SILICON: ITS BIOLOGICAL IMPACT UNDER DIETARY INTAKE AND HYGIENIC STANDARDIZATION OF ITS CONTENT IN DRINKING WATER. A REVIEW

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

By the prevalence in the earth’s crust, silicon occupies the second place after oxygen. In different quantities silicon always presents in water and food products.The average daily dietary intake of silicon in Western world is about 20-50 mg/day. The biological role of silicon in human organism is still not clear, but it assumed to be necessary for processes of bone mineralization, collagen synthesis, it has a positive effect on the state of skin, hair, and nails, contributes to the prevention of atherosclerosis and Alzheimer disease. A number of scientific research is devoted to biological effects of silicon in animals and human subjects under intake with food and water, and substantiation of silicon (maximum admissible concentrations (MAC) in drinking water. In Chuvashia there was investigated the regional (geographical) pathology, which may be related with an increased silicon intake in association with the sharp imbalances of trace and macro elements in drinking water. Some measures were implemented to identify the possible role of silicon in etiology of Balkan endemic nephropathy. Organization for Economic Co-operation and Development (OECD) report summarized materials for the experimental evaluation of the toxicity and harmless levels of silicon intake with food and water in animals. A series of studies was executed to simulate the development of silicon urolithiasis and for the elucidation of the role of macro- and microelements accompanying the intake of silicon into the body in stone formation. There are studied potential therapeutic effects of water soluble silicon compounds on human health. The standards of silicon in drinking water are regulated only in Russia and Australia. At the same time in our country there were formed two opposing points of view in relation to the hygienic standardization of silicon. The first is one - MAC of silicon in drinking water needs to be cancelled, the second - MAC of silicon in the water needs to be tightened. To resolve the contradictions it is advisable to use both the experience of harmonization of standards with international requirements, and the principle of silicon regional standardization, taking into consideration the biogeochemical characteristics of geographic areas. When searching the literature databases PubMed and CyberLeninka were used.

About the authors

Yu. A. Rakhmanin

A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health

Author for correspondence.
Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

N. A. Egorova

A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health

Email: tussy@list.ru
Russian Federation

G. N. Krasovsky

A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

R. I. Mikhailova

A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

A. V. Alekseeva

A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health

Email: noemail@neicon.ru
Russian Federation

References

  1. Кремний. В кн.: Большая советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия; 1969-1978. Available at: http://enc-dic.com/enc_sovet/Kremni-29367/
  2. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе. Новосибирск: Наука; 1984.
  3. Логинова Е.В., Лопух П.С. Гидроэкология: курс лекций. Минск: БГУ; 2011.
  4. Алексеев В.С., Болдырев К.А., Тесля В.Г. О необходимости пересмотра нормативного содержания кремния в питьевой воде. Водоснабжение и санитарная техника. 2011; (5): 56-60.
  5. Jugdaohsingh J. Silicon and bone health. J. Nutr. Health Aging. 2007; 11(2): 99-110.
  6. Opinion of the Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food on calcium silicate, silicon dioxide and silicic acid gel added for nutritional purposes to food supplements following a request from the European Commission. The EFSA Journal. 2009; 1132: 1-24.
  7. Jugdaohsingh R., Tucker K.L., Qiao N., Cupples L.A., Kiel D.P., Powell J.J. Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the Framingham Offspring cohort. J. Bone Miner. Res. 2004; 19(2): 297-307.
  8. Robberecht H., Van Cauwenbergh R., Van Vlaslaer V., Hermans N. Dietary silicon intake in Belgium: Sources, availability from foods, and human serum levels. Sci. Total. Environ. 2009; 407(16): 4777-82.
  9. Expert Group on Vitamins and Minerals. Safe upper levels for vitamins and minerals. London: Food Standards Agency; 2003.
  10. Price C.T., Koval K.J., Langford J.R. Silicon: A Review of Its Potential Role in the Prevention and Treatment of Postmenopausal Osteoporosis. Int. J. Endocrinol. 2013; 2013: 316783.
  11. Chen F., Cole P., Wen L., Mi Z., Trapido E.J. Estimates of trace element intakes in Chinese farmers. J. Nutr. 1994; 124(2): 196-201.
  12. Anasuya A., Bapurao S., Paranjape P.K. Fluoride and silicon intake in normal and endemic fluorotic areas. J. Trace Elem. Med. Biol. 1996; 10(3): 149-55.
  13. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М.: Медицина; 1991
  14. Martin K.R. Silicon: the health benefits of a metalloid. Met. Ions. Life Sci. 2013; (13): 451-73
  15. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПб.: Наука; 2008.
  16. Мансурова Л.А., Федчишин О.В., Трофимов В.В., Зеленина Т.Г., Смолянко Л.Е. Физиологическая роль кремния. Сибирский медицинский журнал. 2009; (7): 16-8.
  17. Farooq M.A., Dietz K-J. Silicon as Versatile Player in Plant and Human Biology: Over looked and poorly Understood. Front. Plant Sci. 2015; (6): 1-14.
  18. Jurkić LM, Cepanec I, Pavelić SK, Pavelić K. Biological and therapeutic effects of ortho-silicic acid and some ortho-silicic acid-releasing compounds: New perspectives for therapy. Nutr. Metab. (Lond). 2013; 10(1): 2.
  19. Garcimartín A., Merino J.J., González M.P., Sánchez-Reus M.I., Sánchez-Muniz F.J., Bastida S. et al. Organic silicon protects human neuroblastoma SH-SY5Y cells against hydrogen peroxide effects. BMC Complement. Altern. Med. 2014; 14: 384.
  20. Лазарев Н.В., Гадаскина И.Д., ред. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Том 3. Неорганические и элементорганические соединения. Ленинград: Химия; 1977.
  21. Мазаев В.Т., Шлепнина Т.Г. Оценка степени санитарной опасности соединений кремния в природной и питьевой воде (в порядке обсуждения). Водоснабжение и санитарная техника. 2011; (7): 13-20.
  22. Метельская Г.Н., Новиков Ю.В., Плитман С.И., Ласточкина К.О., Хвастунов Р.М., Зайцева Е.П. О нормировании кремния в питьевой воде. Гигиена и санитария. 1987; 66(8): 19-21.
  23. Сусликов В.Л. К гигиенической оценке роли кремния в питьевой воде. Гигиена и санитария. 1978; 57(7): 101-3.
  24. Сусликов В.Л., Семенов В.Д., Ляшко Л.С. К обоснованию предельно допустимой концентрации кремниевой кислоты в питьевой воде. Гигиена и санитария. 1979; 58(11): 17-22.
  25. Агаджанян Н.А., Сусликов В.Л., Ермакова Н.В., Капланова А.Ш. Эколого-биогеохимические факторы и здоровье человека. Экология человека. 2000; (1): 17-21.
  26. Агаджанян Н.А., Толмачева Н.В., Маслова Ж.В, Капланова А.Ш. Физиологическое обоснование причинно-следственных связей артериальной гипертонии с эколого-биогеохимическими факторами. Фундаментальные исследования. 2010; (11): 17-21.
  27. Винокур Т.Ю., Сусликов В.Л. Сравнительная характеристика содержания микроэлементов в суточных рационах питания населения различных эколого-биогеохимических зон проживания в связи с риском ишемической болезни сердца. Вестник Оренбургского государственного университета. Биоэлементология (Приложение). 2006; (12): 55-8.
  28. Сапожников С.П., Голенков А.В. Роль биогеохимических факторов в развитии краевой патологии. Микроэлементы в медицине. 2001; 2(3): 70-2.
  29. Сусликов В.П. Современные проблемы и перспективы медицинской микроэлементологии. Микроэлементы в медицине. 2000; 1(1): 9-15.
  30. Толмачева Н.В. Методология и принципы гигиенического нормирования оптимальных концентраций и соотношений макро- и микроэлементов в питьевой воде и пищевом рационе. Вестник Чувашского университета. 2010; (3): 154-61.
  31. Сусликов В.П., Толмачева Н.В., Маслова Ж.В. Эколого-физиологическое и философское обоснование причинно-следственных связей процесса «здоровье ↔ атеросклероз». Фундаментальные исследования. 2015; (1): 609-12.
  32. Сапожников С.Л., Гордова В.С. Роль соединений кремния в развитии аутоиммунных процессов (обзор). Микроэлементы в медицине. 2013; 14(3): 3-13.
  33. Субеди Д.Д. Комплексное обоснование причинно-следственных связей язвенной болезни с эколого-биогеохимическими факторами. Вестник Чувашского университета. 2010; (3): 146-52.
  34. Тхакур Б.К. Комплексное обоснование причинно-следственных связей рака легкого с эколого-биогеохимическими факторами. Вестник Чувашского университета. 2010; (3): 166-71.
  35. Акугинова З.Д., Карзакова Л.М., Смыслов В.В., Куюкинова Г.Э. Формирование риска заболеваемости туберкулезом у студентов Чувашии при различном уровне обеспеченности кремнием. Микроэлементы в медицине. 2002; 3(4): 41-3.
  36. Толмачева Н.В., Сусликов В.Л., Маслова Ж.В., Анисимова А.С. Научно-обоснованный подход в нормировании микроэлементов как необходимый этап в профилактике хронических неинфекционных заболеваний. Фундаментальные исследования. 2015; (1): 1937-43.
  37. Авцын А.П. Введение в географическую патологию. М.: Медицина; 1972.
  38. Толмачева Н.В., Сусликов В.Л., Винокур Т.Ю. Эколого-физиологическое обоснование нормативов оптимальных уровней и соотношений макро- и микроэлементов в питьевой воде и суточных рационах. Фундаментальные исследования. 2011; (3): 155-60.
  39. Толмачева Н.В. Методология и принципы гигиенического нормирования баланса макро- и микроэлементов в питьевой воде и пищевых рационах. Казанский медицинский журнал. 2009; 90(6): 866-70.
  40. Wedeen RP. Occupational and environmental renal disease. Semin. Nephrol. 1997; 17(1): 46-53.
  41. Ghahramani N. Silica nephropathy. Int. J. Occup. Environ. Med. 2010; 1(3): 108-15.
  42. Tanchev Y., Dorossiev D. The first clinical description of Balkan endemic nephropathy (1956) and its validity 35 years later. IARC Sci. Publ. 1991; (115): 21-8.
  43. Hanjangsit K., Karmaus W., Dimitrov P., Zhang H., Burch J., Tzolova S. et al. The role of a parental history of Balkan endemic nephropathy in the occurrence of BEN: a prospective study. Int. J. Nephrol. Renovasc. Dis. 2012; (5): 61-8.
  44. Schiller A., Gusbeth-Tatomir P., Pavlovic N., Ferluga D., Spasovski G., Covic A. Balkan endemic nephropathy: a still unsolved puzzle. J. Nephrol. 2008; 21(5): 673-80.
  45. Djukanović L., Stefanović V., Basta-Jovanović G., Bukvić D., Glogova S., Dimitrijević J., et al. Investigation of Balkan endemic nephropathy in Serbia: how to proceed? Srp. Arh. Celok. Lek. 2010; 138(3-4): 256-61. (in Serbian)
  46. Stefanović V., Polenaković M. Fifty years of research in Balkan endemic nephropathy: where are we now? Nephron. Clin. Pract. 2009; 112(2): 51-6.
  47. Pavlović N.M. A historical overview of Balkan endemic nephropathy (BEN) in relation to published hypotheses. Pril. (Makedon. Akad. Nauk. Umet. Odd. Med. Nauki). 2014; 35(1): 71-9.
  48. OECD SIDS. Soluble silicates. SIDS initial assessment report for SIAM 18. Paris; 2004.
  49. Newberne P.M., Wilson R.B. Renal damage associated with silicon compounds in dogs. Proc. Nat. Aca. Sc. 1970; 65(4): 872-5.
  50. Smith G.S., Neumann A.L., Gledhill V.H., Arzola C.A. Effects of soluble silica on growth, nutrient balance and reproductive performance of albino rats. J. Animal Sc. 1973; 36 (2): 271-8.
  51. Emerick R.J. Chloride and phosphate as impediments to silica urinary calculi in rats fed tetraethylorthosilicate. J. Nutr. 1984; 114(4): 733-8.
  52. Emerick R.J., Lu D. A Possible Synergism of Dietary Phosphate and Urine-Acidifying Salts in Preventing Silica Urolithiasis in a Rat Model. J. Nutr. 1987; 117(9): 1603-8.
  53. Schreier C.J., Emerick R.J. Diet calcium carbonate, phosphorus and acidifying and alkalizing salts as factors influencing silica urolithiasis in rats fed tetraethylorthosilicate. J. Nutr. 1986; 116(5): 823-30.
  54. Stewart S.R., Emerick R.J., Kayongo-Male H. Silicon-zinc interactions and potential roles for dietary zinc and copper in minimizing silica urolithiasis in rats. J. Anim. Sci. 1993; 71(4): 946-54.
  55. Costa-Rodrigues J., Reis S., Castro A., Fernandes M.H. Bone Anabolic Effects of Soluble Si: In Vitro Studies with Human Mesenchymal Stem Cells and CD14 + Osteoclast Precursors. Stem. Cells Int. 2016; 2016: 5653275.
  56. Рахманин Ю.А., Красовский Г.Н., Егорова Н.А., Михайлова Р.И. 100 лет законодательного регулирования качества воды. Ретроспектива, современное состояние, перспективы. Гигиена и санитария. 2014; 93(2): 5-18
  57. Australian Drinking Water Guidelines 6. NHMRC, NRMMC (2011) Australian Drinking Water Guidelines Paper 6 National Water Quality Management Strategy. Canberra; 2011
  58. Красовский Г.Н., Рахманин Ю.А., Егорова Н.А. Экстраполяция токсикологических данных с животных на человека. М.: Медицина; 2009

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Rakhmanin Y.A., Egorova N.A., Krasovsky G.N., Mikhailova R.I., Alekseeva A.V.


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.