（广西壮族自治区疾病预防控制中心广西南宁530028）
【摘要】锰（Mn）是人体必需的微量元素，它参与机体多种生理活动的调控，如蛋白质、脂肪和碳水化合物正常代谢，激活金属酶消除自由基等。人体的锰暴露主要来源于食物，其次是空气、肠外营养和职业接触。成年人摄入的锰含量在最大耐受量以下时，锰对机体体现健康效应，但过高的锰暴露也会对机体造成损害，甚至引发毒性作用。
【关键词】锰；暴露；健康
【中图分类号】R135.1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2017）08-0005-02
InfluenceofManganeseExposureonHumanHealth:AReviewoftheLiterature
XuanHe,QinHe,HuafengChen,RuiLin(Correspondingauthor).
GuangXiCenterforDiseasePreventionandControl,Nanning,Guangxi,China
【Abstract】Manganese(Mn)isanessentialtraceelementinhumanbody,whichisinvolvedintheregulationofvariousphysiologicalactivities,suchasprotein,fatandcarbohydratemetabolism,activationofmetalenzymesassociatedwithsuperoxideanionfreeradicalselimination,etc.Humanexposuretomanganeseismainlyfromfood,followedbyair,parenteralnutritionandoccupationalexposure.Ifthedosageofmanganeseintakeisbelowthemaximumtoleranceinadult,manganesewillhelptopromotetheoverallhealthofthebody,butthehighmanganeseexposurecanalsocausedamagetothebody,andevenleadtotoxiceffects.
【Keywords】Manganese;Exposure;Health
锰（Mn）是人体必需的微量元素,它既是蛋白质、脂肪和碳水化合物正常代谢的重要营养物质，也参与调控机体各种生理过程，如免疫功能、能量代谢、生殖、消化和骨骼发育[1]。人体内含锰量约12～20mg,以骨骼、肝、脑、肾含量较多,有中枢神经系统蓄积性。锰参与生理调节主要是因为人体内多种金属酶依赖于锰的激活,锰也是许多金属蛋白或金属酶的组成成分,与消除自由基、抗衰老、钙磷代谢、生殖与生长发育都有密切关系，因此有人称之为“益寿元素”[2]。不过大量的流行病学数据和实验室研究发现，过高的锰暴露也会对机体造成不良影响，甚至引发毒性作用，表现为类神经征，锥体外系神经受损症状，并伴有神经情绪改变等。
1.锰暴露来源
1.1食物暴露
食物是人类获取锰的主要渠道，其中含锰较高的食物，如谷类、大米、坚果和蔬菜是锰的重要来源。成人每日膳食摄入锰变化范围很大，约0.9～10mg[3]，国际上推荐标准正常成年人每日摄取为2.5～5mg，最大耐受量为每天10mg。在食用大米地区，按成人平均每天进食300g干重的大米（普通大米含锰量约7.4mg/kg）计算，通过食物每天摄取的锰约2mg[4]。一杯茶约含有锰0.4～1.3mg[3]，因此习惯饮用茶水地区的人群将通过茶摄入较多锰。食用锰的补充剂也是另一个锰的重要来源。一般水中锰浓度范围是1～100μg/L，大多数都低于10μg/L。但是在某些地区饮用水锰浓度平均在150μg/L[5]，如按每人每日饮用水3L计算，通过饮水每天摄取锰0.6mg[4]。有研究认为这种含高浓度锰的饮用水对婴儿可能有潜在危险。一般奶中的锰浓度极低，不过发现婴儿配方奶粉中的锰含量高于母乳[6]。
1.2空气暴露
无机锰化合物无挥发性，但是这些化合物仍可能以气体、气溶胶和悬浮颗粒物存在于空气中[3]。大气中的锰主要有2个来源：人为制造和自然存在。人为制造的锰来自于排放锰的相关产业，包括铁合金生产、钢铁铸造、焊接金属烟尘、电池生产厂的焦炉燃烧[1]。近年发现一种无铅汽油等燃料的添加剂——甲基环戊二烯基三羰基锰（MMT）燃烧后废气锰含量很高[7]，该添加剂的使用已引起许多监管机构的争论。
1.3肠外营养（PN）
锰元素对机体非常重要，因此肠外营养一般都含有锰。但是有些报道称PN使用者出现锰神经毒性及大脑MRI显示高强度信号[8]。对于PN使用者，正常肠道对锰吸收的调节作用已经丧失，通过静脉进入体内的锰有100%的生物利用度。锰入血后被转运到肝、肾、小肠、内分泌腺、胰、脑、骨、肌肉和毛发中,并以不溶性磷酸锰的形式贮留于线粒体内。锰的清除是依赖肝胆系统，但是PN导致的胆汁淤积和阻塞性黄疸致使肝胆系统频繁受损，致使肝功能异常[1]，锰不能被正常排出体外。
1.4职业暴露
从事某些特殊职业的工人在职业场所会暴露于高浓度的锰。焊接车间和高炉锰铁冶炼作业环境空气锰浓度平均约2.046mg/m3[9]，因此工人常常表现为慢性锰中毒，不过锰中毒急性发病的案例也偶尔可见。焊条厂配料车间锰尘和锰烟的浓度高达126.80mg/m3和144.25mg/m3[10]，这些车间的作业者锰中毒程度较重。锰作业工人及复印机操作人员等也会出现锰的轻度中毒症状[11]。
2.锰促进机体健康
国际上推荐标准正常成年人每日摄取锰为2.5～5mg。人体最大耐受量为每天10mg。锰参与机体免疫功能、调节血糖、能量代谢以及清除自由基。锰是机体内部分金属酶的组成成分，也是许多酶的激活剂，这些酶在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、胆固醇代谢和胰岛素的分泌合成中起到重要作用[12]。
动物研究表明Mn缺乏影响生长发育、生殖功能、胰岛素敏感性、血脂代谢和降低血高密度脂蛋白胆固醇[1]。临床和流行病学研究[13,14]发现锰缺乏与红斑性皮疹、月经期间情绪变化和疼痛有关。现代观点认为锰缺乏导致的这些代谢紊乱症状和疾病是由于机体调节氧化应激能力受损。锰是通过对氧化应激相关蛋白的调节来介导多种生理活动，这些蛋白包括谷胱甘肽过氧化物酶（GPX），还原型谷胱甘肽（GSH），锰介导的超氧化物歧化酶（MnSOD）。同时这些氧化调节酶也可以作为评价机体生理性Mn含量的指标。MnSOD有保护细胞免受有毒的化学物质、放射性物质、氧化应激和炎症因子等各种致癌物质的侵害[14]，体现其预防乳腺癌、皮肤癌、前列腺癌和结肠癌的作用[15]。锰缺乏使心脏和肝脏中MnSOD活性下降、超氧阴离子的积累，将导致线粒体产生脂质过氧化物、细胞膜受损伤和细胞功能障碍[16]。通过摄入Mn有利于提高机体线粒体内的MnSOD活性，增强抗氧化能力[14]，特别是对那些营养不良并伴有Zn缺乏的女性尤为显著[17]。
Higdon&Frei[18]认为肥胖是一种氧化应激状态，是机体生理性抗氧化作用与自由基产生之间的不平衡导致的，这种不平衡是由于肥胖引发的一系列并发症，如动脉硬化，糖尿病和关节炎等。更有学者认为肥胖与氧化应激是高度相关的，因此锰介导的抗氧化因子可能有助于降低肥胖相关的并发症，如脂肪肝和糖尿病[19,20]。有调查发现糖尿病人群的血锰浓度显著低于正常人群[12]，机体锰离子稳态的改变与糖尿病密切相关。新的研究显示高脂饮食中添加锰可以增加小鼠胰岛素分泌，提高葡萄糖耐量。同时也发现饮食补充锰不是单纯增加胰腺的胰岛素分泌量，而是促进葡萄糖引发的胰岛素分泌[21]。此外，锰离子补充剂还可以减少Ⅱ型糖尿病患者血管内皮细胞功能障碍发生的风险[22]。
3.高锰暴露对机体危害
早在150年前人们就认识到锰是一种神经毒性剂，近年来发现锰与其他神经疾病也有关，如亨廷顿病、阿尔茨海默症、肌萎缩侧索硬化症等。一般认为锰导致神经疾病的机制包括：（1）多巴胺（DA）氧化增加，突触前DA功能下降，减少多巴胺转运体的表达和纹状体摄取DA，最终导致持久性的DA流出减少；（2）线粒体功能紊乱：细胞内锰浓度增加导致ROS过多致使线粒体功能紊乱。锰还能通过抑制ETC，减低ATP生成，使大量的电子和过氧离子堆积，直接损伤线粒体功能；（3）此外星形胶质细胞增生、与含铁酶有交互作用也被认为是锰引发神经毒性的机制。
已经有不少研究报道锰的高暴露可能对人体产生毒性，近年来越来越多的研究者关注环境的高锰暴露可能对儿童有潜在的毒性，特别是关注那些地表水中锰浓度较高的地区。有报道称锰与生命早期死亡和受损有关[23]，不过RahmanSM[24]评估了怀孕期间饮用水中锰的暴露对胎儿和婴儿存活率的影响，发现怀孕期间孕妇饮用锰浓度高的水对胎儿有保护作用，特别是对营养不良的孕妇的胎儿。他认为这种保护效应可能要归功于锰在抗氧化方面的作用。
4.结论
锰暴露的来源多样，其中食物来源最为重要。通过食物摄取通常能满足人体日常对锰的需要量。锰与健康的密切关系体现在，它是机体内部分金属酶的组成成分，也是许多酶的激活剂，这些酶在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、胆固醇代谢和胰岛素的分泌合成中起到重要作用，同时与机体免疫功能、调节血糖、能量代谢以及清除自由基息息相关。锰的高暴露可能对人体产生不良影响甚至引发毒性效应，锰有神经蓄积性，因此过量的锰吸收对神经系统的损伤尤其严重。亨廷顿病、阿尔茨海默症和肌萎缩侧索硬化症等都与锰的毒效应有关。
【参考文献】
[1]AschnerJL,AschnerM.Nutritionalaspectsofmanganesehomeostasis[J].MolAspectsMed,2005,26(4-5):353-362.
[2]孟鸿菊,杨坚.锰与糖尿病的研究进展[J].微量元素与健康研究,2007,24(2):67-68.
[3]WilliamsM,ToddGD,RoneyN,etal.AgencyforToxicSubstancesandDiseaseRegistry(ATSDR)ToxicologicalProfiles.ToxicologicalProfileforManganese[M].Atlanta(GA):AgencyforToxicSubstancesandDiseaseRegistry(US),2012.
[4]WatanabeC,KawataA,SudoN,etal.WaterintakeinanAsianpopulationlivinginarsenic-contaminatedarea[J].ToxicolApplPharmacol,2004,198(3):272-282.
[5]LjungK,VahterM.Timetore-evaluatetheguidelinevalueformanganeseindrinkingwater?[J].EnvironHealthPerspect,2007,115(11):1533-1538.
[6]KrachlerM,ProhaskaT,KoellenspergerG,etal.Concentrationsofselectedtraceelementsinhumanmilkandininfantformulasdeterminedbymagneticsectorfieldinductivelycoupledplasma-massspectrometry[J].BiolTraceElemRes,2000,76(2):97-112.
[7]DavisJM,JarabekAM,MageDT,etal.TheEPAhealthriskassessmentofmethylcyclopentadienylmanganesetricarbonyl(MMT)[J].RiskAnal,1998,18(1):57-70.
[8]HardyG.Manganeseinparenteralnutrition:who,when,andwhyshouldwesupplement?[J].Gastroenterology,2009,137(5Suppl):S29-35.
[9]潘举升,王晓江,方梅芳,etal.高炉锰铁冶炼工人锰中毒的三十五年防治研究与分析[J].中华劳动卫生职业病杂志,2001,19(2):118-120.
[10]张慧文,卢宏英,敖红梅.电焊条厂锰作业的卫生学调查[J].工业卫生与职业病,2000,26(6):358.
[11]姜岳明,迟晓文,张振明.锰毒作用表现的研究[J].铁道劳动安全卫生与环保,2001,28(4):245-247.
[12]SiddiquiK,BawazeerN,JoyS.Variationinmacroandtraceelementsinprogressionoftype2diabetes[J].ScientificWorldJournal,2014,2014:461591.
[13]GregerJL,DavisCD,uttieJW,etal.Intake,serumconcentrations,andurinaryexcretionofmanganesebyadultmales[J].AmericanJournalofClinicalNutrition1990,51(3):457-461.
[14]DavisCD,GregerJL.Longitudinalchangesofmanganese-dependentsuperoxidedismutaseandotherindexesofmanganeseandironstatusinwomen[J].1992,55(3):747-752.
[15]RobbinsD,ZhaoY.Manganesesuperoxidedismutaseincancerprevention[J].AntioxidRedoxSignal,2014,20(10):1628-1645.
[16]WelshJJ,NarbaitzR,Begin-HeickN.Metaboliceffectsofdietarymanganesesupplementationinob/obmice[J].TheJournalofNutrition,1985,115(7):919-928.
[17]LiL,EkstromEC,GoesslerW,etal.NutritionalstatushasmarginalinfluenceonthemetabolismofinorganicarsenicinpregnantBangladeshiwomen[J].EnvironHealthPerspect,2008,116(3):315-321.
[18]HigdonJV,FreiB.Obesityandoxidativestress:adirectlinktoCVD?[J].ArteriosclerThrombVascBiol,2003,23(3):365-367.
[19]NoemanSA,HamoodaHE,BaalashAA.Biochemicalstudyofoxidativestressmarkersintheliver,kidneyandheartofhighfatdietinducedobesityinrats[J].DiabetolMetabSyndr,2011,3(1):17.
[20]YoussefH,GroussardC,PincemailJ,etal.Exercise-inducedoxidativestressinoverweightadolescentgirls:rolesofbasalinsulinresistanceandinflammationandoxygenoverconsumption[J].InternationalJournalofObesity,2009,33(4):447-455.
[21]LeeSH,JouihanHA,CookseyRC,etal.Manganesesupplementationprotectsagainstdiet-induceddiabetesinwildtypemicebyenhancinginsulinsecretion[J].Endocrinology,2013,154(3):1029-1038.
[22]BurletE,JainSK.Manganesesupplementationreduceshighglucose-inducedmonocyteadhesiontoendothelialcellsandendothelialdysfunctioninZuckerdiabeticfattyrats[J].JournalofBiologicalChemistry,2013,288(9):6409-6416.
[23]SpanglerAH,SpanglerJG.GroundwatermanganeseandinfantmortalityratebycountyinNorthCarolina:anecologicalanalysis[J].Ecohealth,2009,6(4):596-600.
[24]RahmanSM,AkessonA,KipplerM,etal.Elevatedmanganeseconcentrationsindrinkingwatermaybebeneficialforfetalsurvival[J].PLoSOne,2013,8(9):e74119.