Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: tokotrienole, tokoferole, witamina E, olej palmowy, sarkopenia, komórki satelitarne, masa mięśniowa, IGF-1, testosteron, kinaza mTOR, miostatyna.
Ci, którzy doświadczyli w młodości przygody ze sportem, na ogół nigdy nie rezygnują z aktywności fizycznej. Często doświadczeni sportowcy, zakończywszy czynną karierę w seniorach, startują w rozmaitych konkursach, w kategoriach wiekowych oldbojów. Moda na zdrowy styl życia powoduje, że wielopokoleniowe rzesze amatorów ruchu truchtają pośród alejek parkowych, przemykają na rozmaitych wehikułach ścieżkami rowerowymi czy okupują zaaranżowane na świeżym powietrzu siłownie. Ta znakomicie (!) – regularny wysiłek fizyczny opóźnia starzenie się naszego aparatu ruchu, a młodsze biologicznie mięśnie zapewniają sprawność, samodzielność i zdrowie w późnym wieku. Niezwykle trudno oszukać jednak czas; starzejące się mięśnie utrudniają korzystanie z rekreacji ruchowej, co może zniechęcać do rozmaitych form aktywności fizycznej leciwe osoby. Naukowcy poszukują więc pilnie skutecznych medykamentów, zdolnych odmłodzić nasze mięśnie i przywrócić im ich pierwotny potencjał regeneracyjny.
Mięśnie to młodość i zdrowie
Mięśnie są najważniejszym konsumentem glukozy, magazynującym ten cukier w postaci glikogenu i zużywającym go na cele energetyczne, związane z lokomocją i regeneracją. Równie chętnie spalają kwasy tłuszczowe, zmniejszając ryzyko wzrostu stężenia lipidów krwi i magazynowania tłuszczu w postaci tkanki tłuszczowej. Mięśnie nie tylko bowiem zużywają energię (cukier i tłuszcz), dźwigając ciężary i przemieszczając nasze ciało w przestrzeni, ale również – pozostając w tzw. stanie równowagi dynamicznej, czyli nieustannie przebudowując swoją strukturę. Dlatego masa mięśniowa i aktywność fizyczna są najważniejszymi czynnikami, chroniącymi nas przed cukrzycą i strzegącymi naszego zdrowia metabolicznego. Dlatego również związana z procesami starzenia się organizmu atrofia (zanik) mięśni, nazywana sarkopenią, usposabia do rozwoju cukrzycy i chorób układu krążenia. Jednocześnie obserwujemy tutaj korelację odwrotną, gdzie choroby metaboliczne (otyłość, cukrzyca, miażdżyca, nadciśnienie) pociągają za sobą straty masy mięśniowej, nakręcając tym samym spiralę dysfunkcji organizmu.
Jak ważne są mięśnie dla naszego zdrowia? Mięśnie mają dla zdrowia fundamentalne znaczenie, gdyż, jak wyżej widzieliśmy, pozostając czołowym regulatorem metabolizmu, chronią nas przez rozwojem takich problemów towarzyszących procesom starzenia się organizmu, jak otyłość, cukrzyca, miażdżyca i nadciśnienie. Mało tego: aktywowane wysiłkiem mięśnie produkują i wydzielają do krwi hormony tkankowe, nazywane miokinami, które strzegą nas m.in. przed chorobami nowotworowymi i neurodegeneracyjnymi. A bardziej wprost całą tę problematykę naświetla badanie Ito z 2014 r., w którym wykazano, że starzenie się komórek mięśniowych, prowadzące do atrofii mięśni, skutkuje jednocześnie skróceniem czasu życia. Dlatego wspomnianej wyżej sarkopenii, czyli związanej z wiekiem utraty masy mięśniowej, nie traktujemy dzisiaj jedynie w kategorii skutku, ale myślimy o niej jednocześnie jako o przyczynie starości. Dlatego też naukowcy poszukują metod i środków powstrzymujących starzenie się komórek mięśniowych, a niejako w centrum tych badań pojawiły się niedawno, m.in. właśnie tokotrienole.
Witamina E i nie do końca spełnione nadzieje
Dlaczego sprawę odmładzających mięśnie właściwości tokotrienoli warto rozpocząć od problematyki witaminy E? Z tego otóż powodu, że tokotrienole klasyfikowane są zwyczajowo jako molekuły z grupy tej właśnie witaminy, złożonej przede wszystkim ze związków nazywanych tokoferolami. Możemy jednak uznać to za swego rodzaju zaszłość historyczną, dzisiaj bowiem już wiemy, że najszerzej rozpowszechniony w pożywieniu tokotrienol, pomimo zbliżonej budowy, wykazuje ledwie 1% aktywności najaktywniejszego tokoferolu jako witamina E. Ponieważ jednak w pewnych obszarach działania aktywność obu grup tych związków może się pokrywać, dlatego warto zwrócić uwagę na relacje fizjologiczne, zachodzące pomiędzy witaminą E a tkanką mięśniową.
W efekcie prac prowadzonych w 1922 r. przez Evansa i Bishopa zidentyfikowano czynnik witaminowy, zapobiegający niepłodności i oznaczono go kolejną literą alfabetu – E, jak również nadano mu synonim – tokoferol – od greckich słów: tokos – potomstwo i phero – niosę. W efekcie dalszych badań ustalono, że awitaminoza E (choroba z niedoboru) niesie fatalne skutki dla stanu tkanki mięśniowej. W przypadku głębokiego niedoboru tokoferolu, mięśnie szkieletowe tracą zdolności dynamiczne, ulegają porażeniu i zanikowi. Zahamowana zostaje produkcja acetylocholiny oraz fosforanów bogatoenergetycznych – adenozynotrifosforanu (ATP) i fosfokreatyny, zaś kreatyna ucieka z tkanki mięśniowej i opuszcza organizm wraz z moczem. Dochodzi do szybkiego, bezproduktywnego spalania i utraty zapasów glukozy, zaniku włókienek i cytoplazmy komórek mięśniowych oraz przesycenia ich wapniem i cholesterolem, gdzie ostatnie zmiany przypominają proces starzenia się mięśni.
Mając na uwadze powyższe doniesienia, Bicknell podjął w 1940 roku pierwsze próby leczenia witaminą E dystrofii – postępującego zaniku mięśni, a w rok później dołączył do niego Stone. Postępowanie to rozszerzono też na inną chorobę mięśni – miastenię. Uzyskiwane rezultaty wydawały się w miarę zachęcające; udało się zahamować ucieczkę kreatyny, osiągnąć pewien wzrost siły skurczu mięśni oraz uzyskać umiarkowaną poprawę komfortu egzystencjalnego pacjentów. Na leczenie witaminą E dobrze odpowiadały też niemowlęta i dzieci, cierpiące na zespoły chorobowe, przebiegające z osłabieniem mięśni – mogły prosto trzymać głowę, siadać i podejmować naukę chodzenia, co przed wdrożeniem terapii okazywało się niemożliwe.
Natomiast w 1942 roku ukazała się w jednym z renomowanych pism farmakologicznych publikacja badania Adamstone’a, dowodząca, że witamina E wzmaga siłę działania testosteronu. Obserwacja ta mogła pociągać za sobą implikacje dla tkanki mięśniowej, gdyż testosteron jest męskim hormonem płciowym o aktywności anabolicznej, zwiększającym masę mięśniową, a co za tym idzie – testowanym w leczeniu sarkopenii u mężczyzn, często pod postacią swoich pochodnych, znanych jako steroidy anaboliczno-androgenne. Później donoszono, że podawanie hormonów płciowych zwiększa zapotrzebowanie organizmu na witaminę E; wraz ze wzrostem poziomu tych związków w organizmie, dochodziło do równoległego spadku wartości tokoferolu w krwiobiegu, co świadczyło o wzmożonym jego zużywaniu przez rozmaite narządy i tkanki. Kolejne obserwacje wskazywały wręcz na podobną do testosteronu aktywność tokoferolu w tkance mięśniowej – zarówno przy niedoborze pierwszego, jak też drugiego czynnika, dochodziło do osłabienia mięśni i ucieczki kreatyny; zarówno podanie jednego, jak też drugiego środka, znosiło te objawy i prowadziło do poprawy stanu umięśnienia. Ustalono również, że podobne zależności, dotyczące tkanki mięśniowej, zachodzą pomiędzy tokoferolem a estradiolem – żeńskim hormonem płciowym z grupy estrogenów. Zarówno pierwszy, jak też drugi czynnik, rozwija mięsień macicy. Dzisiaj natomiast już wiemy, że estrogeny działają podobnie, czyli wzrostowo, zarówno na mięsień macicy, jak też na mięśnie szkieletowe, w związku z czym bywają wykorzystywane w hormonalnej terapii zastępczej u starszych kobiet z ich niedoborem, między innymi z myślą o wspomaganiu kondycji umięśnienia. Naśladująca działanie hormonów płciowych aktywność tokoferolu ujawnia się również w wielu innych aspektach zdrowotnych – i to do tego stopnia, że próbowano stosować go (z dobrymi rezultatami) alternatywnie do hormonalnej terapii zastępczej, w przebiegu meno- i andropauzy (kobiecego i męskiego przekwitania) lub po kastracji chirurgicznej. Podawanie witaminy E w tych razach zapobiegało np. uderzeniom gorąca, podnosiło libido oraz zwiększało częstotliwość i poprawiało jakość erekcji. (Podręcznik farmakologii Supniewskiego z 1954 roku omawia tokoferol w grupie hormonów płciowych.)
Warto wspomnieć też o wynikach badań nad biodostępnością, które udowodniły, że spożywana witamina E gromadzi się w największym stopniu, właśnie w tkance mięśniowej. A to zdawało się oznaczać, iż dla konstytucji tej właśnie tkanki ma ona największe znaczenie.
Czy w świetle takiego kompletu doniesień może nas dziwić, że właśnie z witaminą E wiązano ogromne nadzieje, jako ze środkiem potencjalnie odmładzającym muskuły?
Badania naukowe, prowadzone na sportowcach i osobach obarczonych ciężką pracą fizyczną, dawały początkowo dosyć zachęcające rezultaty. Wynikało z nich dosyć jednoznacznie, że witamina E może wspomagać rozwój zdolności wysiłkowych. Pracom tym wytknięto jednak w latach 70. poważne błędy metodyczne: przede wszystkim – brak kontroli placebo. A w doświadczeniach kolejnych dekad, prowadzonych po roku 70., uzyskiwane wyniki brzmiały zdecydowanie, niejednoznacznie. Ustalono na przykład, że nadmiar tokoferolu prowadzi do hiperwitaminozy E (choroby z nadmiaru), objawiającej się między innymi, paradoksalnie, zmęczeniem i osłabieniem mięśni.
W bliższych nam czasach nie badano już wpływu witaminy E na mięśnie solo, ale w kombinacji z witaminą C. Zestawienie obu tych witamin tworzy bowiem popularne combo antyoksydacyjne, eliminujące wolne rodniki tlenowe, a jeszcze do niedawna dominowała przecież rodnikowa teoria starzenia się organizmu, która niespodziewanie przeżywa obecnie bardzo poważny kryzys. W dwóch badaniach (2010, 2011) Bobeuf udowodnił, że podawanie przez 6 miesięcy witaminy C i E (1000 i 400 mg dziennie) ułatwia przyrost masy mięśniowej u starszych osób korzystających z ćwiczeń siłowych. Efekt ten wydawał się bardzo prawdopodobny, gdyż, jak zaobserwował we wcześniejszym badaniu Ryan (2010), podawanie witaminy C i E poprawia wydajność pracy mięśniowej starych, ale nie młodych szczurów. Rewelacji tych nie potwierdził jednak Bjornsen w badaniu z 2013 r., w którym podawanie witaminy C i E (1000 i 235 mg dziennie), w porównaniu z placebo, osłabiło u starszych ochotników o 2.7% efekt w postaci przyrostu masy mięśniowej, w trakcie trwającego 12 tygodni programu ćwiczeń siłowych. Niejednoznaczne wyniki uzyskał z kolei Paulsen w badaniu z 2014 r., wykonanym z udziałem młodych, trenujących siłowo ochotników, przyjmujących przez 10 tyg. kompozycję witaminy C i E (1000 i 235 mg dziennie); chociaż dochodziło w grupie witaminowej do tłumienia komórkowych szlaków sygnalizacyjnych, odpowiedzialnych za rozwój muskulatury, masa mięśniowa rozwijała się podobnie, jak w grupie placebo, a włókna mięśniowe, w zależności od typu i w porównaniu z grupą placebo, zwiększały swój przekrój o 97.5 i 15.6%.
W tych ostatnich badaniach obraz aktywności witaminy E względem tkanki mięśniowej mógł być fałszowany dosadnym współudziałem witaminy C, w odniesieniu do której ustalono, że w bardzo wysokich dawkach, odpowiadających ok 6 g dziennie po przeliczeniu na ludzi, osłabia u szczurów hipertrofię (przerost) mięśni, będącą efektem ich przeciążenia funkcjonalnego, naśladującego trening siłowy (Makanae, 2013).
Z tego wszystkiego wyłania się jednak wniosek następujący: witamina E należy najprawdopodobniej do grupy takich molekuł, dla których Matka Natura wyznaczyła tzw. okienko terapeutyczne. Oznacza to, że tak samo niekorzystny będzie dla mięśni jej nadmiar, jak też niedobór. Biorąc natomiast pod uwagę wszystkie wyniki wyżej przedstawionych badań, należy chyba przyznać, że witamina E, jako czynnik odmładzający mięśnie, nie spełnia do końca wiązanych z nią długo nadziei…
Czas na tokotrienole
To m.in. zawiedzione nadzieje, wiązane z domniemaną, odmładzającą mięśnie właściwością tokoferolu, stały się inspiracją dla Lima, który postanowił w 2013 r. przebadać pod tym samym kątem tokotrienole. Chodziło o to, że tokotrienole, choć dużo słabsze jako witamina E, posiadają znacznie wyższe i lepiej udokumentowane zalety zdrowotne, w porównaniu z tokoferolami, szczególnie w obszarze aktywności skierowanej przeciwko nowotworom, miażdżycy, chorobom neurodegeneracyjnym, stanom zapalnym i osteoporozie. Wcześniej dowiedziono na przykład, że są zdolne odmładzać starzejące się komórki tkanki łącznej i układu odpornościowego (Makpol, 2010, 2011, 2012; Ren, 2010). A skoro odmładzają te komórki, dlaczego nie miałby odmładzać komórek mięśniowych?
Autor wyznaczył na obiekt badawczy młode, ludzkie komórki satelitarne, pobrane z tkanki mięśniowej pięciodniowych noworodków. Komórki satelitarne to macierzyste komórki mięśniowe, wnoszące kluczowy udział w proces regeneracji i hipertrofii mięśni. Komórki satelitarne, szczególnie na skutek aktywności fizycznej, rozmnażają się i albo przekształcają w nowe włókna mięśniowe, albo zlewają z nimi w wyniku fuzji, dostarczając im nowych jąder i mitochondriów – organelli komórkowych, niezbędnych włóknom mięśniowym do pracy, odnowy i wzrostu. Dlatego też najprawdopodobniej – to właśnie w komórkach satelitarnych ukrywa się młodość muskułów; jak bowiem dowiodły badania naukowe, starzenie się komórek satelitarnych prowadzi do atrofii mięśni (Theriault, 2012).
Opierając się na wcześniejszych eksperymentach innej grupy naukowców, dowodzących, że woda utleniona postarza komórki satelitarne (Renault, 2002), badacze z zespołu Lima postarzyli część młodych komórek tym właśnie środkiem, pozostawiając drugą część w stanie młodości, do kontroli.
Komórki potraktowane wodą utlenioną, w porównaniu z kontrolnymi, wzmagały trzykrotnie aktywność pewnego markera, charakterystycznego dla starych komórek. Kiedy jednak dodano następnie do ich podłoża hodowlanego tokotrienole izolowane z oleju palmowego, poziom owego markera obniżył się o połowę. A więc to tak, jakby mięśnie osiemdziesięcioletniego staruszka odzyskały raptem potencjał muskułów czterdziestolatka w sile wieku.
Mało tego – tokotrienole podwyższyły też o ok. 30% zdolność starych komórek do podziału, która w efekcie procesu starzenia obniżyła się, w odniesieniu do młodych komórek, o ok. 65%. Znowu więc mamy tutaj do czynienia z odmłodzeniem o ok. połowę. Co ciekawe – tokotrienole podwyższyły też o ok. 15% zdolność do podziału młodych komórek, co zdaje się sugerować, iż na spożywaniu tych mikroskładników pokarmowych mogliby skorzystać również i młodzi atleci.
To jednak jeszcze nie koniec… tokotrienole zwiększyły o 10.5% mierzony innym markerem potencjał regeneracyjny starych komórek satelitarnych względem włókien mięśniowych – i to do tego stopnia, iż przewyższył on nawet o 2.6% potencjał młodych komórek.
Jak to możliwe…?
Molekuły wykazujące aktywność witaminy E postrzegane są powszechnie jako antyoksydanty. Natomiast rodnikowa teoria starzenia się organizmu, w myśl której powstające w efekcie naturalnych czynności życiowych wolne rodniki tlenowe niszczą i postarzają komórki, jak wiemy, przeżywa obecnie głęboki kryzys. Do tej pory nie udało się bowiem uzyskać dowodu, że eliminujące wolne rodniki tlenowe antyoksydanty przedłużają życie ssaków. Na tej samej zasadzie, produkowane podczas przemian energetycznych rodniki miałby niszczyć i postarzać komórki mięśniowe, prowadząc z czasem do utraty masy mięśniowej i sarkopenii. I tutaj, jak wyżej widzieliśmy, nie udało się zdobyć przekonujących dowodów na to, że zestaw antyoksydacyjny (C plus E) wpływa pozytywnie na przyrost masy mięśni. A wszystko z tego powodu, że wolne rodniki okazały się molekułami sygnalizacyjnymi, podobnymi do wewnątrzkomórkowych, hormonalnych przekaźników informacji, aktywującymi szlaki sygnałowe, kontrolujące regenerację i hipertrofię mięśni. Dlatego w określonych stężenia wspomagają, podczas gdy w wysokich – degenerują muskuły, dlatego trudno określić też dawkę antyoksydantów, działającą pozytywnie na mięśnie.
Ogromna liczba badań (m.in. omówione wyżej) przekonuje jednak, że wolne rodniki tlenowe postarzają nasze komórki. Dlatego właśnie generatorów wolnych rodników tlenowych, takich jak np. woda utleniona, używa się do eksperymentalnego postarzania komórek. Tokotrienole, podobnie jak tokoferole, są antyoksydantami. W tym miejscu należy jednak podkreślić, co wcześniej nie było wzmiankowane, że w omówionym wyżej badaniu tokotrienole, dodane do podłoża przed wodą utlenioną, nie powstrzymały procesu starzenia się komórek mięśniowych. Pokazuje to już po raz kolejny, że – pomimo iż wolne rodniki tlenowe postarzają nasze komórki – antyoksydanty nie są w stanie powstrzymać inicjowanego przez nie procesu starzenia. Natomiast tokotrienole działały pozytywnie dopiero wtedy, gdy zostały dodane do podłoża już postarzonych komórek, cofając niejako ich czas biologiczny i przywracając im młodzieńczy potencjał regeneracyjny.
Dla autorów badania od razu stało się więc jasne, że nie może tu chodzić o antyoksydacyjną aktywność tokotrienoli, tylko o jakieś zupełnie odmienne mechanizmy. Ponieważ sami nie śledzili szlaków sygnalizacyjnych, zaangażowanych w odmładzanie komórek satelitarnych, sięgnęli w dyskusji do wyników badań innych naukowców, w których tokotrienole odmładzały analogicznie inne typy komórek. Na pierwszy plan wysuwają się tutaj dwa eksperymenty, w których tokotrienole odmładzały komórki macierzyste krwi i tkanki łącznej (Li, 2010; Luna, 2011).
W pierwszym badaniu tokotrienole aktywowały enzym nazywany kinazą mTOR. Wyjaśnijmy, że pobudzająca produkcję białek mięśniowych kinaza mTOR jest kluczowym elementem szlaku sygnalnego najsilniejszego hormonu anabolicznego – IGF-1, odpowiadającego w najwyższym stopniu za prawidłową regenerację tkanki mięśniowej. A ponieważ wcześniej dowiedziono, że w sarkopenii dochodzi do upośledzenia aktywność IGF-1, zaś aktywacja kinazy mTOR powstrzymuje dalszą progresję ubytku masy mięśniowej (Haddad, 2006; Burks, 2011), dlatego stymulujący wpływ tokotrienoli na ten enzym wydaje się być tutaj niezwykle trafnym tropem.
W drugim natomiast eksperymencie tokotrienole wytłumiały sygnalizację na szlaku hormonu TGF-beta. Tutaj z kolei wyjaśnijmy, że TGF-beta należy, wspólnie z ogólnie dobrze znaną miostatyną, do jednej grupy hormonów katabolicznych, działających poprzez te same szlaki sygnalizacyjne i ostatecznie utrudniających rozwój umięśnienia. Obserwacja ta każe nam podejrzewać, że – podobnie jak w macierzystych komórkach tkanki łącznej – tokotrienole blokują szlak sygnalizacyjny TGF-beta (i miostatyny) w komórkach tkanki mięśniowej. A badania naukowe udowodniły, że poziom miostatyny wraz z wiekiem wzrasta, osiąga najwyższą wartość we krwi najsłabszych fizycznie, starszych kobiet i jest odwrotnie skorelowany z masą mięśni szkieletowych; im więcej miostatyny – tym mniejsze muskuły. Natomiast terapie eksperymentalne, z użyciem środków blokujących aktywność miostatyny, nie tylko odwracają związaną z wiekiem redukcję masy mięśniowej i przekroju poprzecznego włókien mięśniowych, ale jednocześnie łagodzą większość problemów zdrowotnych, towarzyszących procesowi starzenia się organizmu (White, 2014). Dowiedziono ponadto, że w starzejących się komórkach macierzystych mózgu i mięśni wzrasta aktywność szlaku sygnalnego TGF-beta, a wytłumianie tej aktywności przywraca młodzieńcze funkcje zarówno mięśni, jak też mózgu (Yousef, 2015).
Gdzie szukać tokotrienoli
Wydaje się, że wyżej podane informacje nie pozostawiają cienia wątpliwości, iż tokotrienole są potencjalnie niezwykle wartościowymi składnikami diety starszych osób aktywnych fizycznie, gdyż odmładzają ludzkie, wiekowe komórki satelitarne, cofając o połowę ich zegar biologiczny. To oczywiście powinno przełożyć się na sprawniejszą regenerację mięśni i wyrównanie szans z młodszymi kolegami z siłowni czy pływalni. Zwróćmy jednak uwagę, że z dobrodziejstw tych składników pokarmowych mogą korzystać również młodzi atleci, u których tokotrienole powinny zwiększyć liczbę regenerujących mięśnie komórek satelitarnych i uaktywnić rozwijającą masę mięśniową kinazę mTOR, blokując jednocześnie aktywność szkodzącej mięśniom miostatyny.
Pomimo iż tokotrienole uznajemy powszechnie za składniki pokarmowe, w rzeczywistości znajdziemy tylko kilka naturalnych pokarmów, obfitujących w te molekuły. Do produktów takich możemy zaliczyć: olej palmowy, annatto (na półkach z żywnością egzotyczną znajdziemy ten rarytas pod nazwą pasty achiote), olej ryżowy, kiełki pszenicy, jęczmień i owies. Aby jednak osiągnąć dobową dawkę tokotrienoli, wykazującą pożądaną aktywność biologiczną, musielibyśmy spożywać codziennie 80 g oleju palmowego, 160 g oleju ryżowego, 1.5 kg kiełków pszenicy, 3 kg kaszy jęczmiennej lub 4 kg płatków owsianych. Gdybyśmy nawet oparli się tylko na najbogatszym źródle tokotrienoli, oleju palmowym, i tak nam dojdzie dodatkowe 720 kalorii dziennie. Dlatego też, by nie szafować beztrosko kaloriami i nie ryzykować przyrostem masy tkanki tłuszczowej (z uwagi na aspekty zdrowotne – zdecydowanie niepożądanym w każdym wieku), lepiej chyba wykorzystać kapsułkowane suplementy diety, oparte na wyizolowanych z oleju palmowego tokotrienolach.
