Silizium Vorkommen und Bedeutung im lebendigen System

Silizium Vorkommen und Bedeutung im lebendigen System

Silizium in der Natur

  • Silizium oxidiert sehr schnell, es kommt daher nicht als Reinelement (Si) in der Natur vor, sondern ausschließlich als SiO2
  • SiO2 tritt in Form mineralischer Silikate oder als reines SiO2 (Quarz) in der Natur auf
  • 87% der Erdkruste und 26% des äußeren Mantels sind Siliziumverbindungen
  • In heißen Gewässern sind Siliziumverbindungen häufig als Silikate gelöst
  • In Pflanzen finden sich unterschiedliche Formen von SiO2-Verbindungen

SiO2-Formen: Wirkung im Organismus

Kolloidales SiO2

  • Kolloidales Siliziumdioxid ist ein hydratisiertes Molekül mit der Summenformel H2SiO4, in der Strukturformel werden folgende zwei Formen des SiO2 angegeben (Hauser 1954)
  • Kolloidales amorphes hydratisiertes SiO2 (bzw. H2SiO4) wird auch als Kieselsäure bezeichnet (vgl. Abbildung links nach Hauser 1954)
  • SiO2-Moleküle vernetzen sich zu Aggregaten durch Polymerisation, hier gilt: je kleiner die Aggregate, desto weniger unerwünschte Nebenwirkungen sind vorhanden (Hecht & Hecht-Savoley 2008)
  • Liegen die Aggregate dieser Moleküle im Größenbereich von 1- 100nm so spricht man von kolloidalem Siliziumdioxid (SiO2), dem idealen Phasenzustand des SiO2, welches ideal vom Organismus resorbiert wird und frei von sämtlichen Nebenwirkungen ist (Hecht et al. 2014, Hecht & Hecht-Savoley 2008)

Kristallines SiO2

Der Bergkristall: SiO2 in rein kristalliner Form (aus Kaufmann 1998)
  • SiO2 in kristalliner Form (z.B. aus Quarzteilchen) an Labortieren zeigt wachsende Toxizität mit Abnahme der Partikeldurchmesser (bei 10 – 20nm letale Dosis bei 6,7mg SiO2/kg Körpergewicht) (Voronkov et al. 1975) => d.h. diametral entgegengesetztes Verhalten zum amorphen SiO2, das bei kleiner werdenden Partikeldurchmessern zunehmende gesundheitliche Effekte besitzt (mit Optimum im kolloidalen Bereich)
  • Bei Inhalation von Quarzstaub (d.h. kristallinen SiO2-Teilchen): Gefahr der Lungenkrankheit Silikose (Hecht & Hecht-Savoley 2008)

Monokieselsäure

  • Polymerisation beschreibt die Verkettung der SiO2-Moleküle (Monomer, Dimer, Trimer usw.) (Hecht 2016)
  • Polymerisation erfolgt sehr rasch, Makromoleküle (sogenannte SiO2-Polymere) entstehen (Hecht 2016)
  • Monokieselsäure (einzelne H2SiO4-Moleküle) ist nur untoxisch, wenn sie sehr gering konzentriert (1%ige Lösung) und frisch zubereitet ist, stehenlassen von Monokieselsäurelösung (15%) erhöht Toxizität nach 1 Monat um Faktor 8, nach 80 Tagen um Faktor 20 (Voronkov et al. 1975) => Ursache: Polymerisation (Voronkov et al. 1975)

Polykieselsäure

Schema der Resorption verschiedener Formen der Kieselsäure an der Darmwand (Hecht 2016)
Bild links (Hecht 2016):
  • Polymeres SiO2 hat herabgesetzte Resorptions- und Absorptionsmöglichkeit, zudem toxisch in hohen Dosen (vgl. polymerisierte Monokieselsäure)
  • Durchdringung der Darmwand nur bedingt möglich
Bild rechts (Hecht 2016):
  • Gleichverteilte SiO2– und H2O-Moleküle in der kolloidalen Phase dagegen haben große Absorptionsfähigkeit
  • Vollständige Durchdringung der Darmwand

SiO2 aus Pflanzen

Schema des Lösungsvorgangs pflanzlicher SiO2-Verbindungen im Verdauungstrakt (Hecht 2016)
  • In der Pflanze werden drei Formen von SiO2 unterschieden: (1) Phytolithe, (2) an der Zellwand abgelagertes SiO2 und (3) freies SiO2 (Bally 1970)
  • Pflanzliche freie Kieselsäure ist Monokieselsäure und wird gut resorbiert (Hecht & Hecht-Savoley 2008)
  • Phytolithe und abgelagertes SiO2 sind hauptsächlich SiO2-Polymere und werden über den Kot ausgeschieden (Hecht & Hecht-Savoley 2008)
  • Geringe Mengen von kolloidalem SiO2 wird aus Phytolithen gelöst und ideal verwertet (Hecht & Hecht-Savoley 2008)

SiO2 aus Tonmineralien

Montmorillonitstruktur (Stanislaus 1974 in Hecht 2016)
  • Tonminerale: Wasserhaltige Aluminiumsilikate, die Wasser und Ionen anlagern können, z.B. Montmorillonit mit 55-60% SiO2-Anteil, Rest: AlO3 (15-20% Anteil) und weitere oxidische Verbindungen
  • Ton war als Heilmittel und Kosmetikum bereits vor tausenden von Jahren im alten Ägypten & Indien verbreitet => antibakterielle Wirkung (Wundheilung), Hautpflege, Verdauungsstörungen
  • Heute Tonminerale (wie Bentonit, Montmorillonit) sind auf bioaktive Wirkung wissenschaftlich gut untersucht und hauptsächlich verwendet als:
    • Pharmazeutischer Hilfsstoff (Ionenaustausch und Adsorption)
    • Detoxificans in der Human- und vor allem Veterinärmedizin

    => SiO2-Gitterstruktur bleibt weitgehend erhalten, geringe Aufnahme von gelöstem SiO2 über die Darmwand (Hecht & Hecht-Savoley 2008)

SiO2 aus Zeolith

Schema zum Ionentausch des Zeoliths im Verdauungskanal (Hecht 2016)
  • Zeolith: Natürliches mikroporöses Gestein vulkanischen Ursprungs
  • Das Grundgerüst des Zeoliths ist ein Kristallgitter, das sich aus Aluminium- und Siliziumdioxid-Tetraedern aufbaut mit 60-75% SiO2-Anteil und 10-15% Al2O3-Anteil
  • Ähnlich wie beim Ton besitzt Zeolith entgiftende Eigenschaften durch die Fähigkeit von Ionenaustausch und Adsorption (Schermetallionen werden in der Gitterstruktur einngebunden) (Hecht & Hecht-Savoley 2008) => Zeolith wird im Darm nicht resorbiert, sondern ausgeschieden (in-vivo-Studie von Dr. Nikolai Daskaloff) (Daskaloff 2005)
  • Obwohl Zeolith fast vollständig ausgeschieden wird, können im sauren Milieu des Magens geringe Mengen fest fixiertes Silizium und Aluminium aus dem Gitter herausgelöst werden (Gorokhov 1982)
  • Das herausgelöste SiO2 hydratisiert und kann in kolloidaler Form dem Körper zugeführt werden (Gorokhov 1982)
  • Das entstehende Aluminiumsalz (AlCl3) wird ebenfalls freigesetzt (Gorokhov 1982) => Anreicherungen von Aluminium in den Plaques im extrazellulären Gehirngewebe werden von einigen Autoren in Zusammenhang mit Morbus Alzheimer gebracht (Crapper et al. 1973; Edwardson et al. 1986) ; andere Autoren wie Carlisle (1986) widersprechen und zeigten im Tierversuch, dass sich Al-haltige Plaques nur dann herausbildeten, wenn ein Aluminium-Überschuss und ein Silicium-Mangel bestand (Hecht & Hecht-Savoley 2008)

Kolloide im lebendigen System

Definition Kolloid

  • Kolloid = griechisch Kolla = Leim
  • Kolloidaler Zustand = besondere Verteilungs-/Zustandsform der Materie
  • Kolloidale Lösung besteht aus Teilchen von 1-100nm, die untereinander in Spannungsverhältnis stehen und sich der Gravitation entziehen (Ostwald 1944)

Kolloide im Organismus

  • „Alle Lebenserscheinungen spielen sich ab in einem kolloidalen System“ (Ostwald 1944)
  • Daher: alle Flüssigkeiten im menschlichen Körper (Blutserum, Urin, Lymphe, Verdauungssäfte, Liquor, Galle, Tränenflüssigkeit, etc.) haben kolloidalen Charakter (Ostwald 1944; Hecht & Hecht-Savoley 2008)
    => D.h. kolloidale Mineralverbindungen ideal, da adäquat zu körpereigenen Kolloiden (Ostwald 1944; Hecht & Hecht-Savoley 2008)

Kolloid-physikalische Veränderung des lebenden Gewebes im Alterungsprozess

  • Russischer Bakteriologe Iljin I. Metschnikov (1845-1916) prägte den Satz: „Man ist so alt wie sein Bindegewebe“ (Hecht & Hecht-Savoley 2008)
  • Der deutsche Internist Max Bürger (1958) postulierte einen fortschreitenden Verdichtungsprozess des menschlichen Gewebes durch langsamen Wasserverlust im Alter und erkannte, dass kolloidale physikalische Vorgänge verantwortlich sind (Ostwald 1944; Hecht & Hecht-Savoley 2008)
  • Jedes Kolloid vergrößert mit fortschreitendem Alter seine Teilchen, gibt Wasser ab und verkleinert somit seine Oberfläche (Kober 1955)
  • Alterungsdefinition nach Kober (1955):
    => „Das Altern ist eine kolloidphysikalische Veränderung durch Verkleinerung der inneren Oberfläche, die ihrerseits eine Teilchenvergrößerung verursacht und damit den Wassergehalt des Organismus vermindert. Infolge dessen verliert das Gewebe seine Straffheit und Elastizität.“

Kolloidales SiO2 Hydratisierung des Bindegewebes

  • Kolloidale hydratisierte Aggregate des amorphen SiO2 (rechts) können bis zum 40-fachen des eigenen Mol-Gewichts an Wasser binden (William 1986)<
  • SiO2 in extrazellulärer Matrix: Extrazelluläre Matrix (Bindegewebe) wird in hydratisierten Zustand versetzt (William 1986)<
  • Hydratisierung des Bindegewebes beruht auf kolloid-physikalischer, nicht auf chemischer Wirkung (Kober 1955, Hecht & Savoley 2008)<
Schematische Darstellung des amorphen hydratisierten SiO2 (William 1986 in Hecht 2016)

Kolloidales SiO2 Im Alterungsprozess des Menschen

  • Jugendlicher Organismus besitzt mehr kolloidales SiO2, alter Körper weist weniger SiO2 auf, dieses vorwiegend in nicht kolloidaler, inaktiver abgelagerter Form (Kober 1955)
  • Grundsubstanz der extrazellulären Matrix besitzt nahezu identische Eigenschaften wie das kolloidale SiO2 (Hecht & Hecht-Savoley 2008)

Literatur

  • Bally, C.B. (1970): Renal function in cows with particular reference to clearance of silicic acid. Vet. Sce. 11, S. 533-539
  • Carlisle, E.M. (1986): Silicon as an trace element in animal nutrition. In: Ciba Foundation Symposium 121: Silicon biochemistry. John Wiley and Sons, Chichester u.a., S. 123-139
  • Crapper, D. R.; Krishnan, S.S.; Dalton, A.J. (1973): Brain aluminium distribution in Alzhiemer’s disease and experimental neurofibrillary degeneration. Science (Wash DC) 180., S. 511-513
  • Daskaloff, N. (2005): Untersuchung zum Resorptionsverhalten von aktiviertem Klinothilolith-Zeolith im menschlichen Verdauungstrakt mittels Isotopenmarkierung. Froximun: Auszüge vorliegender Forschungsergebnisse, November 2006, S. 41-42. In: Hecht, K.; Hecht-Savoley, E. (2011): Klinopthilolith-Zeolith, Siliziummineralien und Gesundheit. Spurbuchverlag. Baunach. Deutschland
  • Edwardson, J.A.; Klinowski, J.; Oakley, A.E.; Perry, R.H.; Candy, J.M. (1986): Aluminiumsilicates and the aging brain: implication for pathogenesis of Alzheinmer’s disease. In: Ciba Foundation Symposium 121: Silicon biochemistry. John Wiley and Sons, Chichester u.a., S. 160-173
  • Gorokhov, W.K.; Dunicev, V.M.; Melnikov, O.A. (1982): Zeolithe aus Sakhalin. Vladivostok, Dalnevostocnoe Krishnoe isdatelstovo, S. 1-105 (russisch)
  • Hauser, E. (1955): Silizic Science. D. van Nostrand Co. Inc.Princeton, New Jersey, Toronto, London, New York
  • Hecht, K.; Hecht-Savoley, E. (2008): Naturmineralien, Regulation, Gesundheit. IFOGÖT-Reihe Band 1. Schibri-Verlag Berlin-Milow, Deutschland
  • Hecht, K.; Hecht-Savoley, E.; Kölling, A.; Meffert, P. (2014): Das essentielle Spurenelement Silizium und der Siliziumgehalt im Blut von älteren Menschen nach langjähriger Einnahme von Klinopthilolith-Zeolith und Montmorillonit. OM & Ernährung. 148, S. 16-23
  • Hecht, K. (2016): Zeolith – Lebenskraft durch das Urgestein; Prävention – Detoxhygiene – Ökologie. Spurbuchverlag, Baunach, Deutschland
  • Kaufmann, K. (1998): Silicium, Heilung durch Ursubstanz. Helfer Verlag, E. Schwabe GmbH, Bad Homburg, Deutschland
  • Kober, B. 1955: Die Anwendung der Kieselsäure in der Heilkunde. Münchener Medizinische Woche 23, S. 767-770
  • Kroll, W. (1958): Der oxidative Abbau von Huminsäuren in Gegenwart von Kieselsäure. Dissertation Landwirtschaftliche Fakultät Göttingen vom 26.06.1958
  • Ostwald W. (1944): Die Welt der vernachlässigten Dimensionen. Verlag von Theodor Steinkopff. 12. unveränderte Auflage. Dresden und Leipzig, Deutschland
  • Stanislaus, F. (1974): Arzneistoffliberation aus Einlagerungsverbindungen mit pharmazeutisch gebräuchlichen Schichtsilikaten. Diss. Universität München
  • Voronkov, M.G.; Zelchen, G.L.; Lukevitz, E. (1975): Silizium und Leben. Akademie-Verlag, Berlin, Deutschland
  • William, R.J.P. (1986): Introduction to silicon chemistry and biochemistry. In Ciba Foundation Symposium 121: Silicon biochemistry, Wiley and Sons, Chichester u.a., S. 24-39