Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: koenzym Q10, ubichinon, ubichinol, ATP, NO, NOS, mTOR, IGF-1, testosteron, insulina, folistatyna, miostatyna, komórki satelitarne, wolne rodniki tlenowe, tkanka tłuszczowa, tkanka mięśniowa, mitochondria, moc szczytowa mięśni, siła.
Koenzym Q10 uznawany jest zazwyczaj za związek witaminopodobny – a więc niezbędny do życia, częściowo wytwarzany w naszym organizmie, częściowo zaś uzupełniany z pożywienia. W pokarmie i organizmie występuje on w dwóch formach – jako ubichinon i ubichinol – przy czym druga postać przeważa ilościowo nad pierwszą i uznawana jest za aktywniejszą biologicznie. Koenzym Q10 katalizuje przebiegający w mitochondriach proces pozyskiwania energii z utleniania składników pokarmowych i jej przemiany w energię użyteczną, w postaci ATP. Jest kluczowym elementem łańcucha oddechowego – mitochondrialnego systemu produkcji energii (ATP) w warunkach tlenowych. Nic więc dziwnego, że ma największe znaczenie dla narządów obciążonych największym wysiłkiem i potrzebujących najwięcej energii do pracy, czyli mięśnia sercowego i mięśni szkieletowych. Nie jest też zaskoczeniem, że zapotrzebowanie na ten czynnik wzrasta szczególnie w sytuacjach wysiłkowych. Tak więc np. u osób aktywnych fizycznie i sportowców wyczynowych wewnątrzustrojowa produkcja koenzymu Q10 może nie zaspokajać aktualnych potrzeb i sięganie po odpowiedni suplement diety staje się koniecznością, jeżeli oczywiście myślimy od dalszej progresji formy. Ponieważ Q10 bierze udział w tlenowych procesach pozyskiwania energii, dlatego – siłą rzeczy – już dawno włączyli go do programów wspomagania wysiłku sportowcy z dyscyplin wytrzymałościowych. I chociaż nowsze badania potwierdzają słuszność takiego postępowania, to jednocześnie wskazują, że suplement ten może być równie (a nawet bardziej) przydatny we wspomaganiu siłaczy i sprinterów.
Q10 – w badaniach
Wprawdzie badania nad wykorzystaniem koenzymu Q10 w celu poprawy zdolności wysiłkowych prowadzone są już od ponad 20 lat, dzisiaj przyjrzymy się raczej tym – aktualniejszym.
Fu testował na przykład w 2010 roku wpływ koenzymu Q10 na wytrzymałość myszy… Gryzonie, którym podawano codziennie w karmie 15 mg koenzymu Q10 na 1 kg wagi ciała przez 4 tygodnie, pływały o 40% dłużej, niż zwierzęta kontrolne, otrzymujące paszę bez tego dodatku. W porównaniu z grupą kontrolną, myszy z grupy koenzymowej gromadziły o prawie 90% więcej glikogenu – cukru zapasowego, zaopatrującego mięśnie w energię, w trakcie przedłużających się wysiłków fizycznych. Co ciekawe – zwierzęta wspomagane Q10 traciły po wysiłku o ok. 22% mniej azotu z moczem, niż zwierzęta kontrolne, co świadczyło o mniejszym rozpadzie białek, a więc o antykatabolicznej aktywności koenzymu Q10. To oczywiście pierwsza, znakomita wiadomość nie tylko wytrzymałościowców, ale i dla cięższych atletów… Przeważnie każdy sportowiec wie, że bilansem azotowym mierzymy metabolizm białka, gdyż pierwiastek ten jest charakterystyczny właśnie dla białek i nie znajdziemy go – ani w cukrach, ani w tłuszczach. A ponieważ białka to główny składnik włókien mięśniowych, dlatego mniejsza utrata azotu oznacza większe oszczędzanie mięśni – a w konsekwencji – szybszy rozwój ich masy, siły i zdolności wysiłkowych.
Koenzym Q10 ochrania oczywiście nie tylko mięśnie myszy, ale i sportowców. Tak przynajmniej wynika z badania Kona, opublikowanego w 2008 roku. Jego autor podawał podczas obozu treningowego 18 zawodnikom kendo – albo 300 mg koenzymu Q10, albo suplement nieaktywny – placebo. Ustalano tutaj zmiany kilku parametrów, a między innymi badano stopień destrukcji mięśni, mierzony poziomem mioglobiny we krwi. Mioglobina to białko magazynujące tlen w tkance mięśniowej i w związku z tym – w normalnych warunkach – egzystujące jedynie we włóknach mięśniowych. Tak więc pojawienie się mioglobiny w krwiobiegu świadczy o rozpadzie włókien mięśniowych, a jej poziomem we krwi możemy mierzyć stopień tego rozpadu. A u sportowców wyczynowych, otrzymujących w okresie intensywnego treningu koenzym Q10, poziom mioglobiny we krwi był o ponad 30% niższy, jak u zawodników ćwiczących bez podobnego wspomagania.
Koenzym Q10 nie tylko ochrania mięśnie, ale jednocześnie poprawia zdolności wysiłkowe sportowców… W tym samym – 2008 roku – Cooke skompletował combo 41 ochotników, pośród których znalazło się 22 przedstawicieli dyscyplin wytrzymałościowych, z min. dwuletnim stażem treningowym. Ochotników przydzielono losowo do dwóch grup, w których podawano im dwa razy dziennie – albo 100 mg koenzymu Q10, albo taką samą ilość glukozy – jako placebo, oraz poddawano wysiłkowym testom tlenowym i beztlenowym, przed rozpoczęciem i po zakończeniu trwającego 14 dni doświadczenia. Jak się okazało – koenzym Q10 wpływał pozytywnie zarówno na parametry wytrzymałościowe, jak też siłowe… Ochotnicy z grupy koenzymowej, w porównaniu z grupą placebo, poprawili np. w okresie tych dwóch tygodni swój czas kontynuowania wysiłku do wyczerpania o 18 sekund, zaś moc szczytową swych mięśni – o blisko 4.5 procent. Odnotowano również różnice w stopniu redukcji tkanki tłuszczowej: kiedy w grupie placebo masa tłuszczu całkowitego wzrosła średnio o 156, to w grupie koenzymu Q10 spadła o 133 gramy. A to z kolei dobra wiadomość dla przedstawicieli dyscyplin sylwetkowych i z limitami wagowymi, zmuszonych dbać o niski poziom tkanki tłuszczowej.
Sportowców tych ucieszą bez wątpienia również wyniki badań japońskich naukowców z Uniwersytetu w Kyoto – też publikowane w 2008 roku, w Journal of Nutritional Science and Vitaminology – w których autorzy testowali wpływ koenzymu Q10 na tempo spalania tłuszczu. Placebo lub 30 mg koenzymu Q10 podawano tutaj młodym, zdrowym studentom, mierząc ilość miligramów kwasów tłuszczowych, utlenianych w przeciągu minuty, zarówno w spoczynku, jak też podczas wysiłku fizycznego o niskiej intensywności (na poziomie 30% maksymalnego poboru tlenowego). W porównaniu z grupą placebo, w grupie koenzymu Q10 tempo spalania tłuszczu wzrastało nieznacznie nawet w spoczynku, już po 1 i po 1 godzinie od przyjęcia pojedynczej dawki suplementu. Największe różnice obserwowano jednak w trakcie testu wysiłkowego, kiedy to ochotnicy z grupy koenzymowej spalali o jakieś 10% kwasów tłuszczowych na minutę więcej – od swych kolegów ze szkolnej ławy, przyjmujących w samym tym czasie placebo.
Q10 – w akcji
Ta zdolność koenzymu Q10 do intensyfikacji spalania tłuszczu wynika z faktu, że związek ten pełni funkcję pośrednika w procesie utleniania kwasów tłuszczowych, przebiegającym w mitochondriach. Kwasy tłuszczowe to węglowodory, czyli molekuły złożone głównie z węgla i wodoru. Każdy kwas tłuszczowy dzielony jest w mitochondriach na mniejsze fragmenty – cząsteczki kwasu octowego. Podczas tej fragmentacji, zwanej beta oksydacją, odpowiednie enzymy odszczepiają od kwasów tłuszczowych atomy wodoru. Atomy wodoru odszczepiane są również od kwasu octowego, w efekcie przebiegu złożonej reakcji enzymatycznej, znanej jako cykl Krebsa. Tutaj utlenieniu ulegają jednocześnie atomy węgla z wytworzeniem dwutlenku tego pierwiastka (CO2), jednak akurat to spalanie nie daje organizmowi prawie żadnej korzyści energetycznej. W dalszych etapach utleniania biologicznego uczestniczą więc już tylko atomy wodoru, wiązane z tlenem, z wytworzeniem wody. Jest to więc tzw. „reakcja gazu piorunującego”, która w warunkach zewnętrznych przebiega niezwykle gwałtownie – wybuchowo. Natomiast w organizmie, w wieloetapowym procesie enzymatycznym, w tzw. łańcuchu oddechowym, reakcja ta przebiega niejako „na raty” a energia spalania wodoru zostaje zmagazynowana w wiązaniach fosforanowych ATP. Koenzym Q10 jest natomiast kluczowym elementem łańcucha oddechowego, przenoszącym atomy wodoru pomiędzy enzymami. Tak więc od poziomu koenzymu Q10 w łańcuchu oddechowym zależy sprawność spalania kwasów tłuszczowych, a także glukozy i aminokwasów, gdyż – również i w przypadku tych substratów energetycznych – wszystko wygląda podobnie. Im więcej więc koenzymu Q10 – tym szybsze spalanie tłuszczu, a co za tym idzie – sprawniejsza redukcja tkanki tłuszczowej.
Z czego jednak wynika jego zdolność do ochrony tkanki mięśniowej…? Poza rolą pełnioną w produkcji ATP, koenzym Q10 ochrania dodatkowo błony biologiczne, zapewniając im integralność i funkcjonalność. To niezwykle istotna funkcja, gdyż poważne uszkodzenia błony komórkowej, mitochondrialnej lub siateczki śródplazmatycznej aktywują enzymy kataboliczne niszczące białka i generalnie inicjują sygnały prowadzące do rozpadu komórek mięśniowych.
Na szczególną uwagę zasługuje ochronna aktywność koenzymu Q10 względem mitochondriów… Przebiegająca w tych organellach, znana nam już reakcja spalania opiera się na przenoszeniu elektronów wodoru na tlen. W reakcji tej – jedna molekuła tlenu cząsteczkowego (O2) pobiera cztery elektrony od czterech atomów wodoru, w efekcie czego powstają dwie cząsteczki wody (2 H2O). Problem w tym, że pewna część elektronów „wycieka” z łańcucha oddechowego, a wtedy tlen cząsteczkowy wychwytuje również pojedyncze elektrony. W efekcie takiej reakcji powstaje tzw. anionorodnik ponadtlenkowy – wolny rodnik tlenowy. Im intensywniejsze przemiany energetyczne – tym większy „wyciek” elektronów i poziom wolnych rodników tlenowych; w ciężko pracujących mięśniach produkcja rodników wzrasta nawet 100-krotnie. Wolne rodniki tlenowe i podobne im molekuły, nazywane ogólnie reaktywnymi formami tlenu, uznawane jeszcze do niedawna za samo zło, okazały się w rzeczywistości – w wielu przypadkach – niezwykle pożyteczne… Mają np. wielkie znaczenie dla przerostu (hipertrofii) tkanki mięśniowej w odpowiedzi na przeciążenie (trening), czyli zjawiska niezmiernie pożądanego przez większość atletów: między innymi aktywują tutaj niejaką kinazę mTOR (Handayaningsih, 2011) – enzym dobrze znany wszystkim siłaczom, pobudzający produkcję i hamujący rozpad białek mięśniowych, o którym jeszcze więcej za chwilę napiszę. I tutaj trzeba podkreślić, że głównym sprawcą „wycieku” elektronów z łańcucha oddechowego i najważniejszym producentem wolnych rodników tlenowych jest właśnie koenzym Q10!!! Tę funkcję prooksydacyjną pełni on niezależnie od roli przenośnika wodoru w łańcuchu oddechowym.
Rodniki mają jednak oczywiście również swoją ciemną stronę… Kiedy ich poziom wzrasta nadmiernie i utrzymuje się niezasadnie długo – utleniają lawinowo kwasy tłuszczowe, budujące błonę mitochondrialną i inne błony biologiczne, co nazywamy peroksydacją lipidów i co doprowadza do uszkodzenia tych struktur komórkowych. Jak już wiemy – uszkodzenia takie odbijają się niekorzystnie na stanie włókien mięśniowych. Najgroźniejsze są właśnie uszkodzenia błon mitochondrialnych… Reaktywne formy tlenu przerywają zachodzący właśnie w błonach proces produkcji ATP. To jednak nie wszystko: mitochondria bowiem – znane do niedawna jedynie jako „komórkowe zakłady energetyczne” – tworzą jednocześnie magazyny rozmaitych „białek śmierci” sterujących programami niszczenia komórek, tak że Earnshaw nazwał je nawet w 1999 roku – „spiżarniami trucizn”. Tak więc poważne zmiany w strukturze błon mitochondrialnych skutkują uwalnianiem podobnych czynników do sarkoplazmy (cytoplazmy włókien mięśniowych), a wtedy te aktywują kaspazy – silne enzymy kataboliczne, niszczące białka a nawet całe komórki mięśniowe (taka śmierć komórki nazywana jest fachowo apoptozą). Ale w tym miejscu – jako obrońca – wkracza na szczęście koenzym Q10. Ponownie, niezależnie od funkcji przenośnika wodoru w łańcuchu oddechowym, związek ten jest najaktywniejszym i najskuteczniejszym antyoksydantem egzystującym w tłuszczach błon biologicznych, wygaszającym wolne rodniki i przerywającym lawinowy proces peroksydacji lipidów. W ten sposób ochrania błony mitochondrialne (i inne) i zapobiega groźnej destrukcji włókien mięśniowych, wynikającej z uszkodzeń mitochondriów.
Ta rola „podwójnego agenta” – o jednoczesnej aktywności pro- i antyoksydacyjnej – wydaje się oryginalna dla koenzymu Q10 i niezwykle pożyteczna dla mięśni. Klasyczne antyoksydanty ochraniają bowiem tkankę mięśniową dopiero w dalszej fazie regeneracji powysiłkowej lub np. w sytuacjach, gdy utrata jej masy ma właśnie przyczynę w nadmiernej generacji reaktywnych form tlenu: np. przy tzw. opóźnionej bolesności mięśni u sportowców (DOMS), sarkopenii u staruszków, kacheksji u cierpiących na przewlekle choroby wyniszczeniowe czy dystrofii u osób dotkniętych genetycznymi chorobami mięśni. Z kolei podane w wysokiej dawce, w okresie okołowysiłkowym, mogą nawet upośledzać procesy hipertrofii, co wynika między innymi z cytowanego wyżej badania nad wpływem reaktywnych form tlenu na szlaki sygnalizacyjne kinazy mTOR. Natomiast koenzym Q10, jako jednoczesny pro- i antyoksydant, wpływa dobroczynnie na mięśnie – zauważmy (!) – zawsze i w każdej sytuacji.
W błonie komórkowej rodzą się też impulsy napędzające skurcze włókienek oraz pobudzające produkcję i hamujące rozpad białek mięśniowych. Podczas ciężkich wysiłków – przeciążona mechanicznie sarkolema (błona komórkowa włókien mięśniowych) wysyła bowiem sygnał do retikulum sarkoplazmatycznego (siateczki śródplazmatycznej włókien mięśniowych), zaś to – do znanego już nam, kluczowego enzym – kinazy mTOR, która pobudza procesy produkcji, a hamuje rozpadu białek mięśniowych. Kinaza mTOR jest jednocześnie sensorem poziomu ATP. Im więcej ATP we wnętrzu włókien – tym wyższa aktywność kinazy mTOR i tym większa produkcja, a mniejsza destrukcja, białek mięśniowych. Tu trzeba podkreślić, że przynajmniej 96% ATP włókien mięśniowych powstaje w procesach kontrolowanych przez koenzym Q10. Spadek produkcji ATP pociąga też za sobą rozpad mitochondriów, zaś ten – jak już wiemy – aktywację enzymów katabolicznych i sygnałów niszczących komórki mięśniowe. Skoro więc koenzym Q10 katalizuje proces syntezy ATP i przyczynia się do wzrostu jego koncentracji – również tym sposobem ochrania i rozwija tkankę mięśniową.
Wypada także dodać, że ów sygnał chemiczny, wysyłany przez przeciążoną sarkolemę i aktywujący ostatecznie kinazę mTOR, przenoszony jest przez pewne szczególne molekuły – tlenek azotu (NO) i jego metabolit – nadtlenoazotyn. Produkcję NO katalizuje z kolei enzym nazywany syntazą tlenku azotu – NOS. Jak natomiast donosił Tsai w 2011 roku – koenzym Q10 zwiększa aktywność NOS i usprawnia szlaki sygnalizacyjne tlenku azotu. A sprawna produkcja tlenku azotu ma ogromne znaczenie dla wszystkich sportowców, gdyż NO bierze udział w samym akcie skurczu mięśnia, jak również rozszerza naczynia krwionośne tkanki mięśniowej, umożliwiając odpowiednie zaopatrzenie komórek mięśniowych w składniki energetyczne i budulcowe. Pobudza wytwarzanie mitochondriów – omawianych tu szeroko organelli komórkowych, przekształcających energetyczne składniki pokarmowe na energię użyteczną, napędzającą skurcze włókienek i produkcję białek mięśniowych. Aktywuje kinazy białkowe – specyficzne enzymy regulujące wzrost i metabolizm mięśni – a szczególnie znaną nam już kinazę mTOR. Aktywuje również tzw. czynniki transkrypcyjne, pobudzające geny komórek do produkcji białek mięśniowych, a także komórki satelitarne – macierzyste komórki mięśniowe, regenerujące i odbudowujące tkankę mięśniową. Utrzymuje w komórkach mięśniowych odpowiednią funkcjonalność dystrofiny – białka ochraniającego te komórki przed destrukcjami wynikającymi z naprężeń mechanicznych i odpowiedzialnego za zamianę kinetyki skurczów włókienek na rozwijaną siłę muskułów. Pośredniczy w przekazywaniu sygnału od tak ważnych hormonów anabolicznych, regenerujących i pobudzających do wzrostu tkankę mięśniową, jak insulina i IGF-1. Pobudza w jądrach produkcję testosteronu, zaś w mięśniach – IGF-1 i folistatyny, blokującej z kolei miostatynę – hormon stopujący, jak sama nazwa wskazuje, rozwój umięśnienia. W niewielkim stopniu NO ogranicza również produkcję samej miostatyny. Przy czym – wspomniana wyżej (i aktywowana przez koenzym Q10) NOS jest kluczowym enzymem na szlaku produkcji tlenku azotu i budowania tkanki mięśniowej. Powszechnie wiadomo, że systematyczne przeciążanie mięśni wysiłkiem fizycznym prowadzi do ich przerostu – hipetrofii. Gdy jednak naukowcy zablokowali u myszy gen wytwarzający NOS, mięśnie gryzoni w ogóle nie odpowiadały przerostem na bodźce przeciążeniowe. Z uwagi na opisane wyżej fakty – sportowcy stosują często przed treningami kombinacje suplementów, zwiększające produkcję tlenku azotu. Widzimy więc, że i tutaj koenzym Q10 powinien sprawdzać się znakomicie.
A o ogromnym znaczeniu koenzymu Q10 dla kondycji i konstytucji naszych mięśni przekonują nas obserwacje pacjentów leczonych statynami z uwagi na wysoki poziom cholesterolu. Statyny bowiem, blokując produkcję cholesterolu, hamują jednocześnie produkcję koenzymu Q10, gdyż szlak jego syntezy jest tylko odgałęzieniem szlaku syntezy cholesterolu. Wtedy często pojawiają niepożądane efekty terapii antycholesterolowej w postaci tzw. miopatii postatynowej – dolegliwości objawiającej się bólem i słabością mięśni oraz uszkodzeniami włókien mięśniowych, a w skrajnych przypadkach – rabdomiolizą – gremialnym rozpadem włókien mięśniowych, prowadzącym do poważnych problemów zdrowotnych czy nawet sytuacji zagrażającej życiu. Tę ostatnią sytuację wytwarza właśnie przenikająca w ogromnych ilościach do krwi mioglobina, która musi zostać przefiltrowana przez kłębuszki nerkowe, co prowadzi do ostrej niewydolności nerek. Jak natomiast dowiedziono przynajmniej kilkoma badaniami – suplementacja koenzymu Q10 może stanowić skuteczną profilaktykę miopatii u chorych leczonych statynami. Bodaj ostatnie doniesienie w tej kwestii to praca Zlotohlavka z 2012 roku, w której autor obserwował prawie 54-procentowe złagodzenie bólów mięśniowych i prawie 45-procentową poprawę siły mięśni u 28 starszych osób leczonych statynami – w efekcie dodatkowego podawania im przez 6 miesięcy koenzymu Q10.
Q10 – news
Powróćmy jednak na poletko sportowe i przyjrzyjmy się pracom z wykorzystaniem aktywniejszej formy koenzymu Q10 – ubichinolu…
Na pięćdziesiątej dziewiątej, dorocznej konferencji Japanese Society of Physical Education zaprezentowano wyniki badania przeprowadzonego z udziałem 21 zawodniczek koszykówki, które podzielono na dwie grupy i gdzie jedna grupa otrzymywała przez 4 tygodnie 100 mg ubichinolu dziennie, zaś druga – w tym samym czasie – placebo. Przed rozpoczęciem i po zakończeniu eksperymentu kobiety poddano kilku dziesięciosekundowym testom sprinterskim na rowerku stacjonarnym, w celu określenia postępów w rozwoju siły mięśniowej. Kiedy w grupie ubichinolu szczytowa moc mięśni koszykarek wzrosła o ponad 4, to w grupie placebo – ledwie o ok. 1.5 procent.
Kolejne badanie tej kwestii, prowadzone przez Dietmara Alfa, musimy uznać za szczególnie znamienne, gdyż dotyczyło wpływu ubichinolu na rozwój siły u 100 niemieckich kadrowiczów przygotowujących się w 2012 roku do Olimpiady w Londynie. (Każdy sportowiec wie bowiem dobrze – jak trudno poprawić jakikolwiek parametr u i tak już bardzo wysoko wyszkolonych wyczynowców…) Tutaj znowu podzielono zawodników na dwie grupy, gdzie jedna otrzymywała przez okres 6 tygodni 300 mg ubichinolu dziennie, zaś druga – w tym samym czasie – placebo. I tutaj poddano sportowców testom na ergometrze rowerowym, w celu określenia postępów w rozwoju siły, przed rozpoczęciem i po zakończeniu eksperymentu. Co niezwykle ciekawe – wyniki były niemal identyczne, jak uzyskane w badaniu omówionym wyżej: różnica w przyroście parametrów siłowych wyniosła dokładnie 2,5% – oczywiście (!) – na korzyć grupy ubichinolowej. Dlaczego jest to takie ciekawe…? Otóż, uświadamia nam, że dawka 100 mg jest równie skuteczna, jak 300 mg, więc skłania do optymalizacji dawkowania i obniżania kosztów suplementacji.
Bliżej praktyki
W jaki sposób zgromadzone tutaj informacje o ubichinolu możemy przybliżyć do praktyki wspomagania wysiłku…? Opierając się jedynie na najbardziej pesymistycznych prognozach, mamy prawo wnioskować, że przyjmowanie przez 4 tygodnie koenzymu Q10 w dawce 100 mg poprawi o 4% siłę każdego sportowca. Tak więc np. sztangista, legitymujący się dotąd rekordem 125 kg, może liczyć na poprawę wyniku o 5 kg, czyli wartość decydującą o pierwszym miejscu na podium.
Ostatecznie widzimy, że koenzym Q10 okazuje się znakomitym środkiem wspomagania wysiłku – i to dla zawodników niemal wszystkich dyscyplin sportowych: czy to wytrzymałościowych, szybkościowych, siłowych, wytrzymałościowo-siłowych czy sylwetkowych.
