Krzem w przyrodzie i medycynie

Kwas krzemowy bĊdzie miaá w przyszáoĞci
ogromne znaczenie w lecznictwie.
– Ludwik Pasteur, 1878
Krzem w przyrodzie i medycynie
Nazwa krzem silicium pochodzi od áaciĔskiego sáowa "silex", które oznacza kamyk. Krzem
jest pierwiastkiem chemicznym i skáadnikiem biologicznym. Jest on jednym z najpowszechniej wystĊpujących na ziemi pierwiastków – wagowo drugim tylko po tlenie. Stanowi on
ponad 1/4 wagi skorupy ziemskiej do której mamy dostĊp. W przyrodzie nie moĪna znaleĪü
krzemu w stanie wolnym. Jest zawsze poáączony z tlenem, jako dwutlenek krzemu, jest takĪe
obecny w formie bezwodnej i nazywa siĊ kwas krzemowy, czy w pochodnych soli – krzemianach. Sam krzem jest zbyt obojĊtny aby byü biologicznie aktywny ale w postaci kwasu krzemowego jest niezbĊdny dla ludzkiego zdrowia.
Kwasy krzemowe wystĊpują np. w piasku, granicie, mice, gnejsie, kwarcu tzn. w skaáach
pierwszorzĊdowych. Kwas krzemowy znajduje siĊ w naturze w wielu róĪncych formach takich jak krysztaáy kamieni. kwas krzemowy wystĊpuje w czystym kwarcu, szpaleniu, bazalcie
itp. Kwas krzemowy jest obecny w formie rozpuszczonej w wodach, jeziorach i morzach;
w formie stĊĪonej w jednokomórkowych okrzemkach (glony krzemowe), najstarszych Īyjących organizmach na Ziemi.
Laureat nagrody Nobla, Prof. Butenandt, wysunąá hipotezĊ, Īe Īycie zaczeáo siĊ, gdy w atmosferze skáadającej siĊ z azotu i dwutlenku wĊgla, elektryczne wyáadowanie spowodowaáo
powstanie aminokwasów, które póĨniej, doáączone do kwasów krzemowych rozpuĞciáy siĊ
w oceanie, przeszáy polimeryzacjĊ i stworzyáy podstawy biaáka. Kwas krzemowy musiaá
funkcjonowaü jako matryca i katalizator dla związków biaáka. To tylko poprzez syntezĊ tego
materiaáu, moĪliwa byáa ewolucja w kierunku wyĪej zorganizowanych organizmów. Ta ewolucja doprowadziáa do powstania i wykorzystania tlenu przez wyspecjalizowane organizmy.
Prawie 70 procent tlenu na naszej planecie wytworzyáy okrzemki, podczas gdy 30 procent
dostarczanych zostaáo przez wszystkie inne roĞliny. MoĪna zaáoĪyü, Īe obecnoĞci tlenu w naszej atmosferze towarzyszyáo wyginiĊcie miliardów okrzemków. Mogáo to spowodowaü polimeryzacjiĊ i zagĊszczenie kwasów krzemowych – proces podczas którego tlen opuĞciá związki dwutlenku krzemu. Innymi sáowy, zakáada siĊ, Īe kwasy krzemowe peániáy waĪna rolĊ
w zamianie z nie posiadającej Īycia planety w tą na której Īycie jest moĪliwe. Przypuszczalnie, po wymarciu niepoliczalnej liczby glonów krzemowych (okrzemek), tlen uwolniá siĊ do
atmosfery, dając moĪliwoĞc powstania innych form Īycia.
KsiĊga Rodzaju mówi nam, Īe Bóg ulepiá czáowieka z gliny. Glina jest materiaáem bogatym
w krzem i byáa traktowana jako Īyciodajny skáadnik, np. w religii Isis-Osiris w staroĪytnym
Egipcie. Inne skáadniki niezbĊdne do powstania Īycia, takie jak woda i Ğwiatáo - energia,
takĪe zostaáy wymienione w KsiĊdze Rodzaju. (Ks. Rodzju 1.7 i 1.3)
Muszle po zmaráych okrzemkach, przedewszystkim dostarczają materiaáu dla "kieselguhr"
czyli ziemi okrzemkowej, czĊsto uĪywanej jako materiaá filtrujący. Jeden gram ziemi
okrzemkowej skáada siĊ z okoáo 10.000 milionów muszli okrzemów. Prawdą jest, Īe nie ma
juĪ lasów z drzewami o wysokim stopniu kwasów krzemowych. JednakĪe, wystĊpuje wiele
roĞlin o wysokim poziomie krzemu. Trawy bagienne, páucne ziele, proso, jĊczmieĔ, owies
i ryĪ to tylko niektóre z nich. Dodawanie roztworów kwasów krzemowych do ziemi lub od
upraw wodnych, przyspiesza rozwój roĞlin i ich dojrzewanie i moĪe wpáynąü na wzrost
zbiorów ziarna. Poprzez wzmacnianie naskórka Ğciany komórki moĪe poprawiü ochronĊ
przed grzybami i robakami. Kwasy krzemowe wydostają siĊ z kamieni i poprzez bakterie
krzemowe są absorbowane przez korzenie do roĞliny.
Krzem jest obecny w organizmie ludzkim przede wszystkim w tkance áącznej, która znajduje
siĊ w przestrzeni pomiĊdzy narządami i róĪnymi ich strukturami. Jest to miejsce, poza Ğwiatáem naczyĔ krwionoĞnych i limfatycznych, wszelkiego rodzaju transportu i wymiany. Tkanka
áączna wystĊpuje w formach miĊkkich i luĨnych, sztywnych i zbitych lub wáóknistych, jak np.
w sutku, w tkance táuszczowej, miĊĞniach, ĞciĊgnach, wiązadáach czy koĞciach. Wszystkie
formy tkanki áącznej pochodzą z mezenchymy páodowej odmiany tkanki áącznej. W páynie
zewnątrzkomórkowym mezenchymalnej tkanki áącznej znajdują siĊ związki biaáek, mukopolisacharydów, wielkocząsteczkowych cukrów, aminosacharydów i kwasu glikuronowego,
związki kwasu hialuronowego czy kwasu chondroitynosiarkowego, wreszcie skáadniki mineralne z duĪą iloĞcią krzemu.
Kwas krzemowy w tkankach ludzkich.
Ze wzglĊdu na jego róĪne zadania, kwas krzemowy jest obecny w róĪnych iloĞciach w organizmie czáowieka. Stwierdzono np. duĪą jego zawartoĞü w tkance páucnej a tylko maáe iloĞci
we krwi. IloĞü kwasu krzemowego w organizmie zaleĪy zawartoĞci tkanki áącznej w róĪnych
narządach, poniewaĪ najwyĪszą zawartoĞü kwasu krzemowego stwierdza siĊ tkance áącznej.
ZawartoĞü kwasu krzemowego w tkankach i narządach czáowieka
iloĞü (w mg/100mg suchej
Tkanka/narząd
masy lub popioáu)
WĊzáy cháonne
1200
Páuca
600
ĝledziona
520
Paznokcie
360
ĝciĊgna
6
Krew
2,4
wg Flaschenträgera, Monceaux, Schweigarta
Cząsteczka kwasu krzemowego w roztworze koloidalnym charakteryzuje siĊ olbrzymią powierzchnią do ok. 300 m2 na 1 ml roztworu. Na jej powierzchni moĪna stwierdziü bardzo
czynne grupy krzemowo-hydroksylowe Si–O–H zbudowane z krzemu, tlenu i wodoru. Na
podstawie wybitnych wáaĞciwoĞci wiąĪących krzemu wysuniĊto przypuszczenie, iĪ jest on
czĊĞciowo odpowiedzialny za hydratacjĊ, stan "pulchnoĞci" tkanki áącznej. Tkanka áączna ma
bardzo wiele funkcji, które moĪe speániaü jedynie w stanie odpowiedniej hydratacji.
Wszystkie ukáady koloidalne podlegają starzeniu. Cząsteczki mają tendencjĊ do oddzielenia
siĊ od wody i zlepiania siĊ w wiĊksze agregaty. Znaczy to, iĪ zdolnoĞü wiązania wody w tkance áącznej, w tym równieĪ poprzez koloidalną postaü kwasu krzemowego, który jest w niej
obecny, ma tendencjĊ do zmniejszania siĊ razem ze starzeniem siĊ organizmu ludzkiego.
Zmiany w tkance áącznej i zmniejszenie siĊ zdolnoĞci do transportu są jednym z procesów
odpowiedzialnych za starzenie.
Naturalny kwas krzemowy zawarty jest w poĪywieniu. Naukowcy zajmowali siĊ kwasem
krzemowym pod kątem zastosowania w leczeniu ludzi. Poszerzone badania objĊáy równieĪ
nasze poĪywienie. Stwierdzono, iĪ niektóre pokarmy, takie jak owies, proso i jĊczmieĔ mają
niezwykle duĪą zawartoĞü kwasu krzemowego, podczas gdy inne mają bardzo niską. WaĪnym
byáo stwierdzenie, iĪ kwas krzemowy zawarty jest gáównie w otrĊbach i áuskach ziaren. Ci,
którzy na przykáad jedzą produkty z biaáej, wysoko oczyszczonej mąki nie otrzymują wcale
albo bardzo niewiele kwasu krzemowego. Dzienne zapotrzebowanie na kwas krzemowy
wynosi od 20 do 40 mg i ta iloĞü jest zuĪywana dziennie w procesie odbudowywania wáosów,
paznokci i skóry lub wydalana z moczem i stolcem. ZuĪyty i wydalony kwas krzemowy musi
byü uzupeániony przez poĪywienie.
ZawartoĞü kwasu krzemowego w poĪywieniu
Rodzaj poĪywienia
ZawartoĞü SiO2 w
poĪywieniu roĞlinnym
(w mg/100mg)
Owies
595,0
Proso
500,0
JĊczmieĔ
233,0
Ziemniaki
200,0
Mąka pszenna peána
158,0
Kukurydza
18,9
Szpinak
4,0
wg. A. H/ Schweigarta, tablica substancji Īyciowych, 1962
Edith M. Carlisle, z Zakáadu Nauki o ĝrodowisku i ĩywieniu, Uniwersytetu Kalifornia,
wykazaáa w badaniach na zwierzĊtach, Īe dieta uboga w krzem powoduje zahamowanie ich
wzrostu. Dodanie krzemu do diety zwiĊksza mineralizacjĊ koĞüca nawet przy diecie nisko
wapniowej. Stwierdziáa ona, iĪ krzem wpáywa na rozwój szkieletu kurcząt oraz przyrost masy
ciaáa. KurczĊta, których dieta byáa uboga w krzem, sáabiej siĊ rozwijaáy, ich koĞci dáugie
miaáy 34 - 35% mniej wody. KurczĊta, które otrzymywaáy dodatek krzemu w diecie miaáy
lepiej rozwiniĊtą chrząstkĊ stawową i wiĊksze grzebienie oraz wyraĨnie wyĪszą zawartoĞü
heksoamin w tych tkankach. (rycina) Wskazuje to, iĪ krzem odgrywa istotną rolĊ w syntezie
mukopolisacharydów tkanki áącznej. Dziaáanie krzemu na proces starzenia jest związane
wáaĞnie z wpáywem na mukopolisacharydy. Krzem jest istotnym czynnikiem wpáywającym
na strukturalną wartoĞü tkanki áącznej.
Rycina przedstawia czterotygodniowe kurczĊta; po lewej kurczak Īywiony dietą z dodatkiem
krzemu zaĞ po prawej dietą z niską zawartoĞcią krzemu.
Koloidalna krzemionka w medycynie
Od dawna byáo wiadomym, iĪ krzem zawarty w roĞlinach leczniczych, moĪe pomóc w leczeniu lub leczyü pewne schorzenia. Podawano w postaci herbat preparaty zawierające krzem
w chorobach nerek, zapaleniu pĊcherza moczowego, krwawieniu z nerek czy równieĪ w gruĨlicy. W chorobach kobiecych zalecano nasiadówki w kąpieli, do której dodawano kwas krzemowy. DziĞ wiadomo, Īe niedobór krzemu moĪe powodowaü liczne problemy zdrowotne, zaĞ
koloidalny kwas krzemowy ma szereg zastosowaĔ klinicznych. Stwierdzono miĊdzy innymi,
Īe przyjmowany doustnie koloidalny kwas krzemowy jest skuteczny w leczeniu zespoáu
nadwraĪliwoĞci jelit, zapalenia Īoáądka, wzdĊü i zgagi. Zastosowany w obrĊbie jamy ustnej
skutecznie leczy zapalenie dziąseá, przeciwdziaáając parodontozie, zwalcza owrzodzenia i infekcje jamy ustnej. Naniesiony na skórĊ, jak wykazano w badaniach klinicznych, usuwa
trądzik w ciągu tygodni, zwalcza áojotokowe zapalenie skóry, u áagodzi objawy áuszczycy.
Poprawia elastycznoĞü skóry i zmniejsza zmarszczki. Na podkreĞlenie zasáuguje równieĪ fakt,
który podniosáa grupa robocza Królewskiego Towarzystwa Medycyny (Royal Society of
Medicine, Working Party), iĪ koloidalny kwas krzemowy moĪe byü ochroną przed wszelkimi
formami toksycznoĞci glinu a w szczególnoĞci przeciwko chorobie Alzheimera.
Na naszym rynku pojawiáy siĊ niedawno dwa nowe preparaty SilicoSan i SilicoDent
zawierające koloidalny zol krzemionkowy uzyskany w specjalnej nano-technologii. Zol
krzemionkowy wykazuje niezwykáą zdolnoĞü adsorpcyjną1, która wynika z jego ogromnej powierzchni adsorpcyjnej. Jeden mol (gramocząsteczka) jego roztworu posiada powierzchniĊ
adsorpcyjną wiĊkszą od powierzchni boiska do piáki noĪnej. W roztworze tym powstają
specyficzne oddziaáywania miĊdzycząsteczkowe zwane siáami van der Waalsa2. àatwo sobie
wyobraziü, Īe taka powierzchnia bez trudu moĪe związaü ogromną iloĞü zanieczyszczeĔ
i bakterii. Naáadowane ujemnie dipole cząsteczek dwutlenku krzemu „wyáapują” i wiąĪą
bakterie, toksyny i wszelkie zanieczyszczenia, z którymi siĊ zetkną.
Silicosan zwalcza trądzik i gáĊboko oczyszcza cerĊ. W odróĪnieniu od innych preparatów
przeciwtrądzikowych SilicoSan nie ma dziaáania antyseptycznego, nie zaburza równowagi
biologicznej skóry i jest caákowicie bezpieczny nawet przy dáugotrwaáym stosowaniu.
SilicoDent, preparat do páukania jamy ustnej, daje poczucie gáĊbokiego zabiegu higienicznego
w caáej jamie ustnej. Dociera do przestrzeni, gdzie poza zabiegiem stomatologicznym Īadna
szczoteczka czy niü dentystyczna nie dotrze. Silicodent usuwa z tych przestrzeni bakterie,
toksyny, wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia likwidując stan zapalny dziąseá i jamy ustnej,
páytkĊ nazĊbną i krwawienia z dziąseá. Regularnie stosowany poprawia siáĊ i elastycznoĞü
dziąseá, zwalcza paradontozĊ. Silicodent jest polecany dla ochrony báony Ğluzowej jamy
ustnej po chemioterapii oraz w nawrotowych aftach. Zapobiega tworzeniu siĊ kamienia
nazĊbnego. Szybko przywraca ĞwieĪy oddech.
SkutecznoĞü obu preparatów zostaáa potwierdzona badaniami klinicznymi, a ich uĪycie jest bardzo
proste i wygodne. Po zastosowaniu na skórĊ wystarczy pozostawienie preparatu na kilka minut
i przemycie skóry wodą. Przy zastosowaniu do jamy ustnej wystarczy jej wypáukanie po
myciu zĊbów. Preparaty nie mają Īadnych dziaáaĔ ubocznych.
1
adsorpcja – to proces wiązania siĊ cząsteczek na powierzchni lub granicy faz fizycznych. Przykáady adsorpcji to np.: pocháanianie
zapachów przez filtr wĊglowy w lodówce lub samochodzie, pocháanianie toksyn przez wĊgiel medyczny z przewodu pokarmowego pacjenta.
WielkoĞü adsorpcji zaleĪy bezpoĞrednio od wielkoĞci powierzchni oddzielającej dwie fazy (powierzchni adsorbentu). Adsorpcja ma
charakter powierzchniowy, czym róĪni siĊ od absorpcji polegającej na pocháanianiu w caáej objĊtoĞci i której wielkoĞü zaleĪy od objĊtoĞci
fazy, w której zjawisko zachodzi.. Podczas adsorpcji dominują oddziaáywania typu van der Waalsa.
2
siáy van der Waalsa – to wzajemne oddziaáywania elektrostatyczne pomiĊdzy cząsteczkami. Przyczyną wystąpienia oddziaáywania van der
Waalsa są trwaáe oraz wyindukowane momenty dipolowe w cząsteczkach lub - w przypadku oddziaáywaĔ dyspersyjnych - chwilowe
asymetrie rozkáadu áadunku w cząsteczce lub atomie. Oddziaáywania van der Waalsa są oddziaáywaniami bliskiego zasiĊgu (do 0,5 nm) mają
duĪe znaczenie m.in. w zjawiskach: adsorpcji, skraplania gazów.