Mangaan: waar is het goed voor in het menselijk lichaam? Bronnen in voedsel en water

Mangaan en zijn eigenschappen

Mangaan is een mineraal element dat bekend staat onder de chemische naam Mn. Het is afgeleid van het Latijnse woord manganum.

Het is het twaalfde meest voorkomende element op aarde en in sporenhoeveelheden een belangrijk bestanddeel van levende organismen.

Mangaan in het menselijk lichaam: is het heilzaam? Hoe herken je een tekort of teveel?

Mangaan werd als chemisch element voor het eerst herkend in 1774 door de Zweedse scheikundige Carl Wilhelm Scheele, met name als onderdeel van het mineraal pyrolusiet.

In hetzelfde jaar werd het geïsoleerd door een andere Zweedse scheikundige, Johan Gottlieb Gahn, door pyrolusiet te verhitten.

De naam mangaan komt van het Latijnse woord "magnes", wat vertaald magneet betekent. Dit verwijst weer naar het mineraal pyrolusiet, waarvan is vastgesteld dat het magnetische eigenschappen heeft.

Mangaan is een element uit groep 7 van het periodiek systeem der chemische elementen en bevindt zich in periode 4. Het is geclassificeerd in een groep van elementen.

Het is ingedeeld in een groep elementen die overgangselementen of ook wel overgangsmetalen worden genoemd.

Deze naam komt uit de tijd dat chemici aan elementen in het midden van het periodiek systeem de overgangseigenschappen tussen alkalimetalen en niet-metalen toekenden.

Qua eigenschappen is mangaan een zilvergrijs metallisch element dat op ijzer kan lijken, maar het is harder en zeer bros vergeleken met ijzer.

Het is reactief en oxideert zeer gemakkelijk. Het oxideert oppervlakkig in lucht en ontleedt in water. Mangaan en sommige van zijn verbindingen hebben paramagnetische eigenschappen.

Een overzicht in tabelvorm van chemische en fysische basisinformatie over mangaan

Mangaan komt in de lucht, de bodem en het water terecht door natuurlijke erosie van de aarde. In vrije vorm komt het bijna niet voor, juist vanwege zijn reactiviteit en het feit dat het gemakkelijk oxideert.

Daarom komt het voor in de vorm van anorganische of organische verbindingen. De organische overheersen.

In de natuur komt het voornamelijk voor in de vorm van mineralen. De meest voorkomende mineralen zijn oxiden, silicaten of carbonaten. Bijvoorbeeld het al genoemde pyrolusiet (MnO2) of brauniet, psilomelaan, rhodochroside.

Tegenwoordig hebben mangaan en mangaanverbindingen belangrijke industriële toepassingen in verschillende sectoren.

Het grootste deel van mangaan (tot 90 % van de totale jaarlijkse productie) wordt gebruikt bij de productie van staal om de eigenschappen ervan te verbeteren - waardoor de vervormbaarheid, sterkte en duurzaamheid toenemen.

Andere toepassingen van mangaan zijn:

• Het wordt toegevoegd aan aluminiumlegeringen als een beschermend middel tegen corrosie.
• Het dient als pigment, bijvoorbeeld bij het kleuren van glas, keramiek of edelstenen.
• Het wordt gebruikt om de groene verkleuring van glas, veroorzaakt door de aanwezigheid van ijzer, te verwijderen.
• Het zit in batterijen.
• In de landbouw wordt het gebruikt als additief in meststoffen (vooral voor citrusgewassen), pesticiden of schimmelbestrijdingsmiddelen.
• De desinfecterende en antiseptische effecten van sommige mangaanverbindingen worden ook benut.
• Het wordt in de geneeskunde gebruikt als contrastmiddel bij beeldvormende onderzoeken en is een belangrijk bestanddeel van zuigelingenmelk of parenterale voeding.

Wat is de functie van mangaan in het menselijk lichaam?

Mangaan is een essentieel spoorelement dat de mens slechts in kleine hoeveelheden nodig heeft. Toch is de aanwezigheid ervan in het menselijk lichaam cruciaal voor het behoud van gezondheid en normale functies.

Het lichaam kan mangaan niet zelf produceren en is afhankelijk van de opname ervan uit de externe omgeving.

De belangrijkste vorm waarin mangaan in levende organismen wordt aangetroffen is als het ion ^Mn2+ of ^Mn3+.

Mangaan heeft verschillende belangrijke fysiologische functies.

De belangrijkste rol is gerelateerd aan enzymen en het functioneren van enzymsystemen in het lichaam. Mangaan werkt ofwel als een component van deze enzymen (noodzakelijk voor hun vorming) of is betrokken bij de activering van bestaande enzymen (noodzakelijk voor hun functie).

Welke enzymen zijn hierbij betrokken? In feite hebben we het over een breed scala aan enzymen uit de groep van oxidoreducten, transferasen, hydrolasen, lyasen, isomerasen of ligasen.

Binnen deze reeks enzymen vinden we zelfs enzymen die strikt afhankelijk zijn van de aanwezigheid van mangaan in het lichaam. Zonder voldoende mangaan worden deze enzymen niet gevormd of geactiveerd.

Voorbeelden zijn:

• Glutamine synthetase - Werkt in de hersenen waar het bepaalde giftige stoffen afbreekt (stofwisselingsfunctie).
• Superoxide dismutase - Het belangrijkste antioxidatieve enzym in cellen. Het zet reactieve zuurstofspecies om in water en beschermt ze zo tegen schade (antioxidante functie).
• Arginase - Een enzym in de lever dat nodig is om giftig ammoniak af te breken dat geproduceerd wordt tijdens stofwisselingsprocessen (stofwisselingsfunctie).
• Pyruvaat carboxylase - Een belangrijk enzym voor de vorming van glucose (metabole functie).

De belangrijkste fysiologische functies en processen waarbij mangaan betrokken is door enzymen te beïnvloeden, kunnen daarom als volgt worden samengevat:

• Normale ontwikkeling van het organisme
• Invloed op immunologische, neurale en geslachtshormoonfuncties
• Antioxidant werking
• Regeling van de suiker-, vet- en eiwitstofwisseling
• Vorming van energie in cellen
• Bot- en kraakbeengroei
• Bloedstolling
• Regulering van de bloedsuikerspiegel door beïnvloeding van de insulineproductie
• Ontwikkeling van de hersenen en hun functies
• Wondgenezing door beïnvloeding van de collageenproductie

Mangaan - van opname tot uitscheiding

Absorptie

Mangaan kan via verschillende routes het lichaam binnendringen. De meest voorkomende routes zijn via het spijsverteringskanaal, inademing (inhalatie), parenteraal of via huidcontact.

Van deze routes is de orale absorptieroute, d.w.z. de inname van mangaan via de mond, de meest voorkomende. Absorptie vindt plaats in het milieu van het spijsverteringskanaal.

De belangrijkste bronnen van mangaan zijn water, voedsel, voedingssupplementen of zuigelingenvoeding.

Mangaan wordt specifiek in de dunne darm opgenomen via twee mechanismen - passieve diffusie of actief transport waarvoor energie nodig is. De absorptiesnelheid is relatief hoog.

De dragers waarmee mangaan door de darmcellen gaat, zijn niet specifiek voor mangaan. Ze vervoeren ook andere metaalelementen zoals ijzer, koper, zink of calcium.

Deze concurreren met elkaar voor een bepaalde drager. Dit kan de absorptiesnelheid van elk element beïnvloeden.

Van de totale hoeveelheid ingenomen mangaan wordt slechts ongeveer 3-5% opgenomen in het spijsverteringskanaal.

De absorptie van mangaan is bij vrouwen over het algemeen hoger dan bij mannen, wat waarschijnlijk komt door het verschil in ijzergehalte tussen de seksen.

Dit weerspiegelt het feit dat ijzer en mangaan dezelfde transporteur gebruiken voor absorptie. Als het ijzergehalte lager is, heeft mangaan dus meer mogelijkheden om zich aan de transporteur te binden.

Ook om deze reden kan de dagelijkse behoefte aan mangaan via de voeding lager zijn bij vrouwen.

Een andere factor die de absorptie beïnvloedt, is leeftijd. Zuigelingen en kinderen hebben een hogere inname van mangaan. Dit is gebaseerd op de van nature hogere behoefte aan mangaan tijdens de groei en ontwikkeling van het kind.

Andere absorptieroutes van mangaan (d.w.z. de reeds genoemde inademing of huidpassage) betreffen meestal mensen die tijdens hun werk in contact komen met mangaan, zoals industriearbeiders, mijnwerkers, lassers, enz.

Mangaan wordt parenteraal (intraveneus) toegediend aan premature baby's of mensen die totale parenterale voeding krijgen als onderdeel van het handhaven van een adequate dagelijkse inname van voedingsstoffen, waaronder mangaan.

Distributie en regulatie

Geabsorbeerd mangaan komt via het spijsverteringskanaal in het bloed terecht en wordt verdeeld over verschillende delen van het lichaam.

De fysiologische concentratie in het bloed varieert van 4 tot 15 mg/l. Vrouwen hebben meestal een concentratie die ongeveer 30% hoger is dan die van mannen (vanwege een hogere absorptiesnelheid).

Mangaan wordt in het bloed gebonden aan rode bloedcellen, die het transporteren. Het wordt getransporteerd als ^Mn2+ of ^Mn3+ ionen. ^Mn2+ overheerst.

De organen waarin de grootste hoeveelheden mangaan geconcentreerd zijn, zijn de lever, alvleesklier, botten, dikke darm, nieren en hersenen (van 0,15 tot 1,3 mg/kg). In mindere mate de urinewegen of rode bloedcellen.

Mangaan heeft het vermogen om de bloed-hersenbarrière, de placenta te passeren en wordt ook uitgescheiden in moedermelk.

Het op een fysiologisch niveau houden van het mangaangehalte is belangrijk voor de gezondheid en het goed functioneren van het lichaam. Bij dit proces zijn regulerende mechanismen betrokken die de zogenaamde homeostase handhaven.

De lever is het belangrijkste orgaan dat mangaan in het lichaam reguleert en de opname en uitscheiding ervan via de darmen controleert.

Enerzijds beïnvloeden ze de transporters in de darmen, waardoor de absorptie wordt geregeld, anderzijds vangen ze overtollig mangaan uit het bloed op en scheiden het via gal (dat in de lever wordt gevormd) weer uit in de darmen.

Door de strikte regulering van de hoeveelheid mangaan die al in de darmen is opgenomen, is toxiciteit door overmatige voedselinname zeer zeldzaam.

Het gevoeligste orgaan voor een teveel aan mangaan in het lichaam zijn de hersenen. Bij toxiciteit zijn het de aandoeningen van de hersenen en het centrale zenuwstelsel die het duidelijkst zijn en ook de ernstigste symptomen.

Uitscheiding

De belangrijkste route om mangaan uit te scheiden is gal nadat het door de lever is opgenomen.

Samen met de gal komt het weer in de darmen terecht en wordt het vervolgens via de ontlasting uit het lichaam verwijderd.

Patiënten met leveraandoeningen kunnen daarom gevoelig zijn voor een teveel aan mangaan en dus voor mangaanvergiftiging.

Daarnaast wordt mangaan ook in zeer kleine hoeveelheden uitgescheiden in urine, melk of zweet.

Wat is de aanbevolen dagelijkse inname van mangaan?

Bij gebrek aan gegevens zijn er geen aanbevelingen gedaan voor de gemiddelde dagelijkse inname van mangaan.

De Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid publiceert echter waarden voor een adequate inname van mangaan. Een adequate inname is een gemiddelde waarde op basis van observatie en wordt verondersteld overeen te komen met de behoeften van de bevolking.

Tabel van adequate dagelijkse inname van mangaan naar leeftijd

Voedingsbronnen van mangaan

Voor het grootste deel van de bevolking zijn voedsel en drinkwater de belangrijkste bronnen van mangaan die de vereiste dagelijkse inname voldoende kunnen dekken.

Voedingsmiddelen met een hoger mangaangehalte zijn noten (hazelnoten, amandelen, pecannoten), rijst, tarwekiemen, zemelen, haver, peulvruchten, groene bladgroenten, fruit (ananas), thee, chocolade en zeevruchten (vooral mosselen).

De hoeveelheid mangaan in drinkwater hangt af van de locatie en de mate van vervuiling en varieert van 1 µg/l tot 2 mg/l.

Op dit moment zijn er voedingssupplementen op de markt die mangaan bevatten, maar alleen in de vorm van preparaten met meerdere ingrediënten - multivitamine- of mineralensupplementen.

Naast mangaansulfaat worden echter ook vaak mangaanasulfaat, mangaanascorbaat of aminozuurcomplexen met mangaan gebruikt.

Potentiële interacties tussen mangaan en voedingsmiddelen kunnen optreden bij gelijktijdige inname van fytinezuur, dat aanwezig is in noten, zaden, bonen, sojabonen of granen. Ze kunnen ook optreden bij gelijktijdige inname van oxaalzuur, dat aanwezig is in kool, spinazie of zoete aardappelen.

In beide gevallen is er een lichte remming van de mangaanabsorptie.

Er is ook een lichte vermindering van de mangaanabsorptie bij gelijktijdige inname van tannines, die overvloedig aanwezig zijn in thee.

Verder vermindert ijzer, dat al genoemd is, de opname van mangaan in het spijsverteringskanaal bij hoge concentraties. Calcium en fosfor verminderen ook de snelheid van de mangaanabsorptie.

En magnesium, dat niet alleen de absorptie vermindert, maar zelfs de uitscheiding van mangaan verhoogt.

Hoe herken je een tekort en een teveel aan mangaan?

Mangaan is betrokken bij een aantal biologische processen in het menselijk lichaam en is praktisch onmisbaar. Toch kan een overmatige ophoping ervan een potentieel risico vormen.

De lijn tussen goede en schadelijke mangaanconcentraties is vrij dun. Daarom is het belangrijk dat de regulerende mechanismen in het lichaam voldoende functioneren om de mangaanhomeostase in stand te houden.

Verstoring van deze homeostase en de ontwikkeling van een tekort of teveel aan mangaan leidt meestal tot complicaties of bijwerkingen voor de gezondheid.

Mangaan tekort

Het bestaan van onvoldoende hoeveelheden mangaan in het lichaam is een zeldzame aandoening die nauwelijks wordt waargenomen bij mensen.

Dit komt omdat er voldoende mangaan in voedsel en drinkwater zit om aan de dagelijkse behoefte te voldoen.

De symptomen en complicaties die veroorzaakt worden door een mangaangebrek zijn alleen experimenteel en door het kunstmatig opwekken van een tekort (meestal bij dieren) bestudeerd.

Mangaangebrek heeft de volgende complicaties veroorzaakt:

• Vertraging van de botgroei en -ontwikkeling
• Afwijkingen in de vorm van het skelet
• Verstoorde voortplantingsfunctie
• Beperkte mobiliteit
• Verstoord vet-, eiwit- en koolhydraatmetabolisme, overmatige glucosetolerantie
• Stemmingswisselingen
• Aangeboren afwijkingen

In een paar gevallen is mangaangebrek bij mensen waargenomen. In deze gevallen zijn symptomen zoals ontstekingsachtige huidafwijkingen, vertraagde haar- en nagelgroei, verlaagde cholesterolspiegels, verminderde bloedstolling of verhoogde calcium- en fosforspiegels in het bloed waargenomen.

Overtollig mangaan

In het geval van mangaan komt de tegenovergestelde situatie veel vaker voor, namelijk dat het zich ophoopt in het lichaam.

Overmaat wordt meestal veroorzaakt door overmatige inname of inademing van mangaan. Het kan ook veroorzaakt worden door het falen van de regulerende processen die de homeostase in stand houden.

De risicogroepen voor het ontwikkelen van een teveel aan mangaan in het lichaam zijn:

• Zuigelingen en kinderen - vanwege de van nature hogere absorptiesnelheid van mangaan in het spijsverteringskanaal
• Zuigelingen die kunstmelk krijgen en patiënten die parenterale voeding krijgen
• Patiënten met een aangeboren afwijking van de transporteur in de lever die betrokken is bij de uitscheiding van mangaan
• Patiënten met een chronische leverziekte die leidt tot een slechte leverfunctie wat betreft de uitscheiding van overtollig mangaan in de gal
• Patiënten met ijzertekort - ijzertekort verhoogt de absorptiesnelheid van mangaan in het maagdarmkanaal
• Mensen met gevaarlijke beroepen waarbij de mangaanconcentratie hoog is - lassers, mijnwerkers, staalarbeiders. Meestal gaat het om inademing van mangaanverbindingen

Het belangrijkste doelorgaan van mangaanvergiftiging zijn de hersenen. Betrokkenheid van de hersenen komt tot uiting in kenmerkende neurologische symptomen - algemeen aangeduid als manganisme.

Bij manganisme worden vooral de mentale en motorische vaardigheden aangetast.

Manganisme ontwikkelt zich over een lange periode. In het beginstadium kan de lijder vertraagde reacties, prikkelbaarheid, depressie, stemmingswisselingen, dwangmatig of agressief gedrag, hallucinaties of intellectuele stoornissen ervaren.

Later is er sprake van algemene zwakte, verlies van gezichtsuitdrukkingen, spraakproblemen, overmatig speekselen en zweten, onwillekeurige bewegingen van ledematen, tremoren, spierstijfheid, veranderingen in het looppatroon (voorovergebogen lopen), problemen met beweeglijkheid en evenwicht en vaker vallen.

Ze reageren echter niet op levodopa, een medicijn dat gebruikt wordt om de ziekte van Parkinson te behandelen.

Naast symptomen die verband houden met hersenbeschadiging, kan manganisme ook leveraandoeningen (cirrose, verstoringen in leverenzymen) of cardiovasculaire aandoeningen (verhoogde hartslag, verlaagde bloeddruk) veroorzaken.

De belangrijkste symptomen van overmatige blootstelling aan mangaan door inademing zijn hoest, bronchitis, longontsteking en verminderde longfunctie.