Mangan: Wozu ist es im menschlichen Körper gut? Quellen in Nahrung und Wasser

Mangan und seine Eigenschaften

Mangan ist ein Mineralelement, das unter dem chemischen Namen Mn bekannt ist und sich vom lateinischen Wort manganum ableitet.

Es ist das zwölfthäufigste Element auf der Erde und in Spuren ein wichtiger Bestandteil der lebenden Organismen.

Mangan im menschlichen Körper: Ist es nützlich? Wie erkennt man einen Mangel oder Überschuss?

Als chemisches Element wurde Mangan erstmals 1774 von dem schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele entdeckt, und zwar als Bestandteil des Minerals Pyrolusit.

Im selben Jahr wurde es von einem anderen schwedischen Chemiker, Johan Gottlieb Gahn, durch Erhitzen von Pyrolusit isoliert.

Der Name Mangan leitet sich vom lateinischen Wort "magnes" ab, was so viel wie Magnet bedeutet und sich wiederum auf das Mineral Pyrolusit bezieht, bei dem magnetische Eigenschaften festgestellt wurden.

Mangan ist ein Element der Gruppe 7 des Periodensystems der chemischen Elemente und befindet sich in der Periode 4.

Es gehört zu einer Gruppe von Elementen, die als Übergangselemente oder auch Übergangsmetalle bezeichnet werden.

Diese Bezeichnung stammt aus der Zeit, als Chemiker den Elementen in der Mitte des Periodensystems die Übergangseigenschaften zwischen Alkalimetallen und Nichtmetallen zuschrieben.

Mangan ist ein silbergraues metallisches Element, das dem Eisen ähneln kann, aber härter und sehr spröde ist als Eisen.

Es ist reaktiv und oxidiert sehr leicht. Es oxidiert oberflächlich an der Luft und zersetzt sich in Wasser. Mangan und einige seiner Verbindungen haben paramagnetische Eigenschaften.

Eine tabellarische Zusammenfassung der grundlegenden chemischen und physikalischen Informationen über Mangan

Mangan wird durch die natürliche Erosion der Erde in die Luft, den Boden und das Wasser freigesetzt und kommt in freier Form kaum vor, da es reaktionsfreudig ist und leicht oxidiert wird.

Es kommt daher in Form von anorganischen oder organischen Verbindungen vor, wobei die organischen überwiegen.

In der Natur kommt es hauptsächlich in Form von Mineralien vor. Die häufigsten Mineralien sind Oxide, Silikate oder Karbonate, wie zum Beispiel der bereits erwähnte Pyrolusit (MnO2) oder Braunit, Psilomelan, Rhodochrosid.

Mangan und seine Verbindungen finden heute in verschiedenen Sektoren wichtige industrielle Anwendungen.

Der größte Teil des Mangans (bis zu 90 % der jährlichen Gesamtproduktion) wird bei der Herstellung von Stahl verwendet, um dessen Eigenschaften zu verbessern, d. h. seine Verformbarkeit, Festigkeit und Haltbarkeit zu erhöhen.

Weitere Verwendungszwecke von Mangan sind:

• Es wird Aluminiumlegierungen als Korrosionsschutzmittel zugesetzt.
• Es dient als Pigment, zum Beispiel zum Färben von Glas, Keramik oder Edelsteinen.
• Es wird verwendet, um die durch Eisen verursachte Grünverfärbung von Glas zu entfernen.
• Es ist in Batterien enthalten.
• In der Landwirtschaft wird es als Zusatzstoff in Düngemitteln (insbesondere für Zitrusfrüchte), Pestiziden oder Schimmelbekämpfungsmitteln verwendet.
• Auch die desinfizierende und antiseptische Wirkung einiger Manganverbindungen wird ausgenutzt.
• In der Medizin wird es als Kontrastmittel bei bildgebenden Untersuchungen eingesetzt und ist ein wichtiger Bestandteil von Säuglingsmilch oder parenteraler Ernährung.

Welche Funktion hat Mangan im menschlichen Körper?

Mangan ist ein essentielles Spurenelement, das der Mensch nur in geringen Mengen benötigt. Sein Vorhandensein im menschlichen Körper ist jedoch entscheidend für die Aufrechterhaltung der Gesundheit und der normalen Funktionen.

Der Körper kann Mangan nicht selbst herstellen und ist auf die Zufuhr aus der äußeren Umgebung angewiesen.

Mangan kommt in lebenden Organismen in erster Linie in Form des Ions ^Mn2+ oder ^Mn3+ vor.

Mangan hat mehrere wichtige physiologische Funktionen.

Seine Hauptrolle steht im Zusammenhang mit Enzymen und dem Funktionieren von Enzymsystemen im Körper. Mangan wirkt entweder als Bestandteil dieser Enzyme (notwendig für ihre Bildung) oder ist an der Aktivierung bestehender Enzyme beteiligt (notwendig für ihre Funktion).

Um welche Enzyme handelt es sich? Es handelt sich um eine breite Palette von Enzymen aus der Gruppe der Oxidoredukte, Transferasen, Hydrolasen, Lyas, Isomerasen oder Ligasen.

Innerhalb dieser Gruppe von Enzymen gibt es sogar Enzyme, die strikt vom Vorhandensein von Mangan im Körper abhängig sind. Ohne genügend Mangan werden diese Enzyme weder gebildet noch aktiviert.

Beispiele hierfür sind:

• Glutaminsynthetase - Sie arbeitet im Gehirn, wo sie bestimmte toxische Substanzen abbaut (Stoffwechselfunktion).
• Superoxiddismutase - Das wichtigste antioxidative Enzym in den Zellen, das reaktive Sauerstoffspezies in Wasser umwandelt und sie so vor Schäden schützt (antioxidative Funktion).
• Arginase - Ein Enzym in der Leber, das für den Abbau von toxischem Ammoniak benötigt wird, das bei Stoffwechselprozessen entsteht (Stoffwechselfunktion).
• Pyruvat-Carboxylase - Ein Schlüsselenzym für die Bildung von Glukose (Stoffwechselfunktion).

Die wichtigsten physiologischen Funktionen und Prozesse, an denen Mangan durch die Beeinflussung von Enzymen beteiligt ist, lassen sich also wie folgt zusammenfassen:

• Normale Entwicklung des Organismus
• Einfluss auf immunologische, neuronale und sexuelle Hormonfunktionen
• Antioxidative Wirkung
• Regulierung des Zucker-, Fett- und Eiweißstoffwechsels
• Bildung von Energie in den Zellen
• Knochen- und Knorpelwachstum
• Blutgerinnung
• Regulierung des Blutzuckerspiegels durch Beeinflussung der Insulinproduktion
• Entwicklung des Gehirns und seiner Funktionen
• Wundheilung durch Beeinflussung der Kollagenproduktion

Mangan - von der Aufnahme bis zur Ausscheidung

Aufnahme

Mangan kann auf verschiedenen Wegen in den Körper gelangen, am häufigsten über den Verdauungstrakt, durch Inhalation (Einatmen), parenteral oder durch Hautkontakt.

Von diesen Wegen ist der orale Absorptionsweg, d. h. die Aufnahme von Mangan durch den Mund, der vorherrschende. Die Absorption erfolgt in der Umgebung des Verdauungstrakts.

Die wichtigsten Manganquellen sind Wasser, Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel oder Säuglingsnahrung.

Mangan wird spezifisch im Dünndarm durch zwei Mechanismen aufgenommen: durch passive Diffusion oder durch aktiven Transport, der Energie erfordert. Die Absorptionsrate ist relativ hoch.

Die Träger, mit denen Mangan die Darmzellen passiert, sind nicht spezifisch für Mangan, sondern transportieren auch andere metallische Elemente wie Eisen, Kupfer, Zink oder Kalzium.

Diese konkurrieren miteinander um einen bestimmten Träger, was die Absorptionsrate der einzelnen Elemente beeinflussen kann.

Von der Gesamtmenge des aufgenommenen Mangans werden nur etwa 3-5 % im Verdauungstrakt absorbiert.

Die Absorptionsrate von Mangan ist bei Frauen im Allgemeinen höher als bei Männern, was wahrscheinlich auf den unterschiedlichen Eisenspiegel zwischen den Geschlechtern zurückzuführen ist.

Dies spiegelt die Tatsache wider, dass Eisen und Mangan denselben Transporter für die Absorption nutzen. Wenn also der Eisenspiegel niedriger ist, hat Mangan mehr Möglichkeiten, an den Transporter zu binden.

Auch aus diesem Grund kann der tägliche Bedarf an Mangan in der Nahrung bei Frauen niedriger sein.

Ein weiterer Faktor, der sich auf die Aufnahme auswirkt, ist das Alter. Säuglinge und Kinder nehmen mehr Mangan auf, was auf den natürlich höheren Bedarf an Mangan während des Wachstums und der Entwicklung des Kindes zurückzuführen ist.

Andere Wege der Manganaufnahme (d. h. die bereits erwähnte Inhalation oder der Hautdurchgang) betreffen meist Personen, die bei ihrer Arbeit mit Mangan in Kontakt kommen, wie Industriearbeiter, Bergleute, Schweißer usw.

Mangan wird Frühgeborenen oder Personen, die eine totale parenterale Ernährung erhalten, parenteral (intravenös) verabreicht, um eine angemessene tägliche Zufuhr von Nährstoffen, einschließlich Mangan, zu gewährleisten.

Verteilung und Regulierung

Das aufgenommene Mangan gelangt über den Verdauungstrakt ins Blut und verteilt sich in den verschiedenen Teilen des Körpers.

Die physiologische Konzentration im Blut liegt zwischen 4 und 15 mg/l. Bei Frauen ist die Konzentration in der Regel um etwa 30 % höher als bei Männern (aufgrund einer höheren Absorptionsrate).

Mangan wird im Blut an die roten Blutkörperchen gebunden, die es transportieren. Es wird als ^Mn2+- oder ^Mn3+-Ionen transportiert, wobei ^Mn2+ überwiegt.

Die Organe, in denen sich die größten Manganmengen konzentrieren, sind die Leber, die Bauchspeicheldrüse, die Knochen, der Dickdarm, die Nieren und das Gehirn (zwischen 0,15 und 1,3 mg/kg), in geringerem Maße auch die Harnwege und die roten Blutkörperchen.

Mangan ist in der Lage, die Blut-Hirn-Schranke und die Plazenta zu überwinden, und wird auch mit der Muttermilch ausgeschieden.

Die Aufrechterhaltung des Manganspiegels auf einem physiologischen Niveau ist wichtig für die Gesundheit und das reibungslose Funktionieren des Körpers. An diesem Prozess sind Regulierungsmechanismen beteiligt, die die so genannte Homöostase aufrechterhalten.

Die Leber ist das wichtigste Organ zur Regulierung von Mangan im Körper und steuert seine Aufnahme und Ausscheidung über den Darm.

Einerseits beeinflusst sie die im Darm befindlichen Transporter und reguliert so die Aufnahme, andererseits fängt sie überschüssiges Mangan aus dem Blut auf und scheidet es über die Galle (die in der Leber gebildet wird) wieder in den Darm aus.

Aufgrund der strikten Regulierung der bereits im Darm aufgenommenen Manganmenge ist eine Toxizität aufgrund einer übermäßigen Nahrungsaufnahme sehr selten.

Das Organ, das am empfindlichsten auf einen Überschuss an Mangan im Körper reagiert, ist das Gehirn. Bei einer Vergiftung sind die Störungen des Gehirns und des zentralen Nervensystems die offensichtlichsten und auch die schwerwiegendsten Symptome.

Ausscheidung

Mangan wird in erster Linie über die Galle ausgeschieden, nachdem es von der Leber aufgenommen wurde.

Zusammen mit der Galle gelangt es wieder in den Darm und wird anschließend mit den Fäkalien aus dem Körper ausgeschieden.

Patienten mit einer Lebererkrankung können daher anfällig für einen Manganüberschuss und damit für eine Mangantoxizität sein.

Darüber hinaus wird Mangan in sehr geringen Mengen auch über den Urin, die Milch oder den Schweiß ausgeschieden.

Wie hoch ist die empfohlene Tagesdosis an Mangan?

Empfehlungen für die durchschnittliche Tageszufuhr von Mangan wurden aufgrund mangelnder Daten nicht festgelegt.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit veröffentlicht jedoch Werte für die angemessene Zufuhr von Mangan. Die angemessene Zufuhr ist ein auf Beobachtungen beruhender Durchschnittswert, von dem angenommen wird, dass er dem Bedarf der Bevölkerung entspricht.

Tabelle der angemessenen Tageszufuhr von Mangan nach Alter

Ernährungsbedingte Manganquellen

Für den größten Teil der Bevölkerung sind Lebensmittel und Trinkwasser die wichtigsten Manganquellen, mit denen die erforderliche Tagesdosis ausreichend gedeckt werden kann.

Zu den Lebensmitteln mit hohem Mangangehalt gehören Nüsse (Haselnüsse, Mandeln, Pekannüsse), Reis, Weizenkeime, Kleie, Hafer, Hülsenfrüchte, grünes Blattgemüse, Obst (Ananas), Tee, Schokolade und Meeresfrüchte (insbesondere Muscheln).

Der Mangangehalt im Trinkwasser hängt vom Ort und vom Grad der Verschmutzung ab und liegt zwischen 1 µg/l und 2 mg/l.

Derzeit sind manganhaltige Nahrungsergänzungsmittel auf dem Markt erhältlich, allerdings nur in Form von Mehrstoffpräparaten - Multivitamin- oder Mineralstoffpräparaten.

Neben Mangansulfat werden jedoch auch Mangansulfat, Manganascorbat oder Aminosäurekomplexe mit Mangan häufig verwendet.

Mögliche Wechselwirkungen zwischen Mangan und Lebensmitteln können bei gleichzeitiger Aufnahme von Phytinsäure, die in Nüssen, Samen, Bohnen, Sojabohnen oder Getreide vorkommt, sowie bei gleichzeitiger Aufnahme von Oxalsäure, die in Kohl, Spinat oder Süßkartoffeln enthalten ist, auftreten.

In beiden Fällen kommt es zu einer leichten Hemmung der Manganresorption.

Auch bei gleichzeitiger Einnahme von Tanninen, die in Tees reichlich vorhanden sind, wird die Manganaufnahme leicht verringert.

Außerdem verringert das bereits erwähnte Eisen die Aufnahme von Mangan im Verdauungstrakt bei hohen Konzentrationen. Auch Kalzium und Phosphor verringern die Manganaufnahme.

Und Magnesium, das nicht nur die Absorption verringert, sondern sogar die Manganausscheidung erhöht.

Woran erkennt man Manganmangel und -überschuss?

Mangan ist an zahlreichen biologischen Prozessen im menschlichen Körper beteiligt und praktisch unentbehrlich, seine übermäßige Anhäufung kann jedoch ein potenzielles Risiko darstellen.

Die Grenze zwischen guten und schädlichen Manganwerten ist sehr schmal, daher ist es wichtig, dass die Regulationsmechanismen im Körper ausreichend funktionieren, um die Manganhomöostase aufrechtzuerhalten.

Eine Störung dieser Homöostase und die Entwicklung eines Manganmangels oder Manganüberschusses führt in der Regel zu gesundheitlichen Komplikationen oder Nebenwirkungen.

Manganmangel

Ein Manganmangel im Körper ist ein seltener Zustand, der beim Menschen kaum beobachtet wird.

Dies liegt daran, dass der tägliche Bedarf an Mangan durch die Nahrung und das Trinkwasser gedeckt wird.

Die durch Manganmangel hervorgerufenen Erscheinungen und Komplikationen wurden bisher nur experimentell und durch künstlich herbeigeführten Manganmangel (meist bei Tieren) untersucht.

Manganmangel hat zu folgenden Komplikationen geführt:

• Verlangsamung des Knochenwachstums und der Knochenentwicklung
• Anomalien in der Form des Skeletts
• Beeinträchtigung der Fortpflanzungsfunktion
• Beeinträchtigung der Beweglichkeit
• Beeinträchtigung des Fett-, Eiweiß- und Kohlenhydratstoffwechsels, übermäßige Glukosetoleranz
• Stimmungsschwankungen
• Angeborene Defekte

In einigen wenigen Fällen wurde Manganmangel beim Menschen beobachtet, wobei Symptome wie entzündliche Hauterkrankungen, verzögertes Haar- und Nagelwachstum, verminderte Cholesterinwerte, verminderte Blutgerinnung oder erhöhte Kalzium- und Phosphorwerte im Blut beobachtet wurden.

Überschüssiges Mangan

Bei Mangan ist die umgekehrte Situation viel häufiger, nämlich das Auftreten einer Anhäufung von Mangan im Körper.

Ein Überschuss wird meist durch eine übermäßige Aufnahme oder Inhalation von Mangan verursacht, kann aber auch durch ein Versagen der Regulationsprozesse zur Aufrechterhaltung der Homöostase verursacht werden.

Die Risikogruppen für die Entwicklung eines Manganüberschusses im Körper sind:

• Säuglinge und Kinder - aufgrund der natürlich höheren Absorptionsrate von Mangan im Verdauungstrakt
• Säuglinge, die mit künstlicher Milch ernährt werden, und Patienten, die eine parenterale Ernährung erhalten
• Patienten mit einer angeborenen Störung des an der Manganausscheidung beteiligten Transporters in der Leber
• Patienten mit chronischen Lebererkrankungen, die eine schlechte Leberfunktion in Bezug auf die Ausscheidung von überschüssigem Mangan in die Galle verursachen
• Patienten mit Eisenmangel - Eisenmangel erhöht die Absorptionsrate von Mangan im Magen-Darm-Trakt
• Menschen mit gefährlichen Berufen, bei denen die Mangankonzentration hoch ist - Schweißer, Bergleute, Stahlarbeiter -, bei denen in der Regel Manganverbindungen eingeatmet werden

Das primäre Zielorgan der Mangantoxizität ist das Gehirn, das sich durch charakteristische neurologische Symptome bemerkbar macht, die einheitlich als Manganismus bezeichnet werden.

Bei Manganismus sind vor allem die geistigen und motorischen Fähigkeiten des Betroffenen betroffen.

Manganismus entwickelt sich über einen langen Zeitraum: Im Anfangsstadium kann es zu verlangsamten Reaktionen, Reizbarkeit, Depressionen, Stimmungsschwankungen, zwanghaftem oder aggressivem Verhalten, Halluzinationen oder geistigen Störungen kommen.

Später kommt es zu allgemeiner Schwäche, Verlust der Mimik, Sprachproblemen, übermäßigem Speichelfluss und Schwitzen, unwillkürlichen Bewegungen der Gliedmaßen, Zittern, Muskelstarre, Gangveränderungen (nach vorne gebeugtes Gehen), Problemen mit der Geschicklichkeit und dem Gleichgewicht sowie häufigeren Stürzen.

Sie sprechen jedoch nicht auf Levodopa an, ein Medikament, das zur Behandlung der Parkinson-Krankheit eingesetzt wird.

Neben den Symptomen, die mit der Schädigung des Gehirns zusammenhängen, kann Manganismus auch Leberstörungen (Zirrhose, Störungen der Leberenzyme) oder Herz-Kreislauf-Störungen (erhöhte Herzfrequenz, Blutdruckabfall) verursachen.

Die wichtigsten Symptome einer übermäßigen inhalativen Exposition gegenüber Mangan sind Husten, Bronchitis, Lungenentzündung und eine Beeinträchtigung der Lungenfunktion.