Mangan: Definice, syntéza, absorpce, transport a distribuce

Mangan je chemický prvek se symbolem prvku Mn. Jedná se o 12. nejhojnější prvek v zemské kůře s asi 0.1% - hydrosféra (povrchová a podpovrchová voda) a litosféra (zemská kůra včetně vnější části vnějšího pláště) zahrnuta - a třetí nejhojnější přechodný kov po železo a titan. Z možných oxidačních stavů jsou nejvýznamnější Mn-3 až Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + a Mn7 +. V biologických systémech Mn2 + (mangan II) je převládající formou spolu s Mn3 +. Mangan je složkou> 100 minerály včetně sulfidů, oxidů, uhličitanů, silikátů, fosforečnanů a boritanů. Mangan II soli, s výjimkou manganu fosfát a uhličitan manganatý, jsou obvykle snadno rozpustné v vodazatímco sloučeniny manganu ve vyšších oxidačních stavech jsou obvykle těžko rozpustné. V lidském organismu hraje mangan roli specifické integrální složky určitého enzymy, Jako antioxidant superoxiddismutáza (MnSOD, přeměna superoxidových aniontů vytvořených endogenně během buněčného dýchání na vodík peroxid, který se redukuje na voda jiným enzymy a tím detoxikované) a argináza (degradace aminokyseliny) arginin na ornitin a močovina), který je integrován do močovinového cyklu (převod z dusík Produkty rozkladu obsahující (N), zejména amonium (NH4 +), na močovinu, která se vylučuje ledvinami → detoxikace of amoniak (NH3)), hrají zásadní roli. Kromě toho je mangan - buď konformační změnou proteinu nebo vazbou na substrát - aktivátorem nebo kofaktorem mnoha enzymy, jako je glykosyltransferáza při syntéze glykosaminoglykanů (lineární z opakujících se disacharidových jednotek, kyselé polysacharidy) a proteoglykany (silně glykosylované glykoproteiny skládající se z proteinu a jednoho nebo více kovalentně vázaných glykosaminoglykanů) jsou příslušnou složkou extracelulární matrice (extracelulární matrix, mezibuněčná látka, ECM, ECM; tkáň ležící mezi buňkami - v mezibuněčném prostoru ), jako chrupavka a kost. Vazba manganu (Mn2 + na Mn7 +) na jeho ligandy probíhá přednostně prostřednictvím kyslík (symbol prvku: O). Mangan je stopový prvek, který je na jedné straně nezbytný (nezbytný pro život) a na druhé straně má vysokou toxicitu (toxicitu), přičemž dvojmocný mangan (Mn2 +) je toxičtější než trojmocný (Mn3 +). Proto by měla být věnována pozornost požití manganu v dostatečném množství, ale ne v nadměrných dávkách. Mangan je přítomen ve všech rostlinných a živočišných tkáních kvůli jeho všudypřítomnému výskytu (latinsky ubique: „distribuován všude“), přičemž reprodukční orgány rostlin jsou nejbohatší na mangan. Zatímco vysoké množství manganu se někdy vyskytuje v potravinách rostlinného původu, jako jsou celozrnné výrobky, rýže, luštěniny (luštěniny), ořechy, zelená listová zelenina, ovoce a čajové lístky, obsah manganu v potravinách živočišného původu, jako je maso, ryby a mlékoa ve vysoce čištěném škrobu a cukr produktů je obvykle velmi nízká.

Vstřebávání

Orálně dodávaný mangan vstupuje do tenké střevo pro vstřebávání. K dnešnímu dni existuje jen málo znalostí o mechanismu. Někteří autoři prokázali, že mangan má stejné vlastnosti vstřebávání cesta se stopovým prvkem železo. Mangan ve formě Mn2 + se tedy vstřebává do enterocytů (buněk tenkého střeva epitel) převážně v duodenum (duodenum) a jejunum (jejunum) pomocí transportéru dvojmocného kovu (DMT-1), který transportuje dvojmocné přechodné kovy společně s protony (H +). Tento proces je energeticky závislý a probíhá podle kinetiky nasycení. Podle Tallkvist et al (1), mangan (Mn2000 +) - analogicky k železo (Fe2 +) - vstupuje do krevního řečiště bazolaterální membránou (odvrácenou od střeva) enterocytů pomocí transportního proteinu ferroportinu-1. Ať už pasivní vstřebávání mechanismus je k dispozici pro mangan kromě aktivní absorpce vyžaduje další zkoumání. Míra absorpce manganu z potravin za fyziologických podmínek je mezi 3 až 8%. Může být vyšší u kojenců a malých dětí, při špatném stavu zásobování manganem nebo při nízkém příjmu manganu. Pokud dodávka manganu přesáhne požadavek, je biologická dostupnost klesá. Úroveň absorpce manganu je ovlivněna mnoha složkami stravy:

  • Vápník - podle několika studií vede suplementace vápníku v dávce 500 mg / den ke snížení biologické dostupnosti manganu, přičemž největší účinek má fosforečnan a uhličitan vápenatý a nejméně účinek vápníku z mléka; některé další studie prokázaly pouze minimální účinky doplňku vápníku na metabolismus manganu
  • Hořčík - s doplňkem hořčíku asi 200 mg / den se snižuje absorpce manganu
  • Fosfát - dietní fosfáty, například z uzeného masa, taveného sýra a nealkoholických nápojů, zhoršují absorpci manganu ve střevě (ovlivňují střevo)
  • Kyselina fytová, kyselina šťavelová, třísloviny - fytáty z obilovin, luštěnin atd., Oxaláty, například ze zelné zeleniny, špenátu a sladkých brambor, a třísloviny z čaje snižují biologickou dostupnost manganu
  • Železo - vzájemná inhibice absorpce → železo a mangan soutěží o stejné absorpční a transportní mechanismy, například DMT-1.
    • Absorpce manganu z jídla klesá se zvyšujícím se obsahem železa ve stravě, protože exprese DMT-1 je v enterocytech (buňkách tenkého střevního epitelu) snížena.
    • Podle Davise a Gregera (1992) je suplementace železa - 60 mg / den po dobu 4 měsíců - spojena se sníženou hladinou manganu v séru a sníženou aktivitou na manganu závislou superoxiddismutázu (MnSOD) v leukocytech (bílých krvinkách), což naznačuje pokles manganu postavení
    • Individuální přísun železa je hlavním faktorem ovlivňujícím mangan biologická dostupnost. Jestliže nedostatek železa Pokud je přítomen, absorpce manganu může být zvýšena 2-3krát kvůli zvýšené expresi DMT-1 v enterocytech. „Plné zásoby železa“ - měřitelné pomocí séra feritin Úrovně (zásobní protein železa) - na druhé straně jsou spojeny se snížením absorpce manganu ve střevě - v důsledku downregulace (downregulace) buněčné syntézy DMT-1. S ohledem na skutečnost, že vyšší zásoby železa jsou obecně zjistitelné u mužů ve srovnání se ženami, muži obecně reabsorbují méně manganu než ženy.
  • Kobalt - Kobalt a mangan se navzájem ovlivňují ve střevní absorpci, protože oba přechodné kovy používají DMT-1

Kromě toho nadměrný příjem vláknina, z stopové prvky kadmium a měď, rafinovaného sacharidy jako je průmyslové cukr a výrobky z bílé mouky, stejně jako zvýšil alkohol spotřeba také vede ke snížení absorpce manganu. Podobně užívání některých léků, jako je magnézium-obsahující antacida (neutralizující žaludek kyselina), projímadla (projímadla) a antibiotika, je spojena se zhoršenou absorpcí manganu ve střevě, pokud jsou užívány společně s potravinami obsahujícími Mn nebo doplňky. Na rozdíl od výše uvedených faktorů mléko zvyšuje biologická dostupnost manganu.

Transport a distribuce v těle

Absorbovaný mangan je transportován ve volné formě nebo vázán na alfa-2-makroglobuliny (Proteinů z krev plazma) přes portál žíla k játra. Tam vstupuje většina manganu do enterohepatický oběh (játra-střevo oběh), který zahrnuje dodání z játra s žluč do střeva, reintestinální absorpce a portální transport do jater. Malá část manganu se uvolňuje z jater do krevního řečiště a po valenční změně z Mn2 + na Mn3 +, ke které dochází oxidací coeruloplasmin (alfa-2 globulin z krev plazma), je vázán na transferin (beta globulin, který je primárně zodpovědný za transport železa) nebo specifický transportní protein, jako je beta-1 globulin, který je absorbován extrahepatálními tkáněmi (mimo játra). Protože mangan soutěží se železem o stejný transport Proteinů, vazba manganu na transferin se zvyšuje v nedostatek železa, zatímco to je sníženo v přebytku železa. Vysoká hladina železa v těle může nakonec vést ke snížené koncentraci manganu v tkáních a tím ke snížení aktivity enzymů závislých na manganu. Mangan je také přepravován dovnitř krev plazma jako součást erytrocyty (červené krvinky) - vázané na porfyrin (organické chemické barvivo skládající se ze čtyř pyrrolových kruhů). Obsah manganu v lidském těle je asi 10–40 mg. Průměrná tkáň koncentrace manganu se pohybuje mezi 0.17-0.28 mg / kg tělesné hmotnosti a je výrazně nižší než u železa a zinek. Přibližně 25% celkového množství manganu v těle se nachází v kostech, zejména v kostní dřeň. Vysoké koncentrace manganu lze detekovat také v játrech, ledvina, slinivka břišní (pankreas), hypofýzy (hypofýza) a střevní epitel (střevní sliznice). Mangan se také nachází v vlasy, sval, mléčná žláza a pot. U dětí a mladých zvířat je mangan přednostně koncentrován do konkrétních mozek regionech. Intracelulárně (v buňkách) je mangan převážně lokalizován v mitochondrie („Energetické elektrárny“ buněk), kde stopový prvek působí jako integrální složka nebo aktivátor určitých enzymových systémů, jako jsou pyruvát karboxyláza (glukoneogeneze (nová tvorba glukóza z organických nekarbohydrátových prekurzorů, jako je pyruvát)) a prolidáza (poskytnutí aminokyseliny prolin pro syntézu Kolagen (nejdůležitější strukturní protein extracelulární matrice, jako je chrupavka, kosti, šlachy, kůže a plavidla)). Dále je zásoba manganu k dispozici v lysosomech (buněčných organelách, které uchovávají enzymy pro degradaci endogenních (buněčných) a exogenních (nebuněčných) materiálů - bakteriálních, virových atd.) A mimo jiné v jádře. Specifické skladování Proteinů, Jako feritin pro železo nejsou známé pro mangan. Na rozdíl od železa a měďse stopový prvek neukládá v játrech při vysokém příjmu, ale hromadí se (hromadí) v určitých tkáních, jako je mozek. Z tohoto důvodu má mangan ve vysokých dávkách toxický (jedovatý) účinek. Nebyly pozorovány intoxikace manganem v důsledku nadměrného příjmu potravy. V případě příjmu pitné a minerální vody s vysokým obsahem manganu (maximálně přípustný mangan koncentrace v pitné vodě: 0.05 mg / l), dlouhodobý příjem manganu doplňkya pracovní chronická expozice - inhalace prachů nebo par obsahujících Mn (> 1 mg / m3 vzduchu) v manganových dolech, manganových mlýnech, hutích kovů, v továrnách na kovovýrobu a v závodech na zpracování Mn - může však vést k intoxikaci stopovým prvkem, zejména u dětí z důvodu preferenčního hromadění manganu v mozek [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Mangan z pitné vody a doplňky je dostupnější než z potravy, což vede k vyšší akumulaci stopových prvků v těle, zejména v mozku. Částice manganu vdechované prostřednictvím dýchací traktNa rozdíl od střevně absorbovaného manganu jsou transportovány přímo do mozku, aniž by byly nejprve metabolizovány (metabolizovány) v játrech. Vysoké koncentrace Mn3 + vést k oxidační přeměně neurotransmiter dopamin na trihydroxy sloučeninu, která poškozuje neurony syntetizující dopamin v centrální části nervový systém (CNS). Příznaky intoxikace manganem tedy vyplývají z a dopamin nedostatek a ovlivňují zejména CNS. Kromě toho poškození jater, slinivky břišní a plic - kašel, bronchitida (zánět průdušek) a pneumonie (zánět plic) v důsledku vdechovaných částic manganu - může také nastat. Mírná intoxikace manganem vede k nespecifickým příznakům, jako je silné pocení, únavaa závratě. Na vyšších úrovních manganu jsou výrazné příznaky centrálního nervu, počínaje apatií (apatií), astenií (slabostí), anorexie (ztráta chuti k jídlu), nespavost (poruchy spánku) a myalgie (sval bolest) a postupující k senzorickým poruchám, reflexním abnormalitám, svalům křečea nestabilita chůze s latero-, pro- a retropulzí (tendence klesat na stranu, dopředu, dozadu). V pozdních stádiích příznaky podobné Parkinsonova nemoc (neurologická porucha charakterizovaná nedostatkem dopamin), jako je přísnost (svalová ztuhlost), tremor (svalový třes), posturální nestabilita (posturální nestabilita), bradykineze (zpomalené pohyby) až akineze (nedostatek pohybu) a / nebo duševní poruchy jako podrážděnost, agresivita, depresedezorientace, paměť ztráta a halucinace - "manganické šílenství." Tyto příznaky částečně reagují terapie s L-dopou (L-3,4-dihydroxyfenylalanin pro endogenní syntézu dopaminu). Kromě jedinců, kteří vdechovali částice manganu nebo po mnoho let kvůli svému zaměstnání konzumovali pitnou a minerální vodu bohatou na Mn nebo doplňky obsahující Mn také zvýšené riziko intoxikace manganem u následujících skupin osob nebo nemocí:

  • Jednotlivci, zejména novorozenci, kojenci a malé děti, na úplné parenterální výživě (TPE, forma umělého krmení, které obchází gastrointestinální trakt) - nadměrná koncentrace manganu v infuzním roztoku a / nebo kontaminace živného roztoku manganem může způsobit intoxikaci; děti na TPE obsahující Mn jsou vystaveny koncentracím manganu přibližně stokrát vyšší než kojené děti
  • Chronické onemocnění jater - zhoršená tvorba žluči v játrech a snížený přísun do střeva vede ke sníženému vylučování manganu stolicí, což vede ke zvýšeným koncentracím manganu v séru
  • Novorozenci - preferenční koncentrace manganu v mozku, částečně kvůli zvýšené expresi receptorů transferinu ve vyvíjejících se neuronech a částečně kvůli omezené eliminaci manganu ve stolici (stolici) v důsledku dosud nevyzrálé funkce jater k produkci žluči
  • Děti - na rozdíl od dospělých, kojenci a děti mají vyšší absorpci manganu ve střevě a nižší biliární (ovlivňující žluči) vylučování manganu (vylučování manganu)
  • Starší pacienti (> 50 let) - mají vyšší pravděpodobnost onemocnění jater související se sníženou exkrecí manganu a zvýšenými koncentracemi manganu v séru ve srovnání s mladými dospělými
  • Nedostatek železa - absorpce manganu je zvýšena v důsledku zvýšeného zabudování DMT-1 do kartáčové hraniční membrány enterocytů (buňky tenkého střeva epitel).

Kvůli vysokému riziku intoxikace je pro mangan specifická UL (anglicky: Tolerable Upper Intake Level - maximální množství mikroživiny, které nezpůsobuje žádné vedlejší účinky téměř u všech jedinců v jakémkoli věku). Podle FNB (Food and Nutrition Board, Institute of Medicine) je UL pro děti ve věku 1-3, 4-8 a 9-13 let 2 mg, 3 mg a 6 mg / den; pro dospívající (14-18 let), 9 mg / den; a pro dospělé (≥ 19 let) 11 mg / den. U kojenců (0-12 měsíců) nebyla dosud stanovena UL pro mangan. Zde by měl být příjem manganu výhradně prostřednictvím mateřské mléko nebo náhražky mateřského mléka a potraviny. Protože starší lidé (> 50 let) jsou náchylnější k intoxikaci manganem než mladí dospělí, mimo jiné kvůli vyššímu výskytu onemocnění jater, stanovila britská národní odborná skupina přijatelný celkový příjem manganu (bezpečná maximální úroveň mangan, který nezpůsobí nepříznivé účinky s denním celoživotním příjmem ze všech zdrojů) 8.7 mg / den pro tuto věkovou skupinu.

Vylučování

Vylučování manganu je z velké části prostřednictvím žluč s výkaly (stolice) (99%) a jen mírně přes ledvina s močí (<0.1%). Vylučování manganu u lidí je dvoufázové s poločasy 13-34 dnů. Homeostáza manganu je regulována primárně úpravou endogenního (endogenního) vylučování, spíše než intestinální absorpcí. Játra mají v tomto procesu zásadní význam a uvolňují mangan do střeva spolu s žluč v proměnlivých množstvích, v závislosti na stavu dodávky. V přebytku manganu vylučování převyšuje střevní reabsorpci, zatímco při nedostatku je ve střevě reabsorbováno více manganu než vylučováno stolicí. U novorozenců tato homeostatická regulace ještě není plně vyvinuta. Na rozdíl od reabsorpce manganu zůstává vylučování manganu neovlivněno stavem endogenní dodávky jiných chemicky podobných látek. stopové prvky, jak ukazují studie s radioaktivně značeným manganem.