Manganès: definició, síntesi, absorció, transport i distribució

Manganès és un element químic amb el símbol d’element Mn. És el 12è element més abundant de l’escorça terrestre amb un 0.1% aproximadament: hidrosfera (superfície i subsuperfície) aigua) i litosfera (escorça terrestre inclosa la part exterior del mantell exterior) inclosa - i el tercer metall de transició més abundant després de ferro i titani. Dels possibles estats d’oxidació Mn-3 a Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + i Mn7 + són els més significatius. En sistemes biològics, Mn2 + (manganès II) és la forma predominant juntament amb Mn3 +. Manganès és un component de> 100 minerals incloent sulfurs, òxids, carbonats, silicats, fosfats i borats. Manganès II sals, a excepció del manganès fosfat i carbonat de manganès, solen ser fàcilment solubles en aigua, mentre que els compostos de manganès en estats d'oxidació més elevats solen ser poc solubles. En l’organisme humà, el manganès té el paper d’un component integral específic de certs enzims, com ara el antioxidant superòxid dismutasa (MnSOD, conversió d’anions superòxid formats endògena durant la respiració cel·lular a hidrogen peròxid, que es redueix a aigua per altres enzims i així desintoxicada) i arginasa (degradació de l’aminoàcid arginina a ornitina i urea), que s'integra en el cicle de la urea (conversió de nitrogen (N) que conté productes de degradació, especialment amoni (NH4 +) a urea, que s’excreta pels ronyons → desintoxicació of Amoníac (NH3)), tenen un paper essencial. A més, el manganès, ja sigui per canvi conformacional de la proteïna o per unió al substrat, és un activador o cofactor, respectivament, de nombrosos enzims, com la glicosiltransferasa en la síntesi de glicosaminoglicans (lineals construïts a partir d'unitats de disacàrids que es repeteixen, àcides polisacàrids) i els proteoglicans (glicoproteïnes fortament glicosilades que consisteixen en una proteïna i un o més glicosaminoglicans units covalentment), respectivament, són un component important de la matriu extracel·lular (matriu extracel·lular, substància intercel·lular, ECM, ECM; teixit que es troba entre les cèl·lules - a l’espai intercel·lular) ), tal com cartílag i os. La unió del manganès (Mn2 + a Mn7 +) als seus lligands es produeix preferentment mitjançant oxigen (símbol de l’element: O). El manganès és un oligoelement essencial (necessari per a la vida) per una banda i amb una alta toxicitat (toxicitat) per l’altra, sent més tòxic el manganès divalent (Mn2 +) que el trivalent (Mn3 +). En conseqüència, s’ha de procurar ingerir manganès en quantitats adequades però no en dosis excessives. El manganès és present en tots els teixits vegetals i animals a causa de la seva presència omnipresent (llatí ubique: "distribuït per tot arreu"), essent els òrgans reproductors de les plantes els més rics en manganès. Tot i que de vegades es troben grans quantitats de manganès en aliments d’origen vegetal, com cereals integrals, arròs, llegums (llegums), nous, verdures de fulla verda, fruites i fulles de te, el contingut de manganès en aliments d’origen animal, com ara carn, peix i llet, i en midó i molt purificat sucre els productes solen ser molt baixos.

Absorció

El manganès subministrat per via oral entra al intestí prim for absorció. Fins ara, hi ha poc coneixement sobre el mecanisme. Alguns autors han demostrat que el manganès comparteix el mateix absorció ruta amb l'element traça de ferro. En conseqüència, el manganès en forma de Mn2 + s’absorbeix als enteròcits (cèl·lules de l’intestí prim epiteli) predominantment a la duodè (duodè) i jejun (jejun) amb l’ajut del transportador de metalls divalent-1 (DMT-1), que transporta metalls de transició divalents juntament amb protons (H +). Aquest procés depèn de l’energia i es produeix d’acord amb la cinètica de saturació. Segons Tallkvist et al (2000), el manganès (Mn2 +) - anàleg a de ferro (Fe2 +): entra al torrent sanguini a través de la membrana basolateral (orientada cap a l’intestí) dels enteròcits mitjançant la proteïna de transport ferroportina-1. Ja sigui un passiu absorció El mecanisme està disponible per al manganès, a més de l'absorció activa que requereix una investigació addicional. La taxa d’absorció del manganès dels aliments en condicions fisiològiques se situa entre el 3-8%. Pot ser més elevat en nadons i nens petits, amb un estat de subministrament de manganès deficient o una ingesta baixa de manganès. Quan el subministrament de manganès supera el requisit, el seu subministrament biodisponibilitat disminueix. El nivell d’absorció de manganès està influït per nombrosos components dietètics:

  • Calci: segons diversos estudis, la suplementació de calci a 500 mg / dia produeix una disminució de la biodisponibilitat del manganès, amb el fosfat i el carbonat càlcics que tenen el major efecte i el calci de la llet amb menys efecte; alguns altres estudis van mostrar només efectes mínims de la suplementació de calci sobre el metabolisme del manganès
  • Magnesi: amb una suplementació de magnesi d’uns 200 mg / dia, disminueix l’absorció de manganès
  • Fosfat: els fosfats dietètics, com ara embotits, formatges elaborats i refrescos, afecten l’absorció intestinal (que afecta l’intestí) del manganès
  • Àcid fític, àcid oxàlic, tanins - els fitats de cereals, llegums, etc., oxalats, per exemple, de verdures de col, espinacs i moniatos, i els tanins del te redueixen la biodisponibilitat del manganès
  • Ferro: inhibició mútua de l’absorció → el ferro i el manganès competeixen pels mateixos mecanismes d’absorció i transport, per exemple, el DMT-1.
    • L'absorció de manganès d'un menjar disminueix a mesura que augmenta el contingut de ferro en la dieta perquè l'expressió de DMT-1 està regulada a la baixa en enteròcits (cèl·lules de l'epiteli de l'intestí prim)
    • Segons Davis i Greger (1992), la suplementació amb ferro (60 mg / dia durant 4 mesos) s’associa amb una disminució dels nivells sèrics de manganès i una reducció de l’activitat de superòxid dismutasa (MnSOD) dependent del manganès en leucòcits (glòbuls blancs), cosa que indica una disminució del manganès estat
    • El subministrament individual de ferro és un factor important que influeix en el manganès biodisponibilitat. Si deficiència de ferro és present, l’absorció de manganès es pot augmentar de 2-3 vegades a causa de l’augment de l’expressió de DMT-1 en enterocits. "Dipòsits complets de ferro": mesurables per sèrum ferritina (proteïnes d’emmagatzematge de ferro), per altra banda, s’associen a una disminució de la captació intestinal de manganès a causa de la regulació descendent (regulació descendent) de la síntesi cel·lular de DMT-1. Tenint en compte que en general es poden detectar reserves de ferro més elevades en homes en comparació amb les dones, els homes generalment reabsorben menys manganès que les dones.
  • Cobalt: el cobalt i el manganès interfereixen en l’absorció intestinal de l’altre perquè els dos metalls de transició utilitzen el DMT-1

A més, una ingesta excessiva de fibra dietètica, del oligoelements cadmi i de coure, de refinat hidrats de carboni com la industrial sucre i productes de farina blanca, a més d’augmentar alcohol consum, també comporta una disminució de l’absorció de manganès. De la mateixa manera, l’ús de certs medicaments, com ara magnesi-que conté antiàcids (neutralitzant estómac àcid), laxants (laxants) i antibiòtics, s’associa amb una alteració de l’absorció intestinal de manganès un cop es prenen juntament amb aliments que contenen Mn o suplements. En contrast amb els factors enumerats anteriorment, llet augmenta el biodisponibilitat de manganès.

Transport i distribució al cos

El manganès absorbit es transporta en forma lliure o es lliga a les alfa-2-macroglobulines (proteïnes dels sang plasma) a través del portal vena fins al fetge. Allà, la majoria de manganès entra al país circulació enterohepàtica (fetge-intestí circulació), que implica el lliurament des del fetge amb bilis a l’intestí, absorció reintestinal i transport portal al fetge. Una petita fracció de manganès s’allibera del fetge al torrent sanguini i, després d’un canvi de valència de Mn2 + a Mn3 +, que es produeix per oxidació per coeruloplasmina (globulina alfa-2 de sang plasma), està lligat a transferrina (beta globulina, que és el principal responsable del transport del ferro) o una proteïna de transport específica, com ara la beta-1 globulina, que ha de ser captada pels teixits extrahepàtics (fora del fetge). Ja que el manganès competeix amb el ferro pel mateix transport proteïnes, la unió del manganès a transferrina augmenta en deficiència de ferro, mentre que disminueix en excés de ferro. Els nivells alts de ferro al cos poden arribar a ser lead a la reducció de les concentracions de manganès en els teixits i, per tant, a la reducció de l’activitat dels enzims dependents del manganès. També es transporta manganès sang plasma com a component de eritròcits (glòbuls vermells): unit a la porfirina (colorant químic orgànic format per quatre anells de pirrol). El contingut de manganès del cos humà és d’uns 10-40 mg. El teixit mitjà concentració de manganès varia entre 0.17-0.28 mg / kg de pes corporal i és significativament inferior al del ferro i zinc. Aproximadament el 25% del manganès corporal total es troba en ossos, principalment en medul · la òssia. També es poden detectar altes concentracions de manganès al fetge, ronyó, pàncrees (pàncrees), glàndula pituitària (hipòfisi) i intestinal epiteli (intestinal mucosa). El manganès també es troba a cabell, múscul, glàndula mamària i suor. En nens i animals joves, el manganès es concentra preferentment en específics cervell regions. Intracel·lularment (dins de les cèl·lules), el manganès es localitza principalment a la zona mitocòndries ("Centrals energètiques" de les cèl·lules), on l'element traça actua com a component integral o activador de determinats sistemes enzimàtics, com ara piruvat carboxilasa (gluconeogènesi (nova formació de glucosa a partir de precursors orgànics no hidrats de carboni, com el piruvat) i la prolidasa (subministrament de l’aminoàcid prolina per a la síntesi de col·lagen (la proteïna estructural més important de la matriu extracel·lular, com cartílag, ossos, tendons, pell i d'un sol ús i multiús.)). A més, hi ha una piscina de manganès disponible als lisosomes (orgànuls cel·lulars que emmagatzemen enzims per a la degradació de materials endògens (cel·lulars) i exògens (no cel·lulars) (bacterians, virals, etc.) i al nucli, entre d’altres. Emmagatzematge específic proteïnes, Com ara ferritina per al ferro, no són coneguts pel manganès. Així, a diferència del ferro i de coure, l’element traça no s’emmagatzema al fetge amb ingestes elevades, sinó que s’acumula (s’acumula) en determinats teixits, com ara el cervell. Per aquest motiu, el manganès té un efecte tòxic (verinós) en dosis elevades. No s’han observat intoxicacions de manganès per ingesta dietètica excessiva. En el cas de la ingesta d’aigua potable i mineral amb un alt contingut de manganès (manganès màxim permès concentració en aigua potable: 0.05 mg / l), ingesta a llarg termini de manganès suplements, i exposició crònica ocupacional - inhalació de pols o vapors que contenen Mn (> 1 mg / m3 d'aire) en mines de manganès, fàbriques de manganès, foneries de metalls, fàbriques de la indústria del metall i plantes de processament de Mn, però, poden provocar intoxicacions amb l'element traça, especialment en nens a causa de l 'acumulació preferencial de manganès a la Xina cervell [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Manganès procedent d 'aigua potable i suplements està més disponible que a partir dels aliments, cosa que provoca una major acumulació del microelement al cos, principalment al cervell. Partícules de manganès inhalades a través de la vies respiratòries, a diferència del manganès absorbit intestinalment, es transporten directament al cervell sense ser metabolitzats (metabolitzats) al fetge. Elevades concentracions de Mn3 + lead a conversió oxidativa del neurotransmissor dopamina a un compost trihidroxi que danya les neurones que sintetitzen dopamina a la central sistema nerviós (SNC). Els símptomes d’intoxicació per manganès resulten, doncs, d’una dopamina deficiència i afecten especialment el SNC. A més, danys al fetge, al pàncrees i als pulmons: tes, bronquitis (inflamació dels bronquis) I pneumònia (inflamació dels pulmons) a causa de partícules de manganès inhalades - també es pot produir. La intoxicació lleu amb manganès provoca símptomes inespecífics, com ara sudoració profusa, fatiga, i marejos. A nivells més alts de manganès, els símptomes nerviosos centrals són destacats, començant per apatia (apatria), astenia (debilitat), anorèxia (pèrdua de gana), insomni (trastorns del son) i mialgia (múscul dolor) i progressant cap a alteracions sensorials, anomalies reflexes, músculs rampes, i inestabilitat de la marxa amb latero-, pro- i retropulsió (tendència a caure de costat, cap endavant, cap enrere). En les fases finals, símptomes similars a Malaltia de Parkinson (trastorn neurològic caracteritzat per una deficiència de dopamina), com ara el rigor (rigidesa muscular), tremolor (tremolor muscular), inestabilitat postural (inestabilitat postural), bradiquinesia (moviments alentits) a akinesia (manca de moviment) i / o trastorns mentals com irritabilitat, agressivitat, depressió, desorientació, memòria pèrdua, i al · lucinacions - "una bogeria mangànica". Aquests símptomes responen parcialment teràpia amb L-dopa (L-3,4-dihidroxifenilalanina per a la síntesi endògena de dopamina). A més de les persones que han inhalat partícules de manganès o han consumit aigua mineral i potable rica en Mn o suplements que contenen Mn durant molts anys a causa de la seva ocupació, hi ha també augmenta el risc d’intoxicació per manganès en els següents grups d’individus o malalties:

  • Individus, especialment neonats, lactants i nens petits, amb nutrició parenteral total (TPE, forma d'alimentació artificial que evita el tracte gastrointestinal): una concentració excessiva de manganès a la solució per infusió i / o la contaminació de la solució nutritiva amb manganès poden causar intoxicació; els lactants amb TPE que contenen Mn estan exposats a concentracions de manganès aproximadament 100 vegades superiors als lactants lactants
  • Malaltia hepàtica crònica: alteració de la formació de bilis al fetge i un lliurament reduït a l’intestí condueix a una disminució de l’excreció de manganès a les femtes, que provoca un augment de les concentracions sèriques de manganès
  • Neonats: concentració preferencial de manganès al cervell, en part per l’augment de l’expressió dels receptors de transferrina en neurones en desenvolupament i en part per l’eliminació limitada de manganès amb femta (femta) com a resultat d’una funció hepàtica encara no madurada per produir bilis.
  • Nens: a diferència dels adults, els nadons i els nens tenen una major absorció intestinal de manganès i una baixa biliar (que afecta la bilis) excreció de manganès (excreció de manganès)
  • Gent gran (> 50 anys): és més probable que tinguin malalties hepàtiques associades a una disminució de l'excreció de manganès i augment de les concentracions sèriques de manganès en comparació amb els adults joves
  • Deficiència de ferro - L'absorció de manganès augmenta a causa de la incorporació de DMT-1 a la membrana de la vora del raspall dels enteròcits (cèl·lules de l'intestí prim) epiteli).

A causa de l’alt risc d’intoxicació, un UL específic (anglès: Tolerable Upper Intake Level - quantitat màxima de micronutrients que no causa efectes secundaris en gairebé tots els individus de qualsevol edat quan es pren diàriament) per al manganès. Segons el FNB (Food and Nutrition Board, Institute of Medicine), la UL per a nens de 1-3, 4-8 i 9-13 anys és de 2 mg, 3 mg i 6 mg / dia, respectivament; per a adolescents (14-18 anys), 9 mg / dia; i per a adults (≥ 19 anys), 11 mg / dia. Per als lactants (0-12 mesos), encara no s’ha establert cap UL per al manganès. Aquí, la ingesta de manganès hauria de ser exclusiva la llet materna o substituts i aliments de la llet materna. Com que les persones grans (> 50 anys) són més susceptibles a la intoxicació per manganès que els adults joves a causa, entre altres coses, d’una major incidència de malalties hepàtiques, el Grup d’experts nacionals del Regne Unit ha establert una ingesta total acceptable de manganès (nivell màxim segur de manganès que no provocarà efectes adversos amb ingesta diària de tota la vida de totes les fonts) de 8.7 mg / dia per a aquest grup d’edat.

Excreció

L 'excreció de manganès es produeix en gran mesura per mitjà de bilis amb les femtes (femta) (99%) i només lleugerament mitjançant el ronyó amb l’orina (<0.1%). L’excreció de manganès en humans és bifàsica amb una vida mitjana de 13 a 34 dies. L'homeòstasi del manganès es regula principalment ajustant l'excreció endògena (endògena), en lloc de l'absorció intestinal. El fetge té una importància crucial en aquest procés, ja que allibera manganès a l’intestí amb el bilis en quantitats variables, segons l’estat de subministrament. En excés de manganès, l’excreció supera la reabsorció intestinal, mentre que en deficiència es reabsorbeix més manganès a l’intestí que no s’excreta per les femtes. En els nounats, aquesta regulació homeostàtica encara no està del tot desenvolupada. En contrast amb la reabsorció de manganès, l'excreció de manganès no es veu afectada per l'estat de subministrament endogen d'altres substàncies químicament similars. oligoelements, com demostren els estudis amb manganès radiomarcat.