Silicium & Gezondheid

Silicium & Gezondheid

Dr. Henk Hendriks

Silicium is een mineraal dat in grote overvloed in de natuur aanwezig is. Silicium bestaat uit een atoom van silicium gebonden aan twee atomen van zuurstof, met de chemische naam silicium dioxide (SiO2). Silicium is geen metaal maar ook niet een niet-metaal: het is een metalloïde. Dit betekent dat het eigenschappen heeft van zowel een metaal als een niet-metaal. Het menselijk lichaam gebruikt silicium en het heeft voordelen voor de gezondheid [1]. Onderzoekers geloven dat silicium betrokken is bij verschillende belangrijke processen in het lichaam en beschouwen het als een essentiële voedingsstof [2,3].

Het gewone mineraal silicium wordt meestal gevonden als kwarts, een overvloedig ingrediënt in zand. Silicia is voornamelijk als vaste stof aanwezig, omdat het slecht oplost in water. Silica bestaat als moleculen, maar vooral als deeltjes van verschillende groottes en in verschillende vormen. Sommige van deze deeltjes kunnen schadelijk zijn voor de gezondheid. Met name wanneer silicadeeltjes regelmatig worden ingeademd en wanneer ingeademde silicadeeltjes groot zijn, kunnen deze op de lange termijn schadelijk worden [4].

Omgekeerd zijn silicamoleculen en silicadeeltjes die via de mond worden geconsumeerd, gunstig. Silica bestaat voor 47% uit silicium en is een natuurlijk bestanddeel van onze voeding. Siliciumconsumptie in de voeding komt voornamelijk voor als silica opgelost is in water en als monokiezelzuur dat aanwezig is in voedingsmiddelen. De consumptie van silica wordt door zowel de Europese [5] als de Amerikaanse autoriteiten [6] als veilig beschouwd.

Het menselijk lichaam krijgt echter weinig silicium uit de voeding, omdat onze voeding er weinig van bevat en omdat het slecht wordt opgenomen in de darmen. Terwijl sommige voedingsmiddelen relatief hoge concentraties silicium bevatten, zoals sommige granen, sommige groenten en fruit en sommige dranken [7], is de opname van silicium daaruit over het algemeen laag [8]. De lichamelijke opname uit de voeding (of anders gezegd: biologische beschikbaarheid) varieert. Het lijkt erop dat hoe hoger de concentratie silicium in een voedingsmiddel, hoe lager de biologische beschikbaarheid. Dranken lijken over het algemeen een hoge biologische beschikbaarheid van silicium te hebben. Het is ook aangetoond dat silica-bevattend water de opname van silicium verhoogt, omdat het de uitscheiding van silicium via de urine verhoogt [9]. Met andere woorden: in dranken opgelost silicium wordt het beste door het lichaam opgenomen [10-12].

Siliciumtekort is niet beschreven bij mensen, maar dieren die siliciumtekort hebben gekregen, hebben misvormingen in schedel en botten, slecht gevormde gewrichten, verminderd kraakbeen en een verstoorde mineraalbalans in botten [3,13]. Dit toont aan dat silicium een ​​belangrijke voedingsfactor is voor de gezondheid van de botten. Daarom stellen wetenschappers voor dat gezonde voeding voedingsmiddelen moet bevatten die sporenelementen zoals silicium bevatten in hoeveelheden die de gezondheid bevorderen, zelfs als ze momenteel niet als essentieel worden beschouwd. Een inname van silica via de voeding van 25 mg/dag overeenkomend met ~10 mg/dag silicium, zou een adequate inname zijn zonder nadelige effecten [14].

Silicium blijkt belangrijk te zijn voor de botgezondheid. Verschillende bevolkingsonderzoeken hebben een dergelijke rol ondersteund [15-18]. Suppletie met silicium verhoogde het botvolume en de botmineraaldichtheid bij mensen met osteoporose [17,19]. Ook hebben studies in cellen aangetoond dat silicium processen stimuleert die belangrijk zijn voor gezonde botten [20,21]. Dierstudies tonen aan dat suppletie met silicium de botgezondheid van muizen en ratten verbetert [22-25]. Het is niet duidelijk hoe silicium de botgezondheid beïnvloedt. Wetenschappers suggereren dat silicium de aanmaak ondersteunt van een eiwit dat belangrijk is voor de structuur van botten en huid: collageen [26]. Anderen suggereren dat silicium de stabilisatie van collagenen of vergelijkbare structurele moleculen kan ondersteunen [27].

Botimplantaten (bijv. tandheelkundige implantaten, chirurgische botvervangingen) in combinatie met silicium en silica stimuleerden nieuwe botgroei door de collageenproductie te verhogen [28,29]. Verschillende vormen van silicium worden momenteel onderzocht op hun mogelijke toepassing als nieuw fractuurgenezend biomateriaal [30,31]. Ook worden zeer kleine deeltjes silica onderzocht op hun antimicrobiële effecten [32-34]. Silicium kan niet alleen de botgezondheid verbeteren door de collageensynthese te stimuleren. Een geoptimaliseerde collageensynthese door silicium kan ook de structurele integriteit van de huid verbeteren [35,36], bijdragen aan gezonder haar [37] en nagels [38,39] en wondgenezing ondersteunen [40].

Sommige onderzoeken suggereren dat silica in drinkwater en andere vormen van silicium in dranken de schadelijke effecten van aluminium in de voeding kunnen tegengaan en daarom kunnen helpen bij het voorkomen van de ziekte van Alzheimer [10,41,42].

Hoewel de specifieke biochemische of fysiologische rollen van silicium in het menselijk lichaam grotendeels onbekend zijn, wordt algemeen aangenomen dat deze functies bestaan. Als gevolg hiervan is er een groeiende belangstelling voor de mogelijke therapeutische effecten van in water oplosbaar silica op de menselijke gezondheid. Producten van GeoSilica Iceland combineren silica met andere mineralen, afhankelijk van uw voorkeur, om verschillende functies te stimuleren. Silica in alle producten van GeoSilica Iceland levert uw dagelijkse portie silicium.

Literatuur 

[1] Martin, K. R. Silicon: the health benefits of a metalloid. Metal ions in life sciences 13, 451-473, doi:10.1007/978-94-007-7500-8_14 (2013).

[2] Price, C. T., Langford, J. R. & Liporace, F. A. Essential Nutrients for Bone Health and a Review of their Availability in the Average North American Diet. The open orthopaedics journal 6, 143-149, doi:10.2174/1874325001206010143 (2012).

[3] Carlisle, E. M. Silicon: an essential element for the chick. Science (New York, N.Y.) 178, 619-621, doi:10.1126/science.178.4061.619 (1972).

[4] Steenland, K. & Ward, E. Silica: a lung carcinogen. CA: a cancer journal for clinicians 64, 63-69, doi:10.3322/caac.21214 (2014).

[5] EFSA. Re-evaluation of silicon dioxide (E 551) as a food additive. EFSA Journal 16, doi:doi: 10.2903/j.efsa.2018.5088 (2018).

[6] FDA. Sec.172.480 Silicon dioxide. (2019).

[7] Pennington, J. A. Silicon in foods and diets. Food additives and contaminants 8, 97-118, doi:10.1080/02652039109373959 (1991).

[8] Robberecht, H., Van Cauwenbergh, R., Van Vlaslaer, V. & Hermans, N. Dietary silicon intake in Belgium: Sources, availability from foods, and human serum levels. The Science of the total environment 407, 4777-4782, doi:10.1016/j.scitotenv.2009.05.019 (2009).

[9] Li, Z. et al. Absorption of silicon from artesian aquifer water and its impact on bone health in postmenopausal women: a 12 week pilot study. Nutr J 9, 44, doi:10.1186/1475-2891-9-44 (2010).

[10] Gonzalez-Munoz, M. J. et al. Silicic Acid and Beer Consumption Reverses the Metal Imbalance and the Prooxidant Status Induced by Aluminum Nitrate in Mouse Brain. Journal of Alzheimer's disease : JAD 56, 917-927, doi:10.3233/jad-160972 (2017).

[11] Sanchez-Muniz, F. J. et al. The Nutritional Components of Beer and Its Relationship with Neurodegeneration and Alzheimer's Disease. Nutrients 11, doi:10.3390/nu11071558 (2019).

[12] Sripanyakorn, S. et al. The comparative absorption of silicon from different foods and food supplements. The British journal of nutrition 102, 825-834, doi:10.1017/s0007114509311757 (2009).

[13] Schwarz, K. & Milne, D. B. Growth-promoting effects of silicon in rats. Nature 239, 333-334, doi:10.1038/239333a0 (1972).

[14] Martin, K. R. Dietary Silicon: Is Biofortification Essential? Journal of Nutrition and Food Science Forecast 1, 1006 (2018).

[15] Jugdaohsingh, R. et al. Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the Framingham Offspring cohort. Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research 19, 297-307, doi:10.1359/jbmr.0301225 (2004).

[16] Macdonald, H. M. et al. Dietary silicon interacts with oestrogen to influence bone health: evidence from the Aberdeen Prospective Osteoporosis Screening Study. Bone 50, 681-687, doi:10.1016/j.bone.2011.11.020 (2012).

[17] Eisinger, J. & Clairet, D. Effects of silicon, fluoride, etidronate and magnesium on bone mineral density: a retrospective study. Magnesium research 6, 247-249 (1993).

[18] Choi, M. K. & Kim, M. H. Dietary Silicon Intake of Korean Young Adult Males and Its Relation to their Bone Status. Biol Trace Elem Res 176, 89-104, doi:10.1007/s12011-016-0817-x (2017).

[19] Schiano, A. et al. [Silicon, bone tissue and immunity]. Revue du rhumatisme et des maladies osteo-articulaires 46, 483-486 (1979).

[20] Keeting, P. E. et al. Zeolite A increases proliferation, differentiation, and transforming growth factor beta production in normal adult human osteoblast-like cells in vitro. Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research 7, 1281-1289, doi:10.1002/jbmr.5650071107 (1992).

[21] Reffitt, D. M. et al. Orthosilicic acid stimulates collagen type 1 synthesis and osteoblastic differentiation in human osteoblast-like cells in vitro. Bone 32, 127-135, doi:10.1016/s8756-3282(02)00950-x (2003).

[22] Maehira, F., Miyagi, I. & Eguchi, Y. Effects of calcium sources and soluble silicate on bone metabolism and the related gene expression in mice. Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif.) 25, 581-589, doi:10.1016/j.nut.2008.10.023 (2009).

[23] Jugdaohsingh, R., Watson, A. I., Bhattacharya, P., van Lenthe, G. H. & Powell, J. J. Positive association between serum silicon levels and bone mineral density in female rats following oral silicon supplementation with monomethylsilanetriol. Osteoporosis international : a journal established as result of cooperation between the European Foundation for Osteoporosis and the National Osteoporosis Foundation of the USA 26, 1405-1415, doi:10.1007/s00198-014-3016-7 (2015).

[24] Hott, M., de Pollak, C., Modrowski, D. & Marie, P. J. Short-term effects of organic silicon on trabecular bone in mature ovariectomized rats. Calcified tissue international 53, 174-179, doi:10.1007/bf01321834 (1993).

[25] Rico, H. et al. Effect of silicon supplement on osteopenia induced by ovariectomy in rats. Calcified tissue international 66, 53-55, doi:10.1007/s002230050010 (2000).

[26] Kivirikko, K. I. & Myllyla, R. Post-translational processing of procollagens. Annals of the New York Academy of Sciences 460, 187-201, doi:10.1111/j.1749-6632.1985.tb51167.x (1985).

[27] Schwarz, K. A bound form of silicon in glycosaminoglycans and polyuronides. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 70, 1608-1612, doi:10.1073/pnas.70.5.1608 (1973).

[28] Fielding, G. & Bose, S. SiO2 and ZnO dopants in three-dimensionally printed tricalcium phosphate bone tissue engineering scaffolds enhance osteogenesis and angiogenesis in vivo. Acta biomaterialia 9, 9137-9148, doi:10.1016/j.actbio.2013.07.009 (2013).

[29] Fielding, G. A., Sarkar, N., Vahabzadeh, S. & Bose, S. Regulation of Osteogenic Markers at Late Stage of Osteoblast Differentiation in Silicon and Zinc Doped Porous TCP. Journal of functional biomaterials 10, doi:10.3390/jfb10040048 (2019).

[30] Ilyas, A. et al. Amorphous Silica: A New Antioxidant Role for Rapid Critical-Sized Bone Defect Healing. Advanced healthcare materials 5, 2199-2213, doi:10.1002/adhm.201600203 (2016).

[31] Jiao, K. et al. Biphasic silica/apatite co-mineralized collagen scaffolds stimulate osteogenesis and inhibit RANKL-mediated osteoclastogenesis. Acta biomaterialia 19, 23-32, doi:10.1016/j.actbio.2015.03.012 (2015).

[32] Shevchenko, S. N. et al. Antimicrobial Effect of Biocompatible Silicon Nanoparticles Activated Using Therapeutic Ultrasound. Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids 33, 2603-2609, doi:10.1021/acs.langmuir.6b04303 (2017).

[33] Croissant, J. G., Fatieiev, Y., Almalik, A. & Khashab, N. M. Mesoporous Silica and Organosilica Nanoparticles: Physical Chemistry, Biosafety, Delivery Strategies, and Biomedical Applications. Advanced healthcare materials 7, doi:10.1002/adhm.201700831 (2018).

[34] Drago, L., Toscano, M. & Bottagisio, M. Recent Evidence on Bioactive Glass Antimicrobial and Antibiofilm Activity: A Mini-Review. Materials (Basel, Switzerland) 11, doi:10.3390/ma11020326 (2018).

[35] Araujo, L. A., Addor, F. & Campos, P. M. Use of silicon for skin and hair care: an approach of chemical forms available and efficacy. Anais brasileiros de dermatologia 91, 331-335, doi:10.1590/abd1806-4841.20163986 (2016).

[36] Herreros, F. O., Cintra, M. L., Adam, R. L., de Moraes, A. M. & Metze, K. Remodeling of the human dermis after application of salicylate silanol. Archives of dermatological research 299, 41-45, doi:10.1007/s00403-007-0739-8 (2007).

[37] Wickett, R. R. et al. Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on hair tensile strength and morphology in women with fine hair. Archives of dermatological research 299, 499-505, doi:10.1007/s00403-007-0796-z (2007).

[38] Barel, A. et al. Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on skin, nails and hair in women with photodamaged skin. Archives of dermatological research 297, 147-153, doi:10.1007/s00403-005-0584-6 (2005).

[39] Lassus, A. Colloidal silicic acid for oral and topical treatment of aged skin, fragile hair and brittle nails in females. J Int Med Res 21, 209-215, doi:10.1177/030006059302100406 (1993).

[40] Quignard, S., Coradin, T., Powell, J. J. & Jugdaohsingh, R. Silica nanoparticles as sources of silicic acid favoring wound healing in vitro. Colloids and surfaces. B, Biointerfaces 155, 530-537, doi:10.1016/j.colsurfb.2017.04.049 (2017).

[41] Rondeau, V., Jacqmin-Gadda, H., Commenges, D., Helmer, C. & Dartigues, J. F. Aluminum and silica in drinking water and the risk of Alzheimer's disease or cognitive decline: findings from 15-year follow-up of the PAQUID cohort. American journal of epidemiology 169, 489-496, doi:10.1093/aje/kwn348 (2009).

[42] Glick, J. L. & McMillan, P. A. A multipronged, nutritional-based strategy for managing Alzheimer's disease. Medical hypotheses 91, 98-102, doi:10.1016/j.mehy.2016.04.007 (2016).