Krzem i krzem organiczny w diecie i suplementach – właściwości

Krzem jest jednym z najważniejszych pierwiastków występujących w skorupie ziemskiej, a jego rola w technologii jest nieoceniona. Jednak krzem odgrywa także znaczącą rolę w biologii ludzkiej, choć przez długi czas była ona niezgłębiona dokładnie. Dzisiaj wiemy o krzemie znacznie więcej.

Krzem - podstawowe informacje

• Krzem (Si) jest metaloidem (półmetalem), który w naturze występuje głównie w postaci tlenków, silikatów i kwasów. Ze względu na swoją reaktywność nie występuje w postaci wolnej (jako czysty pierwiastek).
• Krzem jako pierwiastek (Si) został odkryty w 1823 roku przez szwajcarskiego chemika Jacoba Berzeliusa, który wyizolował go z fluorku potasowo-krzemowego (K₂SiF₆) i nazwał od łacińskiego słowa silex ("kwarc").
• Krzem stanowi prawie jedną trzecią skorupy ziemskiej.
• Wykazuje ekstremalną skłonność do reakcji z otaczającym tlenem i wodą tworząc krystaliczną krzemionkę (SiO₂, kwarc), amorficzną krzemionkę (SiO₂, nH₂O, opal) i krzemiany (kaolin, talk, skaleni, azbest, gliny, mika).
• Biorąc pod uwagę jego powszechność i reaktywność z innymi pierwiastkami, nie dziwi fakt, że istnieje w wielu formach o różnych właściwościach fizykochemicznych, z których niektóre są toksyczne, a inne zdają się być kluczowe dla zdrowia.
• Krzem jest jednym z najczęściej używanych pierwiastków przez ludzkość (jako półprzewodnik w komponentach elektronicznych oraz jako główny składnik w ceramice, materiałach budowlanych, szkle, silikonach i innych produktach).
• W organizmie człowieka krzem znajduje się przede wszystkim w tkankach bogatych w proteoglikany, takich jak skóra, włosy, paznokcie, a także w kościach i chrząstkach.

* Proteoglikany to kluczowe składniki macierzy pozakomórkowej, występujące przede wszystkim w tkankach łącznych. Są to duże, złożone cząsteczki, które składają się z rdzenia białkowego oraz jednego lub więcej łańcuchów glikozaminoglikanów (GAG), które są długimi, liniowymi polisacharydami.

Krzem organiczny - co to jest?

Krzem organiczny to związki krzemu z węglem (jednym lub więcej atomami węgla), które są łatwiej przyswajalne przez organizmy żywe niż jego postać nieorganiczna. 

Krzem organiczny jest preferowany w suplementacji ze względu na lepszą rozpuszczalność w wodzie i wyższą biodostępność. Oznacza to, że jest on szybciej i efektywniej wchłaniany do krwiobiegu, co przekłada się na szybsze i bardziej widoczne efekty jego działania.

 

Ekstrakt ze skrzypu polnego to jedno z najpopularniejszych źródeł krzemu w suplementach diety. 

Formy krzemu organicznego w suplementach na urodę

Suplementy krzemowe są szeroko stosowane, chociaż istnieje duże zróżnicowanie w biodostępności krzemu, wahające się od wartości poniżej 1% do wartości bliskich 50%, w zależności od postaci chemicznej. 

W suplementach możemy spotkać krzem organiczny w postaci:

• kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną, który jest znacznie bardziej biodostępny od nieorganicznego źródła i najlepiej przyswajalny z dostępnych form. Na rynku można znaleźć przykładowo diwodorocytrynian choliny ze standaryzacją na krzemionkę, jednak zawartość choliny w porcji dziennej powinna wynosić do 180 mg, co oznacza, że możliwe dzienne dawki będą tym samym zawierały bardzo mało krzemu.
• ekstraktu z bambusa standaryzowanego na krzem - może osiągać do 10% suchej masy w ekstraktach, co jest jednym z powodów, dla których ekstrakt z bambusa jest popularnym składnikiem suplementów na zdrowie stawów i kości.
  • Przykładowo, 412 mg ekstraktu z bambusa może dać 288,5 mg krzemionki, w tym 136 mg krzemu.
• ekstraktu ze skrzypu polnego standaryzowanego na krzem - jedno z najbogatszych naturalnych źródeł krzemu. Może zawierać od 5 do 8% suchej masy krzemu, co czyni go wyjątkowo wartościowym w suplementacji. Co ciekawe, skrzyp nie jest zatwierdzony przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA), podobnie jak większość suplementów ziołowych.
  • Przykładowo, 424 mg ekstraktu ze skrzypu polnego może dać 29,7 mg krzemionki, w tym 14 mg krzemu.
• ekstrakty niestandaryzowane z bambusa, skrzypu polnego - zawartość krzemu w produktach roślinnych może się różnić w zależności od warunków wzrostu, gleby i przetwarzania, dlatego nie możemy być pewni, ile właściwie krzemu zawiera taki ekstrakt.
• ekstrakt z pokrzywy - zawiera około 1% krzemu na sucho, co jest dość wysoką wartością wśród roślin. Rzadko standaryzowany na krzem w suplementach, raczej dodawany w postaci niestandaryzowanego ekstraktu do produktów na włosy i paznokcie.

Krzem nieorganiczny – co to jest?

Krzem nieorganiczny odnosi się do form krzemu, które występują w naturze głównie w postaci minerałów i nie są związane z atomami węgla, co odróżnia je od krzemu organicznego.

W przeciwieństwie do krzemu organicznego, który jest związany z atomami węgla i często występuje w formach łatwiej przyswajalnych przez organizmy żywe, krzem nieorganiczny jest zwykle mniej biodostępny.

• Krzemionka (SiO₂) - jest to najczęściej występująca forma krzemu w przyrodzie, stanowiąca podstawowy składnik piasku oraz większości minerałów skalotwórczych. Krzemionka jest trwała i odporna na rozpuszczenie w wodzie.
• Silikaty - są to minerały zawierające krzem i tlen, które są związane z różnymi innymi metalami, jak magnez, żelazo, wapń. Silikaty występują w szerokiej gamie struktur i są podstawowymi składnikami skał magmowych, metamorficznych i osadowych.

Chociaż krzem nieorganiczny nie jest łatwo przyswajalny przez ludzki organizm, klika badań naukowych sugeruje, że może on odgrywać rolę w zdrowiu kości i być potencjalnie korzystny w innych aspektach zdrowia, takich jak zdrowie skóry, włosów i paznokci.

Przykładowo krzemionka nie jest związkiem organicznym, ale może być wykorzystywana w produktach, które są przeznaczone dla organizmów żywych, np. jako składnik suplementów diety zawierających krzem organiczny. W takim przypadku krzemionka jest często przetwarzana w sposób, który zwiększa jej biodostępność, a finalny produkt może być opisywany jako zawierający "krzem organiczny".

Krzem tworzy krystaliczną krzemionkę (SiO₂, kwarc), amorficzną krzemionkę (SiO₂, nH₂O, opal) i krzemiany (kaolin, talk, skaleni, azbest, gliny, mika).

Naturalne źródła krzemu – ile krzemu w jakich produktach?

Krzem jest najskuteczniej przyswajany z produktów zbożowych. Chociaż krzem występuje w znaczących ilościach w wielu produktach żywnościowych, rosnąca dominacja przetworzonej żywności w diecie sprawia, że zwykłe spożycie w diecie jest niewystarczające.

Azjaci i Hindusi mają znacznie wyższe spożycie krzemu niż populacje zachodnie w wyniku ich wyższego spożycia pokarmów roślinnych. W tych społecznościach występuje niższa częstotliwość złamań szyjki kości udowej niż na Zachodzie, co sugeruje wpływ krzemu na kości.

 

• Owies - zawiera około 595 mg krzemu na kg, co czyni go dobrym źródłem tego minerału w diecie.
• Jęczmień - zawartość krzemu może wynosić około 233 mg na kg, co również jest wartością korzystną.
• Ryż brunatny - zawiera około 150 mg krzemu na kg, głównie w łuskach.
• Ziemniaki - skórka ziemniaków zawiera około 5 mg krzemu na 100 g.
• Ogórek - zawiera około 4 mg krzemu na 100 g, szczególnie w skórce.
• Czerwona papryka - zawiera około 1-3 mg krzemu na 100 g.
• Banany - około 13 mg krzemu na kg, co czyni je dobrym źródłem krzemu w owocach. Jednak uważa się, że banany zawierają wysoko spolimeryzowaną formę krzemu, która nie jest skutecznie hydrolizowana i przyswajana w przewodzie pokarmowym.
• Awokado - zawiera około 1,85 mg krzemu na 100 g.
• Piwo - piwo jest również ważnym źródłem krzemu w diecie ze względu na obecność jęczmienia i chmielu, które są obfite w krzem. Ponadto procesy produkcji piwa powodują rozkład związków krzemu do kwasu ortokrzemowego, łatwo przyswajalnej formy.
• Woda pitna - wodę pitną uznaje się za ważne źródło krzemu; jednak zawartość krzemu zależy od jej pochodzenia geologicznego. Badania in vivo i in vitro nad biodostępnością krzemu z wody wykazały, że co najmniej 50% krzemu obecnego w wodzie mineralnej jest absorbowane; dlatego jest to jego dobre źródło. 
• Herbata - zawartość krzemu w herbacie zależy od jej typu i jakości, ale ogólnie można przyjąć, że herbata liściasta zawiera więcej krzemu niż herbata w torebkach.

Rola krzemu w organizmie człowieka

Krzem jest uważany za pierwiastek śladowy niezbędny dla wielu procesów biologicznych.

• Znaczenie krzemu dla zdrowia człowieka zostało zgłoszone przez Louisa Pasteura (francuskiego chemika i prekursora mikrobiologii), który był świadomy właściwości antyseptycznych, przeciwbakteryjnych i przeciwdrożdżakowych krzemianów i przewidywał, że krzem będzie odgrywał znaczącą rolę w leczeniu różnych chorób.
• Krzem, po żelazie i cynku, jest trzecim co do wielkości pierwiastkiem śladowym w ciele ludzkim (około 140-700 mg; niektóre źródła mówią nawet o 1g).
• Największe stężenie Si znajduje się w tkankach łącznych, szczególnie w aorcie, tchawicy, ścięgnach, kościach i skórze. Powodem ich wysokiej zawartości krzemu jest wiązanie się Si (ortokrzemianu) z glikozaminoglikanami i ich kompleksami białkowymi w tkankach łącznych.
• W surowicy występuje prawie wyłącznie jako kwas ortokrzemowy. Stężenia Si w osoczu na czczo wynoszą 2-10 µM, po posiłkach wzrastają do 20-30 µM, a około 700 µmol/dzień jest normalnie wydalane z moczem.
• Są przesłanki, że najwyższe stężenie krzemu we krwi jest u niemowląt do 1 roku życia, a najniższe u kobiet w ciąży - to potwierdzałoby tezę o większym zapotrzebowaniu na krzem w okresie wzrostu i rozwoju.
• Oprócz tego, że krzem bierze udział w wiązaniu glokozaminoglikanów pełni rolę strukturalną w organizmie.
• Strukturalna rola krzemu w macierzy pozakomórkowej obejmuje wiązanie krzyżowe proteoglikanów i białek, zwiększenie wytrzymałości i zmniejszenie przepuszczalności.

Mechanizmy działania krzemu

Mechanizmy, przez które krzem wywiera swoje działanie na organizm człowieka, są złożone i obejmują szereg procesów biochemicznych:

• wpieranie procesu syntezy kolagenu – krzem pośrednio stymuluje fibroblasty do produkcji kolagenu i bierze udział w tworzeniu tkanki łącznej,
• modulacja odpowiedzi immunologicznej - krzem moduluje działanie makrofagów i leukocytów, co wpływa na odpowiedź immunologiczną organizmu i może zmniejszać stany zapalne,
• wpływ na metabolizm minerałów - krzem poprawia metabolizm innych ważnych minerałów, takich jak wapń i magnez, co jest istotne dla ogólnego zdrowia kości,
• antyoksydacyjne działanie krzemu - niektóre formy krzemu wykazują właściwości antyoksydacyjne, które mogą chronić komórki przed uszkodzeniami spowodowanymi przez wolne rodniki.

Wpływ krzemu na organizm – badania naukowe

• Badania potwierdzają, że monomeryczny kwas ortokrzemowy wspiera mineralizację kości u pacjentek z osteoporozą.
• Badania z 2004 roku wskazują, że wyższe spożycie Si w diecie jest związane z wyższą skorygowaną gęstością mineralną kości biodrowych u mężczyzn i kobiet przed menopauzą, ale nie u kobiet po menopauzie. Badania wskazują, że krzem może być korzystny dla formowania części korowych kości, a także sugerują, że może występować pewna interakcja Si-hormony.
• Ponadto krzem może mieć korzystny wpływ na odpowiedź immunologiczną lub zapalną. Przeprowadzono w tym celu kilka badań, ale wymagane są dalsze próby badawcze, aby stwierdzić to jednoznacznie.
• Rola krzemu w patogenezie miażdżycy oraz jej powikłań pozostaje kontrowersyjna. Większość prac wskazujących na zaangażowanie tego pierwiastka w procesie aterogenezy (miażdżycy) pochodzi z badań na zwierzętach.
• Biorąc pod uwagę wyniki badań na zwierzętach, które wskazują na korzystne zmiany w profilu lipidowym po zastosowaniu krzemu, odpowiednie spożycie Si może przyczynić się do hamowania postępu miażdżycy.
• Wyniki jednego z badań wskazują, że kwas ortokrzemowy, szczególnie w formie stabilizowanej choliną, może mieć korzystny wpływ na włosy kobiet zmagających się z problemem cienkich włosów. Suplementacja tego składnika może wspomagać poprawę struktury włosów, co jest szczególnie ważne w kontekście kosmetycznym i psychologicznym dla kobiet doświadczających problemów z włosami.

Podsumowując, krzem jest jednym z kluczowych pierwiastków wspierających różnorodne funkcje biologiczne w organizmie człowieka. Mimo że przez wiele lat jego znaczenie zdrowotne było niedoceniane. Jego rola w utrzymaniu zdrowia tkanki łącznej, kości, stawów, skóry, włosów oraz paznokci czyni go niezbędnym składnikiem dla ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.