Spurenelemente für die Gesundheit - Stellenwert von Silizium

 

Welche Wirkungen hat Silizium im menschlichen Körper?

Bei welchen Erkrankungen hilft Kieselerde?

Ist Silizium bei Osteoporose wirksam?

Kann Silizium bei der Alzheimer-Erkrankung helfen?

Welche Nahrungsmittel enthalten viel Silizium?

 

Hintergrund

Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element auf der Erde.
Silizium ist wesentlicher Bestandteil von Kieselerde (Kieselgur), die traditionell als Mittel zur Vorbeugung vor brüchigen Nägeln und Haaren und zur Kräftigung des Bindegewebes angewendet wird. Im menschlichen Körper kommt Silizium u.a. in Form von Kieselsäure vor. Silizium gilt als nicht-essenzielles Spurenelement beim Menschen, Mangelerscheinungen wurden bisher aber nur an Tieren nachgewiesen.
Für Silizium wird angenommen, dass es vorteilhafte Wirkungen bei verschiedenen Erkrankungen besitzt, wie z.B. Osteoporose und Atherosklerose. Auch altersbedingte Veränderungen der Haut, Haare und Nägel sollen auf Siliziumgabe ansprechen. Keine dieser Wirkungen ist bisher überzeugend durch kontrollierte Studien am Menschen belegt.


Funktion von Silizium beim Menschen

Für Silizium wurden bisher keine biologischen Funktionen beim Menschen identifiziert.


Wirkungen von Silizium beim Menschen

In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen lassen vermuten, dass Silizium eine Rolle bei der Bildung von Kollagen und Glycosaminoglycan spielt und somit Einfluss auf die Knochenbildung, Wundheilung und Verkalkung haben könnte (8, 13). Erste Untersuchungen beim Menschen weisen darauf hin, dass eine hohe Siliziumzufuhr möglicherweise einen positiven Einfluss auf die Knochendichte ausübt (5).


Empfohlene Aufnahme von Silizium

Da Silizium nicht zu den essenziellen Spurenelementen gezählt wird, gibt es auch keine notwendige Mindestaufnahme. Von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE e. V.) gibt es keine Empfehlungen zur täglichen Siliziumaufnahme.


Wie hoch ist die durchschnittliche Siliziumaufnahme beim Menschen?

Eine Ernährungsstudie aus den USA beziffert die mittlere Aufnahme von Silizium bei
Männern und Frauen mit 40 bzw. 19 mg/Tag (9). In einer weiteren Untersuchung zeigte sich eine Siliziumaufnahme von durchschnittlich 46 mg/Tag bei einer ballaststoffreichen und 21 mg/Tag bei einer ballaststoffarmen Ernährung. Auch neuere Untersuchungen bestätigen diese Daten: Demnach beträgt die Siliziumaufnahme bei Frauen im Durchschnitt 23,8 mg/Tag und bei Männern 27,5 mg/Tag (5).
Die mittlere Konzentration von Silizium in der Muttermilch wurde mit 0,47 mg/L ermittelt.
Eine zusätzliche Aufnahme von Silizium über Nahrungsergänzungsmittel bei Erwachsenen wurde in den USA mit durchschnittlich 2 mg pro Tag errechnet (2).


Silizium-Resorption

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Die Höhe der Silizium-Resorption wird durch die aufgenommene Menge bestimmt. Untersuchungen am Menschen zufolge wird Silizium in geringen Mengen gut resorbiert. Die Höhe der Silizium-Resorption ist auch abhängig von der Löslichkeit der Siliziumverbindung. Es wurde berichtet, dass die Resorption von Kieselsäure aus dem Darm zwischen 20 bis 75 % variiert (2, 3).


Gehalt von Silizium in Nahrungsmitteln

Pflanzliche Nahrungsmittel enthalten in der Regel mehr Silizium als Lebensmittel tierischer Herkunft. Ausgehend von einer Ernährungsanalyse der Food and Drug Administration (FDA) liefern Getränke, einschließlich Bier, Kaffee und Wasser den Hauptanteil der Siliziumaufnahme (55 Prozent), gefolgt von Getreide und Getreideprodukten (14 Prozent) und Gemüse (8 Prozent) (9).
Eine neuere Untersuchung aus Großbritannien zeigt folgende Ergebnisse: Die höchsten Konzentrationen von Silizium wurden in Getreide und Getreideprodukten (11 bis 23 mg/100 g) festgestellt, besonders in weniger verarbeiteten Getreide und Hafer-basierten Produkten (10). Obst und Gemüse weisen sehr unterschiedliche Konzentrationen an Silizium auf, wobei kenianische Bohnen (10 mg/100g), französisch Bohnen und Spinat einen hohen Gehalt aufwiesen. Getrocknete Datteln (16 mg/100g), Bananen (4,7 mg/100 g), Ananas und Mango enthalten noch relativ viel Silizium. Trinkwasser /Leitungswasser enthält ca. 2,5 mg/Liter (Großbritannien, 10).

Die Verarbeitung von Lebensmitteln reduziert deren Siliziumgehalt. Siliziumverbindungen werden auch als Lebensmittelzusätze verwendet (E 551-556, E 559). Die zunehmende Anwendung als Entschäumungsmittel und Trennmittel könnte den Siliziumgehalt in Lebensmitteln erhöhen; die Bioverfügbarkeit dieser Additiva ist jedoch gering (2).


Körperbestand

Der menschliche Körper enthält etwa 20 mg Silizium pro kg Körpergewicht; das entspricht bei einer 70 kg schweren Personen einer Gesamtmenge von 1,4 g Silizium.


Obergrenzen für eine langfristige Aufnahme von Silizium

Der „Tolerable Upper Intake Level“ (kurz UL) bezeichnet die maximale langfristige Gesamtzufuhr eines Nährstoffes, die bei gesunden Personen zu keinen negativen Effekten auf die Gesundheit führt.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) und das Institute of Medicine in den USA halten die verfügbaren Daten für nicht ausreichend, um einen oberen Grenzwert für eine langfristig tolerable Siliziumaufnahme (UL-Wert) festzulegen. Eine Expertengruppe für Vitamine und Mineralstoffe (Expert Group on Vitamins and Minerals, EVM) hält hingegen einen Grenzwert von 700 mg Silizium pro Tag für eine langfristig noch verträgliche Aufnahmemenge für Erwachsene (3, 12).


Mögliche Nebenwirkungen einer zu hohen Siliziumaufnahme

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Werden hingegen bestimmte Siliziumverbindungen in hohen Konzentrationen über längere Zeiträume eingeatmet, so kann dies zu einer Silikose (Staublungenkrankheit, Berufskrankheit im Bergbau) führen.


Silizium und Osteoporose

In einer Untersuchung aus den USA an 2847 Männern und Frauen wurde ein Zusammenhang zwischen der täglichen Siliziumzufuhr über die Ernährung und der Knochendichte beobachtet (5). Erwachsene mit einer täglichen Aufnahme von mehr als 40 mg Silizium zeigten dabei eine um bis zu 10 % höhere Knochendichte als Personen mit einer Zufuhr von weniger als 14 mg pro Tag. Eine weitere Untersuchung konnte diesen Zusammenhang bestätigen (7). Eine gute Siliziumversorgung könnte sich demnach positiv auf die Knochengesundheit auswirken (11). Die positive Wirkung von Silizium wird möglicherweise über Östrogene vermittelt und ist daher wahrscheinlich bei prämenopausalen Frauen ausgeprägter (6). Ob Silizium damit eine Schutzwirkung gegenüber dem Auftreten einer Osteoporose zukommt, muss in weiteren, kontrollierten Studien geprüft werden.


Alzheimer-Erkrankung - Wechselwirkung von Aluminium und Silizium

Es liegen Hinweise vor, dass durch das Trinken von Silizium-reichen Wasser Aluminium im Körper mobilisiert und ausgeschieden werden kann (1). Ein hoher Gehalt an Aluminium im Körper steht im Verdacht an der Entwicklung der Alzheimer-Erkrankung beteiligt zu sein. In einer ersten Studie an Alzheimer-Patienten wurde geprüft, ob sich durch das Trinken von täglich einem Liter Silizium-reichen Mineralwasser (35 mg/L) der Gesamtköpergehalt an Aluminium vermindert und die kognitive Leistung beeinflussen lässt. Die Ergebnisse bestätigen die vermehrte Aluminiumausscheidung. Nach 13 Wochen Studiendauer wurde bei einzelnen Patienten eine Abnahme der Aluminiumspiegel im Blut zwischen 50 und 70 % dokumentiert. Bei 3 von 15 Patienten konnte gleichzeitig eine klinische relevante Verbesserung der kognitiven Leistung erreicht werden (1). 

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Fazit

Eine Zufuhr von Silizium ist zum Erhalt der Körperfunktionen beim Menschen nicht notwendig. Silizium zählt zu den nicht-essenziellen Spurenelementen. Daher kann weder eine Empfehlung zur notwendigen Zufuhr noch eine allgemeine Verzehrempfehlung gegeben werden. Möglicherweise spielt Silizium eine Rolle bei der Knochenbildung und im Stoffwechsel des Bindegewebes. Es gibt keine Belege, dass natürlicherweise in der Nahrung und im Wasser vorkommendes Silizium zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führt. Zu den Nahrungsmitteln mit hohem Siliziumgehalt zählen vor allem Vollkorn-Getreideprodukte, insbesondere Hafer.


Weitere Beiträge zur Wirkung von Spurenelementen und Mineralstoffen: 

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    Literatur / Quellennachweis

    1. Davenward S, Bentham P, Wright J, Crome P, Job D, Polwart A, Exley C. Silicon-rich mineral water as a non-invasive test of the 'aluminum hypothesis' in Alzheimer's disease. J Alzheimers Dis. 2013;33(2):423-30.
    2. Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc. USA 2001 http://www.nap.edu/catalog/10026.html
    3. EVM (Expert Group on Vitamins and Minerals). 2003. Safe Upper Levels for Vitamins and Minerals. Foods Standards Agency.
    4. Haddad FS, Kouyoumdjian A. 1986. Silica stones in humans. Urol Int 41:70–76.
    5. Jugdaohsingh R, Tucker KL, Qiao N, Cupples LA, Kiel DP, Powell JJ. Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the Framingham Offspring cohort. J Bone Miner Res. 2004 Feb;19(2):297-307.
    6. Jugdaohsingh R, Watson AI, Bhattacharya P, van Lenthe GH, Powell JJ. Positive association between serum silicon levels and bone mineral density in female rats following oral silicon supplementation with monomethylsilanetriol. Osteoporos Int. 2015 Jan 9. [Epub ahead of print]
    7. Macdonald HM, Hardcastle AC, Jugdaohsingh R, Fraser WD, Reid DM, Powell Dietary silicon interacts with oestrogen to influence bone health: evidence from the Aberdeen Prospective Osteoporosis Screening Study. Bone. 2012 Mar;50(3):681-7.
    8. NRC (National Research Council of the National Academies). 2005. Mineral Tolerance of Animals, 2 nd Revised Edition. The National Academies Press, Washington D.C., U.S..
    9. Pennington JA. 1991. Silicon in foods and diets. Food Addit Contam 8:97–118.
    10. Powell J., McNaughton S. A., Jugdaohsingh R. et al. A provisional database for the silicon content of foods in the United Kingdom British Journal of Nutrition (2005), 94, 804–812.
    11. Price CT, Koval KJ, Langford JR. Silicon: a review of its potential role in the prevention and treatment of postmenopausal osteoporosis. Int J Endocrinol. 2013;2013:316783.
    12. TECHNICAL REPORT submitted to EFSA. Ghent University. Selected trace and ultratrace elements: Biological role, content in feed and requirements in animal nutrition – Elements for risk assessment. Marleen VAN PAEMEL, Noël DIERICK, Geert JANSSENS, Veerle FIEVEZ, Stefaan DE SMET. No EFSA-Q-2008-04990; July 2010
    13. Uthus, E.O. and C.D. Seaborn. 1996. Deliberations and evaluations of the approaches, endpoints and paradigms for dietary recommendations of the other trace elements. Journal of Nutrition 126:S2452-S2459.



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