Szilícium: A posztmenopauzás osteoporosis megelőzésében és kezelésében játszott potenciális szerepének áttekintése

1 Orlando Ortopédiai Sebészeti Osztály, 1222 Orange Avenue, Orlando, FL 32806, USA

Absztrakt

Az orvosok tisztában vannak a kalcium és a D-vitamin kiegészítés előnyeivel. Ugyanakkor további táplálkozási összetevők is fontosak lehetnek a csontok egészsége szempontjából. Egyre több a tudományos szakirodalom, amely elismeri, hogy a szilícium alapvető szerepet játszik a csontképződésben és a karbantartásban. A szilícium javítja a csontmátrix minőségét és megkönnyíti a csont mineralizációját. A biológiailag hozzáférhető szilícium megnövekedett bevitele összefüggésben van a megnövekedett csont ásványi sűrűséggel. Állatok és emberek szilíciumpótlása kimutatták, hogy növeli a csont ásványi sűrűségét és javítja a csont szilárdságát. A biológiailag hozzáférhető szilícium diétás forrásai a teljes kiőrlésű gabonafélék, a gabonafélék, a sör és néhány zöldség, például a zöldbab. A szilícium-dioxid (szilícium-dioxid) vagy szilícium-dioxid (SiO2) formájában gyakori élelmiszer-adalékanyag, de korlátozott a bélben történő felszívódása. Ha az akadémiai közösség nagyobb figyelmet fordít erre a fontos ásványra, javulhat a táplálkozás, az étrend-kiegészítők, és jobban megismerhető a szilícium szerepe a posztmenopauzás osteoporosis kezelésében.

1. Bemutatkozás

A táplálkozást, a testmozgást és az életmódot fontos tényezőként ismerik el az oszteoporózis kezelésében [1, 2]. Az étrend-kiegészítés kalciummal és D-vitaminnal csökkenti a törések kockázatát és javítja a farmakológiai kezelés hatékonyságát [1, 3–5]. Az alacsony csontsűrűség javításához a kalcium és a D-vitamin mellett sokféle táplálék-kiegészítőt ajánlottak, de az előnyök bizonyítéka korlátozott [6, 7]. A bizonyítékok hiánya azt jelentheti, hogy további vizsgálatokra van szükség, vagy azt, hogy szükségtelen a kiegészítés.

Számos alapvető tápanyag szinergikusan viselkedik, például a D-vitamin és a K-vitamin az oszteokalcin előállításában és aktiválásában. A D-vitamin serkenti az osteocalcin termelését, míg a K-vitamin karboxilálja az osteocalcint a csontok szívósságának javítása érdekében [8, 9]. Így számos olyan mikroelem lehet, amelyet a csontritkulás kezelésének részeként a kalcium és a D-vitamin mellett kiegészíteni kell. Az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete dokumentálta, hogy az USA-ban élő felnőttek több mint fele nem elegendő magnéziumot, K-vitamint, C-vitamint és egyéb, a csontok egészségéhez nélkülözhetetlen tápanyagot fogyaszt [10–12]. Az egyik ásványi anyag, amely figyelmet érdemel, a szilícium, a tudományos irodalom növekvő része miatt, amely felismeri a szilícium fontosságát a csontok egészségében [13, 14].

2002 óta fokozott kutatást végeztek a szilícium szerepéről a szövetekben, beleértve a csontot is [13, 14, 21, 22]. E jelentés célja a szilícium szerepének áttekintése, mint a csontképződés és a karbantartás alapvető eleme. Másodlagos cél, hogy felhívják a figyelmet erre a táplálkozási komponensre, hogy több kutatás irányuljon a szilícium tanulmányozására az oszteoporózis kezelésére. Lehetséges, hogy az alacsony csontsűrűségű betegek kezelésében a szilíciumpótlást fontolóra kell venni más vitaminokkal és ásványi anyagokkal való kiegészítés mellett.

2. Szilíciumkémia

A szilícium vízoldható formái felszívódnak a bélrendszerben, a felesleges mennyiséget a vese a lenyelés után 4–8 órán belül megszünteti [14]. Így nem valószínű, hogy a szilícium túlzott mennyiségben halmozódna fel egészséges egyénekben. Az elemi vagy szerves szilícium szájon át történő toxicitását állatokban vagy emberekben még akkor sem azonosították, ha a patkányokat és egereket a normális táplálékkal bevitt mennyiség 1000-szeresére táplálták [26]. A dialízis alatt álló betegek felhalmozhatják a szilíciumot, mert a veseelégtelenség megakadályozza a szilícium kiválasztódását. A veseelégtelenségben szenvedő betegeknél a szérum szilíciumszintjének a normálérték legfeljebb tízszeresét jelentették, de ezekkel a szintekkel nem jártak káros hatások [27, 28]. Ritkán előfordultak szilícium-dioxid vesekövek olyan betegeknél, akik nagy mennyiségű magnéziumot is fogyasztottak magnézium-triszilikát antacidok formájában [22, 29]. Így az orális szilícium káros hatásait egészséges egyéneknél nem figyelték meg.

3. A szilícium szerepe a csontképződésben

A szilícium kötődik a glikozaminoglikánokhoz, és fontos szerepe van a kollagén és a proteoglikán közötti keresztkötések kialakulásában [15, 30, 31]. A szilícium minden testszövetben jelen van, de a legnagyobb szilíciumkoncentrációjú szövetek a csont és más kötőszövetek, beleértve a bőrt, a hajat, az artériákat és a körmöket is [14]. In vitro vizsgálatok kimutatták, hogy a szilícium stimulálja az 1. típusú kollagén szintézist és az oszteoblaszt differenciálódást [32]. Patkányokon végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a szilícium fiziológiai szinten javítja a kalcium beépülését a csontokban, összehasonlítva a szilíciumhiányos patkányokkal [20, 33, 34]. Így a szilícium elengedhetetlen eleme a csontképződésnek [15, 16].

Az ásványosodás pontos sorrendje nem ismert, de Carlisle arra a következtetésre jutott, hogy a szilícium valószínűleg azáltal jár, hogy a csontmátrixot kalcifikálhatóbbá teszi [15]. A szilícium koncentrációja az oszteoidban 25-szer nagyobb, mint a környező területeken, és a szilíciumtartalom fokozatosan csökken, mivel a meszesedés megtörténik [17]. A szilícium az elektromos töltések ismert félvezetője. A szilíciumkristályokat mikroszkopikus nyomástávadókban használják, mivel stressz hatására piezorezisztív hatással bírnak [35]. Az is ismert, hogy az éretlen csont kollagénmátrixának piezoelektromos tulajdonságai vannak, amelyek megterhelés hatására elektromos potenciálokat generálnak. A csont mineralizációja az elektronegatív területeken történik, amelyeket a kompresszió hoz létre [36]. Lehetséges, hogy a szilícium szerepet játszik az ásványosodás elektrokémiai folyamatában, de a szilícium pontos biológiai szerepe továbbra sem ismert.

Az étrendi szilíciumpótlás vizsgálata növekvő állatokban javult a csontminőségről a fürj, a brojlercsirkék és a szivárványos pisztráng csontszilárdságának és sűrűségének közvetlen mérésével [37–39]. A versenyző negyed lovak randomizált vak vizsgálata összehasonlította a kontrollcsoportot az étrendi szilícium-kiegészítés három különböző szintjével [40]. A kiegészített lovak étrendjüket hat hónapos korukban kezdték meg, és 18 hónapig folytatták, beleértve egy féléves edzés- és versenyidőszakot. A verseny időtartamát, a sántaságot, a töréseket és a szérum szilíciumszintet rögzítettük a vizsgálat ideje alatt. A vizsgálat befejezésekor megállapították, hogy a közepes és magas szilícium-kiegészítésű lovaknál az első lebontás előtt lényegesen gyorsabb volt a versenyidő és nagyobb az edzési távolság. A legmagasabb szilícium-kiegészítéssel rendelkező lovaknál a csontcsont ásványianyag-sűrűsége is megnőtt a harmadik lábközépcsontban [40].

Noha a szilíciumpótlás a megnövekedett csont ásványi sűrűséggel társul, a hatás pontos mechanizmusát nem sikerült meghatározni. A csontforgalom szérummérései következetlenek voltak, míg a csontmátrix kialakulásának markerei folyamatosan nőnek. Ez arra utalhat, hogy a szilícium javítja az mineralizációt anélkül, hogy befolyásolná a csontképződés vagy a csontvesztés sebességét. A kollagénre is hatással lehet, amely az ásványi sűrűségtől függetlenül javítja a csont szilárdságát [46]. A csont szilárdságának javulásáról beszámoló tanulmányokkal ellentétben két kísérleti vizsgálat patkányokban a csontszilárdság kismértékű csökkenéséről számolt be, amikor az étrendbe túl magas és hosszan tartó étrendi szilíciumot adtak [43, 47]. Ez a túlzott szilícium antagonista hatását jelentheti, amely csökkenti a kalcium és a magnézium bélben történő felszívódását, ha nagyon nagy mennyiségű szilíciumot tartalmaznak az étrendben [47].

4. Osteoporosis és szilícium bevitel

A szilícium átlagos napi étrendi bevitele 20–50 mg az európai és észak-amerikai populációk esetében [14]. A szilícium napi bevitele magasabb Kínában és Indiában (140–200 mg/nap), ahol a gabonafélék, gyümölcsök és zöldségek alkotják az étrend nagyobb részét [52, 53]. Kínában és Indiában is a legalacsonyabb a csípőtörések gyakorisága a világ összes többi régiójához képest [54].

A 40 mg/napnál több szilíciumot tartalmazó étrend pozitívan társul a combcsont ásványianyag-sűrűségének növekedéséhez a 14 mg/nap alatti étrendi bevitelhez képest [55]. A posztmenopauzás skót nők vizsgálata megállapította, hogy az átlagos napi szilícium-bevitel 18,6 mg/nap volt, ami alacsonyabb volt, mint egy körülbelül 30 mg/nap brit étrend szokásos étrendje [56, 57]. A szilícium étrendi bevitele az életkor előrehaladtával körülbelül 0,1 mg/évvel csökken [58]. Egy észak-amerikai epidemiológiai vizsgálatban a posztmenopauzás nők egyike sem érte el 40 mg/nap diétás szilícium bevitelét [55].

A szilíciumpótlásnak korlátozott vizsgálata volt a csont ásványi sűrűségének növelésére szolgáló módszerként a posztmenopauzális osteoporosisban szenvedő nőknél [61, 62]. A szilícium monometil-triszilanol intramuszkuláris injekcióit 50 mg-os dózisban hetente kétszer, négy hónapon át adták posztmenopauzás nőknek, csontritkulásban. Ezt a kezelést etidronáttal, fluoriddal, magnéziummal és kontrollokkal hasonlítottuk össze [61]. Az összes csoportba tartozó betegek napi 1000 mg kalciumot és 500 NE D-vitamint kaptak. A femoralis csontsűrűség jelentős javulást figyelt meg a szilíciumcsoportban a többi csoporthoz képest. A csigolya csontsűrűsége jobban javult magnézium és etidronát beadásával, mint szilíciummal. Ez összhangban áll egy petefészek-eltávolított patkányokban végzett szilícium-kiegészítés vizsgálatával, amely a combcsont ásványi sűrűségének jelentős növekedését és az ágyéki csontsűrűség csak marginális növekedését mutatta [45].

Egy másik tanulmány a szilícium kiegészítésről csontritkulásban szenvedő nőknél a trabecularis csontmennyiség változását értékelte a csípőcsík biopsziával mért kezelési időszak után [62]. Három csoportba tartoztak a kontrollok, 16,5 mg/hét szilícium parenterális adagolása négy hónapig, vagy 27,5 mg/hét héten át tartó orális adagolás. A résztvevők a szokásos étrendet fogyasztották, de kiegészítő kalciumot vagy D-vitamint nem adtak hozzá. A kiegészítő szilíciummal rendelkező két csoportban jelentősen megnőtt a trabecularis csontmennyiség a kontroll csoporthoz képest [62].

Egy újabb vizsgálatot végeztek oszteopéniás nőknél, 3, 6 vagy 12 mg szilícium-kiegészítést alkalmazva a kontrollokhoz képest [46]. Mind a négy csoport kalcium- és D-vitamin-kiegészítést kapott, de más kezelési formát nem. Egy év elteltével a kontrollcsoportnál csökkent a combcsont sűrűsége, míg a szilícium-kiegészítéssel rendelkező csoportok fenntartották a csontsűrűséget. A különbség azonban statisztikailag nem volt szignifikáns. Meg kell jegyezni, hogy az átlagos étrendi szilícium bevitel napi 20-50 mg között mozog az Egyesült Államokban; így ebben a vizsgálatban a szilíciumpótlás szintje alacsony volt, még a 12 mg/nap csoport esetében is.

A szilícium-kiegészítést követően a csontforgalom szérummarkereit is vizsgálták a csont ásványi sűrűségének közvetlen mérése helyett [46, 63]. Ezek a vizsgálatok nem voltak meggyőzőek. Az egyik egy rövid, 12 hetes vizsgálat volt, amely nem mutatott mérhető változásokat [63]. A másik tanulmány az I. típusú kollagénképződés (PINP) markereinek jelentős pozitív változásáról számolt be, de a csontforgalom egyéb markereiben nem történt változás [46].

A posztmenopauzában szenvedő nők és a posztmenopauzális osteoporosis kísérleti modelljei alapján bizonyíték van arra, hogy a mérsékelt szilíciumpótlás jótékony hatással van a csont mineralizációjára és a csontsűrűségre, vagyis független más tényezőktől.

5. A szilícium étrendi forrásai

Az étrendi szilícium fő forrásai a teljes kiőrlésű gabonafélék, gyümölcsök, italok és zöldségek ebben a sorrendben [14, 22, 56, 64] (1. táblázat). A finomítatlan gabonafélék és szemek magas szilíciumtartalommal rendelkeznek, különösen a zab és a zabkorpa. A rizshéjak és a héjak gazdag szilíciumforrások. A sör magas szilíciumtartalommal rendelkezik az árpa és a komló feldolgozása miatt. A húsokban, tejtermékekben és finomított lisztekben kevés szilíciumtartalom van. Az ivóvíz szilíciumforrás lehet a feldolgozás forrásától és módjától függően [14, 24]. A kemény víz szilíciumszintje általában magasabb, mint a lágy vízé. Az ivóvíz flokkulációval történő kezdeti tisztítása csökkenti a csapvíz szilíciumtartalmát [22, 64].

A csontsűrűség és a sör, bor és ital fogyasztása közötti kapcsolatot Tucker et al. [65]. Megállapították, hogy a mérsékelt alkoholfogyasztás a csont ásványi sűrűségének növekedésével jár együtt a férfiaknál és a posztmenopauzás nőknél, amikor az alkohol forrása sör vagy bor volt, de nem akkor, amikor az alkoholos ital volt. Ez arra utal, hogy az alkoholtól eltérő komponensek befolyásolhatják a csontsűrűséget. Egy másik tanulmány kimutatta, hogy az alkoholmentes sör élesen csökkentette a csontreszorpció markereit [66]. Ugyanez a tanulmány azonban kimutatta, hogy az etanol mérsékelt bevitele önmagában is csökkenti a csontreszorpció markereit. Bár Tucker és Sripanyakorn et al. azt javasolta, hogy a sörben lévő szilícium mérsékelten befolyásolja az etanoltól független csontképződést, a szilícium bevitelének rövid távú hatása a csontreszorpció markereire nem volt kimutatható [65, 66].

A szilícium bélben történő felszívódásának biohasznosulása a szilíciumvegyület oldhatóságától függ [22, 58]. A szilíciumszint magas a banánban, de a szilícium erősen polimerizálódik és rosszul szívódik fel [24]. A szilícium felszívódása a teljes kiőrlésű gabonákból és gabonatermékekből (reggeli müzlik, kenyér, rizs és tészta) a legjobb. A zöldbab és az aszalt gyümölcs szilíciumfelvétele közepes [58]. Az ortosavsav a szilícium-dioxid oldható és felszívódó formája, vagyis jelen van a sörben, egyes italokban és néhány ivóvízben. A vulkanikus területek természetes vízforrásaiban magas az ortosavsavszint [58].

A szilícium egyes táplálék-kiegészítőkben is elérhető, változó mennyiségű biohasznosulással [24]. A szilíciumot tartalmazó savkötők, például a magnézium-triszilikát gyenge felszívódása figyelhető meg. A kiegészítő monometil-szilántanol (MMST) a szilícium felszívódó formája, míg a kolin-stabilizált ortosavsav közbenső. Általában a kisebb molekulák vagy monomer formák jobban felszívódnak, mint a nagyobb, erősen polimerizált vagy oligomer formák [24].

Állatok vagy emberek szájon át történő toxicitásának bizonyítékainak hiányában az emberek számára biztonságos felső határértékeket ajánlottak, maximális 700–1 750 mg/nap tartományban [22, 26]. Így nem valószínű, hogy a szerény táplálék-kiegészítők káros hatásokat okoznának normális vesefunkciójú embereknél.

6. Összefoglalás

A posztmenopauzális osteoporosis optimális terápiája a megelőzés, a testmozgás, a táplálkozás, a korai diagnózis és a megfelelő kezelés kiegyensúlyozott megközelítését foglalja magában. Noha számos tényező járul hozzá a csontok egészségéhez és a posztmenopauzás osteoporosis terápiájához, a szilícium egyúttal ásványi anyag is, amelyet egyre inkább elismernek a csontképződés és a fenntartás alapvető tápanyagaként. Ha az orvosi közösség nagyobb figyelmet fordít erre a fontos tápanyagra, javulhat az étrend-kiegészítők és jobban megismerhető a szilícium szerepe a posztmenopauzás osteoporosis kezelésében.