Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: s-adenozylometionina, SAM, metylacja, betaina, metionina, IGF-1, GH, testosteron, insulina, wątroba, stawy, biogeneza mitochondriów, miogeneza, anabolizm, redukcja tkanki tłuszczowej, hipertrofia mięśni.
S-adenozylometionina (w skrócie: SAM) powstaje z metioniny – aminokwasu wchodzącego w skład struktury białek. W praktyce cała porcja spożytej metioniny, niezagospodarowanej na syntezę nowych białek, zostaje przekształcona w SAM. SAM występuje w każdej komórce naszego organizmu a należy do grona tzw. kosubstratów – związków magazynujących i oddających rozmaite ugrupowania atomów, dzięki którym enzymy katalizują różnorodne reakcje biochemiczne. Specyficzne grupy chemiczne, metylowe, przenoszone przez SAM, biorą udział w bardzo wielu istotnych procesach biologicznych, a są szczególnie ważne dla prawidłowych czynności wątroby i stawów. W związku z tym, SAM posiada długą tradycję stosowania jako suplement wspomagający wątrobę i stawy, chociaż naszym konsumentom molekuła ta była do niedawna, w zasadzie zupełnie nieznana.
Od lat po SAM sięgają również zagraniczni sportowcy, z myślą o wspomaganiu wątroby i stawów. W pierwszym przypadku chodzi o osłonę wątroby w trakcie „kuracji sterydowych”, w drugim – wiadomo (!) – o ochronę stawów przed przeciążeniami, związanymi z uprawianiem sportu. Czy jednak rola SAM we wspomaganiu wysiłku wykracza poza obszar zdrowotny i może mieć również znaczenie dla wspomagania rozwoju zdolności wysiłkowych? Trudno na to pytanie jednoznacznie odpowiedzieć, gdyż, co dziwne, pomimo bardzo długich doświadczeń z SAM jako suplementem diety, nie wykonano dotąd badania mówiącego o tym wprost, np. z udziałem trenowanych zwierząt lub ochotników aktywnych fizycznie. Niemniej dysponujemy wynikami kilku badań, z których możemy wyciągnąć daleko idące wnioski…
Biogeneza mitochondriów
Ponieważ przenoszenie grup metylowych przez SAM ma ogromne znacznie dla aktywności genów i syntezy DNA, Jin postanowił przetestować w 2007 r. zdolność tej molekuły do stymulacji biogenezy mięśniowych mitochondriów. Naukowcy prowadzili tu swoje badania w kontekście cukrzycy, której rozwój w wieku późnym przypisuje się właśnie utracie mięśniowych mitochondriów, co pociąga za sobą niezdolność mięśni do spalania odpowiedniej ilości cukru.
Do pierwszego eksperymentu, przeprowadzonego w ramach tego badania, wybrano szczury stare, zdrowe i ze zwierzęcym modelem ludzkiej cukrzycy typu 2, którym podawano codziennie przez 7 dni SAM w dawce 15 mg/kg wagi ciała. W drugim eksperymencie wzięły udział młode gryzonie cukrzycowe, którym podawano lub nie podawano SAM (w takiej samej dawce, jak wyżej) do 25. tygodnia życia, kontrolując efekty terapeutyczne w odniesieniu do zwierząt zdrowych, pozbawionych dobrodziejstw dodatkowego wspomagania s-adenozylometioniną.
W pierwszym doświadczeniu ustalono, że tydzień wspomagania wiekowego organizmu z użyciem SAM jest w stanie zwiększyć zawartość mitochondriów w mięśniach cukrzycowych i zdrowych – odpowiednio – o 43.7 i 64.7%. Natomiast drugi eksperyment udowodnił, że długotrwałe podawanie SAM prowadzi do 13.4-procentowego spadku wagi ciała, 22.5-procentowej redukcji masy tkanki tłuszczowej, 4.3-procentowego spadku poziomu cukru we krwi, ok. 80-procentowego wzrostu wrażliwości na insulinę i… ok. 50-procentowego wzrostu zawartości mitochondriów w komórkach mięśni szkieletowych.
O czym informuje nas więc to badanie? Wyraźnie widzimy, że suplementacja SAM jest w stanie, w pierwszej kolejności, zwiększyć o blisko 65% zawartość mitochondriów w mięśniach zdrowego organizmu, co bez wątpienia musi przełożyć się na wspomaganie rozwoju wytrzymałości. Przypomnijmy bowiem, że jednym z głównych celów treningów aerobowych w dyscyplinach wytrzymałościowych jest właśnie, m.in. zwiększenie koncentracji mitochondriów we włóknach mięśniowych.
Na uwagę zasługuje też zdolność SAM do redukcji tkanki tłuszczowej i, czytając między wierszami, wspomagania przyrostu masy mięśniowej, mierzonej wagą beztłuszczowej masy ciała. Jeżeli uwzględnimy bowiem różnicę pomiędzy utratą masy tkanki tłuszczowej, a ubytkiem ogólnej wagi ciała, uzyskamy ponad 9-procentowy przyrost masy mięśni (22.5 – 13.4 = 9.1), co daje jaskrawy obraz potencjalnej przydatności SAM dla sportowców z dyscyplin sylwetkowych i z limitami wagowymi.
Mitochondria a masa
Redukcja tłuszczu mogła być w powyższym badaniu konsekwencją wzrostu koncentracji mięśniowych mitochondriów, gdyż to właśnie tam przebiega najwydajniej proces spalania tłuszczu. Czy jednak wzrost koncentracji mitochondriów może przełożyć się również na poprawę parametru niezmiernie zajmującego sportowców z dyscyplin siłowych i sylwetkowych – na masę mięśniową?
Treningi siłowe wpływają przede wszystkim na etap biogenezy mitochondriów związany z ich wnikaniem do włókien mięśniowych w efekcie fuzji komórek satelitarnych, podczas gdy wytrzymałościowe – związany z ich dalszym rozmnażaniem we włóknach przez podział prosty. Intuicja wyznaczałaby następujący kierunek myślenia: biogeneza mitochondriów jest skutkiem hipertrofii mięśni. Mitochondria produkują bowiem energię użyteczną w postaci ATP, wiemy! Organizm gromadzi na skutek treningów więcej białek kurczliwych miofibryli, aby mięśnie były lepiej przygotowane do wykonywania kolejnych, wzrastających progresywnie zadań ruchowych – to też jasne! Aby większa masa białek miofibrylarnych mogła efektywniej pracować, potrzebuje więcej ATP, czyli – ostatecznie – większej masy białek mitochondrialnych.
Powyższy, dominujący przez dziesiątki lat pogląd ulega obecnie diametralnym przeobrażeniom: o biogenezie mitochondriów zaczynamy myśleć już nie tylko w kategoriach skutku, ale też przyczyny hipertrofii mięśni. Po pierwsze: ATP potrzebny jest nie tylko do realizacji skurczu, ale też syntezy białek mięśniowych (anabolizm białek konsumuje 88% produkcji ATP kierowanego do biosyntez). Po drugie: jak niedawno ustalono, ATP i jego metabolity pełnią funkcję hormonów anabolicznych, wspomagających rozwój siły i masy mięśni. Po trzecie: jak również niedawno ustalono, mitochondria produkują i eksportują do sarkoplazmy, oprócz ATP, również inne cząsteczki o aktywności anabolicznej; chodzi tu głównie reaktywne formy tlenu, pochodzące w 75. procentach z mitochondriów. Jednak kluczowego argumentu w myśleniu o mitochondriach jako o przyczynie hipertrofii dostarcza nam Cristina Mammucari, swoim badaniem opublikowanym w 2015 roku.
Badaczka ta bowiem ustaliła, że wychwyt jonów wapniowych przez mitochondria, dokonywany przez ich swoisty kanał jonowy, nazywany mitochondrialnym uniporterem wapnia (MCU), prowadzi do hipertrofii włókien mięśniowych na drodze aktywacji białka sygnałowego PGC-1 alfa4 i szlaku kinazy mTOR.
Uwzględniając przyczynową naturę mitochondriów w zjawisku hipertrofii, nie możemy się dziwić, że np. taki podstawowy hormon anaboliczny, jak testosteron, stymuluje we włóknach mięśniowych nie tylko syntezę białek, ale jednocześnie biogenezę mitochondriów (Usui, 2014).
Metylacja a mięśnie
Biogeneza mitochondriów nie jest oczywiście jedynym mechanizmem, poprzez który SAM mogłaby potencjalnie wpływać na rozwój masy mięśniowej.
Jako kosubstrat enzymatyczny, jak już wiemy, SAM jest dawcą rodników metylowych, podczas gdy proces przeniesienia grupy metylowej z SAM na inny związek nazywany jest metylacją. Jak natomiast ustalił Illingworth w 2008 r., tkanka mięśniowa charakteryzuje się największym poziomem i zróżnicowaniem metylacji, ze wszystkich tkanek naszego organizmu. W bezpośrednim okresie po zakończeniu ciężkiego treningu, we włóknach mięśniowych, dochodzi do licznych przeniesień rodnika metylowego w wielu genach (Barres, 2012), zaś adaptacja organizmu do systematycznego wysiłku fizycznego wiąże się, w 6-miesięcznej perspektywie, ze zmianami statusu metylacyjnego 134 genów (Nitert, 2012).
Hipertrofią mięśni w odpowiedzi na trening siłowy sterują głównie dwa procesy – anabolizm i miogeneza. Anabolizm polega na dobudowywaniu dodatkowych białek do włókien mięśniowych, natomiast w efekcie przebiegu miogenezy organizm rozmnaża komórki satelitarne (macierzyste komórki mięśniowe), które następnie – albo zlewają się ze sobą, tworząc dodatkowe włókna mięśniowe, albo zlewają się z włóknami mięśniowymi, zasilając je w dodatkowe jądra i mitochondria, inicjujące i stymulujące anabolizm białek.
A tutaj metylacja jest pierwszym etapem syntezy białek, nazywanym inicjacją. Synteza białek prowadzona jest przez kwas rybonukleinowy (RNA), który odczytuje informację genetyczną o sekwencji aminokwasów w danym białku i zgodnie z tą sekwencją wiąże ze sobą aminokwasy. Właśnie metylacja RNA jest tym procesem, który zapoczątkowuje (inicjuje) wiązanie aminokwasów. Ponadto syntezę każdego białka zawsze rozpoczyna starter anabolizmu – metionina, a ten etap inicjacji nazywamy z kolei metionizacją. Niebagatelne znaczenie może mieć również fakt, że metylacja jest strategicznym etapem syntezy kreatyny – dobrze znanej wszystkim sportowcom substancji o właściwościach anabolicznych.
Przeciwnikiem anabolizmu jest katabolizm białek, utrudniający – jak nietrudno zgadnąć – hipertrofię mięśni w odpowiedzi na trening siłowy. W komórkach egzystuje pewne szczególne białko katalityczne – ubikwityna. Jedna z jego funkcji polega na wyznaczaniu białek do katabolizmu. Ubikwityna wiąże się z białkami i – albo sama je degraduje, albo podaje enzymom katabolicznym. Tu okazuje się, że ubikwityna traci swoją aktywność kataboliczną, kiedy jeden z atomów lizyny w jej cząsteczce (Lys48) ulegnie… metylacji.
Jeżeli natomiast chodzi o miogenezę, to zmiana statusu metylacyjnego genów ma fundamentalne znaczenie wykonawcze na każdym etapie przebiegu tego procesu, co całościowo podsumowała Elvira Carrio Gaspar w swojej znakomitej pracy doktorskiej, opublikowanej w 2015 roku.
Wprawdzie brakuje wyników badań dowodzących pozytywnego wpływu SAM na przebieg procesu miogenezy, możemy jednak zapoznać czytelnika z efektami doświadczenia, w którym zastosowano innego dawcę metylu – betainę. Betaina, czyli trimetyloglicyna, jest tzw. drugim kosubstratem metylacji, oddającym grupę metylową dla odtworzenia zasobów SAM, gdy ta straci swoją grupę w wyniku przeniesienia jej na inny związek. Układ betaina/SAM w procesie metylacji jest dokładną kopią dobrze znanego wszystkim sportowcom układu fosfokreatyna/ATP w procesie fosforylacji.
Chodzi tutaj konkretnie o pracę Pameli Senesi z 2013 r., której autorka podkreślała we wstępie rolę betainy w produkcji SAM i procesie metylacji, i dodawała tę substancję do podłoża hodowlanego izolowanych komórek satelitarnych, podlegających miogenezie, obserwując ok. 70-procentowy wzrost masy ich białek kurczliwych i ok. 60-procentowy przyrost rozmiaru formujących się włókien mięśniowych, w porównaniu z komórkami hodowanymi na samym podłożu. Badaczka ustaliła przy tym, że pozytywne efekty działania dawcy metylu na proces miogenezy wiązały się z aktywacją szlaku sygnalnego bodaj najsilniejszego hormonu anabolicznego, najskuteczniej rozwijającego tkankę mięśniową, dobrze znanego wszystkim sportowcom – IGF-1.
Powyższa obserwacja znakomicie koresponduje z wynikami badania Iwasaki, z 2007 r., którego autor udowodnił, że metylacje zachodzące w formujących się włóknach mięśniowych, w procesie miogenezy, odpowiadają za aktywację szlaku sygnalnego IGF-1, jak również – z wynikami omówionego wcześniej doświadczenia Jina, gdzie podawanie SAM zwiększało o 80% wrażliwość tkanki mięśniowej szczurów na insulinę; szlaki sygnałowe obu hormonów biegną bowiem w mięśniach tymi samymi ścieżkami.
Relacje z testosteronem
Badania dowodzą, że metylacja odpowiada nie tylko za aktywacją szlaku sygnalnego IGF-1, ale również szlaku innego hormonu o strategicznym znaczeniu dla rozwoju muskulatury – LH. Przypomnijmy, że LH oddziałuje na jądra, pobudzając je do produkcji innego hormonu anabolicznego, znakomicie znanego wszystkim sportowcom – testosteronu.
Jak udowodnił Papadopoulos już w 1987 r., używając izolowanych komórek szczurzych jąder, SAM aktywuje tutaj szlak sygnałowy LH i zwiększa o 38% produkcję testosteronu, podczas gdy bloker metylacji – SAH (s-adenozylohomocysteina) – działa przeciwstawnie na szlak sygnałowy LH, zmniejszając przy tym o 35% produkcję testosteronu.
Okazuje się jednocześnie, czego dowiedziono wieloma badaniami, że zależność ta działa również w drugą stronę: testosteron pobudza produkcję SAM w organizmie, co może świadczyć o szczególnym znaczeniu procesu metylacji dla anabolicznej aktywności tego hormonu (Manteuffel-Cymbrowska, 1992; Crozat, 1992; Fjosne, 1992; Heljasvaara, 1997). Na przykład kastracja obniża w organizmach szczurów poziom SAM do 34% wartości wyjściowej, czemu przeciwdziała iniekcja niewielkiej dawki testosteronu (de las Heras, 1991). Stan wiedzy na dzień dzisiejszy pozwala stwierdzić, że testosteron, za pośrednictwem SAM, stymuluje w tkance mięśniowej syntezę poliamin – molekuł o niewyjaśnionej dostatecznie roli, generalnie niezbędnych jednak w przebiegu procesu miogenezy i hipertrofii mięśni szkieletowych (Lee, 2011).
Efekty
Sumując powyższe dane, należałoby się spodziewać, że SAM będzie znakomitym środkiem wspomagania wysiłku nie tylko w dyscyplinach wytrzymałościowych (z uwagi na stymulację biogenezy mitochondriów), ale również siłowych i sylwetkowych. Odnośnie tego zagadnienia jednak, niestety, ciągle brakuje rozstrzygającego dowodu; mamy wprawdzie tylko jedno, omówione wcześniej, konkretne badanie z użyciem SAM na szczurach, za to jednocześnie – całą masę poszlak…
Dowodów na anaboliczną i lipolityczną (odtłuszczającą) aktywność dawców metylu dostarczyło nam kilku autorów w badaniach na zwierzętach, na przykładzie znanej nam już betainy (trimetyloglicyny), odtwarzającej pulę bioaktywnej SAM w organizmie, testowanej jako dodatek paszowy w tuczu trzody rzeźnej. Dodatek betainy zwiększał tutaj masę mięsną zwierząt, zmniejszając jednocześnie zawartość tłuszczu całkowitego, co wiązało się ze wzrostem w krwiobiegu poziomu trzech ważnych hormonów anabolicznych: somatotropiny (GH), insuliny i IGF-1, odpowiednio, o 45.61, 42.34 i 55.5% (m.in. Eklund, 2005; Huang, 2006; Fernandez-Figares, 2012; Martins, 2012).
Jeszcze bliżej poruszanej tu tematyki celuje badanie Zhai z 2012 r., którego autor zastosował w tuczu broilerów, jako bezpośredniego prekursora SAM, zwyczajną metioninę, co poskutkowało prawie 10-procentowym (9.8%) wzrostem masy mięśni piersiowych kurcząt, w porównaniu z ptakami żywionymi znormalizowaną karmą. Zwróćmy uwagę, że wynik przyrostu masy mięśniowej niemal idealnie pokrywa tutaj z rezultatami uzyskanymi przez Jina, na szczurach, dla SAM – plus 9.1%.
Jeżeli natomiast chodzi o badania z udziałem ludzi, to w 2009 r. Hoffman a w 2010 r. Lee obserwowali, że suplementacja betainy zwiększa siłę mięśni trenujących siłowo atletów. Przy czym Hoffman dowodził, że za efekt ten odpowiada w pierwszej kolejności udział betainy w procesach metylacji, kontrolowanych przez SAM a prowadzących m.in. do syntezy anabolicznej kreatyny.
Z kolei w 2011 r. Jenna Apicella podawała przez 14 dni rozpuszczoną w napoju izotonicznym betainę lub sam napój izotoniczny (placebo) trenującym siłowo ochotnikom, co poskutkowało znacznym przyrostem siły oraz wzrostem poziomu hormonów anabolicznych i wyraźnym spadkiem wartości katabolicznego kortyzolu w grupie betainy, w porównaniu z grupą placebo (GH – plus 4%, IGF-1 – plus 11%, kortyzol – minus 3%).
Bodaj najbardziej miarodajnym, wykonanym do tej pory badaniem, mówiącym najwięcej o znaczeniu dawców metylu dla rozwoju sportowej formy w dyscyplinach siłowych i sylwetkowych, była praca Cholewy z 2013 r., prowadzona przez 6 tygodni, z udziałem trenujących siłowo ochotników i wykorzystaniem betainy, gdzie w grupie eksperymentalnej, w porównaniu z placebo, doszło do ok. 5- i 11-procentowego przyrostu objętości pracy treningowej, odpowiednio, w wyciskaniu na ławie i w przysiadzie, 10- i 4-procentowego przyrostu masy mięśni, mierzonego odpowiednio, przekrojem poprzecznym włókien mięśniowych i wagą beztłuszczowej masy ciała, jak również – do ok. 4-procentowej redukcji masy tłuszczu całkowitego.
Przy czym autor, we wstępie do swej pracy, podkreślał rolę betainy w metylacji i odtwarzaniu puli dostępnych biologicznie zasobów SAM, zwracając szczególną uwagę na znaczenie tych procesów dla aktywacji anabolicznej ścieżki sygnałowej insuliny i IGF-1 w tkance mięśniowej.
Perspektywy
Nie ulega raczej najmniejszej wątpliwości, że SAM będzie suplementem szczególnie przydatnym we wspomaganiu rozwoju wytrzymałości, z uwagi na unikalną zdolność wyjątkowo silnej aktywacji biogenezy mitochondriów.
Mówiąc o sprintach i sportach typowo siłowych, takich jak trójbój siłowy czy dwubój olimpijski, musimy stwierdzić, że dowody przemawiające za bezwzględną przydatnością SAM we wspomaganiu wysiłku w tych dyscyplinach, zgodnie ze stanem wiedzy na dzień dzisiejszy, są nader kruche i dosyć skąpe.
Jeżeli natomiast chodzi o sporty sylwetkowe, to sprawa przedstawia się już zupełnie inaczej: wyraźne poszlaki, w postaci wpływu biogenezy mitochondriów i procesu metylacji na hipertrofię mięśni, jak również, wykazany na zwierzętach i sportowcach, dodatni efekt działania samej SAM i dwóch jej prekursorów – metioniny i betainy – na rozwój masy mięśniowej i redukcję tkanki tłuszczowej, dostarczają niezwykle mocnych argumentów, przemawiających za celowością wykorzystania SAM we wspomaganiu pracy nad muskularną, odtłuszczoną sylwetką.
W tym miejscu, z automatu, rodzi się pytanie: dlaczego sięgać akurat po SAM, a nie po betainę, skoro mamy bardziej jaskrawe dowody, w postaci wyników badań z udziałem trenujących siłowo ochotników, na pro-mięśniową i odtłuszczającą aktywność tej drugiej substancji?
Betaina zapewnia wysoki poziom biodostępnej SAM w organizmie, jednak to ta druga molekuła jest właściwym dawcą grup metylowych i bezpośrednim sprawcą metylacji. To po pierwsze! A po drugie – niezrozumiałe dla konsumenta, europejskie restrykcje legislacyjne spowodowały, że ten niezwykle cenny i całkowicie bezpieczny składnik pokarmowy, występujący powszechnie w zbożach i warzywach (np. w pszenicy, szpinaku i burakach), nie został dopuszczony do stosowania jako składnik suplementów diety. Natomiast suplementy SAM tworzą tutaj ciekawą alternatywę i otwierają szeroką perspektywę przed aktywnymi fizycznie, pragnącymi poprawić wyniki na torze czy bieżni lub efekty treningów bodybuilding czy fitness.
