Гипермикроэлементозы. Избыток марганца

Марганец

Описание элемента

Марганец (лат. Manganum), Mn, тяжелый серебристо-белый металл. В природе элемент представлен одним стабильным изотопом ³⁵Мn.

	Атомный номер	25
	Атомная масса	54,938
	Плотность, кг/м	7430
	Температура плавления, °С	1244
	Температура кипения, °С
	Теплоемкость, кДж/(кг·°С)	0,481
	Электроотрицательность	1,5
	Ковалентный радиус,	1,17
(Ar)3d54s2	1-й ионизац. потенциал, эв	7,43

 Один из основных минералов марганца – пиролюзит – был известен в древности как черная магнезия и использовался при варке стекла для его осветления. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом черной магнезии, к которому магнит "равнодушен". В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале XIX в. для него было принято название "манганум" (от нем. Manganerz – марганцевая руда).

Распространение марганца в природе

Среднее содержание марганца в земной коре – 0,1 %, в большинстве изверженных пород – 0,06–0,2 % по массе, где он находится в рассеянном состоянии в форме Мn²⁺ (аналог Fe²⁺). На земной поверхности Мn²⁺ легко окисляется, здесь известны также минералы Мn³⁺ и Мn⁴⁺. В биосфере марганец энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительной среде. Наиболее подвижен марганец в кислых водах тундры и лесных ландшафтов, где он находится в форме Мn²⁺. Содержание марганца здесь часто повышено, культурные растения местами страдают от избытка марганца, в почвах, озерах, болотах образуются железомарганцевые конкреции, озерные и болотные руды. В сухих степях и пустынях в условиях щелочной окислительной среды марганец малоподвижен, организмы бедны марганцем, культурные растения часто нуждаются в марганцевых микроудобрениях. Речные воды бедны марганцем (10^-6–10^-5 г/л), однако суммарный вынос этого элемента реками огромен, причем основная его масса осаждается в прибрежной зоне. Еще меньше марганца в воде озер, морей и океанов, во многих местах океанического дна распространены железомарганцевые конкреции, образовавшиеся в прошлые геологические периоды.

Значение в организме

Марганец широко распространен в природе, является постоянной составной частью растительных и животных организмов. Содержание марганца в растениях составляет десятитысячные – сотые, а в животных –стотысячные – тысячные доли процента. Беспозвоночные животные содержат больше марганца, чем позвоночные. Среди растений значительное количество марганца накапливают некоторые ржавчинные грибы, водяной орех, ряска, бактерии родов Leptothrix, Crenothrix и некоторые диатомовые водоросли (Cocconeis) (до нескольких процентов в золе), среди животных – рыжие муравьи, некоторые моллюски и ракообразные (до сотых долей процента). Марганец – активатор ряда ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтезе, биосинтезе нуклеиновых и других кислот, усиливает действие инсулина и других гормонов, влияет на кроветворение и минеральный обмен. Марганец обнаружен во всех органах и тканях (наиболее богаты им печень, скелет и щитовидная железа). Суточная потребность животных в марганце – несколько миллиграммов. Потребность в марганце повышается при физической нагрузке, при недостатке солнечного света, молодняк нуждается в большем количестве марганца, чем взрослые.

Марганец служит активатором щелочной фосфатазы, карбоксилазы, холинзстеразы и других ферментов, является активатором окислительно-восстановительных процессов, входит в состав ряда ферментов, в т. ч. аргиназы, АТФ-аз, гуанилатциклазы и магнийзависимых протеинкиназ, содержащихся в клетках. Пируваткарбоксилаза содержит четыре прочно связанных иона марганца, по одному на каждую из молекул биотина. Специфическую потребность в марганце испытывают ферменты, участвующие в дыхании, синтезе мукополисахаридов, а также синтезе лактозы.

Марганец связан с обменом белков и нуклеиновых кислот. Увеличивает рост, активизирует образование костной и соединительной тканей. Регулирует липидный обмен, необходим для синтеза холестерина, препятствует отложению жира в печени. Помогает усваивать и трансформировать углеводы, обладает гипогликемическим действием. Марганец необходим для синтеза инсулина, участвует в стимуляции гемопоэза, усиливает выработку антител, увеличивает резистентность лизоцима к протеолитическим ферментам и его расщеплению, активирует ферменты митохондрий, важен для нормальной работы центральной нервной системы. Является антиоксидантом, так как входит в состав марганцевой супероксиддисмутазы. Входит в состав ферментов, необходимых для правильного использования биотина, витаминов В₁ и С. Улучшает усвоение витаминов А, В и С. Способствует накоплению аскорбиновой кислоты в тканях.

Марганец стимулирует выработку гипофизом тиреотропного гормона, усиливающего синтез щитовидной железой тироксина. Недостаток марганца в рационе животных отрицательно влияет на их рост и развитие, вызывает анемию, так называемую лактационную тетанию, нарушение минерального обмена костной ткани.

Связь с другими микроэлементами, синергисты и антагонисты марганца

Усиливает эффект меди, цинка и кобальта. Вместе с железом и медью принимает участие в кроветворении. Дефицит железа увеличивает всасывание марганца, вызывая его избыток, и наоборот: избыток железа вследствие нарушения всасывания марганца вызывает дефицит марганца. Избыток кальция и фосфора замедляет всасывание марганца. Конкурирует с ионами кальция и магния. Бор уменьшает выведение марганца через почки. Всасыванию марганца в желудочно-кишечном тракте способствуют витамины B₁, Е, фосфор и кальций (в умеренных количествах), а препятствием является избыточное поступление фосфора и кальция.

Гипермарганцевый микроэлементоз

Что такое марганцевый токсикоз?

Гипермарганцевый микроэлементоз (марганцевый токсикоз) – заболевание с преимущественным поражением центральной нервной системы, обусловленное избыточным поступлением марганца в организм.

Этиология и патогенез

Основной минерал, содержащий до 3 % марганца, – пиролюзит. Это токсическое соединение, которое может стать причиной тяжелого марганцевого токсикоза животных.

Антропогенные геохимические аномалии, характеризующиеся повышенным содержанием марганца в окружающей среде, формируются вокруг объектов добычи полезных ископаемых, вблизи промышленных предприятий, использующих в производстве соединения марганца.

Марганцевые соединения проникают в организм через желудочно-кишечный тракт с загрязненными кормами и питьевой водой, а также аэрогенно при вдыхании аэрозолей, состоящих из пылинок, содержащих марганец.

Большие дозы марганца отрицательно влияют на организм животных: изменяются видовой состав микрофлоры рубца и соотношение летучих жирных кислот в рубцовом содержимом, понижается уровень гемоглобина и эритроцитов в крови, задерживаются рост и развитие животных.

Слабые растворы марганца оксида действуют вяжуще, растворы высокой концентрации оказывают раздражающее и прижигающее действие, вызывая изъязвления и некроз близлежащих тканей.

При пероральном проникновении в организм соединения марганца поступают в кровь через слизистую оболочку тонкого отдела кишечника, при аэрогенном – через бронхиальнолегочную ткань. Поступивший в общую циркуляцию марганец концентрируется в печени, а затем распространяется в другие органы и ткани.

Пиролюзит и другие соединения марганца могут вызвать глубокие изменения в нервной системе. При марганцевом токсикозе выявляют гиперемию и набухание стенок кровеносных сосудов головного мозга, периваскулярные отеки и мелкие кровоизлияния. В нервных клетках находят кариопикноз, кариорексис, вакуолизацию протоплазмы.

Местное действие патогенного раздражителя приводит к развитию воспалительных процессов. При поступлении яда в желудочно-кишечный тракт развивается воспаление слизистой преджелудков, желудка (сычуга) и кишечника, при аэрогенном проникновении марганцевых соединений в организм возникают ринит, ларингит и бронхит. Частый спутник марганцевого токсикоза – хроническая интерстициальная пневмония.

Под влиянием токсических доз марганца и нарушений межуточного обмена развиваются дистрофические процессы в сердце, печени, почках и других паренхиматозных органах. Смерть наступает вследствие паралича сердца.

Клинические признаки

Течение болезни обычно хроническое. Заболевание может протекать в форме пневмокониоза или паркинсонизма, обусловленного глубокими изменениями нервной системы. Пневмокониоз сопровождается развитием сердечно-легочного (кардиопульмонального) синдрома. Дыхание и сердцебиение учащаются. Тип дыхания – абдоминальный. Возможна смешанная или экспираторная одышка, при воспалении дыхательных путей – чиханье, фырканье, кашель. При аускультации грудной клетки нередко устанавливают сухие хрипы. Если заболевание осложняется викарной альвеолярной эмфиземой (что бывает очень часто), границы легких каудально смещаются, а перкуторный звук усиливается и приобретает коробочный оттенок.

Сердечный толчок и тоны сердца ослаблены. Первый тон сердца удлиняется, частота его уменьшается. Пульс малый, слабый, вены переполнены кровью. При застойных явлениях видимые слизистые приобретают синюшную окраску. В результате поражения печени область печеночного притупления увеличивается, может начаться паренхиматозная желтуха.

При поражении нервной системы возникает возбуждение, сменяющееся угнетением. Отмечают фибриллярные подергивания мышц, спастические и паралитические явления.

Вследствие нарушений обмена веществ развивается гипопластическая анемия. Упитанность животных снижается.

Патологоанатомические изменения

Отмечают гиперемию головного мозга, атрофию теменных и лобных долей, расширение мозговых желудочков, при пероральном поступлении марганца в организм – острый или хронический гастроэнтерит, при аэрогенном – воспаление слизистой оболочки дыхательных путей и легочной ткани. Выражена дистрофия сердца, печени, почек.

Диагноз

Учитывают результаты анализа клинико-биохимических показателей, патоморфологической картины болезни, особенности геохимической обстановки в биогеоценозах.

Дифференцируют заболевание от патологии опорно-двигательного аппарата, в т. ч. от рахита (гиповитаминоза Д), а также от других микроэлементозов со сходными признаками.

Лечение и профилактика

Специфическое лечение при данной болезни не разработано. Проводят мероприятия, направленные на регуляцию деятельности органов и систем. Показана глюкозо- и витаминотерапия.

Профилактика гипермарганцевого микроэлементоза животных заключается в охране окружающей среды от загрязнений медью.

Владимир Иванов, канд. вет. наук, доцент

Александр Козловский, канд. вет. наук, доцент