Кремній Огляд його потенційної ролі в профілактиці та лікуванні постменопаузи
Чарльз Т. Прайс
Орландо, відділ ортопедичної хірургії, 1222 Orange Avenue, Орландо, FL 32806, США
Кеннет Дж. Коваль
Орландо, відділ ортопедичної хірургії, 1222 Orange Avenue, Орландо, FL 32806, США
Джошуа Р. Лангфорд
Орландо, відділ ортопедичної хірургії, 1222 Orange Avenue, Орландо, FL 32806, США
Анотація
Лікарі усвідомлюють переваги добавок кальцію та вітаміну D. Однак додаткові харчові компоненти також можуть бути важливими для здоров'я кісток. Наукова література зростає, де визнається, що кремній відіграє важливу роль у формуванні та підтримці кісток. Кремній покращує якість кісткової матриці та сприяє мінералізації кісток. Збільшення споживання біодоступного кремнію асоціюється із збільшенням мінеральної щільності кісток. Показано, що добавки кремнію у тварин та людей збільшують мінеральну щільність кісток та покращують міцність кісток. Дієтичні джерела біодоступного кремнію включають цільні зерна, крупи, пиво та деякі овочі, такі як зелена квасоля. Кремній у формі діоксиду кремнію, або діоксиду кремнію (SiO2), є звичайною харчовою добавкою, але має обмежене кишкове всмоктування. Більша увага до цього важливого мінералу з боку наукової спільноти може призвести до поліпшення харчування, дієтичних добавок та кращого розуміння ролі кремнію в лікуванні постменопаузального остеопорозу.
1. Вступ
Харчування, фізичні вправи та спосіб життя визнані важливими факторами лікування остеопорозу [1, 2]. Харчові добавки з кальцієм та вітаміном D зменшують ризик переломів та покращують ефективність фармакологічного управління [1, 3–5]. На додаток до кальцію та вітаміну D для покращення низької щільності кісткової тканини рекомендований широкий спектр харчових добавок, проте дані про користь обмежені [6, 7]. Відсутність доказів може означати, що потрібні додаткові дослідження, або це може означати, що добавки не потрібні.
Багато важливих поживних речовин поводяться синергетично, наприклад, вітамін D та вітамін K у процесі виробництва та активації остеокальцину. Вітамін D стимулює вироблення остеокальцину, тоді як вітамін К карбоксилює остеокальцин для поліпшення в’язкості кісток [8, 9]. Таким чином, може бути кілька мікроелементів, які слід доповнювати на додаток до кальцію та вітаміну D як частину лікування остеопорозу. Національні інститути охорони здоров’я США задокументували, що більше половини дорослих людей у США недостатньо вживають з їжею магній, вітамін К, вітамін С та інші поживні речовини, які є важливими для здоров’я кісток [10–12]. Одним із мінералів, який заслуговує на увагу, є кремній завдяки зростанню наукової літератури, яка визнає важливість кремнію для здоров’я кісток [13, 14].
З 2002 р. Почастішали дослідження щодо ролі кремнію в різних тканинах, включаючи кісткові [13, 14, 21, 22]. Метою цього звіту є розглянути роль кремнію як важливого елемента для формування та підтримки кісток. Другорядна мета - звернути увагу на цей харчовий компонент, щоб додаткові дослідження могли бути спрямовані на вивчення кремнію для лікування остеопорозу. Можливо, додаткові добавки з кремнієм слід розглядати на додаток до інших вітамінів та мінералів для лікування пацієнтів з низькою щільністю кісткової тканини.
2. Хімія кремнію
Водорозчинні форми кремнію всмоктуються в кишковому тракті, надлишки яких виводяться нирками протягом 4–8 годин після прийому [14]. Таким чином, навряд чи кремній накопичується у надмірних кількостях у здорових людей. Оральна токсичність елементарного або органічного кремнію не була виявлена ні у тварин, ні у людей, навіть коли щурів та мишей годували до 1000 разів більше, ніж нормальне споживання з раціоном [26]. Пацієнти, які перебувають на діалізі, можуть накопичувати кремній, оскільки ниркова недостатність перешкоджає виведенню кремнію. У пацієнтів із нирковою недостатністю повідомлялося про рівень кремнію в сироватці, який до десяти разів перевищує норму, але ніяких побічних ефектів з цими рівнями не пов’язували [27, 28]. Поодинокі випадки виникнення кремнеземних ниркових каменів у пацієнтів, які також споживали велику кількість магнію у формі антацидів трисиликатного магнію [22, 29]. Таким чином, несприятливих ефектів орального кремнію не спостерігалося у здорових людей.
3. Роль кремнію у формуванні кісток
Кремній зв’язується з глікозаміногліканами і відіграє важливу роль у формуванні поперечних зв’язків між колагеном та протеогліканами [15, 30, 31]. Кремній присутній у всіх тканинах організму, але тканинами з найбільшою концентрацією кремнію є кістка та інші сполучні тканини, включаючи шкіру, волосся, артерії та нігті [14]. Дослідження in vitro продемонстрували, що кремній стимулює синтез колагену типу 1 та диференціювання остеобластів [32]. Дослідження на щурах продемонстрували, що кремній на фізіологічному рівні покращує введення кальцію в кістку порівняно з щурами, у яких бракує кремнію [20, 33, 34]. Таким чином, кремній є важливим елементом для формування кісток [15, 16].
Точна послідовність мінералізації невідома, але Карлайл дійшов висновку, що кремній, ймовірно, діє, роблячи кістковий матрикс більш кальцифікованим [15]. Концентрація кремнію в остеоїдах у 25 разів більша, ніж в прилеглих районах, і вміст кремнію поступово зменшується у міру набрякання [17]. Кремній - відомий напівпровідник електричних зарядів. Кристали кремнію використовуються в мікроскопічних перетворювачах тиску, оскільки вони мають п'єзорезистивний ефект при дії на них [35]. Відомо також, що колагенова матриця незрілої кістки має п'єзоелектричні властивості, що генерують електричний потенціал при впливі. Мінералізація кісток відбувається в електронегативних зонах, що утворюються при стисненні [36]. Можливо, що кремній відіграє роль в електрохімічному процесі мінералізації, але точна біологічна роль кремнію залишається невідомою.
Дослідження харчових добавок кремнію у вирощуваних тварин свідчать про покращення якості кісток шляхом безпосереднього вимірювання міцності та щільності кісток перепелів, курчат-бройлерів та райдужної форелі [37–39]. У рандомізованому сліпому дослідженні скакових чвертей коней порівнювали контрольну групу з трьома різними рівнями харчових добавок кремнію [40]. Доповнені коні розпочали свій раціон у віці шести місяців і продовжували протягом 18 місяців, включаючи піврічний тренувальний та гоночний період. Протягом періоду дослідження реєстрували расові періоди, кульгавість, переломи та рівень кремнію в сироватці крові. По завершенню дослідження було встановлено, що коні із середнім та високим рівнем добавки кремнію мали значно швидший час бігу та більші дистанції тренування до першої поломки. Коні з найвищим рівнем додавання кремнію також мали підвищену мінеральну щільність кісток у третій п’ястковій кістці [40].