Bachelorarbeit im Studiengang
Ökotrophologie

Essentielle und toxische Effekte von Mangan beim Menschen

Institut für Toxikologie und Pharmakologie
für Naturwissenschaftler
Universitätsklinikum Schleswig- Holstein Campus Kiel
Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät
der Christian- Albrechts- Universität zu Kiel

vorgelegt von 

 Verena Thurnes

Kiel, im Juni 2006

Inhaltsverzeichnis

Vorwort ... 4

1. Einleitung  ... 5

2. Vorkommen und Gewinnung  ... 5

3. Chemische und physikalische Eigenschaften  ... 6

4. Verwendung  ... 7

5. Mangan im menschlichen Stoffwechsel ...  7
5.1. Biochemische Grundlagen  ... 7
5.2. Bedarf  ... 8
5.3 Mangan- Mangel  ... 9
5.3.1 Mensch  ... 9
5.3.2 Tier  ... 9
5.4 Mangan- Quellen ...  9
5.5 Bioverfügbarkeit und Resorption  ... 10
5.5.1 Resorption im Dünndarm  ... 10
5.5.2 Pulmonale Resorption  ... 10
5.5.3 Dermale Resorption  ... 10
5.6 Mangankonzentrationen im Blut  ... 11
5.7 Elimination  ... 11
5.7.1 Biliäre Ausscheidung  ... 11
5.7.2 Ausscheidung über Körpersekrete  ... 11
5.8 Mangan- Überversorgung und Toxizität  ... 12
5.8.1 Akute Vergiftungen  ... 12
5.8.2 Chronische Vergiftungen  ... 12

6. Gesundheitsrisiken und toxische Effekte  ... 13
6.1 BAT- Wert  ... 13
6.2 MAK- Wert  ... 14
6.3 Berufskrankheit "Manganismus ... 14
6.3.1 Beschreibung der Krankheit ...  14
6.3.2 Verlauf der Krankheit ...  15
6.3.3 Therapie  ... 16
6.3.4 Prävalenz  ... 16

7. Heidelberger Mangan- Studie  ... 17
7.1 Einführung und Ziele  ... 17
7.2 Kollektive  ... 17
7.2.1 Teilkollektiv I  ... 18
7.2.2 Teilkollektiv II  ... 18
7.2.3 Teilkollektiv III  ... 19
7.3 Körperliche und psychische Untersuchungen  ... 20
7.3.1 Anamnese  ... 20
7.3.2 Luft- und Biomonitoring  ... 21
7.3.2.1 Luftmonitoring ...  21
7.3.2.2 Biomonitoring  ... 22
7.3.3 Körperliche Untersuchung  ... 24
7.3.3.1 Parkinson- Symptomatik  ... 24
7.3.3.2 Herz  ... 26
7.3.3.3 Blutkreislauf  ... 26
7.3.3.4 Atemwege  ... 27
7.3.3.5 Allgemeiner Gesundheitszustand  ... 27
7.3.4 Klinisch- chemische Untersuchung ...  28
7.3.4.1 Leber  ... 28
7.3.4.2 Blut  ... 29
7.3.4.3 Niere  ... 29
7.3.5 Neuropsychologische und psychomotorische Testverfahren  ... 30
7.3.5.1 Fragebögen  ... 30
7.3.5.2 Neuropsychologisch- kognitive Verfahren  ... 33
7.3.5.3 Psychomotorische Test  ... 35
7.3.6 Neurophysiologische Untersuchung  ... 37
7.3.7 MRT ...  39
7.4 Schlussfolgerungen ...  41

8. Trinkwasserverordnung ...  43

9. Schlusswort ...  45

10. Literaturverzeichnis  ... 46

Vorwort

Mangan ist ein essentielles Spurenelement für den menschlichen Organismus. Durch hohe Dosen und/oder durch chronische Exposition kann es jedoch zu nachhaltigen gesundheitlichen Schäden kommen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der Mangan- Effekte, insbesondere der neurotoxischen Effekte, auf den menschlichen Organismus.

Zunächst werden allgemeine Eigenschaften des Mangans aufgezeigt.

Im Anschluss daran folgt eine Beschreibung der möglichen Gesundheitsrisiken und -schäden, die Mangan hervorrufen kann.

Wichtiger Bestandteil dieser Arbeit ist eine differenzierte Betrachtungsweise der möglichen Mangan- Effekte. Es soll verdeutlicht werden, dass Mangan auf der einen Seite schädlich sein kann, es aber auf der anderen Seite nicht zwingend sein muss. Es gibt in Deutschland strenge Vorgaben, was die Konzentrationen von Mangan am Arbeitsplatz oder z. B. im Trinkwasser angeht.

1. Einleitung

Mangan ist ein in geringer Konzentration ubiquitär vorkommendes Element in der Natur und ist seit langer Zeit bekannt. Schon die Römer, unter ihnen vor allem die Glasmacher, haben die Eigenschaft des Mangans, Glas zu entfärben, geschätzt. Sie nannten es Manganstein (lapis manganensis) oder Glasseife (sapo vitri).

Mangan ist allgemein als Braunstein bekannt.

Der Name des Mangans leitet sich aus dem Griechischen (manganizein= ich reinige wirklich) ab.

1931 wurde erstmals nachgewiesen, dass das Spurenelement Mangan essentiell für den tierischen Organismus ist. Es dient als Cofaktor bei Enzymreaktionen der Aktivierung der Enzyme und in dieser Form hat es eine nicht zu vernachlässigende Rolle bei der Fortpflanzung und im Wachstum.

2. Vorkommen und Gewinnung

Die Erdrinde/-kruste enthält Mangan nach Eisen als zweit häufigstes Element.

Die Konzentrationen sind in der Literatur unterschiedlich angegeben. Im Durchschnitt beträgt die Konzentration 0,1%. Sie schwankt zwischen 0,064 und 0,9%.

Im Boden findet man Konzentrationen von durchschnittlich 560mg/kg.

Mangan kommt in der Natur nicht elementar vor, sondern in Form von oxidierten Erzen.
Insgesamt gibt es über 100 Manganmineralien. Zu den wichtigsten zählen folgende:

• Braunstein (MnO₂)
• Braunit (Mn₂O₃)
• Bixbyit (MnFe^III)₂O₃
• Manganit (Mn₂O₃xH₂O)
• Hausmannit (Mn₃O₄)
• Schwarzer Glaskopf (Braunstein verunreinigt mit Kalium, Natrium und Barium)
• Manganspat (MnCO₂, Himbeerspat)
• Rhodonit (MnSiO₃)

Grosse Manganerz- Lagerstätten findet man im Schwarzen Meer, Indien, China, Brasilien, Südafrika und Russland. In den genannten Gebieten liegt der Mangan- Gehalt bei 40 bis 50%.

Eine Besonderheit sind die sog. "Manganknollen" der Tiefsee (Nordostpazifik). Hier hat sich das Mangan zusammen mit anderen Metalloxiden auf dem Meeresboden abgelagert.

Die Manganerze werden im Tagebau gewonnen. Jährlich werden zwischen 20 und 30 Mio. t Mangan gefördert.

3. Chemische und physikalische Eigenschaften

Mangan ist ein helles silbergraues, hartes und sprödes Metall. Es steht im Periodensystem der Elemente in der 7. Nebengruppe, zusammen mit anderen Schwermetallen. In dieser Gruppe ist es das 1. Element. Mangan hat die Ordnungszahl/Protonenzahl 25. Die relative Atommasse beträgt 54,94g. Der Schmelzpunkt liegt bei 1247°C, der Siedepunkt bei 2090°C. In Säure ist Mangan unbeständig.

Mangan kommt in den Oxidationsstufen -III bis +VII vor. In Salzen findet man Mangan in der Oxidationsstufe +II vor. Die stabilste Oxidationsstufe ist bei +IV gegeben, in Form des Braunsteins (MnO₂). Je nach Oxidationsstufe, verändert sich die Farbe der Mangan- Ionen:

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