Донаторы оксида азота: научный подход

Донаторы оксида азота в спортивной медицине

Авторы: д.м.н. А.В. Дмитриев, врач-эндокринолог

Окись азота – жирорастворимое соединение, которое образуется в процессе метаболизма в различных органах и тканях. Основной массив данных по эндогенному образованию и биологическому значению окиси азота выполнены в 80-х годах прошлого столетия. Первоначально NO была идентифицирована как сигнальная молекула в организме животных. Затем выделен специфический фермент синтаза окиси азота (nitric oxide synthase — NOS), катализирующий комплексную энзиматическую реакцию, ведущую к образованию NO из субстратов — L-аргинина и молекулярного кислорода. Позднее был выявлен альтернативный путь образования NO за счет простой редукции нитратов и нитритов. Весь последующий период шло интенсивное изучение биологической роли NO, и в настоящее время оксид азота рассматривается как важный фактор регуляции (медиатор) норадренергической и нехолинергической нервной передачи. В спортивной нутрициологии пищевые добавки, способные повышать выработку оксида азота, рассматриваются как эргогенные вещества (A.Petroczi, D.P.Naughton, 2010; R.Bescos и соавт., 2012). Для такого утверждения имеется ряд научных обоснований. Во-первых, в экспериментальных условиях показана роль NO в регуляции кровотока и митохондриального дыхания при физической нагрузке (W.Shen и соавт., 1994), а усиление кровотока в активных тканях за счет действия NO вызывает ускоренное восстановление (R.J.Bloomer, 2010). Во-вторых, у хорошо подготовленных спортсменов предтренировочное назначение пищевых добавок, содержащих такие стимуляторы образования NO как L-аргинин и L-цитруллин, улучшает физическую готовность (R.J.Bloomer и соавт., 2010), что прямо увязывается с возрастанием концентрации нитратов и нитритов крови и насыщением мышц кислородом. Дополнительно в последние несколько лет получены положительные результаты влияния растительных донаторов оксида азота на физическую форму лиц, ведущих активный образ жизни (свекольный сок и концентрат, сок красного шпината и концентрат). С 2016 года Международное Общество Спортивного Питания (ISSN) внесло предложение включить темный шоколад в группу донаторов оксида азота.

Известны пять классических оксидов азота — закись азота N2O («веселящий» газ, к теме обзора отношения не имеет), окись азота NO, оксид азота(III) N2O3, диоксид азота NO2 и оксид азота (V) N2O5. Пищевые добавки (БАДы), способствующие выработке в организме оксида азота подразделяются на прямые и непрямые донаторы NO: непрямые – аргинин и цитруллин; прямые – нитрат натрия, экстракты и соки растительного происхождения – свеклы и амаранта, эпикатехин (флаванол, содержащийся в какао-бобах) и некоторые другие. Роль NO в биохимических процессах в организме изучена достаточно подробно и кратко может быть сведена к нескольким основным механизмам: расслабление гладкой мускулатуры сосудистой стенки и усиление кровотока; стимуляция межнейрональной передачи в мозге и когнитивных функций; торможение агрегации и адгезии тромбоцитов – улучшение микроциркуляции; повышение сократительной активности миокарда; стимуляция и оптимизация митохондриальных энергетических процессов.

Непрямые донаторы оксида азота

К непрямым донаторам оксида азота относятся L-аргинин и L-цитруллин.

L-Аргинин

Механизм действия L-аргинина является NOS-зависимым и схематично представлен на рис.1. Он может как поступать с пищей (основной путь), так и образовываться в организме в почках из L-цитруллина. L-аргинин – условно незаменимая аминокислота, участвующая в синтезе белка наравне с другими аминокислотами. Суточная потребность в ней составляет 4-5 грамм. Средние значения в плазме крови составляют 70-115 мкмол/л.

Фармакокинетика L-аргинина и L-цитруллина

Подробное исследование фармакокинетики L-аргинина при пероральном введении в различных дозах (O.Tangphao и соавт.,1999; R.W.Evans и соавт.,2004; B.Campbell и соавт.,2006; T.S.Alvares и соавт.,2012; F.Mariotti и соавт.,2013) позволило сделать следующие выводы:

• Диапазон базовых значений концентрации L-аргинина (до его экзогенного введения) в плазме крови составляет от 70 до 125 мкмол/л.
• При введении разовой пероральной дозы L-аргинина 6 г. концентрация L-аргинина плазмы достоверно возрастает до 210 мкмол/л к 30-ой минуте после перорального введения этой аминокислоты и сохраняется на этом уровне с 60-ой по 120 минуту. Разовая доза 10 г. повышает концентрацию L-аргинина в плазме на 60-ой минуте до 300 мкмол/л с последующим постепенным снижением до исходных значений в течение 8-и часов. При любом количестве L-аргинина при однократном введении (1-10 г) его концентрация в плазме растет быстро и достигает максимальных значений в интервале от 1 до 1,5 часов.
• Длительное (неделя, прием три раза в день) применение L-аргинина в суточных дозах 3 г. (1 г х 3 раза в день), 9 г (3 г х 3), 21 г (7 г. х 3) и 30 г (10 г х 3) в дополнение к ежедневной трехразовой стандартной диете выявило тенденцию к увеличению концентрации L-аргинина в плазме на 10% (статистически недостоверно), достоверное значительное (на 70%) возрастание концентрации L-аргинина в дозе 9 г/сутки, и отсутствие дальнейшего увеличения этого показателя в дозах 21-30 г/сутки. Таким образом, доза L-аргинина 9 г/сутки считается оптимальной, при которой также отсутствуют какие-либо побочные эффекты. Имеется прямая корреляционная связь (сохраняется только в диапазоне доз 4-10 г) между дозой перорально назначаемого L-аргинина при недельном применении (независимо от лекарственной формы аминокислоты – обычной или ретардной) и последующим возрастанием концентрации аминокислоты в крови: доза 4 г – увеличение до 140 мкмол/л; доза 6 г – до 210 мкмол/л; доза 10 г – до 300 мкмол/л.

Фармакокинетика L-цитруллина при экзогенном введении в течение курсового 7-дневного приема была изучена в прямом сравнении с кинетикой L-аргинина, учитывая их метаболическую связь, в работе E.Schwedhelm и соавторов (2008). В двойном-слепом рандомизированном плацебо-контролируемом перекрестном исследовании у 20 здоровых добровольцев изучили шесть разных режимов дозирования с использованием плацебо, аргинина и цитруллина. Основные фармакокинетические параметры (Cmax, Tmax, Cmin, AUC) рассчитывались после недельного перорального приема пищевых добавок. Фармакодинамические эффекты оценивались по следующим показателям: соотношение L-аргинина в плазме к ассиметричному диметиларгинину – эндогенному ингибитору синтазы окиси азота (NOS) — (аргинин/ADMA соотношение); циклический гуанозин монофосфат (cGMP); скорость экскреции нитрата; флоу-вазодилятация (FMD). L-цитруллин дозо-зависимо увеличивал площадь под кривой «время-концентрация» и Cmax L-аргинина в плазме крови, причем более эффективно, чем сам L-аргинин при приеме внутрь (P < 0.01). Наибольшая доза L-цитруллина (3 г однократно) увеличивала Cmin L-аргинина в плазме и улучшала соотношение L-аргинин/ADMA с 186 ± 8 (исходное значение) до 278 ± 14 (P < 0.01). Более того, нитраты в моче и cGMP возрастали примерно на 30%. Эти данные показывают, что пероральный прием L-цитруллина дозо-зависимо увеличивает концентрацию L-аргинина в плазме крови и повышает сигнальную роль NO. Детали фармакокинетики L-цитруллина и L-аргинина при 7-дневном приеме представлены в таблице 1.

Таблица 1. Кинетические параметры L-цитруллина и L-аргинина в плазме крови 20 здоровых добровольцев после 7-дневного перорального применения. Cmax – максимальная концентрация в плазме (мкмол/л); Тmax – время достижения Сmax (часы); Сmin – минимальная концентрация в плазме (мкмол/л); AUC – площадь под кривой «время-концентрация» (мкмол/час). Аргинин SR – форма с замедленным высвобождением; аргинин IR – форма с быстрым высвобождением. А – кинетика аргинина в плазме после 7 дней приема либо цитруллина, либо аргинина: * — Р<0,01 по сравнению с аргинином SR, + — Р<0,01 по сравнению с аргинином IR, # — Р=0,03 по сравнению с аргинином IR. В – кинетика цитруллина в плазме после 7 дней приема либо цитруллина, либо аргинина: * — Р<0,01 по сравнению с цитруллином 750 мг, + — Р<0,01 по сравнению с цитруллином 1500 мг (E.Schwedhelm и соавторы (2008).

Метаболические эффекты L-аргинина в спорте

L-аргинин, помимо образования NO, участвует и в других метаболических процессах (цикл мочевины, стимуляция выделения инсулина, глюкагона, гормона роста, пролактина и катехоламинов). Это также может иметь значение в комплексном влиянии этой аминокислоты на организм спортсменов.

Эргогенные свойства изолированного применения L-аргинина были изучены в нескольких работах (O.Fricke и соавт., 2008; K.Koppo и соавт., 2009; R.A.Olek и соавт., 2010). Эти исследования были чрезвычайно разноплановыми, включали совершенно разные группы лиц (преимущественно нетренированных), поэтому сделать какие-либо выводы не представлялось возможным. Другая группа работ была выполнена уже в специализированных спортивных сообществах: дзю-до (T.H.Liu и соавт., 2008; P.H.Tsai и соавт., 2009), теннис (R.Besco?s и соавт., 2009), велосипедный спорт (K.L.Sunderland и соавт., 2011). Несмотря на широкий диапазон применяемых доз (от 6 до 12 г в день) и разную длительность назначения (от 1 дня до 28 дней) ни в одной группе не отмечено положительных сдвигов в физической подготовке спортсменов (не было изменений физической силы и мощности, положительных сдвигов биохимии крови и т.п.). Более того, не отмечено и изменения содержания нитритов и нитратов в плазме крови.

Исходя из отрицательных результатов изолированного применения L-аргинина в спорте, исследовано его влияние на показатели физической готовности в комбинации с другими нутриентами. Эти результаты оказались более обнадеживающими, причем как в отношении нетренированных, так и тренированных лиц. S.J.Bailey и соавторы (2010b) показали, что L-аргинин в дозе 6 г 3 раза в день в комбинации с другими аминокислотами и витаминами вызывает снижение VO2 при низких и средних по интенсивности циклах упражнений (6 минут при уровне 82–14 W), и увеличивает время работы до отказа (L-аргинин — 707 – 232 сек., плацебо — 562 – 145 сек., Р < 0.05) в процессе теста на велотренажере (A.Vanhatalo и соавт., 2010). C.L.Camic и соавторы (2010) выявили повышение мощности на 5,4% во время велоэргометрического теста на истощение при курсовом 28-дневном использовании дозы L-аргинина 3 г в сочетании с экстрактом зерен винограда. В то же время, указанные положительные сдвиги пока никак не могут быть объяснены с научной точки зрения, поскольку нет корреляции между ними и изменениями показателей NO, дилатацией сосудов и другими характерными для NO эффектами в организме. Более того, имеются четкие данные, что высокие дозы аргинина (более 10 г) неэффективны в увеличении кровотока у здорового человека (M.R.Adams и соавт., 1995; J.P.Chin-Dusting и соавт., 1996). В.Campbell и соавторы (2006) показали достоверное повышение количества отжиманий в положении лежа и пика мощности в процессе 30-секундного Wingate-теста после пищевых добавок L-аргинина в дозе 6 г/день в течение 56 дней в комбинации с альфа-кетоглутаратом. B.N.Buford и A.J.Koch (2004), а также B.R.Stevens и соавторы (2000), показали, что однократный прием L-аргинина в дозе 6 г в форме альфа-кетоизокапроата увеличивает среднюю мощность выполнения 10-секундного Wingate-теста. На хорошо тренированных спортсменах проведено два исследования L-аргинина в комбинации с аспартатом. Первое исследование — бегуны на длинные дистанции — марафон (доза 15 г/день в течение 14 дней подготовительного периода – Р.С.Colombani и соавт., 1999). Установлено, что уровни в плазме соматотропного гормона (STH), глюкагона, мочевины и аргинина достоверно повышались, а уровни аминокислот – снижались после марафонского бега под влиянием предварительного курсового применения аргинина, что позволило авторам сделать вывод о неэффективности пищевых добавок L-аргинина. Такой же вывод получен и в работе Т.Abel и соавторов (2005), но уже в группе хорошо тренированных велосипедистов при использовании сочетания аргинина и аспартата в высоких (5,7 г L-аргинина и 8,7 г аспартата) и низких (2,8 г L-аргинина и 2,2 г аспартата) дозах и курсовом назначении в течение 28 дней.

Подводя итог исследованиям L-аргинина и его комбинаций с другими пищевыми добавками в спорте, R.Bescos и соавторы (2012b) делают совершенно справедливое заключение: «Существующие в настоящее время доказательства влияния L-аргинина на физическую готовность касаются, в основном, комбинированного использования этой аминокислоты. Эти сочетания оказывают определенное положительное влияние на нетренированных или умеренно тренированных лиц, улучшая переносимость аэробных и анаэробных физических нагрузок. Однако, в этих работах нет четко установленной взаимосвязи между пищевыми добавками L-аргинина и уровнем синтеза NO, а положительное влияние на физическую форму, обнаруженное в некоторых исследованиях, может быть обусловлено другими компонентами сложных составов. Кроме того, это может и не иметь отношения к образованию и действию NO, а осуществляться иными метаболическими путями. Данные о положительном влиянии L-аргинина на хорошо тренированных спортсменов отсутствуют. Исследования последних лет острого (однократного) или хронического (курсового) приема L-аргинина не позволяют дать однозначного ответа на вопрос об эффективности этой аминокислоты в повышении физических кондиций спортсменов».

В то же время, данные последних двух лет показали потенциальную перспективность комбинированного применения креатина и нитратов в виде креатина нитрата (первые результаты его применения в спорте рассматривается подробно в обзоре, посвященному креатину).

Другие формы L-аргинина

Одной из новейших форм L-аргинина является инозитол-стабилизированный силикат аргинина — ИССА (коммерческое название «Нитросигин» Nitrosigine®). Направленное создание такой формы L-аргинина обусловлено поиском более эффективного способа повышения концентрации аргинина в плазме крови по сравнению с использованием аминокислоты в чистом виде (S.D.Proctor и соавт., 2007). Кроме того, соединения кремния сами активно участвуют в повышении адаптивных функций организма. D.Kalman и соавторы (2015) провели комплексное изучение безопасности, фармакокинетики и фармакодинамики ИССА в дозе 500 мг/день (капсулы)у здоровых взрослых мужчин (n=10, 26,7±5,4 года) в течение 14 дней. Тестирование осуществлялось в первый и в 14-ый дни. Образцы слюны и крови отбирались до приема ИССА, а также через 30 минут, 1 час, 1,5 часа, 2 часа, 3 часа, 4 часа, 5 часов и 6 часов после приема ИССА. Анализировались такие показатели в плазме крови как аргинин и силикат, а в слюне – оксид азота + нитриты. Графики изменения концентрации указанных параметров приведены на рис.2 и 3. Исходные значения показателей в первый день составили: Cmax (максимальная концентрация в сыворотке) аргинина 30,06±7,80 мкг/мл, Tmax (время достижения Cmax) – 1,13±0,52 часа, а Т? (время полужизни) – 15,93±9,55 часа; для кремния Cmax – 2,99±0,63 мкг/мл, Tmax – 2,44±2,05 часа и Т? — 34,56±16,56 часа. После приема ИССА в первый день показатели уровня аргинина в плазме возрастали уже после 30 минут, продолжали быть повышенными в течение последующих часов (P=0,01), а показатели кремния возрастали через час и сохранялись повышенными 1,5 часа (P=0,05). На 14-ый день прием ИССА приводил к увеличению уровня аргинина в течение 1,5 часа, а кремния – в течение 3-х часов. Умеренное увеличение содержания NO в слюне (определялось по содержанию нитратов) отмечалось как в первый, так и в 14-ый день приема ИССА.

Фармакокинетические исследования показали, что ИССА хорошо абсорбируется в кишечнике, концентрация нарастает уже через 30 минут, достигает пика примерно через час и сохраняется в пределах предполагаемой терапевтической эффективности около 5 часов. Особенности фармакокинетики одиночной дозы ИССА сохраняются в течение 14-дневного применения. Никаких побочных эффектов в течение 2-х недель не выявлено, что говорит о безопасности применения ИССА. S.Rood-Ojalvo и соавторы (2015) в двойном-слепом плацебо-контролируемом перекрестном исследовании у здоровых взрослых людей (n=16) показали, что прием ИССА в дозе 1500 мг перед интенсивной тренировкой снижает уровень биомаркеров мышечных повреждений, увеличивает кровоток в мышцах, предупреждает развитие отечности после тренировки, снижает лактат крови, увеличивает синтез креатин-фосфата мышц и ускоряет восстановление. В работе P.Harvey и соавторов (2015) показано увеличение кровотока в мозговой ткани под влиянием ИССА, улучшение когнитивных функций и замедление процесса их нарушения в процессе физического утомления.

Метаболические эффекты L-цитруллина в спорте

Эта аминокислота может поступать с пищей (в том числе, в качестве пищевых добавок в составе многих комплексных смесей для спортивного питания), а также синтезироваться в организме двумя основными путями: из глутамина в энтероцитах (конденсация орнитина и карбамил-фосфата в реакции, катализируемой орнитин-карбамил-трансферазой); в процессе конверсии в тканях L-аргинина до NO в реакции, катализируемой NOS-ферментами. Среднее значение концентрации L-цитруллина в сыворотке крови у обычных людей составляет 25 мкмол/л, однако у спортсменов этот показатель может снижаться до 10-15 мкмол/л (профессиональные велосипедисты, A.Sureda и соавт., 2009). Интерес к L-цитруллину, несмотря на наличие L-аргинина (в который он на 80% превращается в почках), обусловлен тем, что он, во-первых, минует печеночный метаболизм, а, во-вторых, не является субстратом для действия фермента аргиназы (как аргинин), что, как предполагается, делает его более устойчивым в организме. Изолированное применение L-цитруллина имело место только в одном исследовании (R.C.Hickner и соавт., 2006). Работа выполнена с использованием теста на беговой дорожке (бег до отказа) у молодых здоровых субъектов. Вопреки ожиданиям авторов, результат был парадоксальным – ухудшение показателей физической готовности по сравнению с плацебо. Было предложено следующее объяснение: L-цитруллин снижает секрецию инсулина поджелудочной железой или усиливает экскрецию инсулина, поскольку параллельно достоверно (L-цитруллин vs плацебо) снижалась концентрация этого гормона в крови. Пониженными в плазме оказались и маркеры NO (нитриты/нитраты).

Большинство остальных работ касаются, как и в случае L-аргинина, действия комбинаций этой аминокислоты с другими нутриентами. Так, использовалось сочетание L-цитруллина с малатом, который, как известно, участвует в цикле трикарбоновых кислот (ТСА). Первая работа этого плана (D.Bendahan и соавт., 2002) была расценена специалистами как очень слабая с уровнем доказательности не более «D». Хотя результаты были получены очень хорошие (34% увеличение продукции АТФ, 20% рост восстановления креатинфосфата в мышцах в процессе отдыха после нагрузки при приеме L-цитруллин+малат 6 г/день в течение 16 дней), отсутствие в работе соблюдения принципов доказательной медицины (без плацебо и слепого контроля) не позволило принимать результаты всерьез. Две последующие работы с добавлением малата выполнялись уже на более высоком уровне. В группе хорошо тренированных велосипедистов, которые предварительно (за 2 часа до начала) принимали 6 грамм комбинации цитруллина и малата, выявлено повышение в плазме метаболитов NO после велосипедных соревнований (A.Sureda и соавт., 2009; 2010). Кроме того, увеличивалась биодоступность L-аргинина (A.Sureda и соавт., 2009). В другой работе (J.Perez-Guisado, P.M.Jakeman, 2010) показано, что однократная доза L-цитруллина с малатом (8 г) увеличивает работоспособность в среднем на 19%, что определялось по возрастанию количества повторяющихся упражнений для брюшного пресса до истощения. Однако эти положительные сдвиги авторы не могли связать с увеличением доставки NO, поскольку маркеры NO в данной работе не определялись. Таким образом, сегодня нет достаточных оснований для объяснения взаимосвязи эффектов L-цитруллина с возрастанием NO в крови. Улучшение физической готовности под влиянием комбинации L-цитруллина с малатом может объясняться взаимодействием этих молекул с другими метаболическими путями, не опосредованными системой NO. Например, повышением уровня креатина через стимуляцию синтеза L-аргинина. Уже давно показано, что пищевые добавки аргинина могут увеличивать концентрацию внутримышечного креатина (M.L.Minuskin и соавт., 1981). Подводя итог исследованиям L-цитруллина и его комбинаций с другими пищевыми добавками в спорте, R.Bescos и соавторы (2012b) сделали следующее заключение: изолированное применение L-цитруллина неэффективно в повышении физической формы тренирующихся лиц; включение в пищевые добавки к L-цитруллину малата может повышать уровень NO-метаболитов, однако этот механизм не ведет к значимому повышению физической формы спортсменов.

Прямые донаторы оксида азота

К прямым донаторам оксида азота относятся нитрат натрия, растительные БАДы – соки и экстракты свеклы и амаранта, эпикатехин (флаванол, содержащийся в какао-бобах). Эту группу еще иначе называют NOS-независимые донаторы оксида азота, поскольку их действие не зависит от фермента синтазы окиси азота.

Изучение эргогенных эффектов нитрата натрия

Первое исследование нитрата натрия выполнено F.J.Larsen и соавторами в 2007 году. Они показали, что прием этого соединения (0,1 ммол/кг веса в течение 3-х дней) снижает VO2 (~160 мл/мин) при интенсивности физической работы на уровне 40–80% от пика VO2 на велоэргометре. Перекрестная эффективность, определяемая как соотношение выполненной механической работы к затратам энергии, также повышалась на 0,4%. Это действие не сопровождалось изменениями других кардио-респираторных параметров (вентиляции, продукции углекислого газа, сердечного ритма и показателей дыхательных движений), концентрации лактата. Последующая работа F.J.Larsen и соавторов в 2010 году показала, что пищевые добавки нитрата натрия (0,1 ммол/кг в течение 2-х дней) редуцируют пик VO2 (примерно 100 мл/мин) при максимальной интенсивности тренировок. Как считают авторы, механизмами влияния нитрата натрия в процессе тренировок на выносливость являются модуляция митохондриального дыхания через синтез NO, т.к. в обоих исследованиях наблюдалось значительное возрастание в плазме метаболитов NO (нитраты/нитриты). Эта гипотеза получила в дальнейшем подтверждение в работе этих же авторов в 2011 году. В эксперименте in vitro выявлена способность нитрата натрия повышать эффективность митохондриального дыхания (измерялась как количество потребляемого молекулярного кислорода на единицу продукции АТФ – соотношение Р/О). Несмотря на это, никаких прямых доказательств влияния нитрата натрия на физическую готовность (мощность, силу, выносливость) в спорте получено не было.

Растительное сырье как источник нитратов

Выбор того или иного растения для создания БАДов, которые могут рассматриваться как донаторы оксида азота для целей спортивной медицины, определяется количественным содержанием нитратов. Ниже приведена таблица с данными по различным растениям, хотя диапазон колебаний для любого растительного сырья бывает достаточно велик (данные SDA – Австралийское Общество Спортивных Диетологов) (F.J.Larsen и соавт., 2007).

Таблица 2. Содержание нитратов в различных растительных источниках (данные Института Спорта Австралии).

Комментарии: (0)

Оставить свой комментарий

Видео по теме