《柳叶刀》，1977年2月26日

 

 

硅素纤维和动脉粥样硬化

 

克劳斯施瓦茨

 

实验性代谢性疾病实验室，

 

加州长滩市退伍军人管理医院，美国

 

和加州大学洛杉矶分校医学院生物化学系

 

缺乏硅素可能是动脉粥样硬化中的一个重要的ætiological因素，这是一个合乎逻辑的论点。作为硅酸或其衍生物，硅是生长所必需的。它主要存在于结缔组织中，起到交联剂的作用。在动脉壁中存在异常大量的结合硅，特别是在内膜中。据报道，各种膳食纤维可以有效预防“动脉粥样硬化、降低胆固醇和血脂水平以及在体外结合胆汁酸”的实验模型。异常大量的硅（1000到25000磅）在这些试验中活性的来源和化学成分的纤维产品中发现，非活性物质，如不同类型的纯化纤维素，只含有微不足道的元素。结论：硅酸盐-硅可能是膳食纤维中影响动脉粥样硬化发展的活性剂。三分之二的麸皮样本也有相对较低的水平，这可以解释为什么麸皮不能降低血清胆固醇。动脉粥样硬化在欠发达国家发病率较低的事实可能与膳食硅的可用性有关。提出了两个例子，通过工业处理，硅被还原；白面粉和精制豆制品的硅含量比它们各自的天然原油要低得多。不同类型纤维中硅的化学性质尚不清楚。它可以以原硅酸、聚合硅酸、胶体硅（蛋白石）、致密的硅结核，或以硅酸（硅酸）的有机结合衍生物的形式存在。讨论了其可能的作用机制。

 

介绍

 

1972年，我们通过塑料微量元素无菌分离系统和高度纯化的氨基酸饮食，证明了硅（作为硅酸或其衍生物）是一种必不可少的元素。”在喂食缺硅饲料的大鼠中，补充偏硅酸盐可以提高35%的生长速度。在小鸡身上也进行了类似的观察。”缺硅会伴随着骨骼畸形。”‘该元素主要存在于结缔组织中，作为地面基质的交联剂。5分离研究表明，它与粘多糖，如透明质酸和软骨素-4-硫酸盐，以及胶原蛋白结合。它似乎是硅酸的酯（或醚样）衍生物，形成-0-si-0桥，从而有助于结缔组织和膜的结构和强度。”硅原子是一种交联剂：它是一个小原子，与碳具有相同的立体化学性质，但在保持键角方面具有更大的刚性。在动脉壁中，特别是内膜中发现了异常大量的结合硅。在早期的工作中，Loeper和合作者发现动脉粥样硬化动脉中的硅水平大大降低。动脉壁动脉粥样硬化的程度与其硅含量呈反比关系。8-10最近已经描述了饮用水中硅酸盐对血脂水平和胆固醇转移的有益作用。11-12因此，对于现代饮食中缺乏生物可利用的硅可能在动脉粥样硬化的病因学中发挥作用，而在动脉粥样硬化的病因学中，硅可能对这种疾病发挥保护作用。

 

膳食纤维在预防动脉粥样硬化和其他慢性疾病中的作用最近引起了人们的关注。13-14的想法起源于20多年前的饮食和疾病模式在非洲和西方人，15-17的发现美国.降低血清胆固醇水平，18-19和意大利人和美国人的饮食，在小但血清显著差异胆固醇与果胶。早些时候，人们分析了果胶在人和狗的肠道中的作用，并注意到胆固醇的代谢和排泄的变化。21-22更明显和一致的影响观察在实验条件下，首次描述的1961.23大鼠、小鸡、兔子、猪，也灵长类动物，包括人，使用，不仅胆固醇甾醇和血脂水平也动脉粥样硬化的实验模型被发现是有益的影响。近年来，体外胆汁酸结合已被应用于研究含纤维产物作用的方法。可以获得全面的评论。24-27

 

“膳食纤维”的化学定义并不明确。它指食物中抗消化的食物成分。这不仅包括纤维素，还包括半纤维素、果胶、其他多核糖、树胶、粘胶、粘液、木质素等。许多关于这些产品对血液胆固醇和脂质水平的影响以及对动脉粥样硬化的实验模型的研究已经发表。除一项试验外，在所有试验中，纤维素本身对血清胆固醇都没有影响。事实上，在这些研究中，纤维素起到了填充物或安慰剂的作用。29-30由于只有某些类型的纤维在各种实验条件下才有效，所以一般把“纤维”作为hypocholesterolæmic制剂似乎是不合适的。

 

我们分析了各种属于膳食纤维类别的产品。结果表明，异常高的硅是膳食纤维和其他产品中看似不相关的成分的共同特征，据报道，这些成分可以有效降低胆固醇和脂质水平，防止实验性动脉粥样硬化，或在体外结合胆汁酸。

 

方法

 

 

在铂坩埚中用碳酸钠熔化后进行硅分析，采用鲍曼32比色法，全程使用高纯度化学品、塑料实验室器皿和无硅水。已采取了预防措施，以消除灰尘污染的可能性。结果以百万分之一表示（P.P.M.）。每干重的硅含量。

 

结果

各种净化的纤维素在硅中含量很低（见表，nos，1-3），而棉花，被认为是最纯的天然形式的纤维素只含有120 p.p.m.其他的纤维样本（除了两个麸皮标本）的含量非常高，尽管它们有各种生物和地理来源。数值范围从大约1000 p.p.m.到超过25000 p.p.m.这些数量与组织和实质器官相比相当大，通常在2-30p.p.p.m.33除了肺和淋巴结，只有结缔组织通常超过100 p.p.m.1

 

一些被分析的项目（见表）是从其他研究所获得的，在那里他们已经被分析了各种影响：粗纤维产品(nos。5、6、10、12和13)已经被Story和克里尔切夫斯基研究了它们在体外结合胆汁酸的潜力。34除麦秸秆外，其余都有效，均显示出大量的硅，同样的作者发现咖喱粉在胆汁酸结合中相当活跃；33一个商业样品（编号25）显示1800 p.p.m.硅的含量。国家处方果胶（20号）和瓜尔胶（24号），两者都检测到大量的硅，已经被格里明格和费舍尔用于研究小鸡的胆固醇水平。36在其他5种没有显示的柑橘果胶中，值范围从1100到2590 p.p.m.我们之前曾报道过，果胶中含有大量的硅。稳定性试验表明，它是一种有机结合形式的硅酸，一种有机硅酸盐。然而，商业果胶经常被微观和胶体二氧化硅污染。果胶的化学修饰并没有显著改变所发现的硅的水平。21-23），4-硫酸软骨素样品（第26号）是我们实验室研究的许多类似标本的代表。广泛的临床试验显示对动脉粥样硬化有益，37根据我们之前的报道，在硫酸软骨素和其他糖胺聚糖中含有大量的硅，5

 

讨论0n

 

不同种类的膳食纤维可能通过多种机制影响慢性疾病。纤维可能会改变脂肪酸的吸收、菌群、挥发性脂肪酸的形成、肠道转运时间和fæces的一致性。它还能抵消毒性作用。它在动脉粥样硬化中的作用模式可能明显不同于已被用于预防其他疾病的机制，如憩室炎和结肠癌。

 

大量硅酸盐-硅（1000-25000p.p.m.）存在于非常不同种类的膳食纤维中，可以降低血清胆固醇和脂质水平，或防止实验性动脉粥样硬化或胆汁酸结合。相反，在这类测试中不活跃的纤维类型（例如，纤维素）只含有微不足道的元素数量。天然纤维对动脉粥样硬化的影响显然不依赖于纤维素本身，因为不含纤维素的纤维产品在各种试验中也有效。由于高硅含量是活性产物的特征，硅酸盐-硅可能是这些材料中的关键成分。

 

世界上欠发达地区的动脉粥样硬化的发病率比工业化地区要低得多，这可能与饮食中硅的可用性有关。皮肤、软骨、肌腱和其他富含硅的动物来源在发达国家使用人类消费的效率较低；此外，据报道，植物源纤维的摄入量要低得多。工业精炼可以大大减少食品中硅的用量。15和16)的硅麸和小麦粉是通过精心控制的小麦。65%的提取面粉含有不到麸皮中硅的10%。豆粕（第17号）是一种减少血脂和实验性动脉粥样硬化的纤维来源，38号硅含量高，但两种供人类食用的精制大豆制剂（第18和19号）含有很少的元素。

 

不同来源的麸质样品（13s-15）的硅含量差异显著，3/2的硅含量值较低，这种差异可能与晶粒的种类和来源以及铣削过程的差异有关。他们可以解释不同研究者用麸皮获得的结果的差异。39-40虽然一些作者在麸皮补充剂的实验中看到了对血脂的影响，但另一些人则发现麸皮对降低血清胆固醇无效，尽管这些降低血清胆固醇很受欢迎。事实上，似乎没有任何报告表明麸皮可以降低人的血清胆固醇水平。据报道的纤维素效应也有类似的不一致。虽然我们分析的纯化制剂在硅中含量很低，但其他不同来源的纤维素标本可能含有更高的含量。2

 

这里研究的各种纤维中硅的化学性质还不完全清楚。在植物中，它以原硅酸、聚硅酸、胶体硅（蛋白石）的形式存在，也以致密硅（二氧化硅）结核（植物石）的形式存在。硬木可能包含超过0 5%的二氧化硅，41有机结合形式的硅酸也发挥作用——例如，在稻草，半乳糖涉及网站的硅酸盐结合，42各种形式的硅在不同类别的纤维的可用性明显不同。不同形式的硅酸和聚合二氧化硅（二氧化硅）在胃肠道中的吸收能力有所不同。根据我们的经验，有机硅酸盐——即硅酸酯——似乎最能促进大鼠的生长。7

 

硅酸盐-硅对动脉粥样硬化的有益作用可能涉及几种机制：

 

1.各种形式的聚合硅酸或二氧化硅可能是胆汁酸结合的消化道部位，这将增强胆固醇代谢最终产物的消除；胆固醇本身的结合也起到了一定作用。这一概念得到了一些研究的支持，这些研究表明，在饮用水中添加硅酸显著降低了血清胆固醇和脂质水平，增强了fæces中氚标记胆固醇及其转化产物的排泄，并减少了肝脏、脾脏和肾脏中标记胆固醇的摄取。11-12

 

2.其他生物形式的硅（有机硅酸盐）的硅酸可以作为结缔组织的基本成分被吸收并在机体中发挥作用。因此，它们将有助于动脉壁的完整性和稳定性。

 

3.硅酸的活化形式可以直接参与(参与类固醇和胆汁酸的中间代谢。

 

这里报道的观察结果也可能与水因子有关，即硬水的成分，它似乎对冠心病有抑制作用。44-45我们发现芬兰饮用水中的硅酸与冠心病患病率呈负反比关系，46再次表明缺乏硅可能是动脉粥样硬化的ætiological因素。

 

感谢比莉·a·里奇夫人提供的专家技术援助。我要感谢P.格里明格博士、克里切夫斯基博士、麦克格雷迪博士、莫里森博士和杰里·威尔逊先生提供的纤维样本。

 

这项工作得到了美国退伍军人管理局的医学研究服务处和来自马里兰州贝塞斯达的美国国立卫生研究院的HL-17701拨款的支持。

 

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