锰被确定为一种对高等动物所必需的微量元素已有将近63年的历史。许多研究结果证实，缺锰可引起多种疾病。

一、对骨骼结构和生长的影响

粘多糖是软骨及骨组织的重要成分。在粘多糖的合成中，需要锰来激活葡糖基（glycosyl）转移酶。因此，缺锰可影响动物骨骼的正常生长和发育。

缺锰母鸡的胚胎软骨营养不良，症状为腿和翅膀变短，下颌骨降低，球形头。缺锰食物喂养大的雌鼠所生子代，出生时就表现为骨骼生长不成比例，即：与体长相比，桡骨、尺骨、胫骨和腓骨大大缩短；颅骨发育也不成比例。此外，对大鼠的影响为脊骨弯曲，胫骨的损伤导致膝盖连接处异常，以及内耳骨化发育异常。刚断奶的幼大鼠饲料中不含锰，12个月后，血清钙和磷明显高于对照组，股骨钙浓度明显低于对照组；而血清和股骨锰水平低于对照组。血清钙的增加与骨钙呈负相关[87]。

骨质疏松患者与健康者比较，血浆锰低29％（0.71比0.99mg/L）；饮食锰也低于健康者（3.1比4.2mg/d）；服用氯化锰后，骨质疏松患者比健康者血浆锰高[88]。

另有报告，严重骨折患者骨折后3个月，其发锰含量显著低于骨折前（P＜0.05），说明骨折修复过程中合成胶原及粘多糖需要锰参加[89]。

二、对糖代谢的影响

Rubentein（1962）首先提出锰与糖代谢异常有关。后来有人发现豚鼠缺锰后，葡糖耐受曲线异常，葡糖利用率下降，胰岛组织肥大；补充锰持续两个月后，症状全部消失。有趣的是，缺锰豚鼠所生幼鼠的胰腺损伤与患有糖尿病母亲所生婴儿的损伤症状相似。因此，缺锰可通过影响胰岛素代谢从而对糖代谢产生影响，实验结果也证实缺锰导致胰岛素合成与分泌量的降低[90]。

缺锰对胰岛素合成量的影响可能是通过破坏胰腺的β-细胞进行的。糖尿病诱发剂，例如阿脲（四氧嘧啶），需通过产生超氧自由基来起作用。因此GranKvist等（1981）认为，由于缺锰，胰岛细胞内Mn-SOD活性下降，从而可使胰腺尤其易受到自由基的损伤。

锰对大鼠肝脏内由乳酸生成葡糖有直接影响。补充丙氨酸，乳酸利用率下降，葡糖量减少；而给该体系补充锰后，葡糖量增加。给大鼠腹腔注射40mgMn/kg体重后，血中葡糖量也迅速上升[91]。

缺锰影响糖代谢有两种可能的机理：其一，如上所述，通过影响胰岛素代谢从而对糖代谢产生影响；其二，锰直接影响葡糖生成。下面对后一种机理进行讨论。

在葡萄糖生成过程中，丙酮酸羧化为草酰乙酸（见本章“丙酮酸羧化酶”部分），紧接着是草酰乙酸的磷酸化并脱羧为磷酸烯醇丙酮酸。在上述反应中，所涉及到的酶是丙酮酸羧化酶（PC）和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）。前一种是锰酶，后一种是锰激活酶，因而锰可直接影响葡糖生成。

Balg等对锰与糖代谢的关系进行了许多研究[90～94]。结果表明，由于食物中缺锰，导致大鼠子代在出生后头几天内死亡率最高。原因在于大鼠子代出生后，肝内糖原迅速消耗完毕，需合成葡糖来维持正常葡糖水平。如果PC或PEPCK或二者活性下降，则导致葡糖生成量减少，故其死亡率升高。因此，这两种酶对于动物子代在出生后的一段时间内存活与否至关重要。

另外，实验结果也证实，高锰食物也可影响动物体内糖代谢[91，93]。因此，Schramm（1981）认为，细胞内Mn（Ⅱ）在动物体内的代谢过程中是作为一种调节信号也有一定的道理。关于锰对糖代谢影响的机理，尚需进行更深入的研究。

三、对类脂化合物代谢的影响

早在1946年，Amdur等就观察到锰和胆碱可防止大鼠肝脏内过量脂肪的贮存，而且两种物质有协同作用。Barak等（1971）也发现，在缺乏胆碱的大鼠体内肝锰水平下降。

缺锰小鼠也可能增加腹腔脂肪和肝脂肪的贮存。脂肪代谢异常还可引起缺锰小鼠组织超微结构异常。Hurley等（1976）报道，缺锰动物的肝、肾以及胰脏细胞出现粗内质网肿胀和破坏；高尔基体肿大；线粒体异常，常凝结成块，与线粒体外膜平行的脊被垂直的脊所代替。缺锰后，细胞膜的损伤可能是由于膜的脂质过氧化速率增加所致[36]，因为观察到缺锰后，动物体内SOD活性低于对照组。

幼大鼠摄取高锰、高脂肪食物后，观察到一些酶的活性增加了，包括己糖激酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、烯醇酶、乳酸脱氢酶以及甘油-3-磷酸脱氢酶等，因此，高锰、高脂肪食物可增加葡糖氧化及脂肪生成能力。

高锰改变上述酶活性的机理尚不清楚。一种可能是锰影响胰岛素代谢；另一种可能是锰影响第二信使——环核苷酸的代谢。Goldberg和Haddox（1977）的实验结果表明，Mn（Ⅱ）是鸟苷酸环化酶的最佳激活剂；Robinson等（1971）报道，Mn（Ⅱ）是磷酸二酯酶的激活剂，这对于后一种推测是有力的支持。

在类脂物代谢过程中，锰可能作为合成类固醇的辅因子。Curran和Azarnoff（1961）报道，锰可提高大鼠肝脏内胆固醇生成量。在胆固醇合成中，需要从牻牛儿基（geranyl）和异戊烯焦磷酸生成法呢基（farnesyl）焦磷酸。Benedict等（1965）指出，催化这个反应所需的酶叫法呢基焦磷酸合成酶，而这种酶是被锰激活的，镁几乎没有影响。

缺锰食物对接受过雌性激素的小鸡、蛋鸡体内胆固醇和类脂化合物代谢也有影响[95]。

四、对脑功能的影响

锰是涉及精神科最广泛的微量元素，它除了可引起神经衰弱综合症、影响智能发展，与癫痫有关外，还与思维、情感、行为有一定关系[96]，因此锰对于维持正常的脑功能是必不可少的。

癫痫患者全血锰含量显著低于正常人，而且全血锰含量与癫痫发作频率有关。一年内只发病几次的患者，其全血锰浓度类似于正常人；而每月发病1～3次的患者血锰浓度低于正常人，并且血锰浓度与患者是否接受药物治疗无关。一般认为，血锰、发锰浓度过低与癫痫有关[96]。Paul报道52例不同类型癫痫病人血清和头发中锰含量改变，发现其含量低于正常人。精神分裂症病人头发中锰明显低于正常人[97]。

缺锰可导致智力呆滞。但也有报道认为，智力低下与高锰有关。张丽等［98]测定了96名智力低下儿童头发中锰、锌、铜含量，认为智力低下与高锰、低锌有关。Collipp等也多次报道学习能力差的儿童发锰含量高[99]。

目前虽然对锰在脑中的生理功能尚不清楚，但一般认为锰对于生命活动所必需的胺类化合物（如多巴胺）的正常代谢显然是必不可少的。此外，为了维持膜的正常结构及稳定性也需要锰。

Donaldson（1987）对锰在脑中的生理病理学意义作了综述[100]。关于锰中毒对脑功能的损伤作用，将在下一节中讨论。

五、与繁殖、遗传及致畸的关系

严重缺锰的雌性大鼠性周期紊乱或缺乏性欲，丧失交配能力。严重缺锰的雄性大鼠丧失生育能力并伴有细精管退化，精子减少。动物实验结果证实，缺锰影响牛、山羊、兔和豚鼠的繁殖；补充锰后可明显改善。Doisy（1972）认为，缺锰对动物繁殖功能的损伤是由于锰影响了类固醇合成的结果。有人报道，黄体酮内含锰较多，但还未得到更多的证据。

缺锰可引起不可逆的先天型运动失调，表现为平衡失控和头部勾缩。小鼠体内发现的一种白化（pallid）突变基因所产生的损伤，其特征之一为运动失调。研究发现，这是由于耳石发育异常所引起的。缺锰对小鼠、大鼠、豚鼠以及鸡的耳石都可产生不同程度的损害。在小鼠孕期，食物中补充高锰（1500～2000mg/kg）可防止突变基因对耳石产生的影响及先天型运动失调。致突变小鼠骨锰、脑锰（而不是肝锰、肾锰）浓度低于正常组，并且体内胺代谢异常。注射L-多巴后，多巴胺合成量减少，脑内从L-色氨酸合成5-羟色胺能力降低。

在牛奶中鉴别出了另一种突变基因——Screwneck，类似于白化突变基因，它也可产生耳石发育异常、运动失调等不良影响。补充锰后可减轻这些症状；补充锌也可防止内耳损伤。[101]。

不同鼠种的大鼠摄取低锰食物（3mg/kg后），对胎仔耳石发育的影响不同。除了与遗传因素有关外，可能的原因还有母鼠吸收锰的差别，母体血锰、胎盘锰运输的差别以及胎仔对葡糖基转移酶需求的差别等，这些推测还有待征实。

Webster和Valois（1987）报道，接触锰后，对啮齿动物的繁殖也产生有害影响[102]。

六、与免疫系统的关系

免疫系统作为中毒的靶器官，对毒物的反应异常敏感。免疫器官是免疫细胞发生、分化、成熟以及免疫分子合成和分泌的场所。如果免疫器官出现病理改变，可能会影响免疫功能。

一些研究结果提示，MnCl₂在一定的剂量下可刺激免疫器官的细胞增殖，从而增加细胞免疫功能[103]。Steven等[104]报道，将1～100μmol/L的锰加入含有细菌脂多糖（lipopolysac-charides，LPS）的小鼠巨噬细胞（Macrophage，Mφ）悬液中孵育48h，发现锰具有拮抗LPS所引起的Mφ生存率降低的作用。不含锰的Mφ生存率为52%，加入1、10、100μmol/L锰的Mφ生存率分别为71%、88%、79%，作者认为其拮抗机制可能是锰诱导了金属硫蛋白（Metalloth－ionein）的合成所致。

在体外试验中，0.01～0.1mg%的Mn²⁺使小鼠Mφ的吞噬功能增强；活体试验亦获得一致的结果。

什么原因锰使Mφ吞噬功能增强，Smialowicz等[105]认为与锰增加干扰素（IFN）产生的能力有关。实验研究发现Mφ吞噬功能的增强常伴随IFN水平的升高。一般认为，活化的Mφ才具有吞噬、杀菌、抑瘤和溶瘤作用，而IFN是体内激活Mφ必不可少的成分，其活化机制为IFN-r与Mφ表面受体结合后引起细胞内Ca²⁺水平缓慢增加，使依赖于磷脂的蛋白激酶C的活性增强，从而对蛋白磷酸化和蛋白的合成进行调节。

实验表明，低浓度Mn²⁺（1～10μmol/L）可提高仓鼠淋巴细胞对ConA、PHA（植物血凝集素）和LPS的反应；高浓度Mn²⁺（100μmol/L）则抑制对ConA和PHA的反应，但不影响对LPS的反应[106]。该作者认为，低浓度Mn²⁺是淋巴细胞增殖过程中必需的元素，而高浓度Mn²⁺则与Ca²⁺竞争，从而抑制细胞增殖。

Ghanmi等[107]报道，用鲤鱼前肾淋巴细胞作为效应细胞，在开始培养的16h内加入10^-5mol/LMn²⁺，观察到淋巴细胞对ConA、PHA反应受抑制，对LPS的反应无作用，其机理尚不清楚。此研究结果提示，锰似乎选择地影响T细胞增殖反应，对B细胞增殖反应影响不大。

七、与癌症的关系

关于锰与癌症的关系，国内、外有一些报道，有些作者指出，锰是癌基因抑制剂，能抑制肿瘤的生长和转移。Yamane等[108]报道，锰及其化合物可抑制偶氮胺类染料引起的肿瘤生长，这种抑制作用可能与某些解毒酶的金属离子的刺激有关。

流行病学调查结果表明：癌症患者锰含量低于或显著低于正常人。我国云南锡矿是肺癌高发区。研究表明，该地区肺癌患者发锰含量显著低于对照组（P＜0.01）。在动物诱癌实验中，观察到随着肺癌的发生与发展，肝、肺中锰含量降低，而肿瘤部位锰含量升高，因而锰含量低可能是肺癌发病的结果[109]。顾公望对锰与恶性肿瘤的关系作了综述[110]。

锰化合物可抑制α－Ni₃S₂对大鼠的诱癌作用。有人给大鼠分别肌肉注射Ni₃S₂、Mn尘、Ni₃S₂+Mn尘，两年后注射部位肉瘤的发生率分别为77%、0%、7%，提示锰有降低镍化合物、诱发肿瘤的作用[111]。此外，锰还有抗3-甲基-4-偶氮苯的致肝癌作用以及诱发大鼠气管上皮癌变的抑制作用[112]。

锰可能通过以下几个途径抑制Ni₃S₂所致的肿瘤发生：

（1）Mn²⁺抑制了Ni₃S₂在水中和血清中的溶解度；

（2）Mn²⁺刺激Mφ，从而间接使Ni₃S₂从细胞中动员出来；

（3）Mn²⁺拮抗Ni₃S₂对肌细胞RNA聚合酶的抑制作用。

Oberley提出Mn-SOD与肿瘤发生相关的假说：肿瘤是由于正常干细胞分化中止而引起，正常干细胞不能分化，缺乏分化能力是由于肿瘤细胞缺乏诱导Mn-SOD的能力而保留O₂^-控制细胞分化的关键作用。这种作用有两种可能机制：第一，活性氧的水平如O₂^-本身可能控制着细胞分化，抗氧化酶的量及所在部位能够控制细胞的氧化还原能力；第二，抗氧化酶基因与分化基因非常接近，两者必须同时读出才有适当的分化。与相对应的对照组细胞比较，肿瘤细胞的抗氧化酶活性异常，发现肿瘤细胞Mn-SOD活性相当低。在大约80种不同类型人和啮类动物的肿瘤细胞中，无论是自发的还是由化学物质、病毒或移植的体内、外诱导致发瘤，Mn-SOD活性均显示出明显降低[37]。

从上述讨论中可以看出，锰与癌症的关系尚需进行更多的研究，尤其要多进行锰对动物诱癌的预防、治疗及其机理的深入探讨。

八、与其它疾病的关系

Doisy（1972）报道，为了研究食物中缺乏维生素K对人体的影响，合成食物中偶然除掉了锰，在16周中，日摄入锰量仅0.35mg，表现症状有体重减轻、黑发变红、头发及指甲生长缓慢、皮炎，低胆固醇血症以及没有能力提高因缺维生素K而减少的凝血蛋白含量。但上述症状难以断定都是因缺锰所引起的。

缺锰与“肼苯哒嗪病”有关。这种病是由于某些人服了镇静药——肼苯哒嗪后发生的，是一种类似于系统红斑狼疮或风湿性关节炎的综合病。补充锰后症状有所减轻。此外，补充锰也能减轻鸡、狗、大鼠因摄入肼苯哒嗪后所出现的症状。

Lonnerdal（1980）报道，哺乳类动物的衰老可能与Mn-SOD减少从而引起抗氧化作用降低有关，因而长寿可能与高锰存在着某些联系。中国广西巴马县长寿公社的长寿老人，发锰含量高达22.47±13.13μg/g；而上海地区22名百岁老人平均发锰含量仅为2.61μg/g[113]。类似相反的报道还有一些，不逐一列举。

锰对动物的甲状腺功能也有一定影响。大鼠持续5周摄入锰（1mgMnSO₄·H₂O/100g/d），血清内甲状腺素（Ⅰ₄）、三碘甲腺原氨酸（Ⅰ₃）和垂体促甲状腺激素（TSH）水平显著下降，但对甲状腺内Ⅰ₄和Ⅰ₃水平没有明显影响［114]。一种可能的解释是由于垂体内锰含量积累过多所引起的。

锰还被认为与动脉硬化有关、与造血关系密切、对体内氮平衡可产生影响等[10]。

九、生理需要量

正常成年人对锰的需要量，我国暂订标准为5～10mg/d；国际上推荐的标准为2.5～7mg/d[10]。美国国家科学院食品与营养委员会1980年推荐从膳食中摄入锰的安全量为：0～0.5岁，0.1～0.5mg/d；0.5～1岁，0.7～1.0mg/d；1～3岁，1.0～1.5mg/d；4～6岁，1.5～2.0mg/d；7～10岁，2.0～3.0mg/d；11岁以上，2.5～5.0mg/d。

动物对食物中锰含量的要求估计为：大鼠，45；小鼠，45；猪，40；牛，20；兔，10；鸟，50mg/kg。

Friedman等（1987）通过对7名男性（19～22岁）的研究，认为最低需要量为0.74mg/d；如果考虑其它因素，则应增加到2.11mg/d。Gajewska等（1985）调查了婴儿（1岁）、儿童（3岁）和成人全天摄入的锰总量，结果为：婴儿，0.45mg（0.22～0.99mg）；儿童，2.43mg（0.81～4.84mg）；成人，5.60mg（2.00～10.14mg）。

据报道，按食品成分评价锰摄取或分析典型食品成分，估计成年人平均锰摄取为2.6～3.0mg/d。从人的代谢实验数据表明，当成年人日摄取锰为＜3.0mg/d时，不能持续达到锰的平衡水平[115～116]。