Манган: за какво е полезен в човешкия организъм? Източници в храната и водата

Манганът и неговите свойства

Манганът е минерален елемент, известен с химичното наименование Mn. То произлиза от латинската дума manganum.

Той е дванадесетият най-разпространен елемент на планетата. В следи от него той е и важен компонент на живите организми.

Манганът в човешкия организъм: полезен ли е. Как да разпознаем неговия недостиг или излишък?

Като химичен елемент манганът е разпознат за първи път през 1774 г. от шведския химик Карл Вилхелм Шееле, по-конкретно като част от минерала пиролузит.

През същата година той е изолиран от друг шведски химик, Йохан Готлиб Ган, чрез нагряване на пиролузит.

Наименованието манган идва от латинската дума "magnes", която се превежда като магнит. Това отново се отнася до неговия минерал пиролузит, за който е установено, че има магнитни свойства.

Манганът е елемент от група 7 на периодичната таблица на химичните елементи и се намира в период 4.

Той е класифициран в група елементи, наречени преходни елементи или още преходни метали.

Това наименование идва от времето, когато химиците са приписвали на елементите в средата на периодичната таблица преходни свойства между алкалните метали и неметалите.

По отношение на свойствата си манганът е сребристо-сив метален елемент, който може да наподобява желязото. В сравнение с желязото обаче той е по-твърд и много крехък.

Той е реактивен и се окислява много лесно. Окислява се повърхностно на въздуха и се разлага във вода. Манганът и някои от неговите съединения имат парамагнитни свойства.

Таблично обобщение на основната химична и физична информация за мангана

Манганът се отделя във въздуха, почвата и водата при естествената ерозия на земята. Той почти не съществува в свободна форма, именно поради реактивността си и факта, че лесно се окислява.

Затова се среща под формата на неорганични или органични съединения. Органичните преобладават.

В природата е разпространен главно под формата на минерали. Най-често срещаните минерали са оксиди, силикати или карбонати. Например споменатият вече пиролузит (MnO2) или браунит, псиломелан, родохрозид.

В днешно време манганът и неговите съединения имат важни промишлени приложения в различни сектори.

Най-голямата част от мангана (до 90 % от общото годишно производство) се използва в производството на стомана за подобряване на нейните свойства - повишаване на нейната пластичност, здравина и издръжливост.

Други приложения на мангана са:

• Добавя се към алуминиеви сплави като защитен агент срещу корозия.
• Служи като пигмент, например за оцветяване на стъкло, керамика или скъпоценни камъни.
• Използва се за премахване на зеленото оцветяване на стъклото, причинено от наличието на желязо.
• Включен е в батериите.
• В селското стопанство се използва като добавка в торове (особено за цитрусови култури), пестициди или препарати за унищожаване на плесени.
• Използват се и дезинфекциращите и антисептичните ефекти на някои манганови съединения.
• Използва се в медицината като контрастно вещество при образни изследвания и е важен компонент на млякото за кърмачета или парентералното хранене.

Каква е функцията на мангана в човешкото тяло?

Манганът е основен микроелемент. Хората се нуждаят от него само в малки количества. Въпреки това присъствието му в човешкия организъм е от решаващо значение за поддържане на здравето и нормалните функции.

Тялото не може да произвежда манган самостоятелно и зависи от приема му от външната среда.

Основната форма, в която манганът се среща в живите организми, е като йон ^Mn2+ или ^Mn3+.

Манганът има няколко важни физиологични функции.

Основната му роля е свързана с ензимите и функционирането на ензимните системи в организма. Манганът или действа като компонент на тези ензими (необходим за образуването им), или участва в активирането на съществуващите ензими (необходим за функционирането им).

Кои ензими участват? Всъщност става въпрос за широк спектър от ензими от групата на оксидоредукторите, трансферазите, хидролазите, лиазите, изомеразите или лигазите.

В този диапазон от ензими откриваме дори ензими, които са строго зависими от наличието на манган в организма. Без достатъчно манган тези ензими нито се образуват, нито се активират.

Примерите включват:

• Глутамин синтетаза - Работи в мозъка, където разгражда някои токсични вещества (метаболитна функция).
• Супероксиддисмутаза - Основният антиоксидантен ензим в клетките. Превръща реактивните кислородни видове във вода, като по този начин ги предпазва от увреждане (антиоксидантна функция).
• Аргиназа - Ензим в черния дроб, необходим за разграждането на токсичния амоняк, образуван по време на метаболитните процеси (метаболитна функция).
• Пируваткарбоксилаза - Ключов ензим за образуването на глюкоза (метаболитна функция).

Следователно основните физиологични функции и процеси, в които манганът участва чрез въздействие върху ензимите, могат да бъдат обобщени, както следва:

• Нормално развитие на организма
• Влияние върху имунологичните, нервните функции и функциите на половите хормони
• Антиоксидантно действие
• Регулиране на метаболизма на захарта, мазнините и протеините
• Образуване на енергия в клетките
• Растеж на кости и хрущяли
• Съсирване на кръвта
• Регулиране на нивата на кръвната захар чрез въздействие върху производството на инсулин
• Развитие на мозъка и неговите функции
• Заздравяване на рани чрез въздействие върху производството на колаген

Манган - от приема до екскрецията

Абсорбция

Манганът може да попадне в организма по няколко пътя. Най-често срещаните пътища са чрез храносмилателния тракт, инхалация (вдишване), парентерално или чрез контакт с кожата.

От тези пътища преобладава оралният път на абсорбция, т.е. приемът на манган през устата. Абсорбцията се осъществява в средата на храносмилателния тракт.

Основните източници на манган са водата, храната, хранителните добавки или храните за кърмачета.

Манганът се абсорбира специфично в тънките черва по два механизма - пасивна дифузия или активен транспорт, изискващ енергия. Скоростта на абсорбция е сравнително висока.

Преносителите, чрез които манганът преминава през чревните клетки, не са предназначени специално за манган. Те пренасят и други метални елементи като желязо, мед, цинк или калций.

Те се конкурират помежду си за определен носител. Това може да повлияе на скоростта на абсорбция на всеки елемент.

От общото количество погълнат манган в храносмилателния тракт се абсорбират само около 3-5 %.

Степента на усвояване на мангана при жените обикновено е по-висока, отколкото при мъжете. Това вероятно се дължи на разликата в нивата на желязото между половете.

Това отразява факта, че желязото и манганът използват един и същ транспортер за абсорбция. Така, ако нивата на желязо са по-ниски, манганът има повече възможности да се свърже с транспортера.

По тази причина дневните хранителни нужди за прием на манган могат да бъдат по-ниски при жените.

Друг фактор, влияещ върху усвояването, е възрастта. Кърмачетата и децата имат по-висок прием на манган. Това се основава на естествено по-високата нужда от манган по време на растежа и развитието на детето.

Другите пътища на абсорбция на манган (т.е. вече споменатото вдишване или преминаване през кожата) най-често засягат хора, които влизат в контакт с манган при работата си, като например промишлени работници, миньори, заварчици и др.

Манганът се прилага парентерално (интравенозно) на недоносени бебета или на хора, получаващи пълно парентерално хранене, като част от поддържането на адекватен дневен прием на хранителни вещества, включително манган.

Разпространение и регулиране

Абсорбираният манган постъпва в кръвта от храносмилателния тракт и се разпределя в различни части на тялото.

Физиологичната концентрация в кръвта варира от 4 до 15 mg/l. Жените обикновено имат концентрация с около 30 % по-висока от тази на мъжете (поради по-високата степен на абсорбция).

Манганът се свързва в кръвта с червените кръвни телца, които го пренасят. Той се пренася като йони ^Mn2+ или ^Mn3+. Преобладава ^Mn2+.

Органите, в които се концентрират най-големи количества манган, са черният дроб, панкреасът, костите, дебелото черво, бъбреците и мозъкът (от 0,15 до 1,3 mg/kg). В по-малка степен - пикочните пътища или червените кръвни клетки.

Манганът има способността да преминава през кръвно-мозъчната бариера, кръвно-мозъчната бариера, плацентата и също така се отделя в кърмата.

Поддържането на нивата на манган на физиологични нива е важно за здравето и правилното функциониране на организма. В този процес участват регулаторни механизми, които поддържат т.нар. хомеостаза.

Черният дроб е основният орган, който регулира мангана в организма. Той контролира приема и отделянето му през червата.

От една страна, той въздейства върху транспортерите, разположени в червата, като по този начин регулира абсорбцията. От друга страна, той улавя излишния манган от кръвта и го отделя обратно в червата чрез жлъчката (която се образува в черния дроб).

Също така, поради строгата регулация на количеството манган, което вече е абсорбирано в червата, токсичността, дължаща се на прекомерен прием на храна, е много рядка.

Най-чувствителният орган към излишъка на манган в организма е мозъкът. При токсичност именно нарушенията на мозъка и централната нервна система са най-очевидните, а също и най-сериозните симптоми.

Екскреция

Основният път на екскреция на мангана е жлъчката, след като той е бил поет от черния дроб.

Заедно с жлъчката той попада отново в червата и впоследствие се изхвърля от организма с фекалиите.

Пациентите с чернодробно заболяване могат да бъдат податливи на излишък на манган и следователно на манганова токсичност.

Освен това манганът се отделя в много малки количества с урината, млякото или потта.

Какъв е препоръчителният дневен прием на манган?

Препоръки за среден дневен прием на манган не са установени поради липса на данни.

Въпреки това Европейският орган за безопасност на храните публикува стойности за адекватен прием на манган. Адекватният прием е средна стойност, базирана на наблюдения. Приема се, че той съответства на нуждите на населението.

Таблица за адекватен дневен прием на манган по възраст

Хранителни източници на манган

За по-голямата част от населението храната и питейната вода са основните източници на манган, които могат да покрият в достатъчна степен необходимия дневен прием.

Храните с високо съдържание на манган включват ядки (лешници, бадеми, пекани), ориз, пшеничен зародиш, трици, овес, бобови растения, зелени листни зеленчуци, плодове (ананас), чай, шоколад и морски дарове (особено миди).

Количеството манган в питейната вода зависи от местоположението и степента на замърсяване. то варира от 1 µg/l до 2 mg/l.

Понастоящем на пазара се предлагат хранителни добавки, съдържащи манган, но само под формата на многокомпонентни препарати - мултивитаминни или минерални добавки.

В допълнение към мангановия сулфат обаче често се използват и манганов сулфат, манганов аскорбат или аминокиселинни комплекси с манган.

Потенциални взаимодействия между манган и храна могат да възникнат при едновременен прием на фитинова киселина, която се съдържа в ядките, семената, боба, соята или зърнените култури. Те могат да възникнат и при едновременен прием на оксалова киселина, която се съдържа в зелето, спанака или сладките картофи.

И в двата случая се наблюдава леко потискане на абсорбцията на манган.

Леко намаляване на усвояването на манган се наблюдава и при едновременния прием на танини, които се съдържат в изобилие в чайовете.

Освен това вече споменатото желязо намалява усвояването на мангана в храносмилателния тракт при високи нива. Калцият и фосфорът също намаляват степента на усвояване на мангана.

И магнезият, който освен че намалява абсорбцията, дори увеличава отделянето на манган.

Как да разпознаем недостига и излишъка на манган?

Манганът участва в редица биологични процеси в човешкия организъм и на практика е незаменим. Въпреки това прекомерното му натрупване може да представлява потенциален риск.

Границата между добрите и вредните нива на манган е доста тънка. Затова е важно регулаторните механизми в организма да функционират достатъчно добре, за да поддържат хомеостазата на мангана.

Нарушаването на тази хомеостаза и развитието на дефицит или излишък на манган обикновено води до усложнения или странични ефекти за здравето.

Дефицит на манган

Наличието на недостатъчни количества манган в организма е рядко състояние, което почти не се наблюдава при хората.

Това е така, защото в храната и питейната вода има достатъчно манган, за да се покрият дневните нужди.

Проявите и усложненията, причинени от недостиг на манган, са изследвани само експериментално и чрез изкуствено предизвикване на недостиг (най-вече при животни).

Недостигът на манган е причинил следните усложнения:

• Забавяне на растежа и развитието на костите
• Аномалии във формата на скелета
• Нарушена репродуктивна функция
• Нарушена подвижност
• Нарушен метаболизъм на мазнините, протеините и въглехидратите, прекомерна толерантност към глюкоза
• Промени в настроението
• Вродени дефекти

В няколко случая при хора е наблюдаван недостиг на манган. В тези случаи са наблюдавани симптоми като възпалителни кожни заболявания, забавен растеж на косата и ноктите, намалени нива на холестерола, намалено съсирване на кръвта или повишени нива на калций и фосфор в кръвта.

Излишък на манган

При мангана много по-често се наблюдава обратната ситуация, т.е. натрупването му в организма.

Излишъкът най-често се причинява от прекомерно поглъщане или вдишване на манган. Той може да бъде причинен и от срив на регулаторните процеси, които поддържат хомеостазата.

Рисковите групи за развитие на излишък на манган в организма са:

• Кърмачета и деца - поради естествено по-високата степен на абсорбция на манган в храносмилателния тракт.
• Кърмачета, хранени с изкуствено мляко, и пациенти, получаващи парентерално хранене
• Пациенти с вродено нарушение на транспортера в черния дроб, участващ в отделянето на манган
• Пациенти с хронично чернодробно заболяване, причиняващо лоша чернодробна функция по отношение на отделянето на излишния манган в жлъчката
• Пациенти с недостиг на желязо - недостигът на желязо увеличава скоростта на абсорбция на манган в стомашно-чревния тракт
• Хора с опасни професии, при които концентрацията на манган е повишена - заварчици, миньори, работници в стоманодобивната промишленост. Обикновено това включва вдишване на манганови съединения

Основният прицелен орган на мангановата токсичност е мозъкът. Засягането на мозъка се проявява с характерни неврологични симптоми - еднозначно наричани манганизъм.

При манганизма умствените и двигателните умения на човека са особено засегнати.

Манганизмът се развива в продължение на дълъг период от време. В ранните етапи страдащият може да има забавени реакции, раздразнителност, депресия, промени в настроението, натрапчиво или агресивно поведение, халюцинации или интелектуални нарушения.

По-късно се наблюдава обща слабост, загуба на мимики, проблеми с говора, прекомерно слюноотделяне и изпотяване, неволеви движения на крайниците, тремор, мускулна ригидност, промени в походката (ходене в наклон напред), проблеми със сръчността и равновесието и по-чести падания.

Те обаче не реагират на леводопа - лекарство, използвано за лечение на болестта на Паркинсон.

В допълнение към симптомите, свързани с мозъчното увреждане, манганизмът може да причини и чернодробни нарушения (цироза, нарушения в чернодробните ензими) или сърдечно-съдови нарушения (ускорена сърдечна дейност, понижено кръвно налягане).

Основните симптоми на прекомерна инхалационна експозиция на манган са кашлица, бронхит, пневмония и нарушена белодробна функция.