Silizium
Silizium
Als einer der wichtigsten gesteinsbildenden Minerale ist Silizium mit 27,6 % nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erdkruste.
Silizium-Verbindungen
In allen in der Natur auftretenden Verbindungen geht Silizium ausschließlich Einfachbindungen mit Sauerstoff ein. Synthetisch hergestellte Verbindungen des zweiwertigen Siliziums sind meist instabil, wobei einzig dem Siliziummonoxid eine Bedeutung, vor allem in der optischen Industrie, zukommt.
Vorkommen von Silizium
Silizium steht für den Menschen in freier Form als Silikat oder Monokieselsäure und gebunden als Ether- oder Esterabkömmling in der Nahrung zur Verfügung. Zudem wird das Spurenelement in Form von Silikaten als Lebensmittelzusatzstoff eingesetzt und fungiert als Antiklump- und Antischaumsubstanz.
Pflanzliche Lebensmittel, vor allem ballaststoffhaltige Getreidesorten, wie Hafer, Gerste und Wurzelgemüse, sind in der Regel Silizium-reicher als tierische Nahrungsmittel. Allerdings ist der prozentuale Anteil der zugeführten Silizium-Verbindungen aus pflanzlichen Lebensmitteln, der dem menschlichen Organismus zur Verfügung steht (Bioverfügbarkeit), vermutlich geringer als bei tierischen Lebensmitteln. Die niedrigere Bioverfügbarkeit liegt an der überwiegenden Bindungsform der Silikate in pflanzlichen Nahrungsmitteln. In Getränken, wie Bier sind ebenfalls hohe Gehalte an Silizium zu finden, das zudem in einer gut verwertbaren Form vorliegt.
Aufnahme von Silizium
Mit der Nahrung zugeführtes Silizium kann sowohl durch Aufnahme im Magen-Darm-Trakt als auch über die Atemluft durch Resorption in den Lungenbläschen in den Körper gelangen.
Einflussfaktoren der Silizium-Aufnahme
Die Aufnahmerate von Silizium ist von deren Bindungsart, vom Ballaststoffgehalt der Nahrung, biologischen Alter, Geschlecht und Funktionszustand exokriner Drüsen, wie der Bauchspeicheldrüse, abhängig. Über die Nahrung aufgenommenes Silizium ist vorrangig pflanzlicher Herkunft und tritt somit in Form von Molekülen auf, die aus mehreren gleichen Einheiten bestehen (Polymere), oder an organische Moleküle gebunden sind. Diese Silizium-Verbindungen müssen vor der Absorption gespalten werden, wodurch die Resorptionsquote von Silizium aus Lebensmitteln mit circa 4 % sehr gering ist.
Der überwiegende Teil des alimentär zugeführten Siliziums wird damit nicht vom Körper aufgenommen, sondern verlässt diesen unresorbiert über den Stuhl (Fäzes). Im Vergleich zu polymerer Kieselsäure aus pflanzlichen Produkten wird oral verabreichte monomere Kieselsäure aufgrund der nicht notwendigen enzymatischen Hydrolyse und der ausbleibenden Wechselwirkung mit Nahrungsinhaltsstoffen direkt und schnell absorbiert und weist demnach eine höhere Bioverfügbarkeit auf.
Transport und Verteilung von Silizium im Körper
Absorbierte Monokieselsäure beziehungsweise monomere Silikate werden über die Blutbahn auf die entsprechenden Gewebe verteilt. Der menschliche Organismus enthält rund 1-1,5 Gramm Silizium (~ 20 mg/kg Körpergewicht), das sich besonders im Bindegewebe anreichert und somit in Blutgefäßen, wie Hauptschlagader (Aorta), Luftröhre (Trachea), Knochen, Sehnen und Haut zu finden ist.
Den höchsten Silizium-Gehalt weisen aufgrund des hohen Gewichtes die Knochen mit bis zu 100 Milligramm pro Kilogramm auf. Daneben kann sich Silizium auch in der Lunge und den Lymphknoten (450 mg/kg) anreichern. Im Blutserum kommt Silizium in erster Linie in Form von monomerer Kieselsäure in einer Konzentration von 190-470 Mikrogramm pro Liter vor. Die Silizium-Serumkonzentration wird weder vom biologischen Alter noch vom Geschlecht beeinflusst.
Ausscheidung von Silizium
Die Ausscheidung von aufgenommenem (resorbiertem) Silizium erfolgt zum Großteil über die Niere in Form von Magnesiumorthosilikat. Erwachsene scheiden täglich mit dem Urin im Durchschnitt circa 9 Milligramm Silizium aus. Bei Stillenden ist mit einem zusätzlichen Silizium-Verlust von 350-700 Mikrogramm pro Liter über die Muttermilch zu rechnen.
Die Einhaltung eines Silizium-Gleichgewichts (Silizium-Homöostase) wird vor allem durch die nierenbedingte (renale) Ausscheidung reguliert, deren Höhe von der absorbierten Menge im Darm abhängig ist. Bei geringer Siliziumresorption über den Darm kommt es zur Verminderung der renalen Ausscheidung (Exkretion). Eine mögliche Ursache stellt eine gesteigerte Ballaststoffzufuhr dar. Eine erhöhte Siliziumresorption, zum Beispiel durch Verabreichung monomerer Kieselsäure, führt zu einer gesteigerten Eliminierung über den Urin.