О чём эта статья?
С годами термины «свободные радикалы» и «антиоксиданты» стали общепринятыми. Как правило, свободные радикалы считаются главными виновниками повреждения клеток, старения и даже раковых заболеваний, тогда как антиоксиданты рассматриваются как надёжная защита от всех этих угроз. Наряду с осознанием вредного воздействия свободных радикалов возросло и понимание важности пищевых антиоксидантов. В результате многие люди, заботящиеся о своём здоровье, обратились к пищевым добавкам. Во всём мире антиоксидантные добавки стали индустрией с многомиллиардным оборотом.
Особый интерес к антиоксидантным добавкам возник у спортсменов и высокоактивных людей. Действительно, антиоксиданты являются одними из самых распространённых спортивных добавок, используемых как любителями, так и профессиональными спортсменами. Такие люди, как правило, очень заботятся о своём здоровье, ведь, как известно, производство свободных радикалов увеличивается во время физических упражнений. В течение последнего десятилетия исследования по антиоксидантам и связь спортивных результатов с приёмом этих добавок были одной из наиболее быстро развивающихся областей спортивного питания.
Хотя существует множество доказательств теории антиоксидантной защиты от воздействия свободных радикалов на клетки в целом, связь между антиоксидантными добавками и защитой во время занятий спортом плохо изучена. Некоторые исследования, похоже, показывают пользу, другие показали небольшую пользу, а некоторые исследования на животных даже предположили, что большие дозы антиоксидантных витаминов могут быть вредными. Таким образом, история антиоксидантов характеризуется изменением научного консенсуса и существующей путаницей: действительно ли спортсмены нуждаются в дополнительной антиоксидантной защите и если да, то какого рода и в какой степени?
Введение
Свободные радикалы, или просто радикалы, — это молекулы или фрагменты молекул, которые содержат так называемый неспаренный электрон на своей внешней орбите. Наличие такого неспаренного электрона означает, что имеющие его радикалы очень реактивны, а высокий уровень образования таких высокореактивных радикалов в клетках и тканях приводит к окислительному повреждению ключевых компонентов клеток. Подобный вариант повреждения свободными радикалами известен достаточно давно, он получил название «окислительный стресс».
На данный момент хорошо известно, что сокращающиеся скелетные мышцы производят радикалы, причём скорость их образования в мышцах увеличивается с повышением интенсивности упражнений. Учитывая, что образование свободных радикалов в мышечных волокнах может повреждать клеточные компоненты, вполне логично, что мышечные волокна имеют свою систему защиты от такого повреждения — молекулы, называемые антиоксидантами. Основная функция антиоксидантов вытекает из их названия — это защита клеток и их ключевых компонентов от радикального повреждения. Существуют два основных класса антиоксидантов:
- Эндогенные антиоксиданты — это белки и полипептиды, которые синтезируются в клетке.
- Экзогенные антиоксиданты — это вещества, получаемые при употреблении в пищу фруктов и овощей. Кроме того, экзогенные антиоксиданты содержатся в коммерчески доступных пищевых добавках.
Упражнения стимулируют продукцию радикалов, и в результате формируется окислительный стресс, вызванный физическими упражнениями. Этот стресс снижает мышечную силу и способствует мышечному утомлению во время длительных тренировок на выносливость. Понимание того, что продукция свободных радикалов, вызванная физическими упражнениями, может повредить волокна скелетных мышц и привести к усталости, побудило многих спортсменов на выносливость начать употреблять различные антиоксидантные добавки.
Данная статья является первой частью в серии из двух публикаций, где обсуждается связь физической активности, тренировок, окислительного стресса и антиоксидантные добавки. Целью этой части является дать короткий обзор окислительного стресса, вызванного физической нагрузкой, и поговорить о том, что такое эндогенные (клеточные) и экзогенные (получаемые извне, с пищей) антиоксиданты.
Во второй части серии будет рассматриваться ряд важных вопросов для спорта на выносливость, а именно:
- Следует ли спортсменам принимать антиоксиданты для защиты от окислительного стресса, вызванного физическими упражнениями?
- Улучшает ли приём антиоксидантов результаты в спорте на выносливость?
Статья по теме
Ключевые моменты
- Свободные радикалы (радикалы) — это молекулы с неспаренным электроном на внешней орбите. Радикалы представляют собой химически активные вещества, способные повредить компоненты мышечных волокон, такие как белки и липиды.
- Мышечные сокращения во время физической активности способствуют выработке радикалов в активных скелетных мышцах. Величина продукции радикалов в работающих мышцах увеличивается в зависимости от интенсивности и продолжительности тренировки.
- Интенсивные и длительные тренировки на выносливость могут повредить мышечные компоненты. Подобный феномен получил название «окислительный стресс, вызванный физическими нагрузками».
- Для защиты от повреждения радикалами мышечные волокна и другие клетки синтезируют различные молекулы, которые удаляют радикалы и предотвращают окислительное повреждение. Общее название таких молекул — эндогенные (то есть вырабатываемые самим организмом) антиоксиданты.
- Экзогенные антиоксиданты (то есть антиоксиданты, получаемые извне, как правило, с пищей) взаимодействуют с эндогенными антиоксидантами, образуя совместную систему защиты от повреждения тканей и клеток свободными радикалами.
Окислительный стресс, вызванный физическими упражнениями
Первое доказательство того, что работающие мышцы способны вырабатывать свободные радикалы, было получено более 30 лет назад группой учёных, и в настоящее время хорошо установлено, что любые мышечные сокращения, особенно при физических упражнениях, вызывают образование радикалов. Появляющиеся данные указывают на то, что вызванное сокращением образование радикалов происходит главным образом в цитозоле (жидкое содержимое клетки) мышечных клеток. На величину выработки радикалов, вызванной физической нагрузкой, влияют несколько факторов, включая условия окружающей среды, интенсивность и продолжительность физической нагрузки. В частности, выработка радикалов в скелетных мышцах повышается в зависимости от интенсивности и продолжительности упражнений. Кроме того, сокращающиеся скелетные мышцы производят ещё больше радикалов во время тренировок в жаркую погоду и во время работы на большой высоте (выше 4000 метров). Таким образом, величина вызванной физической нагрузкой выработки радикалов мышцами может варьировать от низких до высоких уровней, в зависимости от условий тренировки.
Хотя сокращающиеся скелетные мышцы производят радикалы, физические нагрузки не всегда приводят к окислительному повреждению скелетных мышц. Например, тренировки с низкой интенсивностью и кратковременные тренировки обычно не способствуют развитию окислительного стресса в скелетных мышцах. Тем не менее длительные тренировки на выносливость, выполняемые с интенсивностью от средней до высокой, часто приводят к окислительному повреждению скелетных мышц, особенно у неподготовленных людей. Нужно понимать, что тренированные спортсмены на выносливость имеют хорошо развитые эндогенные (внутренние) антиоксидантные буферные системы в своих скелетных мышцах, которые противостоят вызванному физическими упражнениями окислительному стрессу. Таким образом, приводит ли тренировка к окислительному стрессу, зависит от нескольких факторов, включая интенсивность и продолжительность тренировки, а также тренированность человека.
Краткий экскурс в антиоксиданты
В организме всё подчинено сохранению баланса. Такой баланс существует и между антиоксидантами и окислителями, его называют «окислительно-восстановительным балансом» (на рисунке ниже). Окислительный стресс является результатом дисбаланса между антиоксидантами и радикалами; такая ситуация происходит, когда выработка радикалов превышает антиоксидантную способность. Напротив, восстановительный стресс возникает, когда антиоксидантная способность значительно превышает скорость образования радикалов.
Окислительно-восстановительный баланс и его нарушения
Мышечные волокна защищены от окислительного стресса сложной системой эндогенных (внутриклеточных) и экзогенных (поступающих извне) антиоксидантов. Например, внутри клетки и вне её существует развитая скоординированная сеть ферментативных и неферментативных антиоксидантов, которая позволяет удалять радикалы, прежде чем они начнут повреждать белки, липиды или ДНК. Ферментативные антиоксиданты — это клеточные белки, которые достаточно быстро удаляют радикалы или биологически активные вещества, защищая клетки от окислительного стресса. Неферментативными антиоксидантами являются молекулы (например, глутатион или антиоксиданты, содержащиеся в пище), которые могут удалять радикалы другими способами, отличными от тех, которыми обладают их коллеги — ферментативные антиоксиданты. Для обеспечения координированной работы всех систем и оптимальной защиты от повреждения свободными радикалами как ферментативные, так и неферментативные антиоксиданты стратегически разделены по всей клетке.
Для защиты от опосредованного свободными радикалами повреждения эндогенными и экзогенными антиоксидантами используется несколько стратегий. Например, защитные системы могут превращать радикалы в «нерадикалы» путём удаления частей молекул или предотвращать превращение относительно неактивных радикалов в более разрушительные виды. Ниже мы кратко рассмотрим эндогенные, экзогенные антиоксиданты.
Эндогенные антиоксиданты
Само название «эндогенные» говорит о том, что эта группа антиоксидантов синтезируется в клетках, при этом она включает как ферментативные, так и неферментативные антиоксиданты. Ключевые ферментативные антиоксиданты включают супероксиддисмутазу (SOD), глутатионпероксидазу (GPX) и каталазу (CAT). Вместе эти антиоксидантные ферменты предотвращают окислительный стресс, удаляя радикалы и активные вещества, прежде чем они повредят клеточные компоненты. Основным неферментативным антиоксидантом во всех клетках является глутатион (GSH). Этот важный неферментативный антиоксидант может действовать не только как независимый поглотитель биологически активных веществ, но также может работать с глутатионпероксидазой для удаления перекиси водорода (окислителя) из клетки. Ферментативные и неферментативные антиоксиданты работают как единое целое, чтобы защитить клетки от радикально-опосредованного окислительного повреждения. Важно отметить, что тренировки на выносливость повышают представительство ферментативных антиоксидантов в скелетных мышцах, обеспечивая эффективную защиту от вызванного физическими упражнениями окислительного стресса. Поэтому, по сравнению с неподготовленными людьми, хорошо тренированные спортсмены на выносливость обладают более высоким уровнем эндогенных антиоксидантов в скелетной мускулатуре.
Видео по теме
Экзогенные антиоксиданты
Хорошо известно, что большинство фруктов и овощей содержат различные антиоксиданты, и вместе с их внутриклеточными коллегами, эндогенными антиоксидантами, эти поступающие с пищей — экзогенные — антиоксиданты также способствуют клеточной защите от радикалов. Важные диетические антиоксиданты включают витамин Е (токоферолы и токотриенолы), витамин С (аскорбиновая кислота), каротиноиды (например, β-каротин), флавоноиды, альфа-липоевую кислоту и несколько микроэлементов. Краткое введение в каждый из этих различных классов антиоксидантов приведено ниже.
Витамин Е
То, что мы привыкли называть витамином Е, на самом деле группа из восьми соединений, токоферолов или токотриенолов. Самый известный среди них — α-токоферол, и он же обладает наибольшей антиоксидантной активностью. Витамин Е является жирорастворимым и остаётся одним из наиболее распространённых антиоксидантов в природе, защищая клеточные мембраны от радикального повреждения. Хотя витамин Е является эффективным поглотителем радикалов, но взаимодействие витамина Е с радикалом приводит к снижению функции витамина Е и образованию радикала витамина Е. Однако этот заново возникший радикал витамина Е может быть возвращён в исходное состояние другими антиоксидантами (например, витамином С).
При большинстве диетических условий концентрация витамина Е в тканях является относительно низкой, а дефицит витамина Е способствует мышечной усталости во время тренировок. Хорошая новость — уровень витамина Е в тканях может быть повышен с помощью пищевых добавок. Тот факт, что витамин Е является жирорастворимым, означает, что добавление мегадоз витамина Е может привести к значимому увеличению запасов этого витамина в организме. Однако много — не значит хорошо. Избыток витамина Е в организме может вызвать токсическое действие с желудочными расстройствами и повышенным риском кровотечения из-за свойств витамина Е препятствовать свёртыванию крови.
Избыток витамина Е в организме может вызвать серьёзные неполадки со здоровьем
Каротиноиды
Каротиноиды — это природные пигменты, синтезируемые во многих растениях, именно они ответственны за яркие цвета многих фруктов и овощей. В природе существует более 600 каротиноидов, и большинство из них обладают антиоксидантной активностью (например, β-каротин). Подобно витамину Е, каротиноиды являются жирорастворимыми антиоксидантами, и благодаря своему расположению в клеточных мембранах и способности поглощать радикалы каротиноиды являются эффективными биологическими антиоксидантами против радикально-опосредованного повреждения клеточных мембран.
Витамин С
В отличие от витамина Е и каротиноидов, витамин С, или аскорбиновая кислота, является
гидрофильным
соединением и находится в водном отделе клетки. Как антиоксидант витамин С выполняет две ключевые функции:
- витамин С может непосредственно уничтожать многочисленные виды радикалов;
- витамин С играет важную роль в переработке витамина Е.
Поэтому чаще всего витамины С и Е работают вместе, чтобы эффективно защитить клетки от радикального повреждения. Ряд авторов утверждает, что, подобно витамину Е, мегадозы витамина С также могут иметь негативные последствия для здоровья.
Флавоноиды
Флавоноиды представляют собой большое семейство соединений (более 4000 соединений), обнаруживаемых во многих растениях. В настоящее время антиоксидантные свойства многих встречающихся в природе флавоноидов не исследованы. Тем не менее были изучены многочисленные флавоноиды (например, катехины, кверцетин и так далее), и было показано, что они обладают рядом важных биологических активностей, включая как противовоспалительные, так и антиоксидантные свойства. Хотя многие флавоноиды обладают антиоксидантными свойствами, активность флавоноидов по поглощению радикалов широко варьируется среди соединений внутри семейства.
Альфа-липоевая кислота
Альфа-липоевая кислота (α-LA) является природным соединением, которое содержится в различных продуктах, включая шпинат, брокколи, помидоры, горох и брюссельскую капусту. Кроме того, люди могут синтезировать α-LA в очень небольших количествах. Обычно α-LA обнаруживается в небольших количествах в тканях организма и связана с комплексом ферментов, который ограничивает её функцию в качестве антиоксиданта. Однако несвязанная α-LA и некоторые её метаболиты являются эффективными антиоксидантами. Кроме того, α-LA может обеспечить дополнительные антиоксидантные эффекты путём восстановления содержания как витамина С, так и витамина Е.
Большое количество различных антиоксидантов содержится во фруктах и овощах
Микроэлементы
Не только витамины, но и некоторые микроэлементы играют важную, но косвенную роль в обеспечении антиоксидантной защиты в клетках. Микроэлементы, участвующие в антиоксидантных функциях, включают медь, цинк, железо, селен и марганец. Эти минералы вносят вклад в антиоксидантную защиту организма, выступая в качестве кофакторов (небелковое соединение, которое нужно белку для его биологической деятельности) для антиоксидантных ферментов.
Подводя итог, можно сказать, что большое количество различных антиоксидантов содержится во фруктах и овощах. Поскольку различные классы пищевых антиоксидантов различаются по своей способности поглощать радикалы и расположены в разных частях клетки, важно потреблять широкий спектр этих антиоксидантов, чтобы обеспечить полный баланс экзогенных антиоксидантов в клетках.
Взаимодействие между эндогенными и экзогенными антиоксидантами
Важно понимать, что эндогенные и экзогенные антиоксиданты работают как команда, чтобы оптимизировать защиту от радикально-опосредованного повреждения клеток. Действительно, как обсуждалось ранее, некоторые антиоксиданты, получаемые с пищей, могут находиться в клеточных мембранах (например, витамин Е и каротиноиды), тогда как другие «диетические» антиоксиданты находятся внутри клетки (например, витамин С). В совокупности эти экзогенные антиоксиданты помогают эндогенной антиоксидантной системе, удаляя радикалы, с которыми одна лишь эндогенная антиоксидантная система справиться не могла. Более того, в клеточных мембранах нет эндогенных антиоксидантов. Следовательно, экзогенные (диетические) антиоксиданты — витамин Е и каротиноиды — необходимы для защиты клеточных мембран и мембран, окружающих важные компоненты клеток (например, митохондрии), от радикально-опосредованного повреждения.
Как упоминалось ранее, некоторые диетические антиоксиданты позволяют пополнять специфические экзогенные антиоксиданты. Действительно, α-LA способен восстанавливать витамин С, а сам витамин С может пополнять витамин Е, возвращая радикал витамина Е обратно в активную антиоксидантную форму витамина Е. Этот процесс является важным и ценным инструментом для обеспечения оптимальной антиоксидантной защиты в клетке.
Наконец, из-за различий в расположении и антиоксидантной способности различных антиоксидантов ясно, что потребление одного антиоксиданта в рационе (например, витамина С) недостаточно для обеспечения оптимальной защиты от радикально-опосредованного повреждения клеток. Таким образом, этот факт даёт основание для рекомендации придерживаться диеты, богатой разнообразными фруктами и овощами. Кроме того, в дополнение к известным антиоксидантным витаминам, содержащимся в пищевых продуктах, фрукты и овощи содержат различные фитохимические вещества с антиоксидантными свойствами, которые взаимодействуют с витаминами для обеспечения защиты от окислительного стресса.
Практические выводы
- Регулярные тренировки на выносливость приводят к увеличению количества эндогенных антиоксидантных ферментов в скелетных мышцах. Это означает улучшенную способность защищать от вызванного физическими упражнениями окислительного стресса в скелетных мышцах.
- Многие фрукты и овощи содержат многочисленные соединения с антиоксидантной активностью.
- Поскольку пищевые антиоксиданты различаются по клеточному расположению и способности поглощать радикалы, представляется целесообразным употреблять большое количество фруктов и овощей для оптимизации потребления пищевых антиоксидантов.
- Антиоксиданты содержатся в небольших количествах в пищевых продуктах, и поэтому существует ограниченный риск «передозировки» антиоксидантов при потреблении диеты, богатой как фруктами, так и овощами. Однако приём мегадоз антиоксиданта с помощью пищевых добавок (например, витамина Е) может увеличить риск токсичности и связанную с этим возможность негативных последствий для здоровья.
Резюме
Регулярные тренировки способствуют выработке радикалов в работающих мышцах, а длительные/интенсивные тренировки могут привести к дисбалансу между выработкой радикалов и возможностью защиты от них мышечными антиоксидантами, который изменяет окислительно-восстановительный баланс и приводит к окислительному стрессу. Для защиты от радикального повреждения мышечные клетки содержат эндогенные антиоксиданты для удаления радикалов, которые могут взаимодействовать с экзогенными, получаемыми из пищи антиоксидантами, образуя поддерживающую сеть клеточной защиты от радикально-опосредованного окислительного стресса. Что касается экзогенных антиоксидантов, разнообразная диета из фруктов и овощей является разумным средством достижения баланса экзогенных антиоксидантов. Напротив, из-за риска негативных последствий не рекомендуется принимать мегадозы антиоксидантов в добавках.
Мне нравится
