Mangan

1774 erkannte Carl Wilhelm Scheele in der Mineralgruppe Braunstein ein unbekanntes Element und Johan Gottlieb Gahn isolierte Mangan durch Reduktion von Braunstein mit Kohlenstoff. In Anlehnung an den lateinischen Namen für Braunstein (Manganesia nigra) wurde das Element Manganesium und später, um Verwechselungen mit Magnesium zu vermeiden, Mangan genannt.

Mangan ist ein silber-weißliches, hartes und sehr sprödes Schwermetall. Der Schmelzpunkt liegt bei 1.246 °C, der Siedepunkt bei 2.100 °C. Es kommt in vier Modifikationen vor. Bei Raumtemperatur ist Mangan paramagnetisch.

Viele Verbindungen des zweiwertigen Mangans sind leicht wasserlöslich, in höheren Oxidationsstufen sind sie jedoch schwerlöslich. Mangan kommt in allen Oxidationsstufen von -3 bis +7 vor, am häufigsten jedoch in folgenden:

• +2: MnCl₂ (Mangan(II)-chlorid), MnO (Mangan(II)-oxid), MnCO₃ (Mangan(II)-carbonat), C₄H₆MnO₄ (Mangan(II)-acetat)
• +3: MnF₃ (Mangan(III)-fluorid), Mn₂O₃ (Mangan(III)-oxid), C₆H₉MnO₆ (Mangan(III)-acetat)
• +4: MnO₂ (Mangan(IV)-oxid)
• +6: K₂MnO₄ (Kaliummanganat)
• +7: KMnO₄ (Kaliumpermanganat), Mn₂O₇ (Mangan(VII)-oxid)

Mangan zählt zu den Reinelementen, d.h. von allen 28 Isotopen ist nur eines, ⁵⁵Mn, stabil.

Mangan ist ein häufiges Element und kommt in der Erdkruste mit einem Gehalt von ca. 0,1 % vor. Es ist nach Eisen und Titan das dritthäufigste Übergangsmetall. Es kommt nicht elementar, sondern in Verbindungen vor (z.B. Mangansilikate, Mangancarbonate, Manganoxide). Zu den wichtigsten Mineralen zählen:

• Braunit (Hartbraunstein)
• Manganit (Braunstein)
• Hausmannit (Schwarz-Braunstein, Glanzbraunstein)
• Pyrolusit (Weichmanganerz)
• Psilomelan
• Rhodochrosit (Manganspat)
• Rhodonit (Pajsbergit)

Ungefähr 75 % der bekannten Ressourcen an Mangan finden sich in der Kalahari in Südafrika. Weitere große Vorkommen befinden sich in der Ukraine, Brasilien, Australien, Indien, Gabun und China.

Außerdem kommt Mangan in sogenannten Manganknollen in der Tiefsee vor, insbesondere im Pazifik südlich von Hawaii und im Indischen Ozean.

Mangan wird in Reinform nur sehr gering verwendet. Der Großteil wird in der Stahlindustrie als Legierungsbestandteil eingesetzt, aber auch in Kupferlegierungen oder Aluminium-Mangan-Legierungen. Weitere Einsatzgebiete sind z.B.:

• als Aktivator in Leuchtstoffen
• Glasherstellung: Braunstein verfärbt Glas braunviolett, dreiwertiges Manganoxid neutralisiert eisenhaltige Glasverfärbungen
• Magan(IV)-oxid als Kathode in Alkali-Mangan-Batterien

Mangan ist ein essentielles Spurenelement und Bestandteil vieler Enzyme. In Pflanzen spielt es eine wichtige Rolle in der Photosynthese bei der Oxidation von Wasser zu Sauerstoff im Photosystem II. Dabei ist ein Komplex aus vier Manganatome über Sauerstoffbrücken mit einem Calciumatom verbunden.

Manganhaltige Superoxiddismutasen in Mitochondrien und Peroxisomen katalysieren die Reaktion von Superoxid zu Sauerstoff und Wasserstoffperoxid. Weiterhin ist Mangan Cofaktor der Pyruvatcarboxylase, der Arginase und z.B. einiger Katalasen, Ligasen, Glykosyltransferasen und Hydrolasen. Außerdem kommt Mangan im Diphtherietoxin vor.

Beim Menschen wird Mangan über den Dünndarm aufgenommen und biliär ausgeschieden. Es wird v.a. im Knochen aber auch in Leber, Nieren und Pankreas gespeichert. Im Gehirn ist es v.a. an die Glutaminsynthetase in Astrozyten gebunden. Intrazellulär kommt es in Leber- und Muskelzellen vor und ist es insbesondere in Mitochondrien, Lysosomen und im Zellkern lokalisiert. Die Gesamtmenge im Körper beträgt 10-20 mg. Der tägliche Bedarf wird auf 2,0-5,0 mg, die durchschnittliche Zufuhr in Deutschland auf 2,5 mg geschätzt. Der normale Blutspiegel beträgt 0,3-3 µg/l. Im Plasma ist Mangan an Transferrin gebunden.

Folgende Lebensmittel weisen einen hohen Gehalt an Mangan auf:

• (Vollkorn-)Getreideprodukte wie Brot, Weizenkeime, Haferflocken, Hirse oder Reis
• Hülsenfrüchte, Leinsamen und Nüsse
• grünes Blattgemüse
• Heidelbeeren, Aroniabeeren, Trockenpflaumen
• schwarzer Tee (jedoch geringe Bioverfügbarkeit)
• Kaffee

Die tolerierbare Obergrenze der Manganaufnahme mit der Nahrung beträgt 11 mg/d. Manganhaltiger Staub in hohen Dosen wirkt ebenfalls toxisch. Eine Intoxikation basiert häufig auf einer beruflichen Exposition, besonders in der Stahl- und Farbstoffindustrie. Nach Inhalation entstehen v.a. pulmonale Symptome (Husten, Bronchitis, Pneumonitis). Weiterhin zeigt Mangan eine ausgeprägte Neurotoxizität. Dabei kann es zu einem sekundären Parkinson-Syndrom (Parkinsonismus) kommen, ausgelöst durch Manganablagerungen im Bereich der Basalganglien (v.a. Globus pallidus). In Abgrenzung zum klinisch ähnlichen Morbus Parkinson sprechen die Patienten allerdings schlecht auf die übliche Parkinsonmedikation an. Das Krankheitsbild wird insgesamt als Manganismus bezeichnet.

Erkrankungen durch Mangan(-verbindungen) können als Berufskrankheit (Nr. 1105) anerkannt werden, typischerweise bei jahrelanger Arbeit in der Metall-, Glas- und Keramikindustrie, bei Bergleuten, Lichtbogenschweißern sowie Mitarbeitern in der Herstellung von Trockenbatterien.

Weiterhin scheint eine chronisch erhöhte Manganaufnahme (z.B. über Trinkwasser) mit kindlichen Entwicklungsstörungen einherzugehen.^[1]

Ein Manganmangel kommt beim Menschen praktisch nicht vor.^[2]. Raritäten waren Mangelerscheinungen bei Patienten mit bestimmten genetischen Erkrankungen sowie bei einigen Personen, die über einen längeren Zeitraum parenteral ernährt wurden:

• Störung von Wachstum, Skelettentwicklung und Reproduktion
• Störungen im Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel
• Ataxie

Mangafodipir (Teslascan^®) ist ein Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie (MRT) auf der Basis von zweiwertigem Mangan. Es wird insbesondere zur Diagnostik von hepatischen und pankreatischen Läsionen eingesetzt.

Eine Untersuchung ist nur bei Verdacht auf eine Manganintoxikation, z.B. bei beruflicher Exposition, indiziert.

Zur Bestimmmung des Mangangehalts werden entweder 10 ml Heparin-Blut, 3 ml Serum oder eine Probe aus dem Sammelurin benötigt. Die Bestimmung im Heparin-Blut spiegelt die tatsächliche Manganbelastung jedoch am besten wieder.

Der Referenzbereich für Mangan beträgt je nach Untersuchung:

Erhöhte Manganspiegel können ein Hinweis sein auf:

• berufliche Exposition
• akute oder chronische Hepatitis
• schwere ischämische Herzkrankheit
• dialysepflichtige Niereninsuffizienz
• Eisenmangel

Erniedrigte Manganspiegel können ein Hinweis sein auf:

• parenterale Ernährung
• Epilepsie
• postmenopausale Osteoporose

• Laborlexikon.de, abgerufen am 29.03.2021