Silizium

Definition, Resorption, Transport und Verteilung

Silizium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Si. Im Periodensystem besitzt es die Ordnungszahl 14 und steht in der 3. Periode und 4. Hauptgruppe beziehungsweise Kohlenstoffgruppe ("Tetrele").

Der Begriff Silizium leitet sich vom lateinischen Wort "silex" (harter Stein, Kieselstein, Feuerstein) ab. Als einer der wichtigsten gesteinsbildenden Minerale ist Silizium mit 27,6 % nach Sauerstoff (Elementsymbol: O) das zweithäufigste Element der Erdkruste [3, 6].

In allen in der Natur auftretenden Verbindungen geht Silizium ausschließlich Einfachbindungen – Si-O-Einfachbindungen – ein, in denen es vorranging vierwertig als elektropositiver Partner auftritt – vierfach koordiniertes, positiv geladenes Siliziumatom. Das ermöglicht dem tetraedrisch gebauten Silikation (SiO44-), größere Verbände (dreidimensionale Netze), bevorzugt der Zusammensetzung SiO2, auszubilden [2, 6]. Daneben existieren Verbindungen, in denen Silizium eine fünf- oder sechsfache Koordination aufweist. Synthetisch hergestellte Verbindungen des zweiwertigen Siliziums (Silylene) sind meist instabil, wobei einzig dem Siliziummonoxid (SiO) eine Bedeutung, vor allem in der optischen Industrie, zukommt [3].

Silizium steht für den Menschen sowohl durch seinen natürlichen Gehalt in der Nahrung – in freier Form als Monokieselsäure (Orthokieselsäure, Si(OH)4) oder Silikat (SiO4) und gebunden als Ether- oder Esterderivat – als auch durch seinen Einsatz als Lebensmittelzusatzstoff – Silikate (SiO4) als Antiklump- und Antischaumsubstanzen – zur Verfügung. Pflanzliche Lebensmittel, vor allem ballaststoffhaltige Getreidesorten, wie Gerste und Hafer, und Wurzelgemüse, sind in der Regel siliziumreicher als tierische Nahrungsmittel, jedoch aufgrund der überwiegend polymeren Bindungsform der Silikate (aus mehreren SiO4 - Einheiten aufgebaute Makromoleküle) vermutlich schlechter bioverfügbar. In Getränken, wie Bier, sind ebenfalls hohe Gehalte an Silizium zu finden, das zudem in einer gut verwertbaren Form vorliegt [1, 3, 6, 7, 9].

Resorption

Silizium kann sowohl über Lebensmittel durch Absorption (Aufnahme) im Gastrointestinaltrakt (Magen-Darm-Trakt) als auch über die Atemluft durch Resorption (Aufnahme) in den Lungenalveolen (Lungenbläschen, in denen bei der Atmung der Gasaustausch zwischen Blut und Alveolarluft erfolgt) in den Körper gelangen [3].

Über die Nahrung zugeführtes organisch gebundenes Silizium beziehungsweise polymeres Silikat (ein aus mehreren SiO4 - Einheiten aufgebautes Makromolekül) muss zunächst im Verdauungstrakt gespalten werden, um im Dünndarm als monomeres Silikat (SiO44-) absorbiert werden zu können. Die intestinale Resorption von alimentär (über die Nahrung) zugeführter Monokieselsäure beziehungsweise monomeren Silikat erfolgt direkt ohne vorangegangene enzymatische Hydrolyse (Spaltung durch Reaktion mit Wasser) [6, 9]. Durch welchen Mechanismus Silizium in die Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) und anschließend in die Blutbahn aufgenommen wird, ist unklar.

Die Absorptionsrate von Silizium ist von deren Bindungsart, vom Ballaststoffgehalt der Nahrung, biologischen Alter, Geschlecht und Funktionszustand exokriner Drüsen, wie des Pankreas (Bauchspeicheldrüse → Produktion von Verdauungsenzymen, die in den Dünndarm sezerniert (abgesondert) werden), abhängig. Da über die Nahrung aufgenommenes Silizium vorrangig pflanzlicher Herkunft ist und somit in Form von Polymeren (aus mehreren gleichen Einheiten – hier SiO4 – aufgebaute Makromoleküle) beziehungsweise gebunden an organische Moleküle auftritt, die vor der Absorption einer hydrolytischen Spaltung bedürfen, ist die Resorptionsquote von Silizium aus Lebensmitteln sehr gering und beträgt nur circa 4 %. Der überwiegende Teil des alimentär zugeführten Siliziums wird damit nicht vom Körper aufgenommen, sondern verlässt diesen unresorbiert über die Fäzes (Stuhl). Im Vergleich zu polymerer Kieselsäure aus pflanzlichen Produkten wird oral verabreichte monomere Kieselsäure (Si(OH)4) aufgrund der nicht notwendigen enzymatischen Hydrolyse und der ausbleibenden Interaktion (Wechselwikrung) mit Nahrungsinhaltsstoffen direkt und schnell absorbiert und weist demnach eine höhere Bioverfügbarkeit auf [3, 6].

Transport und Verteilung im Körper

Absorbierte Monokieselsäure beziehungsweise monomere Silikate werden über die Blutbahn auf die entsprechenden Gewebe verteilt. Der menschliche Organismus enthält rund 1-1,5 g Silizium (~ 20 mg/kg Körpergewicht), das besonders im Bindegewebe akkumuliert (sich anreichert) und somit in Blutgefäßen, wie Aorta (Hauptschlagader), Trachea (Luftröhre), Sehnen, Knochen und Haut zu finden ist [3, 6, 11]. Den höchsten Siliziumgehalt weisen aufgrund des hohen Gewichtes die Knochen (bis zu 100 mg/kg) auf [6]. Daneben kann sich Silizium auch in der Lunge und den Lymphknoten (450 mg/kg) anreichern [3, 6]. Die hohe Siliziumkonzentration bindegewebsartiger Strukturen liegt dem Vorkommen des Spurenelements als integraler Bestandteil von Glycosaminoglycanen (linear aus sich wiederholenden Disaccharideinheiten aufgebaute, saure Polysaccharide) beziehungsweise Proteoglycanen (stark glycosylierte Glycoproteine, die aus einem Protein und einem oder mehreren kovalent gebundenen Glycosaminoglycanen bestehen) zugrunde [3, 6, 9, 12].

Im Blutserum kommt Silizium in erster Linie in Form der undissoziierten monomeren Kieselsäure (Si(OH)4) in einer Konzentration von 190-470 µg/l vor. Die Silizium-Serumkonzentration wird weder vom biologischen Alter noch vom Geschlecht beeinflusst [3, 6, 12].

Ausscheidung

Die Ausscheidung von resorbiertem Silizium erfolgt zum Großteil über die Niere in Form von Magnesiumorthosilikat [6, 9]. Erwachsene scheiden mit dem Urin im Durchschnitt circa 9 mg Silizium/Tag aus [3]. Bei Stillenden ist mit einem zusätzlichen Siliziumverlust von 350-700 µg/l über die Muttermilch zu rechnen [3].

Die Siliziumhomöostase (Einhaltung eines Gleichgewichts) wird vor allem durch die renale (nierenbedingte) Ausscheidung reguliert, deren Höhe von der intestinal (den Darm betreffend) absorbierten Menge abhängig ist [6]. Bei geringer intestinaler Siliziumresorption, beispielsweise durch eine gesteigerte Ballaststoffzufuhr, kommt es zur Verminderung der renalen Exkretion (Ausscheidung), während bei gesteigerter intestinaler Siliziumresorption, zum Beispiel durch Verabreichung monomerer Kieselsäure, die Eliminierung über den Urin erhöht ist [6].

Literatur

  1. Bellia J.P., Birchall J.D., Roberts N.B. (1994) Beer: a dietary source of silicon. Lancet; 343: 235
  2. Bertelsmann Stiftung (Hrsg.) (1992) Mineralstoffe und Spurenlemente. Leitfaden für die ärztliche Praxis. Verlag Bertelsmann Stiftung, Gütersloh
  3. Biesalski H. K., Köhrle J., Schümann K. (2002) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  4. D-A-CH (2000) Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE), Österreichische Gesellschaft für Ernährung (ÖGE), Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung (SGE), Schweizerische Vereinigung für Ernährung (SVE): Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. 1. Auflage, Umschau/Braus Verlag, Frankfurt am Main
  5. Dietl H., Ohlenschläger G. (2003) Handbuch der Orthomolekularen Medizin. Karl F. Haug Verlag, Stuttgart
  6. Elmadfa I., Leitzmann C. (2004) Ernährung des Menschen. 4. Auflage. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart
  7. Hahn A. (2001) Nahrungsergänzungsmittel. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart
  8. Hahn A., Ströhle A., Wolters M. (2006) Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart
  9. Kasper H. (2004) Ernährungsmedizin und Diätetik. 10. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München
  10. Leitzmann C., Müller C., Michel P. et al. (2005) Ernährung in Prävention und Therapie. Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co. KG
  11. Niestroj I. (2000) Praxis der Orthomolekularen Medizin. Hippokrates Verlag GmbH, Stuttgart 2000
  12. Schmidt E. und Schmidt N. (2004) Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München
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