Manganese è un elemento chimico con il simbolo dell'elemento Mn. È il dodicesimo elemento più abbondante nella crosta terrestre a circa lo 12% - idrosfera (superficie e sottosuolo acqua) e litosfera (la crosta terrestre inclusa la parte esterna del mantello esterno) inclusi - e il terzo metallo di transizione più abbondante dopo ferro e titanio. Dei possibili stati di ossidazione da Mn-3 a Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + e Mn7 + sono i più significativi. Nei sistemi biologici, Mn2 + (manganese II) è la forma predominante insieme a Mn3 +. Manganese è un costituente di> 100 minerali compresi solfuri, ossidi, carbonati, silicati, fosfati e borati. Manganese II sali, ad eccezione del manganese fosfati e carbonato di manganese, sono solitamente facilmente solubili in acqua, mentre i composti di manganese negli stati di ossidazione più elevati sono generalmente scarsamente solubili. Nell'organismo umano, il manganese svolge il ruolo di uno specifico componente integrante di certo enzimi, come il antiossidante superossido dismutasi (MnSOD, conversione degli anioni superossido formati endogenamente durante la respirazione cellulare in Idrogenazione perossido, che è ridotto a acqua da altri enzimi e quindi disintossicato) e arginasi (degradazione dell'amminoacido arginina all'ornitina e urea), che è integrato nel ciclo dell'urea (conversione di azoto (N) -contenenti prodotti di degradazione, in particolare l'ammonio (NH4 +) in urea, che viene escreta attraverso i reni → disintossicazione of ammoniaca (NH3)), svolgono un ruolo essenziale. Inoltre, il manganese - sia per cambiamento conformazionale della proteina o legandosi al substrato - è un attivatore o cofattore, rispettivamente, di numerosi enzimi, come la glicosiltransferasi nella sintesi dei glicosaminoglicani (lineare costruito da unità disaccaridiche ripetute, acido polisaccaridi) e proteoglicani (glicoproteine fortemente glicosilate costituite da una proteina e uno o più glicosaminoglicani legati in modo covalente), rispettivamente, sono un componente importante della matrice extracellulare (matrice extracellulare, sostanza intercellulare, ECM, ECM; tessuto che giace tra le cellule - nello spazio intercellulare ), ad esempio cartilagine e ossa. Il legame del manganese (Mn2 + a Mn7 +) ai suoi ligandi avviene preferenzialmente tramite ossigeno (simbolo dell'elemento: O). Il manganese è un oligoelemento essenziale (necessario per la vita) da un lato e ha un'elevata tossicità (tossicità) dall'altro, con il manganese bivalente (Mn2 +) che è più tossico del trivalente (Mn3 +). Di conseguenza, è necessario prestare attenzione a ingerire manganese in quantità adeguate ma non in dosi eccessive. Il manganese è presente in tutti i tessuti vegetali e animali a causa della sua presenza onnipresente (latino ubique: "distribuito ovunque"), con gli organi riproduttivi delle piante che sono i più ricchi di manganese. Mentre quantità elevate di manganese a volte si trovano negli alimenti di origine vegetale, come cereali integrali, riso, legumi (legumi), noci, verdure a foglia verde, frutta e foglie di tè, il contenuto di manganese negli alimenti di origine animale, come carne, pesce e latte, e in amido altamente purificato e di zucchero i prodotti sono generalmente molto bassi.
Assorbimento
Il manganese somministrato per via orale entra nel tenue per assorbimento. Ad oggi, c'è poca conoscenza del meccanismo. Alcuni autori hanno dimostrato che il manganese condivide lo stesso assorbimento percorso con l'oligoelemento ferro. Di conseguenza, il manganese sotto forma di Mn2 + viene assorbito negli enterociti (cellule dell'intestino tenue epitelio) prevalentemente in duodeno (duodeno) e digiuno (digiuno) con l'aiuto del trasportatore di metalli bivalenti-1 (DMT-1), che trasporta i metalli di transizione bivalenti insieme ai protoni (H +). Questo processo dipende dall'energia e si verifica in base alla cinetica di saturazione. Secondo Tallkvist et al (2000), il manganese (Mn2 +) - analogo a ferro (Fe2 +) - entra nel flusso sanguigno attraverso la membrana basolaterale (rivolta verso l'intestino) degli enterociti mediante la proteina di trasporto ferroportina-1. Se un passivo assorbimento il meccanismo è disponibile per il manganese oltre all'assorbimento attivo richiede ulteriori indagini. Il tasso di assorbimento del manganese dal cibo in condizioni fisiologiche è compreso tra il 3-8%. Può essere più alto nei neonati e nei bambini piccoli, in uno stato di scarsa disponibilità di manganese o in uno scarso apporto di manganese. Quando la fornitura di manganese supera il requisito, il suo biodisponibilità diminuisce. Il livello di assorbimento del manganese è influenzato da numerosi componenti dietetici:
- Calcio - secondo diversi studi, l'integrazione di calcio a 500 mg / giorno si traduce in una ridotta biodisponibilità del manganese, con il fosfato di calcio e il carbonato che hanno l'effetto maggiore e il calcio del latte che ha l'effetto minore; alcuni altri studi hanno mostrato solo effetti minimi della supplementazione di calcio sul metabolismo del manganese
- Magnesio - con una supplementazione di magnesio di circa 200 mg / giorno, l'assorbimento del manganese è diminuito
- Fosfato: i fosfati alimentari, come i salumi, i formaggi lavorati e le bevande analcoliche, compromettono l'assorbimento intestinale (che colpisce l'intestino) del manganese
- Acido fitico, acido ossalico, tannini - fitati da cereali, legumi, ecc., Ossalati, ad esempio, da verdure di cavolo, spinaci e patate dolci, e tannini da tè riducono la biodisponibilità del manganese
- Ferro - mutua inibizione dell'assorbimento → ferro e manganese competono per gli stessi meccanismi di assorbimento e trasporto, ad esempio DMT-1.
- L'assorbimento del manganese da un pasto diminuisce all'aumentare del contenuto di ferro nella dieta perché l'espressione di DMT-1 è sottoregolata negli enterociti (cellule dell'epitelio dell'intestino tenue)
- Secondo Davis e Greger (1992), la supplementazione di ferro - 60 mg / die per 4 mesi - è associata a una diminuzione dei livelli sierici di manganese e ad una ridotta attività della superossido dismutasi manganese-dipendente (MnSOD) nei leucociti (globuli bianchi), indicando una diminuzione del manganese stato
- L'apporto di ferro individuale è un fattore importante che influenza il manganese biodisponibilità. Se carenza di ferro è presente, l'assorbimento del manganese può essere aumentato di 2-3 volte a causa dell'aumentata espressione di DMT-1 negli enterociti. "Riserve piene di ferro" - misurabile dal siero ferritina (proteina di immagazzinamento del ferro) - d'altra parte, sono associati a una diminuzione dell'assorbimento intestinale di manganese - a causa della sottoregolazione (sottoregolazione) della sintesi cellulare di DMT-1. Alla luce del fatto che maggiori riserve di ferro sono generalmente rilevabili negli uomini rispetto alle donne, gli uomini generalmente riassorbono meno manganese rispetto alle donne.
- Cobalto - Il cobalto e il manganese interferiscono reciprocamente con l'assorbimento intestinale perché entrambi i metalli di transizione utilizzano il DMT-1
Inoltre, un'eccessiva assunzione di fibra alimentare, del oligoelementi cadmio esterni rame, di raffinato carboidrati come industriale di zucchero e prodotti a base di farina bianca, così come aumentati alcol consumo, porta anche a un ridotto assorbimento di manganese. Allo stesso modo, l'uso di alcuni farmaci, come magnesio-aventi tenore, antiacidi (neutralizzando stomaco acido), lassativi (lassativi) e antibiotici, è associato ad un ridotto assorbimento intestinale di manganese una volta assunti insieme a cibi contenenti Mn o integratori. Contrariamente ai fattori sopra elencati, latte aumenta il biodisponibilità di manganese.
Trasporto e distribuzione nel corpo
Il manganese assorbito viene trasportato in forma libera o legato alle alfa-2-macroglobuline (proteine della sangue plasma) tramite il portale vena Vai all’email fegato. Lì, la maggior parte del manganese entra nel circolazione enteroepatica (fegato-budello circolazione), che prevede la consegna dal fegato con bile all'intestino, assorbimento reintestinale e trasporto portale al fegato. Una piccola frazione di manganese viene rilasciata dal fegato nel flusso sanguigno e, dopo un cambiamento di valenza da Mn2 + a Mn3 +, che avviene per ossidazione per coeruloplasmina (alfa-2 globulina di sangue plasma), è vincolato a transferrina (beta globulina, che è la principale responsabile del trasporto del ferro) o una specifica proteina di trasporto, come la beta-1 globulina, che deve essere assorbita dai tessuti extraepatici (al di fuori del fegato). Poiché il manganese compete con il ferro per lo stesso trasporto proteine, il legame del manganese a transferrina è aumentato in carenza di ferro, mentre è diminuito in eccesso di ferro. Alla fine possono essere alti livelli di ferro nel corpo portare a concentrazioni ridotte di manganese nei tessuti e quindi a ridotta attività degli enzimi dipendenti dal manganese. Anche il manganese viene trasportato sangue plasma come componente di eritrociti (globuli rossi) - legato alla porfirina (colorante chimico organico costituito da quattro anelli pirrolici). Il contenuto di manganese nel corpo umano è di circa 10-40 mg. Il tessuto medio concentrazione di manganese varia tra 0.17-0.28 mg / kg di peso corporeo ed è significativamente inferiore a quella del ferro e zinco. Circa il 25% del manganese corporeo totale si trova nelle ossa, principalmente in midollo osseo. Alte concentrazioni di manganese possono essere rilevate anche nel fegato, rene, pancreas (pancreas), ghiandola pituitaria (ghiandola pituitaria) e intestinale epitelio (intestinale membrana mucosa). Il manganese si trova anche in capelli, muscoli, ghiandole mammarie e sudore. Nei bambini e negli animali giovani, il manganese è concentrato preferenzialmente nello specifico cervello regioni. A livello intracellulare (all'interno delle cellule), il manganese è principalmente localizzato nel mitocondri ("Centrali energetiche" delle cellule), dove l'oligoelemento funge da componente integrale o attivatore di alcuni sistemi enzimatici, come piruvato carbossilasi (gluconeogenesi (nuova formazione di glucosio da precursori organici non carboidrati, come il piruvato)) e prolidasi (fornitura dell'amminoacido prolina per la sintesi di collagene (la proteina strutturale più importante della matrice extracellulare, come cartilagine, le ossa, tendini, pelle esterni vasi)). Inoltre, un pool di manganese è disponibile nei lisosomi (organelli cellulari che immagazzinano enzimi per la degradazione di materiali endogeni (cellulari) ed esogeni (non cellulari) - batterici, virali, ecc.) E nel nucleo, tra gli altri. Stoccaggio specifico proteine, come ferritina per il ferro, non sono noti per il manganese. Quindi, a differenza del ferro e rame, l'oligoelemento non viene immagazzinato nel fegato ad assunzioni elevate, ma si accumula (si accumula) in alcuni tessuti, come il cervello. Per questo motivo, il manganese ha un effetto tossico (velenoso) a dosi elevate. Non sono state osservate intossicazioni da manganese dovute a un'eccessiva assunzione con la dieta. In caso di assunzione di acqua potabile e minerale con un alto contenuto di manganese (manganese massimo consentito concentrazione in acqua potabile: 0.05 mg / l), assunzione a lungo termine di manganese integratori, e l'esposizione cronica professionale - inalazione di polveri o vapori contenenti Mn (> 1 mg / m3 di aria) in miniere di manganese, mulini di manganese, fonderie di metalli, fabbriche di industrie metallurgiche e impianti di lavorazione di Mn - possono, tuttavia, provocare intossicazione da oligoelemento, specialmente nei bambini a causa dell'accumulo preferenziale di manganese nel cervello [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Manganese da acqua potabile e integratori è più disponibile che dal cibo, con conseguente maggiore accumulo dell'oligoelemento nel corpo, principalmente nel cervello. Particelle di manganese inalate tramite vie respiratorie, a differenza del manganese assorbito a livello intestinale, vengono trasportati direttamente al cervello senza essere prima metabolizzati (metabolizzati) nel fegato. Alte concentrazioni di Mn3 + portare alla conversione ossidativa del neurotrasmettitore dopamina a un composto triidrossilico che danneggia i neuroni che sintetizzano la dopamina nella parte centrale sistema nervoso (CNS). I sintomi dell'intossicazione da manganese derivano quindi da a dopamina carenza e colpiscono in particolare il sistema nervoso centrale. Inoltre, danni al fegato, al pancreas e ai polmoni - tosse, bronchite (infiammazione dei bronchi) e polmonite (infiammazione dei polmoni) dovuta a particelle di manganese inalate - può anche verificarsi. Una lieve intossicazione da manganese provoca sintomi aspecifici, come sudorazione profusa, faticae vertigini. A livelli più alti di manganese, i sintomi del nervo centrale sono prominenti, a cominciare da apatia (svogliatezza), astenia (debolezza), anoressia (perdita di appetito), insonnia (disturbi del sonno) e mialgia (muscolo dolore) e progredendo verso disturbi sensoriali, anomalie dei riflessi, muscoli spasmie andatura instabile con latero, pro e retropulsione (tendenza a cadere di lato, in avanti, all'indietro). Nelle fasi avanzate, sintomi simili a Morbo di Parkinson (disturbo neurologico caratterizzato da una carenza di dopamina), come il rigore (rigidità muscolare), tremore (tremore muscolare), instabilità posturale (instabilità posturale), bradicinesia (movimenti rallentati) ad acinesia (mancanza di movimento) e / o disturbi mentali come irritabilità, aggressività, Depressione, disorientamento, memoria perdita e allucinazioni - "follia manganica". Questi sintomi rispondono parzialmente terapia con L-dopa (L-3,4-diidrossifenilalanina per la sintesi endogena della dopamina) .Oltre agli individui che hanno inalato particelle di manganese o consumato acqua potabile e minerale ricca di Mn o integratori contenenti Mn per molti anni a causa della loro occupazione, c'è anche un aumento del rischio di intossicazione da manganese nei seguenti gruppi di individui o malattie:
- Individui, in particolare neonati, lattanti e bambini piccoli, in nutrizione parenterale totale (TPE, forma di alimentazione artificiale che bypassa il tratto gastrointestinale) - un'eccessiva concentrazione di manganese nella soluzione per infusione e / o la contaminazione della soluzione nutritiva con manganese può causare intossicazione; i neonati trattati con TPE contenente Mn sono esposti a concentrazioni di manganese circa 100 volte superiori rispetto ai neonati allattati al seno
- Malattia epatica cronica: la ridotta formazione di bile nel fegato e il ridotto rilascio nell'intestino porta a una diminuzione dell'escrezione di manganese nelle feci con conseguente aumento delle concentrazioni sieriche di manganese
- Neonati: concentrazione preferenziale di manganese nel cervello, in parte dovuta all'aumentata espressione dei recettori della transferrina nei neuroni in via di sviluppo e in parte dovuta alla limitata eliminazione del manganese con le feci (feci) a causa della funzione epatica non ancora completamente maturata per la produzione della bile
- Bambini - a differenza degli adulti, neonati e bambini hanno un assorbimento intestinale di manganese più elevato e una minore escrezione biliare (che colpisce la bile) di manganese (escrezione di manganese)
- Anziani (> 50 anni): hanno maggiori probabilità di avere una malattia del fegato associata a una ridotta escrezione di manganese e ad un aumento delle concentrazioni sieriche di manganese rispetto ai giovani adulti
- Carenza di ferro - l'assorbimento del manganese è aumentato a causa della maggiore incorporazione di DMT-1 nella membrana del bordo della spazzola degli enterociti (cellule dell'intestino tenue epitelio).
A causa dell'elevato rischio di intossicazione, uno specifico UL (inglese: Tolerable Upper Intake Level - quantità massima di un micronutriente che non causa effetti collaterali in quasi tutti gli individui di qualsiasi età se assunto quotidianamente) per il manganese. Secondo l'FNB (Food and Nutrition Board, Institute of Medicine), l'UL per i bambini 1-3, 4-8 e 9-13 anni è rispettivamente di 2 mg, 3 mg e 6 mg / giorno; per adolescenti (14-18 anni), 9 mg / die; e per gli adulti (≥ 19 anni), 11 mg / die. Per i neonati (0-12 mesi), non è stato ancora stabilito alcun UL per il manganese. Qui, l'assunzione di manganese dovrebbe essere esclusivamente attraverso latte materno o sostituti del latte materno e alimenti. Poiché gli anziani (> 50 anni di età) sono più suscettibili all'intossicazione da manganese rispetto ai giovani adulti a causa, tra le altre cose, di una maggiore incidenza di malattie epatiche, il gruppo di esperti nazionali del Regno Unito ha stabilito un'assunzione totale accettabile di manganese (livello massimo sicuro di manganese che non causerà effetti avversi con assunzione giornaliera e per tutta la vita da tutte le fonti) di 8.7 mg / giorno per questa fascia di età.
Escrezione
L'escrezione di manganese avviene in gran parte tramite il bile con le feci (feci) (99%) e solo leggermente attraverso il rene con l'urina (<0.1%). L'escrezione di manganese nell'uomo è bifasica con un'emivita di 13-34 giorni. L'omeostasi del manganese è regolata principalmente regolando l'escrezione endogena (endogena), piuttosto che l'assorbimento intestinale. Il fegato è di fondamentale importanza in questo processo, rilasciando il manganese nell'intestino con il bile in quantità variabili, a seconda dello stato di fornitura. Nell'eccesso di manganese, l'escrezione supera il riassorbimento intestinale, mentre in carenza, più manganese viene riassorbito nell'intestino di quanto escreto attraverso le feci. Nei neonati, questa regolazione omeostatica non è ancora completamente sviluppata. A differenza del riassorbimento del manganese, l'escrezione di manganese rimane inalterata dallo stato di approvvigionamento endogeno di altri oligoelementi, come dimostrato da studi con manganese radiomarcato.