Silizium und Kieselsäure sind nach Sauerstoff die häufigsten Elemente und Verbindungen der Erdkruste. Etwa 28 Prozent der Erdkruste bestehen aus Silizium in gebundener Form. Reines elementares Silizium kommt in der Natur nicht vor, weil es sehr reaktionsfreudig ist. In der Natur findet sich Silizium fast ausschließlich als Siliziumdioxid (SiO2, Quarz) und in zahlreichen Silikat-Mineralen wie Feldspat, Glimmer und Ton.
Drei Begriffe, die oft verwechselt werden
Im Sprachgebrauch werden die Begriffe Silizium, Kieselsäure und Kieselerde häufig synonym verwendet, sie bezeichnen aber unterschiedliche Stoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Silizium: Das chemische Element mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. In reiner elementarer Form nicht in der Natur vorhanden und für den menschlichen Körper auch nicht direkt verwertbar.
Kieselsäure: Eine Gruppe chemischer Verbindungen aus Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff. Die wichtigste Form ist die Orthokieselsäure mit der Summenformel Si(OH)4. In gelöster Form in Mineralwasser, in pflanzlichen Lebensmitteln und in einigen Nahrungsergänzungen.
Kieselerde: Anorganisches Pulver aus den Skeletten urzeitlicher Kieselalgen (Diatomeen) oder aus gemahlenem Quarzgestein. Besteht überwiegend aus Siliziumdioxid (SiO2). Klassische Form in vielen Drogerie-Produkten. Bioverfügbarkeit beim oralen Verzehr gering, weil das anorganische SiO2 vom Körper nur in kleinen Mengen in resorbierbare Orthokieselsäure umgewandelt werden kann.
Diese Differenzierung ist praktisch wichtig, weil sich die Bioverfügbarkeit zwischen den Formen erheblich unterscheidet. Was im Produktbild als Kieselsäure oder Silizium beworben wird, kann chemisch sehr unterschiedliche Verbindungen meinen.
Silizium im menschlichen Körper
Der menschliche Körper enthält insgesamt etwa 1 bis 2 Gramm Silizium. Es ist nicht gleichmäßig verteilt, sondern findet sich konzentriert in bestimmten Geweben.
Bindegewebe: Etwa 6 bis 8 Milligramm Silizium pro Kilogramm Bindegewebe. Konzentriert in Haut, Sehnen, Bändern und Aorta-Wand.
Knochen: Vor allem in der Knochenmatrix während der Bildungsphase, weniger im ausgereiften Knochen.
Aorta und Arterien: Anteil an den Glykosaminoglykanen der Gefäßwand.
Haar und Nägel: In den keratinhaltigen Strukturen.
Haut: In der Dermis, der Bindegewebsschicht unter der Oberhaut.
Mit zunehmendem Alter sinkt der Silizium-Gehalt in Haut und Aorta nach epidemiologischen Daten messbar. Schlüsselstudien wie Carlisle (1972) und Jugdaohsingh und Kollegen aus dem Framingham Offspring Study Datensatz (2007) haben diese Verteilung dokumentiert.
Funktion: was Silizium strukturell tut
Silizium hat in der menschlichen Biochemie keine bekannte enzymatische Funktion, sondern vor allem strukturelle Funktionen. Aktuelle Forschung deutet auf folgende Funktionen.
Kollagen-Quervernetzung: Silizium ist an der Bildung der Quervernetzungen zwischen Kollagen-Fibrillen beteiligt. Ohne ausreichende Quervernetzung verliert das Kollagen seine mechanische Stabilität.
Glykosaminoglykane (GAGs): Silizium ist Bestandteil bestimmter Glykosaminoglykane wie Heparansulfat, Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure, die in Bindegewebe, Knorpel und Haut vorkommen.
Knochenmatrix: In der frühen Knochenbildungs-Phase ist Silizium an der Mineralisierung beteiligt. Studien an Mäusen (Schiano und Kollegen 1979, Hott und Kollegen 1993) haben diese Funktion dokumentiert.
Aorta-Wand: Anteil an den elastischen Fasern und Glykosaminoglykanen der Gefäßwand.
Haar-Keratin und Nagelmatrix: Anteil an den keratinhaltigen Strukturen.
Wichtige Einordnung: Diese strukturellen Funktionen sind in der Biochemie gut dokumentiert. Eine klinisch relevante Wirkung auf die menschliche Gesundheit ist aus diesen strukturellen Funktionen aber nicht automatisch ableitbar, weil die EFSA für Silizium keine Health Claims zugelassen hat. Die Forschung läuft, aber für eindeutige klinische Aussagen reicht die Studienlage nicht aus.
Tagesbedarf: keine offizielle DGE-Empfehlung
Im Gegensatz zu klassischen essentiellen Mineralstoffen wie Eisen, Calcium oder Magnesium hat die Deutsche Gesellschaft für Ernährung keinen offiziellen Tagesbedarf für Silizium festgelegt. Die European Food Safety Authority hat ebenfalls keinen Bedarf definiert. Hintergrund: Silizium gilt als wahrscheinlich essentiell, der Bedarf ist aber nicht eindeutig zu beziffern.
Epidemiologische Studien aus dem Framingham Offspring Datensatz und anderen Untersuchungen liefern Schätzungen zur durchschnittlichen Aufnahme. In Westeuropa und Nordamerika liegt die durchschnittliche tägliche Silizium-Aufnahme bei 20 bis 50 Milligramm. In Asien, vor allem in Reis-orientierten Kulturen, deutlich höher bei 80 bis 150 Milligramm. Die in epidemiologischen Studien mit besseren Knochen-Dichtewerten korrelierende Aufnahme liegt bei etwa 30 bis 50 Milligramm pro Tag.
EFSA hat zwar keinen Bedarf, aber einen tolerierbaren oberen Aufnahmewert für Silizium aus Lebensmitteln festgelegt: Es wurde geprüft und keine Obergrenze (UL) angegeben, weil keine relevanten Nebenwirkungen bei oraler Aufnahme aus üblichen Lebensmittel-Mengen dokumentiert sind.
Silizium in Lebensmitteln und Mineralwasser
Silizium ist in zahlreichen pflanzlichen Lebensmitteln in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. Die wichtigsten natürlichen Quellen.
Getreide: Hafer (etwa 5 bis 10 mg Silizium pro 100 g), Hirse (etwa 5 bis 8 mg), Gerste, Weizen, Roggen.
Wurzelgemüse und Knollen: Kartoffeln (etwa 3 bis 5 mg pro 100 g), Pastinaken, Topinambur, Rote Bete.
Hülsenfrüchte: Linsen, Kichererbsen, Bohnen.
Bambussprossen: Eine der dichtesten pflanzlichen Silizium-Quellen mit bis zu 500 mg Silizium pro 100 g Trockenmasse.
Ackerschachtelhalm (Equisetum arvense): Traditionelle Heilpflanze mit hohem Silizium-Gehalt, bis 7 Prozent der Trockenmasse.
Brennnessel: Hoher Silizium-Anteil.
Bier (durch das Hafer- und Gerstenmalz): Eine etwas überraschende, aber wissenschaftlich dokumentierte Quelle, die in den Framingham-Daten als Korrelation zu höheren Silizium-Aufnahmen identifiziert wurde.
Mineralwasser: Variiert stark nach Quelle. Manche deutsche Mineralwässer enthalten 10 bis 50 mg Silizium pro Liter, andere unter 5 mg. Mineralwässer aus vulkanischem Gestein haben oft höhere Werte.
Verlust durch Verarbeitung und Lebensgewohnheit
Vollkornprodukte enthalten mehr Silizium als raffinierte Weißmehl-Produkte, weil das Silizium vor allem in den äußeren Schichten der Getreidekörner sitzt. Mit dem westlichen Wandel zu raffinierten Getreideprodukten ist die durchschnittliche Silizium-Aufnahme in den letzten Jahrzehnten gesunken. Eine bewusst gemüselastige, vollkornorientierte Ernährung mit Hafer, Gerste und Hülsenfrüchten erreicht in der Regel die in Studien diskutierte optimale Aufnahme von 30 bis 50 Milligramm pro Tag.