Марганец (Mn) – роль в организме, симптомы недостатка, источники

Марганец (Manganum, Mn) – химический элемент и микроэлемент для человеческого организма, который несмотря на незначительное количество внутри нас выполняет ряд важных функций, как-то кроветворение, активация различных ферментов, развитие и поддержание здоровья мочеполовой системы.

Кроме того, марганец играет важную роль в работе центральной нервной системы, регулировании уровня инсулина, метаболизме различных веществ и многом другом.

Наиболее популярным является использование марганца в металлургии – для вытеснения из стали кислорода, тем самым делая ее более твердой. Также марганец добавляют в сплавы бронзы, латуни и прочие, в т.ч. для изготовления бронированной техники. Если говорить о медицине, то из марганца производят перманганат калия (марганцовка).

В природе, марганец чаще всего встречается в составе следующих минералов: браунит (3Mn₂O₃·MnSiO₃) – 63,6% Mn, пиролюзит (MnO₂·xH₂O) – 63,2% и манганит (MnO(OH)) – 62,5%. Также значительная доля марганца присутствует в составе вернадита, родохрозита, псиломелана, гаусманита и пурпурита.

Если же говорить о кларковом числе элемента в Земной коре, то оно составляет по разным источникам от 950¹ (Taylor, 1964 г.) до 1000 (Виноградов, 1962 г.) мг на 1 кг. По распространенности – 14й элемент, по тяжести – 2й после железа (Fe). Больше же всего данного элемента присутствует в глубоководье океанов и морей — около 0,03%. Это связано со свойством марганца растворятся в воде, которая его и уносит потоками в моря и океаны.

Наиболее богатые страны на Mn, в т.ч. по добычи этого элемента – Австралия, ЮАР, Бразилия, Китай, Габон, Ганна, Индия, Украина².

Свое наименование «Manganum (манганум)» марганец получил от немецкого слова «Manganerz», что означается — марганцевая руда.

История – краткая справка

Впервые о наличии неизвестного элемента в составе пиролюзита заговорил химик из Швеции К.В. Шееле в 1774 году. Для подтверждения своих исследований, ученый послал образцы пиролюзита другому шведскому химику Ю.Г. Гану, а он уже в свою очередь сделал эксперимент – нагрев руду с углем удалось получить металлический марганец.

Сам же пиролюзит использовали еще из древних времен, используя ее для осветления стекла, при его варке. Его относили к «черной магнезии» и разновидности магнитного железняка, хоть этот минерал и не притягивается магнитом.

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — IV период, IV ряд, VII группа, в новой версии таблицы – 7 группа, 4 период.

• Атомный номер – 24
• Атомная масса – 54,938 а. е. м.
• Электронная конфигурация – [Ar] 3d5 4s2
• Температура плавления (°С) – 1243,85 (1517 K)
• Температура кипения (°С) – 1961,85 (2235 К).
• CAS: 7439-96-5.

Физико-химические свойства

Чистый марганец представляет собой твердый, но в то же самое время хрупкий металл серебристо-белого цвета, относящийся к черным металлам. При взаимодействии с кислородом покрывается тонкой матовой сероватой оксидной пленкой. На сегодняшний день известно 4 формы марганца – 1 с тетрагональной решеткой, остальные с кубической. α-Мn, β-Мn, γ-Мn, δ-Mn. Наиболее хрупкой является альфа-марганец, который при температуре нагревания до 705 °С превращается в бетта-форму, и так по возрастанию, до наиболее пластичного — дельта-Mn (от γ при t=+1133 °С).

К его физическим свойствам можно отнести и электрическую проводимость, парамагнетизм.

Mn растворяется в воде, поглощает водород.

Вызывает активную реакцию с сильным нагревом, вплоть до самовоспламенения при взаимодействии с глицерином, танинами, сахарозой и различными легкоокисляющимися веществами.

Способен вызывать взрыв при соединении перманганата калия (KMnO₄) с активными металлами и неметаллами в форме порошков и органических веществ — хлором, серой, алюминием, кальцием, магнием, бором, фосфором, кремнием, азотом и прочими.

Биологическая роль и функции марганца в организме

Для чего нужен марганец организму? Как мы уже упоминали в начале, Mn важен для образования крови, метаболизма различных веществ, активации ферментов. Правда, именно биологическая роль марганца в организме выполняется только его двухвалентной Mn (II) и трехвалентной Mn (III) формами.

Всасывание Mn происходит в тонком кишечнике, откуда он в количестве 5% поступает в кровь, и по воротной вене достигает печени – главное депо элемента в теле. Остальные 95% марганца выводятся с калом и немного с мочой. Кроме печени, значительные отложения Mn присутствуют в почках, поджелудочной железе, печени, миокарде, мозге.

Количество марганца в тканях взрослого среднестатистического человека составляет от 10 до 20 мг.

Марганец выполняет и множество других полезных функций, среди которых:

Важен для усваивания организмом кальция – одного из главных строительных элементов костной ткани. Так, ученые заметили, что при дефиците Mn плотность кости становится меньшей, что повышает риск развития остеопороза и появления переломов от небольших ударов/падений. Страдают при этом и зубы.

А еще марганец входит в состав синовиальной жидкости и хрящей, тем самым, в сочетании с полезной функцией в образовании костей, этот элемент в край необходим для здоровья всего опорно-двигательного аппарата, в т.ч. и для его восстановления после травмы.

Важен для всасывания витаминов группы В, С, Е, меди и многих других нутриентов. Некоторые из них – сильные антиоксиданты, а это значит, что Mn косвенно защищает организм от свободных радикалов, а соответственно, от развития онкологических болезней, преждевременного старения, тормозит разрушение полезных веществ, поступаемых с пищей, укрепляет иммунную систему.

Антиоксидантная активность комплекса вышеприведенных витаминов с марганцем придает эластичность и упругость коже, силу волосам, здоровье ногтям. Снижает негативное воздействие на кожу ультрафиолетовых лучей (солнца).

Входит в состав митохондрий, которые, «питаясь» кислородом (О₂) вырабатывают молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), являющихся энергией для различных биохимических процессов в организме. Также помогает проникать в клетки глюкозы, с последующим ее расщеплением и образованием АТФ. Все эти процессы увеличивают физическую силу и выносливость человека.

Играет важную роль в катаболизме. Необходим для нормального метаболизма белков, жиров и углеводов. В частности, при расщеплении белков, Mn способствует образованию креатинина, мочевины и азотистых продуктов. Участвует в синтезе жирных кислот.

За счет регулирования липидного обмена, предупреждает отложение атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов, жировому перерождению печени и жировым подкожным отложениям, что минимизирует риск развития ожирения и целлюлита.

Кроме предупреждения жирового гепатоза, Mn и в целом благотворно влияет на функцию печени – помогает лучше выполнять фильтративную функцию, способствует накоплению в мышечных и печеночных тканях гликогена.

Участвует в образовании нейромедиаторов, за счет чего является неотъемлемой единицей в передаче нервных импульсов и управлении головным мозгом всего организма. А это в свою очередь залог хорошей памяти, когнитивной функции, предупреждение стресса, раздражительности.

В сочетании с медью и железом берет участие в кроветворении и свертываемости крови.

Важен для работы эндокринной системы. Усиливает действие инсулина, повышает выработку гормонов щитовидной железы, половых гормонов. Регулирует менструальный цикл.

Предупреждает бесплодие, помогает в формировании плода, улучшает лактацию.

Применение марганца в других сферах человеческой жизни

• Используется для изготовления перманганата калия (марганцовки), обладающей антисептическим действием. Высококонцентрированный раствор марганцовки можно использовать для прижигания ран.
• Используется для изготовления высокопрочной стали и прочих отраслях черной металлургии.
• Входит в состав манганина (Mn+Cu+Ni), использующегося в изготовлении высокоточных измерительных электроприборов.
• Вместе с медью, используется для изготовления манометров.
• Для изготовления пиротехники;
• Также применяется в самолетостроении и прочих сферах человеческой жизни.

Марганец — суточная потребность

Суточная потребность в марганце среднестатистического взрослого человека составляет 1,8-3 мг³.

Максимальная суточная доза в Mn – 11 мг.

Суточная потребность Mn в зависимости от пола и возраста:

• Дети до 2х лет – 0,3 мг;
• Дети от 3 до 5 лет – 0,5-0,6 мг;
• Дети от 6 до 8 лет – 0,7-0,8 мг;
• Дети от 9 до 13 лет – 1 мг;
• Подростки от 14 до 18 лет (мальчики/девочки) – 2/1,5 мг;
• Взрослые мужчины – 3-5 мг;
• Взрослые женщины – 2,5-3 мг;
• Беременность и лактация – до 5 мг.

Суточная доза кремния повышается в следующих случаях:

• При беременности и кормлении грудью;
• Повышенная физическая и умственная нагрузка;
• Тяжелые заболевания опорно-двигательного аппарата и прочих систем.
• Терапевтической дозой марганца является — до 11 мг в сутки.

Нехватка марганца — симптомы и причины

Симптомы нехватки марганца очень схожи с дефицитом прочих нутриентов, и могут выражаться в следующем:

• Ухудшение умственной функции, сонливость;
• Склонность к раздражению, агрессии, сильным переживаниям по незначительным ситуациям;
• Слабость, снижение силы в мышцах, а при тяжелом дефиците могут появиться мышечные судороги;
• Длительный дефицит приводит к снижению концентрации в организме кальция, развитию остепороза и склонностью к переломам;
• Нарушение функции кроветворения, анемии;
• Развитие атеросклероза, с дальнейшими нарушениями в работе сердечно-сосудистой системы в виде аритмий, перепадов артериального давления;
• Ухудшение здоровья кожи, ее дряблость, преждевременное появление морщин, а также склонность к аллергиям и кожной сыпи;
• Повышенное выпадение волос и ломкость ногтей;
• Снижется реактивность иммунной системы, что может вызывать частые простудные и прочие инфекционные болезни;
• Нарушение детородной функции у мужчин и женщин – ухудшение качества мужского семени и функции яичников у представительниц прекрасного пола;
• Риск развития онкологических болезней.

Симптомы нехватки Mn начинают появляться при его поступлении на уровне 1 мг в сутки и меньше в течение длительного времени.

Причины нехватки Mn

• Употребление некачественной пищи, т.е. продуктом, бедных на вместимость витаминов и макро-микроэлементов – фастфуды, полуфабрикаты, ГМО и прочее.
• Длительное голодание, жесткие диеты;
• Злоупотребление сладким и кофеинсодержащими напитками;
• Заболевания желудочно-кишечного тракта, при которых нарушено всасывание нутриентов – энтерит, дуоденит и прочие;
• Повышенные дозировки приема кальция и железа;
• Чрезмерные физические и умственные нагрузки, при которых за счет ускоренного кровообращения и метаболизма расход АТФ и различных элементов гораздо выше, нежели у гиподинамичного (малоподвижного) человека;
• Вредные привычки в виде курения и злоупотребления алкогольными напитками;
• Регулярная интоксикация организма различными отравляющими веществами – рыбота на вредном производстве, неблагоприятная экологическая обстановка в месте проживания, например, в центре города с повышенным транспортным трафиком;
• Пубертатный период, беременность;
• Женские болезни, сопровождающиеся дисфункцией яичников;
• Естественное старение организма, при котором многие вещества усваиваются хуже, нежели в молодом возрасте.

Применение марганца в медицине

В медицине применение марганца находит главным образом в виде перманганата калия («марганцовки», лат. Kalii permanganas).

Применение марганцовки целесообразно в следующих случаях:

• Антисептическое средство – для ополаскивания ротоглотки, обработки ожогов и прочих ран на коже, послеоперационная обработка, гинекологические и урологические спринцевания;
• Выведение из организма следующих токсинов (0,02-0,1% раствор) – морфина, аконитина и нескольких прочих алкалоидов;
• Промывание желудка при отравлениях.

Избыток марганца

Передозировка этим полезным микроэлементом также возможна, но только не из пищи, т.к. получить отравляющую дозу марганца из еды фактически невозможно, быстрее живот треснет.

Важно! Симптоматика появляется при суточной дозировке нутриента в 40 мг!

Отравление марганцем сопровождается следующими симптомами:

• Нарушение в работе головного мозга – заторможенность, раздражительность, компульсии;
• Нарушение аппетита, тошнота, приступы рвоты;
• Развитие паркинсонизма;
• Развитие рахита.

Причины переизбытка Mn в организме

• Злоупотребление препаратами, в которых нутриент содержится, в т.ч. марганцовки, БАДов;
• Сварочные работы – вдыхание паров, в которых содержится вещество;
• Употребление отравленной простым веществом воды, главным образом, протекающей в местах марганцевых руд;
• Вдыхание загрязненного воздуха – проживание в промышленных регионах;
• Употребление наркотиков, в которых содержатся соли марганца.

Источники марганца

В каких продуктах марганец содержится больше всего?

Растительные и животные источники (мг на 100 г): ростки пшеницы (12,3), фундук (4,9), фисташки (3,8), тыквенные семечки (2,84), арахис (1,93), миндаль (1,92), грецкий орех (1,9), хлеб из крупного помола (1,9), бобы какао (1,8), соя (1,42), черника (1,3), ячмень (1,19), рис (1,1), шпинат (0,9), чеснок (0,81), ананас (0,75), грибы подберезовики (0,74), шампиньоны (0,7), свекла (0,66), макаронные изделия (0,58), грибы лисички (0,41), капуста белокочанная/брюссельская (0,35), картофель (0,35), шиповник (0,5), лук (0,32), брокколи (0,3), клубника (0,28), спаржа (0,28), белые грибы (0,23), помидоры (0,21), абрикос (0,2), морковь (0,17), баклажан (0,11), цветная капуста (0,11), сельдерей (0,1), огурец (0,08)

Химические источники (Mn): «Марганец-активный» (таблетки), MSM комплекс в составе БАДов, витаминно-минеральные комплексы «Витрум», «Супрадин».

Синтез в организме: не синтезируется.

Взаимодействие марганца с другими веществами

Усиливает антиоксидантную активность при одновременном приеме с медью и цинком;

Улучшает усваивание витаминов Е, С и группы В;

Высокие дозы кальция, магния и фосфора тормозят всасывание марганца;

В сочетании с железом улучшает процессы образования гемоглобина, однако, высокие дозы Mn тормозят всасывание Fe и наоборот, высокие дозы железа тормозят всасывание марганца.

Видео

https://youtu.be/xKT4EfZHUkk

Обсудить Mn и другие минералы на форуме…

Источники:

1. «Обилие химических элементов в Земной коре: новая таблица». Автор: Taylor S.R., Журнал «Геохимия и Космохимия» 29 том, №8, 1964 г. Страницы 1273-1285.

2. National Minerals Information Center: www.usgs.gov.

3. Методические рекомендации Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека №2.3.1.1915-04 от 02.07.2004.