Mangaan: definitie, synthese, absorptie, transport en distributie

Mangaan is een scheikundig element met het elementsymbool Mn. Het is het 12e meest voorkomende element in de aardkorst met ongeveer 0.1% - hydrosfeer (oppervlakte en ondergrond water) en lithosfeer (aardkorst inclusief het buitenste deel van de buitenmantel) inbegrepen - en het derde meest voorkomende overgangsmetaal na ijzer en titanium. Van de mogelijke oxidatietoestanden zijn Mn-3 tot Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + en Mn7 + de meest significante. In biologische systemen, Mn2 + (mangaan II) is de overheersende vorm samen met Mn3 +. Mangaan is een bestanddeel van> 100 mineralen inclusief sulfiden, oxiden, carbonaten, silicaten, fosfaten en boraten. Mangaan II zouten, met uitzondering van mangaan fosfaat en mangaancarbonaat, zijn gewoonlijk gemakkelijk oplosbaar in water, terwijl mangaanverbindingen in hogere oxidatietoestanden gewoonlijk matig oplosbaar zijn. In het menselijk organisme speelt mangaan de rol van een specifiek integraal onderdeel van bepaalde enzymen, zoals de anti-oxidant superoxide dismutase (MnSOD, omzetting van superoxide-anionen die endogeen worden gevormd tijdens cellulaire ademhaling tot waterstof peroxide, dat wordt gereduceerd tot water bij anderen enzymen en dus ontgift) en arginase (afbraak van het aminozuur arginine naar ornithine en ureum), die is geïntegreerd in de ureumcyclus (omzetting van stikstof (N) -houdende afbraakproducten, vooral ammonium (NH4 +) tot ureum, dat via de nieren wordt uitgescheiden → ontgifting of ammonia (NH3)), spelen een essentiële rol. Bovendien is mangaan - hetzij door conformatieverandering van het eiwit of door binding aan het substraat - een activator respectievelijk cofactor van talrijke enzymen, zoals glycosyltransferase bij de synthese van glycosaminoglycanen (lineair opgebouwd uit herhalende disaccharide-eenheden, zure polysacchariden) en proteoglycanen (sterk geglycosyleerde glycoproteïnen bestaande uit een eiwit en een of meer covalent gebonden glycosaminoglycanen), respectievelijk, een belangrijk onderdeel van de extracellulaire matrix (extracellulaire matrix, intercellulaire substantie, ECM, ECM; weefsel tussen cellen - in de intercellulaire ruimte ), zoals kraakbeen en bot. De binding van mangaan (Mn2 + tot Mn7 +) aan zijn liganden vindt bij voorkeur plaats via zuurstof (elementsymbool: O). Mangaan is een sporenelement dat enerzijds essentieel (noodzakelijk voor leven) is en anderzijds een hoge toxiciteit (toxiciteit) heeft, waarbij tweewaardig mangaan (Mn2 +) giftiger is dan driewaardig (Mn3 +). Dienovereenkomstig moet erop worden gelet dat mangaan in voldoende hoeveelheden wordt ingenomen, maar niet in overmatige doses. Mangaan is aanwezig in alle plantaardige en dierlijke weefsels omdat het alomtegenwoordig is (Latijn ubique: "overal verspreid"), waarbij de voortplantingsorganen van planten het rijkst zijn aan mangaan. Hoewel grote hoeveelheden mangaan soms worden aangetroffen in voedingsmiddelen van plantaardige oorsprong, zoals volle granen, rijst, peulvruchten (peulvruchten), noten, groene bladgroenten, fruit en theebladeren, het mangaangehalte in voedingsmiddelen van dierlijke oorsprong, zoals vlees, vis en melk, en in sterk gezuiverd zetmeel en suiker producten zijn meestal erg laag.

Absorptie

Oraal geleverd mangaan komt de dunne darm heeft gewacht absorptie​ Tot op heden is er weinig kennis over het mechanisme. Sommige auteurs hebben aangetoond dat mangaan hetzelfde deelt absorptie pad met het sporenelement ijzer​ Dienovereenkomstig wordt mangaan in de vorm van Mn2 + opgenomen in de enterocyten (cellen van de dunne darm). epitheel) voornamelijk in de twaalfvingerige darm (duodenum) en jejunum (jejunum) met behulp van de tweewaardige metaaltransporter-1 (DMT-1), die tweewaardige overgangsmetalen samen met protonen (H +) transporteert. Dit proces is energieafhankelijk en verloopt volgens de verzadigingskinetiek. Volgens Tallkvist et al (2000), mangaan (Mn2 +) - analoog aan ijzer (Fe2 +) - komt de bloedbaan binnen via het basolaterale membraan (van de darm afgekeerd) van enterocyten door middel van het transporteiwit ferroportin-1. Of een passief absorptie mechanisme beschikbaar is voor mangaan naast actieve absorptie vereist nader onderzoek. De absorptiesnelheid van mangaan uit voedsel onder fysiologische omstandigheden ligt tussen 3-8%. Het kan hoger zijn bij zuigelingen en jonge kinderen, bij een slechte mangaanvoorraad of een lage mangaaninname. Wanneer de levering van mangaan de vereiste overschrijdt, is zijn biobeschikbaarheid neemt af. De mate van opname van mangaan wordt beïnvloed door talrijke voedingscomponenten:

  • Calcium - volgens verschillende onderzoeken resulteert calciumsuppletie van 500 mg / dag in een verminderde biologische beschikbaarheid van mangaan, waarbij calciumfosfaat en -carbonaat het grootste effect hebben en calcium uit melk het minste effect; sommige andere studies toonden slechts minimale effecten van calciumsuppletie op het mangaanmetabolisme aan
  • Magnesium - met magnesiumsuppletie van ongeveer 200 mg / dag wordt de opname van mangaan verminderd
  • Fosfaat - fosfaten uit de voeding, zoals van gezouten vlees, smeltkaas en frisdranken, verminderen de opname van mangaan door de darm (die de darmen aantasten)
  • Fytinezuur, oxaalzuur, tannines - fytaten uit granen, peulvruchten enz., Oxalaten, bijvoorbeeld uit koolgroenten, spinazie en zoete aardappelen, en tannines uit thee verminderen de biologische beschikbaarheid van mangaan
  • IJzer - wederzijdse remming van absorptie → ijzer en mangaan strijden om dezelfde absorptie- en transportmechanismen, bijvoorbeeld DMT-1.
    • De opname van mangaan uit een maaltijd neemt af naarmate het ijzergehalte in de voeding toeneemt, omdat de expressie van DMT-1 wordt verlaagd in enterocyten (cellen van het dunne darmepitheel)
    • Volgens Davis en Greger (1992) is ijzersuppletie - 60 mg / dag gedurende 4 maanden - geassocieerd met verlaagde serum-mangaangehaltes en verminderde mangaanafhankelijke superoxide-dismutase (MnSOD) -activiteit in leukocyten (witte bloedcellen), wat wijst op een verminderd mangaangehalte. toestand
    • Individuele ijzervoorziening is een belangrijke factor die mangaan beïnvloedt biobeschikbaarheid. Indien ijzertekort aanwezig is, kan de mangaanabsorptie 2-3-voudig worden verhoogd als gevolg van verhoogde expressie van DMT-1 in enterocyten. "Volle ijzeropslag" - meetbaar met serum ferritine (ijzeropslageiwit) niveaus - aan de andere kant, zijn geassocieerd met een afname van de opname van mangaan in de darm - als gevolg van neerwaartse regulatie (neerwaartse regulatie) van cellulaire DMT-1-synthese. In het licht van het feit dat bij mannen doorgaans hogere ijzervoorraden worden aangetroffen dan bij vrouwen, nemen mannen over het algemeen minder mangaan op dan vrouwen.
  • Kobalt - Kobalt en mangaan interfereren met elkaars darmopname omdat beide overgangsmetalen de DMT-1 gebruiken

Bovendien, overmatige inname van voedingsvezels, van de sporenelementen cadmium en koper, van verfijnd koolhydraten zoals industrieel suiker en witte bloemproducten, evenals toegenomen alcohol consumptie, leidt ook tot een verminderde opname van mangaan. Evenzo het gebruik van bepaalde medicijnen, zoals magnesium-bevattende maagzuurremmers (neutraliserend maag zuur), laxeermiddelen (laxeermiddelen), en antibiotica, wordt in verband gebracht met een verminderde opname van mangaan in de darm zodra ze samen met Mn-bevattend voedsel worden ingenomen of supplementen​ In tegenstelling tot de hierboven genoemde factoren, melk verhoogt de biobeschikbaarheid van mangaan.

Transport en distributie in het lichaam

Geabsorbeerd mangaan wordt in vrije vorm getransporteerd of gebonden aan alfa-2-macroglobulinen (eiwitten van de bloed plasma) via het portaal ader aan de lever​ Daar komt het merendeel van het mangaan de enterohepatische circulatie (lever-darm circulatie), waarbij levering van de lever die al met Countr werken gal naar de darm, re-intestinale absorptie en portaaltransport naar de lever. Een kleine fractie mangaan komt uit de lever vrij in de bloedbaan en, na een valentie-verandering van Mn2 + naar Mn3 +, die optreedt door oxidatie door coeruloplasmine (alfa-2-globuline van bloed plasma), is gebonden aan transferrine (bèta-globuline, dat primair verantwoordelijk is voor het ijzertransport) of een specifiek transporteiwit, zoals bèta-1-globuline, dat wordt opgenomen door extrahepatische (buiten de lever) weefsels. Omdat mangaan voor hetzelfde transport concurreert met ijzer eiwitten, de binding van mangaan aan transferrine wordt verhoogd in ijzertekort, terwijl het wordt verminderd bij ijzeroverschot. Hoge niveaus van ijzer in het lichaam kunnen uiteindelijk leiden tot verminderde mangaanconcentraties in weefsels en dus tot verminderde activiteit van mangaanafhankelijke enzymen. Mangaan wordt ook aangevoerd bloed plasma als onderdeel van erytrocyten (rode bloedcellen) - gebonden aan porfyrine (organische chemische kleurstof bestaande uit vier pyrroolringen). Het mangaangehalte van het menselijk lichaam is ongeveer 10-40 mg, het gemiddelde weefsel concentratie van mangaan varieert tussen 0.17-0.28 mg / kg lichaamsgewicht en is significant lager dan dat van ijzer en zink​ Ongeveer 25% van het totale mangaan in het lichaam wordt aangetroffen in botten, voornamelijk in beenmerg​ Hoge concentraties mangaan kunnen ook in de lever worden gedetecteerd, nieralvleesklier (pancreas), hypofyse (hypofyse) en darm epitheel (intestinaal slijmvlies​ Mangaan komt ook voor in haar, spieren, borstklier en zweet. Bij kinderen en jonge dieren is mangaan bij voorkeur geconcentreerd in specifieke hersenen Regio's. Intracellulair (in de cellen) is mangaan voornamelijk gelokaliseerd in de mitochondria ("Energiecentrales" van de cellen), waar het sporenelement fungeert als een integrale component of activator van bepaalde enzymsystemen, zoals pyruvaat carboxylase (gluconeogenese (nieuwe vorming van glucose van organische niet-koolhydraatprecursoren, zoals pyruvaat)) en prolidase (levering van het aminozuur proline voor de synthese van collageen (het belangrijkste structurele eiwit van de extracellulaire matrix, zoals kraakbeen, botten, pezen, huid en schepen​ Verder is er een mangaanpool beschikbaar in onder meer de lysosomen (celorganellen die enzymen opslaan voor de afbraak van endogene (cellulaire) en exogene (niet-cellulaire) materialen - bacterieel, viraal, etc.) en in de celkern. Specifieke opslag eiwitten, zoals ferritine voor ijzer, zijn niet bekend voor mangaan. Dus in tegenstelling tot ijzer en koper, het sporenelement wordt niet bij hoge inname in de lever opgeslagen, maar hoopt zich op (hoopt zich op) in bepaalde weefsels, zoals de hersenen​ Om deze reden heeft mangaan in hoge doses een giftige (giftige) werking. Mangaanvergiftigingen als gevolg van overmatige inname via de voeding zijn niet waargenomen. Bij inname van drink- en mineraalwater met een hoog mangaangehalte (maximaal toelaatbaar mangaan concentratie in drinkwater: 0.05 mg / l), langdurige opname van mangaan supplementen, en beroepsmatige chronische blootstelling - inademing van Mn-bevattend stof of dampen (> 1 mg / m3 lucht) in mangaanmijnen, mangaanmolens, metaalsmelterijen, metaalfabrieken en Mn-verwerkingsfabrieken - kan echter leiden tot vergiftiging met het sporenelement, vooral bij kinderen vanwege de preferentiële ophoping van mangaan in de hersenen [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Mangaan uit drinkwater en supplementen is meer beschikbaar dan uit voedsel, wat resulteert in een hogere ophoping van het sporenelement in het lichaam, voornamelijk in de hersenen. Mangaandeeltjes ingeademd via de luchtwegen, in tegenstelling tot intestinaal geabsorbeerd mangaan, wordt het rechtstreeks naar de hersenen getransporteerd zonder eerst in de lever te worden gemetaboliseerd (gemetaboliseerd). Hoge concentraties Mn3 + leiden naar oxidatieve omzetting van de neurotransmitter dopamine naar een trihydroxyverbinding die dopamine-synthetiserende neuronen in het midden beschadigt zenuwstelsel (CNS). De symptomen van mangaanvergiftiging zijn dus het gevolg van a dopamine tekort en in het bijzonder het centrale zenuwstelsel aantasten. Bovendien schade aan de lever, alvleesklier en longen - hoesten, bronchitis (ontsteking van de bronchiën) en longontsteking (ontsteking van de longen) als gevolg van ingeademde mangaandeeltjes - kan ook voorkomen. Milde mangaanvergiftiging leidt tot niet-specifieke symptomen, zoals overmatig zweten, 피로en duizeligheid. Bij hogere mangaangehaltes zijn symptomen van het centrale zenuwstelsel prominent aanwezig, te beginnen met apathie (lusteloosheid), asthenie (zwakte), anorexia (verlies van eetlust), slapeloosheid (slaapstoornissen) en myalgie (spierpijn) pijn) en zich ontwikkelen tot sensorische stoornissen, reflexafwijkingen, spier krampenen wankel lopen met latero-, pro- en retropulsie (neiging om opzij, naar voren, naar achteren te vallen). In de late stadia lijken de symptomen op Parkinson (neurologische aandoening gekenmerkt door een tekort aan dopamine), zoals rigor (spierstijfheid), tremor (spiertremor), posturale instabiliteit (posturale instabiliteit), bradykinesie (vertraagde bewegingen) tot akinesie (gebrek aan beweging) en / of psychische stoornissen zoals prikkelbaarheid, agressiviteit, Depressie, desoriëntatie, geheugen verlies, en hallucinaties - "manganische waanzin." Deze symptomen reageren gedeeltelijk op therapie met L-dopa (L-3,4-dihydroxyfenylalanine voor endogene dopaminesynthese) Naast personen die gedurende vele jaren mangaandeeltjes hebben ingeademd of Mn-rijk drink- en mineraalwater of supplementen die Mn bevatten vanwege hun beroep, is er ook een verhoogd risico op mangaanvergiftiging bij de volgende groepen individuen of ziekten:

  • Individuen, vooral pasgeborenen, zuigelingen en jonge kinderen, die totale parenterale voeding krijgen (TPE, vorm van kunstmatige voeding die het maagdarmkanaal omzeilt) - overmatige mangaanconcentratie in de infuusoplossing en / of besmetting van de voedingsoplossing met mangaan kan vergiftiging veroorzaken; zuigelingen op Mn-bevattende TPE worden blootgesteld aan mangaanconcentraties die ongeveer 100 keer hoger zijn dan zuigelingen die borstvoeding krijgen
  • Chronische leverziekte - verminderde vorming van gal in de lever en verminderde afgifte aan de darm leidt tot verminderde mangaanuitscheiding in de ontlasting, wat resulteert in verhoogde serum-mangaanconcentraties
  • Pasgeborenen - preferentiële mangaanconcentratie in de hersenen, deels door verhoogde expressie van transferrinereceptoren in ontwikkelende neuronen en deels door beperkte eliminatie van mangaan met uitwerpselen (ontlasting) als gevolg van nog niet volledig gerijpte leverfunctie om gal te produceren
  • Kinderen - in tegenstelling tot volwassenen, zuigelingen en kinderen hebben een hogere intestinale mangaanabsorptie en lagere gal (beïnvloedt de gal) mangaanuitscheiding (mangaanuitscheiding)
  • Ouderen (> 50 jaar) - hebben meer kans op een leveraandoening die gepaard gaat met verminderde mangaanuitscheiding en verhoogde serum-mangaanconcentraties in vergelijking met jonge volwassenen
  • IJzergebrek - de opname van mangaan wordt verhoogd door een verhoogde opname van DMT-1 in het borstelrandmembraan van enterocyten (cellen van de dunne darm epitheel).

Vanwege het hoge risico op intoxicatie, een specifieke UL (Engels: Tolerable Upper Intake Level - maximale hoeveelheid van een micronutriënt die bij dagelijkse inname bij bijna alle personen van elke leeftijd geen bijwerkingen veroorzaakt) voor mangaan. Volgens de FNB (Food and Nutrition Board, Institute of Medicine) is de UL voor kinderen van 1-3, 4-8 en 9-13 jaar respectievelijk 2 mg, 3 mg en 6 mg / dag; voor adolescenten (14-18 jaar), 9 mg / dag; en voor volwassenen (≥ 19 jaar), 11 mg / dag. Voor zuigelingen (0-12 maanden) is er nog geen UL voor mangaan vastgesteld. Hier mag de inname van mangaan uitsluitend via moedermelk of moedermelkvervangers en voedingsmiddelen. Omdat ouderen (> 50 jaar) gevoeliger zijn voor mangaanvergiftiging dan jongvolwassenen door onder andere een hogere incidentie van leveraandoeningen, heeft de UK National Expert Group een acceptabele totale mangaaninname (veilig maximaal niveau van mangaan dat niet zal veroorzaken bijwerkingen met dagelijkse, levenslange inname uit alle bronnen) van 8.7 mg / dag voor deze leeftijdsgroep.

afscheiding

Uitscheiding van mangaan verloopt grotendeels via de gal met de ontlasting (ontlasting) (99%) en slechts in geringe mate via de nier met de urine (<0.1%). De uitscheiding van mangaan bij mensen is bifasisch met halfwaardetijden van 13-34 dagen. Mangaanhomeostase wordt voornamelijk gereguleerd door de endogene (endogene) uitscheiding aan te passen, in plaats van door de intestinale absorptie. De lever is van cruciaal belang in dit proces, waarbij mangaan vrijkomt in de darm met de gal in variabele bedragen, afhankelijk van de staat van levering. Bij overmaat mangaan overtreft de excretie de reabsorptie in de darmen, terwijl bij een tekort meer mangaan wordt geresorbeerd in de darm dan wordt uitgescheiden via de ontlasting. Bij pasgeborenen is deze homeostatische regulatie nog niet volledig ontwikkeld. In tegenstelling tot de reabsorptie van mangaan, wordt de mangaanuitscheiding niet beïnvloed door de endogene toevoerstatus van andere chemisch vergelijkbare sporenelementen, zoals aangetoond door studies met radioactief gelabeld mangaan.