Оксидативный стресс: карнозин в качестве антиоксиданта

Упражнения вызывают оксидативный стресс, по­скольку сокращения мышц увеличивают потреб­ность в кислороде. Однако адаптация к привыч­ной нагрузке, по-видимому, имеет антиоксидант- ный протективный эффект. Исследования, про­водившиеся в течение нескольких лет, дали не­совместимые результаты в отношении относи­тельной важности этих воздействий.

Возможно, это обусловлено различными режимами нагру­зок, которые изучались, или тем, что для детек­тирования оксидативного стресса использова­лись разные биомаркеры.

Ряд объяснений того, как нагрузка увеличи­вает уровень активных реакционноспособных форм кислорода (АФК), изложен далее.

• Усиление дыхания с увеличением потока элект­ронов в цепи электронного транспорта может повышать уровень АФК.
• Истощение пулов АТФ ведет к более высоко­му уровню внутриклеточного АДФ, включа­ющего катаболизм АДФ и превращение ксан­тин-дегидрогеназы в супероксид-генерирую- щий энзим — ксантин-оксидазу.
• Уменьшение pH способствует высвобожде­нию кислорода из гемоглобина и увеличению р0₂ в тканях.

Многие исследователи предполагали, что АФК являются причиной индуцированных нагрузкой нарушений мышечного гомеостаза, ассоцииро­ванного с мышечным утомлением. В дополнение к этому, АФК могут способствовать развитию по­здней фазы повреждения мышц, индуцированно­го нагрузкой.

Это также означает, что оксидативное повреждение может ингибировать функцию Са²⁺-АТФазы СР, также нарушая вход кальция вслед за сокращением. В соответствии с Хью (Хи) и соавт. АФК непосредственно повреждает Са²⁺-АТФазу, атакуя АТФ-связывающий сайт. Та­кие нарушения функционирования кальциевого насоса могут влиять на мышечную релаксацию и даже вызывать ограничение биодоступности каль­ция при мышечном сокращении. В мышечной ткани обнаружено несколько эндогенных антиок- сидантных систем, препятствующих накоплению продуктов окисления.

Они включают а-токоферол (витамин Е), карнозин и ансерин (гистидин-содер- жащие дипептиды) и антиоксидантные энзимы, такие как глютатион пероксидаза, супероксид дис- мутаза и каталаза. Прием с пищей антиоксидан­тов, таких как а-токоферол и глютатион перокси­даза, имеет большое значение. Дополнительный прием карнозина и ансерина, по-видимому, влия­ет меньше, хотя в нескольких исследованиях об­наружили повышение уровня карнозина, обуслов­ленное введением его в диету.

Карнозин, как предполагается, имеет антиокси­дантные свойства, его биологическая функция — гашение синглетного молекулярного кислорода и поглощение гидроксильных и супероксидных радикалов. Карнозин может смягчать оксидатив- ный стресс благодаря сочетанию таких свойств, как поглощение свободных радикалов и хелати- рование металлов.

В соответствии с Болдыревым (Boldyrev) и со­авт., антиоксидантная функция карнозина яв­ляется одним из наиболее важных проявлений его биологической роли. Эти авторы исследовали эф­фект карнозина на глаза собаки с сенильной ката­рактой (которую вызывает липидная пероксида- ция) и продемонстрировали способность карно­зина взаимодействовать прямо с продуктами пе- роксидации липидов (как in vitro, так и in vivo).

Подобно этому, Нагасава (Nagasawa) и соавт. изучали (in vitro и in vivo) антиокислительные свойства карнозина. Они взяли мышечную ткань крыс (гомогенаты задней конечности) и экспози- ровали ее in vitro к свободным радикалам, а затем проверили влияние карнозина на пероксидацию липидов мышц и окислительную перестройку бел­ка.

Авторы сообщили о минимальной эффектив­ной концентрации карнозина, которая ингибиру­ет липидное и белковое окисление, — 2,5 и 1 мм соответственно. Однако, когда индивидуальные аминокислотные компоненты карнозина (гисти­дин и р-аланин) были протестированы, таких ин­гибиторных эффектов не наблюдали; подобный результат был также получен и в других экспери­ментах.

Другим аспектом исследования Нагасава и соавт. было дополнение диеты крыс гисти­дином в течение 13 дней во время введения Бе-нит- рилотриацетата (который продуцирует свободные радикалы). Они обнаружили заметное повышение содержания карнозина с одновременной редукци­ей продуктов перекисного окисления липидов и содержания белкового карбонила в скелетной мышце крыс.

В исследовании Клебанова (Klebanov) и соавт. карнозин и его аминокислоты были изуче­ны посредством нескольких модельных систем, в том числе глютатионпероксидазы хрена-люми- нола (GSH-HRn-люминол). В отличие от данных, полученных Нагасава и соавт., они обнару­жили, что как карнозин, так и гистидин являют­ся причиной 50% супрессии свободно-радикаль- ных реакций в GSH-HRn-люминольной системе.

Они, однако, обнаружили, что р-аланин не был активен. В целом, во всех исследованных систе­мах выявлено, что карнозин имеет способность связывать различные радикалы, так как облада­ет антиоксидантной активностью. Интересно, что эффективная концентрация карнозина соответ­ствует той, которая присутствует в головном моз­ге и мышцах человека. Кроме того, в ряде иссле­дований обнаружено, что не только карнозин, но также и другие гистидиновые производные (го- мокарнозин, ансерин) демонстрируют антиокис- лительную активность.

Чен и соавт. исследовали влияние дополни­тельного приема карнозина и а-токоферола как отдельно, так и в сочетании на образование реак­тивных субстанций тиобарбитуровой кислоты (РСТК) в скелетных мышцах крыс. Полученные данные показывают, что все методы дополнитель­ного приема были эффективными в уменьшении РСТК, с карнозином плюс а-токоферол ом и одним а-токоферолом — наиболее эффективны. Таким образом, из этого исследования следует, что анти- окислительное значение карнозина, несмотря на то, что оно показано, является не таким существен­ным, как а-токоферола.

Исследования в этой области также проверя­ли хелатирующие свойства карнозина в комби­нации с его антиокислительными свойствами. Термин «хелатирующий агент» приписывается веществу, которое может связывать излишки ме­таллов в клетках и кровотоке, печень и почки мо­гут их затем экскретировать. Карнозин и его ана­логи, как было показано, являются эффективны­ми хелатирующими агентами для меди (Си²⁺) и других переходных металлов.

Человеческая ске­летная мышца содержит одну треть всей меди, содержащейся в теле. Концентрация карнозина в скелетной мышце относительно высока, таким образом, хелатирование Си²⁺ может быть биоло­гически значимо. Коен (Cohen) и соавт. ис­следовали комплекс — карнозин:медь и другие карнозиновые производные. Их результаты по­казывают, что комплексы карнозин:медь могут убирать супероксидные радикалы, освобожден­ные нейтрофильными лейкоцитами, и это было также подтверждено для комплексов гомокарно- зин:медь. Однако комплексы медыансерин не проявляют такую же эффективность.

Кенг (Kang) и соавт. получили противоположные резуль­таты и нашли, что карнозин, гомокарнозин и ан- серин могут действовать в качестве хелаторов ме­ди. Они проверили эффекты всех трех гистидин- родственных соединений против окислительного повреждения медь, цинк-супероксиддисмутазы человека (Cu,Zn-COfl) пероксидными радикалами. Окислительное повреждение влечет фрагмента­цию белков, которая приводит к инактивации энзима.

Однако все три соединения значительно ингибировали инактивацию Си,2п-СОД. Все со­единения ингибировали высвобождение ионов меди из энзима, и, таким образом, эти результа­ты позволяют предположить, что карнозин и род­ственные соединения являются хелаторами меди и гасителями пероксильных радикалов.

Недавние результаты, полученные Декером (Decker) и соавт., ставят под сомнение итоги последних экспериментов по изучению антиокси- дантных способностей карнозина. Они обнаружи­ли, что некоторые источники синтетического кар­нозина были загрязнены гидразином в концент­рациях между 0,01 и 0,2%.

Гидразин является силь­нодействующим редуцирующим агентом, способ­ным инактивировать свободные радикалы в чис­ле других своих активностей. Таким образом, гид­разин может непосредственно ингибировать ли­пидное окисление в большей степени, чем карно­зин. Декер и соавт., однако, также сообщили, что очищенный карнозин был способен к погло­щению пероксильных радикалов.

Оксидативный стресс является интегральным продуктом при силовой нагрузке и ассоциирует­ся с мышечным утомлением или повреждением. Наряду с другими антиоксидантами и энзимами карнозин, по-видимому, функционирует в качест­ве эндогенного защитного механизма, ослабля­ющего прогрессирующее повреждение мышц во время нагрузки.

Однако нет убедительных дан­ных для того, чтобы доказать, что оральный при­ем карнозина (или его предшественников) может препятствовать оксидативному повреждению мышц в результате нагрузки у человека. Таким образом, необходимо проведение дальнейших исследований в этой области.