Введение

Кремний является вторым наиболее распространенным на планете элементом  после  кислорода. Кроме того, он является третьим наиболее распространенным микроэлементом в человеческом теле.  Он присутствует в воде, растениях и в организме животных.Предполагается, что для кожи кремний имеет важное значение, т.к. обеспечивает оптимальный синтез коллагена,  участвует в активации гидроксилирования ферментов, повышает прочность и эластичность кожи.Было показано, что физиологические концентрации ортокремниевой кислоты стимулируют фибробласты к секретированию коллагена 1 типа. 

Более высокое содержание кремния в волосах делает их стойкими к выпадению и улучшает их фактуру.Кремний также влияет на состояние ногтей, так как  является преобладающим минералом в их составе.  Стремление к получению этих полезных эффектов вызывает рост интереса и количества научных исследований, изучающих эффективность и безопасность применения пищевых добавок, содержащих кремний, которые способствуют повышению уровня в сыворотке крови этого элемента, что улучшает состояние кожи и ее придатков.Существуют различные формы кремниевых добавок, отличающиеся по своей безопасности и биодоступности. В некоторых странах эти добавки уже широко используются, хотя по биодоступности кремния они различаются в больших пределах - от 1% до 50% в зависимости от химической формы.

Тем не менее, следует отметить, что среди исследователей до сих пор нет единого мнения о том, что кремний является важным элементом для человека или о реальных выгодах, получаемых от использования добавок, содержащих кремний. Таким образом, крайне важна критическая оценка  опубликованной информации в отношении эффективности, безопасности и биодоступности кремния, используемого в пищевых добавках. Это было целью данного исследования.

Процесс старения кожи

Процесс старения происходит по двум основным механизмам: внутреннему и внешнему. Процесс старения является неизбежным и приводит к атрофии, сокращению количества фибробластов и утончению кровеносных сосудов.В этом процессе особенно страдают коллагеновые волокна, что является результатом накопления необратимых дегенеративных изменений, связанных со старением.  

Внешнее старение в основном является результатом повреждений, вызванных ультрафиолетовым излучением.К другим факторам, связанным с этим типом старения, относятся курение, загрязнение окружающей среды и недостаточное питание.Это вызывает деградацию коллагена и эластина. Кроме того, в дополнение к уменьшению содержания кремния и гиалуроновой кислоты в соединительной ткани описаны уменьшение количества белков внеклеточного матрикса и уменьшение количества фибробластов. 

Коллаген и волокна, образуемые им, ответственны за биомеханические свойства кожи, что позволяет ему выступать в качестве органа защиты от внешней травмы. Эти волокна представляют собой основной компонент структурной целостности соединительной ткани,  присутствуя в больших количествах в коже, костях и суставах.  Отмечено, что кожа людей после 21 года жизни ежегодно начинает терять до 1% коллагена, что приводит к уменьшению ее толщины, тургора и появлению морщин. Значительно ускоряется увядание кожи после менопаузы, при которой в первые 5 лет происходит потеря около 30% коллагена кожи и ежегодная потеря 0,55% эластина.  

Биосинтез коллагена после третьего или четвертого десятилетия жизни остается на низком уровне и недостаточен для восполнения утраченного в процессе возрастной деградации коллагена. Уменьшение коллагена после менопаузы особенно коррелирует со снижением минеральной плотности костной ткани, связанной с возрастом.  Деградация коллагеновых волокон играет главную роль в процессе старения кожи. Исходя из этого, целесообразно использовать механизмы, влияющие на биосинтез коллагена в качестве потенциального инструмента для улучшения и предотвращения старения кожи.

Кремний - вездесущий микроэлемент 

Учитывая обилие кремния в организме человека, представляется маловероятным, что его дефицит встречается у мужчин и женщин. В 1972 году два исследования двух различных научно - исследовательских групп показали, что кремний является существенным элементом у цыплят и мышей.  Эти эксперименты показали, что дефицит в питательных веществах кремния приводит к деформации скелета, в т.ч.  черепа и длинных трубчатых костей, а также поражению хрящевых зон.Таким образом, была продемонстрирована важная роль кремния в минерализации костей.

После этого, несколько исследований показали, что более высокие концентрации этого элемента в крови оказывали положительный эффект на пациентов с остеопорозом, атеросклерозом, старением кожи и ломкими волосами и ногтями, что указывало на участие кремния в различных механизмах. Тем не менее, нет никаких убедительных данных чтобы определить, действительно ли кремний является одним из важнейших питательных веществ для человека и высших животных, так как его дефицит не приводил к прерыванию клеточного цикла у млекопитающих и его функциональная роль остается нечетко доказанной. 

Большая часть кремния, присутствующего в крови, выводится почками. Этот путь выведения основной, т.к. уровни кремния в крови коррелируют с его уровнями в моче.  По этой причине биодоступность кремния и его производных различные исследования оценивают по его концентрации в сыворотке крови или в  моче. В воде, пищевых продуктах растительного, особенно в зерновых культурах, и животного происхождения, кремний содержится в высоких концентрациях в виде оксида и силиката кремния.  Основными источниками кремния в рационе жителей Западного полушария являются зерновые (30%), а затем фрукты, напитки и продукты растительного происхождения. Вместе эти продукты обеспечивают около 75% от всего кремния, потребляемого человеком.  Тем не менее, имеются исследования, свидетельствующие о низкой биодоступности кремния из некоторых пищевых продуктов из - за низкой растворимости некоторых кремнийсодержащих соединений, особенно полимеризующихся.  

Таким образом, несмотря на присутствие значительного количества кремния в некоторых пищевых продуктах, иногда он находится в них в нерастворимой форме и не может быть усвоен из желудочно - кишечного тракта.  Присутствующий в пище кремний растворяется в кислой среде желудка, преобразуясь в ортокремниевую кислоту или Si (OH), оптимальную для последующего поглощения. В литературе описана связь процесса  старения с повышением рН желудка, что приводит к снижению усвоения кремния, содержащегося в пищевых продуктах в биодоступной форме. 

Ортокремниевая кислота является основной наиболее доступной формой кремния для человека, получаемой из питьевой воды и других жидкостей, в том числе пива. Он устойчив при разбавлении (<10 ^-4 М), но полимеризуется при рН,  близком к нейтральному. Абсорбционные исследования показали, что только ортокремниевая кислота доступна, тогда как ее полимеризованные формы не впитываются. 

Вопросы по биодоступности кремния из минеральной воды, приведены в литературе. В исследовании на крысах,  получавших добавки с ортокремниевой кислотой в воде, не было никаких существенных различий в концентрации кремния в костях по отношению к исходному уровню.  В пиве около 80% от общего кремния содержится в виде ортокремниевой кислоты.  Тем не менее, существуют дискуссии о нестабильности ортокремниевой кислоты в пиве при промышленных процессах, например, при его розливе.

При высоких концентрациях во избежание чрезмерной полимеризации, уменьшающей ее биодоступность, ортокремниевая кислота должна быть стабилизирована.  По этой причине предпринимаются попытки с помощью различных методов сконцентрировать и стабилизировать ортокремниевую кислоту в кремнийсодержащих добавках с целью повышения ее биодоступности.

Пищевые добавки, содержащие кремний

Во всем мире наблюдается потребление различных типов добавок, содержащих кремний. В качестве примера, во Франции распространен органический кремний - обычно монометиловый силанетриол (MmSt), в то время как в Германии распространен коллоидный кремний, а в Бельгии чаще встречается холин-стабилизированная ортокремниевая кислота (CH-OSA).  Монометиловый силанетриол (MmSt) не только органический, но и мономерный и поэтому более биодоступный, в то время как другие силикаты, показывают разную степень полимеризации, которая в разной степени препятствовала поглощению кремния в опытах на крысах и в некоторых предварительных исследованиях на людях.  

Некоторые исследования показали, что монометиловый силанетриол легко всасываеся из ЖКТ после переваривания без побочных эффектов. Тем не менее, конкретные исследования для оценки его безопасности не были проведены. 

Jugdaohsingh и др , в 2013 году провели исследование с целью оценки безопасности использования жидкой кремнийорганической биологически активной добавки «Монометилсиланетриол» (MMST) с химической формулой CH₃-Si-(OH)₃, обладающей высокой биологической доступностью. Группа из 22 менструирующих здоровых женщин получала пищевую добавку в течение 4-х недель в максимально рекомендуемой дозе кремния 10,5 мг / сут. Авторы пришли к выводу, что потребление MMST является безопасным,  полностью преобразовываясь в ЖКТ после приема пищи в ортокремниевую кислоту, которая легко поглощалась. 

Тем не менее, в ответ на опубликованную статью, Ванден Берге поставил под сомнение некоторые моменты исследования, утверждая,  что для доказательства безопасности использования добавки необходимы исследования в лабораторных условиях  с токсикологическими испытаниями на животных и на людях большей продолжительности. MMST используется в качестве источника кремния в течение длительного времени во всем мире, особенно в Европе. Однако, Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) считает, что нет достаточного количества данных, чтобы оправдать использование MMST в качестве кремниевой добавки. 

Наибольшее число исследований в литературе оценивает холин-стабилизированную ортокремниевую кислоту (CH-OSA).CH-ОСА была одобрена для потребления человеком в качестве нетоксичной и  наиболее биодоступной формы кремния.  С химической точки зрения CH-OSA представляет собой смесь ортокремниевой кислоты и хлорида холина.Учитывая отсутствие данных о побочных реакциях на кремний, рекомендуемая доза установлена не была. В соответствии с американским регулирующим органом, холин, оксиды кремния и различные силикаты классифицируются как вещества " в целом признанные безопасными". 

Стабилизация холином считается наиболее передовой технологией стабилизации ортокремниевой кислоты. Холин имеет важные характеристики, которые ставят его в положение идеального стабилизатора ортокремниевой кислоты. В высоких концентрациях холин препятствует обширной полимеризации и агрегации частиц кремния и сохраняет его в виде водной суспензии . Кроме того, как упоминалось ранее, присутствие холина в соединении может оказывать синергетический эффект на ортокремниевую кислоту. Холин является предшественником фосфолипидов, которые имеют важное значение для формирования клеточных мембран, а также участвует в клеточной сигнализации, липидном обмене и защите от опосредованного гомоцистеином разрушения коллагена.

На основе различных исследований, проведенных на животных и людях, Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) пришел к выводу, что кремний, присутствующий в холин-стабилизированной ортокремниевой кислоте является биодоступным и его использование в добавках в предлагаемых дозах не представляет риска для безопасности при условии, что максимальный уровень холина не превышен (3,5 г / сут). Исследования были проведены как на животных, так и на человеке.  Использование добавки с холин-стабилизированной ортокремниевой кислотой у телят в течение 23 недель повышало уровень  сывороточного кремния на 4,9%.

В другом исследовании Ванден Берге оценивали биологическую доступность кремния у 21 свиньи, которые получали добавку с холин-стабилизированной ортокремниевой кислотой во время беременности (16 недель) и в период лактации (четыре недели). У потомства свиней,  получавших добавку с кремнием, его концентрация в сыворотке крови была на 150% выше, чем у потомства контрольной группы. Авторы объясняют этот результат биологической доступностью кремния в добавке холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты, а также способностью материнской передачи поглощенного кремния.  Поглощение кремния из добавки холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты оценивали в исследовании 14 здоровых добровольцев в возрасте от 22- 34 года. Каждый доброволец получал пероральные дозы кремния различных добавок. 

Значительное повышение сывороточной концентрации кремния по сравнению с исходным уровнем наблюдалось при приеме добавки холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты.  Это исследование показало, что биодоступность кремния в значительной степени зависит от химической формы соединения.

В другом исследовании, проведенном с целью изучения в естественных условиях поглощения кремния из разных его источников путем определения его уровня в крови и моче были обнаружены различные уровни поглощения.  Было отмечено, что диета, богатая кремнием, не приводит к достаточному повышению уровня этого элемента в моче и сыворотке крови, по сравнению с периодом, в котором испытуемые были на обычном рационе.  На основании этого исследования, авторы пришли к выводу, что поглощение кремния сильно зависит от его химической формы и матрицы.

Sripanyakorn и др измеряли поглощение кремния из 8 различных источников.  Результаты подтвердили, что степень полимеризации кремния обратно пропорциональна кишечной абсорбции. 

Кремний и его влияние на кожу, волосы и ногти 

Что касается кожи, то предполагается, что кремний имеет важное значение для оптимального синтеза коллагена и для активации гидроксилирования ферментов, важных в образовании коллагеновых волокон, повышении прочности и эластичности кожи. Кремний также связан с синтезом гликозаминогликанов. 

Что касается волос, то предполагается, что волосы с более высоким содержанием кремния, как правило, имеют более меньшую склонность к выпадению и улучшенную фактуру. Ногти также зависят от  наличия в них кремния, так как этот элемент является одним из преобладающих в их составе минералов. Наличие мягких и ломких ногтей может указывать на системный дефицит кремния. Улучшение качества ногтей способствует их устойчивости к инфекциям. 

В исследовании с участием 50 здоровых добровольцев в возрасте от 40 до 65 лет с четкими клиническими признаками фотостарения лица оценивался эффект для кожи, волос и ногтей от приема добавок, содержащих холин-стабилизированную ортокремниевую кислоту. Добавка принималась ежедневно в течение 20 недель по 2-х капсулы, содержащие 10 мг холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты. Учитывая концентрации различных компонентов в сыворотке крови, потребление холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты в таких дозах было признано безопасным. Было отмечено улучшение микрорельефа кожи лица, ее эластичности, снижение хрупкости ногтей и волос.

В другом рандомизированном исследовании с 48 добровольцами с истонченными, склонными к выпадению, волосами исследовали влияние холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты на волосы. В группе, получавшей ежедневно в течение 9 месяцев 10 мг холин-стабилизированной ортокремниевой кислоты отмечалось улучшение  морфологических и механических свойств волос, волосы становились более толстыми, улучшался их внешний вид,  в то время как в группе плацебо не обнаруживалось каких-либо изменений.

Тот факт, что холин-стабилизированная ортокремниевая кислота повышает устойчивость волос к их разрыву, позволяет предположить, что она способна  оказывать структурное воздействие на волокна волос. По мнению авторов, взаимодействие с кератином возможно, если учесть, что ортокремниевая кислота является химической формой кремния, распространенной в физиологических жидкостях и способна образовывать комплексы с аминокислотами и пептидами.

Вывод

Анализ научной литературы по использованию добавок, содержащих кремний,  показывает большой терапевтический потенциал этого элемента, способного улучшить здоровье и эстетику человека. Анализ исследований показывает, что среди различных доступных химических форм ортокремниевая кислота является формой с высокой биодоступностью. Другие формы имеют поглощение, обратно пропорциональное степени их полимеризации. 

Холин-стабилизированная ортокремниевая кислота (CH-OSA) в качестве кремнийсодержащей биологической добавки является наиболее освещенной в литературе формой, что указывает на большую научную поддержку в отношении ее использования. Тем не менее, есть несколько исследований, посвященных оценке безопасности, эффективности и биодоступности других химических форм кремния, которые используют надлежащий дизайн, большое количество добровольцев и длительный период наблюдения.