Grein þessi er eftir Dr. Henk Hendriks sem fjallar um kísil sem næringarefni og mikilvægi hans fyrir líkaman. Greinin hefur verið þýdd frá ensku yfir á íslensku.
Dr. Henk Hendriks
Hvað er kísill? Form, upptaka og rannsóknir á hlutverki hans í líkamanum
Kísill er algengur í náttúrunni og finnst meðal annars í vatni, matvælum og jarðvegi. Þegar eitt kísilatóm tengist tveimur súrefnisatómum myndast kísildíoxíð (SiO₂), sem á ensku kallast silica.
Frumefnið kísill, eða silicon á ensku, er hálfmálmur og hefur því eiginleika bæði málma og málmleysingja. Mikilvægt er að greina á milli frumefnisins kísils og þeirra mismunandi efnasambanda sem það myndar.
Rannsóknir hafa beinst að mögulegu hlutverki kísils í ýmsum ferlum líkamans [1]. Þótt sumir vísindamenn hafi lagt til að kísill geti verið nauðsynlegt næringarefni hefur ekki verið staðfest að hann sé lífsnauðsynlegt næringarefni fyrir menn [2,3].
Mismunandi form kísils í náttúrunni
Kísildíoxíð finnst meðal annars sem kvars, sem er algengt steinefni og eitt helsta innihaldsefni sands. Það er yfirleitt á föstu formi og leysist illa upp í vatni. Kísilsambönd geta þó verið til staðar bæði uppleyst og sem agnir af mismunandi stærð og gerð.
Áhrif þeirra á heilsu ráðast meðal annars af efnagerð, formi og því hvernig þau berast inn í líkamann. Langvarandi innöndun ryks sem inniheldur kristallað kísildíoxíð getur til dæmis valdið alvarlegum lungnaskaða [4]. Því þarf að greina skýrt á milli innöndunar slíks ryks og inntöku kísils úr mat og drykk.
Kísill í mat og drykk
Kísill er náttúrulegur hluti af mataræði okkar. Kísildíoxíð inniheldur um 47% kísil miðað við þyngd. Kísill í fæðu og drykkjum kemur fyrir í mismunandi samböndum, meðal annars sem uppleyst kísilsýra.
Tiltekin form og notkun kísildíoxíðs í matvælum hafa verið metin af evrópskum og bandarískum yfirvöldum [5,6]. Slíkt mat á þó ekki sjálfkrafa við um öll kísilsambönd, allar agnastærðir eða hvaða skammta sem er.
Sumar korntegundir, ávextir, grænmeti og drykkir innihalda kísil [7]. Magn hans í matvælum segir þó ekki eitt og sér til um hversu mikið líkaminn getur nýtt.
Hvernig tekur líkaminn upp kísil?
Upptaka kísils úr meltingarveginum fer meðal annars eftir því á hvaða formi hann er. Lífaðgengi lýsir því hversu stór hluti efnis verður aðgengilegur líkamanum eftir inntöku.
Rannsóknir benda til þess að upptaka kísils úr matvælum sé breytileg og geti verið takmörkuð [8]. Hátt kísilinnihald tryggir því ekki endilega mikið lífaðgengi.
Uppleyst kísilsambönd í drykkjum virðast almennt aðgengilegri líkamanum en sum form þeirra í föstum matvælum. Í rannsóknum hefur neysla kísilríks vatns meðal annars tengst auknum útskilnaði kísils í þvagi, sem getur gefið vísbendingu um upptöku hans [9]. Niðurstöður benda þannig til þess að uppleyst form kísils geti frásogast vel [10–12].
Er kísill nauðsynlegt næringarefni?
Ekki hefur verið skilgreindur sérstakur kísilskortur hjá mönnum. Í dýratilraunum, þar sem kísilinnihald fæðunnar var takmarkað verulega, hafa hins vegar sést breytingar á þroska beina, liða og brjósks, ásamt röskun á steinefnasamsetningu beina [3,13].
Þessar niðurstöður hafa vakið áhuga á mögulegu hlutverki kísils í beinheilsu. Þær staðfesta þó ekki að sambærileg áhrif komi fram hjá mönnum.
Vísindamenn hafa lagt til að fjölbreytt mataræði ætti að veita snefilefni á borð við kísil, jafnvel þótt þau séu ekki skilgreind sem lífsnauðsynleg næringarefni. Í einni heimild hefur verið lagt til viðmið um 25 mg af kísildíoxíði á dag, sem samsvarar um 10–12 mg af kísli [14]. Þetta er ekki opinberlega ráðlagður dagskammtur.
Rannsóknir á kísli og beinheilsu
Nokkrar þýðisrannsóknir hafa bent til tengsla milli kísilneyslu og mælikvarða á beinheilsu [15–18]. Slík tengsl sýna þó ekki ein og sér að kísill valdi betri beinheilsu.
Í sumum rannsóknum á fólki með beinþynningu hafa tiltekin kísilsambönd verið rannsökuð með tilliti til beinmyndunar og beinþéttni, og jákvæðar niðurstöður hafa komið fram við ákveðnar aðstæður [17,19]. Ekki er hægt að yfirfæra þær niðurstöður sjálfkrafa á öll kísilfæðubótarefni.
Frumurannsóknir hafa einnig sýnt áhrif kísils á ferla sem tengjast beinmyndun [20,21]. Í dýratilraunum hafa sést jákvæð áhrif á ýmsa mælikvarða beinheilsu [22–25]. Frekari rannsóknir á mönnum eru nauðsynlegar til að skýra þýðingu þessara niðurstaðna.
Möguleg tengsl kísils við kollagen og bandvef
Ekki er að fullu ljóst hvernig kísill gæti haft áhrif á bein og aðra vefi. Ein tilgáta er að hann tengist myndun kollagens, sem er mikilvægt byggingarprótein í meðal annars beinum og húð [26]. Önnur tilgáta er að kísill geti átt þátt í stöðugleika kollagens og annarra byggingarefna í bandvef [27].
Rannsóknir á ígræðsluefnum fyrir bein og tennur hafa sýnt að efni sem innihalda tiltekin kísilsambönd geta ýtt undir beinmyndun og kollagenframleiðslu við ákveðnar aðstæður [28,29]. Einnig er verið að rannsaka kísilsambönd til notkunar í lífefnum sem gætu stutt við gróanda beinbrota [30,31].
Þetta eru rannsóknir á sérhæfðum efnum og læknisfræðilegri notkun þeirra. Þær sýna ekki að inntaka kísilfæðubótarefna hafi sömu áhrif.
Kísill, húð, hár og neglur
Vegna mögulegra tengsla kísils við kollagen og bandvef hafa vísindamenn einnig rannsakað áhrif tiltekinna kísilsambanda á húð [35,36], hár [37] og neglur [38,39]. Sumar rannsóknir hafa sýnt jákvæðar niðurstöður, en niðurstöðurnar ráðast meðal annars af efnagerð, skammti og rannsóknarsniði.
Kísilsambönd hafa jafnframt verið rannsökuð í tengslum við sáragróanda [40]. Mjög smáar kísildíoxíðagnir hafa einnig verið rannsakaðar með tilliti til áhrifa gegn örverum [32–34]. Slíkar rannsóknir jafngilda þó ekki staðfestingu á ávinningi af inntöku kísils.
Rannsóknir á kísli, áli og heilsu
Sumar rannsóknir hafa kannað hvort kísill í drykkjarvatni og öðrum drykkjum geti haft áhrif á upptöku eða útskilnað áls [10,41,42]. Í því samhengi hefur einnig verið skoðað hvort tengsl séu við taugahrörnunarsjúkdóma, þar á meðal Alzheimerssjúkdóm.
Ekki hefur verið sýnt fram á að kísilvatn eða kísilfæðubótarefni komi í veg fyrir eða meðhöndli Alzheimerssjúkdóm. Frekari rannsóknir eru nauðsynlegar áður en hægt er að draga slíkar ályktanir.
Hvað vitum við um hlutverk kísils?
Kísill er náttúrulegur hluti af mataræði okkar og rannsóknir benda til mögulegs hlutverks hans í beinum, kollageni og bandvef. Enn er þó margt óljóst um nákvæma lífefnafræðilega virkni hans og hvaða þýðingu rannsóknarniðurstöður hafa fyrir heilsu manna.
GeoSilica vörurnar innihalda allar kísil.
Heimildir
[1] Martin, K. R. (2013). Silicon: the health benefits of a metalloid. Metal Ions in Life Sciences, 13, 451–473. DOI: 10.1007/978-94-007-7500-8_14
[2] Price, C. T., Langford, J. R. og Liporace, F. A. (2012). 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
[3] Carlisle, E. M. (1972). Silicon: an essential element for the chick. Science, 178, 619–621. DOI: 10.1126/science.178.4061.619
[4] Steenland, K. og Ward, E. (2014). Silica: a lung carcinogen. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 64, 63–69. DOI: 10.3322/caac.21214
[5] European Food Safety Authority (EFSA). (2018). Re-evaluation of silicon dioxide (E 551) as a food additive. EFSA Journal, 16, grein 5088. DOI: 10.2903/j.efsa.2018.5088
[6] U.S. Food and Drug Administration (FDA). (2019). 21 CFR § 172.480: Silicon dioxide.
[7] Pennington, J. A. (1991). Silicon in foods and diets. Food Additives and Contaminants, 8, 97–118. DOI: 10.1080/02652039109373959
[8] Robberecht, H., Van Cauwenbergh, R., Van Vlaslaer, V. og Hermans, N. (2009). Dietary silicon intake in Belgium: sources, availability from foods, and human serum levels. Science of the Total Environment, 407, 4777–4782. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2009.05.019
[9] Li, Z. o.fl. (2010). Absorption of silicon from artesian aquifer water and its impact on bone health in postmenopausal women: a 12 week pilot study. Nutrition Journal, 9, grein 44. DOI: 10.1186/1475-2891-9-44
[10] Gonzalez-Munoz, M. J. o.fl. (2017). 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, 56, 917–927. DOI: 10.3233/JAD-160972
[11] Sanchez-Muniz, F. J. o.fl. (2019). The nutritional components of beer and its relationship with neurodegeneration and Alzheimer’s disease. Nutrients, 11, grein 1558. DOI: 10.3390/nu11071558
[12] Sripanyakorn, S. o.fl. (2009). The comparative absorption of silicon from different foods and food supplements. British Journal of Nutrition, 102, 825–834. DOI: 10.1017/S0007114509311757
[13] Schwarz, K. og Milne, D. B. (1972). Growth-promoting effects of silicon in rats. Nature, 239, 333–334. DOI: 10.1038/239333a0
[14] Martin, K. R. (2018). Dietary silicon: is biofortification essential? Journal of Nutrition and Food Science Forecast, 1, grein 1006.
[15] Jugdaohsingh, R. o.fl. (2004). 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, 19, 297–307. DOI: 10.1359/jbmr.0301225
[16] Macdonald, H. M. o.fl. (2012). 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
[17] Eisinger, J. og Clairet, D. (1993). Effects of silicon, fluoride, etidronate and magnesium on bone mineral density: a retrospective study. Magnesium Research, 6, 247–249.
[18] Choi, M. K. og Kim, M. H. (2017). Dietary silicon intake of Korean young adult males and its relation to their bone status. Biological Trace Element Research, 176, 89–104. DOI: 10.1007/s12011-016-0817-x
[19] Schiano, A. o.fl. (1979). [Silicon, bone tissue and immunity]. Revue du Rhumatisme et des Maladies Ostéo-Articulaires, 46, 483–486.
[20] Keeting, P. E. o.fl. (1992). 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, 7, 1281–1289. DOI: 10.1002/jbmr.5650071107
[21] Reffitt, D. M. o.fl. (2003). 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
[22] Maehira, F., Miyagi, I. og Eguchi, Y. (2009). Effects of calcium sources and soluble silicate on bone metabolism and the related gene expression in mice. Nutrition, 25, 581–589. DOI: 10.1016/j.nut.2008.10.023
[23] Jugdaohsingh, R., Watson, A. I., Bhattacharya, P., van Lenthe, G. H. og Powell, J. J. (2015). Positive association between serum silicon levels and bone mineral density in female rats following oral silicon supplementation with monomethylsilanetriol. Osteoporosis International, 26, 1405–1415. DOI: 10.1007/s00198-014-3016-7
[24] Hott, M., de Pollak, C., Modrowski, D. og Marie, P. J. (1993). Short-term effects of organic silicon on trabecular bone in mature ovariectomized rats. Calcified Tissue International, 53, 174–179. DOI: 10.1007/BF01321834
[25] Rico, H. o.fl. (2000). Effect of silicon supplement on osteopenia induced by ovariectomy in rats. Calcified Tissue International, 66, 53–55. DOI: 10.1007/s002230050010
[26] Kivirikko, K. I. og Myllyla, R. (1985). 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
[27] Schwarz, K. (1973). A bound form of silicon in glycosaminoglycans and polyuronides. Proceedings of the National Academy of Sciences, 70, 1608–1612. DOI: 10.1073/pnas.70.5.1608
[28] Fielding, G. og Bose, S. (2013). 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
[29] Fielding, G. A., Sarkar, N., Vahabzadeh, S. og Bose, S. (2019). Regulation of osteogenic markers at late stage of osteoblast differentiation in silicon and zinc doped porous TCP. Journal of Functional Biomaterials, 10, grein 48. DOI: 10.3390/jfb10040048
[30] Ilyas, A. o.fl. (2016). Amorphous silica: a new antioxidant role for rapid critical-sized bone defect healing. Advanced Healthcare Materials, 5, 2199–2213. DOI: 10.1002/adhm.201600203
[31] Jiao, K. o.fl. (2015). 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
[32] Shevchenko, S. N. o.fl. (2017). Antimicrobial effect of biocompatible silicon nanoparticles activated using therapeutic ultrasound. Langmuir, 33, 2603–2609. DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b04303
[33] Croissant, J. G., Fatieiev, Y., Almalik, A. og Khashab, N. M. (2018). Mesoporous silica and organosilica nanoparticles: physical chemistry, biosafety, delivery strategies, and biomedical applications. Advanced Healthcare Materials, 7, grein 1700831. DOI: 10.1002/adhm.201700831
[34] Drago, L., Toscano, M. og Bottagisio, M. (2018). Recent evidence on bioactive glass antimicrobial and antibiofilm activity: a mini-review. Materials, 11, grein 326. DOI: 10.3390/ma11020326
[35] Araujo, L. A., Addor, F. og Campos, P. M. (2016). 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
[36] Herreros, F. O., Cintra, M. L., Adam, R. L., de Moraes, A. M. og Metze, K. (2007). Remodeling of the human dermis after application of salicylate silanol. Archives of Dermatological Research, 299, 41–45. DOI: 10.1007/s00403-007-0739-8
[37] Wickett, R. R. o.fl. (2007). 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
[38] Barel, A. o.fl. (2005). 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
[39] Lassus, A. (1993). Colloidal silicic acid for oral and topical treatment of aged skin, fragile hair and brittle nails in females. Journal of International Medical Research, 21, 209–215. DOI: 10.1177/030006059302100406
[40] Quignard, S., Coradin, T., Powell, J. J. og Jugdaohsingh, R. (2017). 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
[41] Rondeau, V., Jacqmin-Gadda, H., Commenges, D., Helmer, C. og Dartigues, J. F. (2009). 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
[42] Glick, J. L. og McMillan, P. A. (2016). A multipronged, nutritional-based strategy for managing Alzheimer’s disease. Medical Hypotheses, 91, 98–102. DOI: 10.1016/j.mehy.2016.04.007