6 января 2017

Креатин - научный взгляд на добавку

Креатин имеет очень длинную и противоречивую историю. Креатин (метил-гуанидо-уксусная кислота) был открыт французским химиком по имени Мишель Эжен Шеврель в 1832 году. Шеврель занимался изучением различных продуктов обмена, содержащихся в мясе. Именно тогда он впервые открыл это соединение. Позже ученый дал ему название «креатин» (греч. kreas – мясо). (16) На тот момент Шеврелю еще не было известно, что креатин станет самой популярной пищевой добавкой в мире. (1) В 1847 году немецкий ученый Юстус фон Либих подтвердил открытие Шевреля и провел дополнительное исследование, посвященное креатину и физиологии животных. В ходе своего исследования Либих сделал несколько интересных открытий. Он обнаружил, что в скелетных мышцах диких лис содержится в десять раз больше креатина, чем у лис, живущих в неволе. Исходя из этого, он пришел к выводу, что физические упражнения являются причиной увеличения концентрации креатина в скелетных мышцах. (1)

В 1927 году был открыт фосфокреатин, являющийся производной креатина. Это чрезвычайно важное открытие было сделано Сайрусом Фиске и Йеллапрагадой Суббарао. (1) Благодаря их исследованию удалось установить, что концентрация фосфокреатина в скелетных мышцах снижается во время их сокращений и повышается в стадии покоя. (1) Помимо этого, им удалось выявить роль фосфокреатина в процессе выработки энергии. После открытий Фиске и Суббарао практически не проводились исследования, посвященные креатину. Так было до 1992 года, когда Чанутин заявил, что с приемом креатина возрастает его общая концентрация в скелетных мышцах. (1) Данное открытие означало, что добавочный креатин может впитываться непосредственно в скелетные мышцы. Это было подтверждено рядом других исследований, включая исследование, проведенное Харрисом и другими учеными в 1992 году и положившее начало революции креатиновых добавок. (17) Работы Харриса привели к быстрому увеличению исследований, посвященных креатину.

Цель данной статьи состоит в том, чтобы продемонстрировать с химической точки зрения, как креатин может быть использован в качестве спортивной добавки, а также проанализировать различные факторы, способствующие эффективности креатиносодержащих добавок.

В последние годы креатин стал интересной темой в области медицины и улучшения производительности. Было обнаружено доказательство, которое говорит о том, что креатин играет важную роль в лечении некоторых нарушений, таких как болезнь Паркинсона, нейромышечные болезни, болезни мозга, мышечная дистрофия и даже сердечные заболевания. (2,19) Это доказательство расширило возможности креатина в плане улучшения атлетической производительности и даже сохранения жизней.



Креатин в теле человека

Доказано, что концентрация фосфокреатина меняется в соответствии с мышечными сокращениями. (1) Данное открытие дает основание говорить о роли, которую креатин играет в теле человека. Существуют предположения, что креатин способен значительно повышать количество энергии, которую человек накапливает внутри скелетных мышц. Когда мышца сокращается, она задействует гидролиз связей фосфорного ангидрида из молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) для высвобождения энергии. При гидролизе молекулы АТФ образуется молекула аденозиндифосфата (АДФ). (3) Это основной механизм, используемый телом человека для получения энергии во время сокращения мышц. В связи с этой зависимостью от гидролиза АТФ, концентрация и, соответственно, наличие АТФ в скелетных мышцах являются важными критериями в определении количества накопленной энергии, которая необходима мышцам для сокращения.

Важно отметить, что когда АТФ дефосфорилируется в АДФ, в это же время внутри мышц осуществляется повторный синтез АТФ. Именно здесь креатин играет роль решающего фактора, влияющего на выработку энергии мышечными клетками в теле человека. Во время сокращения этот повторный синтез АТФ из АДФ осуществляется посредством деградации фосфокреатина. Данная реакция представлена на рис. 1: (4)
Креатин - научный взгляд на добавку
Реакция креатинкиназы, изображенная на данном рисунке, представляет собой реакцию, которая происходит в скелетных мышцах для осуществления повторного синтеза АТФ. Как вы можете видеть, фосфокреатин в комбинации с АДФ вырабатывает креатин и АТФ, чтобы использовать их для выработки энергии. По материалам Wyss и Kaddurah-Daouk (2000). (4)

В результате этого прямого взаимодействия между фосфокреатином и АДФ, концентрация данной кислоты является лимитирующим фактором в повторном синтезе АТФ. Располагая информацией о том, как скелетная мышца использует реакцию креатинкиназы для выработки энергии, можно заняться исследованием креатиносодержащих добавок. Многие факторы, касающиеся креатиновых добавок, будут рассмотрены ниже наряду с их эффективностью в плане улучшения производительности.

Первый фактор, который необходимо проанализировать, - это влияние чистой формы креатина на поддержание запасов энергии. И хотя креатин вступает в реакцию с АДФ для выработки АТФ не напрямую, существует путь, посредством которого он принимает участие в повторном синтезе АТФ, как показано на рисунке 1. Креатин выполняет данную задачу, действуя как буфер реакции, которая происходит во время повторного синтеза АТФ. (5) Доказано, что креатиновые добавки увеличивают общую концентрацию фосфокреатина в скелетных мышцах. (6)

Креатин не позволяет концентрации фософокреатина уменьшиться слишком низко, т.е. до уровня, когда в соответствии с принципом Ле Шателье равновесие сместится в сторону разложения АТФ (повышение концентрации фосфокреатина приводит к сдвигу равновесия в сторону производства АТФ). Эта буферная система способствует значительно более быстрому и более эффективному производству АТФ, в результате чего возрастает и общая доступность АТФ.

Креатин - научный взгляд на добавку


Данное обстоятельство позволяет рассматривать креатин в качестве идеальной пищевой добавки для производства энергии в мышечной ткани. Однако следует отметить, что снижение уровня производства энергии не является единственной причиной переутомления мышц. Другим фактором, способствующим усталости мышц, является накопление в них молочной (2-гидроксипропановой) кислоты. По мере того как мышцы сокращаются, потребность в АТФ начинает расти. Поскольку переработка АТФ организмом возрастает, молочная кислота образуется в мышечной ткани с большей скоростью, чем мышцы способны вывести. По мере роста концентрации молочной кислоты снижается рН в мышечной ткани, что и является причиной возникающего эффекта усталости мышц [7]. Тем не менее, важно отметить, что усталость, которая ощущается во время кратковременного сокращения мышц, в большей степени связана с низкой концентрацией фосфокреатина, а не с повышенной концентрацией молочной кислоты [8, 18].

Не менее интересен и вопрос о том, какой тип мышечных волокон в человеческом организме потребляет больше креатина при сокращении. В скелетных мышцах выделяют два типа мышечных волокон, тип I и тип II, и их потребность в креатине различна [3]. К типу I относят медленно сокращающиеся мышечные волокна, на которые приходится основная нагрузка при проведении аэробных упражнений, таких как бег на длинные дистанции или езда на велосипеде. Волокна типа II считаются быстро сокращающимися, они задействуются при кратковременных, но максимальных физических нагрузках, таких как поднятие тяжестей. Потребление фосфокреатина мышцами II типа может быть на 33% выше, чем мышечными волокнами I типа. Поскольку основным источником энергии для I типа волокон является триглицериды, а для II типа – АТФ, можно предположить, что дополнительный прием креатина будет более полезными для тех, кто занимается короткими «взрывными» анаэробными упражнениями, чем для тех, кто практикует более длительные аэробные нагрузки [3].

Немаловажно было бы также знать максимальное количество креатина (и, в конечном счете, фосфокреатина), которое может накапливаться внутри мышечной ткани. Базовый уровень креатина у среднестатистического человека, рацион которого включает сбалансированное количество белков, углеводов и жиров, составляет приблизительно 120 ммоль креатина на килограмм сухой массы [5]. Эта величина может быть значительно ниже, и это, повторимся, определяется тем, как человек питается. Например, вегетарианцы имеют более низкий уровень креатина из-за отсутствия в их рационе мяса. Максимальная концентрация креатина в скелетных мышцах, которая может быть достигнута за счет приема пищевых добавок, составляет 160 ммоль на килограмм сухой массы [5]. Это предел: дальнейшее увеличение потребления креатина не приведет к каким-либо заметным изменениям, излишек будет попросту выводиться из организма.

Помимо рассмотренного энергетического воздействия креатина на скелетную мускулатуру он играет важную роль в механизмах, которые контролируют синтез мышечного белка. Было обнаружено, что повышение концентрации креатина в мышечных клетках приводит к увеличению интенсивности синтеза тяжелой цепи миозина [9]. Эти исследования были проведены in vitro с использованием тканевых культур, их результаты представлены в таблице 1.

эксп.Синтез общего белка (cpm/мкг ДНК)Синтез тяжелой цепи миозина (cpm/мкг ДНК)Процентное увеличение скорости синтеза миозина
контроль1149360-
2134350-
+ креатин1161800120
215161075

Прирост скорости синтеза тяжелой цепи миозина как следствие введения креатина в клетки тканевой культуры. После введения раствора креатина (концентрация 5 ммоль/л) в теплой воде тканевая культура инкубировалась в течение четырех часов. Как можно видеть, скорость синтеза тяжелой цепи миозина резко возросла, когда креатин был введен в культуру ткани. Скорость синтеза суммарного белка и синтеза тяжелой цепи миозина измеряли с использованием анализа 3H-распада [9].

Как видно, увеличение концентрации креатина ведет к росту количества тяжелой цепи миозина и общего белка, синтезированного внутри клетки. Тяжелая цепь миозина является основным белком, инициирующим сокращение мышц, а значит, представленные результаты свидетельствуют, что креатин способствует максимальному сокращению мышц посредством двух различных механизмов – энергетического эффекта и содействия синтезу белка. Следует отметить, что в ряде работ не удалось доказать, что креатин улучшает прирост общего белка. Тем не менее, в одном из таких исследований было обнаружено, что креатин, возможно, снижает скорость катаболизма белка, т.е. скорость его расщепления внутри организма [19].

Несмотря на то, что возможности креатина кажутся удивительными, вопрос о том, может ли креатин способствовать улучшению спортивных результатов, все еще остается открытым. Многочисленные исследования воздействия креатина на организм показали противоречивые результаты. Так, например, Кейси (Casey) и Гринхаф (Greenhaff) установили, что ежедневный прием 20 г креатина в течение пяти дней на 4% повысил производительность при выполнении экстензии (разгибания) ног [3]. Тот же Кейси доказал, что девять испытуемых мужчин благодаря приему креатина увеличили общую производительность при проведении различных изокинетических упражнений в среднем на 4% [10]. Испытания, проведенные Харрисом (Harris) на подготовленных бегунах их Университета города Тарту, показали, что ежедневный прием 20-30 г креатина в течение пяти дней привел к значительному улучшению показателей спортсменов по сравнению с контрольной группой [11], т.е. креатин оказался полезен не только для кратковременных максимальных нагрузок, но и при выполнении аэробных упражнений, когда в большей степени задействуются мышцы I типа.

Хотя во многих исследованиях отмечалось улучшение спортивных результатов вследствие приема креатина, было немало экспериментов, в которых не удалось доказать положительного воздействия этого препарата. В одном из таких исследований, проведенном Сиротюком (Syrotuik) на профессиональных гребцах, через восемь недель употребления креатина не было отмечено существенного увеличения спортивных показателей по сравнению с контрольной группой [12]. Аналогичные результаты были получены Одландом (Odland), избравшим в качестве тестового упражнения 30-секундную максимальную нагрузку [13]. Так как многие полученные результаты оказались противоречивыми, правильным было бы обратить внимание на некоторые аспекты исследований, представленных выше. Исследование, проведенное Одландом (Odland), длилось всего три дня – это слишком мало, чтобы концентрация фосфокреатина внутри мышц повысилась до необходимого уровня (на это, как правило, требуется не менее пяти дней приема препарата). В данном случае сокращение времени проведения эксперимента могло привести к тому, что были получены неточные результаты и сделаны неверные выводы. Исследование, проведенное Сиротюком (Syrotuik), длилась значительно дольше, однако в данном случае использовался один и тот же объем физических нагрузок как для тестируемой, так и для контрольной групп, в то время как по мере увеличения концентрации фосфокреатина в мышцах испытуемых следовало бы одновременно увеличивать и нагрузку. Эта недоработка на стадии планирования эксперимента могла стать причиной получения ошибочных результатов.

Вследствие противоречивости полученных результатов до сих пор неясно, насколько эффективен креатин. Тем не менее, следует отметить, что из 300 работ, проанализированных Крейдером (Kreider) в его обзоре, приблизительно в 70% сообщалось о значительном положительном эффекте от приема креатина [20]. При таком большом количестве исследований, находящих, что креатин способен увеличивать спортивные результаты, важно изучить различные коммерчески доступные формы этой пищевой добавки. Некоторые из наиболее популярных будут рассмотрены ниже.


Производные креатина

Креатин моногидрат был первой формой креатина, попавшей на прилавки магазинов в качестве пищевой добавки [15]. Он представляет собой молекулу креатина, связанную водородной связью с одной молекулой воды. Это самая простая и наиболее популярная форма коммерчески доступного креатина [15]. Было немало споров о биодоступности моногидрата креатина и его эффективности в качестве пищевой добавки. Многие полагают, что моногидрат креатина с трудом проходит через кишечник и плохо всасывается через его стенки, а посему обладает низкой биодоступностью [4]. По этой причине эту пищевую добавку часто рекомендуется принимать в сочетании с простыми углеводами, вызывающими резкий всплеск уровня инсулина, с которым, как полагают, креатин усваивается более эффективно [3]. Несмотря на то, что это очень распространенное мнение, Харрис (Harris) утверждает, что биодоступность моногидрата креатина составляет около 100% [14]. Еще одной причиной, по которой многие отказываются от данной креатин-содержащей пищевой добавки в пользу каких других, является низкая растворимость моногидрата в воде – при комнатной температуре примерно 14 г на один литр воды [15]. Вследствие такой низкой растворимости для получения однородной смеси моногидрат креатина требуется смешивать с большим количеством теплой воды [15].

Другим фактором, который следует учитывать при сравнении различных производных креатина, является скорость, с которой препарат распадается в организме с выделением свободного креатина. Харрис (Harris) провел исследование того, как быстро повышается концентрация креатина в крови при приеме трех его различных производных – моногидрата, цитрата и пирувата [14]. Он обнаружил, что в течение определенного периода времени после введения добавки концентрация креатина в крови во всех трех случаях была различна. Результаты данного исследования представлены в таблице 2.

Моногидрат креатинаЦитрат креатинаПируват креатина
Время (ч)Концентрация креатина в крови, мкмоль/л
040.556.544.0
0.5488.6551.1637.0
1.0761.9855.3972.2
1.5660.8771.8875.7
2.0557.0624.2681.7


Концентрации креатина в крови после приема внутрь различных форм креатина. Три мужчины и три женщины поочередно получали все три различные формы креатина (в капсулах). Количество препарата составляло 5 г в случае моногидрата креатина, 6.7 г в случае цитрата и 7.3 г в случае пирувата (т.е. в пересчете на чистый креатин по 5г в каждой дозе) [14].

Поскольку было показано, что моногидрат креатина обладает приблизительно 100% биодоступностью, исследователи полагают, что наблюдаемые различия в концентрации креатина в крови являются следствием разницы в скорости распада производных креатина [14]. Последнее же связано с различием в строении молекул каждого рассматриваемого производного креатина.

Креатин цитрат лучше растворим в воде, чем креатин моногидрат, что делает его легче усваиваемым при приеме добавки внутрь. Креатин цитрат представляет собой соль, в которой молекула креатина связана с остатком лимонной кислоты ионной связью. Эта форма креатина имеет более низкую рКа (примерно 5), что немного увеличивает биологическую доступность, но снижает скорость расщепления. Причиной последнего обстоятельства является большая стабильность кислой формы креатина в кислой среде желудка [15].

Креатин пируват очень похож на производное лимонной кислоты: он тоже представляет собой соль, в данном случае соль креатина и пировиноградной кислоты [15]. Это означает, что в данном случае также снижается рКа, повышается биодоступность креатина, увеличивается растворимость вещества в воде и немного снижается скорость его разложения до свободного креатина.

Этиловый эфир креатина (CEE) – новая форма креатина, которая стала доступна в последние годы. CEE представляет собой соединение креатина, в котором карбоксильный атом водорода замещен на этиловый радикал [2]. Поскольку в кислой среде желудка моногидрат креатина разлагается быстрее, чем его этиловый эфир, биодоступность последнего несколько выше, т.к. медленный распад CEE позволяет организму использовать весь поступивший внутрь креатин [2]. Кроме того, CEE обладает более высокой липофильностью, а значит, характеризуется более высокой проницаемостью клеточной мембраны [2], т.е. с большей эффективностью проникает в мышечные волокна, чем моногидрат креатина.


Выводы

Данные об эффективности креатина довольно противоречивы, поскольку многие факторы, определяющие эту эффективность, индивидуальны и варьируются от человека к человеку. Тем не менее, нетрудно понять, почему креатин стал одной из самых популярных пищевых добавок в мире [1]. Во время проведения Олимпийских игр 1996 года почти 80% спортсменов вводили в свой рацион пищевые добавки на основе креатина [5]. Возможности креатин удивительны, однако все еще очень трудно сделать окончательный вывод об эффективности этого соединения. Как уже упоминалось выше, в 70% из 300 исследований был сделан вывод, что креатин увеличивает спортивные результаты в невероятно короткий период времени (как правило, только за одну неделю) [20]. Впрочем, по-прежнему остается открытым вопрос относительно того, почему в остальных 30% исследований не удалось обнаружить положительной динамики при употреблении креатина. Хотя большинство проведенных исследований нашли креатин эффективным, в конечном счете, каждому человеку предстоит самому определить, улучшает ли креатин конкретно его спортивные результаты.

Список литературы:
Доступен для просмотра только для зарегистрированных пользователей. Регистрация занимает всего 55 сек.
Ваша оценка: 
 (голосов: 2)


Имя:
E-Mail (необязательно):