Krzem organiczny - co to jest? Na co pomaga?

Krzem jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków chemicznych na Ziemi, zajmującym drugie miejsce po tlenie pod względem obfitości w skorupie ziemskiej. Jest to półmetal, czyli pierwiastek posiadający zarówno właściwości metali, jak i niemetali, co czyni go wyjątkowo wszechstronnym w zastosowaniach technologicznych. Co ważne, krzem nie jest tylko budulcem dla kwarcu, czy gliny, ale też dla organizmów żywych, od najprostszych mikroorganizmów do roślin oraz zwierząt.

1. Krzem w nauce
2. Obecne spojrzenie na krzem 
3. Krzem w diecie
4. Krzem w kościach
5. Suplementacja krzemem

Krzem w nauce

Historia odkrycia krzemu sięga początku XIX wieku. Z czasem doszło do odkrycia jego krystalicznej formy, która jest kluczowa dla współczesnych technologii półprzewodnikowych. Półprzewodnikowe właściwości krzemu sprawiły, że stał się on fundamentem rewolucji technologicznej w XX i XXI wieku, zwłaszcza w produkcji układów scalonych, które są podstawą nowoczesnych komputerów i urządzeń elektronicznych. Krzem w swojej czystej postaci jest również kluczowym materiałem w produkcji paneli słonecznych, co ma istotne znaczenie dla rozwijających się technologii odnawialnych źródeł energii.

Obecne spojrzenie na krzem 

Początkowo krzem był uważany za nieistotny dla organizmów żywych, głównie ze względu na jego obfitość w przyrodzie i trudność w izolacji jego biologicznych funkcji. Pierwsze przesłanki na temat jego znaczenia biologicznego pojawiły się w latach 70. XX wieku, kiedy to badacze zaczęli zauważać związki między obecnością krzemu, a zdrowiem kości i tkanki łącznej.

Krzem w diecie

Spożycie krzemu w przeciętnej diecie wynosi od 20 do 50 mg dziennie w populacjach zachodnich, a w Chinach i Indiach, gdzie dominują pokarmy roślinne, wynosi do 200 mg.

Krzem w piwie i napojach 

W Finlandii dzieci spożywają 27 mg dziennie, głównie ze zbożami, a dorośli mężczyźni 29 mg dziennie, co ciekawe, głównie piwem. Krzem w wodzie pitnej pochodzi z wietrzenia skał, a jego stężenie zależy od geologii regionu. W Wielkiej Brytanii stężenie krzemu wynosi od 0,2 do 14 mg/L, a w kontynentalnych europejskich wodach mineralnych od 4 do 16 mg/L. Woda pitna i płyny to najbardziej biodostępne źródła krzemu.

Inne źródła krzemu

Rośliny pobierają krzem z gleby, co wzmacnia ich strukturę. Nierafinowane ziarna, takie jak jęczmień, owies i otręby, są bogate w ten pierwiastek. Przetwarzanie zmniejsza jego zawartość, ale produkty pełnoziarniste wciąż są dobrym źródłem. Trzcina cukrowa oraz niektóre warzywa, jak fasolka i szpinak, również mogą dostarczać do organizmu pewnych ilości krzemu, jednak owoce, z wyjątkiem bananów, nie mogą stanowić podstawowego jego źródła. Małże mają najwyższą zawartość krzemu spośród owoców morza.

Zmniejszone wydzielanie kwasu żołądkowego związane z wiekiem może ograniczać zdolność metabolizowania krzemionki w diecie. Dostępność krzemu jest również kontrolowana przez hormony płciowe i tarczycy, a ich niewystarczająca lub zmniejszona aktywność może obniżać wchłanianie krzemionki.

Dystrybucja krzemu w tkankach różnych organizmów

Krzem w kościach

Krzem odgrywa ważną rolę w kształtowaniu zdrowia kości, co potwierdziły liczne badania epidemiologiczne i eksperymentalne. Spożycie krzemu w diecie jest związane z wyższą gęstością mineralną kości (BMD), co zaobserwowano u mężczyzn, kobiet przed menopauzą, a także u kobiet po menopauzie stosujących hormonalną terapię zastępczą. W badaniach na zwierzętach brak krzemu w diecie prowadził do zmniejszonej mineralizacji kości i pogorszenia jakości kolagenu.

Suplementacja krzemem

Suplementacja krzemem o dobrej przyswajalności wykazała zwiększenie objętości kości i BMD, a także wzrost markerów związanych z tworzeniem kości w surowicy zwierząt. Badania in vitro wykazały, że krzem zwiększa syntezę macierzy kostnej, w tym kolagenu typu I, oraz mnożenie i dojrzewanie osteoblastów, czyli komórek kościotwórczych.

W implantach kostnych zawierających krzem, takich jak substytuty hydroksyapatytu, krzem poprawia przyczepność i integrację z kością dzięki aktywnemu tworzeniu warstwy apatytowej. Krzem jest również zaangażowany w regulację genów odpowiedzialnych za syntezę kolagenu, działając jako wspomagacz dla specyficznych enzymów.

Źródła:

• Jugdaohsingh R. (2007). Silicon and bone health. The journal of nutrition, health & aging, 11(2), 99–110.
• Nielsen F. H. (2014). Update on the possible nutritional importance of silicon. Journal of trace elements in medicine and biology : organ of the Society for Minerals and Trace Elements (GMS), 28(4), 379–382. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2014.06.024
• Pritchard, A., & Nielsen, B. D. (2024). Silicon Supplementation for Bone Health: An Umbrella Review Attempting to Translate from Animals to Humans. Nutrients, 16(3), 339. https://doi.org/10.3390/nu16030339
• Rondanelli, M., Faliva, M. A., Peroni, G., Gasparri, C., Perna, S., Riva, A., Petrangolini, G., & Tartara, A. (2021). Silicon: A neglected micronutrient essential for bone health. Experimental biology and medicine (Maywood, N.J.), 246(13), 1500–1511. https://doi.org/10.1177/1535370221997072