Bodyguard witalności – słowo o karnozynie 

Karnozyna stanowi główne źródło beta-alaniny w organizmie. Jej historia rozpoczęła się już ponad 100 lat temu, w 1900 roku, wyizolował i opisał ją rosyjski badacz - Gulewicz. Do jej syntezy niezbędna jest obecność L-histydyny i beta-alanina. Wchłanianie karnozyny odbywa się w jelicie cienkim i już w czasie tego procesu zachodzi jej częściowa hydroliza do tych składowych.  Obecnie wiadomo już, że karnozyna należy do związków o bardzo korzystnym działaniu na organizm, będąc zarazem niezwykle istotnym źródłem azotu w mięśniach szkieletowych kręgowców. Wyniki podejmowanych przez naukowców badań wskazują, że karnozyna stanowi potencjalny czynnik terapeutyczny przede wszystkim tych schorzeń, w których patogenezie uczestniczy stres oksydacyjny (m.in. choroby neurodegeneracyjne, metaboliczne i sercowo-naczyniowe). Ponadto coraz więcej mówi się o jej znaczącej roli w szlakach molekularnych związanych z długowiecznością. Wszystkie te spekulacje wydają się być zasadne. Dlaczego?

Kilkanaście lat po odkryciu karnozyny ustalono, że może stanowić około 0,2-0,5% masy niektórych mięśni poprzecznie prążkowanych, występuje także w innych tkankach i narządach, m.in. w ośrodkowym układzie nerwowym ssaków, głównie w komórkach glejowych i neuronach węchowych. Ponieważ synteza karnozyny w kulturach komórkowych komórek glejowych i komórek mięśni szkieletowych jest istotnie powiązana ze stopniem morfologicznego zróżnicowania tych komórek, można sądzić, że dipeptyd ten pełni biologiczną rolę w tkankach dojrzałych. Działanie karnozyny jest nakierowane na wiele celów wewnątrz komórek i tkanek, by stłumić chemiczne reakcje, które uniemożliwiają białkom funkcjonować prawidłowo. Jej zawartość w organizmie zależy od płci (wyższy poziom u mężczyzn), wieku (stężenie karnozyny obniża się wraz z wiekiem) i diety (u osób na diecie wegetariańskiej poziom karnozyny w mięśniach szkieletowych jest niski).

Karnozyna vs nadmiar glukozy

Destrukcyjne zmiany w ważnych enzymach i innych białkach, wywołanych przez glukozę w procesie glikacji (niebawem opiszę dlaczego tak istotny i niekorzystny jest to proces), są jedną z głównych przyczyn starzenia się i związanych z wiekiem zaburzeń tkankowych. W wyniku tych reakcji powstają tzw. zaawansowane produkty glikacji, z ang. Advanced Glication End Products (AGE`s). Wykazano silną korelację pomiędzy stężeniem AGEs we krwi a rozwojem i stopniem nasilenia niewydolności mięśnia sercowego. AGEs i glikacja odgrywają bowiem kluczową rolę w rozwoju i progresji chorób układu krążenia, powodując zmiany struktury, funkcji i mechanicznych właściwości tkanek. Proces ten występuje u wszystkich ludzi (a jego efekty kumulują się wraz z upływem czasu), ale jest przyśpieszony w cukrzycy, w wyniku stale podwyższonych poziomów glukozy. Bardzo istotnym jest także fakt, że glikacja jest niezwykle szkodliwa dla mózgu. Badania naukowe wykazały, że w komórkach piramidowych hipokampu wraz z postępującym wiekiem wzrasta ilość AGEs, co pozwoliło wysnuć przypuszczenia, że glikacja musi mieć znaczący udział w procesie starzenia się neuronów i rozwoju choroby Alzheimera. W innym degeneracyjnym schorzeniu mózgu – chorobie Picka – ustalono udział AGEs jako pierwszoplanowych czynników patogennych. W typowych dla tej choroby zmianach histopatologicznych – w tzw. ciałkach Picka i w komórkach balonowatych – stwierdzono obecność końcowych produktów zaawansowanej glikacji. W podobny sposób powiązano glikację i AGEs z rozwojem dwóch kolejnych chorób neurodegeneracyjnych – Parkinsona i Creutzfeldta-Jakoba.

Substancją, która przede wszystkich może zapobiec lub odwrócić istniejącą już glikację protein, będąc zarazem związkiem przecwdziałającym procesowi starzenia jest - karnozyna.  Co istotne, karnozyna nie tylko wyłapuje i unieszkodliwia reaktywne związki aldehydowe, ale jednocześnie wchodzi w reakcje z grupami aldehydowymi białek zmienionych na drodze glikacji. Proces ten określa karnozylacją i polega na tworzeniu złożonych kompleksów aldehydowo-karnozynowo-białkowych, które są całkowicie pozbawione szkodliwej aktywności biologicznej. Ponadto, ten dobroczynny dipeptyd istotnie wpływa także na usuwanie z organizmu uszkodzonych i zmienionych patologicznie białek. Jego działanie polega tu na maskowaniu grup aldehydowych zmodyfikowanych cukrami białek, wciskając się niejako pomiędzy cukier a białko, ułatwiając tym samym przebieg procesu proteolizy (usuwania/rozkładu m.in. nieprawidłowyh białek). Co więcej wspiera aktywność struktur, które odpowiedzialne są za ten proces - proteasomów. Karnozyna zatem istotnie wpływa na ostateczną eliminację szkodliwych produktów glikacji. Dlaczego ten proces jest tak istotny dla prawidłowego funkcjonowania organizmu? Ponieważ zmodyfikowane cukrami białka stają się oporne na swoją degradację. W związku z tym, jeżeli tkanki nie dysponują odpowiednim zasobem karnozyny, szkodliwe produkty glikacji kumulują się wraz z upływem czasu w mięśniach, sercu i mózgu, przyczyniając się istotnie do ich degeneracji.

Wyniki znacznej ilości badań naukowych wskazują, że to właśnie kumulujące się w tkankach AGEs, przy upośledzonej syntezie karnozyny, są jedną z głównych przyczyn rozwoju sarkopenii (postępującego z wiekiem zaniku i osłabienia mięśni), niewydolności serca oraz neurodegeneracyjnych chorób mózgu, zatem większości patologii, które towarzyszą procesom starzenia się organizmu.

Przedmiot badań nad wydłużeniem życia

Już blisko 30 lat temu, bo w latach 90-tych ubiegłego wieku wykazano, że wzbogacenie diety o karnozynę przedłuża długość życia. Od tego czasu ilość badań potwierdzających wielorakie, korzystne efekty karnozyny ciągle wzrasta, a jej prozdrowotne działanie badane jest w bardzo szerokim ujęciu. W 2010 roku, naukowcy na łamach  czasopisma  "Rejuvenation  Research", podzielili się zaskakującymi  wynikami badań na temat wpływu karnozyny na długość życia. Doświadczenia przeprowadzane były na doskonale znanym w świecie nauki modelu zwierzęcym – muszce owocówce (Drosophila melanogaster). Owady te, ze względu na swój krótki żywot, mają niezwykłe znaczenie w badaniach laboratoryjnych. Szczególnie tych, które dotyczą genów i procesu starzenia się. Naukowcy zaobserwowali, że dodawanie bardzo małej ilości karnozyny do pokarmu tych owadów, doprowadziło do natychmiastowego zwiększenia średniej długości życia u samców o blisko 20%. Co ciekawe, sama karnozyna wpływała w małym stopniu na długość życia samic, lecz kiedy połączono ją z rozpuszczalną w wodzie formą witaminy E, żeńskie osobniki żyły aż o 36% dłużej. Wyniki tych badań są bez wątpienia przełomowym odkryciem i nasuwają setki pytań dotyczących tego spektakularnego działania karnozyny. Przede wszystkim pojawia się pytanie -  dlaczego karnozyna powoduje tak istotne działanie na starzenie się organizmu i czy skutki zaobserwowane u owadów można odnieść do ludzi?

Antyoksydacyjny potencjał

Ze względu na swój  hydrofilowy charakter (inaczej „wodolubny“ – określa skłonność cząsteczek chemicznych do łączenia się z wodą), karnozyna stanowi cenne uzupełnienie cytozolowej frakcji bariery antyoksydacyjnej - pełni rolę rozpuszczalnego w wodzie odpowiednika antyoksydantów o charakterze lipofilowym (lubiącym tłuszcz) - np. α-tokoferolu. W badaniach in vitro (przeprowadzanych na modelu badawczym takim jak linie komórkowe, tkanki) i in vivo (zwierzęta)  karnozyna unieczynnia wolne rodniki tlenowe (rodniki hydroksylowe i nadtlenkowe) i jest ich silnym „wymiataczem”. Hamuje peroksydację lipidów (ich utlenianie i uszkadzanie), przez co zapobiega uszkodzeniu błon białkowo-lipidowych. Obniża stężenie jednego z głównych markerów stresu oksydacyjnego - dialdehydu malonowego, ważnego wskaźnika peroksydacji lipidów. Wykazano także ochronny wpływ karnozyny na komórki wątrobowe u zwierząt, którym za pomocą etanolu wywołano przewlekłe uszkodzenie wątroby. Karnozyna hamowała uszkodzenie oksydacyjne, wydzielanie mediatorów zapalnych. Zwiększała ekspresję katalazy, poziom glutationu (GSH) oraz aktywność peroksydazy glutationowej.

Co istotne, karnozyna pełni także specyficzną i bardzo ważną rolę w tkankach wykorzystujących wolne rodniki w regulacji procesów biologicznych. Można powiedzieć, że karnozyna jest swoistym „buforem” reaktywnych form tlenu w tkankach, ale co istotne - nie hamuje całkowicie ich funkcji regulatorowych i przekaźnikowych lecz korzysta z ich „dobrodziejstwa“.

Usuwa toksyny – chelatuje metale

Karnozyna wykazuje właściwości chelatowania jonów metali (m.in. miedzi, żelaza, cynku, kobaltu), dzięki czemu może regulować ich stężenie w tkankach i płynach ustrojowych oraz zmniejszać ich toksyczność. Wiążąc jony cynku i miedzi, karnozyna wpływa na transmisję glutaminergiczną i GABA-ergiczną. Wiadomo bowiem, że zaburzenia równowagi puli mózgowej cynku wiążą się ze zwiększonym ryzykiem chorób neurologicznych, np. choroby Alzheimera (cynk wpływa na indukcję toksycznego amyloidu beta), udaru niedokrwiennego mózgu oraz padaczki. W warunkach doświadczalnych wykazano toksyczne działanie cynku i miedzi na neurony opuszki węchowej. Przypuszcza się, że wiązanie jonów miedzi i cynku przez karnozynę, może istotnie zmniejszać ryzyko wystąpienia tych schorzeń.

Z korzyścią dla serca

Badania wykazały także, że karnozyna może zahamować aktywność współczulnego układu nerwowego (odpowiedzialnego za wprowadzanie w organizmie stanu mobilizacji i pobudzenia) oddziałującego na nadciśnienie, a co za tym idzie zmniejsza ciśnienie krwi. Dzięki swemu działaniu antyoksydacyjnemu chroni mięsień sercowy przed toksynami oraz niekorzystnym wpływem chemoterapii, które stanowią poważne ryzyko dla tkanek serca. Działanie niwelujące skutki glikacji białek może także pomagać w zapobieganiu szkodliwym modyfikacjom cząsteczek frakcji LDL cholesterolu. Ma to ogromne znaczenie w prewencji tworzenia się blaszek miażdżycowych w tętnicy i ochronie naczyń krwionośnych przed uszkodzeniami wywołanymi przez cukrzycę. Wykazano także, że karnozyna poprzez swój wpływ na przekaźnictwo wapnia w organizmie, może poprawiać kurczliwość mięśnia sercowego  Zapobiega także utlenianiu niskocząsteczkowej frakcji lipoprotein osocza, przez co może spowalniać procesy miażdżycowe w obrębie naczyń tętniczych.

Rola we wspieraniu układu nerwowego

Badania naukowe wskazują, że w mózgu znjadują się wysokie poziomy karnozyny, zdolnej do zmniejszania oksydacyjnego, nitrozowego (azotowego) i glikiemicznego stresu, na który organ ten jest szczególnie narażony. Jak wspominano wcześniej, utlenianie i glikacja doprowadzają do stanów zapalnych, przyczyniają się również do sieciowania białek, wliczając w to amyloid beta, będący, poza białkiem Tau, kluczową zmianą w mózgu u pacjentów z chorobą Alzheimera. Pomaga również minimalizować toksyczność, wywołaną przez wysokie poziomy jonów metalu, które są obecne w pewnych obszarach mózgu. Co ciekawe, u pacjentów cierpiących na chorobę Alzheimera i inne choroby neurodegenercyjne, poziom karnozyny jest znacznie niższy, sugerując, że albo jej niedobór przyczynia się do powstania tych chorób albo, co bardziej prawdopodobnie, procesy chorobowe zmniejszają jej poziom. W obydwu przypadkach, można by sądzić, że suplementacja karnozyny mogłaby złagodzić większość toksyczności komórkowej, która przyczynia się do powstania chorób. Obecnie przeprowadzane (zarówno na zwierzętach jak i na ludziach) badania wyraźnie wskazują na rolę suplementacji karnozyny w zapobieganiu chorób Parkinsona i Alzheimera. Niesamowicie ciekawe działanie karnozyna wykazała także w spektrum autyzmu. W badaniach klinicznych z podwójnie ślepą próbą badacze podawali 31 dzieciom chorym na autyzm przez 8 tygodni karnozynę w dawce 800 mg na dobę. Do oceny wykorzystano skalę oceny autyzmu Gilliam Autism Rating Scale oraz testy słownictwa. W porównaniu z grupą która otrzymywała placebo zaobserwowano statystycznie istotną różnice w skali autyzmu oraz w testach słownictwa z zastosowaniem jednego słowa. Mechanizm działania karnozyny nie jest do końca poznany, ale przypuszczalnie poprawia ona funkcjonowanie układu nerwowego w płatach skroniowych i czołowych kory mózgu.

Dobre mięso czy suplement - jak dostarczać karnozynę do organizmu?

Ze względu na pełnione funkcje, karnozyna ulega degradacji, w związku z czym musi być na bieżąco odtwarzana. Niestety postępujący czas powoduje, że wraz z wiekiem słabnie zdolność organizmu do jej odbudowy.  Karnozyna jest związkiem, który znajdziemy głównie w czerwonym mięsie. Typowy posiłek z czerwonego mięsa może dostarczyć 250 mg karnozyny, która jednak przez enzymy rozkładające karnozynę - karnozynazy jest szybko degradowana w organizmie. Zatem nawet stosowanie diety bogatej w dobrej jakości mięso, nie zapewni na tyle długiego okresu jej trwania w organizmie, by spełniać swoje prozdrowotne działanie.

Karnozynę stosuje się jako suplement diety o działaniu antyoksydacyjnym, opóźniającym starzenie się komórek. Ponadto, od dawna wykorzystywana jest przez sportowców jako środek wspomagający regenerację mięśni szkieletowych, zmniejszający gromadzenie się kwasu mlekowego oraz poprawiający siłę skurczu mięśni. Warto pamiętać, że prekursorem tego dipeptydu jest jak wspomniano – znana sportowcom - beta alanina. Jej suplementacja znacznie podnosi poziom karnozyny w mięśniach i zwiększa zdolności buforujące, które opoźniają zmęczenie organizmu.

Wielotorowe i powiązane mechanizmy działania karnozyny oznaczają, że może ona zapewnić korzyści komórkom i tkankom w całym organizmie, które w przeciwnym razie ulegałyby patologicznym efektom procesu starzenia się. Wysoce skoncentrowana w mózgu i mięśniach jest naturalną przeciwutleniającą i zwalczającą glikację substancją odżywczą, której poziomy w organizmie zmniejszają się wraz z wiekiem. Pozwala na utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej, ma działanie antyoksydacyjne oraz zmniejszające toksyczność metali.

Myślę, że można stwierdzić, że karnozyna  jest jednym z ważniejszych związków występujących w organizmie. Ze względu na swoje unikatowe właściwości może stać się suplementem wspomagającym terapię wielu schorzeń, spowalniającym procesy starzenia i przyspieszającym proces regeneracji mięśni.

Źródła:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12585724

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10951095

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10951101

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20681748

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11716361

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26425391

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10951105

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24137022

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0305049195000844

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11064-005-6874-8