Přínosy suplementace karnosinu a 𝜷-alaninu v seniorském věku

Souhrn

Celosvětově dochází ke stárnutí populace. Zdravotní péče by se měla na tuto situaci připravit a hledat možnosti, jak vylepšit, prodloužit a zkvalitnit život stárnoucí populace. Stárnutí je spojeno se změnami fyziologických funkcí, jako jsou například změny v aktivitě kosterního svalstva, úbytek svalové hmoty a snížení silové aktivity, změny v kostní tkáni či pokles senzorických a kognitivních funkcí.

Deteriorace lidského organismu ve stáří může být spojena právě se sníženými tkáňovými koncentracemi karnosinu, kdy dochází k snížení ochrany membrán buněk před oxidačním poškozením. Zdá se, že konzumací potravin bohatých na karnosin nebo obohacením diety β-alaninem by bylo možné tyto degenerativní procesy zpomalit.

Aminokyselina β-alanin je jedním z celosvětově nejpoužívanějších sportovních doplňků, které zlepšují výkon při cvičení, protože je prekurzorem karnosinu, který důležitý pro činnost příčně pruhovaného svalstva. Tato práce má za cíl informovat o suplementaci β-alaninem, prekurzorem karnosinu, která představuje jednu z mála prokázaných dietních intervencí, které by mohly pomoci nejen v boji proti stárnutí a úbytku svalové hmoty, ale i v prevenci dalších onemocnění – senilní katarakty, neurodegenerativních onemocnění a onemocnění periferních tepen a žil.

Klíčová slova:

kognitivní funkce – sarkopenie – katarakta – β-alanin – karnosin – nemoc periferních cév

Úvod

Celosvětově dochází ke stárnutí populace. Předpokládá se, že počet osob starších 60 let se více než zdvojnásobí (ze 7 % v roce 2000 na 16 % v roce 2050) a dosáhne až 2 miliard.(1) Zdravotní péče by se měla na tuto situaci připravit a mimo jiné hledat možnosti, jak vylepšit, prodloužit a zkvalitnit život stárnoucí populace. Stárnutí je spojeno se změnami fyziologických funkcí, jako jsou například změny v aktivitě kosterního svalstva, úbytek svalové hmoty a snížení silové aktivity, změny v kostní tkání, pokles senzorických a kognitivních funkcí.

Příčiny stárnutí jsou multifaktoriální, účinného ovlivnění stárnutí tak lze pravděpodobně dosáhnout jen zásahem na více místech. Vedle vrozených predispozic, vlivu životního prostředí a životního stylu je racionální dieta jedním z faktorů, které mohou proces biologického stárnutí významně zpomalit.

Aminokyselina β-alanin je jedním z celosvětově nejpoužívanějších sportovních doplňků, které zlepšují výkon při cvičení, protože je prekurzorem karnosinu, který je důležitý pro činnost příčně pruhovaného svalstva.(2)

Karnosin byl poprvé izolován v roce 1900 z extraktu svalu hospodářských zvířat( 3) a vyskytuje se v mozku a kosterním svalstvu všech obratlovců. Mezi jeho dietní zdroje patří hlavně maso – drůbež a ryby (tab. 1).(4)

Biodostupnost karnosinu je však relativně nízká.(5) V těle je karnosin syntetizován z histidinu a β-alaninu v kosterním svalstvu a mozku. Karnosin je štěpen na původní aminokyseliny karnosinázami, které jsou regulátory koncentrace karnosinu v krvi a tkáních. Aktivita těchto enzymů se s věkem zvyšuje, což vede k snížení obsahu karnosinu ve svalech a dalších tkáních.(6) Nejen z tohoto důvodu ale se stoupajícím biologickým věkem hladina karnosinu klesá, a to jak v buňkách mozkové tkáně, tak v bílých svalových vláknech kosterního svalstva, čímž dochází ke zhoršování senzorických a kognitivních funkcí a úbytku svaloviny.

Deteriorace lidského organismu ve stáří může být spojena právě se sníženými tkáňovými koncentracemi karnosinu, kdy dochází k snížení ochrany membrán buněk před oxidačním poškozením.(7) Zdá se, že konzumací potravin bohatých na karnosin nebo obohacením diety β-alaninem by bylo možné tyto degenerativní procesy zpomalit.(8,9)

Dostupnost β-alaninu je určující pro syntézu karnosinu, a tím určuje jeho koncentraci v buňkách,(10) proto nejúčinnějším způsobem, jak zvýšit tkáňovou zásobu karnosinu, je suplementace samotným β-alaninem.

Tato práce má za cíl informovat o možných účincích těchto komponent se zaměřením na jejich potenciální medicínské benefity pro stárnoucí populaci hlavně v oblasti sarkopenie, senilní katarakty, neuroprotektivních vlastností a onemocnění periferních tepen a žil.

Funkce karnosinu v lidském organismu

U karnosinu byl in vitro studiemi prokázán přímý antioxidační účinek,(11) byla prokázána schopnost vychytávat NO(12) a vázat měďnaté a zinečnaté ionty v krvi a tkáních.(13) Na buněčné úrovni je jednou z hlavních funkcí karnosinu a jeho příbuzných sloučenin ochrana intracelulárních bílkovin před jejich poškozením kyslíkovými radikály, zabránění tvorbě či snížení koncentrace konečných produktů neenzymatické glykace a reaktivních karbonylových sloučenin.(15,14) Karnosin má vliv na regulaci hladiny vápníku ve svalové buňce a tím se nepřímo podílí na zachování senzitivity kontraktilního aparátu na jeho stimulaci.(15) Karnosin má významné pufrační schopnosti, čímž se podílí na udržování homeostázy. Karnosin ovlivňuje i aktivitu telomerázy(16) a chaperonů(17) a má imunomodulační účinky.(18)

Karnosin, sarkopenie a organismus seniora

Sarkopenie je progresivní a generalizované postižení skeletálních svalů spojené s větší pravděpodobností nepříznivých událostí – pádů, zlomenin, fyzické nemohoucnosti a mortality. Dle evropské geriatrické společnosti je definována pomocí tří kritérií: snížené svalové síly, snížené kvantity/kvality svalů a snížené fyzické výkonnosti.(19)

Zdá se, že existuje vztah mezi očekávanou délkou života savců a koncentrací svalového karnosinu.(20) Pak by tedy zvýšení systémové hladiny karnosinu mohlo vést k prevenci sarkopenie.(20) Tento předpoklad potvrzuje studie autorů del Favero et al., kde popsali kauzální vztah mezi nástupem sarkopenie a poklesem hladiny karnosinu.(21) Suplementace β-alaninem u starších osob (60–80 let) vedla k zvýšení obsahu svalového karnosinu a zlepšení fyzické aktivity (svalové výdrže).(21) V kosterním svalstvu karnosin snižuje svalovou únavu způsobenou zvýšením koncentrace kyseliny mléčné, což může vést k prodloužení svalové aktivity, která je pro stárnoucí populaci velmi prospěšná.( 22) Suplementace β-alaninem proto představuje jednu z mála prokázaných dietních intervencí, které mohou oddálit úbytek svalové hmoty u stárnoucí populace.(21) Ve dvojitě zaslepené placebem kontrolované studii autorů McCormack et al.(23) bylo po konzumaci 800 mg a 1200 mg β-alaninu po dobu 12 týdnů pozorováno výrazné zvýšení pracovní kapacity v porovnání s placebo skupinou u starší populace (60–80 let).(23) Výsledky získané v klinických studiích v oblasti prevence sarkopenie jsou slibné. Suplementace karnosinu nebo jeho prekurzoru by mohla mít příznivý vliv na svalovou sílu, vytrvalost a tím i zpomalení procesu stárnutí u starších lidí.

Karnosin a nemoci periferních cév

Onemocnění periferních cév (PVD) jsou celosvětově rostoucím problémem zdravotní péče. Prevalence PVD se zvyšuje s věkem – postihuje více než 18 % osob starších 85 let.(24) PVD je charakterizována progresivní okluzí tepen v důsledku aterosklerózy, což vede ke snížení průtoku krve v končetinách. To způsobuje bolest při fyzické aktivitě, známou jako intermitentní klaudikace, spojenou s progresivní ischemií končetiny. Endoteliální dysfunkce provázená ztrátou vazodilatačních a protizánětlivých vlastností endotelu cév představuje jeden z nejčasnějších patofyziologických faktorů vedoucích k vývoji tohoto onemocnění.(25) Současná terapie PVD se soustředí na tři klíčové přístupy: cvičení, farmakoterapii a revaskularizaci. Kombinace těchto léčebných postupů je účinná při zmírňování příznaků spojených s PVD, každá z intervencí má ale omezené využití.(26)

Mechanismy účinku karnosinu mají přirozeně synergický potenciál jako intervence se zaměřením na řadu klíčových procesů podporujících vývoj PVD, zpomalující její progresi a symptomatiku u těchto pacientů.(26) Karnosin, vzhledem k tomu, že může přímo reagovat s karbonylovými sloučeninami, působí preventivně při vzniku aterosklerotického plaku. Současně má i antiischemický efekt, zvyšuje aktivaci hypoxií indukovaného faktoru faktoru 1α (HIF-1α) a jeho vazodilatační efekt je zprostředkovaný oxidem dusnatým (NO).(26) Tato pozorování ukazují možnost využití karnosinu, respektive β-alaninu v prevenci PVD i omezení její progrese. Další klinické studie jsou potřebné pro komplexní zhodnocení přínosu do klinické praxe.

Karnosin a kognitivní funkce

Neurologická, neurodegenerativní onemocnění ve vyšším věku jsou vážným problémem naší rychle stárnoucí společnosti a vyznačují se obvykle částečnou ztrátou paměti či neschopností efektivně vytvářet nové vzpomínky. Jejich prevalence se zvyšuje s postupným stárnutím.(27)

Ukazuje se, že karnosin a jeho prekurzor, β-alanin, ovlivňují mnoho neurocirkulačních procesů,(28) proto se uvažuje o jeho roli v modulaci, zpomalení průběhu či prevenci těchto onemocnění. Po podání směsi karnosinu s anserinem (1 : 3, 1 g denně, po dobu 3 měsíců) došlo ke zvýšení průtoku krve mozkem.(29) Premisu, že denní suplementace karnosinu vylepšuje kognici nebo zpomaluje její regresi při neurodegenerativních chorobách, potvrdila i intervenční dvojitě zaslepená placebem kontrolovaná studie autorů Rokicki et al.,(30) kdy byl podáván karnosin s anserinem (1 : 3, 2krát denně 0,5 g, po dobu 3 měsíců). Kognitivní testy a klidová funkční magnetická rezonance (MRI) prokázaly pozitivní efekt karnosinu na kognici. Potenciál v léčbě neurologických, neurodegenerativních poruch v humánní medicíně společně s neuroprotektivními vlastnostmi karnosinu jsou shrnuty v práci Schön et al.(31) Příznivé účinky karnosinu byly prokázány nejen in vivo, ale také v klinických intervenčních a randomizovaných studiích z oboru psychiatrie, v souvislosti s poruchami autistického spektra, Alzheimerovou chorobou a dalšími.(31)

Pozitivní účinek karnosinu na kognitivní funkce potvrdila i randomizovaná studie autorů Baraniuk et al.(32), kdy byla podávána vzrůstající dávka karnosinu (0,5–1 g denně ve 4týdenních intervalech po dobu 12 týdnů) veteránům z války z Perském zálivu a zlepšila jejich Wechslerův test inteligence pro dospělé (WAISR(33)). Pravidelné užívání karnosinu významně zvýšilo WAISR test u této skupiny pacientů.(32)

Alzheimerova choroba a Parkinsonova nemoc

Karnosin by se mohl uplatnit nejen jako doplněk stravy, který zpomaluje rozvoj neurodegenerativních onemocnění či zlepšuje jejich průběh, ale také jako brzký marker jejich vzniku. To potvrzuje studie na pacientech s Parkinsonovou nemocí (PD), u kterých byla zjištěna nižší hladina karnosinových prekurzorů v mozkomíšním moku ve srovnání s kontrolní skupinou.(34) Ghanbari et al.(35) prokázali, že neurony z čichových laloků pacientů s Alzheimerovou chorobou (AD) vykazují známky probíhajícího oxidačního stresu. Je také známo, že čichová dysfunkce často doprovází neurodegenerativní onemocnění. Měření hladiny karnosinu by mohlo být využito jako prediktor AD. To potvrzuje i srovnání pacientů s tzv. pravděpodobnou AD se zdravými osobami, kdy bylo zjištěno snížení hladiny karnosinu v plazmě a další významné změny v obsahu volných aminokyselin a dipeptidů, které jsou zapojeny do neurotransmise a metabolismu.(36) Pouze jedna randomizovaná placebem kontrolovaná studie zkoumala účinnost karnosinu u pacientů s PD. Jeden měsíc suplementace karnosinem v dávce 1,5 g/den vedl k významnému zlepšení neurologických symptomů a také zlepšení antioxidační kapacity. Podávání karnosinu spolu se základní terapií tak nejen zlepšilo klinické ukazatele a snížilo toxicitu základní léčby, ale také zlepšilo antioxidační stav v organismu sledovaných pacientů s PD.(37) Využití karnosinu v neurologických chorobách ať už jako marker, nebo agens zpomalující progresi či zlepšující stav je slibné, ale nutné potvrdit v dalších studiích.

Karnosin a katarakta

Šedý zákal (katarakta) je hlavní příčinou slepoty v 50 % případů na celém světě. Hlavní příčinou katarakty je stárnutí, ale souvisí také s dalšími exogenními faktory, jako je UV záření, trauma, a/nebo s endogenními faktory, jako je diabetes nebo genetická predispozice.(38) Přestože je operace šedého zákalu bezpečná a vysoce účinná, použití topických očních kapek s karnosinem/β-alaninem by mohlo poskytnout pacientům další možnost léčby. Vzhledem k mechanismům účinku karnosinu se předpokládá, že právě jeho antioxidační a antiglykační vlastnosti dávají této látce potenciál předcházet a zpomalit rozvoj senilní katarakty.(39) Potenciál karnosinu ve zpomalení procesu degenerativních změn zraku a léčby samotné senilní katarakty shrnuje práce Wanga a spol.(40)

Vliv karnosinu na lidské oko byl popsán i v randomizované placebem kontrolované dvojitě zaslepené studii trvající 6 a 24 měsíců, kde byly použity oční kapky obsahující N-acetylkarnosin (NAC, 1 %). Byly aplikovány dvě kapky dvakrát denně. Ve studii bylo celkem 49 pacientů (průměrný věk 65 let) s kataraktou v různém stadiu. Ochranný efekt NAC byl pozorován po 6 měsících.(41) Jednotlivé klinické studie ale nejsou dostatečné kvality, v současné chvíli nejsou jasné informace o účinnosti NAC v terapii či prevenci katarakty.(42)

Nežádoucí účinky suplementace karnosinu a 𝛃-alaninu

Při podávání β-alaninu až v dávce 6 g denně nemá nepříznivé účinky na jeho konzumenty. To potvrdila metaanalýza nežádoucích účinků autorů Dolan et al.,(2) která zkoumala bezpečnost perorální suplementace β-alaninu. Jediným hlášeným nežádoucím účinkem ve srovnání s placebem byly parestezie. Dále bylo po suplementaci β-alaninu pozorováno mírné zvýšení aktivity alaninaminotransferázy.(2) Při hodnocení bezpečnosti a snášenlivosti karnosin nevykazoval žádné nepříznivé účinky nebo toxicitu.(43) U karnosinu nehrozí předávkování a při dlouhodobém podávání se v organismu nehromadí.(15)

Závěr

Suplementace β-alaninem, prekurzorem karnosinu, představuje jednu z mála prokázaných dietních intervencí, které by mohly pomoci nejen v boji proti stárnutí a úbytku svalové hmoty, ale i v léčbě a prevenci dalších onemocnění, jako jsou nemoci periferních cév či onemocnění neurodegenerativní.

Podávání β-alaninu v rámci běžných dávek (až 6 g denně) nemá nepříznivé účinky na jeho konzumenty a vzhledem k potenciálu, který jeho suplementace má, se dá doporučit k vhodným suplementům v geriatrické populaci.

Poděkování

Práce vznikla za podpory studentské grantové soutěže Univerzity Palackého v Olomouci, číslo projektu IGA_LF_2022_031.

Poděkování  patří prof. MUDr. RNDr. Vilímu Šimánkovi, DrSc., a doc. RNDr. Jitce Vostálové, Ph.D., za jejich ochotu a cenné rady.

Korespondenční adresa:

MUDr. Ondřej Česák

Urologická klinika LF UP a FN Olomouc

e-mail: ondrej.cesak@fnol.cz