Forschung und WissenschaftKnochen

 

Aus Forschung
& Wissenschaft

Kieselsäure. Silizium

 

Knochen

 

Costa-Rodrigues J, Reis S, Castro A, Fernandes MH
Bone Anabolic Effects of Soluble Si: In Vitro Studies with Human Mesenchymal Stem Cells and CD14+ Osteoclast Precursors
Stem Cells Int. 2016; Epub 2015 Dec 20


Die Wirkung von Kieselsäure im Kulturmedium auf Vorläuferzellen von Osteoblasten und Osteoklasten wurde in diesem Laborexperiment untersucht. Dabei wurden Konzentrationen verwendet wie sie im Blutplasma vorkommen (0,2 - 125 µM).
Generell wuchsen die Zellen mit zunehmender Kieselsäurekonzentration besser und mehr Zellen differenzierten sich schon bei Konzentrationen, wie sie dauerhaft im Blutplasma vorkommen.
Die Expression von spezifischen Markern zur Genese von Osteoklasten (M-CSF und RANKL) sowie von Markern für die Knochenbildung (RUNX2, COLI, ALP) wurde zur Beurteilung der Wirkung von Kieselsäure herangezogen. Mit zunehmender Kieselsäurekonzentration sank die Expression der Marker für die Osteoklastengenese, wohingegen die Expression der Knochenaufbaumarker signifikant anstieg. Nicht nur auf der molekularen Ebene, sondern auch auf Zellebene war die Abnahme der Osteoklastengenese zu beobachten. Dies geschah erst bei höheren Konzentrationen, wie sie z.B. nach einer Mahlzeit im Blutserum vorkommen. Somit folgern die Autoren, dass Kieselsäure nicht unbedingt die Hauptrolle beim Knochenaufbau spielt, aber dennoch einen zusätzlichen positiven Effekt liefert. Sie kann als ein positiver physiologischer Faktor des anabolischen Knochenstoffwechsels angesehen werden.

 

Jugdaohsingh R, Watson AI, Bhattacharya P, van Lenthe GH, Powell JJ
Positive association between serum silicon levels and bone mineral density in female rats following oral silicon supplementation with monomethylsilanetriol
Osteoporos Int. 2015 Apr;26(4):1405-15

 

Dieser Tierversuch untersucht den Zusammenhang zwischen der Kieselsäurekonzentration im Trinkwasser und der Knochenqualität bei männlichen und weiblichen Ratten. Jeweils 10 Ratten erhielten 90 Tage lang Trinkwasser mit entweder weniger als 0,1 oder 115 oder 575 mg/l Kieselsäure. Mit zunehmender Supplementation stiegen geschlechtsunabhängig die Kieselsäurekonzentration im Blutserum und im kollagenreichen Ohrgewebe signifikant an. Bei weiblichen, jedoch nicht bei männlichen Ratten, gab es den Trend, dass mehr mit dem Wasser aufgenommene Kieselsäure mit einer höheren Osteocalcinkonzentration im Blutserum einhergeht und einen signifikanten Zusammenhang zwischen höherer Kieselsäurekonzentrationen im Blutserum und besserer Knochenqualität.
Die Kieselsäurekonzentration im Knochen hatte keine Einfluss auf die Knochenqualität. Nach den Autoren werden mit dieser Studie die Beobachtungen aus epidemiologischen Studien unterstützt, denen zufolge sich mit der Nahrung aufgenommene Kieselsäure positiv auf die Knochendichte bei jungen Frauen auswirkt.

 

 

Rodella LF, Bonazza V, Labanca M, Lonati C, Rezzani R
A review of the effects of dietary silicon intake on bone homeostasis and Regeneration
J Nutr Health Aging. 2014 Nov;18(9):820-6

 

Dieser systematische Review geht der Frage nach, inwieweit Silizium bzw. Kieselsäure, Wirkung auf den Knochenstoffwechsel hat. Dazu wurden 38 Studien erfasst, davon 11 Tierversuche, 5 klinische Studien und 5 in vitro Studien (Zellversuche).
Alle Studien zeigten positive Ergebnisse von Kieselsäure auf den Knochenstoffwechsel, d.h. verschiedene Marker wie Knochendichte, Mineralstoffkonzentration im Knochen, Wachstumsrate, Kollagen, Osteoblasten, Osteoclasten.
Lediglich in einem Tierversuch fand sich bei sehr hohen Dosen an Kieselsäure (Supplemente), wie sie selbst durch eine sehr kieselsäurereiche Ernährung beim Menschen nicht zu erreichen ist, eine Verringerung der Knochenstärke und -elastizität.
Die Autoren folgern aus der Studienlage, dass Kieselsäure ein essenzielles Spurenelement für die Knochengesundheit und den Knochenstoffwechsel ist, das damit zu anti-aging, regenerativen und stärkenden Effekten führt, und damit nützlich in der Prävention von Knochenerkrankungen ist.

 

 

Macdonald HM1, Hardcastle AC, Jugdaohsingh R, Fraser WD, Reid DM, Powell JJ.
Dietary silicon interacts with oestrogen to influence bone health: evidence from the Aberdeen Prospective Osteoporosis Screening Study
Bone. 2012 Mar

 

Diese Kohortenstudie untersucht, in wie weit Kieselsäure in der Nahrung Osteoporose bei Frauen beeinflusst und dies vom Östrogenstatus abhängt.
Dazu wurden 3198 Frauen im Alter von 50-62 Jahren untersucht, von denen 1170 aktuell eine Hormonersatztherapie und 1018 nie eine Hormonersatztherapie hatten.
Gemessen wurde die Knochendichte mit Röntgen (DXA) vom Oberschenkelhalsknochen (Femur) und lumbale Wirbelsäule (L2-L4) und Marker für Knochen-Abbau (freie Pyridollin crosslinks (fPYD) und freie Deoxypyridollin crosslinks (fDPD) im Urin pro mg Kreatinin), Marker für Knochen-Bildung (N-terminales Propeptid Typ 1 collagen (P1NP) im Blut und Intaktes Parathormon im Blut) und es wurde der
Gehalt an (aufnehmbarer) Kieselsäure in der Nahrung über Fragebogen (FFQ) erfasst.
Der Gehalt der Kieselsäure in der Nahrung wurde in Quartile eingeteilt und gemäß der Kalorienmenge adjustiert (mittlere Aufnahmemenge pro Tag 16,5; 20,9; 24,1; 31,5 mg).
Die Studie zeigt, dass Frauen, die sich so ernähren, dass viel Kieselsäure in der Nahrung ist, eine um 2 % höhere Knochendichte am Oberschenkel haben, und Marker für Knochenabbau geringer und Marker für Knochenaufbau höher sind, wobei das v.a. für Frauen gilt, bei denen Östrogen im Blut vorhanden ist, sei es weil sie noch nicht in der Menopause sind oder weil sie Östrogene einnehmen.
Die Studie bestätigt laut den Autoren die Erkenntnisse aus der Framingham-Studie, nämlich dass Kieselsäure in der Nahrung mit der Knochendichte am Oberschenkel (nicht der Wirbelsäule) positiv zusammenhängt, wobei dies zudem mit dem Östrogen-Status der Frauen zusammenzuhängen scheint.

 

Kim MH, Bae YJ, Choi MK, Chung YS
Silicon supplementation improves the bone mineral density of calcium-deficient ovariectomized rats by reducing bone resorption
Biol Trace Elem Res. 2009 Jun

 

Dieser Tierversuch untersucht den Einfluss von Kieselsäure in der Nahrung auf den Knochenabbau.
Dazu wurden 72 sechs Wochen alte Ratten ohne Eierstöcke (= Modell für Menopause) in 6 Gruppen unterteilt, mit 3 unterschiedlichen Mengen an Calcium in ihrer Nahrung (Calcium 0,1 %, 0,5 %, oder 1,5 %) und dazu gab es keine (0 mg) oder 500 mg Kieselsäure pro kg Futter extra.
Untersucht wurden die Knochendichte der Ratten in Ober- und Unterschenkel, Wirbelsäule,
zudem Marker für Knochenabbau ( C-Telopeptid Typ 1 Collagen) und Marker für Knochenabbau (Alkalische Phosphatase und Osteocalcin im Serum).
Die Kieselsäure führte in diesem Tier-Menopause-Modell in den Gruppen mit zu wenig Calcium (0,1 %) in der Nahrung gegenüber mehr Calcium (0,5 und 1,5 %) zu erhöhter Knochendichte in Ober-und Unterschenkel (nicht Wirbelsäule) und zu einer Senkung des Knochenabbaus, jedoch nicht zu einer Änderung des Knochenaufbaus.
Diese Tierstudie bestätigt damit Studien an Frauen in der Menopause, dass die Einnahme von Kieselsäure die Knochendichte im Ober- (und Unter)-Schenkel bessern kann.

 

 

Jugdaohsingh R.

Silicon and bone health.

J Nutr Health Aging. 2007 Mar-Apr;11(2):99-110.

 

Die Inzidenz der Osteoporose nimmt zu, und dementsprechend werden auch osteoporotische Frakturen immer häufiger: In Großbritannien sind es jedes Jahr mehr als 200.000 Frakturen, mit Kosten von mehr als 1 Milliarde Pfund; in anderen Industrieländern finden sich ähnliche Verhältnisse. Umso wichtiger ist die Prävention dieser Frakturen: Eine ausreichende Calciumzufuhr mit der Ernährung ist eine bekannte Maßnahme, aber in diesem Zusammenhang gewinnt auch Silizium ein immer größeres Interesse.

US-amerikanische und britische Kohortenuntersuchungen der letzten 30 Jahre weisen darauf hin, dass eine höhere Siliziumzufuhr zu einer erhöhten Knochenmasse führt, und zwar vor allem bei Männern und bei prämenopausalen Frauen. Auch kontrollierte Interventionsstudien mit Siliziumsupplementation über mehrere Monate haben zumindest tendenziell eine vermehrte Knochenmineralisation unter Silizium gezeigt.
Der genaue biologische Wirkmechanismus, über den Silizium die Knochengesundheit beeinflusst, ist derzeit noch unklar, vermutet wird eine Rolle bei der Synthese von Kollagen als Knochengrundsubstanz sowie bei der Stabilisierung und Mineralisation der Knochenmatrix.

 

Jugdaohsingh R, Tucker KL, Qiao N, Cupples LA, Kiel DP, Powell JJ.
Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the Framingham Offspring cohort.
J Bone Miner Res. 2004 Feb;19(2):297-307. Epub 2003 Dec 16.

 

Diese Querschnittsstudie mit 1251 Teilnehmern der Framingham-Offspring-Kohorte im Alter von 30 bis 87 Jahren untersuchte den Zusammenhang zwischen Siliziumzufuhr mit der Ernährung und Knochenmineraldichte an vier Messorten (Hüfte und Lendenwirbelsäule).
Die Ergebnisse zeigten eine positive Korrelation von Siliziumzufuhr und Knochendichte an den vier Messorten im Hüftbereich bei Männern und prämenopausalen Frauen, aber nicht bei postmenopausalen Frauen. Im Lendenwirbelsäulenbereich fanden sich keine derartigen Zusammenhänge. Bei Einteilung in Quintile der Siliziumzufuhr fanden sich Unterschiede bei der Knochendichte um bis zu 10 % zwischen den Quintilen mit der höchsten Zufuhr (über 40 mg pro Tag) und der niedrigsten Zufuhr (unter 14 mg pro Tag). Weitere Auswertungen wiesen darauf hin, dass möglicherweise einige der positiven Wirkungen, die für einen mäßigen Alkoholkonsum postuliert werden, auf den Siliziumgehalt dieser Getränke zurückgeführt werden könnten.
Diese Befunde legen insgesamt nahe, dass eine höhere Siliziumzufuhr mit der Ernährung bei Männern und jungen Frauen einen protektiven Effekt gegenüber einer Osteoporose haben könnte. Längsschnitt- und Interventionsstudien  müssen dies weiter untersuchen.