מנגן: הגדרה, סינתזה, קליטה, הובלה והפצה

מַנגָן הוא יסוד כימי עם סמל היסוד Mn. זהו היסוד ה 12 השכיח ביותר בקרום כדור הארץ בכ 0.1% - הידרוספרה (פני השטח והתחתית מַיִם) וליתוספירה (קרום כדור הארץ כולל החלק החיצוני של המעטפת החיצונית) כללו - ומתכת המעבר השלישית בשכיחותה אחרי ברזל וטיטניום. ממצבי החמצון האפשריים Mn-3 עד Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + ו- Mn7 + הם המשמעותיים ביותר. במערכות ביולוגיות, Mn2 + (מנגן II) הוא הצורה השולטת יחד עם Mn3 +. מַנגָן הוא מרכיב של> 100 מינרלים כולל סולפידים, תחמוצות, פחמתי, סיליקטים, פוספטים ובורטים. מנגן II מלחים, למעט מנגן פוספט ומנגן פחמתי, בדרך כלל מסיסים בקלות ב מַיִםואילו תרכובות מנגן במצבי חמצון גבוהים בדרך כלל מסיסים במשורה. באורגניזם האנושי מנגן ממלא את התפקיד של מרכיב אינטגרלי מסוים של מסוימים אנזימים, כמו ה נוגד חמצון דיסמוטאז סופר-חמצני (MnSOD, המרת אניונים של סופר-חמצני שנוצרו באופן אנדוגני במהלך נשימה תאית ל הידרוגנציה חמצן, שמצטמצם ל מַיִם על ידי אחר אנזימים וכך רעלים) וארגינאז (השפלה של חומצת האמינו ארגינין לאורניטין ו אוריאה), שמשולב במחזור האוריאה (המרה של חנקן (N) המכילים מוצרי השפלה, במיוחד אמוניום (NH4 +) לאוריאה, המופרש דרך הכליות → דטוקסיפיקציה of אַמוֹנִיָה (NH3)), ממלאים תפקיד מהותי. בנוסף, מנגן - על ידי שינוי קונפורמציה של החלבון או על ידי קשירה למצע - הוא מפעיל או גורם, בהתאמה, של רבים אנזימים, כגון גליקוזילטרנספרז בסינתזה של גליקוזאמינוגליקנים (ליניארי בנוי מיחידות דו-סוכריות חוזרות, חומצי פוליסכרידים) ופרוטאוגליקנים (גליקופרוטאינים מסוכרים מאוד המורכבים מחלבון וגליקוזאמינוגליקנים קשורים קוולנטית), בהתאמה, הם מרכיב חשוב במטריקס החוץ-תאי (מטריצה ​​חוץ-תאית, חומר בין-תאי, ECM, ECM; רקמה השוכנת בין התאים - במרחב הבין-תאי ), כמו סָחוּס ועצם. הקישור של מנגן (Mn2 + ל- Mn7 +) ליגנדים שלו מתרחש באופן מועדף באמצעות חמצן (סמל אלמנט: O). מנגן הוא יסוד קורט שהוא חיוני (הכרחי לכל החיים) מצד אחד ובעל רעילות גבוהה (רעילות) מאידך, כאשר מנגן דו-ערכי (Mn2 +) הוא רעיל יותר משילוש (Mn3 +). בהתאם לכך, יש להקפיד על בליעת מנגן בכמויות נאותות אך לא במינונים מוגזמים. המנגן קיים בכל רקמות הצומח ובעלי החיים בשל הופעתו בכל מקום (בכל מקום לטיני: "מופץ בכל מקום"), כאשר איברי הרבייה של הצמחים הם העשירים ביותר במנגן. בעוד שלעתים נמצאים כמויות גבוהות של מנגן במזונות שמקורם צמחי, כגון דגנים מלאים, אורז, קטניות (קטניות), אגוזים, ירקות עלים ירוקים, פירות ועלי תה, תכולת המנגן במזונות ממוצא מן החי, כגון בשר, דגים, חלב, ובתוך עמילן מטוהר מאוד סוכר המוצרים בדרך כלל נמוכים מאוד.

קליטה

מנגן המסופק דרך הפה נכנס ל מעי דק ל קליטה. נכון להיום, אין מעט ידע לגבי המנגנון. כמה מחברים הוכיחו כי מנגן חולק את אותו הדבר קליטה מסלול עם יסוד העקבות ברזל. לפיכך, מנגן בצורה של Mn2 + נספג באנטרוציטים (תאי המעי הדק אפיתל) בעיקר ב תריסריון (תריסריון) וג'חונום (jejunum) בעזרת טרנספורטר המתכת הדו-ערכי -1 (DMT-1), המעביר מתכות מעבר דו-ערכיות יחד עם פרוטונים (H +). תהליך זה תלוי אנרגיה ומתרחש על פי קינטיקת הרוויה. על פי Tallkvist et al (2000), מנגן (Mn2 +) - מקביל ל ברזל (Fe2 +) - נכנס לזרם הדם דרך הקרום הבזולטרלי (הפונה מהמעי) של האנטוציטים באמצעות חלבון התחבורה ferroportin-1. בין אם פסיבי קליטה מנגנון זמין עבור מנגן בנוסף לספיגה פעילה דורש בדיקה נוספת. קצב הספיגה של המנגן מהמזון בתנאים פיזיולוגיים הוא בין 3-8%. זה עשוי להיות גבוה יותר אצל תינוקות וילדים צעירים, במצב אספקת מנגן ירוד או צריכת מנגן נמוכה. כאשר אספקת המנגן עולה על הדרישה, שלה זמינות ביולוגית פוחתת. רמת ספיגת המנגן מושפעת ממרכיבים תזונתיים רבים:

• סידן - על פי מספר מחקרים, תוספת סידן ב 500 מ"ג ליום מביאה לירידה בזמינות הביולוגית של מנגן, כאשר הסידן הפוספט והפחמתי משפיעים ביותר וסידן מחלב משפיע הכי פחות; כמה מחקרים אחרים הראו השפעות מינימליות בלבד של תוספי סידן על חילוף החומרים במנגן
• מגנזיום - בתוספת מגנזיום של כ- 200 מ"ג ליום, ספיגת המנגן פוחתת
• פוספט - פוספטים תזונתיים, כמו מבשר נרפא, גבינה מעובדת ומשקאות קלים, פוגעים בספיגת המנגן במעי (המשפיעים על המעיים).
• חומצה פיטית, חומצה אוקסלית, טאנינים - פיטטים מדגנים, קטניות וכו ', אוקסלטים, למשל, מירקות כרוב, תרד ובטטה, וטאנינים מתה מפחיתים את הזמינות הביולוגית של מנגן
• ברזל - עיכוב הדדי של ספיגה → ברזל ומנגן מתחרים על אותם מנגנוני ספיגה והובלה, למשל, DMT-1.
  • ספיגת המנגן מארוחה פוחתת ככל שתכולת הברזל התזונתית גדלה מכיוון שהביטוי ל- DMT-1 מווסת במורד האנטרוציטים (תאי אפיתל המעי הדק)
  • על פי דייוויס וגרגר (1992), תוסף ברזל - 60 מ"ג ליום למשך 4 חודשים - קשור לירידה ברמות המנגן בסרום ולהפחתת פעילות סופראוקסיד דיסמוטאז (MnSOD) התלויה במנגן בלוקוציטים (תאי דם לבנים), מה שמעיד על ירידה במנגן. סטָטוּס
  • אספקת ברזל פרטנית היא גורם מרכזי המשפיע על המנגן זמינות ביולוגית. אם מחסור בברזל קיים, ספיגת המנגן עשויה להיות מוגברת פי 2-3 בשל ביטוי מוגבר של DMT-1 באנטרוציטים. "מאגרי ברזל מלאים" - מדידים לפי סרום פריטין (לעומת זאת, רמות חלבון לאחסון ברזל) קשורות לירידה בספיגת המנגן במעי - עקב ויסות למטה (מווסת) של סינתזת DMT-1 הסלולרית. לאור העובדה כי בדרך כלל ניתן לזהות חנויות ברזל גבוהות יותר בקרב גברים בהשוואה לנשים, גברים בדרך כלל סופגים פחות מנגן מאשר נשים.
• קובלט - קובלט ומנגן מפריעים לספיגת המעי האחד של השני מכיוון ששתי מתכות המעבר משתמשות ב- DMT-1

בנוסף, צריכה מוגזמת של סיבים תזונתיים, של ה יסודות קורט קדמיום ו נחושת, של מעודן פחמימות כגון תעשייה סוכר ומוצרי קמח לבן, כמו גם מוגדלים כּוֹהֶל צריכה, מובילה גם לירידה בספיגת המנגן. באופן דומה, שימוש בתרופות מסוימות, כגון מגנזיום-מֵכִיל נוגדי חומצה (מְנַטרֵל בטן חוּמצָה), משלשלים (משלשלים), ו אַנְטִיבִּיוֹטִיקָה, קשורה לפגיעה בספיגת המנגן במעי לאחר נטילתם יחד עם מזון המכיל Mn או תוספים. בניגוד לגורמים המפורטים לעיל, חלב מגדיל את זמינות ביולוגית של מנגן.

הובלה והפצה בגוף

מנגן נספג מועבר בצורה חופשית או קשור לאלפא 2-מקרוגלובולינים (חלבונים של דם פלזמה) דרך הפורטל וָרִיד אל ה כבד. שם, רוב המנגן נכנס ל זרימה אנטרוהפטית (כבד-מעי תפוצה), הכוללת מסירה מה- כבד עם מָרָה למעי, ספיגת המעי החוזר והובלת פורטל לכבד. חלק קטן של מנגן משתחרר מהכבד לזרם הדם, ולאחר שינוי ערכיות מ- Mn2 + ל- Mn3 +, המתרחש באמצעות חמצון על ידי coeruloplasmin (אלפא -2 גלובולין של דם פלזמה), קשור ל טרנספרין (בטא גלובולין, האחראי בעיקר על הובלת ברזל) או חלבון תחבורה ספציפי, כגון בטא -1 גלובולין, שיילקח על ידי רקמות חוץ-כבדיות (מחוץ לכבד). מכיוון שמנגן מתחרה בברזל על אותה הובלה חלבונים, קשירת מנגן ל טרנספרין גדל ב מחסור בברזלואילו הוא יורד בעודף ברזל. רמות גבוהות של ברזל בגוף יכולות בסופו של דבר עוֹפֶרֶת לריכוז מנגן מופחת ברקמות וכך להפחתת פעילותם של אנזימים תלויי מנגן. מנגן מועבר גם הוא פנימה דם פלזמה כמרכיב של אריתרוציטים (תאי דם אדומים) - קשורים לפורפירין (צבע כימי אורגני המורכב מארבע טבעות פירול). תכולת המנגן בגוף האדם היא כ 10-40 מ"ג. הרקמה הממוצעת ריכוז המנגן משתנה בין 0.17-0.28 מ"ג לק"ג משקל גוף והוא נמוך משמעותית מזה של ברזל אבץ. כ 25% מסך המנגן בגוף נמצא בעצם, בעיקר ב מח עצם. ניתן לגלות ריכוזים גבוהים של מנגן גם בכבד, כליה, לבלב (לבלב), בלוטת יותרת המוח (בלוטת יותרת המוח), ומעי אפיתל (פְּנִימִי רירית). מנגן נמצא גם ב שער, שרירים, בלוטות חלב וזיעה. אצל ילדים ובעלי חיים צעירים, מנגן מרוכז בעדיפות ספציפית מוֹחַ אזורים. באופן תאיים (בתוך התאים), מנגן ממוקם בעיקר באזור המיטוכונדריה ("תחנות כוח אנרגיה" של התאים), כאשר יסוד העקבות משמש כמרכיב אינטגראלי או כמפעיל מערכות אנזים מסוימות, כגון פירובטה קרבוקסילאז (גלוקונאוגנזה (היווצרות חדשה של גלוקוז ממבשרים אורגניים שאינם פחמימות, כמו פירובט) ופרולידאז (אספקת חומצת האמינו פרולין לסינתזה של קולגן (החלבון המבני החשוב ביותר של המטריצה ​​החוץ תאית, כגון סָחוּס, עצמות, גידים, עור ו כלי)). יתר על כן, בריכת מנגן זמינה בליזוזומים (אברונים של תאים המאחסנים אנזימים להשפלת חומרים אנדוגניים (תאיים) ואקסוגניים (לא תאיים) - חיידקיים, ויראליים וכו ') ובגרעין, בין היתר. אחסון ספציפי חלבונים, כמו פריטין עבור ברזל, אינם ידועים במנגן. לפיכך, בניגוד לברזל ו נחושת, יסוד העקבות אינו מאוחסן בכבד בצריכה גבוהה, אלא מצטבר (מצטבר) ברקמות מסוימות, כגון מוֹחַ. מסיבה זו, למנגן יש השפעה רעילה (רעילה) במינונים גבוהים. לא נצפו שיכרון מנגן בגלל צריכה מוגזמת של תזונה. במקרה של צריכת שתייה ומים מינרליים עם תכולת מנגן גבוהה (מנגן מקסימלי מותר ריכוז במי שתייה: 0.05 מ"ג / ליטר), צריכה ארוכת טווח של מנגן תוספים, וחשיפה כרונית תעסוקתית - שאיפה של אבקים או אדים המכילים Mn (> 1 מ"ג / מ"ק אוויר) במכרות מנגן, טחנות מנגן, בתי התכת, מפעלי תעשיית מתכות, ומפעלי עיבוד Mn - עלולים, עם זאת, לגרום לשיכרון עם יסוד העקבות, במיוחד אצל ילדים בגלל הצטברות מנגן מועדפת ב מוֹחַ [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. מנגן ממי שתייה תוספים זמין יותר מאשר מהמזון, וכתוצאה מכך הצטברות גבוהה יותר של יסוד העקבות בגוף, בעיקר במוח. חלקיקי מנגן בשאיפה דרך דרכי הנשימהבניגוד למנגן הנספג במעי, מועברים ישירות למוח מבלי לעבור חילוף חומרים (מטבוליזם) בכבד. ריכוזים גבוהים של Mn3 + עוֹפֶרֶת להמרה חמצונית של נוירוטרנסמיטר דופמין לתרכובת טריהידרוקסי הפוגעת בנוירונים המסנתזים דופמין במרכז מערכת העצבים (CNS). הסימפטומים של שיכרון מנגן נובעים אפוא מ- דופמין מחסור ומשפיעים על מערכת העצבים המרכזית בפרט. בנוסף, פגיעה בכבד, בלבלב ובריאות - שיעול, ברונכיטיס (דלקת בסמפונות) ו דלקת ריאות (דלקת ריאות) עקב חלקיקי מנגן בשאיפה - יכולה להתרחש גם. שיכרון קל של מנגן מביא לתסמינים לא ספציפיים, כגון הזעה נרחבת, עייפות, וסחרחורת. ברמות גבוהות יותר של מנגן בולטים תסמינים עצביים מרכזיים, המתחילים באדישות (רפיון), אסתניה (חולשה), אנורקסיה (אובדן תיאבון), נדודי שינה (הפרעות שינה), ומיאלגיה (שרירים כְּאֵב) ומתקדמים להפרעות תחושתיות, הפרעות רפלקס, שרירים התכווצויות, וחוסר יציבות בהליכה עם לטרו-, פרו- והנעה חוזרת (נטייה ליפול לצד, קדימה, אחורה). בשלבים המאוחרים, תסמינים דומים ל מחלת פרקינסון (הפרעה נוירולוגית המאופיינת במחסור של דופמין), כגון קשיחות (נוקשות שרירים), רעד (רעד בשרירים), חוסר יציבות יציבה (חוסר יציבות יציבה), ברדיקינזיה (תנועות מואטות) לאקינזיה (חוסר תנועה) ו / או הפרעות נפשיות כגון עצבנות, אגרסיביות, דכאון, דיסאוריינטציה, זיכרון אובדן, ו הזיות - "טירוף מנגני." תסמינים אלה מגיבים באופן חלקי תרפיה עם L-dopa (L-3,4-dihydroxyphenylalanine לסינתזה של דופמין אנדוגני). בנוסף לאנשים ששאפו חלקיקי מנגן או צרכו שתייה עשירה ב- M ומים מינרליים או תוספים המכילים Mn במשך שנים רבות עקב עיסוקם, יש גם סיכון מוגבר לשיכרון מנגן בקבוצות הבאות של אנשים או מחלות:

• אנשים, בייחוד ילודים, תינוקות וילדים קטנים, בתזונה פרנטרלית מוחלטת (TPE, צורת הזנה מלאכותית העוקפת את מערכת העיכול) - ריכוז יתר של מנגן בתמיסת העירוי ו / או זיהום של תמיסת התזונה במנגן עלול לגרום לשיכרון; תינוקות ב- TPE המכיל Mn נחשפים לריכוזי מנגן גבוהים פי 100 יותר מתינוקות יונקים
• מחלת כבד כרונית - פגיעה ביצירת מרה בכבד והפחתה במעי למעי מובילה לירידה בהפרשת המנגן בצואה וכתוצאה מכך מוגברת ריכוזי המנגן בסרום.
• ילודים - ריכוז מנגן מועדף במוח, בין השאר עקב ביטוי מוגבר של קולטני טרנספרין בתאי עצב מתפתחים ובחלקו בגלל חיסול מוגבל של מנגן עם צואה (תאי צואה) כתוצאה מתפקוד כבד שעדיין לא הבשיל לחלוטין לייצור מרה.
• ילדים - בניגוד למבוגרים, לתינוקות וילדים יש ספיגת מנגן מעיים גבוהה יותר ומרה (משפיעה על המרה) הפרשת מנגן (הפרשת מנגן)
• קשישים (> 50 שנה) - נוטים יותר לחלות במחלת כבד הקשורה בהפרשת המנגן וריכוז מוגבר בסרום בהשוואה לאנשים צעירים
• מחסור בברזל - ספיגת המנגן מוגברת בגלל שילוב מוגבר של DMT-1 בקרום הגבול של המברשת של האנטוציטים (תאי המעי הדק אפיתל).

בגלל הסיכון הגבוה לשיכרון, UL ספציפי (באנגלית: Tolerable Intake Level Intake - כמות מקסימלית של מרכיב תזונתי שאינו גורם לתופעות לוואי כמעט בכל האנשים בכל גיל שנלקח מדי יום) למנגן. על פי נתוני FNB (ועדת המזון והתזונה, המכון לרפואה), UL לילדים בגילאים 1-3, 4-8 ו- 9-13 שנים הוא 2 מ"ג, 3 מ"ג ו- 6 מ"ג ליום, בהתאמה; למתבגרים (14-18 שנים), 9 מ"ג ליום; ולמבוגרים (≥ 19 שנים), 11 מ"ג ליום. לתינוקות (0-12 חודשים) טרם הוקם UL למנגן. כאן צריכת המנגן צריכה להיות באופן בלעדי חלב אם או תחליפי חלב אם ומזונות. מכיוון שקשישים (מעל גיל 50) רגישים יותר להשכרת מנגן בהשוואה למבוגרים צעירים עקב, בין היתר, שכיחות גבוהה יותר של מחלות כבד, קבוצת המומחים הלאומית בבריטניה קבעה צריכת מנגן כוללת מקובלת (רמה מקסימלית בטוחה של מנגן שלא יגרום תופעות לוואי עם צריכת חיים יומית, מכל המקורות) של 8.7 מ"ג ליום עבור קבוצת גיל זו.

הַפרָשָׁה

הפרשת מנגן היא בעיקר באמצעות מָרָה עם הצואה (צואה) (99%) ורק מעט דרך כליה עם השתן (<0.1%). הפרשת מנגן בבני אדם היא דו-פאזית עם מחצית חיים של 13-34 יום. הומאוסטזיס מנגן מווסת בעיקר על ידי התאמת הפרשה אנדוגנית (אנדוגנית), ולא ספיגת מעיים. לכבד יש חשיבות מכרעת בתהליך זה, תוך שחרור מנגן למעי עם ה- מָרָה בסכומים משתנים, בהתאם למצב האספקה. בעודף מנגן ההפרשה עולה על ספיגת המעי מחדש ואילו במחסור נספג יותר מנגן במעי מאשר מופרש באמצעות הצואה. בילודים, רגולציה הומאוסטטית זו עדיין לא מפותחת לחלוטין. בניגוד לספיגה חוזרת של מנגן, הפרשת המנגן נותרת ללא השפעה ממצב האספקה ​​האנדוגני של דומים כימיים אחרים. יסודות קורט, כפי שעולה ממחקרים עם מנגן מתויג רדיואלי.