Mangaani: Mitä hyötyä siitä on ihmiskehossa? Lähteet elintarvikkeissa ja vedessä?

Mangaani ja sen ominaisuudet

Mangaani on kivennäisaine, joka tunnetaan kemiallisella nimellä Mn. Se on johdettu latinan sanasta manganum.

Se on planeetan kahdestoista runsain alkuaine. Se on myös hivenaineena tärkeä osa eläviä organismeja.

Mangaani ihmiskehossa: onko siitä hyötyä? Miten tunnistaa sen puute tai ylimäärä?

Kemiallisena alkuaineena mangaanin tunnisti ensimmäisen kerran vuonna 1774 ruotsalainen kemisti Carl Wilhelm Scheele, nimenomaan osana mineraalia pyrolusiitti.

Samana vuonna eräs toinen ruotsalainen kemisti, Johan Gottlieb Gahn, eristi sen kuumentamalla pyrolusiittia.

Mangaanin nimi tulee latinankielisestä sanasta "magnes", joka tarkoittaa magneettia. Tämä viittaa taas sen mineraaliin pyrolusiittiin, jolla on todettu olevan magneettisia ominaisuuksia.

Mangaani on kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ryhmän 7 alkuaine ja se esiintyy jaksossa 4.

Se luokitellaan alkuaineiden ryhmään, jota kutsutaan siirtymäalkuaineiksi tai myös siirtymämetalleiksi.

Tämä nimi tulee ajalta, jolloin kemistit osoittivat jaksollisen järjestelmän keskellä oleville alkuaineille siirtymäominaisuuksia alkalimetallien ja epämetallien välillä.

Ominaisuuksiltaan mangaani on hopeanharmaa metallinen alkuaine, joka voi muistuttaa rautaa. Se on kuitenkin rautaa kovempi ja hyvin hauras.

Se on reaktiivinen ja hapettuu hyvin helposti. Se hapettuu pinnallisesti ilmassa ja hajoaa vedessä. Mangaanilla ja joillakin sen yhdisteillä on paramagneettisia ominaisuuksia.

Taulukkomuotoinen yhteenveto mangaania koskevista kemiallisista ja fysikaalisista perustiedoista.

Mangaania vapautuu ilmaan, maaperään ja veteen maan luonnollisen eroosion seurauksena. Sitä ei juuri ole vapaana juuri lainkaan, koska se on reaktiivinen ja hapettuu helposti.

Mangaania esiintyy siis epäorgaanisina tai orgaanisina yhdisteinä, joista orgaaniset ovat yleisempiä.

Luonnossa se esiintyy pääasiassa mineraaleina. Yleisimmät mineraalit ovat oksideja, silikaatteja tai karbonaatteja. Esimerkkeinä mainittakoon jo mainittu pyrolusiitti (MnO2) tai brauniitti, psilomelaani, rodokrosidi.

Nykyään mangaanilla ja sen yhdisteillä on tärkeitä teollisia sovelluksia eri aloilla.

Suurin osa mangaanista (jopa 90 prosenttia vuotuisesta kokonaistuotannosta) käytetään teräksen tuotannossa sen ominaisuuksien parantamiseksi - sen muovattavuuden, lujuuden ja kestävyyden parantamiseksi.

Muita mangaanin käyttötarkoituksia ovat:

• Sitä lisätään alumiiniseoksiin korroosiolta suojaavana aineena.
• Sitä käytetään pigmenttinä esimerkiksi lasin, keramiikan tai jalokivien värjäämisessä.
• Sitä käytetään poistamaan raudan aiheuttama lasin vihreä värimuutos.
• Se sisältyy paristoihin.
• Maataloudessa sitä käytetään lannoitteiden (erityisesti sitrushedelmien), torjunta-aineiden ja homeen torjunta-aineiden lisäaineena.
• Joidenkin mangaaniyhdisteiden desinfioivia ja antiseptisiä vaikutuksia hyödynnetään myös.
• Lääketieteessä sitä käytetään kontrastiaineena kuvantamistutkimuksissa ja se on tärkeä osa äidinmaitoa tai parenteraalista ravitsemusta.

Mikä on mangaanin tehtävä ihmiskehossa?

Mangaani on välttämätön hivenaine. Ihminen tarvitsee sitä vain pieniä määriä. Silti sen läsnäolo ihmiskehossa on ratkaisevan tärkeää terveyden ja normaalien toimintojen ylläpitämiseksi.

Keho ei pysty tuottamaan mangaania itse, vaan se on riippuvainen sen saannista ulkoisesta ympäristöstä.

Mangaani esiintyy elävissä organismeissa ensisijaisesti ^Mn2+- tai ^Mn3+-ionina.

Mangaanilla on useita tärkeitä fysiologisia tehtäviä.

Sen tärkein tehtävä liittyy entsyymeihin ja elimistön entsyymijärjestelmien toimintaan. Mangaani toimii joko näiden entsyymien komponenttina (välttämätön niiden muodostumiselle) tai osallistuu olemassa olevien entsyymien aktivointiin (välttämätön niiden toiminnalle).

Mitkä entsyymit ovat osallisina? Itse asiassa puhutaan monista entsyymeistä, jotka kuuluvat hapettumisreduktioiden, transferaasien, hydrolaasien, lyaasien, isomeraasien tai ligaasien ryhmään.

Tämän entsyymivalikoiman sisällä on jopa entsyymejä, jotka ovat tiukasti riippuvaisia mangaanin läsnäolosta elimistössä. Ilman riittävää mangaanimäärää näitä entsyymejä ei muodostu eikä aktivoidu.

Esimerkkejä ovat mm:

• Glutamiinisyntetaasi - Se toimii aivoissa, joissa se hajottaa tiettyjä myrkyllisiä aineita (aineenvaihduntatoiminta).
• Superoksididismutaasi - Tärkein antioksidanttinen entsyymi soluissa. Se muuttaa reaktiiviset happilajit vedeksi ja suojaa siten niitä vaurioilta (antioksidanttinen toiminta).
• Arginaasi - Maksassa oleva entsyymi, jota tarvitaan aineenvaihdunnan aikana syntyvän myrkyllisen ammoniakin hajottamiseen (aineenvaihduntatoiminto).
• Pyruvaattikarboksylaasi - Keskeinen entsyymi glukoosin muodostuksessa (aineenvaihduntatoiminto).

Tärkeimmät fysiologiset toiminnot ja prosessit, joihin mangaani osallistuu vaikuttamalla entsyymeihin, voidaan siis tiivistää seuraavasti:

• Elimistön normaali kehitys
• Vaikutus immunologisiin, hermostollisiin ja sukupuolihormonitoimintoihin
• Antioksidanttinen vaikutus
• Sokerin, rasvan ja proteiinien aineenvaihdunnan säätely
• Energian muodostuminen soluissa
• Luun ja ruston kasvu
• Veren hyytyminen
• Verensokerin säätely vaikuttamalla insuliinin tuotantoon.
• Aivojen ja niiden toimintojen kehittyminen
• Haavan paraneminen vaikuttamalla kollageenin tuotantoon

Mangaani - saannista erittymiseen asti

Imeytyminen

Mangaani voi joutua elimistöön useiden eri reittien kautta. Yleisimmät reitit ovat ruoansulatuskanavan kautta, hengitysteitse (inhalaationa), parenteraalisesti tai ihokontaktin kautta.

Näistä reiteistä oraalinen imeytymisreitti eli mangaanin nauttiminen suun kautta on vallitseva reitti. Imeytyminen tapahtuu ruoansulatuskanavan ympäristössä.

Tärkeimmät mangaanin lähteet ovat vesi, ruoka, ravintolisät tai äidinmaidonkorvike.

Mangaani imeytyy erityisesti ohutsuolessa kahdella mekanismilla - passiivisella diffuusiolla tai energiaa vaativalla aktiivisella kuljetuksella. Imeytymisnopeus on suhteellisen korkea.

Kuljetusaineet, joiden kautta mangaani kulkee suolistosolujen läpi, eivät ole erityisesti mangaania varten. Ne kuljettavat myös muita metallisia alkuaineita, kuten rautaa, kuparia, sinkkiä tai kalsiumia.

Nämä kilpailevat keskenään tietystä kantajasta, mikä voi vaikuttaa kunkin alkuaineen imeytymisnopeuteen.

Nautitusta mangaanin kokonaismäärästä vain noin 3-5 prosenttia imeytyy ruoansulatuskanavassa.

Mangaanin imeytymisaste on naisilla yleensä korkeampi kuin miehillä, mikä johtuu todennäköisesti sukupuolten välisestä erosta rautapitoisuuksissa.

Tämä heijastaa sitä, että rauta ja mangaani käyttävät imeytymiseen samaa siirtäjää. Näin ollen jos rautapitoisuus on alhaisempi, mangaanilla on enemmän mahdollisuuksia sitoutua siirtäjään.

Myös tästä syystä mangaanin päivittäinen saantivaatimus ravinnosta voi olla naisilla alhaisempi.

Toinen imeytymiseen vaikuttava tekijä on ikä. Imeväisillä ja lapsilla on suurempi mangaanin saanti. Tämä perustuu lapsen luonnostaan suurempaan mangaanin tarpeeseen kasvun ja kehityksen aikana.

Muut mangaanin imeytymisreitit (eli jo mainittu hengitysteitse tai ihon kautta tapahtuva imeytyminen) liittyvät useimmiten ihmisiin, jotka joutuvat työssään kosketuksiin mangaanin kanssa, kuten teollisuustyöntekijät, kaivostyöläiset, hitsaajat jne.

Mangaania annetaan parenteraalisesti (suonensisäisesti) ennenaikaisille vauvoille tai henkilöille, jotka saavat täydellistä parenteraalista ravitsemusta, osana riittävän päivittäisen ravintoaineiden, myös mangaanin, saannin ylläpitämistä.

Jakelu ja sääntely

Imeytynyt mangaani kulkeutuu ruuansulatuskanavasta vereen ja jakautuu elimistön eri osiin.

Fysiologinen pitoisuus veressä on 4-15 mg/l. Naisilla pitoisuus on yleensä noin 30 % suurempi kuin miehillä (johtuen suuremmasta imeytymisnopeudesta).

Mangaani sitoutuu veressä punasoluihin, jotka kuljettavat sitä. Se kulkeutuu ^Mn2+- tai ^Mn3+-ioneina. ^Mn2+ on vallitsevana.

Elinet, joihin mangaania kertyy eniten, ovat maksa, haima, luut, paksusuoli, munuaiset ja aivot (0,15-1,3 mg/kg). Vähemmässä määrin virtsatiet tai punasolut.

Mangaani kykenee läpäisemään veri-aivoesteen, veri-aivoesteen, istukan ja se erittyy myös äidinmaitoon.

Mangaanipitoisuuden pitäminen fysiologisella tasolla on tärkeää elimistön terveyden ja asianmukaisen toiminnan kannalta. Tähän prosessiin osallistuvat säätelymekanismit, jotka ylläpitävät niin sanottua homeostaasia.

Maksa on tärkein elin, joka säätelee mangaania elimistössä. Se säätelee sen saantia ja erittymistä suoliston kautta.

Yhtäältä ne vaikuttavat suolistossa sijaitseviin kuljettajiin ja säätelevät siten imeytymistä. Toisaalta ne pyydystävät ylimääräisen mangaanin verestä ja erittävät sen takaisin suolistoon sapen kautta (joka muodostuu maksassa).

Koska suolistossa jo imeytyneen mangaanin määrä on tiukasti säädelty, liiallisesta ruoan saannista johtuva myrkytys on hyvin harvinaista.

Herkin elin elimistön liialliselle mangaanipitoisuudelle ovat aivot. Myrkyllisyydessä aivojen ja keskushermoston häiriöt ovat ilmeisimpiä ja myös vakavimpia oireita.

Erittyminen

Mangaanin ensisijainen erittymisreitti on sappi sen jälkeen, kun maksa on ottanut sen talteen.

Yhdessä sapen kanssa se kulkeutuu uudelleen suolistoon ja poistuu elimistöstä ulosteiden mukana.

Potilaat, joilla on maksasairaus, voivat sen vuoksi olla alttiita liialliselle mangaanipitoisuudelle ja siten mangaanimyrkytykselle.

Lisäksi mangaania erittyy hyvin pieniä määriä virtsaan, maitoon tai hikeen.

Mikä on suositeltu mangaanin päivittäinen saanti?

Mangaanin keskimääräistä päivittäistä saantia koskevia suosituksia ei ole vahvistettu tietojen puutteen vuoksi.

Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen julkaisee kuitenkin arvoja mangaanin riittävälle saannille. Riittävä saanti on havaintoihin perustuva keskiarvo, jonka oletetaan vastaavan väestön tarpeita.

Taulukko mangaanin riittävästä päivittäisestä saannista iän mukaan.

Mangaanin ravinnonlähteet

Suurimmalle osalle väestöä ruoka ja juomavesi ovat tärkeimmät mangaanin lähteet, jotka riittävät kattamaan tarvittavan päivittäisen saannin.

Mangaanipitoisempia elintarvikkeita ovat pähkinät (hasselpähkinät, mantelit, pekaanipähkinät), riisi, vehnänalkio, leseet, kaura, palkokasvit, vihreät lehtivihannekset, hedelmät (ananas), tee, suklaa ja äyriäiset (erityisesti simpukat).

Juomaveden mangaanipitoisuus riippuu paikasta ja saastumisasteesta. Se vaihtelee 1 µg/l ja 2 mg/l välillä.

Tällä hetkellä markkinoilla on saatavilla mangaania sisältäviä ravintolisiä, mutta vain monivalmisteisina valmisteina eli monivitamiini- tai kivennäisvalmisteina.

Mangaanisulfaatin lisäksi käytetään kuitenkin yleisesti myös mangaanisulfaattia, mangaaniaskorbaattia tai aminohappokomplekseja, joissa on mangaania.

Mahdollisia yhteisvaikutuksia mangaanin ja elintarvikkeiden välillä voi esiintyä, jos samanaikaisesti nautitaan fytiinihappoa, jota on pähkinöissä, siemenissä, pavuissa, soijapavuissa tai viljoissa. Niitä voi esiintyä myös, jos samanaikaisesti nautitaan oksaalihappoa, jota on kaalissa, pinaatissa tai bataatissa.

Molemmissa tapauksissa mangaanin imeytyminen estyy hieman.

Mangaanin imeytyminen heikkenee hieman myös silloin, kun samanaikaisesti nautitaan tanniineja, joita on runsaasti teessä.

Lisäksi jo mainittu rauta vähentää mangaanin imeytymistä ruoansulatuskanavassa suurina pitoisuuksina. Myös kalsium ja fosfori vähentävät mangaanin imeytymistä.

Ja magnesium, joka imeytymisen vähentämisen lisäksi jopa lisää mangaanin erittymistä.

Miten tunnistaa mangaanin puute ja ylimäärä?

Mangaani osallistuu ihmiskehossa moniin biologisiin prosesseihin ja on käytännössä välttämätön. Silti sen liiallinen kertyminen voi aiheuttaa mahdollisen riskin.

Raja hyvän ja haitallisen mangaanipitoisuuden välillä on melko ohut. Siksi on tärkeää, että elimistön säätelymekanismit toimivat riittävästi mangaanin homeostaasin ylläpitämiseksi.

Tämän homeostaasin häiriintyminen ja mangaanin puutteen tai liiallisen määrän kehittyminen johtaa yleensä terveydellisiin komplikaatioihin tai haittavaikutuksiin.

Mangaanin puute

Riittämätön mangaanin määrä elimistössä on harvinainen tila, jota ei juuri havaita ihmisillä.

Tämä johtuu siitä, että ruoassa ja juomavedessä on riittävästi mangaania päivittäisen tarpeen kattamiseksi.

Mangaanin puutteen aiheuttamia ilmenemismuotoja ja komplikaatioita on tutkittu vain kokeellisesti ja aiheuttamalla puutos keinotekoisesti (lähinnä eläimillä).

Mangaanin puute on aiheuttanut seuraavia komplikaatioita:

• luuston kasvun ja kehityksen hidastuminen
• luuston muodon poikkeavuudet
• heikentynyt lisääntymistoiminta
• heikentynyt liikkuvuus
• heikentynyt rasva-, proteiini- ja hiilihydraattiaineenvaihdunta, liiallinen glukoosin sietokyky.
• Mielialan muutokset
• Synnynnäiset puutokset

Muutamissa tapauksissa ihmisillä on havaittu mangaanin puutosta. Näissä tapauksissa on havaittu oireita, kuten tulehduksellisia ihosairauksia, hiusten ja kynsien kasvun hidastumista, alentuneita kolesterolitasoja, heikentynyttä veren hyytymistä tai kohonneita veren kalsium- ja fosforipitoisuuksia.

Liiallinen mangaani

Mangaanin kohdalla päinvastainen tilanne on paljon yleisempi eli sen kertyminen elimistöön.

Ylimäärä johtuu useimmiten mangaanin liiallisesta nauttimisesta tai hengittämisestä. Se voi johtua myös homeostaasia ylläpitävien säätelyprosessien epäonnistumisesta.

Riskiryhmiä, joissa elimistössä esiintyy liikaa mangaania, ovat:

• Imeväiset ja lapset - johtuen mangaanin luonnostaan suuremmasta imeytymisnopeudesta ruoansulatuskanavassa.
• Keinomaitoa saavat imeväiset ja parenteraalista ravitsemusta saavat potilaat.
• Potilaat, joilla on synnynnäinen häiriö maksan mangaanin erittymiseen osallistuvassa kuljettajassa.
• Potilaat, joilla on krooninen maksasairaus, joka aiheuttaa maksan toiminnan heikkenemistä ylimääräisen mangaanin erittymisen kannalta sappeen.
• potilaat, joilla on raudanpuute - raudanpuute lisää mangaanin imeytymisnopeutta ruoansulatuskanavassa.
• Ihmiset, jotka työskentelevät vaarallisissa töissä, joissa mangaanipitoisuudet ovat koholla - hitsaajat, kaivostyöläiset, terästyöläiset. Yleensä mangaaniyhdisteiden hengittäminen liittyy tähän.

Mangaanimyrkytyksen ensisijainen kohde-elin ovat aivot. Aivojen vaurioituminen ilmenee tyypillisinä neurologisina oireina - niitä kutsutaan yhtenäisesti manganismiksi.

Manganismissa yksilön henkiset ja motoriset taidot kärsivät erityisesti.

Manganismi kehittyy pitkän ajan kuluessa. Alkuvaiheessa sairastuneella voi esiintyä hidastuneita reaktioita, ärtyneisyyttä, masennusta, mielialan vaihtelua, pakonomaista tai aggressiivista käyttäytymistä, hallusinaatioita tai älyllisiä häiriöitä.

Myöhemmin ilmenee yleistä heikkoutta, kasvojen ilmeettömyyttä, puheongelmia, liiallista syljeneritystä ja hikoilua, tahattomia raajojen liikkeitä, vapinaa, lihasjäykkyyttä, kävelyn muutoksia (käveleminen eteenpäin kumarassa), ongelmia näppäryydessä ja tasapainossa sekä yleisempiä kaatumisia.

Ne eivät kuitenkaan reagoi levodopaan, Parkinsonin taudin hoitoon käytettävään lääkkeeseen.

Aivovaurioihin liittyvien oireiden lisäksi manganismi voi aiheuttaa myös maksan toimintahäiriöitä (kirroosi, maksaentsyymien häiriöt) tai sydän- ja verisuonitauteja (kohonnut syke, verenpaineen lasku).

Mangaanin liiallisen hengitysteitse tapahtuvan altistumisen tärkeimmät oireet ovat yskä, keuhkoputkentulehdus, keuhkokuume ja keuhkojen toiminnan heikkeneminen.