МАРГАНЕЦ

МАРГАНЕЦ (Manganum, Mn) — химический элемент первого переходного периода, вместе с технецием и рением образует побочную подгруппу VII группы периодической системы Д. И. Менделеева, входит в состав всех растительных и животных организмов. Для живых организмов М. имеет жизненно важное значение. Он активирует многие ферментативные процессы. Известны два фермента, в состав которых входит М.: пируваткарбоксилаза (КФ 6. 4. 1. 1) и аргиназа (КФ 3. 5. 3. 1). В качестве кофактора ион Mn2+ активирует пептидазы (см. киназы (см.). М. необходим для синтеза гликозаминогликанов хрящевой ткани (он является кофактором в реакции образования связи между глюкозамином и остатками серина), для эритропоэза и образования гемоглобина; М. стимулирует синтез холестерина и жирных к-т, проявляя тем самым липотропное действие.

Дефицит марганца у экспериментальных животных приводит к уменьшению числа панкреатических островков (островков Лангерганса) в поджелудочной железе и ухудшению усвоения глюкозы. Существует предположение, что М. необходим для синтеза инсулина. Отсутствие М. в пище экспериментальных животных сказывается на их росте и жизненном тонусе. Мыши, получающие пищу с низким содержанием М., теряют способность к размножению, эта способность восстанавливается, когда в рацион животных вводят хлористый марганец. У животных недостаток М. приводит также к развитию анемии, у птиц происходит нарушение костеобразования (перозис и хондродистрофия птиц).

Избыточное поступление М. в организм животных ведет к повышению его концентрации в костях и появлению в них изменений, идентичных изменениям в костях при рахите (так наз. марганцевый рахит).

Кроме влияния на процессы кроветворения, М. влияет на антителогенез, ускоряя образование антител: в эксперименте морским свинкам вводили летальные дозы столбнячных и дизентерийных бактерий; выживали только те животные, к-рым вводили антисыворотку вместе с хлористым марганцем. В растениях М. ускоряет образование хлорофилла и повышает их способность синтезировать витамин С, поэтому внесение М. в почву заметно повышает урожайность многих с.-х. культур, в частности пшеницы и хлопчатника.

Калиевая соль семивалентного М.— перманганат калия (KMnO₄) применяется в медицине в качестве антисептического средства для наружного применения (0,1—5% р-ры); 0,02—0,1% р-ры KMnO₄ применяют для промывания желудка при отравлениях.

М. относят к промышленным ядам с резко выраженными токсическими свойствами, поэтому он представляет собой значительную профвредность.

В металлургической промышленности М. широко используется для связывания серы и кислорода в чугуне и стали. Марки стали, содержащие М., отличаются большой износостойкостью и твердостью. Сплавы М. с медью обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью, из марганцовистых бронз делают авиа детали.

В организме взрослого человека содержится ок. 20 мг М. Особенно много его в клетках, богатых митохондриями и меланином. Установлено, что внутри клеток М. концентрируется в митохондриях. В крови человека в норме содержится 4 — 20 мкг% М. В плазме М. связан с бета-глобулинами. При некоторых заболеваниях (ишемическая болезнь, инфаркт миокарда, язвенная болезнь) концентрация М. в крови повышается, при некоторых заболеваниях печени — снижается.

Содержание М. в продуктах питания достаточно велико, поэтому у людей практически не встречается заболеваний, вызванных недостатком алиментарного М.

Содержанием, в растительных продуктах составляет 8—50 мг/кг, в продуктах животного происхождения ниже —0,1—2 мг/кг. Исключение составляют печень и почки, содержание М. в которых почти так же велико, как и в растениях.

По среднему содержанию в земной коре М. превосходит все тяжелые металлы, уступая лишь железу. Встречается он только в виде минералов. Значительное количество М. (40 — 70%) содержат такие минералы, как пиролюзит (MnO₂), псиломелан [BaMn₉O₁₆(OH)₄], манганит (Mn₂O₃•H₂O), браунит (3Mn₂O₃•MnSiO₃), гаусманит (Mn₃O₄).

Порядковый номер М. 25, атомный вес (масса) 54,9380.

М. представляет собой серебристобелый металл с розовым отливом, твердый, но хрупкий. Плотность его равна 7,44 г/см³, t°_пл 1244°, t°_кип 2095°. На воздухе, особенно влажном, М. быстро покрывается пленкой окислов. Тонко измельченный М. реагирует с водой, реакция особенно хорошо идет в р-рах хлорида аммония, препятствующего образованию нерастворимого Mn(OH)₂. Марганец легко растворяется в разбавленных к-тах (даже уксусной) с образованием Mn (II) и водорода. В концентрированной серной к-те М. растворяется при нагревании с выделением SO₂, а в концентрированной азотной к-те — с выделением окислов азота. В хим. отношении М. активен. Он энергично реагирует с фтором, хлором, бромом и йодом. В азоте М. воспламеняется при температуре выше 1200°, образуя нитрид Mn₃N₂. Реагирует М. также с бором, кремнием, углеродом. В промышленности М. получают восстановлением кремнием, алюмотермическим восстановлением и электролизом.

Максимальная валентность М. равна 7; важнейшими его соединениями являются производные двух-, четырех- и семивалентного М. Соли двухвалентного М. окрашены в розовый цвет, большей частью хорошо растворимы в воде (малорастворимы только сульфид, фосфат и карбонат). Соединения четырехвалентного М. неустойчивы: в кислых р-рах ион Mn(IV) восстанавливается, в присутствии сильных окислителей — окисляется. Наиболее важные соединения семивалентного М.— перманганаты (см. Калия перманганат). Перманганат кальция Ca(MnO₄)₂•5H₂O часто используют для стерилизации воды.

Для качественного определения двухвалентного М. используют реакцию с бензидином (в щелочном р-ре появляется синее окрашивание). Количественно Mn2+ определяют комплексонометрическим методом, титруя р-р динатриевой солью ЭДТА в присутствии индикатора (эриохрома черного T или кислотного хрома темносинего). Для этой цели используют также методы, основанные на образовании окрашенных комплексных соединений М. с органическими реагентами, напр, формальдоксимом.

Радиоактивный марганец

Известно 10 радиоактивных изотопов М. с массовыми числами 49, 50, 51, 52m (метастабильный), 52, 53, 54m, 54, 56, 57 и периодами полураспада (T_1/2) от 0,4 сек. до 2*10⁶ лет (⁵³Mn). Практическое применение в качестве радиоактивной метки нашли ⁵²Mn, ⁶⁴Mn, ⁵⁶Mn. ⁵²Mn (T_1/2 5,7 сут.) обладает позитронным (Е = 0,58 МэВ) и гамма-излучением (E1 = 0,73 МэВ, Е2 = 0,94 МэВ, Е3 = 1,46 МэВ). ³⁴Mn (T_1/2 312,3 сут.) распадается с захватом орбитального электрона (K-захват) и излучением гамма-кванта с энергией 0,84 МэВ. ⁵⁶Mn (T_1/2 2,6 часа) представляет собой бета- и гамма-излучатель со сложной схемой распада. Применение этих изотопов позволило изучить в эксперименте всасывание, распределение и выведение М. в животном организме. Именно так было установлено, что М. концентрируется в органах, клетки которых богаты митохондриями. ⁵⁴Mn в незначительных количествах обнаружен в пищевых продуктах, преимущественно растительного происхождения, в телах моллюсков и слизней и т. п.

Минимально значимая активность радиоизотопных источников на рабочем месте, не требующая регистрации или получения разрешения от сан.-эпидемиол. службы, для всех трех применяемых изотопов М. равна 10 мккюри. Среднегодовые допустимые концентрации некоторых изотопов марганца в воздухе производственной зоны, атмосферном воздухе и воде представлены в таблице.

Таблица.  Среднегодовые допустимые концентрации некоторых изотопов марганца в воздухе производственной зоны, атмосферном воздухе и воде (кюри/л)

Профессиональные вредности

М. — промышленный яд с резко выраженными токсическими свойствами. В производственных условиях М. встречается в виде пылей, паров, аэрозолей, содержащих окислы или соли М. Производственные отравления М. описаны при добыче, переработке, применении марганецсодержащей руды, в сталелитейном, ферросплавном производстве, при производстве и применении марганецсодержащих электродов, при сварке под флюсами, в производстве сухих элементов, в производстве перманганата калия.

Предельно допустимая концентрация М. (в пересчете на MnO₂) в воздухе рабочих помещений в СССР установлена 0,3 мг/м³.

М. в производственных условиях поступает в организм в основном через дыхательные пути (см. Манганокониоз), частично с пищей, может всасываться через кожу.

М. является ядом кумулятивного действия и при хроническом отравлении накапливается в паренхиматозных органах (печень, почки), в железах внутренней секреции, в меньших количествах в костях, в головном и спинном мозге. М. проникает через гематоэнцефалический барьер, обладает четким тропизмом к подкорковым структурам головного мозга. Выделяется М. из организма в основном через жел.-киш. тракт, в меньшей степени почками, обнаруживается в слюне, грудном молоке.

Содержание М. в крови человека до 100 мкг% профпатологами принимается за норму.

При хроническом отравлении содержание М. в крови и других биосредах в десятки раз превышает допустимые в норме количества. Следует помнить, что повышенное содержание М. в сыворотке крови и в моче не всегда является обязательным признаком отравления, т. к., накапливаясь в различных органах, М. циркулирует в крови и может длительно (в течение 1—2 лет) определяться в биосредах и после прекращения производственного контакта с ним.

М. относят к агрессивным нейротропным ядам хронического действия. В производственных условиях встречаются только хронические формы отравления М. Сроки развития и степень тяжести отравления зависят от концентраций марганца на рабочем месте. Определенное значение имеет индивидуальная чувствительность организма. Чем выше концентрация М. на рабочем месте, тем короче сроки развития и тяжелее клиника отравления.

Описаны случаи быстрого (спустя 2—6 месяцев) развития тяжелого отравления М. среди горнорабочих марганцевых рудников Марокко и Чили. На этих рудниках применялся сухой метод бурения породы, концентрации М. в подобных условиях в сотни и тысячи раз превышают допустимые уровни.

В СССР, благодаря коренному улучшению условий труда (герметизация, обеспыливание, влажное бурение), в последние годы выраженные формы производственных отравлений М. встречаются крайне редко. Наблюдаются преимущественно начальные, реже умеренно выраженные формы отравления. Подобные формы могут развиться в условиях длительной работы (в течение ряда лет) в контакте с повышенными концентрациями М.

Патогенез отравлений М. сложен, среди многих механизмов ведущее значение придают нарушениям в обмене биогенных аминов, ряда ферментов, нарушению гормонообразования.

Имеются указания на угнетение адренореактивных и повышение активности М- и Н-холинореактивных систем, накопление ацетилхолина в синапсах подкорковых узлов, в гипоталамусе. Доказана достоверная связь экстрапирамидных и психических расстройств с нарушением синтеза и, в особенности, депонирования дофамина.

Определенное значение в патогенезе отравлений М. придают гипофункции желез внутренней секреции (половых, щитовидной, надпочечников, гипофиза). Имеются данные о возможном значении в патогенезе отравления М. функциональной недостаточности печени.

В выраженных случаях отравления М. в структуре ЭЭГ и ЭМГ обнаруживаются значительные изменения. Однако изменения ЭЭГ не всегда отражают степень тяжести отравления. ЭМГ уже на ранних стадиях отравления указывает на значительные нарушения биоэлектрической активности мышц конечностей, в особенности мышц ног. Характерным считается угнетение биоэлектрической активности, изменение структуры ЭМГ, извращение реципрокных отношений. ЭМГ рано позволяет выявить признаки нарушения функций экстрапирамидной системы. В стадии марганцевого паркинсонизма выявляется недостаточность вазомоторных механизмов головного мозга, снижение интенсивности пульсового кровенаполнения в бассейне вертебробазилярной системы, снижение суммарного мозгового кровотока.

Патоморфология отравлений М. основывается на экспериментальных материалах; описаны единичные секционные случаи. Наиболее тяжело во всех случаях страдают глубинные отделы головного мозга: Стриопаллидарная система, гиппокамп, лимбикоретикулярный комплекс. Морфологически отмечаются диффузные дегенеративно-дистрофические изменения в нервной системе, с наиболее грубым поражением стриопаллидарной области и зрительного бугра. Большие полушария головного мозга, спинной мозг поражаются в меньшей степени. Сосудистые реакции в ткани головного мозга нерезко выражены. Патоморфологические признаки поражения при отравлении М. близки к энцефалопатиям, описанным при отравлениях промышленными ядами нейротоксического действия. Негрубые дистрофические изменения могут наблюдаться в печени, почках, железах внутренней секреции.

Различают три стадии хронического отравления М. Для первой стадии характерны функциональные нарушения нервной системы: астения, сонливость, парестезии и нерезкое снижение силы в конечностях; симптомы дисфункции вегетативной нервной системы: повышенная потливость, саливация; вегетативно-сенситивный полиневрит. Могут выявляться неврологические микро-симптомы: легкая гипомимия, мышечная гипотония, повышение сухожильных рефлексов, гипестезия по полиневритическому типу.

Характерным считается своеобразное изменение психической деятельности: снижение активности, сужение круга интересов, снижение памяти и критики к болезни, ослабление ассоциативных процессов, нарастание психической астении. Изменение психики обычно предшествует неврологическим симптомам отравления. Могут выявляться признаки угнетения функции гонад, щитовидной железы, нарушения функции печени и жел.-киш. тракта.

В случае продолжения работы с М. в повышенной концентрации признаки отравления нарастают.

Вторая стадия отличается нарастанием симптомов токсической энцефалопатии, формируется выраженный астенический синдром, нарастает апатия, сонливость, выявляется мнестико-интеллектуальный дефект психики, нередко отсутствует адекватная реакция на болезнь. Выявляются неврологические признаки экстрапирамидной недостаточности: гипомимия, негрубая брадикинезия, про- и ретропульсия, мышечная дистония с повышением тонуса отдельных мышц. Нарастают признаки полиневрита, нарастают парестезии в конечностях, затруднена ходьба по лестнице. Характерно угнетение функции гонад, надпочечников. Могут наблюдаться функциональные нарушения со стороны печени, жел.-киш. тракта.

Третья стадия отравления М. описана в виде так наз. марганцевого паркинсонизма. Характерными являются грубые расстройства в двигательной сфере: маскообразность лица, дизартрия или монотонная речь, нарушение письма, походка — «петушиная» (хождение на носках из-за контрактуры сгибателей стоп) или спастико-паретическая, с атетозом или парезом стоп, грубые про- и ретропульсии. Все движения замедлены, затруднены. Отмечается повышение тонуса мышц, чаще в ногах, нередко наблюдается мышечная гипотония или дистония. Сухожильные рефлексы повышены по пирамидному типу; патологические знаки выявляются редко, отмечается полиневритический тип гипестезии.

Отличительной чертой марганцевого паркинсонизма являются своеобразные расстройства психики: больные эйфоричны, благодушны, реже апатичны, критика к болезни снижена или отсутствует, периодически возникают насильственные эмоции (плач или смех). Сочетание эйфории, смеха и шаткой походки создает впечатление опьянения или дурашливости. Мнестико-интеллектуальный дефект значительно выражен. Описаны апатико-абулический и депрессивный синдромы. Характерно угнетение функции гонад, в меньшей степени — гипофункция других желез внутренней секреции. ЭЭГ показывает в этой стадии грубую перестройку биоэлектрической активности, преобладание медленных волн активности. ЭМГ выявляет грубые нарушения на всех уровнях двигательного анализатора.

Диагноз отравления М. ставят с учетом конкретных условий труда (контакт с повышенными концентрациями М.) и характерных признаков отравления: своеобразное нарушение психики, двигательные расстройства экстрапирамидного характера. Для количественного определения М. в сыворотке крови рекомендуется атомно-абсорбционный метод. Дифференцировать необходимо с различными формами паркинсонизма (см.).

Лечение на ранней стадии отравления М. должно быть направлено на процессы детоксикации: инъекции витаминов B1, В6, аскорбиновой кислоты, внутривенные вливания новокаина, внутрь аминалон. Показано общеукрепляющее и курортное лечение. В течение 1 года рекомендуется провести 2—3 курса антидотной терапии в виде инъекций кальций-динатриевой соли ЭДТА (по общепринятой схеме). Во II — III стадии, а также в отдаленном периоде перенесенного отравления показаны повторные курсы заместительной терапии — леводопа, мидантан (дозировки индивидуальные), повторные курсы центральными холинолитиками, препараты, улучшающие мозговой метаболизм и кровоснабжение (аминалон, стугерон, ноотропил, анаболические гормоны). Курортное лечение при выраженных отравлениях не эффективно.

Прогноз при отравлении М. для жизни благоприятный. При первой стадии отравления М. прекращение работы с ним, в большинстве случаев, ведет к частичному или полному восстановлению здоровья, процесс не прогрессирует. Вторая стадия отравления, даже после прекращения работы с М. и лечения, может прогрессировать; восстановление здоровья неполное. Течение процесса при развитии третьей стадии отравления неблагоприятное. Даже после прекращения контакта с М. и лечения процесс может прогрессировать в течение 1—3 лет, в последующие годы восстановления здоровья не наблюдается. Пожизненно остаются грубые психические и двигательные нарушения.

Профилактика отравлений М. заключается в проведении санитарно-гигиенических мероприятий, направленных на предупреждение загрязнения М. рабочих помещений (автоматизация, герметизация процессов обработки марганцевой руды, замена сухого метода размола влажным и др.; оборудование местной вытяжной вентиляции, влажная уборка помещения). Меры индивидуальной защиты предусматривают применение противопылевых респираторов «Лепесток», «Астра-2» и т. п. (см. Противогазы). Кроме того, необходимо строгое соблюдение мер личной гигиены, обязательное мытье тела после работы, частая стирка спецодежды.

Рабочие, занятые на добыче и переработке М. и его соединений, имеют право на сокращенный до 6 час. рабочий день, увеличение продолжительности отпуска на 12 дней, бесплатное получение леч.-проф, питания (рацион № 5) или молока.

Обязательными являются предварительные и периодические медицинские осмотры лиц, работающих с М. и его соединениями. Имеется список обязательных медицинских противопоказаний для лиц, поступающих на работу в контакте с М. К ним относятся органические заболевания ц. н. с., психические заболевания и психопатии, неврозы, выраженные нарушения со стороны вегетативной нервной системы, полиневриты, эндокринные заболевания, хрон, заболевания печени, болезни почек, хрон, неспецифические заболевания легких.

Экспертиза трудоспособности больных с отравлением марганцем. При установлении диагноза отравления М. в любой стадии дальнейшая работа с М. запрещается.

В случае снижения трудоспособности или квалификации больные направляются на ВТЭК для определения инвалидности.

Марганец в судебно-медицинском отношении

В суд.-мед. практике отравления М. встречаются чрезвычайно редко и носят обычно характер несчастных случаев. Экспертное значение имеют особенности клин, картины: у пострадавших появляется жжение во рту и кровотечение из ротовой полости, затрудненное глотание, сиплость голоса, хриплое дыхание, судороги. Быстро нарастают явления общей слабости, отека легких и мозга. При суд.-мед. исследовании внимание прежде всего привлекает характерная темная окраска кожи и слизистых оболочек. Губы, слизистые оболочки рта, глотки, гортани и пищевода гиперемированы и покрыты характерным «дифтеритическим» налетом. Слизистая оболочка желудка черно-коричневого цвета с кровоизлияниями и полосками некроза, слизистая оболочка кишечника гиперемирована. В подслизистой оболочке лейкоцитарные инфильтраты в виде полос. Иногда развиваются трахеобронхит, очаговая пневмония. В печени мелкокапельная жировая дистрофия, в почках ограниченные некрозы. В селезенке умеренная гиперплазия ретикулоэндотелиальной ткани. В надпочечниках мелкие некротические очаги в ретикулярном слое.

При подостром отравлении М. отмечается резкое полнокровие всех внутренних органов, обширные кровоизлияния в надпочечниках, тромбоз мелких легочных сосудов, паренхиматозная дистрофия и жировая инфильтрация печени и почек, вакуолизация и набухание пирамидальных нейроцитов коры головного мозга, деструкция глиозных околососудистых мембран и периваскулярная лимфоидная инфильтрация.

Выявленные морфологические изменения свидетельствуют о высокой токсичности М.

Суд.-мед. диагностика отравлений М. базируется на клин, картине заболевания, патологоанатомических данных и результатах судебно-химических исследований внутренних органов с учетом и следственных данных.

При суд.-хим. исследовании для обнаружения М. производят минерализацию навесок органов трупа в смеси концентрированных серной и азотной к-т, а затем определяют М. дробным методом по Крыловой (1966).

Чувствительность метода 0,02— 20 М. на 100 г органа.

Библиография Бабенко Г. А. и Решеткина Л. П. Применение микроэлементов в медицине, Киев, 1971, библиогр.; Вредные вещества в промышленности, под ред. It. В. Лазарева и И. Д. Гадаскиной, ч. 3, с. 507 и др., Л., 1977; Крыжановская И. В. Смертельное отравление кристаллами марганцево-кислого калия, Труды Науч. об-ва суд. медиков и криминалистов, в. 5, с. 103, Алма-Ата, 1963; Крылова А. Н. Дробное определение марганца в трупном материале, Труды Ленингр, ин-та усоверш. врачей, в. 49, с. 162, 1966; Лаврухина А. К. и Юкина Л. В. Аналитическая химия марганца, М., 1974, библиогр.; Макарченко А. Ф. Изменения нервной системы при интоксикации марганцем, Киев, 1956, библиогр.; Михайлов В. А. Некоторые актуальные вопросы патогенеза и терапии манганотоксикоза, Гиг. труда и проф. заболев., № 6, с. 14, 1971, библиогр.; Навроцкий В. К. Гигиена труда, с. 198, М., 1974; Нормы радиационной безопасности (НРБ-76), М., 1978; Профессиональные болезни, под ред. А. А. Летавета и др., с. 149, М., 1973; Рапопорт С. М. Медицинская биохимия, пер. с нем., М., 1966, библиогр.; P ы ж к о-ваМ. Н. и Тарасова Л. А. О патогенезе и лечении марганцевого паркинсонизма, Гиг. труда и проф.заболев., № 11, с. 31, 1975, библиогр.; E m а г а А. М. Chronic manganese poisoning in the dry battery industry, Brit. J. industr. Med., v. 28, p. 78, 1971; The Merck index, ed. by P. G. Stecher, N. Y., 1968; Whitlock С. M. a. o. Chronic neurological disease in twomanganese steel workers, Amer, industr. Hyg. Ass. J., v. 27, p. 454, 1966.

О. Д. Лопина; Г. А. Аврунина (рад.), E. И. Воронцова, H. В. Прядилова (гиг.), М. Н. Рыжкова (клиника), К. И. Хижнякова (суд.).