Od siłowni do neuronów – rola kreatyny w mózgu i jego energetyce

Choć kreatyna kojarzona jest głównie z poprawą parametrów siłowych i hipertrofią mięśni, jej znaczenie dla bioenergetyki mózgu zyskuje coraz szersze uznanie w świecie nauki. Wysoki profil bezpieczeństwa tego związku stał się dla badaczy impulsem do pogłębionej eksploracji jego potencjału neuroterapeutycznego.Niniejszy artykuł stanowi zwięzły przegląd literatury naukowej koncentrujący się na wspierającej roli kreatyny w metabolizmie energetycznym neuronów. Omówiono korzyści suplementacji w zakresie poprawy funkcji poznawczych, wsparcia w depresji, łagodzenia skutków deprywacji snu, urazów mózgu oraz wskazano kluczowe wyzwania badawcze przed którymi stoi współczesna nauka.

Kreatyna – więcej niż suplement dla sportowców

Czym jest kreatyna i jak powstaje w organizmie

Kreatyna to naturalny związek chemiczny pełniący funkcję łatwo mobilizowanej rezerwy wysokoenergetycznych grup fosforanowych przenoszonych odwracalnie na adenozynodifosforan (ADP). Uczestniczy w procesach magazynowania i natychmiastowego udostępniania energii komórkowej. Choć kreatyna jest powszechnie kojarzona głównie jako suplement wspomagający wydolność fizyczną i wyniki sportowe, coraz więcej badań wskazuje na jej istotną rolę także poza tkanką mięśniową. W układzie nerwowym uczestniczy w utrzymaniu homeostazy energetycznej neuronów, wspierając funkcje poznawcze, takie jak pamięć i koncentracja, a także wykazując potencjalne działanie neuroprotekcyjne. Ponadto jej korzystny wpływ obserwuje się w innych tkankach o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym, takich jak mięsień sercowy, gdzie wspiera prawidłowe funkcjonowanie kardiomiocytów. Kreatyna może również uczestniczyć w regulacji metabolizmu glukozy oraz wspomagać procesy regeneracyjne i ochronę komórek w warunkach stresu oksydacyjnego. Synteza endogennej kreatyny jest procesem dwuetapowym. W pierwszej fazie dochodzi do powstania guanidynooctanu z argininy (Arg) i glicyny (Gly) przy udziale nerkowej transamidynazy arginino -glicynowej . Produktem pośrednim jest ornityna. Druga faza zachodzi w wątrobie i obejmuje przeniesienie grupy metylowej (-CH₃) pochodzącej z SAM (S-adenozylometionina) przez metylotransferazę na guanidynooctan. W tej reakcji powstają kwas metyloguanidynooctowy – C₄H₉N₃O₂ (kreatyna) i SAH (S-adenozylohomocysteina).

Reklama

Protein-Intercell® Izolat białka w saszetkach Sprawdź

B-Komplex MSE Sprawdź

Omegan 750® Sprawdź

EnzOmega ® MSE Sprawdź

QuinoMit® Q10 Fluid – Ubichinol MSE Sprawdź

Magnez MSE Sprawdź

Mito-D-Ribose MSE dr Enzmann Sprawdź

L-karnityna MSE Sprawdź

MitoKreatin® Kreatyna MSE Sprawdź

Gdzie w ciele magazynowana jest kreatyna

W ustroju człowieka kreatyna magazynowana jest głównie w tkance mięśniowej. Pozostałe rezerwuary obejmują tkanki wątroby, nerek, mózgu oraz jąder. Szacuje się, że zawartość kreatyny u mężczyzny o masie 70 kg wynosi około 120-140 g, z czego 95-98% przypada na mięśnie szkieletowe. Kreatyna może występować w dwóch formach: wolnej (≈30-40%) oraz bogatoenergetycznej ufosforylowanej (≈60-70%).

System fosfokreatyna – ATP – podstawowy mechanizm działania

Fosforan kreatyny umożliwia restytucję ATP, stanowiąc źródło bezpośredniej energii dla skurczu mięśni podczas krótkotrwałego wysiłku o dużej intensywności. Jego zawartość w  mięśniach jest 3–4  razy większa niż ilość głównego nośnika energii ATP. Wysoki poziom kreatyny minimalizuje skutki zakwaszenia wywołane treningiem beztlenowym umożliwiając szybszą adaptację do wysiłku, sprzyjając zwiększaniu wydolności oraz usprawniając proces regeneracji. Podczas spoczynku dochodzi do odtworzenia fosfokreatyny. Wykształcenie układu ATP- fosfokreatyna uznaje się więc za swoisty system zabezpieczający ATP ( eng. ATP buffer). Obydwie formy związku ulegają spontanicznej cyklizacji, w wyniku której powstaje wydalana z moczem kreatynina.    

Naturalne egzogenne źródła kreatyny

Głównym źródłem egzogennej kreatyny są mięso (wołowina, wieprzowina) i ryby (śledź, łosoś, tuńczyk, dorsz, flądra), dlatego u osób stosujących dietę wegetariańską obserwuje się niższą zawartość kreatyny.

Mózg jako energochłonny organ – dlaczego ATP jest kluczowe?

Ile energii zużywa mózg i dlaczego?

Mimo tego, że mózg stanowi jedynie 2% masy ciała to jest jednym z najbardziej aktywnych metabolicznie regionów.  Zużywa do 20% całkowitej energii (ATP) wytwarzanej przez ciało w stanie spoczynku oraz wykazuje priorytetowy dostęp do substratów energetycznych, co wynika z jego kluczowego znaczenia dla prawidłowego funkcjonowania wszystkich narządów ciała. Głównym substratem energetycznym mózgu jest glukoza wytwarzana drogą metabolizmu tlenowego. W stanie głodu, oprócz glukozy, możliwe jest metabolizowanie jako źródła energii ciał ketonowych. Mózg nie posiada zapasów glikogenu ani triacylogliceroli (TAG). Kreatyna może również pełnić funkcję nośnika energii, co potwierdza obecność izoformy kinazy kreatynowej w ośrodkowym układzie nerwowym. Przenika przez barierę krew–mózg (BBB) za pośrednictwem transportera CRT1, kodowanego przez gen SLC68A lub jest syntetyzowana endogennie przez neurony.

Rola ATP w pracy neuronów i synaps

Adenozyno-5′-trifosforan (ATP) przez dziesięciolecia był postrzegany wyłącznie jako cząsteczka magazynująca energię metaboliczną w swoich wiązaniach wysokoenergetycznych. W funkcjonowaniu mózgu uznawano go za podstawowy nośnik energii. ATP zasila bowiem pompy ATP-zależne, w tym kluczową dla neuronów pompę sodowo-potasową. Wykorzystuje ona energię z hydrolizy ATP do aktywnego transportu jonów wbrew gradientowi stężeń, co pozwala komórkom nerwowym utrzymywać potencjał spoczynkowy i regenerować się po każdym przesłanym impulsie. Przełom nastąpił w 1972 roku, kiedy sformułowano hipotezę transmisji purynergicznej. Odkryto, że ATP pełni drugą, równie istotną funkcję – jest neuroprzekaźnikiem. Oznacza to, że ATP – podobnie jak inne neuroprzekaźniki – jest magazynowane w pęcherzykach synaptycznych i uwalniane z kolbki synaptycznej do szczeliny synaptycznej. Purynoreceptory aktywowane przez adenozynę i ATP uczestniczą nie tylko w przewodzeniu impulsów nerwowych; ich obecność zaobserwowano również w komórkach glejowych obwodowego układu nerwowego oraz w oligodendrocytach, astrocytach i mikrogleju w obrębie ośrodkowego układu nerwowego. Ponadto ATP jest niezbędne do powstawania wtórnego przekaźnika – cyklicznego adenozynomonofosforanu (cAMP). Pełni on kluczową rolę w wewnątrzkomórkowym przekazywaniu sygnałów, pośrednicząc w działaniu wielu neuroprzekaźników (takich jak dopamina czy acetylocholina). Cały ten system sygnalizacji kontroluje fundamentalne procesy fizjologiczne, w tym pamięć, uczenie się, sen, lokomocję oraz łaknienie.

Co się dzieje, gdy brakuje energii w komórkach nerwowych?

Brak ATP w neuronach prowadzi do natychmiastowej zapaści ich funkcji i struktury. Bez energii zatrzymuje się pompa sodowo-potasowa. Dochodzi do zaburzenia rozmieszczenia wody, zmiany polaryzacji błony, przerwania sygnalizacji purynergicznej, a tym samym zakłócenia przesyłania impulsów nerwowych. Ostatecznie prowadzi to do uruchomienia procesów śmierci komórki.  

Jak kreatyna wspiera metabolizm energetyczny neuronów?

Na przestrzeni ostatnich lat opublikowano liczne badania mające na celu ocenę wpływu suplementacji kreatyną na różne schorzenia związane z zaburzoną lub zmienioną bioenergetyką mózgu. Zauważono bowiem, że niektóre zaburzenia psychiczne i rozwojowe, takie jak trudności w nauce czy występowanie drgawek, mogą być związane z niedoborem kreatyny w organizmie (zespół niedoboru kreatyny). Badania wykazały również, że odpowiednio dobrana suplementacja może złagodzić objawy tych zaburzeń, a w niektórych przypadkach nawet doprowadzić do ich ustąpienia. Potwierdzono, że egzogenna kreatyna skutecznie zwiększa podaż energii dla neuronów w wyniku natychmiastowej resyntezy ATP. Odkrycia te przyczyniły się do wzrostu zainteresowania jej rolą w funkcjonowaniu neuronów. Badania dotyczące zwiększenia poziomu kreatyny w mózgu są jednak niespójne. Procedura suplementacji oraz metodyka analiz wymaga ujednolicenia. Większość autorów odnotowało wzrost zawartości kreatyny  w mózgu w trakcie suplementacji od 3 do 10%. Jednakże, w innych pracach nie zaobserwowano podobnych zmian lub zanotowano spadek. Za potencjalną przyczynę uznaje się utrudniony transport substancji, spowodowany obniżoną przepuszczalnością bariery krew–mózg (BBB) oraz brakiem ekspresji genu SLC6A8 w astrocytach. W związku z tym wywołanie znaczących efektów w mózgu może wymagać większej dawki lub wydłużenia czasu przyjmowania w porównaniu  z mięśniami szkieletowymi. Poza wspieraniem bioenergetyki mózgu, istnieją doniesienia o wspierającej roli kreatyny w syntezie, uwalnianiu i wychwycie zwrotnym monoamin (serotonina i dopamina), oddziaływaniu na receptory dopaminowe D1 i D2, 5-HT1A, α1-adrenorgiczne, podnoszeniu poziomu czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego (BDNF) oraz zwiększenie poziomu koaktywatora PGC1α, uważanego za kluczowy w biogenezie mitochondriów. Prowadzone są badania nad skutecznością kreatyny w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, lęku oraz zespole stresu pourazowego. Choć uzyskane wyniki są niejednoznaczne podkreśla się konieczność dopracowania strategii dawkowania oraz oceny skuteczności interwencji wieloczynnikowych, w których kreatyna wykorzystywana jest jako jeden z elementów kompleksowego leczenia. Pozytywne rezultaty wynikające ze zwiększonego stężenia kreatyny zaobserwowano w zakresie wskaźników poznawczych, depresji, wstrząsu i urazów mózgu. Wykazano, że trening umysłowy wpływa na zwiększenie magazynowania energii spoczynkowej poprzez zwiększenie poziomu kreatyny w mózgu.   

Kreatyna i mitochondria – wsparcie dla „elektrowni komórkowych”

Kreatyna wykazuje potencjalne korzyści terapeutyczne w leczeniu chorób związanych z dysfunkcją mitochondriów. Wykazano, że mitochondria posiadają własną izoformę transportera kreatyny, co wskazuje na istnienie jej wewnątrzmitochondrialnej puli. Uważa się, że odgrywa ona istotną rolę w transporcie fosforanów pomiędzy mitochondriami a cytozolem. Dysfunkcja mitochondriów może mieć charakter pierwotny, wynikający z dziedziczenia patologicznie zmienionego mitochondrialnego DNA (mtDNA), lub wtórny, rozwijający się na skutek starzenia organizmu oraz ekspozycji na czynniki uszkadzające mtDNA. Do takich czynników należą m.in. urazowe niedokrwienie, niedotlenienie oraz choroby przewlekłe. Najczęstszymi mechanizmami prowadzącymi do zaburzeń funkcji mitochondriów są niedobór tlenu, nadmierna produkcja reaktywnych form tlenu (ROS) oraz zaburzenia wewnątrzkomórkowej homeostazy wapnia. Stres oksydacyjny oraz uszkodzenia mitochondriów są charakterystycznymi elementami wielu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne (SLA), choroba Huntingtona (HD) czy choroba Alzheimera. Kreatyna może wykazywać działanie neuroprotekcyjne poprzez neutralizację reaktywnych form tlenu, wspomaganie resyntezy ATP oraz ograniczanie uszkodzeń i dysfunkcji mitochondriów. Do neuroprotekcyjnych właściwości kreatyny zalicza się również stabilizację błon mitochondrialnych, utrzymanie homeostazy wapnia wewnątrzkomórkowego oraz stymulację wychwytu glutaminianu do pęcherzyków synaptycznych. Potwierdzają to na przykład badania przeprowadzone przez Sullivan i współpracowników. Myszy, którym podano kreatynę 3 lub 5 dni przed wywołaniem urazowego uszkodzenia mózgu (TBI), wykazywały po 7 dniach odpowiednio 21% i 36% mniejsze uszkodzenia kory mózgowej w porównaniu z grupą placebo. Ponadto autorzy zaobserwowali, że u szczurów karmionych przez miesiąc dietą wzbogaconą w kreatynę (1%) po urazie mózgu nastąpiła około 50% redukcja uszkodzeń kory mózgowej. Mniejsze uszkodzenia w półkuli ipsilateralnej u myszy, które 2 tygodnie przed stłuczeniem kory mózgowej otrzymywały dietę wzbogaconą w 0,5% lub 1% kreatyny opisali również w swojej pracy Scheff i Dhillon. Mimo że badania przeprowadzone na modelach zwierzęcych są bardzo obiecujące, wymagają jednak dalszej weryfikacji oraz rozszerzenia na testy kliniczne z udziałem ludzi.

Czy kreatyna może chronić mózg?- przegląd literatury

Kreatyna a niedobór snu

Obiecujące wyniki dotyczące neuroprotekcyjnej roli kreatyny zaobserwowano podczas badań nad deprywacją snu i wymuszonego zmęczenia psychicznego.  Zauważono istotną poprawę wskaźników poznawczych i pamięci u młodych mężczyzn pozbawionych snu, którzy przyjęli kreatynę w dawce 0,35g/kg.m.c/ dzień w porównaniu do sytuacji, gdy spożywali placebo. Podobne rezultaty opisano w analogicznej pracy, gdzie wydłużono brak snu do 36h.  Badanie przeprowadzone na profesjonalnych rugbystach wykazało, że po ograniczeniu snu do 3–5 godzin suplementacja kreatyną poprawiała precyzję podań i wydajność ruchową, a wyższe dawki dawały jeszcze lepsze rezultaty. Sugeruje to, że kreatyna może częściowo kompensować negatywne skutki niewyspania poprzez poprawę dostępności energii dla mózgu i mięśni. Badania wpływu kreatyny na jakość snu monitorowano również u osób z fibromialgią. Zaobserwowano znaczną poprawę jego jakości oraz wyraźne skrócenie czasu zasypiania, choć efekty zanikały po odstawieniu suplementu. Analiza grupy zdrowych kobiet, które zostały poddane treningom, wykazała poprawę długości snu w dni wzmożonej aktywności fizycznej. Uważa się, że poprawa jakości u osób pozbawionych snu oraz wskaźników  może mieć związek ze zmniejszeniem stresu nitrozacyjnego i oksydacyjnego. Wyjaśnienie mechanizmów tego procesu wymaga jednak dalszych potwierdzeń.         

Kreatyna a funkcje kognitywne

Pozytywny wpływ egzogennej kreatyny na funkcje poznawcze zaobserwowano u osób starszych, które cechują się wyższym zapotrzebowaniem energetycznym mózgu. Zanotowano znaczącą poprawę parametrów pamięci (m.in. pamięci roboczej i długotrwałej) u osób w wieku ∼76 lat już po krótkiej 7- dniowej codziennej suplementacji. Równie obiecujące rezultaty osiągnięto u osób stosujących dietę wegetariańską zarówno podczas krótkotrwałego (20 gramów dziennie przez 5 dni) jak i długotrwałego stosowania (5g dziennie przez 6 tygodni). Badania wykazały u nich poprawę pamięci roboczej oraz wyników testów na inteligencję, prawdopodobnie dzięki lepszej dostępności energii (ATP) w mózgu. Część badań wskazuje także na poprawę funkcji wykonawczych, szybkości przetwarzania informacji i czasu reakcji. Szczególnie interesujące wyniki uzyskano w grupie kobiet w okresie menopauzy, u których suplementacja zwiększała poziom kreatyny w płatach czołowych mózgu i poprawiała szybkość reakcji. Należy jednak pamiętać, że przeprowadzone do tej pory badania obejmują małe grupy populacyjne lub miały charakter studiów przypadku. Część prac nie wykazała istotnych korzyści poznawczych, szczególnie u młodych, zdrowych osób bez deficytów energetycznych. Aktualne przeglądy sugerują więc, że kreatyna może być najbardziej pomocna u osób starszych, zmęczonych, niedospanych lub narażonych na większy stres metaboliczny, natomiast jej wpływ na funkcje poznawcze u zdrowych młodych dorosłych pozostaje ograniczony lub niepewny.

Kreatyna w chorobach neurodegeneracyjnych

Prowadzona jest ocena skuteczności suplementacji kreatyny w chorobie Alzheimera. Analiza modeli zwierzęcych oraz badania pilotażowego na ludziach wykazały poprawę metabolizmu energetycznego w przebiegu choroby. Ponadto, badania in vitro na neuronach hipokampa potwierdzają neuroprotekcyjne właściwości kreatyny. Wykazano, że związek ten skutecznie przeciwdziała toksyczności β-amyloidu (Aβ) oraz ogranicza zjawisko ekscytotoksyczności indukowanej przez glutaminian. Nie uzyskano równie pozytywnych efektów w ocenie chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona, choroba Huntingtona czy stwardnienie rozsiane (SM). W przypadku dystrofii mięśniowej Duchenne’a (DMD) pozytywne efekty obejmują nie tyle bioenergetykę mózgu co poprawę gęstości kości, siły uścisku dłoni, masy beztłuszczowej oraz ogólnej siły i funkcjonalności.            

Kreatyna a zaburzenia afektywne

Istnieje szereg doniesień potwierdzających potencjalne zastosowanie kreatyny w leczeniu depresji. W badania przeprowadzonych na modelach zwierzęcych potwierdzono działanie przeciwdepresyjne u obiektów dotkniętych chorobą oraz tych, u których depresja jest wtórną konsekwencją choroby (lub jest wynikiem leczenia). Analiza populacyjna ludzi wykazała korelację pomiędzy dietą ubogo-kreatynową a niskim poziomem kreatyny w korze przedczołowej i skłonnością do depresji.  Podobne wyniki sugeruje szereg studiów przypadków. Niemniej jednak, istnieją analizy, w których nie zaobserwowano poprawy po podaniu kreatyny.

Podsumowanie                                                                                                                        

Pozytywny wpływ suplementacji kreatyną na wydolność fizyczną oraz przyrost masy mięśniowej jest w literaturze naukowej doskonale udokumentowany. Wysoki profil bezpieczeństwa tego preparatu stał się impulsem do poszukiwania jego innych, potencjalnych zastosowań terapeutycznych. Dotychczasowe badania wskazują na wymierne korzyści płynące z suplementacji w obszarze poprawy funkcji poznawczych, łagodzenia skutków wstrząsu mózgu, deprywacji snu czy wspomagania leczenia depresji. Pewne obiecujące efekty odnotowano także u pacjentów cierpiących na chorobę Alzheimera. Warto jednak zaznaczyć, że neuroprotekcyjny charakter kreatyny wciąż wymaga pogłębionej weryfikacji. Obecnie w literaturze przedmiotu występują znaczne rozbieżności w metodologii analiz, schematach dawkowania, a nawet w samej interpretacji uzyskanych wyników. Ponadto konieczne jest lepsze zrozumienie molekularnych mechanizmów oddziaływania kreatyny na struktury mózgowe. Przyszłe projekty badawcze powinny skupić się na standaryzacji protokołów, aby jednoznacznie określić, w jakiej mierze egzogenna kreatyna jest w stanie podnieść poziom fosfokreatyny w tkance nerwowej. Tylko dzięki precyzyjnym badaniom klinicznym na większych grupach kontrolnych możliwe będzie opracowanie konkretnych wytycznych terapeutycznych w ujęciu neurologicznym.