Mangan: Definisi, Sintesis, Penyerapan, Pengangkutan, dan Pembahagian

Mangan ialah unsur kimia dengan simbol unsur Mn. Ini adalah unsur ke-12 yang paling banyak terdapat di kerak bumi sekitar 0.1% - hidrosfera (permukaan dan bawah permukaan) air) dan litosfer (kerak bumi termasuk bahagian luar mantel luar) termasuk - dan logam peralihan ketiga paling banyak selepas besi dan titanium. Daripada kemungkinan keadaan pengoksidaan Mn-3 hingga Mn + 7, Mn2 +, Mn4 + dan Mn7 + adalah yang paling ketara. Dalam sistem biologi, Mn2 + (mangan II) adalah bentuk yang dominan bersama dengan Mn3 +. Mangan adalah penyusun> 100 mineral termasuk sulfida, oksida, karbonat, silikat, fosfat, dan borat. Mangan II garam, kecuali mangan fosfat dan mangan karbonat, biasanya mudah larut dalam air, sedangkan sebatian mangan dalam keadaan pengoksidaan yang lebih tinggi biasanya larut. Dalam organisma manusia, mangan memainkan peranan sebagai komponen integral tertentu yang tertentu enzim, seperti antioksidan superoksida dismutase (MnSOD, penukaran anion superoksida yang terbentuk secara endogen semasa respirasi sel menjadi hidrogen peroksida, yang dikurangkan menjadi air oleh yang lain enzim dan dengan itu terdetoksifikasi) dan arginase (penurunan asid amino arginine ke ornithine dan urea), yang diintegrasikan dalam kitaran urea (penukaran nitrogen (N) -mengandungi produk degradasi, terutama ammonium (NH4 +) ke urea, yang diekskresikan melalui buah pinggang → detoksifikasi of Ammonia (NH3)), memainkan peranan penting. Di samping itu, mangan - sama ada dengan perubahan konformasi protein atau dengan mengikat substrat - adalah pengaktif atau kofaktor, masing-masing, dari banyak enzim, seperti glycosyltransferase dalam sintesis glycosaminoglycans (linear yang dibina daripada unit disakarida berulang, berasid polisakarida) dan proteoglikan (glikoprotein kuat glikosilasi yang terdiri daripada protein dan satu atau lebih glikosaminoglikan terikat secara kovalen), masing-masing, adalah komponen penting dari matriks ekstraselular (matriks ekstraselular, bahan antar sel, ECM, ECM; tisu yang terletak di antara sel - di ruang antar sel ), seperti rawan dan tulang. Pengikatan mangan (Mn2 + ke Mn7 +) ke ligannya berlaku terutamanya melalui oksigen (simbol elemen: O). Mangan adalah unsur jejak yang penting (perlu untuk kehidupan) di satu pihak dan mempunyai ketoksikan (toksisitas) yang tinggi di sisi lain, dengan mangan divalen (Mn2 +) lebih toksik daripada trivalen (Mn3 +). Oleh itu, penjagaan harus diambil untuk mengonsumsi mangan dalam jumlah yang mencukupi tetapi tidak dalam dos yang berlebihan. Mangan terdapat di semua tisu tumbuhan dan haiwan kerana kejadiannya di mana-mana (ubique Latin: "diedarkan di mana-mana"), dengan organ pembiakan tumbuhan yang paling kaya dengan mangan. Walaupun jumlah mangan tinggi kadang-kadang terdapat dalam makanan yang berasal dari tumbuhan, seperti biji-bijian, beras, kekacang (kacang-kacangan), kacang, sayuran berdaun hijau, buah-buahan, dan daun teh, kandungan mangan dalam makanan yang berasal dari haiwan, seperti daging, ikan, dan susu, dan dalam pati yang sangat disucikan dan gula produk biasanya sangat rendah.

Penyerapan

Mangan yang dibekalkan secara lisan memasuki usus kecil untuk penyerapan. Sehingga kini, terdapat sedikit pengetahuan mengenai mekanisme tersebut. Beberapa pengarang telah menunjukkan bahawa mangan sama penyerapan laluan dengan unsur surih besi. Oleh itu, mangan dalam bentuk Mn2 + diserap ke dalam enterosit (sel-sel usus kecil epitelium) terutamanya di duodenum (duodenum) dan jejunum (jejunum) dengan bantuan transporter logam divalen-1 (DMT-1), yang mengangkut logam peralihan divalen bersama dengan proton (H +). Proses ini bergantung kepada tenaga dan berlaku mengikut kinetik tepu. Menurut Tallkvist et al (2000), mangan (Mn2 +) - serupa dengan besi (Fe2 +) - memasuki aliran darah melalui membran basolateral (menghadap dari usus) enterosit dengan menggunakan protein pengangkutan ferroportin-1. Sama ada pasif penyerapan mekanisme tersedia untuk mangan selain penyerapan aktif memerlukan penyelidikan lebih lanjut. Kadar penyerapan mangan dari makanan dalam keadaan fisiologi antara 3-8%. Ia mungkin lebih tinggi pada bayi dan anak kecil, dalam status bekalan mangan yang lemah atau pengambilan mangan yang rendah. Apabila bekalan mangan melebihi keperluan, itu bioavailabiliti berkurang. Tahap penyerapan mangan dipengaruhi oleh banyak komponen makanan:

  • Kalsium - menurut beberapa kajian, suplemen kalsium pada 500 mg / hari mengakibatkan penurunan ketersediaan bio mangan, dengan kalsium fosfat dan karbonat mempunyai kesan paling besar dan kalsium dari susu mempunyai kesan paling sedikit; beberapa kajian lain menunjukkan hanya kesan minimum suplemen kalsium pada metabolisme mangan
  • Magnesium - dengan tambahan magnesium sekitar 200 mg / hari, penyerapan mangan berkurang
  • Fosfat - fosfat makanan, seperti dari daging yang disembuhkan, keju yang diproses, dan minuman ringan, mengganggu penyerapan mangan usus (mempengaruhi usus)
  • Asid fitik, asid oksalik, tanin - phytate dari bijirin, kekacang, dan lain-lain, oksalat, misalnya, dari sayur kubis, bayam dan ubi jalar, dan tanin dari teh mengurangkan ketersediaan bio mangan
  • Besi - saling penghambatan penyerapan → besi dan mangan bersaing untuk mekanisme penyerapan dan pengangkutan yang sama, misalnya, DMT-1.
    • Penyerapan mangan dari makanan menurun apabila kandungan zat besi meningkat kerana ekspresi DMT-1 diatur secara rendah dalam enterosit (sel-sel epitel usus kecil)
    • Menurut Davis dan Greger (1992), suplemen zat besi-60 mg / hari selama 4 bulan-dikaitkan dengan penurunan kadar mangan serum dan penurunan aktiviti superoksida dismutase (MnSOD) yang bergantung pada mangan dalam leukosit (sel darah putih), menunjukkan penurunan mangan status
    • Bekalan besi individu adalah faktor utama yang mempengaruhi mangan bioavailabiliti. Jika kekurangan zat besi berlaku, penyerapan mangan mungkin meningkat 2-3 kali ganda kerana peningkatan ekspresi DMT-1 pada enterosit. "Kedai besi lengkap" - diukur berdasarkan serum feritin Tahap (protein penyimpanan besi) - di sisi lain, dikaitkan dengan penurunan pengambilan mangan usus - disebabkan oleh penurunan regulasi (downregulation) sintesis DMT-1 sel. Mengingat fakta bahawa simpanan besi yang lebih tinggi umumnya dapat dikesan pada lelaki berbanding wanita, lelaki pada umumnya menyerap lebih sedikit mangan daripada wanita.
  • Kobalt - Kobalt dan mangan mengganggu penyerapan usus antara satu sama lain kerana kedua-dua logam peralihan menggunakan DMT-1

Di samping itu, pengambilan berlebihan serat pemakanan, daripada unsur surih kadmium dan tembaga, diperhalusi karbohidrat seperti perindustrian gula dan produk tepung putih, serta meningkat alkohol penggunaan, juga menyebabkan penurunan penyerapan mangan. Begitu juga dengan penggunaan ubat-ubatan tertentu, seperti magnesium-mengandungi antasid (meneutralkan perut asid), julap (julap), dan antibiotik, dikaitkan dengan gangguan penyerapan mangan usus setelah diambil bersama dengan makanan yang mengandung Mn atau tambahan. Berbeza dengan faktor yang disenaraikan di atas, susu meningkatkan bioavailabiliti mangan.

Pengangkutan dan pengedaran dalam badan

Mangan yang diserap diangkut dalam bentuk bebas atau terikat dengan alpha-2-macroglobulin (protein daripada darah plasma) melalui portal vena kepada hati. Di sana, majoriti mangan memasuki peredaran enterohepatik (hati-terusan peredaran, yang melibatkan penghantaran dari hati dengan bile ke usus, penyerapan reintestinal, dan pengangkutan portal ke hati. Sebilangan kecil mangan dilepaskan dari hati ke dalam aliran darah dan, setelah valensi berubah dari Mn2 + menjadi Mn3 +, yang berlaku oleh pengoksidaan oleh coeruloplasmin (alpha-2 globulin dari darah plasma), terikat dengan pemindahanin (beta globulin, yang terutama bertanggung jawab untuk pengangkutan zat besi) atau protein pengangkutan tertentu, seperti beta-1 globulin, yang akan diambil oleh tisu extrahepatic (di luar hati). Oleh kerana mangan bersaing dengan besi untuk pengangkutan yang sama protein, pengikatan mangan ke pemindahanin meningkat dalam kekurangan zat besi, sedangkan penurunan kelebihan zat besi. Tahap zat besi yang tinggi dalam badan akhirnya dapat membawa mengurangkan kepekatan mangan dalam tisu dan mengurangkan aktiviti enzim yang bergantung kepada mangan. Mangan juga diangkut di darah plasma sebagai komponen erythrocytes (sel darah merah) - terikat pada porphyrin (pewarna kimia organik yang terdiri daripada empat cincin pirol). Kandungan mangan tubuh manusia adalah sekitar 10-40 mg. Tisu rata kepekatan mangan bervariasi antara 0.17-0.28 mg / kg berat badan dan jauh lebih rendah daripada besi dan zink. Kira-kira 25% dari jumlah mangan tubuh terdapat pada tulang, terutama di sumsum tulang. Kepekatan mangan tinggi juga dapat dikesan di hati, buah pinggang, pankreas (pankreas), kelenjar pituitari (kelenjar pituitari), dan usus epitelium (usus mukosa). Mangan juga terdapat di rambut, otot, kelenjar susu, dan peluh. Pada kanak-kanak dan haiwan muda, mangan lebih baik tertumpu pada spesifik otak wilayah. Secara intraselular (dalam sel), mangan terutama dilokalisasi di mitokondria ("Pembangkit tenaga tenaga" sel), di mana unsur surih bertindak sebagai komponen integral atau pengaktif sistem enzim tertentu, seperti piruvat karboksilase (glukoneogenesis (pembentukan baru dari glukosa dari prekursor bukan karbohidrat organik, seperti piruvat)) dan prolidase (penyediaan prolin asid amino untuk sintesis kolagen (protein struktur yang paling penting dari matriks ekstraselular, seperti rawan, tulang, tendon, kulit dan kapal)). Selanjutnya, kolam mangan terdapat di lisosom (sel organel yang menyimpan enzim untuk penurunan bahan endogen (selular) dan eksogen (bukan selular) - bakteria, virus, dll.) Dan di dalam inti, antara lain. Penyimpanan khusus protein, Seperti feritin untuk besi, tidak terkenal dengan mangan. Oleh itu, tidak seperti besi dan tembaga, unsur surih tidak disimpan di hati semasa pengambilan tinggi, tetapi terkumpul (terkumpul) dalam tisu tertentu, seperti otak. Atas sebab ini, mangan mempunyai kesan toksik (beracun) dalam dos yang tinggi. Keracunan mangan kerana pengambilan makanan yang berlebihan belum dapat diperhatikan. Sekiranya pengambilan minuman dan air mineral dengan kandungan mangan tinggi (mangan maksimum yang dibenarkan kepekatan dalam air minuman: 0.05 mg / l), pengambilan mangan jangka panjang tambahan, dan pendedahan kronik pekerjaan - penyedutan habuk atau wap yang mengandung Mn (> 1 mg / m3 udara) di lombong mangan, kilang mangan, pelebur logam, kilang industri logam, dan kilang pemprosesan Mn - bagaimanapun, dapat menyebabkan keracunan dengan unsur surih, terutama pada anak-anak kerana pengumpulan mangan yang diutamakan di otak [5, 6, 7, 14, 21, 25, 29, 30, 34, 37, 41, 45, 47]. Mangan dari air minuman dan tambahan lebih banyak tersedia daripada makanan, yang mengakibatkan pengumpulan unsur surih yang lebih tinggi di dalam badan, terutamanya di otak. Zarah-zarah mangan disedut melalui saluran pernafasan, tidak seperti mangan yang diserap usus, diangkut terus ke otak tanpa terlebih dahulu dimetabolisme (dimetabolisme) di hati. Kepekatan tinggi Mn3 + membawa kepada penukaran oksidatif neurotransmitter dopamin kepada sebatian trihydroxy yang merosakkan neuron sintesis dopamin di bahagian tengah sistem saraf (CNS). Gejala keracunan mangan disebabkan oleh a dopamin kekurangan dan mempengaruhi CNS khususnya. Selain itu, kerosakan pada hati, pankreas dan paru-paru - batuk, bronkitis (keradangan bronkus) dan radang paru-paru (radang paru-paru) kerana zarah mangan yang dihirup - juga boleh berlaku. Keracunan mangan ringan mengakibatkan gejala yang tidak spesifik, seperti peluh yang banyak, keletihan, dan pening. Pada tahap mangan yang lebih tinggi, gejala saraf pusat menonjol, bermula dengan sikap tidak peduli (kelalaian), asthenia (kelemahan), anoreksia (hilang selera makan), insomnia (gangguan tidur), dan myalgia (otot kesakitan) dan mengalami gangguan sensori, keabnormalan refleks, otot kejang, dan berjalan tidak stabil dengan latero-, pro-, dan retropulsion (kecenderungan jatuh ke sisi, ke depan, ke belakang). Pada peringkat akhir, gejala serupa dengan Penyakit Parkinson (gangguan neurologi yang dicirikan oleh kekurangan dopamin), seperti kekakuan (ketegaran otot), gegaran (gegaran otot), ketidakstabilan postur (ketidakstabilan postur), bradikkinesia (pergerakan perlahan) hingga akinesia (kurang pergerakan), dan / atau gangguan mental seperti mudah marah, agresif, kemurungan, disorientasi, memori kerugian, dan halusinasi - "kegilaan mangan." Gejala ini sebahagiannya bertindak balas terapi dengan L-dopa (L-3,4-dihydroxyphenylalanine untuk sintesis dopamin endogen). Sebagai tambahan kepada individu yang telah menyedut zarah mangan atau mengambil air minuman dan mineral yang kaya dengan Mn atau makanan tambahan yang mengandungi Mn selama bertahun-tahun kerana pekerjaan mereka, ada juga peningkatan risiko keracunan mangan pada kumpulan individu atau penyakit berikut:

  • Individu, terutama bayi baru lahir, bayi, dan anak-anak, dengan jumlah pemakanan parenteral (TPE, bentuk makanan buatan yang melewati saluran gastrointestinal) - kepekatan mangan yang berlebihan dalam larutan infusi dan / atau pencemaran larutan nutrien dengan mangan boleh menyebabkan keracunan; bayi pada TPE yang mengandung Mn terdedah kepada kepekatan mangan kira-kira 100 kali lebih tinggi daripada bayi yang diberi susu ibu
  • Penyakit hati kronik - pembentukan hempedu yang terganggu di hati dan pengurangan penghantaran ke usus menyebabkan penurunan perkumuhan mangan dalam tinja yang mengakibatkan peningkatan kepekatan mangan serum
  • Neonatus - kepekatan mangan yang lebih baik di otak, sebahagiannya disebabkan oleh peningkatan ekspresi reseptor transferrin dalam mengembangkan neuron dan sebahagiannya disebabkan oleh penghapusan mangan dengan tinja (najis) yang terhad akibat fungsi hati yang belum matang sepenuhnya untuk menghasilkan hempedu
  • Kanak-kanak - berbeza dengan orang dewasa, bayi dan kanak-kanak mempunyai penyerapan mangan usus yang lebih tinggi dan hempedu bawah (mempengaruhi hempedu) perkumuhan mangan (perkumuhan mangan)
  • Orang tua (> 50 tahun) - lebih cenderung mempunyai penyakit hati yang berkaitan dengan penurunan perkumuhan mangan dan peningkatan kepekatan mangan serum berbanding dengan orang dewasa muda
  • Kekurangan zat besi - penyerapan mangan meningkat kerana peningkatan penggabungan DMT-1 ke dalam membran sempadan berus enterosit (sel-sel usus kecil epitelium).

Kerana berisiko tinggi mabuk, UL tertentu (Bahasa Inggeris: Tolerable Upper Intake Level - jumlah maksimum mikronutrien yang tidak menyebabkan kesan sampingan pada hampir semua individu dari mana-mana umur apabila diambil setiap hari) untuk mangan. Menurut FNB (Lembaga Makanan dan Pemakanan, Institut Perubatan), UL untuk kanak-kanak berumur 1-3, 4-8, dan 9-13 tahun masing-masing adalah 2 mg, 3 mg, dan 6 mg / hari; untuk remaja (14-18 tahun), 9 mg / hari; dan untuk orang dewasa (≥ 19 tahun), 11 mg / hari. Untuk bayi (0-12 bulan), belum ada UL untuk mangan. Di sini, pengambilan mangan harus dilakukan secara eksklusif susu ibu atau pengganti susu ibu dan makanan. Oleh kerana orang tua (> 50 tahun) lebih rentan terhadap keracunan mangan daripada orang dewasa muda kerana, antara lain, kejadian penyakit hati yang lebih tinggi, Kumpulan Pakar Kebangsaan UK telah menetapkan Jumlah Mangan yang Boleh Diterima (tahap maksimum yang selamat mangan yang tidak akan menyebabkan kesan buruk dengan pengambilan harian, sepanjang hayat dari semua sumber) sebanyak 8.7 mg / hari untuk kumpulan umur ini.

Perkumuhan

Perkumuhan mangan sebahagian besarnya melalui bile dengan najis (najis) (99%) dan hanya sedikit melalui buah pinggang dengan air kencing (<0.1%). Perkumuhan mangan pada manusia bersifat biphasic dengan separuh hayat 13-34 hari. Homeostasis mangan diatur terutamanya dengan menyesuaikan perkumuhan endogen (endogen), bukannya penyerapan usus. Hati sangat penting dalam proses ini, melepaskan mangan ke dalam usus dengan bile dalam jumlah berubah-ubah, bergantung kepada keadaan bekalan. Pada mangan yang berlebihan, perkumuhan melebihi penyerapan semula usus, sedangkan pada kekurangannya, lebih banyak mangan diserap kembali ke dalam usus daripada dikeluarkan melalui tinja. Pada neonatus, peraturan homeostatik ini belum dikembangkan sepenuhnya. Berbeza dengan penyerapan mangan, perkumuhan mangan tetap tidak terjejas oleh status bekalan endogen lain yang serupa secara kimia unsur surih, seperti yang ditunjukkan oleh kajian dengan mangan radiolabel.