Глутамин: научный обзор

L-Глутамин и его дипептиды в спортивной медицине

Авторы: д.м.н. Александр Дмитриев, врач-эндокринолог Применение L-Глутамина и метаболических смесей, содержащих эту аминокислоту, для поддержания оптимальных физиологических функций спортсменов и лиц, подвергающихся повышенным физическим нагрузкам, насчитывает несколько десятилетий. Доказано, что дефицит L-Глутамина (относительно незаменимая аминокислота в условиях стресса различного генеза) приводит к повышенной утомляемости, снижению мышечной силы и выносливости, внимания, повышению времени реакции и ряду других нежелательных явлений, которые ухудшают спортивные показатели. Регулярное применение L-Глутамина в дозах от 10 до 30 г/сутки позволяет нивелировать данные процессы и улучшить показатели психической и физической готовности. В этом плане накоплен большой фактический материал об эффектах Глутамина в диапазоне дозировок 0,2-0,4 г/кг/сутки у спортсменов и просто лиц, занимающихся регулярными физическими упражнениями, что нашло отражение в ряде обзорных публикаций, охватывающих период с 1990 по 2015 годы (J.Antonio, C.Street, 1999; J.L.Bowtell и соавт., 1999; M.Hakimi и соавт., 2012 и др.). В то же время, в ряде публикаций не получено доказательств эффективности L-Глутамина в процессе тренировок, особенно у лиц, имеющих хороший нутритивный статус (M.Williams 2005; M.Gleeson 2008). Это связано, прежде всего, с большой вариабельностью исследуемых групп лиц, методических подходов, регистрируемых параметров, неустойчивостью L-Глутамина в кислотной среде желудка и другими факторами.

Появление «легких» пептидов L-Глутамина (L-Аланил-L-Глутамин — АГ, Глицил-L-Глутамин — ГГ) и их внедрение в течение последних 5 лет в теорию и практику спортивной медицины существенно изменило представления о возможностях метаболической коррекции относительной недостаточности L-Глутамина при физических нагрузках. Наряду с уже хорошо известными анаболическими эффектами L-Глутамина, был установлен факт способности дипептида АГ поддерживать интегративную функцию кишечника, ускоряя всасывание воды и электролитов, ряда макро— и микронутриентов, оказывая, тем самым, регидратирующее действие и повышая последующее усвоение макронутриентов. Появилось условное разделение эффектов дипептидов Глутамина на срочные (развиваются в течение часа и связаны, в основном, с регидратацией и улучшением функции возбудимых тканей) и отсроченные (развиваются через часы и дни после поступления в организм, проявляются устойчивым анаболическим и антикатаболическим эффектами, повышением иммунитета, увеличением запасов гликогена в мышцах и т.д.), что потребовало существенной адаптации практического использования Глутамин-содержащих смесей в спортивной медицине.

Данный обзор посвящен вопросам теории и практики применения дипептидов Глутамина в спорте, поскольку, несмотря на большое количество публикаций по L-Глутамину, достаточно полного анализа, основанного на принципах доказательной медицины, в отечественной литературе мы не встретили. Кроме того, мы сочли необходимым проследить путь дипептидов L-Глутамина от момента перорального приема и поступления в кишечник до включения во внутриклеточные метаболические процессы органов и тканей.

Физико-химические свойства L-Глутамина и его дипептидов

Химическая структура L-Глутамина и двух основных его дипептидов представлена ниже:

Для производства препаратов, содержащих L-Глутамин и его дипептиды, а также клинического применения наибольшее значение имеют такие показатели как растворимость в воде, стабильность при различных температурах; устойчивость в средах с различным рН и ферментным составом; образование и характер продуктов распада в ЖКТ.

В таблице 1 приведены сведения по растворимости L-Глутамина и его дипептидов в воде.

Таблица 1. Химико-физические характеристики L-Глутамина и его дипептидов (модиф. по P.Furst, 2001)

Применению L-Глутамина в составе готовых коммерческих смесей препятствуют два обстоятельства: слабая растворимость и частичный распад в водной среде в процессе производства с выделением аммиака. Растворимость Глицил-L-Глутамина (ГГ) примерно в 4 раза, а L-Аланил-L-Глутамина (АГ) – в 15 раз выше, чем L-Глутамина. Как будет показано в данном обзоре в дальнейшем, к этим факторам добавляется и низкая устойчивость L-Глутамина в кислой и ферментной среде желудка и относительно медленное и неполное всасывание в кишечнике.

Т.о. L-Глутамин по своим физико-химическим свойствам менее привлекателен в плане практического использования по сравнению с его дипептидами.

Для производства дипептидов L-Глутамина (в частности АГ) существует достаточно большое количество методов: химическая или энзиматическая конденсация защищенных L-амиинокислот Глутамина и Аланина (K.Yokozeki, S.Hara, 2005; H. Nozaki и соавт., 2006); процесс химического синтеза с использованием D-2-хлоропропионил-глутамина (T.Sano и соавт., 2000). В то же время, эти методы не могут быть признаны удовлетворительными по двум причинам: низкая экономичность и недостаток качества (например, параллельное образование побочных продуктов – D-Аланил-Глутамин, производные глутаминовой кислоты, трипептиды Глутамина и др.) (T.Sano и соавт., 2000; K.Yokozeki, S.Hara, 2005). Относительно недавно предложен новый метод ферментативного биоинженерного синтеза (ферментативной продукции) АГ (K.Tabata, S.Hashimoto, 2007) с использованием микроорганизмов Escherichia coli, при котором доступно получение наиболее чистой формы этого дипептида. В настоящее время АГ в качестве дополнения входит в состав многокомпонентных сухих смесей для длительного применения вместе с макронутриентами, а также в качестве одного из основных компонентов для приготовления растворов для регидратации (см.ниже). Физико-химические свойства АГ показаны на рис.1 (Информация по продукту, Kyowa Hakko U.S.A. Inc.2013).

Как видно из левого графика, при температуре тела 50% L-Глутамина разрушается уже в течение 1-го часа, в то время как АГ (AlaGln) сохраняется стабильным, по крайней мере, в течение 4-х часов, что достаточно для полного всасывания в кишечнике. АГ проявляет также повышенную термоустойчивость (правый график), что имеет значение в производственных процессах и при хранении.

Абсорбция L-Глутамина и его дипептидов в кишечнике

C.R.Harris и соавторы (2012) сравнили динамику концентрации L-Глутамина в плазме крови у человека после перорального однократного введения L-Глутамина в виде свободной аминокислоты и в виде эквивалентного по дозе Глутамина дипептида L-Аланил-L-Глутамина (АГ) (рис.2).

Дипептид L-Глутамина в дозе 89 мг/кг в большей степени, чем свободная форма L-Глутамина (60 мг/кг) (обе дозы эквивалентны по L-Глутамину), обеспечивает длительное и существенное повышение концентрации L-Глутамина в плазме крови. Исходная концентрации L-Глутамина составляет 475 ±108 мкмол/л. Через 30 минут приема L-Глутамина наблюдается возрастание концентрации аминокислоты максимально на 179 ± 61 мкмол/л с возвращением к исходным значениям через 2 часа. Среднее значение площади под кривой изменения концентрации (AUC) между 0 и 4 часами составило 127 ± 61 мкмол∙час∙л-1. После введения АГ пик увеличения концентрации L-Глутамина в плазме составил +284 ± 84 мкмол/л (к базовым значениям), что на 59% больше, чем при введении L-Глутамина (P < 0,05). Длительность увеличения концентрации L-Глутамина также была больше в случае применения дипептида, а среднее значение AUC составило 284 ± 154 мкмол∙час∙л-1, что более чем в два раза превышает показатели при применении L-Глутамина (P < 0,05).

В клиническом исследовании P.Klassen и соавторов (2000) изучена фармакокинетика АГ (20 г) при различных режимах перорального введения (однократное 20 г и повторяющееся – 5 раз в день по 4 г) у человека в норме и в условиях хронического воспалительного процесса. Дополнительно, для оценки влияния кислотности желудка на абсорбцию АГ, использовалась модель подавления желудочной секреции с помощью омепразола. В случае однократного введения пик концентрации L-Глутамина наблюдался в среднем на 50-й минуте и составил +794±107 ммол/л (∆) к базовым концентрациям этой аминокислоты в плазме с нормализацией до исходных значений на 180-ой минуте. При прерывистом введении пик концентрации L-Глутамина был примерно в два раза ниже (+398±61 ммол/л), но каждое последующее введение позволяло поддерживать эту концентрацию в течение суток. Не обнаружено существенных различий в фармакокинетике АГ у пациентов с хроническим воспалением и здоровых лиц, а также в условиях пониженной секреции соляной кислоты желудка.

Таким образом, АГ не только превосходит свободную форму L-Глутамина по скорости всасывания в кишечнике более, чем в два раза, но и сохраняет эту способность при хроническом воспалении и пониженной секреции желудка. Такие особенности могут иметь непосредственное практическое значение для применения дипептида Глутамина в спортивной медицине.

Отдельное место занимает хелатный магниевый комплекс дипептида L-Глутамина — Mg-Глицил-L-Глутамин (MgГГ), который рассматривается в качестве перспективного направления в спортивной медицине.

MgГГ отличается высокой стабильностью в водном растворе и после перорального приема очень быстро абсорбируется в кишечнике, увеличивая концентрацию свободного L-Глутамина в плазме крови к 30-ой минуте наблюдения (рис.3, S.Bynum, 2000). Считается, что ион магния в виде хелатного соединения с Глицином и L-Глутамином не только стабилизирует полученное вещество, но и уменьшает негативные эффекты со стороны ЖКТ, стимулирует абсорбцию и увеличивает биодоступность аминокислот.

Полученные данные показывают, что даже небольшие (240 мг) количества дипептида L-Глутамина, включенные в состав хелатного соединения с магнием, оказывают выраженное стимулирующее влияние на абсорбцию этой аминокислоты в кишечнике.

Срочные эффекты дипептидов L-Глутамина в условиях физических нагрузок

Изучению влияния L-Аланил-L-Глутамина (АГ) на абсорбцию воды и электролитов в кишечнике, способности останавливать процессы дегидратации у спортсменов, предшествовали многочисленные экспериментальные и клинические исследования эффективности этого дипептида при диарее, вызванной различными патологическими состояниями (A.A.Lima и соавт., 2002; O.Y.Bushen и соавт., 2004; Y.Li и соавт., 2006; J.Sun и соавт., 2012). В то же время, потеря воды и электролитов через кишечник во многих отношениях отличается от таковой при физических нагрузках, когда причиной обезвоживания является потоотделение. Способность АГ при пероральном приеме спортсменами усиливать всасывание воды и электролитов в кишечнике, ускоряя регидратацию во время и после интенсивных тренировок и игр, подробно исследована в лаборатории J.R.Hoffman (2010-2015, FACSM, FNSCA, University of Central Florida Orlando, Department of Health and Exercise Science, США).

Однократный прием АГ в условиях кратковременных высокоинтенсивных физических упражнений и умеренного гидратационного стресса (J.R.Hoffman и соавт., 2010). Влияние гидратационного стресса на гормональный, иммунологический и воспалительный ответ при физической нагрузке изучено в целом ряде работ (С.М.Maresh и соавт., 2006; M.A.Penkman и соавт., 2008; D.A.Judelson и соавт., 2008; J.R.Hoffman, и соавт., 2010). Умеренный уровень гипогидратации (2-3% потери массы тела) повышает гормональный ответ, увеличивает концентрацию кортизола, ослабляет реакцию тестостерона на нагрузку и повышает иммунный ответ. Эти изменения могут ослаблять процесс восстановления после тренировок и формировать т.н. гипогидратационный статус.

Исследование J.R.Hoffman и соавторов выполнено на 10 мужчинах-добровольцах (возраст 20,8±0,6 года; рост 176,8±7,2 см; вес 77,4±10,5 кг; жировая масса 12,3±4,6%). В ходе всех исследований давалась предварительная нагрузка (прогулка по беговой дорожке с наклоном 2% со скоростью 3,4 мили/час в закрытой одежде) до получения целевого показателя потери веса (2,5%) – гипогидратации. Затем формировались четыре группы испытуемых. В процессе первого исследования (группа Т2) испытуемые достигали целевой цифры (2,5%) потери веса и затем отдыхали непосредственно на веломобиле в течение 45 минут перед началом тренировочной сессии (без регидратации). В процессе трех других исследований испытуемые, после достижения того же целевого показателя потери веса (2,5%), подвергались регидратации до 1,5% от веса тела перед тестовым заданием путем употребления: только воды (группа Т3); воды с добавлением низкой дозы АГ (группа Т4 — 0.05 г/кг-1); воды с добавлением высокой дозы АГ (группа Т5 — 0.2 г/кг-1). Протокол последующей тренировки (тестирующая физическая нагрузка) состоял из десяти 10-секундных спринтов на велотренажере с 1-минутным перерывом между ними. Образцы крови для полного анализа брались: после первичного достижения гипогидратации, сразу перед тестирующей физической нагрузкой, сразу после нее, а также через 24 часа. Регистрировались такие показатели в крови, как L-Глутамин, калий, натрий, альдостерон, аргинин, вазопрессин, С-реактивный белок, интерлейкин-6, малоновый альдегид, тестостерон, кортизол, АКТГ и гормон роста. Обнаружено, что уровни L-Глутамина в группе T5 были значительно выше, чем в группах T2 — T4. При этом АГ дозо-зависимо увеличивал время работы до истощения (до отказа) по сравнению с группой Т2 (группа Т4 – увеличение на 130.2 ± 340.2 с.; группа Т5 — на 157.4 ± 263.1 с.). Концентрация натрия в плазме была выше (p < 0.05) в группе Т2 по сравнению с тремя другими группами, а концентрация альдостерона в группах АГ была ниже, чем в Т2. Авторы делают заключение, что добавление АГ обеспечивает значимое эргогенное преимущество за счет увеличения времени переносимости физических нагрузок в условиях умеренного гипогидратационного стресса.

Однако, использование просто воды (как это имело место в данной работе) как основы для добавления АГ, для купирования гипогидратации не является современной стратегией восстановления водно-электролитного баланса спортсменов. В связи с этим, выполнен ряд исследований сочетанного влияния АГ и электролитов в составе спортивных напитков.

Эффекты однократного совместного введения АГ и растворов электролитов при продолжительных тренировках и их влияние на моторные и когнитивные функции спортсменов (G.J.Pruna, 2014). Целью данной работы было исследование эффективности двух различных доз АГ в составе коммерческого электролитного напитка по сравнению с эффектами этого базового электролитного напитка в отдельности в отношении изменений времени реакции и когнитивных функций при тренировках на выносливость. Двойное-слепое рандомизированное плацебо-контролируемое перекрестное исследование выполнено на 12 тренированных мужчинах, занимающихся бегом (возраст 23.5 ± 3.7 года; рост 175.5 ± 5.4 см; вес 70.7 ± 7.6 кг). Дизайн исследования представлен на схеме.

Общий заданный тест для всех исследуемых групп: 60-минутный бег при 75% VO2макс с последующим бегом до изнеможения (до добровольного отказа) при 90% VO2макс. Сбор данных включал: VO2 (способность поглощать и усваивать кислород); RO — RPE (стандарт воспринимаемого напряжения — «Шкала воспринимаемого напряжения Борга» (Ratings of Perceived Exertion, или RPE). Оценивает интенсивность тренировки от 6 до 20, где 6 – полное отсутствие напряжения, 13 – отчасти тяжелое, 17 — очень тяжелое и 20 — максимальное напряжение; лактат крови; ЭМГ.

Потеря веса у всех участников в процессе первого исследования (без восполнения потерь) была равна или превышала 1,3 л/час-1. В трех последующих исследованиях участники употребляли 250 мл жидкости каждые 15 минут (итого 1 л), при этом при рандомизации соблюдался принцип двойного-слепого контроля: ED – электролитный спортнапиток; LD – спортнапиток + 300 мг АГ (на 250 мл); HD – спортнапиток + 1000 мг АГ (на 250 мл).

Показатели потери веса в четырех группах представлены на рис.4.

В контрольном забеге (DHY без регидратации) испытуемые теряли 1.7 ± 0.23 кг веса тела за 60 минут, что составляло 2.4% веса тела. Все три варианта напитка достоверно и значительно снижали эти потери, причем отмечена тенденция к большей эффективности напитка с низким содержанием АГ.

Оценка изменений показателей моторной и визуальной реакции, времени физической реакции проводилось до и после бега (рис.5). Наибольшие положительные изменения наблюдались в группе с низким содержанием АГ (LD), в которой отмечалось снижение времени визуальной и физической реакции, в наименьшей степени возрастало время моторной реакции. Как низкие, так и высокие дозы АГ, в отличие от других вариантов исследования, усиливают когнитивную функцию в постнагрузочный период, что подтверждается повышением частоты успешных результатов в специальном тесте (идентификация предлагаемых визуальных комбинаций цветных шаров на стене со сменой конфигураций (Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) system (NeuroTracker, CogniSens, Montreal, Quebec), а также успешностью решения простых математических компьютерных цифровых заданий (Serial Sevens Test –А.Smith, 1967). Автор делает заключение, что АГ в низких и высоких дозах в составе электролитного спортивного напитка, оказывает позитивное влияние на физическую готовность спортсменов к длительным изнуряющим упражнениям, снижает потерю веса (регидратирует), сохраняет высокую моторную и визуальную реакцию и когнитивную функцию. Это связано, в первую очередь, с усилением всасывания воды и электролитов под влиянием АГ, а также, возможно, с нормализующим влиянием АГ и L-Глутамина на ЦНС.

Влияние перорального введения АГ и электролитов на концентрацию электролитов плазмы, физиологические показатели и нейромышечную усталость в процессе тренировки выносливости (W.P.McCormack, 2014; W.P.McCormack и соавт., 2015). Исследована эффективность АГ в виде коммерческого спортивного напитка по сравнению со спортивным стандартным напитком на время истощения и физиологические показатели в процессе пролонгированных физических упражнений на выносливость. 12 тренированных на выносливость мужчин (23.5 ± 3.7 года; 175.5 ± 5.4 cm; 70.7 ± 7.6 кг) выполняли четыре задания. Каждое состояло из 1-часового бега на дорожке при 75% VO2peak с последующим бегом до истощения при 90% VO2peak. В одном исследовании не проводилось гидратации (NHY), в другом – давался стандартный спортивный напиток (ED), а в двух других исследованиях к стандартному спортивному напитку добавлялась низкая доза (LD; 300 мг·500 мл−1) и высокая доза (HD; 1 г·500 мл−1) АГ. В процессе исследования каждые 15 минут потреблялось 250 мл указанных жидкостей. Содержание L-Глутамина в плазме, глюкоза, электролиты и осмолярность измерялись до начала бега и на 30, 45 и 60 минутах после его начала. VO2, дыхательный коэффициент (RQ), и ЧСС (HR) измерялись каждые 15 минут. Время истощения было значительно дольше в группах LD и HD по сравнению с группой, которой не проводилась гидратация (NHY). Не обнаружено различий между группами без гидратации и группой, где гидратация проводилась стандартным спортивным напитком (NHY и ED). В LD и HD группах концентрации глутамина были значимо повышены на 45 минуте и затем поддерживались на достигнутом уровне до 60 минуты в группе HD. Концентрация натрия возрастала с начала бега и поддерживалась стабильной в течение всего часа бега. На 60 минуте концентрация натрия в плазме была значительно ниже во всех группах с гидратацией по сравнению с группой без гидратации. Авторы сделали заключение, что употребление АГ в составе спортивного напитка как в малых, так и в больших дозах, значительно и дозо-завис

Видео по теме