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Il manganese è un elemento minerale nutrizionalmente essenziale e potenzialmente tossico. La derivazione del suo nome dalla parola greca per magia rimane appropriata, perché gli scienziati stanno ancora lavorando per comprendere i diversi effetti della carenza di manganese e della tossicità del manganese negli organismi viventi (1).

Funzione

Il manganese (Mn) svolge un ruolo importante in una serie di processi fisiologici come costituente di più enzimi e attivatore di altri enzimi (2).

Funzione antiossidante

Superossido di manganese la dismutasi (MnSOD) è il principale enzima antiossidante nei mitocondri. Poiché i mitocondri consumano oltre il 90% dell’ossigeno utilizzato dalle cellule, sono particolarmente vulnerabili allo stress ossidativo. Il radicale superossido è una delle specie reattive dell’ossigeno prodotte nei mitocondri durante la sintesi dell’ATP. MnSOD catalizza la conversione dei radicali superossido in perossido di idrogeno, che può essere ridotto in acqua da altri enzimi antiossidanti (3).

Metabolismo

Numerosi enzimi attivati dal manganese svolgono un ruolo importante nel metabolismo di carboidrati, amminoacidi e colesterolo (4). La piruvato carbossilasi, un enzima contenente manganese, e la fosfoenolpiruvato carbossichinasi (PEPCK), un enzima attivato dal manganese, sono fondamentali nella gluconeogenesi: la produzione di glucosio da precursori non carboidrati. L’arginasi, un altro enzima contenente manganese, è richiesto dal fegato per il ciclo dell’urea, un processo che disintossica l’ammoniaca generata durante il metabolismo degli amminoacidi (3). Nel cervello, l’enzima attivato dal manganese, la glutammina sintetasi, converte l’amminoacido glutammato in glutammina. Il glutammato è un neurotrasmettitore eccitotossico e un precursore di un neurotrasmettitore inibitorio, l’acido γ-amminobutirrico (GABA) (5, 6).

Sviluppo osseo

La carenza di manganese provoca uno sviluppo scheletrico anormale in un certo numero di specie animali. Il manganese è il cofattore preferito di enzimi chiamati glicosiltransferasi; questi enzimi sono necessari per la sintesi dei proteoglicani necessari per la formazione di cartilagine e ossa sane (7).

Guarigione delle ferite

La guarigione delle ferite è un processo complesso che richiede una maggiore produzione di collagene. Il manganese è necessario per l’attivazione della prolidasi, un enzima che funziona per fornire l’amminoacido, la prolina, per la formazione del collagene nelle cellule della pelle umana (8). Una malattia genetica nota come deficit di prolidasi provoca, tra gli altri problemi, una guarigione anormale della ferita ed è caratterizzata da un metabolismo anormale del manganese (7). La sintesi dei glicosaminoglicani, che richiede glicosiltransferasi attivate dal manganese, può anche svolgere un ruolo importante nella guarigione delle ferite (9).

Interazioni nutritive

Ferro

Sebbene lo specifico i meccanismi per l’assorbimento e il trasporto del manganese non sono stati determinati, alcune prove suggeriscono che il ferro e il manganese possono condividere percorsi di assorbimento e trasporto comuni (10). L’assorbimento di manganese da un pasto diminuisce all’aumentare del contenuto di ferro del pasto (7). La supplementazione di ferro (60 mg / die per quattro mesi) è stata associata a una diminuzione dei livelli di manganese nel sangue e ad una ridotta attività di MnSOD nei globuli bianchi, indicando una riduzione del stato nutrizionale del manganese (11) Inoltre, lo stato del ferro di un individuo può influenzare la biodisponibilità del manganese. L’assorbimento intestinale del manganese è aumentato durante la carenza di ferro e l’aumento delle riserve di ferro (livelli di ferritina) è associato a un ridotto assorbimento del manganese (12). Gli uomini generalmente assorbono meno manganese rispetto alle donne; ciò può essere correlato al fatto che gli uomini di solito hanno riserve di ferro più elevate rispetto alle donne (13). Inoltre, è stato dimostrato che la carenza di ferro aumenta il rischio di accumulo di manganese nel cervello (14).

Magnesio

È stato dimostrato che il magnesio supplementare (200 mg / giorno) diminuisce leggermente biodisponibilità del manganese negli adulti sani, diminuendo l’assorbimento di manganese o aumentando la sua escrezione (15).

Calcio

In una serie di studi, calcio supplementare (500 mg / giorno) leggermente diminuzione della biodisponibilità del manganese negli adulti sani. Come fonte di calcio, il latte ha avuto l’effetto minore, mentre il carbonato di calcio e il fosfato di calcio hanno avuto l’effetto maggiore (15). Diversi altri studi hanno trovato effetti minimi del calcio supplementare sul metabolismo del manganese (16).

Carenza

La carenza di manganese è stata osservata in un certo numero di specie animali. I segni di carenza di manganese includono crescita ridotta, ridotta funzione riproduttiva, anomalie scheletriche, ridotta tolleranza al glucosio e alterato metabolismo dei carboidrati e dei lipidi. Negli esseri umani, la dimostrazione di una sindrome da carenza di manganese è stata meno chiara (2, 7).Un bambino in nutrizione parenterale totale a lungo termine (TPN) privo di manganese ha sviluppato una demineralizzazione ossea e una crescita ridotta che sono state corrette dall’integrazione di manganese (17). I giovani che sono stati nutriti con una dieta a basso contenuto di manganese hanno sviluppato livelli di colesterolo sierici ridotti e un’eruzione cutanea transitoria (18). Anche i livelli ematici di calcio, fosforo e fosfatasi alcalina erano elevati, il che può indicare un aumento del rimodellamento osseo come conseguenza di una dieta alimentare insufficiente. Le giovani donne alimentate con una dieta povera di manganese hanno sviluppato una tolleranza al glucosio leggermente anormale in risposta a un’infusione endovenosa (IV) di glucosio (16). Nel complesso, la carenza di manganese non è comune e vi è maggiore preoccupazione per la tossicità correlata alla sovraesposizione al manganese (vedere Sicurezza).

The Adequate Intake (AI)

Perché non c’erano informazioni sufficienti su requisiti di manganese per stabilire un’indennità dietetica raccomandata (RDA), il Food and Nutrition Board (FNB) dell’Istituto di medicina ha stabilito un’assunzione adeguata (AI). Poiché la carenza palese di manganese non è stata documentata negli esseri umani che mangiano diete naturali, l’FNB ha basato l’IA sulle assunzioni dietetiche medie di manganese determinate dal Total Diet Study, un’indagine annuale sul contenuto di minerali delle diete americane rappresentative (4). I valori di AI per il manganese sono elencati nella Tabella 1 in milligrammi (mg) / giorno per età e sesso. Il fabbisogno di manganese aumenta durante la gravidanza e l’allattamento (4).

Prevenzione delle malattie

Bassi livelli di manganese nella dieta o bassi livelli di manganese nel sangue o nei tessuti sono stati associati a diverse malattie croniche. Sebbene attualmente non si ritenga che l’insufficienza di manganese sia la causa delle malattie discusse di seguito, ulteriori ricerche possono essere giustificate per determinare se uno stato nutrizionale non ottimale del manganese contribuisce a determinati processi patologici.

Osteoporosi

Donne con osteoporosi è stato riscontrato che i livelli plasmatici o sierici di manganese sono diminuiti e anche una migliore risposta plasmatica a una dose orale di manganese (19, 20), suggerendo che potrebbero avere uno stato di manganese inferiore rispetto alle donne senza osteoporosi. Tuttavia, uno studio più recente su donne in postmenopausa con e senza osteoporosi non ha rilevato differenze nei livelli plasmatici di manganese (21). Uno studio su donne sane in postmenopausa ha rilevato che un integratore contenente manganese (5 mg / giorno), rame (2,5 mg / giorno) e zinco (15 mg / giorno) in combinazione con un integratore di calcio (1.000 mg / giorno) era più efficace rispetto al solo integratore di calcio nella prevenzione della perdita ossea spinale per un periodo di due anni (22). Tuttavia, la presenza di altri oligoelementi nel supplemento rende impossibile determinare se la supplementazione di manganese fosse l’agente benefico per il mantenimento della densità minerale ossea.

Diabete mellito

La carenza di manganese si traduce in glucosio intolleranza simile al diabete mellito in alcune specie animali, ma studi che esaminano lo stato del manganese degli esseri umani diabetici hanno prodotto risultati contrastanti. In uno studio, i livelli di manganese nel sangue intero non differivano significativamente tra 57 diabetici e 28 controlli non diabetici (23). Tuttavia, l’escrezione urinaria di manganese tendeva ad essere leggermente più alta in 185 diabetici rispetto ai 185 controlli non diabetici (24). Uno studio caso-controllo su 250 individui diabetici e non diabetici ha rilevato che gli individui diabetici di tipo 2 avevano livelli sierici di manganese più elevati rispetto ai non diabetici (25). Tuttavia, uno studio più recente su 257 diabetici di tipo 2 e 166 controlli non diabetici ha rilevato livelli ematici di manganese più bassi nei pazienti diabetici (26). Inoltre, uno studio sullo stato funzionale del manganese ha rilevato che l’attività dell’enzima antiossidante, MnSOD, era inferiore nei globuli bianchi dei diabetici rispetto ai non diabetici (27). Né 15 mg né 30 mg di manganese orale hanno migliorato la tolleranza al glucosio nei diabetici o nei controlli non diabetici se somministrati contemporaneamente a una sfida orale con glucosio (28). Sebbene il manganese sembri giocare un ruolo nel metabolismo del glucosio, ci sono poche prove che la supplementazione di manganese migliori la tolleranza al glucosio negli individui diabetici o non diabetici.

Epilessia (disturbi convulsivi)

I ratti carenti di manganese sono più suscettibili alle convulsioni rispetto ai ratti a sufficienza di manganese e i ratti che sono geneticamente inclini all’epilessia hanno livelli di manganese nel cervello e nel sangue inferiori al normale. Secondo quanto riferito, alcuni sottogruppi di esseri umani con epilessia hanno livelli di manganese nel sangue intero inferiori rispetto ai controlli non epilettici. Uno studio ha rilevato che i livelli di manganese nel sangue di individui con epilessia di origine sconosciuta erano inferiori a quelli di individui la cui epilessia era stata indotta da traumi (ad esempio, trauma cranico) o malattia, suggerendo una possibile relazione genetica tra epilessia e metabolismo anormale del manganese. Mentre la carenza di manganese non sembra essere una causa di epilessia negli esseri umani, la relazione tra il metabolismo del manganese e l’epilessia merita ulteriori ricerche (7, 29).

Fonti

Fonti alimentari

Negli Stati Uniti, le assunzioni dietetiche medie di manganese stimate variano da 2,1 a 2,3 mg / giorno per gli uomini e da 1,6 a 1,8 mg / giorno per donne. Le persone che seguono diete vegetariane e diete di tipo occidentale possono avere assunzioni di manganese fino a 10,9 mg / die (4). Fonti ricche di manganese includono cereali integrali, noci, verdure a foglia e tè. Gli alimenti ricchi di acido fitico, come fagioli, semi, noci, cereali integrali e prodotti a base di soia, o cibi ricchi di acido ossalico, come cavoli, spinaci e patate dolci, possono inibire leggermente l’assorbimento del manganese. Sebbene i tè siano ricche fonti di manganese, i tannini presenti nel tè possono ridurre moderatamente l’assorbimento del manganese (15). È stato riscontrato che l’assunzione di altri minerali, tra cui ferro, calcio e fosforo, limita la ritenzione di manganese (4). Il contenuto di manganese di alcuni alimenti ricchi di manganese è elencato in milligrammi (mg) nella Tabella 2. Per ulteriori informazioni sul contenuto di nutrienti degli alimenti, cercare FoodData Central (30) dell’USDA.

Latte materno e alimenti per lattanti

I neonati sono esposti a quantità variabili di manganese a seconda della loro fonte di nutrimento. Le concentrazioni di manganese nel latte materno, latte vaccino e formula a base di soia variano da 3 a 10 microgrammi / litro (μg / L), rispettivamente da 30 a 50 μg / L e da 200 a 300 μg / L. Tuttavia, la biodisponibilità del manganese dal latte materno è superiore a quella degli alimenti per lattanti e le carenze di manganese nei neonati allattati al seno o le tossicità negli alimenti allattati al seno neonati non sono stati segnalati (31).

Acqua

Le concentrazioni di manganese nell’acqua potabile variano da 1 a 100 μg / L, ma la maggior parte delle fonti contiene meno di 10 μg / L (32 La US Environmental Protection Agency (EPA) raccomanda 0,05 mg (50 μg) / L come concentrazione massima consentita di manganese nell’acqua potabile (33).

Integratori

Diverse forme di manganese si trovano negli integratori, tra cui gluconato di manganese, solfato di manganese, ascorbato di manganese e chelati di amminoacidi di manganese. Il manganese è disponibile come integratore autonomo o in prodotti combinati (34). Livelli relativamente alti di ascorbato di manganese possono essere trovati in un prodotto per la salute delle ossa / articolazioni contenente condroitin solfato e glucosamina cloridrato (vedi Sicurezza).

Sicurezza

Tossicità

Manganese inalato

La tossicità del manganese può causare molteplici problemi neurologici ed è un rischio per la salute ben noto per le persone che inalano la polvere di manganese, come saldatori e fonderie (1, 4). A differenza del manganese ingerito, il manganese inalato viene trasportato direttamente al cervello prima che possa essere metabolizzato nel fegato (35). I sintomi della tossicità da manganese generalmente compaiono lentamente nell’arco di mesi o anni. Nella sua forma peggiore, la tossicità da manganese può provocare un disturbo neurologico permanente con sintomi simili a quelli del morbo di Parkinson, inclusi tremori, difficoltà a camminare e spasmi muscolari facciali. Questa sindrome, spesso chiamata manganismo, è talvolta preceduta da sintomi psichiatrici, come irritabilità, aggressività e persino allucinazioni (36, 37). Inoltre, l’inalazione ambientale o professionale di manganese può causare una risposta infiammatoria nei polmoni (38). I sintomi clinici degli effetti a carico del polmone comprendono tosse, bronchite acuta e diminuzione funzione polmonare (39).

Metilciclopentadienil manganese tricarbonile (MMT)

MMT è un composto contenente manganese utilizzato nella benzina come additivo anti-colpi. Sebbene sia stato usato per questo scopo in Canada per più di 20 anni, l’incertezza sugli effetti nocivi per la salute delle emissioni di gas di scarico inalate ha impedito all’EPA statunitense di approvarne l’uso nella benzina senza piombo. Nel 1995, una decisione del tribunale statunitense ha reso disponibile la MMT e per un uso diffuso nella benzina senza piombo (35). Uno studio a Montreal, dove la MMT è stata utilizzata per più di 10 anni, ha rilevato che i livelli di manganese nell’aria sono simili a quelli nelle aree in cui la MMT non è stata utilizzata (40). Uno studio canadese più recente ha rilevato concentrazioni più elevate di manganese respirabile in un’area urbana rispetto a un’area rurale, ma le concentrazioni medie in entrambe le aree erano inferiori al livello di sicurezza fissato dall’EPA statunitense (41). L’impatto dell’esposizione a lungo termine a bassi livelli di prodotti di combustione MMT, tuttavia, non è stato valutato a fondo e richiederà ulteriori studi (42).

Manganese ingerito

Prove limitate suggeriscono che un elevato apporto di manganese dall’acqua potabile può essere associato a sintomi neurologici simili a quelli del morbo di Parkinson. Gravi sintomi neurologici sono stati riportati in 25 persone che hanno bevuto acqua contaminata con manganese, e probabilmente altri contaminanti, da batterie a secco per due o tre persone mesi (43). I livelli di acqua e manganese sono risultati pari a 14 mg / litro (mg / L) quasi due mesi dopo l’inizio dei sintomi e potrebbero essere già in calo (1). Uno studio su adulti più anziani in Grecia ha rilevato un’alta prevalenza di sintomi in quelli esposti a livelli di acqua manganese da 1,8 a 2.3 mg / L (44), mentre uno studio in Germania non ha trovato prove di un aumento dei sintomi neurologici nelle persone che bevono acqua con livelli di manganese compresi tra 0,3 e 2,2 mg / L rispetto a quelle che contengono meno di 0,05 mg / L (45) . Il manganese nell’acqua potabile può essere più biodisponibile del manganese negli alimenti. Tuttavia, nessuno degli studi ha misurato il manganese alimentare, quindi l’assunzione totale di manganese in questi casi è sconosciuta. Negli Stati Uniti, l’EPA raccomanda 0,05 mg / L come concentrazione massima consentita di manganese nell’acqua potabile (33).

Inoltre, studi più recenti hanno dimostrato che i bambini esposti ad alti livelli di manganese attraverso l’esperienza dell’acqua potabile deficit cognitivi e comportamentali (46). Ad esempio, uno studio trasversale su 142 bambini di 10 anni, che sono stati esposti a una concentrazione media di acqua di manganese di 0,8 mg / L, ha rilevato che i bambini esposti a livelli di manganese più elevati avevano punteggi significativamente più bassi in tre test di funzione intellettuale ( 47). Un altro studio ha associato alti livelli di manganese nell’acqua del rubinetto a disturbi comportamentali iperattivi nei bambini (48). Questi e altri rapporti recenti hanno sollevato preoccupazione per gli effetti neurocomportamentali dell’esposizione al manganese nei bambini (46).

Un singolo caso di tossicità da manganese è stato segnalato in una persona che ha assunto grandi quantità di integratori minerali per anni (49 ), mentre un altro caso è stato segnalato a seguito di una persona che assumeva un integratore a base di erbe cinesi (36). La tossicità del manganese derivante dai soli alimenti non è stata segnalata negli esseri umani, anche se alcune diete vegetariane potrebbero fornire fino a 20 mg / giorno di manganese (4, 32).

Manganese per via endovenosa

La neurotossicità del manganese è stata osservata in individui che ricevono una nutrizione parenterale totale, sia come risultato di un eccesso di manganese nella soluzione sia come contaminante accidentale (50). I neonati sono particolarmente vulnerabili alla neurotossicità correlata al manganese (51). I neonati che ricevono TPN contenente manganese possono essere esposti a concentrazioni di manganese circa 100 volte superiori rispetto ai neonati allattati al seno (31). A causa della potenziale tossicità, alcuni discutono contro l’inclusione del manganese nella nutrizione parenterale (52).

Individui con maggiore suscettibilità alla tossicità da manganese

• Malattia epatica cronica: il manganese viene eliminato dal corpo principalmente nella bile. Pertanto, la funzionalità epatica compromessa può portare a una diminuzione dell’escrezione di manganese. L’accumulo di manganese in individui con cirrosi o insufficienza epatica può contribuire a problemi neurologici e sintomi simili alla malattia di Parkinson (1, 34).
• Neonati: il cervello del neonato può essere più suscettibile alla tossicità del manganese a causa di una una maggiore espressione dei recettori per la proteina di trasporto del manganese (transferrina) nello sviluppo delle cellule nervose e l’immaturità del sistema di eliminazione della bile del fegato (4).
• Bambini: rispetto agli adulti, neonati e bambini hanno una assorbimento del manganese, nonché minore escrezione biliare di manganese (46). Pertanto, i bambini sono particolarmente suscettibili a qualsiasi effetto neurotossico negativo del manganese. In effetti, diversi studi recenti su bambini in età scolare hanno riportato effetti cognitivi e comportamentali deleteri a seguito di un’eccessiva esposizione al manganese (47, 48, 53).
• Popolazioni carenti di ferro: è stato dimostrato che la carenza di ferro aumenta il rischio dell’accumulo di manganese nel cervello (14).

A causa delle gravi implicazioni della neurotossicità del manganese, il Food and Nutrition Board (FNB) dell’Istituto di Medicina ha fissato livelli di assunzione superiori tollerabili molto conservativi (UL) per manganese; gli UL sono elencati nella Tabella 3 in base all’età (4).

Interazioni farmacologiche

Antiacidi e lassativi contenenti magnesio e farmaci antibiotici, tetraciclina, può diminuire l’assorbimento del manganese se assunto insieme a cibi o integratori contenenti manganese (34).

Alti livelli di manganese negli integratori commercializzati per la salute di ossa / articolazioni

Due studi hanno scoperto che gli integratori contenenti una combinazione di glucosamina cloridrato, condroitin solfato e ascorbato di manganese sono utili per alleviare il dolore a causa di artrosi lieve o moderata del ginocchio rispetto a un placebo (54, 55). La dose di manganese elementare fornita dagli integratori era di 30 mg / giorno per otto settimane in uno studio (55) e di 40 mg / giorno per sei mesi nell’altro (54). Non sono stati riportati effetti avversi durante nessuno degli studi e i livelli di manganese nel sangue non sono stati misurati. Nessuno studio ha confrontato il trattamento contenente ascorbato di manganese con un trattamento contenente glucosamina cloridrato e condroitin solfato senza ascorbato di manganese, quindi è impossibile determinare se l’integratore avrebbe prodotto lo stesso beneficio senza alte dosi di manganese.

Raccomandazione del Linus Pauling Institute

L’assunzione adeguata (AI) di manganese (2,3 mg / giorno per gli uomini adulti e 1,8 mg / giorno per le donne adulte) sembra sufficiente a prevenire la carenza nella maggior parte degli individui. Non si conosce l’assunzione giornaliera di manganese che ha maggiori probabilità di promuovere una salute ottimale. Seguendo la raccomandazione del Linus Pauling Institute di assumere un integratore multivitaminico / multiminerale contenente il 100% dei valori giornalieri (DV) della maggior parte dei nutrienti, generalmente fornirà 2 mg / giorno di manganese in aggiunta a quello negli alimenti. A causa del potenziale di tossicità e della mancanza di informazioni sui benefici, l’integrazione di manganese oltre il 100% del DV (2 mg / giorno) non è raccomandata. Al momento non ci sono prove che il consumo di una dieta vegetale ricca di manganese provochi tossicità da manganese.

Anziani (> 50 anni)

Il fabbisogno di manganese non è noto per essere più elevato per gli anziani. Tuttavia, la malattia del fegato è più comune negli anziani e può aumentare il rischio di tossicità da manganese diminuendo l’eliminazione del manganese dal corpo (vedere Tossicità). La supplementazione di manganese oltre il 100% del DV (2 mg / giorno) non è raccomandata.

Autori e revisori

Scritto originariamente nel 2001 da:
Jane Higdon, Ph.D.
Linus Pauling Institute della Oregon State University

Aggiornato a giugno 2007 da:
Victoria J. Drake, Ph.D.
Linus Pauling Institute di Oregon State University

Aggiornato a marzo 2010 da:
Victoria J Drake, Ph.D., Linus Pauling Institute, Oregon State University

Revisionato nel marzo 2010 da:
Michael Aschner, Ph.D.
Chair, Department of Nutrition
Gray EB Stahlman Professor of Neuroscience
Professor of Pediatrics
Professor of Pharmacology
Vanderbilt University Medical Center

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