Silicium: definitie, synthese, absorptie, transport en distributie

Silicium is een scheikundig element met het symbool Si. In het periodiek systeem heeft het atoomnummer 14 en bevindt het zich in de 3e periode en 4e hoofdgroep en koolstof groep, respectievelijk ("tetrels"). Sinds silicium heeft de eigenschappen van zowel metalen als klassieke niet-geleiders, het is een van de typische halfmetalen of halfgeleiders (elementaire halfgeleiders). De voorwaarde silicium is afgeleid van het Latijnse woord "silex" (harde steen, kiezelsteen, vuursteen). Als een van de belangrijkste rotsvorming mineralenis silicium na het meest voorkomende element in de aardkorst zuurstof (elementsymbool: O) met 27.6%. Daar vanwege zijn hoge affiniteit voor zuurstofkomt het voornamelijk voor in de vorm van silicaat (SiO4, zouten en esters van ortho-kiezelzuur (Si (OH) 4) en zijn condensaten) en siliciumdioxide, dat hoofdzakelijk bestaat uit kiezelzuuranhydride of siliciumdioxide (SiO2) en is afkomstig van radiolarians (radiolarians, eencellige organismen met een endoskelet van opaal (SiO2)) en diatomeeën (diatomeeën met een celschil van SiO2) afgezet in lagen. In alle verbindingen die in de natuur voorkomen, vormt silicium uitsluitend enkelvoudige bindingen - Si-O enkelvoudige bindingen - waarin het voornamelijk verschijnt als een vierwaardige elektropositieve partner - viervoudig gecoördineerd, positief geladen siliciumatoom. Hierdoor kan de tetraëdrisch opgebouwde silicatie (SiO44-) grotere verbindingen (driedimensionale netwerken) vormen, bij voorkeur met de samenstelling SiO2. Daarnaast bestaan ​​er verbindingen waarin silicium een ​​vijf- of zesvoudig is coördinatie​ Synthetisch geproduceerde verbindingen van tweewaardig silicium (silylenen) zijn meestal onstabiel, waarbij alleen siliciummonoxide (SiO) belangrijk is, vooral in de optische industrie. Hoewel diermodellen spreken voor een wezenlijkheid van silicium, is dit nog niet bewezen voor het menselijk organisme. Om deze reden is silicium een ​​van de ultratrace-elementen (elementen waarvan de essentie is bevestigd in dierproeven en waarvoor onder extreme omstandigheden deficiëntieverschijnselen zijn gevonden zonder dat hun specifieke functies bekend zijn). Silicium is beschikbaar voor de mens door zijn natuurlijke inhoud in voedsel - in vrije vorm als monokiezelzuur (orthosiliciumzuur, Si (OH) 4) of silicaat (SiO4) en gebonden als een ether or ester derivaat - en door het gebruik ervan als voedingsadditief - silicaten (SiO4) als antiklonter- en antischuimmiddelen. Plantaardig voedsel, vooral vezelhoudende granen zoals gerst en haver, en wortelgroenten, zijn over het algemeen rijker aan silicium dan dierlijk voedsel, maar zijn vermoedelijk minder biologisch beschikbaar vanwege de overwegend polymere bindingsvorm van silicaten (macromoleculen samengesteld uit meerdere SiO4-eenheden). Dranken, zoals bier, bevatten ook hoge gehalten aan silicium, dat ook in een gemakkelijk te gebruiken vorm is.

Absorptie

Silicium kan zowel via voedsel als via voedsel het lichaam binnendringen absorptie (opname) in het maagdarmkanaal (GI) en via de ademhalingslucht door resorptie (opname) in de pulmonale longblaasjes (longblaasjes waar gasuitwisseling tussen bloed en alveolaire lucht treedt op tijdens ademhaling). Organisch gebonden silicium of polymeer silicaat (een macromolecuul samengesteld uit verschillende SiO4-eenheden) geleverd via de dieet moet eerst in de spijsverteringskanaal door hydrolytisch enzymen van de alvleesklier en / of het borstelmembraan van de enterocyten (cellen van de dunne darm epitheel) om te worden opgenomen in de dunne darm als monomeer silicaat (SiO44-). Intestinaal absorptie van monokiezelzuur of monomeer silicaat geleverd door de dieet vindt direct plaats zonder voorafgaande enzymatische hydrolyse (splitsing door reactie met water​ Het mechanisme waarmee silicium wordt opgenomen in de enterocyten (cellen van de dunne darm epitheel) en vervolgens in de bloedbaan is onduidelijk. Diatomeeën, waarvan de celenvelop grotendeels bestaat uit siliciumdioxide (SiO2), zijn permeabel voor het menselijke darmkanaal en passeren de intacte darm slijmvlies en lymfatisch circulatie​ Evenzo kunnen ze het lichaam binnendringen absorptie functie in het pulmonale longblaasjesBij zwangere vrouwen kunnen diatomeeëndeeltjes de placentabarrière passeren en zich ophopen in de weefsels van respectievelijk pasgeboren en premature baby's. De absorptiesnelheid van silicium hangt af van het type binding, de voedingsvezels inhoud, biologische leeftijd, geslacht en de functionele toestand van exocriene klieren zoals de pancreas (pancreas → productie van spijsverteringsstelsel enzymen die worden uitgescheiden in de dunne darm​ Aangezien silicium dat via voedsel wordt ingenomen voornamelijk van plantaardige oorsprong is en dus voorkomt in de vorm van polymeren (macromoleculen die zijn samengesteld uit verschillende identieke eenheden - in dit geval SiO4) of gebonden aan organische moleculen die hydrolytische splitsing vereisen voordat ze worden opgenomen, is de absorptiesnelheid van silicium uit voedsel erg laag en bedraagt ​​slechts ongeveer 4%. De hoge voedingsvezels gehalte aan voedingsmiddelen die rijk zijn aan silicium draagt ​​bij aan de lage biobeschikbaarheid, aangezien celluloses en hemicelluloses uit bijvoorbeeld granen silicium binden en zo uit absorptie halen. Het merendeel van het silicium geleverd door de dieet wordt dus niet door het lichaam opgenomen, maar laat het niet via de ontlasting (ontlasting) achter. In vergelijking met polymere silica uit plantaardige producten wordt oraal toegediend monomere silica (Si (OH) 4) direct en snel geabsorbeerd doordat enzymatische hydrolyse niet nodig is en er geen interactie (interactie) is met voedselbestanddelen, en dus heeft een hogere biobeschikbaarheid​ Exocriene pancreasinsufficiëntie (ziekte van de alvleesklier), die wordt geassocieerd met onvoldoende productie van spijsvertering enzymen, mei leiden tot een afname van de siliciumabsorptie door een verminderde enzymatische splitsing van polymeer en voedselgebonden silicium in het darmlumen.

Transport en distributie in het lichaam

Geabsorbeerd monokiezelzuur respectievelijk monomere silicaten worden via de bloedbaan naar de juiste weefsels verdeeld. Het menselijk organisme bevat ongeveer 1-1.5 g silicium (~ 20 mg / kg lichaamsgewicht), dat zich ophoopt (accumuleert) vooral in bindweefsel en dus kan worden aangetroffen in bloed schepen, zoals aorta (main slagader), luchtpijp (luchtpijp), pezen, botten en huid​ Het hoogste siliciumgehalte wordt aangetroffen in botten (tot 100 mg / kg) vanwege hun hoge gewicht. Bovendien kan silicium zich ook ophopen in de longen en weefselvocht knooppunten (450 mg / kg). Het hoge siliciumgehalte concentratie of bindweefsel-achtige structuren liggen ten grondslag aan het voorkomen van het sporenelement als een integraal onderdeel van glycosaminoglycanen (zuur polysacchariden lineair opgebouwd uit herhalende disaccharide-eenheden) en proteoglycanen (sterk geglycosyleerde glycoproteïnen bestaande uit een eiwit en een of meer covalent gebonden glycosaminoglycanen), respectievelijk. In bloed serum wordt silicium voornamelijk aangetroffen in de vorm van niet-gedissocieerd monomeer silica (Si (OH) 4) in concentraties van 190-470 µg / l. Silicium serum concentratie wordt niet beïnvloed door biologische leeftijd of geslacht. Verschillende onderzoeken geven aan dat met toenemende leeftijd het siliciumgehalte in weefsels, vooral in huid, aorta en bottenDe leeftijdsgebonden siliciumdepletie in botten kan niet worden toegeschreven aan een siliciumtekort, maar aan de vermindering van het asgehalte (mineraalgehalte, anorganische fractie van bot) - calcium, fosfor, magnesium, zink, mangaan​ Ziekten, zoals osteoporose (botverlies, afname in botdichtheid vanwege de overmatige snelle afbraak van botstof en structuur met verhoogde gevoeligheid voor breuk) en atherosclerose (arterioscleroseverharding van de slagaders door afzetting van bloedvetten, bindweefsel, etc. in de muren van de schepen), versnellen de vermindering van weefsel concentratie van silicium.

afscheiding

Uitscheiding van geabsorbeerd silicium vindt grotendeels plaats via de nier in de vorm van magnesium orthosilicaat. Volwassenen scheiden gemiddeld ongeveer 9 mg silicium / dag in de urine uit. Bij zogende vrouwen kan via een bijkomend siliciumverlies van 350-700 µg / l worden verwacht moedermelk​ Siliciumhomeostase (onderhoud van a evenwicht) wordt voornamelijk gereguleerd door nier (nier-gerelateerde) uitscheiding, waarvan het niveau afhangt van de hoeveelheid die intestinaal wordt geabsorbeerd. wanneer de absorptie van silicium in de darmen laag is, bijvoorbeeld door verhoogde voedingsvezels inname is er een afname van de renale excretie (excretie), terwijl wanneer de intestinale siliciumabsorptie wordt verhoogd, bijvoorbeeld door administratie van monomeer silica, eliminatie via de urine wordt verhoogd.