MANGÁN: Na čo je dobrý pre ľudské telo? Zdroje v potravinách a vo vode

Mangán a jeho charakteristika

Mangán je minerálny prvok, ktorý poznáme pod chemickou značkou Mn. Tá je odvodená od latinského slova manganum.

Predstavuje dvanásty najčastejšie sa vyskytujúci prvok na planéte a v stopových množstvách je taktiež dôležitou súčasťou živých organizmov.

MANGÁN v ľudskom tele: Je prospešný? Ako rozpoznať jeho nedostatok alebo nadbytok?

Ako chemický prvok bol mangán po prvýkrát rozpoznaný v roku 1774 švédskym chemikom Carlom Wilhelmom Scheelom, a to konkrétne ako zložka minerálu pyroluzit.

V tom istom roku ho iný švédsky chemik Johan Gottlieb Gahn zároveň aj izoloval procesom zahrievania pyroluzitu.

Pomenovanie mangán vychádza z latinského slova „magnes“, čo v preklade znamená magnet. Odkazuje to opäť na jeho minerál pyroluzit, u ktorého boli zistené magnetické vlastnosti.

Mangán patrí medzi prvky 7. skupiny periodickej tabuľky chemických prvkov a nachádza sa v 4. perióde.

Zaraďujeme ho do skupiny prvkov s názvom prechodné prvky alebo aj prechodné kovy.

Toto pomenovanie pochádza ešte z doby, kedy chemici pripisovali prvkom nachádzajúcim sa v strede periodickej tabuľky prechodné vlastnosti medzi alkalickými kovmi a nekovmi.

Z hľadiska vlastností je mangán prvok kovového charakteru strieborno-sivej farby, ktorý môže pripomínať železo. V porovnaní so železom je však tvrdší a je veľmi krehký.

Je reaktívny, veľmi ľahko oxiduje. Na vzduchu povrchovo oxiduje a vo vode sa rozkladá. Mangán a niektoré jeho zlúčeniny majú paramagnetické vlastnosti.

Tabuľkový prehľad základných chemických a fyzikálnych informácií o mangáne

Prirodzenou zemskou eróziou sa mangán uvoľňuje do ovzdušia, pôdy a vôd. Takmer vôbec sa nevyskytuje vo voľnej podobe, a to práve kvôli jeho reaktivite a vlastnosti ľahko sa oxidovať.

Nachádzame ho preto vo forme anorganických alebo organických zlúčenín, pričom prevažujú anorganické.

V prírode je rozšírený primárne v podobe minerálov. Najbežnejšie minerály sú oxidy, kremičitany alebo uhličitany. Môžeme uviesť napríklad už zmieňovaný pyroluzit (MnO₂), alebo tiež braunit, psilomelán, rodochrozid.

V súčasnosti má mangán a jeho zlúčeniny dôležité priemyselné využitie v rôznych odvetviach.

Najväčší podiel mangánu (až 90 % celkovej ročnej produkcie) sa používa pri výrobe ocele na zlepšenie jej vlastností – zvýšenie tvarovateľnosti, pevnosti a odolnosti.

Ďalšie možnosti využitia mangánu sú:

• Pridáva sa do hliníkových zliatin, ako ochranná látka proti korózii.
• Slúži ako pigment, napríklad pri farbení skla, keramiky alebo drahokamov.
• Používa sa na odstránenie zeleného zafarbenia skla spôsobeného prítomnosťou železa.
• Je súčasťou batérií.
• V poľnohospodárstve slúži ako prídavná látka do hnojív (hlavne pre citrusové plodiny), pesticídov alebo prostriedkov na ničenie plesní.
• Využívajú sa tiež dezinfekčné a antiseptické účinky niektorých zlúčenín mangánu.
• Má uplatnenie v medicíne ako kontrastná látka pri zobrazovacích vyšetreniach, je dôležitou súčasťou dojčenských mliek alebo parenterálnej výživy.

Akú funkciu plní mangán v ľudskom tele?

Mangán je esenciálny stopový prvok. Pre človeka je potrebný len v malých množstvách, no napriek tomu je jeho prítomnosť v ľudskom tele kľúčová pre zachovanie zdravia a normálnych funkcií.

Organizmus nie je schopný mangán produkovať samostatne, je odkázaný na jeho príjem z vonkajšieho prostredia.

Základná forma, v akej sa mangán nachádza v živých organizmoch, je forma iónu Mn²⁺ alebo Mn³⁺.

Mangán plní niekoľko dôležitých fyziologických funkcií.

Jeho primárna úloha súvisí s enzýmami a fungovaním enzymatických systémov v organizme. Mangán vystupuje buď ako súčasť týchto enzýmov, tzn. je potrebný pre ich tvorbu, alebo sa zúčastňuje na aktivácii už existujúcich enzýmov, tzn. je potrebný pre ich funkciu.

O aké enzýmy sa jedná? Hovoríme naozaj o širokej škále enzýmov zo skupiny oxidoreduktáz, transferáz, hydroláz, lyáz, izomeráz alebo ligáz.

V tejto škále enzýmov nachádzame dokonca aj také, ktoré sú prísne závislé od prítomnosti mangánu v organizme, tzn. bez jeho dostatočného množstva sa tieto enzýmy netvoria alebo nie sú aktivované.

Ide napríklad o:

• Glutamín syntetázu – pôsobí v mozgu, kde rozkladá niektoré toxicky pôsobiace látky (metabolická funkcia).
• Superoxid dizmutázu – hlavný antioxidačný enzým v bunkách, ktorý premieňa reaktívne formy kyslíka na vodu a tým ich chráni pred poškodením (antioxidačná funkcia).
• Arginázu – enzým v pečeni potrebný na rozkladanie toxického amoniaku vznikajúceho pri metabolických procesoch (metabolická funkcia).
• Pyruvát karboxylázu – kľúčový enzým pre produkciu glukózy (metabolická funkcia).

Hlavné fyziologické funkcie a procesy, na ktorých sa mangán podieľa prostredníctvom ovplyvňovania enzýmov preto môžeme zhrnúť nasledovne:

• Normálny vývin organizmu.
• Ovplyvnenie imunologických, nervových funkcií a funkcie pohlavných hormónov.
• Antioxidačné pôsobenie.
• Regulácia metabolizmu cukrov, tukov a bielkovín.
• Tvorba energie v bunkách.
• Rast kostí a chrupaviek.
• Zrážanie krvi.
• Regulácia krvného cukru prostredníctvom ovplyvnenia tvorby inzulínu.
• Vývoj mozgu a jeho funkcií.
• Hojenie rán prostredníctvom ovplyvnenia tvorby kolagénu.

Mangán – od prijatia až po vylučovanie

Absorpcia

Do organizmu sa mangán môže dostávať viacerými cestami. Najčastejšie je to cez tráviaci trakt, inhaláciou (vdychovaním), parenterálne alebo kontaktom s kožou.

Zo spomenutých prevláda orálna cesta príjmu, tzn. príjem mangánu cez ústa, pričom k samotnému vstrebávaniu dochádza v prostredí tráviaceho traktu.

Hlavným zdrojom mangánu je voda, potrava, doplnky výživy alebo dojčenská výživa.

Mangán sa vstrebáva konkrétne v tenkom čreve prostredníctvom dvoch mechanizmov – pasívnou difúziou alebo aktívnym transportom vyžadujúcim energiu. Rýchlosť jeho absorpcie je pomerne vysoká.

Transportéry, pomocou ktorých mangán prestupuje cez bunky čreva, nie sú určené vyslovene len pre mangán. Prenášajú aj iné kovové prvky, ako napríklad železo, meď, zinok alebo vápnik.

Vzájomne tak súťažia o konkrétny transportér, a tým môže byť ovplyvnená miera absorpcie jednotlivých prvkov.

Z celkového množstva prijatého mangánu sa v tráviacom trakte absorbuje do organizmu len približne 3 – 5 %.

Miera vstrebávania mangánu u žien je vo všeobecnosti vyššia ako u mužov. Je to pravdepodobne spôsobené rozdielom v hladine železa medzi pohlaviami.

Práve tu sa odzrkadľuje skutočnosť, že železo a mangán využívajú pri absorpcii rovnaký transportér. Preto ak je obsah železa nižší, mangán má viac možností viazať sa na transportér.

Aj z tohto dôvodu môžu byť nároky na denný príjem mangánu v potrave u žien nižšie.

Ďalším faktorom ovplyvňujúcim absorpciu je vek. U dojčiat a detí sa prijímajú do organizmu vyššie podiely mangánu. Vychádza to z prirodzene vyššej potreby mangánu počas rastu a vývoja dieťaťa.

Ostatné cesty absorpcie mangánu, tzn. už spomenuté vdychovanie alebo prechod cez kožu, sa týkajú najčastejšie ľudí prichádzajúcich do kontaktu s mangánom pri výkone ich práce, napríklad priemyselní robotníci, baníci, zvárači atď.

Parenterálne (do žily) sa mangán podáva predčasne narodeným deťom alebo ľuďom prijímajúcim úplnú parenterálnu výživu, v rámci zachovania primeraného denného príjmu živín vrátane mangánu.

Distribúcia a regulácia

Absorbovaný mangán sa z tráviaceho traktu dostáva do krvi, pomocou ktorej je distribuovaný do rôznych častí organizmu.

Fyziologická koncentrácia v krvi sa pohybuje v rozmedzí 4 – 15 mg/l. Ženy majú zvyčajne koncentráciu približne o 30 % vyššiu ako muži (kvôli vyššej miere absorpcie).

Mangán je v krvi naviazaný na červené krvinky, ktoré zabezpečujú jeho transport. Transportuje sa v podobe iónu Mn²⁺ alebo Mn³⁺, pričom prevažuje podiel Mn²⁺.

Orgány, v ktorých sa koncentruje najvyššie množstvo mangánu sú pečeň, pankreas, kosti, hrubé črevo, obličky a mozog (v množstve od 0,15 – 1,3 mg/kg), v menšej miere tiež močové cesty alebo červené krvinky.

Mangán má schopnosť prechádzať hematoencefalickou bariérou, čo je bariéra medzi krvou a mozgom, cez placentu a tiež sa vylučuje do materského mlieka.

Udržiavanie hladiny mangánu na fyziologických hodnotách je dôležité pre zdravie a správne fungovanie organizmu. Do tohto procesu sú zapojené regulačné mechanizmy, ktoré zachovávajú tzv. homeostázu.

Primárnym orgánom, ktorý reguluje obsah mangánu v tele je pečeň. Tá riadi jeho príjem a vylučovanie črevami.

Na jednej strane ovplyvňuje transportéry umiestnené v črevách, čím reguluje absorpciu, na strane druhej vychytáva nadbytočný mangán z krvi, a prostredníctvom žlče (ktorá sa tvorí v pečeni) ho vylučuje naspäť do čriev.

Aj vďaka prísnej regulácii množstva mangánu už pri jeho absorpcii v črevách je toxicita spôsobená nadmerným príjmom v potrave veľmi zriedkavá.

Najcitlivejším orgánom voči nadbytku mangánu v organizme je mozog. Pri toxicite sú najviditeľnejšími a zároveň aj najzávažnejšími príznakmi práve poruchy mozgu a centrálnej nervovej sústavy.

Vylučovanie

Primárnou cestou vylučovania mangánu je jeho vylučovanie do žlče po tom, ako bol vychytaný pečeňou.

Spolu so žlčou sa dostáva opäť do čriev a následne je vylučovaný z organizmu cez stolicu.

Pacienti s ochoreniami pečene môžu byť preto náchylní na vznik nadbytku mangánu a tým aj toxicity.

Dodatočne a vo veľmi malých množstvách sa mangán eliminuje aj cez moč, mlieko alebo pot.

Aký je odporúčaný denný príjem mangánu?

Odporúčania na priemerný denný príjem mangánu nie sú vzhľadom na nedostatok údajov stanovené.

Európsky úrad pre bezpečnosť potravín však publikuje hodnoty adekvátneho príjmu mangánu. Adekvátny príjem je priemerná hodnota určená na základe pozorovaní a predpokladá sa, že je primeraná potrebám populácie.

Tabuľkový prehľad adekvátneho denného príjmu mangánu v závislosti od veku

Zdroje mangánu v potrave

Pre väčšinu populácie je potrava a pitná voda hlavným zdrojom mangánu, ktorý dokáže primerane pokryť potrebné denné dávky.

Potraviny s vyšším obsahom mangánu sú napríklad orechy (lieskovce, mandle, pekanové orechy), ryža, pšeničné klíčky, otruby, ovos, strukoviny. Ďalej tiež zelená listové zelenina, ovocie (ananás), čaj, čokoláda a morské plody (hlavne mušle).

Množstvo mangánu prítomné v pitnej voda závisí od polohy a stupňa znečistenia, a pohybuje sa v rozmedzí od 1 µg/l až do 2 mg/l.

V súčasnosti sú na trhu dostupné doplnky výživy s obsahom mangánu, avšak len vo forme viac-komponentných prípravkov – multivitamínové alebo minerálne doplnky.

V nich nachádzame mangán takmer výlučne vo forme soli glukonátu manganatého. Okrem neho sa však zvykne používať aj síran manganatý, askorbát manganatý alebo komplexy aminokyselín s mangánom.

Potenciálne potravinové interakcie mangánu môžu vznikať pri súbežnom príjme kyseliny fytovej, ktorá je súčasťou orechov, semien, fazule, sóje alebo obilnín, alebo tiež pri súbežnom príjme kyseliny šťaveľovej prítomnej v kapuste, špenáte či sladkých zemiakoch.

V obidvoch prípadoch dochádza k miernej inhibícii absorpcie mangánu.

Rovnako k miernemu zníženiu vstrebávania mangánu dochádza pri súbežnom príjme tanínov, v hojnom množstve prítomných v čajoch.

Ďalej môžeme uviesť už spomínané železo, ktoré pri vysokých množstvách znižuje absorpciu mangánu v tráviacom trakte. Vápnik a fosfor, ktoré tiež znižujú mieru absorpcie mangánu.

A horčík, ktorý okrem zníženia absorpcie zvyšuje dokonca aj vylučovanie mangánu.

Ako rozpoznať nedostatok a nadbytok mangánu?

Napriek tomu, že mangán je v ľudskom tele zapojený do rady biologických procesov a je prakticky nevyhnutný, jeho nadmerné hromadenie môže predstavovať potenciálne riziko.

Hranica medzi dobrou a škodlivou hladinou mangánu je pomerne tenká. Práve preto je dôležité, aby v organizme dostatočne fungovali regulačné mechanizmy pre udržiavanie mangánovej homeostázy.

Narušenie tejto homeostázy, a teda vznik nedostatku alebo naopak nadbytku mangánu, má zvyčajne za následok vznik zdravotných komplikácií či vedľajších účinkov.

Nedostatok mangánu

Existencia nedostatočnej hladiny mangánu v organizme je zriedkavý stav, u ľudí sa takmer nepozoruje.

Dôvodom je dostatočný obsah mangánu v potrave a pitnej vode, ktoré dokážu pokrývať denné potrebné dávky.

Prejavy a komplikácie, ktoré prináša deficit mangánu boli skúmané len experimentálne a umelým navodením nedostatku (prevažne u zvierat).

Nedostatok mangánu spôsoboval nasledovné komplikácie:

• Spomalený rast a vývin kostí.
• Abnormality v tvare kostry.
• Narušenú reprodukčnú funkciu.
• Poruchu hybnosti.
• Poruchu metabolizmu tukov, bielkovín a sacharidov, nadmernú znášanlivosť glukózy.
• Zmeny nálady.
• Vrodené chyby.

V niekoľkých prípadoch, kedy bol nedostatok mangánu pozorovaný u ľudí, sa vyskytovali príznaky ako zápalové ochorenia kože, spomalený rast vlasov a nechtov, znížená hladina cholesterolu, znížená zrážanlivosť krvi alebo zvýšená hladina vápnika a fosforu v krvi.

Nadbytok mangánu

V prípade mangánu sa oveľa častejšie stretávame s opačnou situáciou, a teda s výskytom jeho hromadenia v organizme.

Nadbytok vzniká najčastejšie nadmerným požitím či inhaláciou mangánu, príčinou však môže byť aj zlyhanie regulačných procesov udržiavajúcich homeostázu.

Rizikovými skupinami pre rozvoj prebytku mangánu v organizme sú napríklad:

• Dojčatá a deti – kvôli prirodzene vyššej miere absorpcie mangánu v tráviacom trakte.
• Dojčatá kŕmené umelým mliekom a pacienti dostávajúci parenterálnu výživu.
• Pacienti s vrodenou poruchou transportéra v pečeni, ktorý sa podieľa na vylučovaní mangánu.
• Pacienti s chronickými ochoreniami pečene – ktoré zapríčiňujú nedostatočné fungovanie pečene v zmysle vylučovania nadbytku mangánu do žlče.
• Pacienti s deficitom železa – nedostatočná hladina železa zvyšuje mieru absorpcie mangánu v tráviacom trakte.
• Ľudia na rizikových pracoviskách, kde je zvýšená koncentrácia mangánu – zvárači, baníci, oceliari. Zvyčajne sa jedná o vdychovanie zlúčenín mangánu.

Primárnym cieľovým orgánom toxicity mangánu je mozog. Zasiahnutie mozgu sa prejavuje charakteristickými neurologickými príznakmi – jednotne sa označujú ako tzv. manganizmus.

Pri manganizme sú zasiahnuté najmä psychické a pohybové schopnosti jednotlivca.

Manganizmus sa vyvíja dlhodobo. V začiatočnom štádiu sa u postihnutého pozorujú spomalené reakcie, podráždenosť, depresia, zmeny nálad, nutkavé až agresívne správanie, halucinácie alebo poruchy intelektu.

Neskôr sa objavuje celková slabosť, strata mimiky, problémy s rečou, nadmerné slinenie a potenie, mimovoľné pohyby končatín, tras, stuhnutosť svalstva, zmena chôdze (chôdza v predklone), problémy s obratnosťou a rovnováhou, častejšie pády.

Tieto príznaky nápadne pripomínajú Parkinsonovu chorobu. Nereagujú však na podanie levodopy, liečiva používaného pri liečbe Parkinsonovej choroby.

Okrem príznakov súvisiacich s poškodením mozgu sa pri manganizme môžu vyskytovať aj poruchy pečene (cirhóza, narušenie hladín pečeňových enzýmov) alebo srdcovo-cievne poruchy (zvýšený tep, znížený tlak).

Prvotné príznaky pri nadmernej inhalačnej expozícii mangánu sú kašeľ, zápal priedušiek, zápal pľúc a porušená funkcia pľúc.

Zdroje údajov v anglickom jazyku

• pubchem.ncbi.nlm.nih.gov - Manganese
• ncbi.nlm.nih.gov - The Essential Element Manganese, Oxidative Stress, and Metabolic Diseases: Links and Interactions, Longman Li, Xiaobo Yang
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Manganese in health and disease, Daiana Silva Avila, Robson Luiz Puntel, Michael Aschner
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Manganese metabolism in humans, Pan Chen, Julia Bornhorst, Michael Aschner
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Manganese and the brain, Karin Tuschl, Philippa B Mills, Peter T Clayton
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Manganese: Its Role in Disease and Health, Keith M Erikson, Michael Aschner
• britannica.com - Manganese
• lpi.oregonstate.edu - Manganese
• multimedia.efsa.europa.eu - Dietary Reference Values for the EU