Spurenelemente für die Gesundheit - Stellenwert von Mangan

Manganmangel - Welche Folgen hat eine unzureichende Versorgung mit Mangan?

Manganvergiftung - Welche Folgen hat eine chronisch erhöhte Manganaufnahme?

Hintergrund

Mangan zählt zu den essenziellen Nahrungsbestandteilen. Mangan wirkt als Bestandteil mehrerer Enzyme und ist an einer Reihe wichtiger physiologischer Stoffwechselprozesse beteiligt.
Bei der Manganversorgung muss das Risiko einer zu hohen Aufnahme gegen die Notwendigkeit einer Mindestzufuhr abgewogen werden. Beide Extreme der Manganversorgung können zu deutlichen gesundheitlichen Einschränkungen führen.

Funktion von Mangan beim Menschen

Mangan ist wichtig für die Knochenbildung, den Fett- und Kohlehydratstoffwechsel, die Blutzuckerregulation und die Calcium-Resorption. Mangan spielt eine bedeutende Rolle beim Eisenstoffwechsel.
Mangan ist im Körper zudem am Aufbau von Bindegewebe beteiligt, dazu zählt auch die Synthese von Proteoglykanen im Knorpelgewebe. Mangan ist an der Bildung von Melanin (Pigmente) beteiligt.
Wichtige Funktionen des Mangans beziehen sich auf seine Beteiligung an Enzymsystemen. Mangan fungiert als Kofaktor für eine Reihe von Enzymen, die für die Funktion von Nervenzellen erforderlich sind. Außerdem aktiviert Mangan eine Reihe von Enzymen, die beispielsweise als Antioxidans wirken.
Mangan wird darüber hinaus für die Insulinsynthese und -sekretion sowie für die Bildung von Harnstoff benötigt.

Körperbestand

Im Körper eines erwachsenen Menschen sind etwa 10 bis 40 Milligramm Mangan gespeichert. Mengenmäßig der größte Teil davon befindet sich in den Knochen.

Bioverfügbarkeit

Die Mangan-Resorption aus dem Darm ist sehr gering. Die Mangan-Resorption aus der Nahrung wird mit nur 3 bis 4 Prozent angegeben. Sie erfolgt im Dünndarm, wo sie durch zahlreiche Nahrungsbestandteile beeinflusst werden kann. Verschiedene Substanzen können die Resorption von Mangan hemmen. Dazu gehören u.a. Eisen, Calcium, Magnesium und Phosphat.
Die Ausscheidung von Mangan erfolgt zum großen Teil über die Galle.

Empfohlene Zufuhr von Mangan

Für den täglichen Bedarf an Mangan in den verschiedenen Altersgruppen gibt es bisher nur Schätzwerte. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Ernährung benötigten Kinder ab 7 Jahren, Jugendliche und Erwachsene 2 bis 5 mg Mangan pro Tag.
Auch in den USA gibt es keine konkreten Aufnahme-Empfehlungen, sondern nur einen Adequate-Intake-Wert (AI). Dieser liegt für Männer bei 2,3 mg pro Tag und für Frauen bei 1,8 mg (Altersgruppe 19 bis 70 Jahre). Für Kinder im Alter zwischen 4 und 8 Jahren gilt ein Wert von 1,5 mg pro Tag (3, 20).

Als „Adequate Intake" ist die experimentell ermittelte tägliche Zufuhrmenge eines Nahrungsbestandteils definiert, die ausreicht, um den Bedarf einer Versuchsgruppe zu decken.

Obergrenzen für eine langfristige Zufuhr von Mangan

Der „Tolerable Upper Intake Level“ (kurz UL) bezeichnet die maximale langfristige Gesamtzufuhr eines Nährstoffes, die bei gesunden Personen zu keinen negativen Effekten auf die Gesundheit führt. Für Erwachsene über 19 Jahren liegt der UL für Mangan bei 11 mg täglich. Für Kinder im Alter zwischen 4 und 8 Jahren werden hingegen nur 3 mg als obere Grenze der Zufuhr empfohlen (20).
Da ältere Menschen (>50 Jahre) unter anderem aufgrund des häufigeren Vorkommens von Lebererkrankungen anfälliger für eine Manganintoxikation sind als junge Erwachsene, hat die nationale Sachverständigengruppe in Großbritannien als sichere Höchstmenge von Mangan 8,7 mg/Tag festgesetzt (4).

Wie hoch ist die durchschnittliche Manganaufnahme beim Menschen?

Die tägliche Manganaufnahme liegt bei Erwachsenen in einem Bereich von 3,5 bis 7 mg (7). In der Literatur wird über eine Schwankungsbreite der Manganzufuhr von 0,7 bis 10,9 mg pro Tag berichtet (9). Eine Untersuchung aus Großbritannien zur Mangan-Aufnahme über die Ernährung kommt zu dem Ergebnis, dass die durchschnittliche tägliche Manganzufuhr bei 5,24 mg liegt (18). Nur bei Jugendlichen lag dieser Untersuchung zufolge die tägliche Manganzufuhr deutlich höher, ohne dass daraus ein gesundheitliches Risiko abzuleiten wäre.
Andere Untersuchungen bestätigten diese Daten: Die durchschnittliche tägliche Aufnahme von Mangan beträgt in den USA und den Niederlanden bei einer Standardernährung zwischen 2,3 und 8,8 mg pro Tag, wobei 2-3 mg Mangan pro Tag für Erwachsene als ausreichend und 8-9 mg Mangan pro Tag als vollkommen sicher gelten.

Mangangehalt in Lebensmitteln

Getränke und vor allem Getreideprodukte leisten einen wesentlichen Beitrag zur täglichen Manganaufnahme (1). Der WHO zufolge wurden die höchsten Mangan-Konzentrationen in bestimmten Nahrungsmitteln pflanzlicher Herkunft gefunden, wie z. B. in Nüssen, Weizen, Reis und in Teeblättern (1). Eine in Kanada durchgeführte Studie zeigte, dass etwa 54 % des Aber die Nahrung aufgenommenen Mangans aus Getreide stammte.

Wechselwirkungen von Mangan 

 

Wechselwirkungen mit Spurenelementen und Mineralstoffen

Eine vermehrte Zufuhr von Eisen, Calcium, Magnesium, Phosphat oder Zink kann zu einem sekundären Manganmangel führen, da diese Stoffe über einen ähnlichen Transportmechanismus im Darm aufgenommen werden. Unter einer hohen Eisenzufuhr beispielsweise nimmt die Resorptionsquote von Mangan signifikant ab (2, 24). Mehreren Studien zur Folge führt eine Calcium-Gabe in Höhe von 500 mg pro Tag zu einer verminderten Bioverfügbarkeit von Mangan (12). Auch bei einer Magnesium-Supplementation von täglich etwa 200 mg ist die Mangan-Resorption reduziert (15).

Wechselwirkungen mit anderen Nahrungsbestandteilen

Mehrere Faktoren können das Ausmaß, mit dem Mangan aus Lebensmitteln resorbiert wird, beeinflussen. Zu den Nahrungsbestandteilen, die die Manganaufnahme verringern, gehören Ballaststoffe, Oxalsäure, Tannine und Phytinsäure (8, 28). 

Manganmangel

Ein Manganmangel ist in Europa selten. Ein Manganmangel kann sich durch ein vermindertes Körperwachstum, eine verschlechterte Glukosetoleranz oder allgemein durch eine Störung im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel äußern. Auch Störungen in der Skelett-Entwicklung mit Knochenmissbildungen wurden beobachtet (5; 11; 14). Diskutiert wird zudem eine erhöhte Anfälligkeit für zerebrale Krampfanfälle unter einem Manganmangel.

Gibt es ein Zuviel an Mangan?

Manganüberschuss

Wird manganhaltiger Staub in großen Mengen eingeatmet, wirkt dieser toxisch. Dabei kommt es zunächst zu Schäden in der Lunge mit Symptomen wie Husten, Bronchitis und Pneumonitis. Weiterhin kann Mangan das Zentralnervensystem schädigen. Dies äußert sich im Manganismus, einer Krankheit mit Parkinson-ähnlichen Symptomen.
Untersuchungen am Menschen konnten nachweisen, dass ein Eisenmangel die Mangan-Resorption signifikant erhöht. Demnach kann ein langfristig bestehender Eisenmangel zu einer überhöhten Manganaufnahme mit möglicher Akkumulation im zentralen Nervensystem führen (16). Weitere Untersuchungen belegen, dass ein Eisenmangel die Blut-Mangankonzentration erhöht.
Trotz der wichtigen physiologischen Funktionen des Mangans kann ein erhöhter Spiegel zu toxischen Effekten auf das Nervensystem fahren. Dies verursacht eine klinische Störung, die als Manganismus bezeichnet wird. Durch eine ausgeglichene Ernährung wird äußerst selten ein Manganüberschuss im Körper hervorgerufen. Häufiger kann hingegen eine langdauernde Aufnahme von Manganstaub mit der Atemluft über die Atemwege zu einem Manganüberschuss mit unterschiedlichen Beschwerden führen. Es besteht daher besonders bei Personen, die von Berufswegen Mangan-Staub ausgesetzt sind, die Gefahr einer Intoxikation. Dazu zählen z.B. Beschäftigte von Betrieben, die Legierungen oder Batterien herstellen (z.B. Schweißer). Die Frage, ob Schweißer durch das Einatmen von Mangan während des Schweißvorgangs ein erhöhtes Risiko für eine Parkinson-Krankheit haben, wurde in einer Metaanalyse geprüft. Nach Auswertung von insgesamt 13 Studien kommen die Autoren zu dem Schluss, dass die erhöhte Mangan-Exposition bei Schweißern das Risiko für eine Parkinson-Erkrankung nicht erhöht (19).

Die Folgen einer zu hohen Manganaufnahme

Mangan kann sich bei übermäßiger Exposition im Gehirn anreichern und dort Funktionsstörungen des Basalgangliensystems verursachen, die zu einer schweren neurologischen Erkrankung fahren.
Die neurotoxischen Wirkungen einer chronisch erhöhten Manganaufnahme können zu Symptomen führen, die denen des Parkinson-Syndroms ähneln: u.a. Gangveränderungen, Koordinationsstörungen, Muskelschmerzen und schnelle Ermüdbarkeit. Aber auch Gedächtnisverlust, Kopfschmerzen, Schlafstörungen, Halluzinationen und erhöhte Reizbarkeit können durch eine Mangan-Intoxikation bedingt sein.

Unabhängig von der berufsbedingten Belastung wurde auch über eine chronische zu hohe Mangan-Zufuhr über das Trinkwasser berichtet. Bei Kindern wurde darunter eine deutliche Beeinträchtigung der motorischen Koordination, der Handgeschicklichkeit und der Geruchswahrnehmung beobachtet (17).

Chronische Erkrankungen, die durch Mangan beeinflusst werden könnten

Mangan und Parkinson-Krankheit

Bisher vorliegende Untersuchungen sprechen eindeutig dafür, dass eine Akkumulation von Mangan im Gehirn infolge einer chronisch erhöhten Aufnahme zu einer atypischen Form der Parkinson-Krankheit führen kann. Diese Form der Parkinson-Erkrankung unterscheidet sich von der klassischen Form dadurch, dass eine L-Dopa-Gabe zu keiner Besserung der Symptomatik führt (10). 

Mangan und Alzheimer-Krankheit

Die bisher vorliegenden tierexperimentellen Untersuchungen lassen vermuten, dass eine chronisch erhöhte Mangan-Exposition Veränderungen im Gehirn bewirkt, die eine Prädisposition für die Alzheimer-Erkrankung darstellen (25). Erste Untersuchungen am Menschen haben einen Zusammenhang zwischen erhöhten Mangan-Blutspiegeln und nachlassender Hirnleistung sowie Alzheimer-typischen Veränderungen im Gehirn beschrieben (27).

Mangan bei Osteoporose

Bei Frauen mit Osteoporose wurden verringerte Mangan-Plasma- oder -Serumspiegel beobachtet. Auch zeigten diese Frauen eine deutliche Zunahme der Plasma-Mangankonzentration unter oraler Mangan-Gabe, was auf einen erniedrigten Manganstatus im Vergleich zu Frauen ohne Osteoporose hindeutet (5, 22). Dennoch hat eine neuere Studie keine Unterschiede beim Mangan-Plasmaspiegel zwischen postmenopausalen Frauen mit und ohne Osteoporose gefunden (21). In einer Studie an gesunden postmenopausalen Frauen wurde festgestellt, dass eine Supplementation von Mangan (5 mg / Tag), Kupfer (2,5 mg / Tag) und Zink (15 mg / Tag) in Kombination mit einer Calcium-Gabe (1.000 mg / Tag) wirksamer war als die alleinige Kalziumgabe bei der Verhinderung eines spinalen Knochendichteverlustes über einen Zeitraum von zwei Jahren (26). Diese Kombination aus Spurenelementen und Mineralstoffen macht es jedoch schwierig, diesen positiven Einfluss auf die Knochendichte allein dem Mangan zuzuordnen..

Mangan und Diabetes mellitus

Die Befunde zum Mangan-Status bei Diabetes-Patienten sind nicht einheitlich. Eine neuere Studie an 257 Typ-2-Diabetikern und 166 nicht-diabetischen Kontrollen dokumentierte niedrigere Mangan-Blutspiegel bei den diabetischen Patienten (13), während eine vorausgehende Studie keine Unterschiede der Mangan-Blutspiegel zwischen Diabetikern und Nicht-Diabetikern gefunden hatte (29).
Obwohl Mangan eine Rolle im Glukosestoffwechsel spielt, gibt es unzureichend Hinweise, dass die Mangan-Supplementation die Glukosetoleranz bei Diabetikern oder Nicht-Diabetikern verbessert.

Fazit

Die derzeit empfohlene tägliche Aufnahme von 2,3 mg Mangan für Männer und 1,8 mg für Frauen scheint ausreichend, um einen Mangel bei den meisten Menschen zu verhindern. Die tägliche Aufnahmemenge von Mangan, die wahrscheinlich optimal die Gesundheit fördert, ist bisher nicht bekannt. Bisherige Untersuchungen zur Manganversorgung lassen darauf schließen, dass ein Manganmangel in Deutschland sehr selten auftritt.
Aufgrund der potenziellen Toxizität von Mangan wird eine zusätzliche Einnahme von täglich mehr als 2 mg Mangan in Form von Nahrungsergänzungsmitteln nicht empfohlen. Es gibt derzeit keine Hinweise, dass der Verzehr einer manganreichen Ernährung, z.B. auf pflanzlicher Basis, mit unerwünschten Nebenwirkungen einhergeht. Eine chronisch erhöhte Aufnahme von Mangan kann aufgrund der neurotoxischen Wirkung zu einer Erkrankung führen, die eine ähnliche Symptomatik aufweist wie die Parkinson-Krankheit.

Die individuelle Eisenversorgung hat einen wesentlichen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit von Mangan. Liegt ein Eisenmangel vor, kann die Mangan-Resorption um das 2- bis 3-fache erhöht sein. Hingegen kann sich unter einer lang anhaltenden oralen Eisentherapie ein Manganmangel entwickeln.

 Weitere Beiträge zur Wirkung von Spurenelementen:

• Spurenelemente für die Gesundheit - Stellenwert von Eisen
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• Jodversorgung in Deutschland – der Jodmangel und seine Folgen
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Literatur

1. ATSDR (2000) Toxicological profile for manganese. Atlanta, GA, United States Department of Health and Human Services, Public Health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry.
2. Finley, J. W. Manganese absorption and retention by young women is associated with serum ferritin concentration. Am J Clin Nutr 1999;70:37-43.
3. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine (2001) Manganese. Dietary reference intakes for vitamin A, vitamin K, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium, and zinc. Washington, D.C.: National Academy Press; 394-419
4. Food Standards Agency (2003) Safe Upper Levels for Vitamins and Minerals. UK-Food Standard Agency. Expert Group on Vitamins and Minerals. http://www.food.gov.uk/multimedia/pdfs/vitmin2003.pdf
5. Freeland-Graves J, Llanes C. Models to study manganese deficiency. In: Klimis-Tavantzis DL, ed. Manganese in health and disease. Boca Raton: CRC Press, Inc; 1994;59-86.
6. Freeland-Graves J. 1994. Derivation of manganese estimated safe and adequate daily dietary intakes. In: Mertz W, Abernathy CO, Olin SS, eds. Risk Assessment of Essential Elements. Washington, DC: ILSI Press. Pp. 237–252.
7. Freeland-Graves JH, Bales CW, Behmardi F (1987). Manganese requirements of humans. In: Kies C, ed. Nutritional bioavailability of manganese. Washington, DC, American Chemical Society, pp. 90–104.
8. Gibson RS. 1994. Content and bioavailability of trace elements in vegetarian diets. Am J Clin Nutr 59:1223S–1232S.
9. Greger JL (1999) Nutrition versus toxicology of manganese in humans: Evaluation of potential biomarkers. NeuroToxicology, 20:205–212.
10. Guilarte TR. Manganese and Parkinson's disease: a critical review and new findings. Cien Saude Colet. 2011 Nov;16(11):4549-66.
11. Hurley LS, Keen CL. 1987. Manganese. In: Mertz W, ed. Trace Elements in Human and Animal Nutrition, 5th ed. San Diego: Academic Press. Pp. 185–223.
12. Johnson P.E., Lykken G.I. (1991) Manganese and calcium absorption and balance in young women fed diets with varying amounts of manganese and calcium. J Trace Elem Exp Med; 4: 19-35
13. Kazi TG, Afridi HI, Kazi N, et al. Copper, chromium, manganese, iron, nickel, and zinc levels in biological samples of diabetes mellitus patients. Biol Trace Elem Res. 2008;122(1):1-18
14. Keen CL, Zidenberg-Cherr S, Lonnerdal B. 1994. Nutritional and toxicological aspects of manganese intake: An overview. In: Mertz W, Abernathy CO, Olin SS, eds. Risk Assessment of Essential Elements. Washington, DC: ILSI Press. Pp. 221–235.
15. Kies C. (1994) Bioavailability of manganese. In: Klimis-Tavantzis D.L., ed. Manganese in health and disease. Boca Raton: CRC Press, Inc; 39-58
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18. MEASUREMENT OF THE CONCENTRATIONS OF METALS AND OTHER ELEMENTS FROM THE 2006 UK TOTAL DIET STUDY (2009), http://www.food.gov.uk/science/surveillance
19. Mortimer JA, Borenstein AR, Nelson LM. Associations of welding and manganese exposure with Parkinson disease: review and meta-analysis. Neurology. 2012 Sep 11;79(11):1174-80.
20. National Academy of Sciences, Dietary Reference Intakes for Manganese, http://www.nap.edu/catalog/10026.html
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22. Reginster JY, Strause LG, Saltman P, Franchimont P. Trace elements and postmenopausal osteoporosis: a preliminary study of decreased serum manganese. Med Sci Res. 1988;16:337-338.
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