskiria per inkstus → detoksikacijos of amoniakas (NH3)), vaidina svarbų vaidmenį. Be to, manganas - konformaciniu būdu pakeisdamas baltymą arba prisijungdamas prie substrato - yra atitinkamai daugelio aktyvatorius arba kofaktorius. fermentai (enzimai), pvz., glikoziltransferazė sintezuojant glikozaminoglikanus (linijinė, sudaryta iš pasikartojančių disacharidų vienetų, polisacharidai) ir proteoglikanai (stipriai glikozilinti glikoproteinai, susidedantys iš baltymo ir vieno ar daugiau kovalentiškai sujungtų glikozaminoglikanų) yra atitinkamai tarpląstelinės matricos komponentai (tarpląstelinė matrica, tarpląstelinė medžiaga, ECM, ECM; tarp ląstelių esantis audinys tarpląstelinėje erdvėje). ), toks kaip kremzlė ir kaulas. Manganas (Mn2 + prie Mn7 +) jungiasi su savo ligandais pirmiausia per deguonis (elemento simbolis: O). Manganas yra mikroelementas, kuris, viena vertus, yra būtinas (būtinas visam gyvenimui) ir, kita vertus, turi didelį toksiškumą (toksiškumą), o dvivalentis manganas (Mn2 +) yra toksiškesnis nei trivalentis (Mn3 +). Atitinkamai reikia stengtis nuryti pakankamą mangano kiekį, bet ne per dideles dozes. Manganas yra visuose augalų ir gyvūnų audiniuose dėl jo paplitimo visur (lot. Ubique: „visur pasklidęs“), o augalų reprodukciniai organai yra turtingiausi mangane. Didelis mangano kiekis kartais randamas augalinės kilmės maisto produktuose, tokiuose kaip sveiki grūdai, ryžiai, ankštiniai (ankštiniai), riešutai, žalių lapinių daržovių, vaisių ir arbatos lapų, mangano kiekis gyvūninės kilmės maisto produktuose, pavyzdžiui, mėsoje, žuvyje ir pienoir labai išgrynintame krakmole ir cukrus produktų yra labai mažai.
Absorbcija
Geriamojo mangano patenka į plonoji žarna forumas absorbcija. Iki šiol yra mažai žinių apie mechanizmą. Kai kurie autoriai įrodė, kad manganas yra tas pats absorbcija kelias su mikroelementu geležies. Atitinkamai, manganas Mn2 + pavidalu absorbuojamas į enterocitus (plonosios žarnos ląsteles) epitelio) daugiausia dvylikapirštės žarnos (dvylikapirštės žarnos) ir tuščiosios žarnos (tuščiosios žarnos), naudojant dvivalentį metalų transporterį-1 (DMT-1), kuris kartu su protonais (H +) gabena dvivalentius pereinamuosius metalus. Šis procesas priklauso nuo energijos ir vyksta pagal prisotinimo kinetiką. Pasak Tallkvist ir kt. (2000), manganas (Mn2 +) - analogiškas geležies (Fe2 +) - per enterocitų bazolateralinę membraną (nukreiptą nuo žarnyno) patenka į kraują per transportinį baltymą ferroportin-1. Ar pasyvus absorbcija Be to, norint aktyviai absorbuoti manganą, reikia papildomo tyrimo. Mangano absorbcijos greitis iš maisto fiziologinėmis sąlygomis yra 3-8%. Jis gali būti didesnis kūdikiams ir mažiems vaikams, esant blogam mangano kiekiui ar mažai mangano. Kai mangano atsargos viršija poreikį, jo biologinis prieinamumas mažėja. Mangano absorbcijos lygį įtakoja daugybė maisto komponentų:
- Kalcis - remiantis keliais tyrimais, vartojant 500 mg per parą kalcio, sumažėja mangano biologinis prieinamumas, o kalcio fosfatas ir karbonatas turi didžiausią poveikį, o pieno kalcis - mažiausiai; kai kurie kiti tyrimai parodė tik minimalų kalcio papildų poveikį mangano metabolizmui
- Magnis - su magnio papildais apie 200 mg per parą sumažėja mangano absorbcija
- Fosfatai - dietiniai fosfatai, pavyzdžiui, iš vytintos mėsos, lydyto sūrio ir gaiviųjų gėrimų, blogina mangano absorbciją žarnyne (veikia žarnyną).
- Fitino rūgštis, oksalo rūgštis, taninai - fitatai iš javų, ankštinių augalų ir kt., Oksalatai, pavyzdžiui, iš kopūstinių daržovių, špinatų ir saldžiųjų bulvių, o arbatos taninai sumažina mangano biologinį prieinamumą
- Geležis - abipusis absorbcijos slopinimas → geležis ir manganas konkuruoja dėl tų pačių absorbcijos ir transportavimo mechanizmų, pavyzdžiui, DMT-1.
- Mangano absorbcija iš valgio mažėja, nes padidėja geležies kiekis maiste, nes enterocituose (plonojo žarnos epitelio ląstelėse) reguliuojama DMT-1 ekspresija.
- Pasak Daviso ir Gregerio (1992), geležies papildai - 60 mg per parą 4 mėnesius - yra susiję su sumažėjusiu mangano kiekiu serume ir sumažėjusiu nuo mangano priklausomos superoksido dismutazės (MnSOD) aktyvumu leukocituose (baltuose kraujo kūneliuose), o tai rodo sumažėjusį mangano kiekį. statusą
- Individualus geležies tiekimas yra pagrindinis veiksnys, darantis įtaką manganui biologinis prieinamumas, jei geležies trūkumas yra, mangano absorbcija gali padidėti 2-3 kartus dėl padidėjusios DMT-1 ekspresijos enterocituose. „Pilnos geležies atsargos“ - matuojamas serumu feritino (geležies kaupimo baltymų) lygis, kita vertus, yra susijęs su žarnyno mangano įsisavinimo sumažėjimu dėl ląstelių DMT-1 sintezės sumažinimo (sumažinimo). Atsižvelgiant į tai, kad vyrams, palyginti su moterimis, paprastai nustatomos didesnės geležies atsargos, vyrai paprastai absorbuoja mažiau mangano nei moterys.
- Kobaltas - kobaltas ir manganas trukdo vienas kito absorbcijai žarnyne, nes abu pereinamieji metalai naudoja DMT-1
Be to, per didelis suvartojimas maistinė lasteliena, iš mikroelementai kadmio ir varis, rafinuotas angliavandenių pavyzdžiui, pramoniniai cukrus ir baltųjų miltų gaminiai, taip pat padidėjo alkoholis suvartojimas, taip pat sumažina mangano absorbciją. Panašiai vartojant tam tikrus vaistus, pvz Magnisturintys antacidiniai vaistai (neutralizuojantis skrandis rūgštis), vidurius laisvinantys vaistai (vidurių laisvinamieji), ir antibiotikai, yra susijęs su sutrikusia žarnyno mangano absorbcija, kai jie vartojami kartu su Mn turinčiais maisto produktais arba papildai. Priešingai nei aukščiau išvardyti veiksniai, pieno padidina biologinis prieinamumas mangano.
Transportas ir pasiskirstymas kūne
Absorbuotas manganas yra gabenamas laisva forma arba susietas su alfa-2-makroglobulinais (baltymai iš kraujas plazma) per portalą venas į kepenys. Ten dauguma mangano patenka į enterohepatinė cirkuliacija (kepenys-sunaikinti cirkuliacija), kuris apima pristatymą iš kepenys su tulžis į žarnyną, virškinimo trakto absorbcija ir vartų transportavimas į kepenis. Nedidelė mangano dalis iš kepenų išsiskiria į kraują ir, pasikeitus valentinei reakcijai iš Mn2 + į Mn3 +, įvyksta oksiduojant koeruloplazminas (alfa-2 globulinas kraujas plazma), yra susieta su transferinas (beta globulinas, kuris visų pirma yra atsakingas už geležies pernešimą) arba specifinis transportinis baltymas, pvz., beta-1 globulinas, kurį turi pasiimti ekstrahepatiniai (už kepenų ribų) audiniai. Kadangi manganas konkuruoja su geležimi dėl to paties transporto baltymai, mangano rišimas prie transferinas yra padidintas geležies trūkumas, tuo tarpu geležies perteklius sumažėja. Didelis geležies kiekis organizme galiausiai gali vadovauti iki sumažėjusios mangano koncentracijos audiniuose ir taip sumažėjusio nuo mangano priklausomų fermentų aktyvumo. Taip pat gabenamas manganas kraujas plazma kaip komponentas eritrocitai (raudonieji kraujo kūneliai) - surišti su porfirinu (organiniai cheminiai dažai, susidedantys iš keturių pirolio žiedų). Mangano kiekis žmogaus organizme yra apie 10–40 mg. Vidutinis audinys koncentracija mangano svyruoja tarp 0.17-0.28 mg / kg kūno svorio ir yra žymiai mažesnis nei geležies ir cinkas. Maždaug 25% viso kūno mangano randama kauluose, pirmiausia kaulų čiulpai. Didelės mangano koncentracijos taip pat gali būti nustatomos kepenyse, inkstas, kasa (kasa), hipofizio liauka (hipofizės) ir žarnyno epitelio (žarnynas gleivinė). Mangano taip pat yra plaukai, raumenys, pieno liauka ir prakaitas. Vaikams ir jauniems gyvūnams pirmiausia manganas yra sutelktas į specifinius smegenys regionuose. Intraląsteliniu būdu (ląstelėse) manganas daugiausia yra lokalizuotas mitochondrijos (Ląstelių „energijos jėgainės“), kur mikroelementas veikia kaip neatsiejamas tam tikrų fermentų sistemų, tokių kaip: piruvatas karboksilazė (gliukoneogenezė (nauja formacija gliukozė iš organinių ne angliavandenių pirmtakų, tokių kaip piruvatas)) ir prolidazės (amino rūgšties prolino tiekimas Kolageno (svarbiausias tarpląstelinės matricos struktūrinis baltymas, pvz., kremzlė, kaulai, Sausgyslės, oda ir laivai)). Be to, mangano telkinys yra prieinamas lizosomose (ląstelių organelėse, kuriose kaupiami fermentai endogeninėms (ląstelių) ir egzogeninėms (neląstelinėms) medžiagoms - bakterinėms, virusinėms ir kt.) Skaidyti, ir branduolyje, be kita ko. Specifinis sandėliavimas baltymai, Pavyzdžiui, feritino geležies, nėra žinomos dėl mangano. Taigi, skirtingai nuo geležies ir varis, mikroelementas nėra laikomas kepenyse, kai suvartojama daug, tačiau jis kaupiasi (kaupiasi) tam tikruose audiniuose, pavyzdžiui, smegenys. Dėl šios priežasties manganas daro toksišką (nuodingą) poveikį didelėmis dozėmis. Mangano intoksikacijos dėl per didelio maisto kiekio vartojimo nebuvo pastebėtos. Geriamojo ir mineralinio vandens su dideliu mangano kiekiu (didžiausias leistinas manganas) kiekis koncentracija geriamajame vandenyje: 0.05 mg / l), ilgai vartojant mangano papildaiir lėtinis profesinis poveikis - įkvėpus Mn turinčių dulkių ar garų (> 1 mg / m3 oro) kiekis mangano kasyklose, mangano malūnuose, metalo lydyklose, metalo pramonės gamyklose ir Mn perdirbimo gamyklose gali sukelti apsinuodijimą mikroelementu, ypač vaikams. dėl lengvatinio mangano kaupimosi smegenys [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Manganas iš geriamojo vandens ir papildai yra labiau prieinamas nei su maistu, todėl mikroelementas organizme kaupiasi labiau, pirmiausia smegenyse. Mangano dalelės įkvepiamos per kvėpavimo takai, skirtingai nei žarnyne absorbuojamas manganas, tiesiogiai pernešami į smegenis, prieš tai metabolizuojami (metabolizuojami) kepenyse. Didelė Mn3 + koncentracija vadovauti oksidacine konversija neurotransmiteris dopamino į trihidroksi junginį, kuris pažeidžia dopaminą sintetinančius neuronus centrinėje dalyje nervų sistema (CNS). Taigi apsinuodijimo manganu simptomai atsiranda dėl a dopamino trūkumas ir turi įtakos visų pirma CNS. Be to, kepenų, kasos ir plaučių pažeidimai - kosulys, bronchitas (bronchų uždegimas) ir plaučių uždegimas (plaučių uždegimas) dėl įkvepiamų mangano dalelių - taip pat gali atsirasti. Dėl lengvo mangano apsinuodijimo atsiranda nespecifiniai simptomai, tokie kaip gausus prakaitavimas, nuovargisir galvos svaigimas. Esant aukštesniam mangano kiekiui, ryškūs centrinės nervų simptomai, pradedant apatija (apetitas), astenija (silpnumas), anoreksija (apetito praradimas), nemiga (miego sutrikimai) ir mialgija (raumenys skausmas) ir progresuoja iki jutimo sutrikimų, refleksinių anomalijų, raumenų mėšlungisir eisenos netvirtumas su latero-, pro- ir retropulsionu (polinkis kristi į šoną, į priekį, atgal). Vėlyvose stadijose simptomai panašūs į Parkinsonizmas (neurologinis sutrikimas, kuriam būdingas dopamino), pvz., griežtumas (raumenų standumas), drebulys (raumenų drebulys), laikysenos nestabilumas (laikysenos nestabilumas), bradikinezija (sulėtėję judesiai) su akinezija (judėjimo stoka) ir (arba) psichiniai sutrikimai, tokie kaip dirglumas, agresyvumas, Depresijadezorientacija, atmintis nuostoliai ir haliucinacijos - „manganinė beprotybė“. Šie simptomai iš dalies reaguoja terapija su L-dopa (L-3,4-dihidroksifenilalaninas endogeninei dopamino sintezei). Be asmenų, kurie dėl savo užsiėmimo per daugelį metų įkvėpė mangano dalelių arba vartojo daug Mn geriamojo ir mineralinio vandens ar papildų, kurių sudėtyje yra Mn, yra taip pat padidėjusi apsinuodijimo manganu rizika šioms asmenų ar ligų grupėms:
- Asmenys, ypač naujagimiai, kūdikiai ir maži vaikai, maitindami visą parenteralinę mitybą (TPE, dirbtinio maitinimo forma, apeinanti virškinimo traktą) - per didelė mangano koncentracija infuziniame tirpale ir (arba) maistinio tirpalo užteršimas manganu gali sukelti apsinuodijimą; kūdikiams, turintiems Mn turinčių TPE, mangano koncentracija yra maždaug 100 kartų didesnė nei žindomiems kūdikiams
- Lėtinė kepenų liga - sutrikus tulžies susidarymui kepenyse ir sumažėjusiam jų patekimui į žarnyną sumažėja mangano išsiskyrimas su išmatomis, dėl kurio padidėja mangano koncentracija serume.
- Naujagimiai - pageidaujama mangano koncentracija smegenyse, iš dalies dėl padidėjusio transferrino receptorių ekspresijos besivystančiuose neuronuose ir iš dalies dėl riboto mangano pašalinimo su išmatomis (išmatomis) dėl dar nevisiškai subrendusios kepenų funkcijos gaminant tulžį
- Vaikai - priešingai nei suaugusieji, kūdikiai ir vaikai mangano absorbuojasi geriau žarnyne ir mangano išsiskyrimas iš tulžies (paveikiantis tulžį)
- Senyvi žmonės (> 50 metų) - dažniau serga kepenų liga, susijusia su sumažėjusiu mangano išsiskyrimu ir padidėjusia mangano koncentracija serume, palyginti su jaunais suaugusiais
- Geležies trūkumas - padidėja mangano absorbcija dėl padidėjusio DMT-1 įterpimo į enterocitų (plonosios žarnos ląstelių) šepečio sienelės membraną epitelio).
Dėl didelės intoksikacijos rizikos specifinis mangano UL (angl .: Tolerable Upper Intake Level - maksimalus mikroelementų kiekis, kuris beveik visiems bet kokio amžiaus asmenims nesukelia jokio šalutinio poveikio). FNB (Maisto ir mitybos taryba, Medicinos institutas) duomenimis, 1-3, 4-8 ir 9-13 metų vaikų UL yra atitinkamai 2 mg, 3 mg ir 6 mg per parą; paaugliams (14-18 metų) - 9 mg per parą; ir suaugusiems (≥ 19 metų) - 11 mg per parą. Kūdikiams (0-12 mėn.) Dar nėra nustatytas mangano UL. Čia manganas turėtų būti vartojamas tik per Motinos pienas arba motinos pieno pakaitalai ir maisto produktai. Kadangi pagyvenę žmonės (> 50 metų) yra labiau linkę apsinuodyti manganu nei jauni suaugusieji dėl, be kita ko, didesnio kepenų ligų dažnio, JK nacionalinė ekspertų grupė nustatė priimtiną bendrą mangano suvartojimą (saugų maksimalų mangano, kuris nesukels nepageidaujamas poveikis šiai amžiaus grupei - 8.7 mg per parą iš visų šaltinių).
Išsiskyrimas
Manganas išsiskiria daugiausia per tulžis su išmatomis (išmatomis) (99%) ir tik šiek tiek per inkstas su šlapimu (<0.1%). Žmonės išskiria manganą dvifaziu būdu, jo pusinės eliminacijos laikas yra 13–34 dienos. Mangano homeostazė pirmiausia reguliuojama koreguojant endogeninį (endogeninį) išsiskyrimą, o ne absorbciją žarnyne. Kepenys yra nepaprastai svarbios šiame procese, išleidžiant manganą į žarnyną kartu su tulžis kintamais kiekiais, priklausomai nuo tiekimo būklės. Esant mangano pertekliui, išsiskyrimas viršija žarnyno reabsorbciją, o trūkumo atveju žarnyne reabsorbuojama daugiau mangano, nei išsiskiria su išmatomis. Naujagimiams šis homeostatinis reguliavimas dar nėra iki galo sukurtas. Priešingai nei mangano reabsorbcija, mangano ekskrecijai neturi įtakos endogeninė kitų chemiškai panašių medžiagų būklė mikroelementai, kaip rodo tyrimai su radioaktyviai pažymėtu manganu.
