Марганец -

Идентификация и биохимия

Полное название: Марганец (Manganese) — химический элемент с атомным номером 25, обозначается символом Mn. В биологических системах присутствует преимущественно в двухвалентной (Mn²⁺) и четырёхвалентной (Mn⁴⁺) формах. Является микроэлементом, необходимым для функционирования множества ферментов. В организме человека марганец не синтезируется и поступает исключительно с пищей.

Синонимы: Manganese, Mn, Марганец, марганец в сыворотке, марганец в цельной крови, марганец в эритроцитах, марганец в моче.

Ген: Прямого гена, кодирующего марганец, не существует, поскольку это химический элемент. Однако существуют гены, участвующие в его транспорте и гомеостазе:

SLC30A10 — кодирует транспортер марганца, выводящий его из клеток; мутации связаны с наследственной манганотоксичностью и нейродегенерацией.
SLC39A8 — кодирует транспортер ZIP8, отвечающий за поступление марганца в клетки; мутации ассоциированы с синдромом Глиннера, характеризующимся задержкой развития, гипогликемией и дисморфизмом.
SLC39A14 — кодирует ZIP14, также участвует в клеточном поглощении марганца; мутации приводят к гипермнганеземии и нейрологическим нарушениям.

Молекулярная масса: 54,94 г/моль (атомная масса марганца).

Форма в биологических жидкостях: В плазме крови марганец преимущественно связан с белками: альбумином, трансферрином и α₂-макроглобулином. Внутри клеток, особенно в митохондриях, находится в виде иона Mn²⁺, где выполняет каталитическую и структурную функции.

LOINC-коды: Зависят от типа образца и метода измерения. Примеры:

24371-8 — Manganese (в сыворотке)
5235-8 — Manganese (в цельной крови)
5236-6 — Manganese (в моче)

LOINC-коды могут варьироваться в зависимости от лаборатории, платформы анализа и используемой единицы измерения. SNOMED-коды для анализа марганца не стандартизированы и используются редко.

Физиологическая роль

Марганец не синтезируется в организме, но играет ключевую роль в функционировании более чем 30 ферментов, участвующих в важнейших метаболических процессах. Основные функции марганца:

Антиоксидантная защита: Является кофактором марганецсодержащей супероксиддисмутазы (MnSOD, или SOD2), локализованной в матриксе митохондрий. Этот фермент катализирует дисмутацию супероксидного аниона (O₂⁻) в перекись водорода (H₂O₂), предотвращая окислительное повреждение митохондриальных структур.
Метаболизм углеводов и глюконеогенез: Активирует фермент пируваткарбоксилазу, который катализирует превращение пирувата в оксалоацетат — ключевой шаг глюконеогенеза. Дефицит марганца может нарушать синтез глюкозы, особенно в условиях гипогликемии.
Синтез протеогликанов и соединительной ткани: Является кофактором гликозилтрансфераз, участвующих в образовании гликозаминогликанов (ГАГ), таких как хондроитинсульфат и кератансульфат. Эти соединения являются структурными компонентами хрящей, костей и кожной ткани.
Метаболизм аминокислот: Необходим для активности аргиназы, фермента цикла мочевины, превращающего аргинин в орнитин и мочевину. Нарушение этого процесса может приводить к накоплению аммиака.
Нейротрансмиттерный обмен: Модулирует активность ферментов, участвующих в синтезе и катаболизме дофамина, серотонина и ГАМК, что подчёркивает его роль в функционировании центральной нервной системы.

Всасывание марганца происходит преимущественно в дистальных отделах тонкого кишечника. Транспорт в клетки обеспечивается транспортерами ZIP8 (SLC39A8) и ZIP14 (SLC39A14). После всасывания марганец поступает в печень через воротную вену, где частично экскретируется с желчью — основной путь выведения. Почки участвуют в выведении марганца незначительно.

Патофизиология

Нарушения гомеостаза марганца проявляются в виде дефицита (гипоманганеземия) или избытка (гиперманганеземия), оба состояния имеют клиническое значение.

Повышение уровня марганца (гиперманганеземия)

Развивается при:

Профессиональной экспозиции: Вдыхание пылей, содержащих соединения марганца (сварка, добыча руд, производство аккумуляторов). Марганец может проникать через обонятельный эпителий и напрямую достигать центральной нервной системы, накапливаясь в базальных ганглиях — особенно в бледном шаре и чёрной субстанции.
Печеночной недостаточности: При циррозе или портосистемном шунтировании нарушается выведение марганца с желчью, что приводит к его системному накоплению и проникновению в мозг.
Парентеральное питание (TPN): Длительное внутривенное введение растворов, содержащих марганец, особенно у пациентов с нарушением функции печени, может вызывать постепенное накопление.
Наследственные нарушения транспорта: Мутации в SLC30A10 и SLC39A14 приводят к нарушению выведения марганца из клеток, что вызывает его токсическое накопление в мозге.

Клинические проявления: Неврологические симптомы, схожие с болезнью Паркинсона — брадикинезия, мышечная ригидность, тремор покоя, постуральная неустойчивость. Также возможны когнитивные нарушения, депрессия, психоз и характерный мангановый походка (шаркающая, мелкими шагами).

Снижение уровня марганца (гипоманганеземия)

Встречается редко, но может развиваться при:

Недостаточном поступлении: Длительное парентеральное питание без адекватного содержания микроэлементов.
Мальабсорбции: При целиакии, синдроме короткой кишки, болезни Крона.
Мутациях в SLC39A8: Приводят к нарушению всасывания марганца и проявляются тяжёлыми нарушениями развития, микроцефалией, гипогликемией и остеопорозом.

Клинические проявления: Задержка роста, остеопороз, нарушения формирования костей (например, деформации скелета), кожные высыпания, снижение фертильности, нарушения толерантности к глюкозе.

Референсные значения

Референсные интервалы зависят от типа биологической жидкости, метода анализа, возраста и лаборатории. Ниже приведены приблизительные значения, используемые в большинстве клинических лабораторий. Точные цифры могут варьироваться.

Биологическая жидкость	Референсный интервал	Единицы измерения	Зависимость от возраста/пола
Сыворотка	4–15	мкг/л (или мкг/дл)	Незначительная; возможно умеренное повышение у взрослых
Цельная кровь	8–20	мкг/л	Выше у детей и подростков; половые различия не установлены
Эритроциты	15–40	мкг/л	Стабильны; отражают хроническое поступление
Моча (24 ч)	0,1–2,0	мкг/сут	Зависит от диеты и функции печени

Примечание: Референсные значения могут отличаться в зависимости от метода (например, ICP-MS даёт более точные результаты, чем AAS). У новорождённых и детей до 1 года нормы могут быть ниже. Лаборатории должны предоставлять собственные референсные диапазоны.

Методы определения

Основные методы количественного определения марганца:

Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS): Наиболее чувствительный и специфичный метод. Диапазон обнаружения — от 0,1 мкг/л. Широко используется в референсных лабораториях.
Атомно-абсорбционная спектрометрия (AAS): Менее чувствительна, чем ICP-MS, но доступна в большинстве клинических лабораторий. Чувствительность — около 1 мкг/л.
Электротермическая атомно-абсорбционная спектрометрия (ETAAS): Обладает повышенной чувствительностью по сравнению с AAS, подходит для анализа малых объёмов образцов.

Платформы:

ICP-MS: PerkinElmer NexION, Agilent 7900
AAS: Shimadzu, Thermo Scientific

Преаналитические требования:

Образец: сыворотка, плазма (не использовать гепарин, так как может содержать следы марганца), цельная кровь, моча (24-часовая).
Контейнеры: должны быть предварительно обработаны кислотой (например, азотной) для предотвращения внешней контаминации.
Хранение: при -20 °C; избегать многократного замораживания и оттаивания.
Подготовка пациента: рекомендуется избегать пищи, богатой марганцем (орехи, цельнозерновые продукты, чёрный чай), за 24 часа до сбора, если это не противоречит цели анализа.

Клинические показания

Когда назначают:

Подозрение на профессиональную манганотоксичность (у сварщиков, горняков, работников металлургии).
Неврологические симптомы, напоминающие паркинсонизм, особенно при наличии печеночной патологии или портосистемного шунта.
Оценка статуса микроэлементов у пациентов на длительном парентеральном питании.
Диагностика наследственных нарушений транспорта марганца (например, при детской гиперманганеземии с дистонией или задержкой развития).
Оценка всасывания при мальабсорбции или подозрении на мутации SLC39A8.

Когда не назначают:

Рутинная оценка питания у здоровых пациентов.
Диагностика остеопороза или артрита без дополнительных признаков дефицита.
Мониторинг терапии железом или цинком (марганец не входит в стандартные панели микроэлементов).

Интерференции и ограничения

Лекарства и добавки:

Железо и кальций: конкурируют с марганцем за транспортные системы (например, DMT1), могут снижать его всасывание.
Цинк: при высоких дозах подавляет абсорбцию марганца.
Парентеральные растворы микроэлементов: могут содержать марганец, что влияет на результаты при частом применении.

Биологические факторы:

Гемолиз: может привести к ложному повышению уровня марганца в сыворотке, так как эритроциты содержат значительно больше марганца, чем плазма.
Контаминация: образцы могут быть загрязнены марганцем из внешних источников — например, из пробирок, игл, лабораторной посуды или воздуха.
Печеночная недостаточность: повышает уровень марганца в крови и мозге, но клинические симптомы не всегда коррелируют с концентрацией в сыворотке.

Ограничения:

Уровень марганца в сыворотке плохо отражает общий запас микроэлемента в организме и является маркером краткосрочного поступления.
Цельная кровь и эритроциты лучше отражают хроническое поступление.
Нет стандартизированного метода для прямого измерения содержания марганца в мозге; используется косвенная оценка с помощью МРТ (гиперинтенсивность в бледном шаре на T1-взвешенных изображениях).

Интерпретация и тактика

Повышенный уровень:

Оценить профессиональную экспозицию, функцию печени, режим питания и применение парентерального питания.
При подозрении на токсичность — провести МРТ головного мозга для выявления гиперинтенсивности в базальных ганглиях.
Целевое значение при терапии: снижение уровня в крови до верхней границы нормы; клиническое улучшение может наступать с задержкой.
Лечение: прекращение экспозиции, хелатная терапия (например, кальций-натрий эдетат, пеницилламин — данные об эффективности ограничены); при наследственных формах — применение ингибиторов всасывания (например, железо при мутациях SLC39A8).

Сниженный уровень:

Оценить диету, всасывание, наличие хронических заболеваний ЖКТ.
При дефиците — назначение пероральных добавок марганца (обычно 1–5 мг/сут), с контролем уровня каждые 3–6 месяцев.
Целевое значение: достижение середины референсного интервала.
Совет пациенту: употреблять продукты, богатые марганцем (гречка, орехи, чёрный чай, цельные злаки); избегать избыточного приёма добавок железа и цинка.

Связь с другими маркерами

Анализ марганца интерпретируется в комплексе с другими показателями:

Железо, цинк, медь: конкурируют за транспортные системы; дисбаланс одного металла может влиять на уровень других.
Печеночные пробы (АЛТ, АСТ, билирубин, щелочная фосфатаза): при печеночной недостаточности наблюдается повышение марганца в крови.
Ферритин, трансферрин: могут косвенно указывать на нарушение метаболизма металлов, особенно при сочетанном дефиците железа и марганца.
МРТ головного мозга: не лабораторный маркер, но важен для оценки накопления марганца в центральной нервной системе.
Генетическое тестирование: при подозрении на наследственные формы — анализ мутаций в SLC30A10, SLC39A14, SLC39A8.

Вывод

Марганец — жизненно важный микроэлемент, участвующий в антиоксидантной защите, энергетическом обмене, синтезе соединительной ткани и функционировании центральной нервной системы. Его дефицит и избыток приводят к серьёзным клиническим состояниям, включая остеопороз, нарушения роста и нейродегенеративные расстройства, схожие с болезнью Паркинсона. Диагностика основывается на определении уровня в сыворотке, цельной крови или моче с помощью ICP-MS или AAS. Интерпретация требует учёта профессиональной экспозиции, функции печени, диеты и взаимодействия с другими микроэлементами. Референсные значения зависят от метода и типа образца. Анализ показан при подозрении на токсичность, наследственные нарушения или длительное парентеральное питание, но не рекомендуется для рутинного скрининга у здоровых лиц.

Анализы

Марганец