Mangan: K čemu je v lidském těle dobrý? Zdroje v potravinách a vodě

Mangan a jeho vlastnosti

Mangan je minerální prvek, který známe pod chemickým názvem Mn. Ten je odvozen z latinského slova manganum.

Je dvanáctým nejrozšířenějším prvkem na planetě. Ve stopovém množství je také důležitou součástí živých organismů.

Mangan v lidském těle: je prospěšný? Jak poznat jeho nedostatek nebo nadbytek?

Jako chemický prvek byl mangan poprvé rozpoznán v roce 1774 švédským chemikem Carlem Wilhelmem Scheelem, konkrétně jako součást minerálu pyrolusitu.

Ve stejném roce jej izoloval i další švédský chemik Johan Gottlieb Gahn, a to zahříváním pyroluzitu.

Název mangan vychází z latinského slova "magnes", což v překladu znamená magnet. To opět odkazuje na jeho minerál pyrolusit, u kterého byly zjištěny magnetické vlastnosti.

Mangan je prvek 7. skupiny periodické tabulky chemických prvků a nachází se ve 4. periodě.

Je zařazen do skupiny prvků nazývaných přechodné prvky nebo také přechodné kovy.

Tento název pochází z doby, kdy chemici přisuzovali prvkům uprostřed periodické tabulky přechodné vlastnosti mezi alkalickými kovy a nekovy.

Z hlediska vlastností je mangan kovový prvek stříbrošedé barvy, který může připomínat železo. Ve srovnání se železem je však tvrdší a velmi křehký.

Je reaktivní a velmi snadno oxiduje. Na vzduchu oxiduje povrchově a ve vodě se rozkládá. Mangan a některé jeho sloučeniny mají paramagnetické vlastnosti.

Tabulkový přehled základních chemických a fyzikálních informací o manganu

Mangan se uvolňuje do ovzduší, půdy a vody přirozenou erozí země. Ve volné formě se téměř nevyskytuje, a to právě kvůli své reaktivitě a tomu, že se snadno oxiduje.

Vyskytuje se proto ve formě anorganických nebo organických sloučenin. Ty organické převažují.

V přírodě je rozšířen především ve formě minerálů. Nejčastějšími minerály jsou oxidy, křemičitany nebo uhličitany. Například již zmíněný pyrolusit (MnO2) nebo braunit, psilomelan, rodochrosid.

V současné době mají mangan a jeho sloučeniny významné průmyslové využití v různých odvětvích.

Největší podíl manganu (až 90 % celkové roční produkce) se používá při výrobě oceli ke zlepšení jejích vlastností – zvýšení její tvářitelnosti, pevnosti a trvanlivosti.

Další využití manganu jsou:

• Přidává se do hliníkových slitin jako ochranné činidlo proti korozi.
• Slouží jako pigment, například při barvení skla, keramiky nebo drahých kamenů.
• Používá se k odstranění zeleného zabarvení skla způsobeného přítomností železa.
• Je součástí baterií.
• V zemědělství se používá jako přísada do hnojiv (zejména pro citrusové plodiny), pesticidů nebo přípravků na hubení plísní.
• Využívají se také dezinfekční a antiseptické účinky některých sloučenin manganu.
• Má uplatnění v medicíně jako kontrastní látka při zobrazovacích vyšetřeních a je důležitou součástí kojeneckého mléka nebo parenterální výživy.

Jakou funkci má mangan v lidském těle?

Mangan je základní stopový prvek. Člověk ho potřebuje jen v malém množství. Přesto je jeho přítomnost v lidském těle klíčová pro udržení zdraví a normálních funkcí.

Tělo si mangan nedokáže vyrobit samo a je závislé na jeho příjmu z vnějšího prostředí.

Základní forma, ve které se mangan vyskytuje v živých organismech, je ve formě iontu Mn²⁺ nebo Mn³⁺.

Mangan plní několik důležitých fyziologických funkcí.

Jeho hlavní role souvisí s enzymy a fungováním enzymových systémů v těle. Mangan buď působí jako součást těchto enzymů (je nutný pro jejich tvorbu), nebo se podílí na aktivaci již existujících enzymů (je nutný pro jejich funkci).

Kterých enzymů se to týká? Ve skutečnosti hovoříme o široké škále enzymů ze skupiny oxidoreduktas, transferas, hydrolas, lyas, isomeras nebo ligas.

V této škále enzymů najdeme dokonce enzymy, které jsou na přítomnosti manganu v organismu striktně závislé. Bez dostatečného množství manganu se tyto enzymy netvoří ani neaktivují.

Příkladem může být např.:

• Glutamin syntetáza – Působí v mozku, kde odbourává některé toxické látky (metabolická funkce).
• Superoxiddismutáza – Hlavní antioxidační enzym v buňkách. Přeměňuje reaktivní formy kyslíku na vodu a tím je chrání před poškozením (antioxidační funkce).
• Argináza – Enzym v játrech potřebný k odbourávání toxického amoniaku vznikajícího při metabolických procesech (metabolická funkce).
• Pyruvátkarboxyláza – Klíčový enzym pro tvorbu glukózy (metabolická funkce).

Hlavní fyziologické funkce a procesy, na kterých se mangan podílí ovlivňováním enzymů, lze tedy shrnout následovně:

• Normální vývoj organismu
• Vliv na imunologické, nervové a pohlavní hormonální funkce
• Antioxidační působení
• Regulace metabolismu cukrů, tuků a bílkovin
• Tvorba energie v buňkách
• Růst kostí a chrupavek
• Srážení krve
• Regulace hladiny cukru v krvi ovlivněním tvorby inzulínu
• Vývoj mozku a jeho funkcí
• Hojení ran ovlivněním tvorby kolagenu

Mangan – od příjmu po vylučování

Absorpce

Mangan se může do těla dostávat několika cestami. Nejčastější cesty jsou přes trávicí trakt, inhalací (vdechnutím), parenterálně nebo kontaktem s kůží.

Z těchto cest převažuje orální cesta absorpce, tj. příjem manganu ústy. K absorpci dochází v prostředí trávicího traktu.

Hlavními zdroji manganu jsou voda, potraviny, doplňky stravy nebo kojenecká výživa.

Mangan se vstřebává specificky v tenkém střevě dvěma mechanismy – pasivní difuzí nebo aktivním transportem vyžadujícím energii. Rychlost vstřebávání je poměrně vysoká.

Přenašeče, kterými mangan prochází střevními buňkami, nejsou určeny specificky pro mangan. Přenášejí i jiné kovové prvky, jako je železo, měď, zinek nebo vápník.

Ty si tak navzájem konkurují o konkrétní přenašeč. Tím může být ovlivněna rychlost vstřebávání jednotlivých prvků.

Z celkového množství přijatého manganu se v trávicím traktu vstřebá jen asi 3–5 %.

Míra vstřebávání manganu u žen je obecně vyšší než u mužů. To je pravděpodobně způsobeno rozdílem v hladinách železa mezi pohlavími.

Zde se projevuje skutečnost, že železo a mangan využívají ke vstřebávání stejný transportér. Pokud je tedy obsah železa nižší, má mangan více možností vázat se na transportér.

Také z tohoto důvodu mohou být požadavky na denní příjem manganu v potravě u žen nižší.

Dalším faktorem ovlivňujícím vstřebávání je věk. Kojenci a děti mají vyšší příjem manganu. To vychází z přirozeně vyšší potřeby manganu během růstu a vývoje dítěte.

Další cesty absorpce manganu (tj. již zmíněné vdechování nebo průchod kůží) se nejčastěji týkají lidí, kteří přicházejí do styku s manganem při své práci. Jsou to např. průmysloví dělníci, horníci, svářeči apod.

Parenterálně (intravenózně) se mangan podává předčasně narozeným dětem nebo lidem, kteří dostávají celkovou parenterální výživu, v rámci udržování dostatečného denního příjmu živin, včetně manganu.

Distribuce a regulace

Vstřebaný mangan se z trávicího traktu dostává do krve, kterou je distribuován do různých částí těla.

Fyziologická koncentrace v krvi se pohybuje od 4 do 15 mg/l. Ženy mají obvykle koncentraci asi o 30 % vyšší než muži (v důsledku vyšší míry absorpce).

Mangan je v krvi vázán na červené krvinky, které zajišťují jeho transport. Je transportován jako ion Mn²⁺ nebo Mn³⁺. Převažuje Mn²⁺.

Orgány, ve kterých se koncentruje největší množství manganu, jsou játra, slinivka břišní, kosti, tlusté střevo, ledviny a mozek (od 0,15 do 1,3 mg/kg). V menší míře se pak jedná o močové cesty nebo červené krvinky.

Mangan má schopnost procházet přes hematoencefalickou bariéru, krevní a mozkovou bariéru, přes placentu a vylučuje se také do mateřského mléka.

Udržování hladiny manganu na fyziologické úrovni je důležité pro zdraví a správné fungování organismu. Na tomto procesu se podílejí regulační mechanismy, které udržují tzv. homeostázu.

Hlavním orgánem, který reguluje obsah manganu v těle, jsou játra. Ta kontrolují jeho příjem a vylučování střevy.

Na jedné straně ovlivňují transportéry umístěné ve střevech, čímž regulují vstřebávání. Na druhé straně zachycují přebytečný mangan z krve a vylučují ho zpět do střev prostřednictvím žluči (která se tvoří v játrech).

Také díky přísné regulaci množství manganu již vstřebaného ve střevech je toxicita způsobená nadměrným příjmem potravy velmi vzácná.

Nejcitlivějším orgánem na nadbytek manganu v těle je mozek. Při toxicitě jsou právě poruchy mozku a centrálního nervového systému nejzřetelnějšími a také nejzávažnějšími příznaky.

Vylučování

Primární cestou vylučování manganu je žluč poté, co byl přijat játry.

Spolu se žlučí se opět dostává do střev a následně je z těla vylučován stolicí.

Pacienti s onemocněním jater proto mohou být náchylní ke vzniku nadbytku manganu, a tím i k jeho toxicitě.

Kromě toho se mangan ve velmi malém množství vylučuje také močí, mlékem nebo potem.

Jaký je doporučený denní příjem manganu?

Doporučení pro průměrný denní příjem manganu nejsou vzhledem k nedostatku údajů stanovena.

Evropský úřad pro bezpečnost potravin však zveřejňuje hodnoty pro přiměřený příjem manganu. Adekvátní příjem je průměrná hodnota stanovená na základě pozorování. Předpokládá se, že odpovídá potřebám populace.

Tabulkový přehled přiměřeného denního příjmu manganu podle věku

Zdroje manganu ve stravě

Pro většinu populace jsou potrava a pitná voda hlavními zdroji manganu, které mohou dostatečně pokrýt požadovaný denní příjem.

Mezi potraviny s vyšším obsahem manganu patří ořechy (lískové ořechy, mandle, pekanové ořechy), rýže, pšeničné klíčky, otruby, oves, luštěniny. Dále zelená listová zelenina, ovoce (ananas), čaj, čokoláda a mořské plody (zejména slávky).

Množství manganu v pitné vodě závisí na lokalitě a stupni znečištění. Pohybuje se od 1 µg/l do 2 mg/l.

V současné době jsou na trhu dostupné doplňky stravy s obsahem manganu, ale pouze ve formě vícesložkových přípravků – multivitaminových nebo minerálních doplňků.

V nich se mangan vyskytuje téměř výhradně ve formě soli glukonátu manganatého. Kromě síranu manganatého se však běžně používají také síran manganatý, askorbát manganatý nebo komplexy aminokyselin s manganem.

Potenciální interakce manganu s potravou mohou vznikat při současném příjmu kyseliny fytové, která je přítomna v ořeších, semenech, fazolích, sóji nebo obilovinách. Také k nim může docházet při současném příjmu kyseliny šťavelové, která je přítomna v zelí, špenátu nebo sladkých bramborách.

V obou případech dochází k mírné inhibici vstřebávání manganu.

K mírnému snížení vstřebávání manganu dochází také při současném příjmu tříslovin, které jsou hojně obsaženy v čajích.

Dále lze zmínit již zmíněné železo, které při vysokých hladinách snižuje vstřebávání manganu v trávicím traktu. Vápník a fosfor rovněž snižují rychlost vstřebávání manganu.

A hořčík, který kromě snížení vstřebávání dokonce zvyšuje vylučování manganu.

Jak poznat nedostatek a nadbytek manganu?

Mangan se podílí na řadě biologických procesů v lidském těle a je prakticky nezbytný. Přesto může jeho nadměrné hromadění představovat potenciální riziko.

Hranice mezi dobrým a škodlivým množstvím manganu je poměrně tenká. Proto je důležité, aby regulační mechanismy v těle dostatečně fungovaly a udržovaly homeostázu manganu.

Narušení této homeostázy a vznik nedostatku nebo naopak nadbytku manganu má obvykle za následek vznik zdravotních komplikací nebo vedlejších účinků.

Nedostatek manganu

Existence nedostatečného množství manganu v organismu je vzácný stav, který se u lidí téměř nepozoruje.

Důvodem je dostatek manganu v potravinách a pitné vodě, který pokrývá denní potřebu.

Projevy a komplikace vyvolané nedostatkem manganu byly studovány pouze experimentálně a umělým navozením nedostatku (většinou u zvířat).

Nedostatek manganu způsobil následující komplikace:

• Zpomalení růstu a vývoje kostí
• Abnormality ve tvaru kostry
• Zhoršená reprodukční funkce
• Zhoršená pohyblivost
• Zhoršený metabolismus tuků, bílkovin a sacharidů, nadměrná tolerance glukózy
• Změny nálady
• Vrozené vady

V několika případech byl nedostatek manganu pozorován u lidí. U těchto případů byly pozorovány příznaky, jako jsou zánětlivé kožní poruchy, zpomalený růst vlasů a nehtů, snížená hladina cholesterolu, snížená srážlivost krve nebo zvýšená hladina vápníku a fosforu v krvi.

Nadbytek manganu

V případě manganu se mnohem častěji setkáváme s opačnou situací, tj. s výskytem jeho hromadění v organismu.

Nadbytek je nejčastěji způsoben nadměrným požitím nebo vdechnutím manganu. Může být způsoben i selháním regulačních procesů, které udržují homeostázu.

Rizikovými skupinami pro vznik nadbytku manganu v organismu jsou:

• Kojenci a děti – vzhledem k přirozeně vyšší rychlosti vstřebávání manganu v trávicím traktu
• Kojenci krmení umělým mlékem a pacienti dostávající parenterální výživu
• Pacienti s vrozenou poruchou transportéru v játrech, který se podílí na vylučování manganu
• Pacienti s chronickými jaterními chorobami, které způsobují špatnou funkci jater ve smyslu vylučování přebytečného manganu do žluči
• Pacienti s nedostatkem železa – nedostatek železa zvyšuje rychlost absorpce manganu v gastrointestinálním traktu
• Lidé na rizikových pracovištích, kde je zvýšená koncentrace manganu – svářeči, horníci, oceláři. Obvykle se jedná o vdechování sloučenin manganu

Primárním cílovým orgánem toxicity manganu je mozek. Postižení mozku se projevuje charakteristickými neurologickými příznaky – jednotně označovanými jako tzv. manganismus.

Při manganismu jsou postiženy zejména duševní a pohybové schopnosti jedince.

Manganismus se vyvíjí dlouhodobě. V počátečních stadiích se u postiženého mohou vyskytovat zpomalené reakce, podrážděnost, deprese, výkyvy nálad, nutkavé nebo agresivní chování, halucinace nebo poruchy intelektu.

Později se objevuje celková slabost, ztráta mimiky, problémy s řečí, nadměrné slinění a pocení, mimovolní pohyby končetin, třes, svalová ztuhlost, změna chůze (chůze v předklonu), problémy s obratností a rovnováhou a častější pády.

Tyto příznaky nápadně připomínají Parkinsonovu nemoc. Nereagují však na podávání levodopy, léku používaného při léčbě Parkinsonovy nemoci.

Kromě příznaků souvisejících s poškozením mozku může manganismus způsobit také poruchy jater (cirhóza, poruchy hladiny jaterních enzymů) nebo kardiovaskulární poruchy (zvýšená srdeční frekvence, snížení krevního tlaku).

Hlavními příznaky nadměrné inhalační expozice manganu jsou kašel, bronchitida, zápal plic a zhoršená funkce plic.