マンガン：人体にとって何が良いのか？ 食物と水中の供給源

マンガンとその性質

マンガンは化学名Mnで知られる鉱物元素で、ラテン語のmanganumに由来する。

地球上で12番目に多く存在する元素であり、微量ながら生物の重要な構成成分でもある。

人体におけるマンガン：それは有益か、その欠乏または過剰をどのように認識するか？

化学元素としてのマンガンは、1774年にスウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレ（Carl Wilhelm Scheele）によって、特に鉱物のパイロルサイトの一部として初めて認識されました。

同じ年に、同じくスウェーデンの化学者であるヨハン・ゴットリープ・ガーン（Johan Gottlieb Gahn）によって、パイロルサイトを加熱することで単離されました。

マンガンという名前は、ラテン語で磁石を意味する "magnes "に由来し、磁性を持つことが発見された鉱物のパイロルサイトのことを指しています。

マンガンは化学元素周期表第7族の元素で、第4周期に属する。

遷移元素または遷移金属と呼ばれる元素群に分類される。

この名前は、化学者が周期表の真ん中の元素に、アルカリ金属と非金属の間の遷移的な性質を持たせたことに由来します。

性質としては、マンガンは鉄に似た銀灰色の金属元素ですが、鉄に比べて硬く非常にもろいです。

反応性が高く酸化しやすく、空気中では表面的に酸化し、水中では分解します。 マンガンとその化合物の一部は常磁性を持っています。

マンガンの基本的な化学的・物理的情報を表にまとめました。

マンガンは自然浸食によって空気中、土壌中、水中に放出されるが、反応性が高く酸化されやすいため、遊離の状態ではほとんど存在しない。

そのため、無機化合物または有機化合物の形で存在するが、有機化合物の方が優勢である。

自然界では主に鉱物の形で分布しており、最も一般的な鉱物は酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩である。 例えば、すでに述べたパイロルサイト（MnO2）やブラウナイト、プシロメラン、ロドクロシドなどである。

現在、マンガンおよびその化合物は、様々な分野で重要な産業用途を有している。

マンガンの最も大きな割合（年間総生産量の90%に達する）は、鋼鉄の製造に使用され、鋼鉄の特性（成形性、強度、耐久性）を向上させている。

マンガンのその他の用途は以下の通りである：

• 腐食防止剤としてアルミニウム合金に添加される。
• ガラス、セラミック、宝石の着色など、顔料の役割を果たす。
• 鉄の存在によるガラスの緑色の変色を除去するために使用される。
• 電池にも含まれる。
• 農業では、肥料（特に柑橘類）、殺虫剤、殺カビ剤の添加物として使用される。
• マンガン化合物の殺菌・防腐効果も利用されている。
• 医療では、画像検査の造影剤として使用され、乳児のミルクや非経口栄養の重要な成分である。

人体におけるマンガンの働きとは？

マンガンは必須微量元素であり、人間が必要とする量は微量ですが、人体に存在することは健康と正常な機能を維持するために非常に重要です。

マンガンは体内で生成できず、外部環境からの摂取に依存しています。

マンガンが生体内に存在する主な形態は、^Mn2+または^{Mn3+という}イオンです。

マンガンにはいくつかの重要な生理機能がある。

マンガンの主な役割は、体内の酵素と酵素システムの機能に関するもので、酵素の成分として作用するか（酵素の形成に必要）、既存の酵素の活性化に関与します（酵素の機能に必要）。

実際には、酸化還元酵素、転移酵素、ヒドロラーゼ、リアーゼ、異性化酵素、リガーゼなど、幅広い酵素が関与している。

この中には、体内のマンガンの存在に厳密に依存している酵素もあり、十分なマンガンがなければ、これらの酵素は生成も活性化もされない。

例えば以下のようなものがある：

• グルタミン合成酵素-脳で働き、ある種の有害物質を分解する（代謝機能）。
• スーパーオキシドジスムターゼ-細胞内の主な抗酸化酵素で、活性酸素を水に変え、ダメージから守る（抗酸化機能）。
• アルギナーゼ - 代謝過程で生成される有毒なアンモニアを分解するために必要な肝臓の酵素（代謝機能）。
• ピルビン酸カルボキシラーゼ - グルコースの生成に重要な酵素（代謝機能）。

したがって、マンガンが酵素に影響を与えることによって関与する主な生理学的機能とプロセスは、以下のように要約できる：

• 生体の正常な発達
• 免疫、神経、性ホルモン機能への影響
• 抗酸化作用
• 糖、脂肪、タンパク質代謝の調節
• 細胞内のエネルギー形成
• 骨と軟骨の成長
• 血液凝固
• インスリン分泌への影響による血糖値の調節
• 脳とその機能の発達
• コラーゲン産生への影響による創傷治癒

マンガン - 摂取から排泄まで

吸収

マンガンはいくつかの経路で体内に吸収されますが、最も一般的な経路は消化管、吸入（吸入）、非経口、皮膚からの吸収です。

これらの経路のうち、経口吸収経路、すなわち口からマンガンを摂取する経路が主流である。 吸収は消化管の環境で起こる。

マンガンの主な摂取源は、水、食品、栄養補助食品、乳児用調製粉乳である。

マンガンは、受動的拡散とエネルギーを必要とする能動的輸送の2つのメカニズムにより、小腸で特異的に吸収される。 吸収率は比較的高い。

マンガンが腸管細胞を通過する際の担体は、マンガン専用ではなく、鉄、銅、亜鉛、カルシウムなど他の金属元素も運んでいる。

そのため、それぞれの元素の吸収率に影響を与えることがある。

摂取されたマンガンの総量のうち、消化管で吸収されるのはわずか3～5％程度である。

女性のマンガン吸収率は一般に男性より高いが、これはおそらく男女間の鉄レベルの差によるものであろう。

鉄とマンガンは同じトランスポーターを使って吸収されるため、鉄が少なければマンガンがトランスポーターに結合する機会が多くなる。

また、このような理由から、マンガンの摂取に必要な1日の食事量は、女性の方が少ないかもしれない。

吸収に影響するもう一つの要因は年齢である。 乳幼児と子供はマンガンの摂取量が多い。 これは、子供の成長と発達の過程でマンガンの必要量が自然に高くなることに基づく。

マンガンの他の吸収経路（すなわち、すでに述べた吸入または皮膚通過）は、工業労働者、鉱山労働者、溶接工など、仕事でマンガンに接触する人が最も多く関与している。

マンガンは、未熟児や、マンガンを含む栄養素の1日の適切な摂取を維持する一環として、完全非経口栄養を受けている人に非経口（静脈内）投与される。

分布と調節

吸収されたマンガンは消化管から血液に入り、体の様々な部位に分布する。

血液中の生理的濃度は4～15mg/lで、通常、女性の方が男性より約30％高い（吸収率が高いため）。

マンガンは血液中で赤血球に結合し、赤血球はマンガンを輸送する。 マンガンは^Mn2+または^Mn3+イオンとして輸送されるが、^Mn2+が優勢である。

マンガンが最も多く含まれる臓器は、肝臓、膵臓、骨、結腸、腎臓、脳（0.15～1.3mg/kg）である。 尿路や赤血球に含まれることは少ない。

マンガンは血液脳関門、血液脳関門、胎盤を通過する能力があり、母乳中にも排泄される。

マンガン濃度を生理的レベルに維持することは、身体の健康と適切な機能にとって重要であり、いわゆるホメオスタシスを維持する調節機構がこのプロセスに関与している。

体内のマンガンを調節する主な臓器は肝臓であり、摂取と腸からの排泄をコントロールしている。

一方では、腸にあるトランスポーターに影響を与え、吸収を調節し、他方では、血液中の余分なマンガンを取り込み、胆汁（肝臓で形成される）を介して腸に戻して排泄する。

また、腸内ですでに吸収されたマンガンの量を厳密に調節しているため、食べ物の過剰摂取による毒性は非常にまれである。

体内の過剰なマンガンに対して最も敏感な臓器は脳である。 毒性において、最も明白で、最も深刻な症状でもあるのは、脳と中枢神経系の障害である。

排泄

マンガンの主な排泄経路は、肝臓に取り込まれた後の胆汁である。

胆汁とともに再び腸に入り、その後便として体外に排出される。

そのため、肝臓疾患のある患者は、マンガンが過剰になりやすく、マンガン中毒になりやすい。

さらに、マンガンは尿、牛乳、汗の中にもごく少量排泄されます。

マンガンの1日の推奨摂取量は？

マンガンの1日平均摂取量の推奨値は、データ不足のため確立されていません。

しかし、欧州食品安全機関（European Food Safety Authority）は、マンガンの適切な摂取量を公表しています。 適切な摂取量とは、観察に基づいた平均値であり、人口の必要量に相当すると想定されています。

年齢別マンガンの1日あたりの適切な摂取量の表

マンガンの食事からの摂取源

ほとんどの人にとって、1日に必要な摂取量を十分にカバーできるマンガンの主な供給源は、食品と飲料水である。

マンガンを多く含む食品には、ナッツ類（ヘーゼルナッツ、アーモンド、ピーカン）、米、小麦胚芽、ふすま、オート麦、豆類、緑葉野菜、果物（パイナップル）、お茶、チョコレート、魚介類（特にムール貝）などがある。

飲料水に含まれるマンガンの量は、場所や汚染の程度によって異なり、1 µg/lから2 mg/lである。

現在、マンガンを含む栄養補助食品は市販されているが、複数の成分を含む製剤、つまりマルチビタミンやミネラルのサプリメントの形でしか入手できない。

しかし、硫酸マンガンのほか、アスコルビン酸マンガンやアミノ酸とマンガンの複合体も一般的に使用されている。

マンガンと食品の相互作用の可能性は、ナッツ類、種子類、豆類、大豆、穀類に含まれるフィチン酸の同時摂取や、キャベツ、ホウレンソウ、サツマイモに含まれるシュウ酸の同時摂取で起こる可能性がある。

いずれの場合も、マンガンの吸収がわずかに阻害される。

また、お茶に多く含まれるタンニンの同時摂取でも、マンガンの吸収がわずかに低下する。

カルシウムとリンもマンガンの吸収率を低下させる。

そしてマグネシウムは、吸収率を低下させるだけでなく、マンガンの排泄を増加させることさえある。

マンガンの欠乏と過剰を見分けるには？

マンガンは人体の多くの生物学的プロセスに関与しており、実質的に不可欠なものであるが、過剰に蓄積されると潜在的なリスクをもたらす可能性がある。

そのため、体内の調節機構が十分に機能し、マンガンのホメオスタシスを維持することが重要です。

このホメオスタシスが乱れ、マンガンの欠乏や過剰が生じると、通常、健康上の合併症や副作用が生じます。

マンガン欠乏症

体内のマンガン量が不足している状態は、人間にはほとんど見られないまれな状態です。

食物や飲料水には、1日に必要なマンガンが十分に含まれているからです。

マンガン欠乏が引き起こす症状や合併症は、実験的に、あるいは（主に動物で）人為的に欠乏を誘発することによってのみ研究されてきた。

マンガン欠乏は以下の合併症を引き起こす：

• 骨の成長と発育の遅延
• 骨格形状の異常
• 生殖機能の障害
• 運動能力の低下
• 脂肪、タンパク質、炭水化物の代謝障害、過度の耐糖能障害
• 気分の変化
• 先天的欠陥

マンガン欠乏症がヒトで観察されるケースは少なく、炎症性皮膚障害、毛髪や爪の成長遅延、コレステロール値の低下、血液凝固能の低下、血中カルシウム・リン濃度の上昇などの症状が観察される。

マンガンの過剰摂取

マンガンの場合、逆の状況、すなわち体内蓄積の発生がはるかに一般的である。

過剰症は、マンガンの過剰摂取や吸入によって起こることが多いが、ホメオスタシスを維持する調節過程の障害によって起こることもある。

体内のマンガンが過剰になるリスクグループは以下の通りである：

• 乳幼児：消化管でのマンガン吸収率が高いため。
• 人工乳を与えている乳児と非経口栄養を受けている患者
• マンガンの排泄に関与する肝臓のトランスポーターに先天性の障害がある患者。
• 過剰なマンガンの胆汁中への排泄という点で肝機能の低下を引き起こしている慢性肝疾患患者
• 鉄欠乏症の患者-鉄欠乏は消化管でのマンガンの吸収率を高める。
• マンガン濃度が高くなるような危険な仕事に就いている人-溶接工、鉱山労働者、鉄鋼労働者。 通常はマンガン化合物の吸入を伴う。

マンガン中毒の主な標的臓器は脳である。 脳の病変は特徴的な神経症状によって現れ、一様にマンガニズムと呼ばれる。

マンガン中毒では、特に精神と運動能力に影響が出る。

マンガニズムは長期にわたって発症し、初期には反応が鈍くなったり、イライラしたり、抑うつ、気分の落ち込み、強迫的・攻撃的な行動、幻覚、知的障害などがみられる。

その後、全身の脱力感、無表情、言語障害、唾液の過剰分泌や発汗、不随意運動、振戦、筋硬直、歩行変化（前屈みで歩く）、巧緻性や平衡感覚の問題、転倒の頻度が高くなる。

しかし、パーキンソン病の治療薬であるレボドパは効きません。

脳障害に関連する症状に加えて、マンガニズムは肝臓障害（肝硬変、肝酵素の障害）や心血管障害（心拍数の増加、血圧の低下）を引き起こすこともある。

マンガンを過剰に吸入した場合の主な症状は、咳、気管支炎、肺炎、肺機能の低下である。